Статья на тему "Кодирование информации" 9 класс
статья по информатике и икт (9 класс) по теме

Кодирование информации

Одной из главных линий в преподавании информатики является кодирование информации. Данная тема соответствует основным целям дисциплины «Информатика и ИКТ»: формирование представлений об информации, представлений об измерениях объема информации, находящейся в различных видах восприятия.

В зависимости от способа восприятия задачи на кодирование информации делятся на три типа: кодирование изображений, текста и звука. Любой из перечисленных типов задач всегда присутствует в ГИА, ЕГЭ и олимпиадах. Поэтому наиболее важно разобраться именно в этой области информатики.

Графика

Представьте себе, что прямоугольную фотографию разлиновали горизонтальными и вертикальными прямыми линиями, то есть наложили мелкую сетку (растр). Данный процесс оцифровки изображения называется пространственная дискретизация. В результате картинка разбилась на ячейки. Каждая ячейка имеет свой цвет и координаты на плоскости и называется точкой (пикселем). Координаты - это числа, указывающие, в каком месте на плоскости находится точка. Цвет также можно закодировать, то есть поставить в соответствие уникальное целое число. И тогда изображение превращается в набор целых чисел.

Будем обозначать количество цветов  - N, ширину изображения – W, высоту изображения – H (WxH – это разрешающая способность рисунка), число битов, необходимое для хранения цвета одной точки изображения – I (глубина цвета), объем изображения – Vгр.

Тогда число битов, необходимое для хранения цвета одной точки изображения – I, можно рассчитать по формуле: N=2I, а объем изображения – Vкр =W*H*I.

Пример. Рассчитайте объем видеопамяти, необходимый для хранения растрового изображения, занимающего весь экран монитора с разрешающей способностью 640х480 пикселей, если используется палитра из 65536 цветов.

Решение. Глубину цвета можно найти по формуле N =65536= 2I, значит, I = 16 бит, Следовательно, для хранения одного пикселя изображения потребуется 16/8 = 2 байта видеопамяти. Таким образом, для хранения всего изображения потребуется Vгр = W*H*I = 640*480*2 = 614400 байт = 600 Кб.

Звук

Что такое звук? Звук – это звуковая волна с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Значит, для того, чтобы ввести сигнал в компьютер, необходимо его, также как и рисунок, разбить на некоторые части (растры) или, другими словами, оцифровать. Процесс оцифровки звука называется временная дискретизация.

При этом процессе звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, и для каждого участка устанавливается определенная  величина амплитуды. Таким образом, гладкая кривая заменяется последовательностью «ступенек», обозначающих громкость звука.

Качество звука зависит от двух характеристик – глубина кодирования звука и частоты дискретизации.

Глубина кодирования звука (I) – это количество бит, используемое для кодирования различных уровней сигнала. Тогда общее количество уровней (N) можно вычислить по уже знакомой нам формуле: N=2I.

Например, если звуковая карта обеспечивает 16-битовую глубину кодирования звука, то общее количество различных уровней будет - 65536.

Частота дискретизации (M) – это количество измерений уровня звукового сигнала в единицу времени. Это характеристика показывает качество звучания. Измеряется в Гц.

Высокое качество звучания достигается при частоте дискретизации 44,1 кГц  и глубине кодирования, равной16 бит, и записи на двух звуковых дорожках («стерео» режим). Для низкого качества звучания характерны: М= 11 кГц, I= 8 бит и запись на одной звуковой дорожке («моно» режим).

Для того, чтобы найти общий объем звуковой информации, необходимо воспользоваться следующей формулой: Vзв =M*I*t, где М – частота дискретизации (в Гц), I- глубина кодирования (в битах), t- время звучания (в сек.).

Пример. Звук воспроизводится в течение 10 секунд при частоте 22,05 кГц и глубине звука 8 бит. Определить его размер (в Мб).

Решение: Перед тем, как посчитать объем звукового сигнала,  необходимо перевести частоту звука из КГц в Гц: М = 22,05*1000= 22050 Гц. Далее можно считать объем

Vзв =22050*10*8=1764000 бит =220500 байт =215 Кб = 0,2 Мб.

Текст

Будем рассматривать набор символов знаковой системы (алфавит) как различные возможные равновероятные состояния (события). Тогда каждому текстовому символу какого-либо алфавита  (букве, цифре, знаку препинания и др.) можно приписать код – целое число. Значит их информационная емкость зависит от их количества в алфавите (мощности алфавита), чем больше их количество, тем большее количество информации несет один символ. Например, в русском алфавите (без буквы «ё») на один символ приходится 5 битов информации (32=2I)..

На основе алфавитного подхода можно подсчитать количество информации в сообщении V, для этого нужно умножить количество одного символа на количество символов К в сообщении: Vт = I * К.

Пример. Определите информационный объем пословицы в битах «Мал золотник, да дорог», если мощность алфавита равна 16 бит (без кавычек).

Решение: Нужно просто подсчитать количество символов в предложении, не учитывая кавычки, но включая пробелы. (При этом подразумевая, что между словами стоит один пробел, а перед знаками препинания пробелов нет). Полученное значение умножить на I = 4 бита. Т. е. Vт = 22*4 = 44 бита.

Данные разделы являются дополнением и обобщением друг друга,  поэтому при их преподавании следует соблюдать соответствие в теоретическом изложении и при решении задач.