Практическая работа "Кодирование текстовых, графических, звуковых данных"

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3

Кодирование текстовых, графических, звуковых данных.

Цель работы: научиться вычислять количество информации, используя содержательный, алфавитный или вероятностный подход.

О борудование – ПК.

Программное обеспечение – Microsoft Office Word.

Порядок выполнения и критерии практической работы

Что нужно знать:

Все символы кодируются одинаковым числом бит (алфавитный подход) чаще всего используют кодировки, в которых на символ отводится 8 бит (8-битные) или 16 бит (16-битные) при измерении количества информации принимается, что в одном байте 8 бит, а в одном килобайте (1 Кбайт) – 1024 байта, в мегабайте (1 Мбайт) – 1024 Кбайта после знака препинания внутри (не в конце!) текста ставится пробел чтобы найти информационный объем текста I , нужно умножить количество символов N на число бит на символ K : I=N*K

Автоматическое устройство осуществило перекодировку информационного сообщения на русском языке, первоначально записанного в 16-битном коде Unicode, в 8-битную кодировку КОИ-8. При этом информационное сообщение уменьшилось на 800 бит. Какова длина сообщения в символах?

1) 50 2) 100 3) 400 4) 800

Решение:

1. Изменение кодировки с 16 бит на 8 бит, равно 16 - 8 = 8 бит.

2. Информационный объем каждого символа сообщения уменьшился на 8 бит.

3. Так как объем информационного сообщения уменьшился на 800 бит, следовательно, количество символов в сообщение равно 800/8=100.

Ответ: Длина сообщения - 100 символов.

Текст, состоящий из 142 символов, закодирован с помощью таблицы кодировок Unicode. Определите количество информации (в битах) содержащейся в тексте.

Решение:

1. Воспользуемся формулой: I= K×i, где I- количество информации, K- количество символов в тексте, i – информационный вес одного символа.

2. В таблице кодировок Unicode, для хранения каждого символа используется 2 байта. В тесте 142 символа, следовательно, I= 142×2=284байта.

3. Переводим из одной единицы измерения в другую, так как 1байт=8бит, то 284байт×8бит= 2272 бит.

Ответ. Информационный объем текста 2272бит.

Что нужно знать:

• для хранения растрового изображения нужно выделить в памяти I = N · i битов, где N – количество пикселей и i – глубина цвета (разрядность кодирования);

• количество пикселей изображения N вычисляется как произведение ширины рисунка на высоту (в пикселях);

• глубина кодирования – это количество бит, которые выделяются на хранение цвета одного пикселя;

• при глубине кодирования i битов на пиксель код каждого пикселя выбирается из 2ⁱ возможных вариантов, поэтому можно использовать не более 2ⁱ различных цветов

• нужно помнить, что

1 Мбайт = 2²⁰ байт = 2²³ бит,

1 Кбайт = 2¹⁰ байт = 2¹³ бит

Рисунок размером 512 на 256 пикселей занимает в памяти 64 Кбайт (без учёта сжатия). Найдите максимально возможное количество цветов в палитре изображения.

Решение:

1. находим количество пикселей, используя для вычисления степени числа 2:

N = 512 · 256 = 2⁹ · 2⁸ = 2¹⁷

1. объём файла в Кбайтах 64 = 2⁶

2. объём файла в битах 2⁶ · 2¹³ = 2¹⁹

3. глубина кодирования (количество битов, выделяемых на 1 пиксель):

2¹⁹ : 2¹⁷ = 2² = 4 бита на пиксель

1. максимальное возможное количество цветов 2⁴ = 16

2. Ответ: 16.

Какой минимальный объём памяти (в Кбайт) нужно зарезервировать, чтобы можно было сохранить любое растровое изображение размером 64 на 64 пикселов при условии, что в изображении могут использоваться 256 различных цветов? В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.

Решение:

1. находим количество пикселей, используя для вычисления степени числа 2:

N = 64 · 64 = 2⁶ · 2⁶ = 2¹²

1. 256 = 2⁸, поэтому для кодирования одного из 256 вариантов цвета нужно выделить в памяти 8 = 2³ бит на пиксель

2. объём файла в битах 2¹² · 2³ = 2¹⁵

3. объём файла в Кбайтах 2¹⁵ : 2¹³ = 2² = 4

4. Ответ: 4.

Что нужно знать:

• при оцифровке звука в памяти запоминаются только отдельные значения сигнала, который нужно выдать на динамик или наушники;

• частота дискретизации определяет количество отсчетов, запоминаемых за 1 секунду; 1 Гц (один герц) – это один отсчет в секунду, а 8 кГц – это 8000 отсчетов в секунду;

• глубина кодирования – это количество бит, которые выделяются на один отсчет;

• для хранения информации о звуке длительностью секунд, закодированном с частотой дискретизации Гц и глубиной кодирования бит требуется бит памяти; например, при кГц, глубине кодирования 16 бит на отсчёт и длительности звука 128 секунд требуется

бит

байт

Кбайт

Мбайт

• при двухканальной записи (стерео) объем памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 2;

• для упрощения ручных расчетов можно использовать приближённые равенства

1 мин = 60 сек  64 сек = 2⁶ сек

1000  1024 = 2¹⁰

• нужно помнить, что

1 Мбайт = 2²⁰ байт = 2²³ бит,

1 Кбайт = 2¹⁰ байт = 2¹³ бит

Музыкальный фрагмент был оцифрован и записан в виде файла без использования сжатия данных. Получившийся файл был передан в город А по каналу связи за 30 секунд. Затем тот же музыкальный фрагмент был оцифрован повторно с разрешением в 2 раза выше и частотой дискретизации в 1,5 раза меньше, чем в первый раз. Сжатие данных не производилось. Полученный файл был передан в город Б; пропускная способность канала связи с городом Б в 4 раза выше, чем канала связи с городом А. Сколько секунд длилась передача файла в город Б? В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.

Решение (вариант 1):

1. объём музыкального файла вычисляется по формуле , где f – частота дискретизации, r – разрешение (глубина кодирования), k – количество каналов, t – время звучания;

2. при повышении разрешения (количества битов на хранения одного отсчёта) в 2 раза объём файла (при прочих равных условиях) увеличивается в 2 раза, поэтому время тоже увеличится в 2 раза;

3. при снижении частоты дискретизации (количества хранимых отсчётов за 1 секунду) в 1,5 раза объём файла (при прочих равных условиях) уменьшается в 1,5 раза, поэтому время тоже уменьшится в 1,5 раза;

4. при увеличении пропускной способности канала связи (здесь это то же самое, что и скорость передачи данных) в 4 раза время передачи (при прочих равных условиях) уменьшится в 4 раза;

5. поэтому исходное время передачи файла нужно

а) умножить на 2

б) разделить на 1,5

в) разделить на 4

1. получается 30 · 2 / 1,5 / 4 = 10 секунд

2. Ответ: 10.

Решение (вариант 2, с неизвестными):

1. примём объём первого музыкального файла за X, тогда скорость передачи в город А равна X/30

2. при увеличении разрешения в 2 раза на один отсчёт отводится в памяти в 2 раз больше места, то есть объём файла увеличится в 2 раза

3. при уменьшении частоты дискретизации в 1,5 раза объём файла уменьшается в 1,5 раза (за 1 с берём в 1,5 раз меньше отсчётов)

4. объёдиняя 2) и 3), получаем, что объём файла, полученного после второй оцифровки, равен X·2/1,5 =

5. пропускная способность (подразумевается – и скорость передачи!) канала связи с городом Б в 4 раза выше, то есть скорость равна

6. время передачи находим как отношение объёма файла к скорости:

= 10 с

1. Ответ: 10.

Производилась двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 64 кГц и 24-битным разрешением. В результате был получен файл размером 120 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите приблизительно, сколько времени (в минутах) производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число, кратное 5.

Решение (через степени двойки):

1. так как частота дискретизации 64 кГц, за одну секунду запоминается 64000 значений сигнала

2. так как глубина кодирования – 24 бита = 3 байта, для хранения 1 секунды записи требуется

2  64000  3 байта

(коэффициент 2 – для стерео записи)

1. на 1 минуту = 60 секунд записи потребуется

60  2  64000  3 байта

1. переходим к степеням двойки, заменяя 60  64 = 2⁶; 1000  1024 = 2¹⁰:

2⁶  2¹  2⁶  2¹⁰  3 байта = 2⁶  2¹  2⁶  3 Кбайта

= 2²  2¹  3 Мбайта = 24 Мбайта

1. тогда время записи файла объёмом 120 Мбайт равно 120 / 24= 5 минут

2. таким образом, правильный ответ – 5.

1. Какой минимальный объём памяти (в Кбайт) нужно зарезервировать, чтобы можно было сохранить любое растровое изображение размером 128 на 256 пикселов при условии, что в изображении могут использоваться 64 различных цвета? В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.

1. Рисунок размером 128 на 128 пикселей занимает в памяти 10 Кбайт (без учёта сжатия). Найдите максимально возможное количество цветов в палитре изображения.

1. Книгу объёмом 1 Мбайт записали как аудиокнигу. Запись велась в формате стерео (2 канала) с частотой 48 кГц и разрешением 24 бит. За одну минуту записывалось в среднем 1,5 Кбайт текста. Сжатие данных позволило сократить размер полученного звукового файла на 84%. Для удобства использования запись разделили на фрагменты со средним размером 15 Мбайт. Определите количество полученных фрагментов.

1. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 48 кГц и глубиной кодирования 16 бит. Запись длится 2 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?

1. 11 2)12 3)13 4)20

1. Голосовое сообщение, записанное в стереоформате, передается со скоростью 64 000 бит/с. Файл был записан с такими параметрами: глубина кодирования— 24 бит на отсчет, частота дискретизации   — 16 000 отсчетов в секунду, время записи   — 90 с. Сколько секунд будет передаваться голосовое сообщение?

1. Автоматическое устройство осуществило перекодировку информационного сообщения на русском языке, первоначально записанного в 16- битном коде Unicode, в 8 битную кодировку КОИ-8. При этом информационное сообщение уменьшилось на 480 бит. Какова длина сообщения в символах?

1. Автоматическое устройство осуществило перекодировку информационного сообщения на русском языке, первоначально записанного в 16-битном коде Unicode, в 8-битную кодировку КОИ-8. При этом количество информации уменьшилось на 480бит. Какова длина сообщения в символах?

1. Сообщение из 118 символов было записано в 8-битной кодировке Windows-1251, после вставки в текстовый редактор сообщение было перекодировано в 16-битный код Unicode. На какое количество информации увеличилось количество памяти, занимаемое сообщением?

1. Автоматическое устройство осуществило перекодировку информационного сообщения на русском языке, первоначально записанного в 16–битном коде Unicode, в 8–битную кодировку Windows–1251, при этом информационный объем сообщения составил 60 байт. Какова длина сообщения в символах?

2. Автоматическое устройство осуществило перекодировку информационного сообщения, первоначально записанного в 7-битном коде ASCII, в 16-битную кодировку Unicode. При этом информационное сообщение увеличилось на 108 бит. Какова длина сообщения в символах?

1) 12 2) 27 3) 6 4) 62

3. В кодировке Unicode на каждый символ отводится два байта. Определите информационный объем слова из двадцати четырех символов в этой кодировке.

1) 384 бита 2) 192 бита 3) 256 бит 4) 48 бит