- •Информатика в мфюа. Базовый курс.
- •Предисловие
- •Раздел 4посвящен описанию работы в средеMs Windows.
- •Раздел 8 посвящен математическим вычислениям и элементам программирования в среде MathCad.
- •Раздел 1. Базовые понятия информатики
- •Глава 1.1. Информация, информатика, информационное общество
- •Глава 1.2. Данные, объем данных, биты и байты
- •Глава 1.3. Битовое и байтовое представление чисел. Системы счисления
- •Глава 1.4. Методы обработки данных. Элементарные методы (команды)
- •Глава 1.5. Информационные объекты. Свойства и примеры
- •Раздел 2. Компьютерные системы. Аппаратная конфигурация пк
- •Глава 2.1. История развития компьютерной техники.
- •2.1.1. От абака до первых эвм.
- •2.1.2. Поколения эвм.
- •Глава 2.2. Современные компьютерные системы.
- •2.2.1.Классификация компьютерных систем.
- •2.2.2 Архитектура компьютерной системы. Аппаратное и программное обеспечение.
- •Глава 2.3. Пк как пример компьютерной системы. Аппаратная конфигурация пк. Аппаратные интерфейсы.
- •Глава 2.4. Материнская плата, процессор и оперативная память - основные компоненты пк.
- •2.4.1. Материнская плата.
- •2.4.2. Процессор (cpu).
- •4.2.3. Оперативная память (ram).
- •Глава 2.5. Устройства хранения данных. Жесткие диски и сменные носители.
- •Глава 2.6. Видеоподсистема. Основные характеристики видеокарт и мониторов
- •Глава 2.7.Устройства ввода-вывода
- •Глава 2.8. Компьютерные сети. Интернет.
- •Раздел 3. Программная конфигурация пк
- •Глава 3.1. Классификация программного обеспечения пк.
- •Глава 3.2. Операционные системы
- •Глава 3.3.Хранение данных. Файлы. Физическая и логическая структура файловой системы.
- •3.3.1. Файлы. Физическая файловая система.
- •3.3.2. Логическая файловая система.
- •Глава 3.4.Интерфейс пользователя. Графическая оболочкаWindows95/98/me/nt/2000/xp.
- •Глава 3.5.Кодирование текста, цвета и звука.
- •3.4.1. Кодирование текста.
- •3.4.2. Кодирование цвета.
- •3.4.3. Кодировка звука.
- •Глава 3.6. Прикладной уровень программного обеспечения. Основные объекты, программы и форматы файлов.
- •Глава 3.7. Основные методы защиты информации. Криптография. Понятие об электронной цифровой подписи.
- •Раздел 4. Работа с операционной системойWindows98/2000/xp
- •Глава 4.1. Основные объекты и приемы управления Windows
- •Глава 4.2. Основные действия над объектами
- •Выделение (пометка) объектов
- •Открытие (просмотр) объекта
- •Воздействие на объект
- •Глава 4.3. Объекты файловой системы – файл и папка
- •4.3.1. Объект – файл
- •4.3.2. Объект – папка
- •Глава 4.4. Настройка графического интерфейса
- •4.4.1. Настройка рабочего стола
- •4.4.2. Настройка меню Пуски Панели задач
- •4.4.3. Настройка свойств папки
- •Глава 4.5. Установка оборудования и приложений
- •4.5.1. Установка и удаление приложений
- •4.5.2. Установка и настройка оборудования
- •Раздел 5. Работа с редакторомMsWord
- •Глава 5.1. Создание, открытие и сохранение документов в различных формах. Основные режимы работы с документами
- •Режимы работы с документами
- •Глава 5.2. Ввод, редактирование и форматирование текста. Управления форматами шрифта. Проверка правописания
- •Глава 5.3. Управление форматом абзаца
- •Глава 5.4. Настройка печати и печать документов
- •Глава 5.5. Вставка таблиц, рисунков, диаграмм и других объектов. Управление форматом, размерами и положением объекта
- •Глава 5.6. Формат и стиль документа. Колонки и списки. Колонтитулы и автотекст. Шаблоны документов
- •Глава 5.7. Создание, редактирование и форматирование таблиц
- •Глава 5.8. Создание, редактирование и форматирование графических объектов при помощи панели Рисование
- •Глава 5.9. Создание, редактирование и форматирование художественных заголовков при помощи средства WordArt
- •Глава 5.10. Создание, редактирование и форматирование формульных выражений при помощи средства msEquation.
- •Глава 5.11. Создание форм и документов с фиксированными полями заполнения
- •Раздел 6. Работа с электронными таблицамиMs Excel
- •Глава 6.1. Понятие об электронной таблице. Книга, листы, ячейки, именованные блоки, адреса
- •Глава 6.2. Ввод числовых и символьных данных. Ввод формул
- •Глава 6.4. Основные математические и логические функции
- •Глава 6.5. Табулирование функций и построение их графиков
- •Глава 6.6. Решение уравнений при помощи средства Подбор параметра
- •Тема 6.7. Решение системы уравнений и оптимизация функций при помощи средства Поиск решения
- •Глава 6.8. Создание табличных баз данных. Проверка, фильтрация, сортировка данных. Подведение итогов
- •Глава 6.9. Построение различных типов диаграмм по табличным данным
- •Глава 6.10. Построение сводных таблиц и диаграмм по ним
- •Глава 6.11. Настройка печати и печать электронной таблицы
- •Раздел 7. Создание презентаций с помощью мs PowerPoint
- •Глава 7.1. Презентации. ПрограммаMs Power Point.
- •Глава 7.2. Способы создания презентаций.
- •Глава 7.3. Объекты, составляющие слайд.
- •Глава 7.4. Вставка объектов. Использование анимационных и звуковых эффектов
- •Глава 7.4. Настройка показа и управление показом презентации
- •Глава 7.5. Способы печати презентации
- •Раздел 8. Математические вычисления. Введение в алгоритмизацию и программирование (на основе системыMathCad)
- •Глава 8.1. Функции и их графики
- •Глава 8.2. Решение алгебраических уравнений и систем уравнений
- •Глава 8.3. Работа с векторами и матрицами, ввод/вывод данных
- •Глава 8.4. Условные операторы, циклы, программные блоки
- •Глава 8.5. Символьные преобразования
- •Содержание.
- •Дополнительная литература.
3.4.3. Кодировка звука.
Звук – это аналоговый процесс, который можно описать одной (но очень сложной!) функцией P(t), выражающей зависимость давления от времени в какой-либо точке пространства.
Человек различает две основные характеристики звука – громкость и тональность.
Громкость определяется как среднее значение функции P(t) за время - маленькое с точки зрения человеческого восприятия, но достаточное для того, чтобы за это время произошло много пульсаций функции P(t) и можно было бы говорить о частотах этих пульсаций (например, величина может составлять 1-2 десятых долей секунды). Тональность звука определяется частотами пульсаций функции P(t) за то же время . Количественно охарактеризовать тональность можно при помощи разложения функции P(t) в ряд Фурье на временном отрезке . В результате получится набор частотных гармоник – составляющих звукового спектра. Амплитуда каждой гармоники определяет громкость соответствующей частоты.
Любое кодирование звука заключается в представлении функции P(t) в виде набора данных, т.е. чисел. Существует много различных способов кодирования звука. Рассмотрим некоторые из них.
Формат MIDI (Musical Instrument Digital Interface) – цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Создан в 1982 году ведущими производителями электронных музыкальных инструментов - Yamaha, Roland, Korg, E-mu и др. При этой кодировке считается, что звук создается набором музыкальных инструментов. Для каждого инструмента определяется набор возможных действий (например, нажатие определенной клавиши на фортепиано) и результат каждого действия (спектр звука). Каждому действию каждого инструмента присваивается код.MIDI – файл и состоит из последовательности таких кодов. Можно считать, чтоMIDI-формат является электронным аналогом нотной записи. ПреимуществомMIDI-формата является очень маленький объем получающихся файлов. Одним из недостатковMIDI-формата является зависимость воспроизводимого звука от аппаратно-программного обеспечения, при помощи которого воспроизводится данныйMIDI файл (точно так же, как исполняемое «вживую» музыкальное произведение зависит не только от нот, но и от исполнителя). Вторым (основным) недостатком этого формата является невозможность записать звук, не создаваемый музыкальными инструментами, например, человеческий голос.
Формат WAV(от словаwave – волна). Это формат, основанный на непосредственном табулировании функцииP(t), т.е. на представлении этой функции в виде последовательности числовых значенийPi, в моменты времениti, отстоящие друг от друга на очень маленькую величинуt (t = ti+1 – ti ), называемую квантом дискретизации. За времяtфункцияP(t) должна измениться незначительно, - это означает, что величинаt должна быть существенно меньше периода самого высокочастотного звукового колебания из спектра функцииP(t).Величина обратнаяt(= 1/t) называетсячастотой дискретизации(частотой оцифровки). Числовые значения функцииPi дискретны, общее количество этих значений определяетсяразрядностью кодирования звука– 8 бит (256 значений), 16 бит (64 тыс. значений), 32 бита ( 4 млрд.значений) и т.д. Чем выше частота дискретизации и разрядность кодирования, тем более точно представляется записываемый звук. Достаточными являются значения этих параметров 44 кГц и 16 бит.
Формат WAV позволяет записывать любой звук с любой необходимой точностью. Главным недостатком этого формата является очень большой объем получающихся звуковых файлов. Даже при использовании процедуры сжатия данных объем таких файлов составляет несколько МБ на минуту звука, а объем 5-минутной музыкальные композиции составляют 30-50 МБ. Именно поэтому для записи музыкальных композиций форматWAV используется редко – его вытеснили форматы семейства MPEG. ФорматWAV используется для записи коротких звуков, а также в тех случаях,когда важна точность записи звука, например, при снятии данных с акустических датчиков.
Форматы MPEG ,включаяMP3 иMP4 – это семейство мультимедийных форматов для записи видеоизображения и звука. Принципы кодирования звука в рамках этих форматов основаны на том факте, что человеческое ухо не совершенно и на самом деле точное воспроизводство функцииP(t) дает много избыточной информации, которую органы слуха не в состоянии обработать.
Рассмотрим кодирование звука на примере формата MP3 (сокращение отMPEG Layer 3). Перед кодированием исходный сигнал (функцияP(t)) разбивается на участки длительности, называемые звуковыми фреймами. Каждый звуковой фрейм раскладывается в ряд Фурье, после чего он обрабатывается на основе так называемой психоакустической модели, учитывающей особенности восприятия звука человека. В рамках этой модели учитывается, например, что если в спектре присутствует сильный звук на частоте 1000 Гц, то более слабый звук на частоте 1100 Гц уже не будет слышен, что будет ослаблена чувствительность уха на период в 100 мс после и 5 мс до возникновения сильного звука и т.д. Все неслышимые с точки зрения психоакустической модели звуки из спектра удаляются, это и позволяет значительно уменьшить объем звукового файла. При этом качество звука не ухудшается, а иногда, например, при оцифровке зашумленного звука, может даже улучшится по сравнению с оригиналом. В целом качество звука для рассматриваемых форматов определяется суммарным объемом получаемого кода на единицу времени звучания, т.е. количеством бит, затрачиваемых на кодирование 1 секунды звучания. Эта величина называетсябитрейтоми измеряется в килобитах в секунду (кб/с,kbs). Наивысшее для форматаMP3 качество обеспечивается битрейтом320 кб/с, достаточное качество – битрейтом128 кб/с, это около 1 МБ на одну минуту звучания.
Алгоритмы кодирования звука могут различаться даже в рамках одного формата. Например, можно использовать MP3-кодирование с разными психоакустическими моделями. Непосредственное преобразование данных из звукового файла в звук (т.е. в аналоговый сигнал), а также обратное преобразование осуществляется специальными программными компонентами, которые называютсякодеками(от слов КОдировщик и ДЕКодировщик). Для того чтобы успешно воспроизводить музыкальные файлы и видеофайлы, необходимо установить набор кодеков, соответствующих всем возможным алгоритмам кодирования.
Существуют и другие форматы кодирования звука, использующие те же идеи, что и MPEG. Например, формат VQF позволяем уменьшить размер файла по сравнению сMP3 примерно на 25% за счет использования более сложных алгоритмов кодирования.