☰ خطة العام · تكنولوجيا المعلومات والاتصالات (بالعربية)

الأعداد وراء الصوت والصور والفيديو

الأسبوع 5 · الوحدة ٦ «تصميم المعلومات» (٢): العمليات الحسابية والمكمّلات، رقمنة الصوت والصور والفيديو والضغط، تصميم المعلومات · 3 دروس
2

الصوت والصور والفيديو على شكل أرقام

ICT Secondary 1 Term 1, Chapter 6, Lessons 6-5 to 6-10: pp. 74–95
الهدفأشرح كيف تتحول الأصوات والصور والفيديو إلى أعداد، وأحسب أحجام الملفات مع ذكر الوحدة.
كلمات جديدة
أخذ العينات (⁦sampling⁩) · قياس الموجة في أزمنة منتظمةالبكسل (⁦pixel⁩) · نقطة واحدة من الصورة لها لون واحدالضغط (⁦compression⁩) · جعل الملف أصغر حجمًانسبة الضغط (⁦compression ratio⁩) · الحجم الأصلي ÷ الحجم بعد الضغط
الشرح

الصوت موجة. ولتخزينه يأخذ الحاسوب عيّنات من الموجة: يقيس ارتفاعها في أزمنة منتظمة. ويُقرَّب كل قياس إلى عدد صحيح (التحويل الكمي) ويُكتب بتات (الترميز). وكلما زادت العينات في الثانية وزادت البتات في العينة اقترب التسجيل من الصوت الحقيقي لكن يكبر الملف. والحجم = عدد العينات في الثانية × البتات في العينة × الثواني × عدد القنوات، بالبتات؛ ونقسم على ٨ لنحصل على البايتات. وفي هذا الدرس ⁦1 KB = 1,000⁩ بايت و⁦1 MB = 1,000,000⁩ بايت. فلـ ٨٠٠٠ عينة في الثانية، و٨ بتات، و١٠ ثوانٍ، وقناة واحدة: ٨٠٠٠ × ٨ × ١٠ = ٦٤٠٠٠٠ بت = ٨٠٠٠٠ بايت = ٨٠ كيلوبايت. والصورة شبكة من البكسلات. والدقة هي عدد البكسلات في العرض × عدد البكسلات في الارتفاع. وعمق اللون هو عدد البتات لكل بكسل: بت واحد يعطي لونين، و٨ بتات تعطي ٢٥٦، و٢٤ بتًا تعطي ١٦٬٧٧٧٬٢١٦ (نحو ١٦٫٧ مليونًا). وعلى الشاشة يجتمع الضوء الأحمر والأخضر والأزرق ليعطي الأبيض؛ وفي الطباعة تطرح أحبار السماوي والأرجواني والأصفر الضوء. وحجم الصورة بالبايت = عدد البكسلات × البتات لكل بكسل ÷ ٨. فصورة ⁦100 × 50⁩ بعمق ٨ بتات حجمها ٥٠٠٠ × ٨ ÷ ٨ = ٥٠٠٠ بايت = ٥ كيلوبايت. والصور النقطية بكسلات وتتشوش عند التكبير؛ وصور المتجهات أشكال تصفها معادلات وتبقى حادة. والفيديو صور كثيرة تسمى إطارات تُعرض بسرعة: حجمه = حجم الصورة × الإطارات في الثانية × الثواني، وهو كبير جدًا فنضغطه. الضغط دون فقد يستطيع استعادة الملف تمامًا؛ والضغط مع فقد يُسقط تفاصيل بالكاد يلاحظها الناس ولا يمكن التراجع عنه.

أمثلة محلولة
0001100000011000000110001111111111111111000110000001100000011000
هذه صورة ⁦8 × 8⁩ بعمق بت واحد لكل بكسل (⁦1⁩ = أسود). فيها ٨ × ٨ = ٦٤ بكسلًا، فتحتاج إلى ٦٤ بتًا = ٨ بايتات. وكل صف بايت واحد.
0501001501509015خامدون فقدمع فقدالحجم بالكيلوبايت
حجم الفيديو والضغط. مقطع قصير: ١٠ إطارات في الثانية لمدة ٣ ثوانٍ يساوي ٣٠ إطارًا. وكل إطار صورة ١٠٠ × ٥٠ حجمها ٥٠٠٠ بايت كما في الشرح، فالمقطع الخام ٣٠ × ٥٠٠٠ = ١٥٠٠٠٠ بايت = ١٥٠ كيلوبايت (⁦1 KB = 1,000⁩ بايت). وبعد الضغط يصبح ١٥ كيلوبايت، فتكون نسبة الضغط ١٥٠ ÷ ١٥ = ١٠ (١٠ إلى ١). وتعرض الصورة أحجامًا من اختراعنا للمقطع نفسه.
نشاط الفصل

احسب على الورق مع ذكر قاعدة الوحدة (⁦1 KB = 1,000⁩ بايت): حجم تسجيل مدته ٥ ثوانٍ بمعدل ٤٠٠٠ عينة في الثانية و٨ بتات وقناة واحدة. ثم حجم صورة ⁦40 × 25⁩ بعمق ٨ بتات لكل بكسل.

تدرّب
1
صورة تستخدم بتين لكل بكسل. كم لونًا تستطيع عرضه؟
2
لماذا تبقى صورة المتجهات حادة عند التكبير؟
3
حجم صورة ⁦16 × 16⁩ بعمق بت واحد لكل بكسل، بالبايت؟
4
ضُغط ملف حجمه ٢٠٠ كيلوبايت إلى ٥٠ كيلوبايت. ما نسبة الضغط؟