CSI106 - Phần 3: Lưu trữ dữ liệu và mã hoá

Đáp án đúng: "705,600 bits". Mỗi giây lấy 44.100 mẫu, mỗi mẫu lưu bằng 16 bit, nên số bit cần cho một giây là 44.100 nhân 16, bằng 705.600 bit, tức khoảng 88,2 kilobyte cho một dòng tín hiệu. Con số "352,800 bits" là 44.100 nhân 8, ứng với độ sâu 8 bit mỗi mẫu chứ không phải 16 bit như đề cho. Con số "1,411,200 bits" gấp đôi kết quả đúng, nó là lượng bit của tín hiệu hai kênh âm thanh nổi, trong khi đề chỉ nói tới một tín hiệu được lấy mẫu. Con số "282,240 bits" không ứng với phép nhân nào của hai dữ kiện đã cho; muốn ra số đó thì mỗi mẫu phải chiếm 6,4 bit, một độ sâu bit không có thật.

Đáp án đúng: "110 0110". Mã của chữ in thường và chữ in hoa cùng tên lệch nhau đúng 32 đơn vị, tức bit thứ sáu tính từ phải đổi từ 0 thành 1, nên từ 100 0110 của chữ hoa ta được 110 0110; kiểm lại bằng cách tính giá trị của mẫu bit này là 64 cộng 32 cộng 4 cộng 2, đúng bằng 102 như đề cho. Mẫu "110 0101" có giá trị 101 nên nó là mã của chữ e, nhỏ hơn mẫu cần tìm một đơn vị. Mẫu "110 0111" có giá trị 103 nên nó là mã của chữ g. Mẫu "110 1000" có giá trị 104 nên nó là mã của chữ h, lệch hai đơn vị so với giá trị mà đề yêu cầu.

Đáp án đúng: "Raster graphics and vector graphics". Ảnh trong máy được lưu theo hai hướng: raster quét ảnh thành lưới điểm và ghi mã màu cho từng pixel, còn vector ghi mô tả hình học của các đối tượng như đường, cung, đa giác rồi vẽ lại khi cần nên phóng to không bị răng cưa. Mục "Raster graphics and animation" đặt sai hạng mục, animation là chuỗi ảnh nối tiếp theo thời gian, nó dựng trên hai kỹ thuật kia chứ không phải cách lưu một ảnh. Mục "Vector graphics and text encoding" đưa vào mã hoá văn bản, thứ dùng để biểu diễn ký tự bằng ASCII hay Unicode, không lưu được hình. Mục "Image scanning and color depth" trộn một thao tác nhập ảnh với một tham số kỹ thuật là số bit dành cho mỗi pixel, cả hai đều không phải cách tổ chức dữ liệu ảnh.

Đáp án đúng: "Encryption". Số hoá âm thanh gồm ba bước: lấy mẫu biên độ tín hiệu tại các thời điểm cách nhau đều đặn, lượng tử hoá để làm tròn mỗi mẫu về một mức giá trị, rồi mã hoá các mức đó thành dãy bit. Việc mã hoá bảo mật là bước bảo vệ thêm, dùng khi cần giữ kín tệp, chứ không cần cho việc biểu diễn âm thanh. Mục "Sampling" là bước đầu, quyết định tần số lấy mẫu. Mục "Quantization" là bước gán mỗi mẫu một giá trị trong tập hữu hạn, chỗ sinh ra sai số lượng tử. Mục "Encoding" là bước ghi kết quả thành số nhị phân với số bit cho mỗi mẫu. Bỏ bất kỳ bước nào trong ba bước đó thì không còn tệp âm thanh, còn bỏ việc mã hoá bảo mật thì tệp vẫn phát được.

Đáp án đúng: "It represents the two characters 'a' and 'c'". Chuỗi 16 bit chia thành hai byte: 01100001 và 01100011, đổi sang thập phân là 97 và 99, tra bảng mã ASCII thì đó là hai chữ cái thường. Mục "It represents the two characters 'A' and 'C'" sai vì chữ hoa có mã 65 và 67, viết nhị phân là 01000001 và 01000011, bit thứ ba từ trái bằng 0 chứ không bằng 1 như chuỗi đã cho. Mục "It represents the two characters 'A' and 'b'" trộn một chữ hoa với một chữ thường, cho mã 65 và 98, tức 01000001 và 01100010, cả hai byte đều lệch. Mục "It represents the decimal number 24903" cũng không khớp: đọc cả 16 bit như một số nguyên không dấu thì giá trị là 24931. Khoảng cách 32 giữa mã chữ hoa và chữ thường chính là bit thứ ba từ trái trong mỗi byte.

Đáp án đúng: "(255, 255, 255)". Trong mô hình True-Color, mỗi điểm ảnh lưu ba thành phần đỏ, lục, lam, mỗi thành phần chiếm một byte nên nhận giá trị từ 0 tới 255 để chỉ cường độ. Đỏ thuần là (255, 0, 0) nghĩa là bật hết kênh đỏ và tắt hai kênh kia; trắng là lúc cả ba kênh đều ở cường độ cực đại, nên bộ ba phải là (255, 255, 255). "(0, 0, 0)" tắt cả ba kênh, cho ra màu đen. "(0, 255, 0)" chỉ bật cực đại kênh lục nên cho màu lục thuần. "(0, 0, 255)" bật riêng kênh lam, cho màu lam thuần.

Đáp án đúng: "As an 8-bit pattern 01000001." Trong bảng mã ASCII, chữ A hoa có mã 65, viết bằng 7 bit là 1000001; nhưng đơn vị lưu trữ nhỏ nhất mà máy thao tác được là một byte, nên ký tự nằm trong 8 bit với bit trái bù 0, thành 01000001. "As a 7-bit pattern 1000001." đúng về giá trị mã gốc của bảng ASCII, song không phản ánh cách chữ được lưu trong bộ nhớ, nơi mỗi ký tự chiếm trọn một byte. "As a 16-bit Unicode pattern." nói về bảng mã khác: Unicode mở rộng để chứa mọi hệ chữ viết, còn câu dẫn giới hạn ở ASCII. "As a 32-bit graphical symbol." nhầm ký tự với hình ảnh, vì máy lưu mã số của ký tự còn hình dáng chữ do phông chữ vẽ ra lúc hiển thị.

Đáp án đúng: "640,000 bits per second". Tốc độ bit bằng số mẫu lấy trong một giây nhân với số bit mã hoá mỗi mẫu: 40.000 nhân 16 cho 640.000 bit mỗi giây. Đây chính là công thức dùng khi số hoá tín hiệu tương tự qua hai bước lấy mẫu và lượng tử hoá. "40,016 bits per second" là kết quả của phép cộng hai số liệu thay vì phép nhân, mà cộng số mẫu với số bit mỗi mẫu thì không có nghĩa gì về đơn vị. "16,000 bits per second" ứng với trường hợp mỗi giây chỉ lấy 1.000 mẫu 16 bit, nhỏ hơn dữ kiện bốn mươi lần. "256,000 bits per second" ứng với tốc độ lấy mẫu 16.000 mẫu mỗi giây, cũng không khớp với 40.000 mẫu đã cho trong đề.

Đáp án đúng: "Computers are made of electronic switches that can have only two states (on and off)". Lý do gốc nằm ở vật liệu: máy tính được dựng từ những linh kiện điện tử hoạt động như công tắc, chỉ có hai trạng thái đóng hoặc mở, nên mọi dữ liệu và chương trình đều phải mã hoá thành dãy gồm hai ký hiệu. "It is easier for humans to read and understand." sai vì người đọc dãy bit khó hơn đọc số thập phân nhiều; chính vì vậy mới sinh ra cách viết hệ mười sáu cho gọn. "It allows for a greater variety of symbols." sai vì nhị phân là hệ có ít ký hiệu nhất, chỉ hai, trái hẳn với điều nó khẳng định. "Binary patterns are more efficient for complex arithmetic operations" sai vì mạch số học nhị phân đơn giản chỉ là hệ quả dễ chịu của việc chọn hai trạng thái, không phải nguyên nhân; nếu chế tạo được linh kiện ổn định với mười trạng thái thì máy tính thập phân vẫn khả thi về mặt số học.

Đáp án đúng: "To convert audio into a format suitable for storage or transmission". Sau khi lấy mẫu và lượng tử hoá, mỗi mẫu âm thanh là một số; bước mã hoá biến dãy số đó thành chuỗi bit theo một khuôn dạng xác định, có thể kèm nén, để máy lưu được thành tệp và truyền được trên đường truyền. Phương án "To improve the quality of the sound" sai vì mã hoá không làm âm thanh hay hơn; chất lượng do tần số lấy mẫu và số bit lượng tử quyết định, còn nén có mất thậm chí làm giảm chất lượng. Phương án "To increase the speed of audio playback" nhầm sang tốc độ phát lại, thứ phụ thuộc vào nhịp đọc mẫu khi tái tạo. Phương án "To reduce the number of channels used in the audio" chỉ là một lựa chọn riêng khi muốn giảm dung lượng, không phải mục đích của bước mã hoá.

Đáp án đúng: ".svg". Ảnh vector được mô tả bằng các đối tượng hình học như đường, đa giác, đường cong cùng thuộc tính màu, nên phóng to bao nhiêu cũng không rỗ; khuôn dạng này lưu đúng kiểu mô tả đó dưới dạng văn bản đánh dấu, vì vậy nó là khuôn dạng vector quen dùng nhất trên web. Phương án ".jpg" là ảnh mành, lưu lưới điểm ảnh và nén có mất nên phóng to sẽ nhoè, thích hợp cho ảnh chụp. Phương án ".gif" cũng là ảnh mành, giới hạn bảng màu 256 màu và hỗ trợ hoạt ảnh đơn giản, vẫn không mô tả hình bằng công thức hình học. Phương án ".mp4" không phải khuôn dạng ảnh mà là khuôn dạng chứa video kèm âm thanh.

Đáp án đúng: "Punctuation, blank, newline, and tab". Bảng mã ký tự không chỉ chứa chữ và số: nó còn phải mã hoá các dấu câu, ký tự dấu cách và những ký tự điều khiển như xuống dòng hay tab, bởi văn bản thật cần cả cách ngắt từ và ngắt dòng mới đọc được. Phương án "Only mathematical operators." bó hẹp sai ở chữ chỉ, vì các dấu phép toán chỉ là một phần nhỏ và bỏ sót toàn bộ nhóm dấu câu cùng ký tự điều khiển. Phương án "Only programming language keywords" nhầm tầng khái niệm: từ khoá là các chuỗi ghép từ chữ cái đã có sẵn, không phải một nhóm ký hiệu riêng trong bảng mã. Phương án "Only special graphical symbols." cũng chỉ nêu một nhóm hẹp và bỏ qua dấu cách lẫn ký tự xuống dòng, hai thứ xuất hiện trong gần như mọi tệp văn bản.

Đáp án đúng: "bitmap". Ảnh dạng bitmap được lưu thành một lưới điểm ảnh với màu của từng điểm, nên số điểm là cố định; khi phóng to, máy phải nhân bản hoặc nội suy điểm ảnh, làm mép hình thành bậc răng cưa và chi tiết trông vỡ hạt. Phương án "vector" ngược lại: ảnh được mô tả bằng các đối tượng hình học cùng tham số, nên phóng ở tỉ lệ nào cũng vẽ lại mịn mà không mất nét. Phương án "quantized" không phải một phương pháp biểu diễn ảnh; lượng tử hoá là bước làm tròn giá trị mẫu thành một tập mức hữu hạn trong quá trình số hoá tín hiệu. Phương án "binary" nói về dạng mã hoá chung của mọi dữ liệu trong máy, cả ảnh bitmap lẫn ảnh vector đều được lưu dưới dạng nhị phân, nên nó không phân biệt được hai cách biểu diễn.

Đáp án đúng: "3072 kbps". Tốc độ bit của âm thanh số hoá bằng tần số lấy mẫu nhân với số bit mỗi mẫu. Ở đây tần số lấy mẫu là 192 kHz, tức 192 000 mẫu mỗi giây, mỗi mẫu dùng 16 bit, nên mỗi giây sinh ra 192 000 nhân 16 bằng 3 072 000 bit, viết gọn là 3072 kbps. Phương án "3072 bps" đúng con số nhưng sai đơn vị một nghìn lần: 3072 bit mỗi giây còn chưa đủ cho một kênh thoại chất lượng thấp. Phương án "12 kbps" là kết quả của phép chia 192 cho 16 thay vì nhân, tức làm sai bản chất công thức. Phương án "12 bps" sai cả phép tính lẫn đơn vị, cho ra một tốc độ nhỏ đến mức vô nghĩa với âm thanh.

Đáp án đúng: "Capturing discrete values of the sound wave at regular intervals". Âm thanh là tín hiệu biến đổi liên tục theo thời gian, còn máy tính chỉ lưu được các con số rời rạc; lấy mẫu là bước đo biên độ của sóng tại những thời điểm cách nhau đều đặn, số lần đo mỗi giây chính là tần số lấy mẫu. Phương án "Converting audio into hexadecimal format" chỉ nói về cách viết lại dữ liệu đã có theo cơ số mười sáu, không hề là việc rời rạc hoá tín hiệu. Phương án "Compressing the audio file" là nén, một bước làm sau khi đã số hoá nhằm giảm dung lượng bằng cách bỏ phần dư thừa hoặc phần tai người ít nhận ra. Phương án "Encoding text metadata for audio" chỉ là ghi kèm thông tin mô tả như tên bài hay tên người trình bày, chẳng liên quan gì tới bản thân dạng sóng.