Файл: Методы кодирования данных (Основные принципы кодирования данных).pdf

При передаче данных манчестерский код представляет собой форму цифрового кодирования, в котором биты данных представлены переходами из одного логического состояния в другое. Это отличается от более распространенного метода, в котором бит представлен либо высоким состоянием, например, +5 вольт, либо низким состоянием, к примеру, 0 вольт^[15].

Когда используется код Манчестера II, длина каждого бита данных устанавливается по умолчанию. Это делает сигнал самосинхронизирующимся. Состояние бит определяется в соответствии с направлением перехода. В некоторых системах переход от низкого к высокому представляет логику 1, а переход от высокой к низкой представляет логику 0. В других системах переход от низкого к высокому представляет логику ноля и единицы (как переход от высокой к низкой).

3. Кодирование мультимедийной информации

Мультимедийной называется информация, предоставляемая пользователю в естественных для восприятия формах: звук, изображение. Она кодируется представлением физических состояний (цветность, яркость, положение в пространстве, интенсивность звука) в виде чисел. Например, изображение можно разложить на отдельные точки, каждая их которых будет иметь координаты по декартовым осям и цвет, который можно представить как "смесь" красной, зеленой и синей компонент.

Звук представляет собой волну, распространяющуюся в атмосфере, и воспринимаемую человеком с помощью органов слуха. Громкость звука - это его кажущаяся сила. Измеряется громкость в децибелах (дБ). Громкость обычного разговора около 50 дБ, шум на улице часто превышает 70 дБ, а громкость взлетающего самолета составляет 120 дБ. Порог чувствительности человеческого уха около 20 дБ. Характеризуется звуковая волна изменением во времени частоты и амплитуды сигнала. Графически звуковая волна описывается кривой, задающей зависимость амплитуды от времени. Частота основных колебаний определяет высоту звука. Но звуки одной частоты могут иметь разный тембр.

Кодирование звука производится методом дискретизации, иначе говоря аналогово-цифрового преобразования (АЦП)^[16]. Звуковая волна (ее амплитуда может измеряться, например, посредством микрофона) разбивается на временные участки длительностью в десятитысячные доли секунды. Непрерывная кривая интенсивности звука превращается в дискретную последовательность уровней громкости, выглядящую на графике как "ступеньки".

---

Рисунок 6. Дискретизация звуковой волны

Качество АЦП звука зависит от:

• частотой дискретизации, то есть количества измерений уровня сигнала в единицу времени (обычно от 8 до 48 кГц);
• количества уровней сигнала; 16-битная глубина кодирования предоставляет 65536 различных состояний, что обеспечивает достаточно высокое качество воспроизведения.

Поскольку мультимедийная информация занимает много места в памяти компьютера, для ее хранения и передачи применяются уплотняющие технологии (jpeg, mpeg, webm и т.п.)^[17].

Одним из основных действий при кодировании графики (изображения) можно считать разделение её на отдельные составные части. Этот процесс называется дискретизация. Главными методами отображения графической информации для сохранения и дальнейшей работы с ней на электронной вычислительной машине можно считать растровые и векторные изображения. Векторные изображения – это объекты графики, которые составлены из разных простейших фигур геометрии (обычно это дуги окружности и отрезки прямых). Расположение этих геометрических фигур задаётся координатами точек и длинами радиусов.

Изображение на экране компьютера состоит из некоторого количества горизонтальных линий - строк. А каждая строка в свою очередь состоит из элементарных мельчайших единиц изображения - точек, которые принято называть пикселами (picsel - PICture'S ELement - элемент картинки). Весь массив элементарных единиц изображения называют растром (лат. rastrum - грабли). Степень четкости изображения зависит от количества строк на весь экран и количества точек в строке, которые представляют разрешающую способность экрана или просто разрешение. Чем больше строк и точек, тем четче и лучше изображение.

Строки, из которых состоит изображение, можно просматривать сверху вниз друг за другом, как бы составив из них одну сплошную линию. После полного просмотра первой строки просматривается вторая, за ней третья, потом четвертая и пр. до последней строки экрана. Так как каждая из строк представляет собой последовательность пикселов, то все изображение, вытянутое в линию, также можно считать линейной последовательностью элементарных точек^[18]. На ранних стадиях развития компьютерной графики данная последовательность состояла из 640x480=307200 пикселов.

Для простоты обсуждения будем считать, что один из цветов - черный, а второй - белый. Тогда каждый пиксел изображения может иметь либо черный, либо белый цвет. Поставив в соответствие черному цвету двоичный код "0", а белому - код "1" (либо наоборот), мы сможем закодировать в одном бите состояние одного пикселя монохромного изображения. А так как байт состоит из 8 бит, то на строчку, состоящую из 640 точек, потребуется 80 байтов памяти, а на все изображение - 38 400 байтов.

---

Однако полученное таким образом изображение будет чрезмерно контрастным. Реальное черно-белое изображение состоит не только из белого и черного цветов. В него входят множество различных промежуточных оттенков - серый, светло-серый, темно-серый и т. д. Если кроме белого и черного цветов использовать только две дополнительные градации, скажем светло-серый и темно-серый, то для того чтобы закодировать цветовое состояние одного пикселя, потребуется уже два бита. При этом кодировка может быть, например, такой: черный цвет - 002, темно-серый - 012, светло-серый - 102, белый - 112^[19].

Общепринятым на сегодняшний день, дающим достаточно реалистичные монохромные изображения, считается кодирование состояния одного пикселя с помощью одного байта, которое позволяет передавать 256 различных оттенков серого цвета от полностью белого до полностью черного. В этом случае для передачи всего растра из 640x480 пикселов потребуется уже не 38 400, а все 307 200 байтов.

Цветное изображение может формироваться различными способами. Один из них - метод RGB (от слов Red, Green, Blue - красный, зеленый, синий), который опирается на то, что глаз человека воспринимает все цвета как сумму трех основных цветов - красного, зеленого и синего. Например, сиреневый цвет - это сумма красного и синего, желтый цвет - сумма красного и зеленого и т. д. Для получения цветного пикселя в одно и то же место экрана направляется не один, а сразу три цветных луча. Снова упрощая ситуацию, будем считать, что для кодирования каждого из цветов достаточно одного бита.

Нуль в бите будет означать, что в суммарном цвете данный основной отсутствует, а единица - присутствует. Следовательно, для кодирования одного цветного пиксела потребуется 3 бита - по одному на каждый цвет. Пусть первый бит соответствует красному цвету, второй - зеленому и третий - синему. Тогда код 101(2) обозначает сиреневый цвет - красный есть, зеленого нет, синий есть, а код 110(2) - желтый цвет - красный есть, зеленый есть, синего нет. При такой схеме кодирования каждый пиксел может иметь один из восьми возможных цветов. Если же каждый из цветов кодировать с помощью одного байта, как это принято для реалистического монохромного изображения, то появится возможность передавать по 256 оттенков каждого из основных цветов. А всего в этом случае обеспечивается передача 256x256x256=16 777 216 различных цветов, что достаточно близко к реальной чувствительности человеческого глаза. Таким образом, при данной схеме кодирования цвета на изображение одного пикселя требуется 3 байта, или 24 бита, памяти. Этот способ представления цветной графики принято называть режимом True Color (true color - истинный цвет) или полноцветным режимом.

---

Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. Наиболее известными растровыми форматами являются BMP, GIF и JPEG форматы. В формате BMP (от BitMaP) задается цветность всех пикселов изображения. При этом можно выбрать монохромный режим с 256 градациями или цветной с 16 256 или 16 777 216 цветами. Этот формат требует много памяти.

В формате GIF (Graphics Interchange Format - графический формат обмена) используются специальные методы сжатия кода, причем поддерживается только 256 цветов. Качество изображения немного хуже, чем в формате BMP, зато код занимает в десятки раз меньше памяти.

Формат JPEG (Goint Photographic Experts Group - уединенная группа экспертов по фотографии) использует методы сжатия, приводящие к потерям некоторых деталей. Однако поддержка 16 777 216 цветов все-таки обеспечивает высокое качество изображения. По требованиям к памяти формат JPEG занимает промежуточное положение между форматами BMP и GIF.

Заключение

Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации. В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.

Текстовая информация – это информация, выраженная с помощью естественных или формальных языков в письменной форме. Для кодирования 1 символа используется 1 байт информации. 1 байт - 256 символов - 66 букв русского алфавита - 52 буквы английского алфавита.

При двоичном кодировании текстовой информации каждому символу ставится в соответствие своя уникальная последовательность из восьми нулей и единиц, свой уникальный код от 00000000 до 11111111 (десятичный код от 0 до 255). Присвоение символу конкретного двоичного кода – это вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовой таблице. Кодовая таблица – таблица, в которой устанавливается соответствие между числовыми кодами и символами. Наиболее распространенная кодировка текста – это стандартная кириллистическая кодировка Microsoft Windows, обозначаемая сокращением CP1251. Все Windows–приложения, работающие с русским языком, поддерживают эту кодировку.

Графическую информацию можно представлять в двух формах: аналоговой и дискретной. Живописное полотно, созданное художником, - это пример аналогового представления, а изображение, напечатанное при помощи принтера, состоящее из отдельных (элементов) точек разного цвета, - это дискретное представление. Путем разбиения графического изображения (дискретизации) происходит преобразование графической информации из аналоговой формы в дискретную. При этом производится кодирование - присвоение каждому элементу графического изображения конкретного значения в форме кода. Создание и хранение графических объектов возможно в нескольких видах - в виде векторного, фрактального или растрового изображения.

---

Список использованной литературы

1. Бордоева А.Е. Кодирование информации при обработке на ЭВМ. Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2016. – 288 с.
2. Иванов В.Г. Анализ и классификация методов сжатия изображений. // Вестник НХПИ. Серия: Информатика и моделирование, №11-2, 2008
3. Киркина Ю.А. Научные основы информатики: кодирование информации. Саратов: ГАУ ДПО "СОИРО", 2017. - 104 с.
4. Корсунов Н.И., Титов А.И., Логачев К.И. Эволюционные методы кодирования данных, пример работы алгоритмов кодирования и декодирования. // Научные ведомости Белгородского государственного университета, №2, 2012
5. Котенко В.В. Теория информации и защита телекоммуникаций. Ростов-на Дону: Изд-во Южного федерального ун-та, 2009. - 369 с.
6. Маскаева А.М. Основы теории информации. Москва: Форум, 2014. - 94 с.
7. Мировицкая С.Д. Кодирование и шифрование информации. Москва: Изд-во МГОУ, 2013, - 112 с.
8. Никитин О.Р. Современные методы кодирования информации. Владимир: ВлГУ, 2018. - 223 с.
9. Панкова Е.В. Основы теории информации. Санкт-Петербург: Реноме, 2013. - 116 с.
10. Понятов А.А. Теория информации и кодирования. Москва: РОАТ, 2014. - 188 с.
11. Приходько А.И. Теория информации и кодирования. 3-е изд. Краснодар: Кубан. гос. ун-т, 2014. - 284 с.
12. Сай С.В. Основы кодирования визуальной информации. Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2015. – 99 с.
13. Чечёта С.И. Введение в дискретную теорию информации и кодирования. Москва: Изд-во МЦНМО, 2011. - 228 с.
14. Хмелевская А.В. Основы теории информации и кодирования. Курск: ЮЗГУ, 2016. - 218 с.
15. Штарьков, Ю.М. Универсальное кодирование. Теория и алгоритмы. Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2013. - 279 с.
16. 6 способов кодирования информации. [Электронный ресурс], режим доступа: https://10-sposobov.ru/kompyutery/510-6-sposobov-kodirovaniya-informatsii/
17. Виды и способы кодирование данных. [Электронный ресурс], режим доступа: http://infoprotect.net/protect_network/kodirovanie_dannyih
18. Методы кодирования. [Электронный ресурс], режим доступа: https://life-prog.ru/1_21723_metodi-kodirovaniya.html

1. Киркина Ю.А. Научные основы информатики: кодирование информации. Саратов: ГАУ ДПО "СОИРО", 2017. - 42 с. ↑

2. Штарьков, Ю.М. Универсальное кодирование. Теория и алгоритмы. Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2013. - 31 с. ↑

3. Бордоева А.Е. Кодирование информации при обработке на ЭВМ. Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2016. – 24 с. ↑

4. Маскаева А.М. Основы теории информации. Москва: Форум, 2014. – 28-29 с. ↑

5. Штарьков, Ю.М. Универсальное кодирование. Теория и алгоритмы. Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2013. - 31 с. ↑

6. Киркина Ю.А. Научные основы информатики: кодирование информации. Саратов: ГАУ ДПО "СОИРО", 2017. – 19 с. ↑

7. Бордоева А.Е. Кодирование информации при обработке на ЭВМ. Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2016. – 40-41 с. ↑

8. Панкова Е.В. Основы теории информации. Санкт-Петербург: Реноме, 2013. - 60 с. ↑

9. Штарьков, Ю.М. Универсальное кодирование. Теория и алгоритмы. Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2013. - 52 с. ↑

10. Хмелевская А.В. Основы теории информации и кодирования. Курск: ЮЗГУ, 2016. - 45 с. ↑

11. Виды и способы кодирование данных. [Электронный ресурс], режим доступа: http://infoprotect.net/protect_network/kodirovanie_dannyih ↑

12. Мировицкая С.Д. Кодирование и шифрование информации. Москва: Изд-во МГОУ, 2013, - 56 с. ↑

13. Виды и способы кодирование данных. [Электронный ресурс], режим доступа: http://infoprotect.net/protect_network/kodirovanie_dannyih ↑

14. Корсунов Н.И., Титов А.И., Логачев К.И. Эволюционные методы кодирования данных, пример работы алгоритмов кодирования и декодирования. // Научные ведомости Белгородского государственного университета, №2, 2012 ↑

15. 6 способов кодирования информации. [Электронный ресурс], режим доступа: https://10-sposobov.ru/kompyutery/510-6-sposobov-kodirovaniya-informatsii/ ↑

16. Методы кодирования. [Электронный ресурс], режим доступа: https://life-prog.ru/1_21723_metodi-kodirovaniya.html ↑

17. Никитин О.Р. Современные методы кодирования информации. Владимир: ВлГУ, 2018. - 88 с. ↑

18. Сай С.В. Основы кодирования визуальной информации. Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2015. – 17 с. ↑

19. Иванов В.Г. Анализ и классификация методов сжатия изображений. // Вестник НХПИ. Серия: Информатика и моделирование, №11-2, 2008 ↑

---