Файл: Методы кодирования данных (Системы счисления бывают позиционные и непозиционные).pdf
Добавлен: 02.04.2023
Просмотров: 323
Скачиваний: 2
Простой механический переход на шестнадцатиричную систему долгое время не осуществлялся из-за недостаточных ресурсов средств ЭВМ. Во второй половине 90-х годов технические средства достигли необходимого уровня обеспеченности ресурсами, и на сегодняшний день вся информация закодирована с помощью универсальной системы кодирования. [1, стр.21].
Юникод включает практически все современные письменности, такие как арабская, армянская, бенгальская, глаголица, грузинская, еврейская, японская и другие. Например, ниже сведены в таблицу символы основного арабского блока (табл.5).
Таблица 6. Символы основного арабского блока
В настоящее время существует много различных кодовых таблиц (DOS, ISO, WINDOWS, KOI8-R, KOI8-U, UNICODE и др.), поэтому тексты, созданные в одной кодировке, могут не правильно отображаться в другой.
Кодирование графических данных
Компьютерная графика на сегодняшний день широко используется в самых различных областях деятельности человека. Это связано со стремительным развитием информационных технологий, с развитием аппаратных средств персонального компьютера. В последние десятилетия стали обрабатывать и видеоинформацию. Но цифровые изображения гораздо больше, «тяжелее» по размеру, чем текст. Резко увеличивается объем документа, содержащий графику.
Графические данные бывают растровыми и векторными.
Рис. 1. Растр — это метод кодирования графической информации,
принятый в полиграфии
При рассмотрении с помощью увеличительного стекла черно-белое графическое изображение, которое напечатано в газете или в книге, то можно увидеть, что оно состоит из маленьких точек. (рис. 1).
Графическая информация производится из аналоговой формы в дискретную через дискретизацию, т.е. графическое изображение разбивается на отдельные элементы. Каждому элементу присваивается определенный код.
Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования.
Рис.2. Кодирование растровых изображений
Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов.
Рис.3. Кодирование черно-белого и цветного изображения
Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (черная или белая – либо 1, либо 0).
Для четырех цветного – 2 бита.
Для 8 цветов необходимо – 3 бита.
Для 16 цветов – 4 бита.
Для 256 цветов – 8 бит (1 байт).
Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого, синего. Т.н. модель RGB.
Рис.4. Минимальная единица изображения – пиксель и растр
Для получения богатой палитры базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности.
4 294 967 296 цветов (True Color) – 32 бита (4 байта).
Рис.5. Векторное изображение
Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов (точка, отрезок, эллипс…). Каждый примитив описывается математическими формулами. Кодирование графической информации зависит от прикладной среды.
В результате кодирования графическая информация представляется как растровое изображение. Оно состоит из определённого количества строк, каждая из которых содержит определённое количество точек.
Качество изображения зависит от разрешающей способности (количество точек по горизонтали и количество точек по вертикали на единицу длины изображения).
Графическое изображение преобразуется из аналогового в цифровое с помощью сканера. Сканирование происходит с помощью перемещения светочувствительных элементов вдоль изображения. Характеристики сканера выражаются с помощью двух чисел. Первое число определяет количество светочувствительных элементов на одном дюйме полоски и является оптическим разрешением. Второе число определяет количество шагов при перемещении на один дюйм вдоль изображения.
Используются различные палитры цветов. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки. Количество цветов N в палитре и количество информации для кодирования цвета каждой точки связаны между собой Хартли: N=2I, где I – глубина цвета, а N – количество цветов.
Количество информации, используемое для кодирования цвета точки изображения, называется глубиной цвета.
Новинка японской фирмы Sharp – жидко-кристаллическая технология, которая позволяет получить сверхчёткую картинку на экране монитора с использованием пяти базовых цветов. Традиционные цвера – красный, зеленый, синий и добавлены два цвета - голубой и жёлтый (RGBCY). Как говорят инженера компании, картинка получает более глубокие цвета и более естественную передачу, уменьшается потребление электроэнергии и мощность излучения.
Для преобразования изображения в двоичный код в зависимости от разрешения экрана и количества установленных цветов необходим объём памяти (Приложение Г). Например, для разрешения 800х600 и цветовой моделью high color требуется:
800х600х16бит = 480000х2байт - около 1 мегабайта.
Видеоадаптер предоставляет видеопамять к уже имеющейся внутренней памяти ПК. Процессор считывает с памяти цифровое изображение и отображается на экране. Таким образом, построение изображения и его качество во многом зависит от возможностей монитора и видеоадаптера.
Кодирование звуковой информации
Человек воспринимает звуковые волны с помощью слуха в форме звука различных громкости и тона. Чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука (рис.7).
Человеческое ухо воспринимает звук с частотой от 20 колебаний в секунду (низкий звук) до 20 000 колебаний в секунду (высокий звук).
Человек может воспринимать звук в огромном диапазоне интенсивностей, в котором максимальная интенсивность больше минимальной в 1014 раз (в сто тысяч миллиардов раз). Для измерения громкости звука применяется специальная единица "децибел" (дбл) (табл. 6). Уменьшение или увеличение громкости звука на 10 дбл соответствует уменьшению или увеличению интенсивности звука в 10 раз.
Рис.8. Зависимость громкости и высоты тона звука от интенсивности и частоты звуковой волны
|
Таблица 9. Громкость звука |
||||||||||||||
|
Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику намного позже. Методы кодирования звуковой информации двоичным кодом необычны и далеки от стандарта. Можно выделить два основных направления.
Метод FM (Frequency Modulation) заключается в том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот. Их разложение и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ДАЛ). При кодировании и декодировании неизбежны потери информации, поэтому качество звукозаписи обычно не соответствует качеству звучания.
Метод таблично-волнового синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. В подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов. В технике такие образцы принято называть сэмплами. В этих образцах хранятся тип инструмента, высоту тона, динамику его изменения, номер его модели, продолжительность и интенсивность звука, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, и другие параметры, которые характеризуют особенности звука. В качестве образцов используются «реальные» звуки и качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания музыкальных инструментов [1, стр.23].
На графике (см. рис.8) это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность ”ступенек”, каждой из которых присваивается значение уровня громкости. Чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем более качественным будет звучание.
Рис 9. Временная дискретизация звука
При двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала он заменяется последовательностью дискретных уровней сигнала.
Рис 10. Представление аналогового сигнала в цифровой форме
Качество кодирования зависит от количества измерений уровня сигнала в единицу времени. Чем большее количество измерений проводится в 1 секунду, тем точнее процедура двоичного кодирования.
Рис.11. Частота дискретизации звука
Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука
- Самое низкое качество: телефонная связь при частоте дискретизации 8000 раз в секунду глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (моно)
- Самое высокое качество: аудио-CD при частоте дискретизации 48000 раз в секунду глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (стерео)
Кодирование звука с использованием компьютера – это процесс преобразования колебаний воздуха в колебания электрического тока и дальнейшая дискретизация аналогового электрического сигнала. Кодирование звуковой информации осуществляют специальные программы. Качество воспроизведения закодированных звуков зависит от частоты дискретизации и её разрешения.
Цифровой звук – это аналоговый звуковой сигнал, представленный посредством дискретных численных значений его амплитуды.
Оцифровка звука — технология поделенным временным шагом и последующей записи полученных значений в численном виде.
Другое название оцифровки звука — аналогово-цифровое преобразование звука.
Рис 12. Полный цикл преобразования звука: от оцифровки до воспроизведения
Заключение
Самая удобная оказалась двоичная система счисления, в которой используются только две цифры 0 и 1, так как создать устройство с двумя состояниями несложно с технической стороны.
Необходимо иметь электронные схемы, принимающие два состояния, - тока и состояния покоя. Ток – это цифра 0, покой – это цифра 1. Из-за простоты электронных схем с этими электрическими состояниями двоичная система кодирования преобладает в современной цифровой технике. Компьютер может обрабатывать только информацию, которая представлена в числовой форме. Звуковая, текстовая, графическая информация для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовой формат. Например, при вводе в компьютер текстовой информации каждая буква кодируется числом, а при выводе на экран монитора или на принтер для восприятия человеком по этим числам строятся изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.
Все числа в компьютере представляются через нули и единицы. Иными словами, компьютеры обрабатывают информацию в двоичной системе счисления, так как при этом устройства для их обработки получаются значительно более простыми.
Список использованной литературы
- Балдин, К.В. Информационные системы в экономике: Учебник / К.В. Балдин, В.Б. Уткин. — М.: Дашков и К, 2013. — 395 c.
- Балдин, К.В. Информационные технологии в менеджменте: Учеб. для студ. учреждений высш. проф. образования / К.В. Балдин. — М.: ИЦ Академия, 2012. — 288 c.
- Божко, В.П. Информатика: данные, технология, маркетинг / В.П. Божко, В.В. Брага, Н.Г. Бубнова. — М.: Финансы и статистика, 2014. — 224 c.
- Бхаргава А. Грокаем алгоритмы. – СПб.: Питер, 2017. – 288 с.
- Гаврилов, М.В. Информатика и информационные технологии: Учебник для бакалавров / М.В. Гаврилов, В.А. Климов; Рецензент Л.В. Кальянов, Н.М. Рыскин. — М.: Юрайт, 2013. — 378 c.
- Джонс М.Т. Программирование искусственного интеллекта. - М.: БХВ-ДМК Пресс, 2015. - 312 c.
- Здор С. Е. Кодированная информация. От первых природных кодов до искусственного интеллекта. – Москва: Наука, 2012. - 168 c.
- Кудинов, Ю.И. Основы современной информатики: Учебное пособие / Ю.И. Кудинов, Ф.Ф. Пащенко. - СПб.: Лань, 2011. - 256 c.
- Ляхович, В.Ф. Основы информатики: Учебник / В.Ф. Ляхович, С.О. Крамаров, И.П. Шамараков. - Рн/Д: Феникс, 2010. - 715 c.