Файл: Методы кодирования данных.pdf

Описание
UTF-8	Знаки могут иметь длину от до байт. Используя данную кодировку можно отобразить любой знак. Данная кодировка обратно совместима с ASCII. Это рекомендованная кодировка для электронной почты и веб-страниц.
UTF-16	16-битный формат даёт возможноть кодировать любые знаки переменной длины. Данная кодировка используется в основных ОС и средах разработки, таких как Microsoft Windows 2000/XP/2003/Vista/CE, Java и .NET.

Таблица 2.1.1.Кодировки Unicode

Рассмотрим на примере принцип кодирования текста. Пусть, необходимо закодировать слово «ЭВМ» в различных кодировках.

Даны таблицы кодировок^[2], по которым и найдем ответ.

Рис.2.1.1.КОИ8-Р

Рис.2.1.2. CP1251

Рис.2.1.3. CP866

Рис.2.1.4. ISO 8859-5

Рис.2.1.5. ASCII

Решение: Находим в таблице необходимую букву и записываем её код.

Ответ:

КОИ8-Р	252 247 237
CP1251	221 194 204
CP866	157 130 140
ISO 8859-5	205 178 188
ASCII	-

Над отдельными знаками текста выполняется главная операция – сравнение, при котором рассматриваются условия, наиболее важные из коих:

Уникальность кода для каждого знака;
Длина кода.

2.2.кодирование числовой информации

Кодировка чисел имеет схожесть с кодировкой текста, а именно – операция сравнение – любое число должно обладать уникальным кодом.

Также есть и отличие между кодированием чисел и текста, а именно – помимо операции сравнения выполняются и математические операции. Математические операции – сложение, логарифм, умножение и другие.

Представление числовой информации может быть в двух формах – либо целые, либо вещественные числа.

Целые числа хранятся и обрабатываются в формате вещественных чисел с фиксированной запятой. А именно, всякому разряду ячейки памяти постоянно соответствует один и тот же разряд числа, притом запятая располагается справа от младшего разряда (вне разрядной сетки).

Для кодирования целых чисел со знаком выделяется байтабитов. Один разряд (1 бит) выделяется под знак числа ( для положительных и для отрицательных чисел). Другие битов – под цифры двоичного представления числа (Рис.2.2.1).

Рис.2.2.1.Кодирование целого числа^[3]

Вещественные же числа хранятся и обрабатываются в формате вещественных чисел с плавающей запятой. А именно, положение запятой незафиксировано (может меняться) в записи числа. Данный формат основан на экспоненциальной форме записи, в которой всякое число может быть представлено в двоичной с.с.:

(2.2.1)

Здесь - мантисса числа; - порядок числа.

Пример:

Для хранения вещественных чисел выделяется байта бита. Притом первый бит выделяется под знак числа, последующие бита – под цифры мантиссы, а оставшиеся 8 битов – под порядок числа.

2.3.кодирование графической информации

Впервые кодирование графики было применено в середине 50-х годов. Интенсивнее данное кодирование стало развиваться уже в 80–х годах.

Графическую информацию (ГИ) можно представить в двух видах:

аналоговый;
дискретный.

Картина, изменение цвета которой непрерывно – аналоговое представление. Дискретное же представление – это точечное изображение.

Разбивая графическое изображение на точки (дискритизация), аналоговая ГИ трансформируется в дискретную. Притом совершается кодирование ГИ.

При кодировке ГИ совершается пространственная дискретизация. Данная дискретизация подобна мозаике, изображение создаётся из маленьких разноцветных фрагментов. Притом всё изображение делится на индивидуальные точки, и всякому компоненту устанавливается личный код цвета. Причем качество кодирования ГИ определяется двумя параметрами:

1. размер точки;
2. число используемых цветов.

Зависимость следующая: чем меньше размер точки, тем больше число точек, а, значит, и качество изображения будет наиболее выше. Качество кодирования ГИ имеет следующую зависимость: при использовании большего числа цветов, увеличивается количество информации, которую несёт всякая точка, а, значит и качество кодирования возрастает.

Графические объекты могут существовать в нескольких видах:

растровый;
векторный;
фрактальный;
трёхмерная графика.

Изображение на экране представлено в растровом виде. Рисунок разбивается на точки, затем с левого угла передвигаясь построчно, последовательно кодируется цвет у каждой точки. Индивидуальная точка именуется пикселем. Произведение информационного числа точки на число пикселей определяет объём изображения. Разрешающая способность монитора определяет качество изображения. Зависимость прямая: чем разрешающая способность, тем качество.

Примеры разрешающей способности: и другие.

При кодировании ГИ: цвет пикселя есть его код. Для кодирования чёрно-белой иллюстрации достаточно одного бита памяти, соответственно – чёрный, а - белый. В случае изображений в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета (который общеприняты сегодня), вполне достаточно восьмиразрядного двоичного числа для кодировки.

Для кодирования цветного изображения используют соответствующие кодировки (Табл.2.3.1):

HSB – удобна для человека;
RGB – удобна для компьютера;
CMYK – удобна для типографий.

Применение данных цветовых моделей поясняется тем, что световой поток может формироваться излучениями, представляющими собой комбинацию " чистых" спектральных цветов : красного, зеленого, синего или их производных. Различают аддитивное цветовоспроизведение (характерно для излучающих объектов) и субтрактивное цветовоспроизведение (характерно для отражающих объектов). В качестве примера объекта первого типа можно привести электронно-лучевую трубку монитора, второго типа - полиграфический отпечаток.

Название

Описание
HSB	Характеризуется тремя элементамии: оттенок цвета (Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Можно получить большое число произвольных цветов, регулируя данные элементы. Данную модель лучше использовать в таких графических редакторах, в которых иллюстрации создают сами, а не обрабатывают уже готовые. Далее созданное свое творение можно преобразовать в RGB, в случае её применения в качестве экранной иллюстрации, или CMYK, в качестве печатной. Значение цвета выбирается как вектор, выходящий из центра окружности. Направление вектора задается в угловых градусах и определяет цветовой оттенок. Насыщенность цвета определяется длиной вектора, а яркость цвета задается на отдельной оси, нулевая точка которой имеет черный цвет. Точка в центре соответствует белому (нейтральному) цвету, а точки по периметру - чистым цветам.
RGB	Известно, что всякий цвет можно представить в виде комбинации трех цветов: красного (Red, R), зеленого (Green, G), синего (Blue, B). Иные цвета и их оттенки получаются за счет наличия или отсутствия данных составляющих. По первым буквам основных цветов система и получила свое название - RGB. Данная модель - аддитивная, а именно, сочетая основные цвета в разных пропорциях, можно получить необходимый цвет. При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения возрастает. В случае совмещения всех трёх компонент, выходит ахроматический серый цвет, при увеличении яркости которого происходит приближение к белому цвету. При градациях тона (всякая точка кодируется байтами) минимальные значения RGB соответствуют черному цвету, а белому - максимальные с координатами . Чем выше величина байта цветовой составляющей, тем ярче данный цвет. Например, тёмно-синий кодируется тремя байтами , а ярко-синий
CMYK	Применяется при подготовке публикаций к печати. Всякому из основных цветов ставится в соответствие дополнительный цвет (дополняющий основной до белого). Получают дополнительный цвет за счёт суммирования пары остальных основных цветов. Следовательно, дополнительными цветами для красного является голубой (Cyan,C) = зеленый + синий = белый - красный, для зеленого - пурпурный (Magenta, M) = красный + синий = белый - зеленый, для синего - желтый (Yellow, Y) = красный + зеленый = белый - синий. При этом принцип декомпозиции произвольного цвета на составляющие можно использовать как для основных, так и для дополнительных. А именно, всякий цвет можно представить или в виде суммы красной, зеленой, синей составляющей или же в виде суммы голубой, пурупурной, желтой составляющей. Обычно данный метод применяется в полиграфии. Однако там ещё используют черный цвет (BlacК, поскольку буква В занята синим цветом, то обозначают буквой K). Причина этого в том, что наложение друг на друга дополнительных цветов не даёт чистого черного цвета.

Таблица 2.3.1.Цветовые модели

Существует следующие режимы демонстрации цветной графики:

полноцветный (True Color);
High Color;
индексный.

Для кодирования яркости составляющих при полноцветном режиме применяют по значений (восемь двоичных разрядов), а именно, на кодирование цвета пикселя (в RGB) необходимо затратить разряда. Это позволяет однозначно определять цветов. А это довольно близко к чувствительности человеческого глаза. При кодировании с помощью CMYK для демонстрации цветной графики нужно иметь двоичных разряда.

Режим High Color - это кодирование при помощи двоичных чисел, а именно, уменьшается число двоичных разрядов при кодировке всякой точки. Однако при этом значительно понижается диапазон кодируемых цветов.

При индексном кодировании цвета можно передать лишь цветовых оттенков. Всякий цвет кодируется с помощью восьми бит данных. Однако, поскольку значений не передают весь диапазон цветов, доступный человеческому глазу, то подразумевается, что к ГИ прилагается палитра (или же справочная таблица). Без неё демонстрация будет непонятная: море - красное, а листья - фиолетовые. Притом код точки растра в таком случае означает не сам цвет, а лишь его номер/индекс в палитре. Отсюда и вытекает название режима - индексный.

Соответствие между числом отображаемых цветов (K) и числом бит для кодировки (a) вычисляется по формуле 2.3.1.:

K = 2^a

(2.3.1)

Двоичный код выводимого на экран изображения хранится в видеопамяти. Видеопамять - это электронное энергозависимое запоминающее устройство. Размер видеопамяти зависит от разрешающей способности дисплея и количества цветов. Однако её наименьший объём вычисляется так, чтобы влез один кадр/одна страница изображения, а именно, как результат произведения разрешающей способности на размер кода пикселя.

(2.3.2)

Векторное изображение - графический объект, состоящий из элементарных отрезков и дуг.

Базовым компонентом иллюстрации является линия, имеющая следующие свойства: