Кодирование информации 1 Кодирование и декодирование Для

Кодирование информации 1

Кодирование и декодирование Для обмена информацией с другими людьми человек использует естественные языки. Наряду с естественными языками были разработаны формальные языки для профессионального применения их в какой либо сфере. Представление информации с помощью какого либо языка часто называют кодированием. Код — набор символов (условных обозначений) для представления информации. Код — система условных знаков (символов) для передачи, обработки и хранения информации (сообщения). Кодирование — процесс представления информации (сообщения) в виде кода. Все множество символов, используемых для кодирования, называется алфавитом кодирования. Например, в памяти компьютера любая информация кодируется с помощью двоичного алфавита, содержащего всего два символа: 0 и 1. 2

Способы кодирования информации Для кодирования одной и той же информации могут быть использованы разные способы; их выбор зависит от ряда обстоятельств: цели кодирования, условий, имеющихся средств. Если надо записать текст в темпе речи — используем стенографию; если надо передать текст за границу — используем английский алфавит; если надо представить текст в виде, понятном для грамотного русского человека, — записываем его по правилам грамматики русского языка. «Привет!» «Privet!» 3

Способы кодирования информации Выбор способа кодирования информации может быть связан с предполагаемым способом ее обработки. Покажем это на примере представления чисел — количественной информации. q Используя русский алфавит, можно записать число «сорок семь". q Используя же алфавит арабской десятичной системы счисления, пишем « 47» . Второй способ не только короче первого, но и удобнее для выполнения вычислений. Какая запись удобнее для выполнения расчетов: "сорок семь умножить на сто двадцать пять" или "47 x 125"? Очевидно — вторая. 4

Шифрование сообщения В некоторых случаях возникает потребность засекречивания текста сообщения или документа, для того чтобы его не смогли прочитать те, кому не положено. Это называется защитой от несанкционированного доступа. В таком случае секретный текст шифруется. В давние времена шифрование называлось тайнописью. Шифрование представляет собой процесс превращения открытого текста в зашифрованный, а дешифрование — процесс обратного преобразования, при котором восстанавливается исходный текст. Шифрование — это тоже кодирование, но с засекреченным методом, известным только источнику и адресату. Методами шифрования занимается наука под названием криптография. 5

Оптический телеграф Шаппа В 1792 году во Франции Клод Шапп создал систему передачи визуальной информации, которая получила название «Оптический телеграф» . В простейшем виде это была цепь типовых строений, с расположенными на кровле шестами с подвижными поперечинами, которая создавалась в пределах видимости одно от другого. Шесты с подвижными поперечинами — семафоры — управлялись при помощи тросов специальными операторами изнутри строений. Шапп создал специальную таблицу кодов, где каждой букве алфавита соответствовала определенная фигура, образуемая Семафором, в зависимости от положений поперечных брусьев относительно опорного шеста. Система Шаппа позволяла передавать сообщения на скорости два слова в минуту и быстро распространилась в Европе. В Швеции цепь станций оптического телеграфа действовала до 1880 года.

Первый телеграф Первым техническим средством передачи информации на расстояние стал телеграф, изобретенный в 1837 году американцем Сэмюэлем Морзе. Телеграфное сообщение — это последовательность электрических сигналов, передаваемая от одного телеграфного аппарата по проводам к другому телеграфному аппарату. Изобретатель Сэмюель Морзе изобрел удивительный код(Азбука Морзе, код Морзе, «Морзянка» ), который служит человечеству до сих пор. Информация кодируется тремя «буквами» : длинный сигнал (тире), короткий сигнал (точка) и отсутствие сигнала (пауза) для разделения букв. Таким образом, кодирование сводится к использованию набора символов, расположенных в строго определенном порядке. Самым знаменитым телеграфным сообщением является сигнал бедствия "SOS" (Save Our Souls спасите наши души). Вот как он выглядит: « • • • – – – • • • »

Азбука Морзе A • − И • • P • − • Ш −−−− Б − • • • Й • −−− С • • • Щ −− • − В • −− К − • − Т − Ъ • −− • Г −− • Л • − • • У • • − Ь − • • − Д − • • М −− Ф • • − • Ы − • −− Е • H − • Х • • Э • • − • • Ж • • • − О −−− Ц − • Ю • • −− З −− • • П • −− • Ч −−− • Я • −

Азбука Морзе 1 2 3 4 5 6 7 8 • −−−− • • • • • −− • • • −−− • • 9 0 Точка Запятая / ? ! @ −−−− • −−−−− • • • • − • − − • • − • • • −− • − •

Первый беспроводной телеграф (радиоприемник) 7 мая 1895 года российский ученый Александр Степанович Попов на заседании Русского Физико Химического Общества продемонстрировал прибор, названный им "грозоотметчик", который был предназначен для регистрации электромагнитных волн. Этот прибор считается первым в мире аппаратом беспроводной телеграфии, радиоприемником. В 1897 году при помощи аппаратов беспроводной телеграфии Попов осуществил прием и передачу сообщений между берегом и военным судном. В 1899 году Попов сконструировал модернизированный вариант приемника электромагнитных волн, где прием сигналов (азбукой Морзе) осуществлялся на головные телефоны оператора. В 1900 году благодаря радиостанциям, построенным на острове Гогланд и на российской военно морской базе в Котке под руководством Попова, были успешно осуществлены аварийно спасательные работы на борту военного корабля "Генерал адмирал Апраксин", севшего на мель у острова Гогланд. В результате обмена сообщениями, переданным методом беспроводной телеграфии, экипажу российского ледокола Ермак была своевременно и точно передана информация о финских рыбаках, находящихся на оторванной льдине.

Неравномерность кода − • − − • • • − − • • − Характерной особенностью азбуки Морзе является переменная длина кода разных букв, поэтому код Морзе называют неравномерным кодом. Буквы, которые встречаются в тексте чаще, имеют более короткий код, чем редкие буквы. Это сделано для того, чтобы сократить длину всего сообщения. Но из за переменной длины кода букв возникает проблема отделения букв друг от друга в тексте. Поэтому для разделения приходится использовать паузу (пропуск). Следовательно, телеграфный алфавит Морзе является троичным, т. к. в нем используются три знака: точка, тире, пропуск. 11

Телеграфный аппарат Бодо Равномерный телеграфный код был изобретен французом Жаном Морисом Бодо в конце XIX века. В нем использовалось всего два разных вида сигналов. Не важно, как их назвать: точка и тире, плюс и минус, ноль и единица. Это два отличающихся друг от друга электрических сигнала. Длина кода всех символов одинаковая и равна пяти. В таком случае не возникает проблемы отделения букв друг от друга: каждая пятерка сигналов — это знак текста. Поэтому пропуск не нужен. Код называется равномерным, если длина кода всех символов равна. Код Бодо — это первый в истории техники способ двоичного кодирования, информации. Благодаря этой идее удалось создать буквопечатающий телеграфный аппарат, имеющий вид пишущей машинки. Нажатие на клавишу с определенной буквой вырабатывает соответствующий пятиимпульсный сигнал, который передаетсяпо линии связи. В честь Бодо была названа единица скорости передачи информации — бод. В современных компьютерах для кодирования текста также применяется равномерный двоичный код.

Двоичное кодирование в компьютере Вся информация, которую обрабатывает компьютер должна быть представлена двоичным кодом с помощью двух цифр: 0 и 1. Эти два символа принято называть двоичными цифрами или битами. С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать любое сообщение. Это явилось причиной того, что в компьютере обязательно должно быть организованно два важных процесса: кодирование и декодирование. Двоичное кодирование – преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, т. е. двоичный код. 13

Почему двоичное кодирование С точки зрения технической реализации использование двоичной системы счисления для кодирования информации оказалось намного более простым, чем применение других способов. Действительно, удобно кодировать информацию в виде последовательности нулей и единиц, если представить эти значения как два возможных устойчивых состояния электронного элемента: 0 – отсутствие электрического сигнала; 1 – наличие электрического сигнала. Способы кодирования и декодирования информации в компьютере, в первую очередь, зависят от вида информации, а именно, что должно кодироваться: числа, текст, графические изображения или звук. 14

Кодирование информации Кодирование числовой информации Кодирование текстовой информации Кодирование графической информации Кодирование звуковой информации Кодирование видео информации 15

Кодирование числовой информации 16

Кодирование числовой информации (См. лекцию 2) 17

Кодирование текстовой информации 18

Кодирование текстовой информации q В традиционных кодировках для кодирования одного символа используется 8 бит. Легко подсчитать по формуле 2. 3, что такой 8 разрядный код позволяет закодировать 256 различных символов. q Присвоение символу определенного числового кода – это вопрос соглашения. В качестве международного стандарта принята кодовая таблица ASCII (American Standard Code for Information Interchange). q ASCII код был введен в США в 1963 г. , модифицирован в 1973 г. 1 Символ = 1 Байт = 8 Бит A – 01000001, B – 01000010, C – 01000011, D – 0100 19

Кодирование текстовой информации q Символы от 0 до 127 – латинские буквы, цифры и знаки препинания составляют постоянную (базовую) часть таблицы. (Коды от 0 до 32 отведены не символам, а функциональным клавишам). q Символы от 128 до 255 отводится под национальный стандарт – расширенная таблица. Состав этих символов определяется кодовой страницей. В русской редакции используется кодовые страницы СР 866(DOS) и СР 1251(Windows) , ISO 8859, (Unix). 20

Кодирование текстовой информации q Национальные стандарты кодировочных таблиц включают международную часть кодовой таблицы без изменений, а во второй половине содержат коды национальных алфавитов, символы псевдографики и некоторые математические знаки. q К сожалению, в настоящее время существуют пять различных кодировок кириллицы (КОИ 8 Р, Windows, MS DOS, Macintosh и ISO), что вызывает дополнительные трудности при работе с русскоязычными документами. q Хронологически одним из первых стандартов кодирования русских букв на компьютерах был КОИ 8 ("Код обмена информацией, 8 битный"). Эта кодировка применялась еще в 70 е годы на компьютерах серии ЕС ЭВМ, а с середины 80 х стала использоваться в первых русифицированных версиях операционной системы UNIX. 21

Кодирование текстовой информации q Наиболее распространенной в настоящее время является кодировка Microsoft Windows, обозначаемая сокращением CP 1251 ("CP" означает "Code Page", "кодовая страница"). q От начала 90 х годов, времени господства операционной системы MS DOS, остается кодировка CP 866. q Компьютеры фирмы Apple, работающие под управлением операционной системы Mac OS, используют свою собственную кодировку Mac. q Кроме того, Международная организация по стандартизации (International Standards Organization, ISO) утвердила в качестве стандарта для русского языка еще одну кодировку под названием ISO 8859 5. 22

Базовая таблица ASCII символов 23

Кодировка КОИ 8 Р 24

Кодировка CP 1251 25

Кодировка символов, предложенная IBM 26

Кодовая таблица СР 866 27

Кодовая таблица CP 1251 28

Кодирование текстовой информации В 90 х годах появился новый международный стандарт UNICODE, который отводит под один символ не один байт, а два, и поэтому с его помощью можно закодировать не 256, а 65536 различных символов. Полная спецификация стандарта UNICODE включает в себя все существующие, вымершие и искусственно созданные алфавиты мира, а также множество математических, музыкальных, химических и прочих символов. 1 Символ = 2 Байта = 16 Бит 29

Кодирование текстовой информации UNICODE код состоит из 2 х разделов: 1. универсальный набор символов 1. (англ. UCS, universal character set) 2. семейство кодировок 2. (англ. UTF, Unicode transformation format). 30

Кодирование текстовой информации UNICODE 31

Кодирование текстовой информации Пример. Представим в форме шестнадцатеричного кода слово «ЭВМ» в пяти кодировках: КОИ 8 Р, CP 1251, CP 866, Mac, ISO. Последовательности десятичных кодов слова «ЭВМ» в различных кодировках составляем на основе кодовых таблиц: КОИ 8 Р: 252 247 237 CP 1251: 221 194 204 CP 866: 157 130 140 Mac: 157 130 140 ISO: 205 178 188 32

Кодирование текстовой информации Переводим с помощью калькулятора последовательности кодов из десятичной системы в шестнадцатеричную: КОИ 8 Р: CP 1251: CP 866: Mac: ISO: FC F 7 ED DD C 2 CC 9 D 82 8 C CD B 2 BC Для преобразования русскоязычных текстовых документов из одной кодировки в другую используются специальные программы конверторы. Одной из таких программ является текстовый редактор Hieroglyph, который позволяет осуществлять перевод набранного текста из одной кодировки в другую и даже использовать различные кодировки в одном тексте. 33

Кодирование графической информации 34

Аналоговая и дискретная форма представления информации Человек способен воспринимать и хранить информацию в форме образов (зрительных, звуковых, осязательных, вкусовых и обонятельных). Зрительные образы могут быть сохранены в виде изображений (рисунков, фотографий и так далее), а звуковые — зафиксированы на пластинках, магнитных лентах, лазерных дисках и так далее. Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно. 35

Аналоговая и дискретная форма представления информации Приведем пример аналогового и дискретного представления информации. Положение тела на наклонной плоскости и на лестнице задается значениями координат X и У. При движении тела по наклонной плоскости его координаты могут принимать бесконечное множество непрерывно изменяющихся значений из определенного диапазона, а при движении по лестнице — только определенный набор значений, причем меняющихся скачкообразно.

Дискретизация Примером аналогового представления графической информации может служить, например, живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного — изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета. Примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно), а дискретного — аудиокомпакт диск (звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью). 37

Дискретизация Преобразование графической и звуковой информации из аналоговой формы в дискретную производится путем дискретизации, то есть разбиения непрерывного графического изображения и непрерывного (аналогового) звукового сигнала на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, то есть присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода. Дискретизация – это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов. 38

Представление изображений в ЭВМ ИЗОБРАЖЕНИЯ РАСТРОВЫЕ ВЕКТОРНЫЕ Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования. 39

Кодирование растровых изображений Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. Пиксель минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом. В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация.

Кодирование растровых изображений Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета (красный, зеленый, синий и так далее). Качество изображения зависит от количества точек (чем меньше размер точки и, соответственно, больше их количество, тем лучше качество) и количества используемых цветов (чем больше цветов, тем качественнее кодируется изображение).

Основные характеристики растровых изображений 1) Разрешение – количество пикселей по ширине и высоте или общее количество пикселей. 1024× 768, 640× 480 или 4 Мегапикселей; 2) Глубина цвета– количество используемых цветов. N = 2 k, где N — количество цветов, а k глубина цвета; 3) Размер пикселя; 4) Цветовое пространство (цветовая модель) RGB, CMYK, XYZ, YCb. Cr 42

Цветовые модели Для представления цвета в виде числового кода используются две обратных другу цветовые модели: RGB или CMYK. Модель RGB используется в телевизорах, мониторах, проекторах, сканерах, цифровых фотоаппаратах… Основные цвета в этой модели: q красный (Red), q зеленый (Green), q синий (Blue). Цветовая модель CMYK используется в полиграфии при формировании изображений, предназначенных для печати на бумаге. 43

Цветовая модель RGB Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемых для кодирования цвета точки. Если кодировать цвет одной точки изображения тремя битами (по одному биту на каждый цвет RGB), то мы получим все восемь различных цветов. 44

High Color Два байта (16 битов) позволяют определить 65536 цветовых оттенков. Этот режим называется High Color. В тех случаях, когда цвет изображения закодирован двумя байтами (режим High Color), на экране возможно изображение 65 тысяч цветов (216=65536). 45

True Color На практике для сохранения информации о цвете каждой точки цветного изображения в модели RGB обычно отводится 3 байта (т. е. 24 бита) по 1 байту (т. е. по 8 бит) под значение цвета каждой составляющей. Таким образом, каждая RGB составляющая может принимать значение в диапазоне от 0 до 255 (всего 28=256 значений), а каждая точка изображения, при такой системе кодирования может быть окрашена в один из 224=16 777 216 цветов. Такой набор цветов принято называть True Color (правдивые цвета), потому что человеческий глаз все равно не в состоянии различить большего разнообразия. 46

Достоинства и недостатки растровой графики 1. Позволяет создать любой рисунок 2. Распространённость 3. Высокая скорость обработки 4. Растровое изображение естественно для большинства устройств ввода вывода 1. Большой размер файлов 2. Невозможность идеального масштабирования 3. Невозможность вывода на печать на плоттер 47

Графические форматы файлов Форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле (растровый или векторный), а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия). Наиболее популярные растровые форматы: q BMP q q q GIF PCX PNG JPEG TIFF RAW 48

Форматы растровых изображений q Bit Ma. P image (BMP) — универсальный формат растровых графических файлов, используется в операционной системе Windows. Этот формат поддерживается многими графическими редакторами, в том числе редактором Paint. Рекомендуется для хранения и обмена данными с другими приложениями. q Graphics Interchange Format (GIF) — формат растровых графических файлов, поддерживается приложениями для различных операционных систем. Включает алгоритм сжатия без потерь информации, позволяющий уменьшить объем файла в несколько раз. Рекомендуется для хранения изображений, создаваемых программным путем (диаграмм, графиков и так далее) и рисунков (типа аппликации) с ограниченным количеством цветов (до 256). Используется для размещения графических изображений на Web страницах в Интернете. 49

Форматы растровых изображений q PCX - устаревший формат, позволявший хорошо сжимать простые рисованные изображения q Portable Network Graphic (PNG) — формат растровых графических файлов, аналогичный формату GIF. Рекомендуется для размещения графических изображений на Web страницах в Интернете. q Joint Photographic Expert Group (JPEG) — формат растровых графических файлов, который реализует эффективный алгоритм сжатия (метод JPEG) для отсканированных фотографий и иллюстраций. Алгоритм сжатия позволяет уменьшить объем файла в десятки раз, однако приводит к необратимой потере части информации. Поддерживается приложениями для различных операционных систем. Используется для размещения графических изображений на Web страницах в Интернете. 50

Форматы растровых изображений q Tagged Image File Format (TIFF) — формат растровых графических файлов, поддерживается всеми основными графическими редакторами и компьютерными платформами. Включает в себя алгоритм сжатия без потерь информации. Используется для обмена документами между различными программами. Рекомендуется для использования при работе с издательскими системами. Формат поддерживает большой диапазон изменения глубины цвета, разные цветовые пространства, разные настройки сжатия (как с потерями, так и без). q RAW — хранит информацию, непосредственно получаемую с матрицы цифрового фотоаппарата или аналогичного устройства без применения к ней каких либо преобразований, а также хранит настройки фотокамеры. 51

Кодирование векторных изображений Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов (точка, отрезок, эллипс …). Каждый примитив описывается математическими формулами. Кодирование зависит от прикладной среды. Достоинством векторной графики является то, что файлы, хранящие векторные графические изображения, имеют сравнительно небольшой объем. Важно также, что векторные графические изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества. 52

Растровая и векторная графика 53

Векторная графика Примитивные объекты: 1. Ломаные линии 2. Многоугольники 3. Окружности и эллипсы 4. Кривые Безье (Безигоны) 5. Компьютерные шрифты 54

Достоинства и недостатки векторной графики 1. Размер, используя минимальное количество информации 2. Масштабирование изображения 1. Не все объекты можно изобразить в векторном виде 2. Затруднителен перевод из растрового в векторное изображение 3. Трудность работы с маленькими изображениями 55

Форматы векторных изображений q cdr – формат используемый программой Corel. Draw. q cmx – формат графических программ корпорации Corel, предназначенный для передачи рисунков между разными программами. q ai – формат файлов, создаваемых программой Adobe Illustrator. q wmf (Windows Metafile) – графический формат файла в системе Microsoft Windows, универсальный векторный формат, поддерживаемый большинством Windows приложений. q eps – относительно универсальный векторный формат файлов, поддерживаемый большинством векторных редакторов - Corel. Draw, Adobe Illustrator, Macromedia Free. Hand. q fla – исходные Flash-файлы, создаются в Adobe Flash (бывш. Macromedia Flash). q swf – Flash-формат, который может просматриваются с помощью Flash Player, устанавливамого как plugin в браузер. q svg – Сокращение от англ. Scalable Vector Graphics. Является открытым стандартом, т. е. в отличие от большинства других форматов, SVG не является чьей-либо собственностью. 56

Кодирование звуковой информации 57

Кодирование звука Использование компьютера для обработки звука началось позднее, нежели чисел, текстов и графики. Звук – волна с непрерывно изменяющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота, тем выше тон. Звуковые сигналы в окружающем нас мире необычайно разнообразны. Сложные непрерывные сигналы можно с достаточной точностью представлять в виде суммы некоторого числа простейших синусоидальных колебаний. Причем каждое слагаемое, то есть каждая синусоида, может быть точно задана некоторым набором числовых параметров – амплитуды, фазы и частоты, которые можно рассматривать как код звука в некоторый момент времени. 58

Временная дискретизация звука В процессе кодирования звукового сигнала производится его временная дискретизация – непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие временные участки и для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Таким образом непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.

Кодирование звука Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации. Частота дискретизации – количество измерений уровня сигнала в единицу времени. Количество уровней громкости определяет глубину кодирования. Современные звуковые карты обеспечивают 16 битную глубину кодирования звука. При этом количество уровней громкости равно N = 2 i = 216 = 65536. 60

Кодирование звука Амплитуда Цифровой звук – это аналоговый звуковой сигнал, представленный посредством дискретных численных значений его амплитуды. Время 61

Кодирование звука Оцифровка звука (или аналогово цифровое преобразование) технология преобразования аналогового звукового сигнала в цифровой вид, которая осуществляется путем замеров амплитуды сигнала с определенным временным шагом и последующей записи полученных значений в численном виде. 62

Кодирование звука Оцифровка звука включает процессы: 1. Процесс дискретизации (осуществление выборки) сигнала по времени процесс получения значений сигнала, который преобразуется, с определенным временным шагом дискретизации. Количество замеров величины сигнала, осуществляемых в одну секунду, называют частотой дискретизации или частотой выборки, или частотой сэмплирования (от англ. « sampling» – «выборка» ). 63

Кодирование звука Процесс дискретизации (осуществление выборки) сигнала по времени 64

Кодирование звука 2. Процесс квантования по амплитуде процесс замены реальных значений амплитуды сигнала значениями, приближенными с некоторой точностью. Каждый из 2 N возможных уровней называется уровнем квантования, а расстояние между двумя ближайшими уровнями квантования называется шагом квантования. 65

Кодирование звука Процесс квантования по амплитуде 66

Кодирование звука 3. Процесс кодирования/декодирования (оцифровки) процесс, в результате которого значение каждого квантованного отсчета представляется в виде числа, соответствующего порядковому номеру уровня квантования. Обратный процесс называется декодированием. 67

Полный цикл преобразования звука: от оцифровки до воспроизведения 68

Основные параметры, влияющие на качество звука 1. Разрядность размерность (количество) бит информации кодируемое/декодируемое при АЦП и ЦАП. 2. Частота дискретизации (англ. sample rate) частота взятия отсчетов непрерывного во времени сигнала при его дискретизации (АЦП), измеряется в Герцах. 3. Шум нежелательные фазовые и/или частотные случайные отклонения передаваемого сигнала 4. Передискритизация изменение частоты дискретизации дискретного (чаще всего цифрового) сигнала. 69

Основные форматы звука 1. OGG это относительно новый универсальный формат аудио компрессии, официально вышедший летом 2002 года 2. MP 3 третий слой формата кодирования звуковой дорожки MPEG, лицензируемый формат файла для хранения аудиоинформации 3. WAV формат файла контейнера для хранения записи оцифрованного аудиопотока. 4. WMA лицензируемый формат файла, разработанный компанией Microsoft для хранения и трансляции аудиоинформации. 70

Представление видеоинформации 71

Кодирование видеоинформации В последнее время компьютер все чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей такой работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов. Следует четко представлять, что обработка видеоинформации требует очень высокого быстродействия компьютерной системы. Видеоинформация формируется в результате организа ции потокового видео — последовательности «движущихся изображений» . Оцифровка видеофрагмента связана с про блемами обеспечения очень больших скорости обмена и объема данных. Проблема повышения скорости обмена решается путем разработки быстродействующих накопите лей данных. 72

Кодирование видеоинформации Для уменьшения объема данных, содержащихся в видеопотоке (до 9 Мб/с), для записи информации в ЭВМ обычно применяют кодирование со сжатием потока данных. Размер файла сжатого дискретного неподвижного изображе ния зависит от четырех параметров: площади изображения, разрешения, числа битов, необходимых для представления пикселя, и коэффициента сжатия. В видеофильме к этому еще добавляется число образующих его неподвижных изоб ражений. Выбор коэффициента сжатия — компромисс между пропускной способностью системы и качеством восстанав ливаемого изображения. Чем выше коэффициент сжатия, тем ниже качество изображения. Поэтому выбор указанных параметров обосновывается технико экономическим ана лизом и алгоритмом сжатия. 73

Кодирование видеоинформации Существует немало технологий сжатия/восстановления изображений. Наиболее популярная предложена объеди ненной группой экспертов в области фотографии (Joint Photographic Experts Group, JPEG) и позволяет сократить размеры графического файла в 10 12 раз. Для сжатия ви деоинформации применяют технологию стандарта PEG M (Motion Picture Expert Group). Алгоритм MPEG преобразует изображение в поток сжатых данных, учитывая то, что чело век, видящий движущийся объект, сосредоточивает внимание на нем, а неподвижный фон воспринимает в меньшей степени. Это позволяет выделять меняющиеся и «замороженные» фрагменты в кадре: актер движется, а декорация не меняется, что позволяет экономить на размере информации, основ ную картинку оцифровать один раз, а далее фиксировать и передавать только изменения. 74

Кодирование видеоинформации Видеоформат MPEG 1, со зданный в конце 1980 х гг. и использовавшийся в Video CD, уступил место более качественному МPEG 2, а новый стан дарт PEG 4, разработанный фирмой M Microsoft в 1999 г. , и его модификация Div. X позволили размещать видеофильм хорошего качества на обычном компакт диске. 75

Кодирование мультимедийной информации Мультимедиа (multimedia, от англ. multi много и media носитель, среда) совокупность компьютерных технологий, одновременно использующих несколько информационных сред: текст, графику, видео, фотографию, анимацию, звуковые эффекты, высококачественное звуковое сопровождение. Мультимедиаинформация – сочетание текстовой, звуко вой, графической, видеоинформации, представляемой на экране компьютера или мультимедиапроектора. Мультимедиаинформация обладает огромными объемами, поэтому сжима ется программами сжатия, а перед воспроизведением восста навливается, как говорят, «на лету» по мере поступления потока данных. Мультимедийные компьютерные программы позволяют формировать параллельные потоки информации: текстовой, визуальной и звуковой. 76

Форматы мультимедийной информации Существует множество различных форматов представления видео- и мультимедийных данных. PAL видеостандарт, используемый в Европе и России: размер видео 720 х576, 25 fps (25 кадров в секунду). NTSC 720 х480, 29, 97 fps. SECAM – формат телевизионного вещания. VHS аналоговое видео, видеокассеты. DV (Digital Video) это видеоформат цифровой записи с коэффициентом сжатия 5: 1. 77

Форматы мультимедийной информации MPEG (Moving Pictures Expert Group) стандарт сжатия. В последнее время все большее распространение получают системы сжатия видеоизображений, допускающие некоторые незаметные для глаза искажения изображения с целью повышения степени сжатия. Наиболее известным стандартом подобного класса служит MPEG (Motion Picture Expert Group). Методы, применяемые в MPEG, непросты для понимания и опираются на достаточно сложную математику. MPEG 1 (352 х240 CDROM); MPEG 2 (DVD , HDD , Flash камеры) размер 4, 7 Гб ; MPEG 3, MPEG 4 (MP 4) это формат, получаемый с помощью известных кодеков Div. X, Xvi. D, H. 264, размер 700 Мб. HD (High Definition) формат высокого разрешения, новый формат особой четкости изображения. Две разновидности: HD 1 с разрешением 1280 х720 и HD 2 1440 х1080. 78

Форматы мультимедийной информации AVI (Audio Video Interleaved) это контейнер, разработанный Microsoft, в котором могут храниться потоки 4 х типов видео, аудио, текст и midi. (Audio Video Interleave – чередование аудио и видео). WMV (Windows Media Video) это формат от Microsoft, именно в нем вы получите видеоролик, сделанный с помощью Movie Maker. MOV формат Apple Macintosh Quick. Time, может содержать кроме видео также графику, анимацию, 3 D. Чаще всего для проигрывания этого формата нужен Quick. Time Player. Div. X (Digital Video Express) - благодаря Div. X удалось достигнуть степени сжатия, позволившей вмесить качественную запись полнометражного фильма на один компакт-диск – сжать 4, 7 Гб DVD-фильма до 650 Мб. 79

Форматы мультимедийной информации MKV (Матрешка или Matroska) – это контейнер, который может содержать видео, аудио, субтитры, меню и пр. , с открытым кодом. 3 gp видео для мобильных телефонов третьего поколения, имеют малый размер и низкое качество. FLV (Flash Video) формат видео для размещения и передачи в Интернете, используется такими площадками для размещения видеоклипов, как You. Tube, Ru. Tube, Tube. BY, Google Video, Муви и многие другие. SWF (Shockwave Flash) это расширение анимации созданной в программе Adobe Flash, а также видео в формате flash, проигрывается браузерами с помощью Flash Player. Флеш ролики тоже широко распространены в Интернете. 80

Форматы мультимедийной информации RM, RAM расширения Real. Video формата от компании Real. Networks, который используется для телевизионной трансляции в Интернете. Имеет маленький размер файла и низкое качество. VOB (Versioned Object Base) это расширение контейнера, который может содержать несколько потоков видео (формата MPEG 2) и аудио, а также меню и субтитры фильма (файлы на DVD диске с фильмом). IFO файлы на DVD диске, содержащие информацию о фильме, меню, порядке запуска VOB файлов, необходимую, например, DVD проигрывателю, т. е. служебные файлы. m 2 v, m 2 p расширения видео в формате MPEG 2. предназначенные для создания VOB файлов и записи DVD диска. 81

Задания: n Рассчитайте необходимый объем видеопамяти для графического режима: разрешение экрана 800 х600, качество цветопередачи 16 бит. 82