Кодирование информации Лекция 3 ДГТУ Кафедра ИТ 1

Кодирование информации Лекция 3 ДГТУ Кафедра ИТ 1 20011 -2012

Кодирование текста. Представление символов в двоичном коде. • Двоичным кодом наз. уникальное беззнаковое целое двоичное число, поставленное в соответствие некоторому символу. • Для представления текстовой информации в компьютере чаще всего используется алфавит мощностью 256 символов. • Алфавит включает в себя: 1) арабские цифры 2) буквы латинского алфавита 3) знаки препинания и арифметических операций 4) специальные управляющие символы 5) буквы и знаки национального алфавита 2

Кодирование текста • Один символ из такого алфавита несет 8 бит информации, следовательно, двоичный код каждого символа занимает 1 байт памяти ЭВМ. • Все символы такого алфавита пронумерованы от 0 до 255, а каждому номеру соответствует 8 -разрядный двоичный код от 0000 до 1111. Этот код является порядковым номером символа в двоичной системе счисления. 3

Кодирование текста • Двоичное кодирование символьных данных производится заданием кодовых таблиц, согласно которым каждому символу ставят в соответствие одно- или двухбайтовый код • Помимо этого, кодовая таблица ставит в соответствие кодам клавиши на клавиатуре и начертание символа на экране монитора. 4

Кодирование текста • Для разных типов ЭВМ и операционных систем используются различные таблицы кодировки, которые различаются порядком размещения символов алфавита в кодовой таблице. Международным стандартом на персональных компьютерах является таблица кодировки ASCII. • (American Standard Code of Information Interchange – Американский стандартный код информационного обмена ) 5

Кодирование текста • Таблица ASCII разработана институтом стандартизации США в 1981 г. Ее использовали, в частности, программные продукты, работающие под управлением операционной системы MS-DOS. • В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования — базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255. 6

Кодирование текста • В базовой области размещаются: • управляющие коды, (например, код клавиши «Enter» 13 или 00001101) • коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов. • Остальные 128 кодов, начиная со 128 (двоичный код 10000000) и кончая 255 (1111), используются для кодировки букв национальных алфавитов и научных символов. 7

Задачи • Зашифруйте, используя таблицу ASCII-кодов текст: Информатика • 2. (На дом) • Вы написали реферат. В нем 32 страницы (на странице 40 строк, в строке 60 символов), и вы сохранили его в текстовом формате. Что можно сказать о времени которое вы затратите на отправление файла с рефератом, если у Вас установлено модемное соединение со скоростью 28800 бит/с 8

Кодирование текста • В последние несколько лет с однобайтовыми кодами для символов появились проблемы: необходимость обеспечить языки с письменностью иероглифами, такие как японский и китайский. • Количество используемых знаков в этих языках даже по минимальным нормам во много раз превышает 256. • Применили тот же прием, что и для представления чисел: если одного байта не хватает, можно использовать двухбайтовые и более длинные комбинации. • Наиболее распространенной кодировкой символов, использующей по два байта на символ на сегодняшний день является Unicode. 9

Кодирование графической информации • Видеопамять — часть оперативной памяти, отведённая для хранения данных, которые используются для формирования изображения на экране монитора. • Существует выделенная оперативная память для видеокарт, также называемая «Видеопамятью» . • Как правило, чипы оперативной памяти припаяны прямо к плате видеокарты, в отличие от съёмных модулей системной памяти. • Такая Оперативная Память используется только под нужды различных графических приложений и игр. 10

Кодирование графической информации • В видеопамяти находится двоичная информация об изображении, выводимом на экран. Почти все создаваемые с помощью компьютера изображения можно разделить на две категории -- растровую и векторную графику. • Растровые изображения представляют собой однослойную сетку точек, называемых пикселями. Код пикселя содержит информацию и о его цвете. • Оцифровка изображения. При оцифровке изображение с помощью объектива проецируется на светочувствительную матрицу m строк и n столбцов, называемую растром. Далее оцифровывается яркость каждой точки по каждому цвету последовательно по всем строкам растра. 11

Особенности растровой графики • Пиксели подобны зернам фотографии и при значительном увеличении они становятся заметными. Растровая карта представляет собой набор (массив) троек чисел: две координаты пикселя на плоскости и 12 его цвет.

Растровая графика • Кроме размера изображения, важной является информация о количестве цветов, закодированных в файле. • Если для кодирования цвета отвести 8 бит - то такой рисунок может содержать 2^8=256 различных цветов (от 0000 до 1111); • 16 бит – 2^16=65 536 различных цветов (так называемый High Color). • Если отвести 24 бита, то потенциально рисунок может содержать 2^24=16 777 216 различных цветов и оттенков – что примерно соответствует восприятию цветов глазом человека. В последнем случае кодировка называется 24 -bit True Color. 13

Растровая графика • Количество различных цветов -- К и количество битов для их кодировки -- N связаны между собой простой формулой: 2 N = К. 14

Растровая графика • Чем меньше размер пикселя, тем больше разрешение (resolution), то есть, тем более мелкие детали можно закодировать в таком графическом файле. • Размеры растровых изображений выражаются в виде количества пикселей по горизонтали и вертикали, например: 1600× 1200. В данном случае это означает, что ширина изображения составляет 1600, а высота — 1200 точек (такое изображение состоит из примерно двух мегапикселей). 15

Растровая графика • Для типичных разрешений мониторов существуют устоявшиеся буквенные обозначения: • SXGA — 1280× 1024 - максимальное (1024× 768 - оптимальное) • Super Hi-Vision — 7680× 4320— 33, 17 Мпикс, • WHUXGA — 7680× 4800— 36, 86 Мпикс. . Изображение скромного по современным меркам экрана монитора, имеющего растр 800 600 точек, представленное в режиме True Color займет 800 600 3= 1 440 000 байт. 16

Векторная графика • Основным логическим элементом векторной графики является геометрический объект. • В качестве объекта принимаются простые геометрические фигуры (так называемые примитивы – точка, прямоугольник, окружность, эллипс, линия), составные фигуры или фигуры, построенные из примитивов, цветовые заливки. 17

Векторная графика • Каждый элемент векторного изображения является объектом, который описывается с помощью языка математических уравнений линий, дуг, окружностей и т. д. • Сложные объекты (ломаные линии, различные геометрические фигуры) представляются в виде совокупности элементарных графических объектов. • Объекты векторного изображения, в отличии от растровой графики, могут изменять свои размеры без потери качества (при увеличении растрового изображения увеличивается зернистость). 18

Достоинства векторной графики • У векторной графики много достоинств. Она экономна в плане дискового пространства, это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, используя которые, программа всякий раз воссоздает изображение заново. • Объекты векторной графики легко изменяются и модифицируются, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения. Масштабирование, поворот, искривление сведены к паре-тройке элементарных преобразований над векторами. • Примером использования векторной графики является графический редактор Сorel. Draw. 19

Недостатки векторной графики • Векторная графика ограничена в чисто живописных средствах: в программах векторной графики практически невозможно создавать фотореалистические изображения. • Векторный принцип описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации, как это делает сканер для растровой графики. 20

Цветовая модель • Способ разделения цвета на составляющие компоненты называется Цветовой моделью. В компьютерной графике применяются 2 основные цветовые модели: RGB и CMYK 21

Цветовая модель RGB • Изображение в данной цветовой модели состоит из трёх каналов. При смешении основных цветов (основными цветами считаются красный- Red, зелёный - Green и синий - Blue : ) — например, синего (B) и красного (R), мы получаем фиолетовый (M magenta), при смешении зеленого (G) и красного (R) —ЖЕЛТЫЙ (Y yellow), при смешении зеленого (G) и синего (B) — циановый (С cyan). При смешении всех трёх цветовых компонентов мы получаем белый цвет (W). 22

Цветовая модель • Интенсивность каждого из трех цветов - это один байт (т. е. число в диапазоне от 0 до 255). Таким образом, цвет удобно записывать тремя байтами. • То есть ярко-синий цвет может быть определён как (0, 0, 255), красный как (255, 0, 0), ярко-фиолетовый — (255, 0, 255), ярко-ЖЕЛТЫЙ — (255, 0), бледно-ЖЕЛТЫЙ — (1, 1, 0), • чёрный — (0, 0, 0), а белый — (255, 255) 23

Цветовая модель RGB-цветовая модель представленная в виде куба: 24

Цветовая модель • Цветовая модель CMYK соответствует рисованию красками на бумажном листе и используется при работе с отраженным цветом, т. е. для подготовки печатных документов. 25

Цветовая модель CMYK • Цветовыми составляющими этой модели являются цвета: голубой (Cyan), лиловый (Magenta), желтый (Yellow) и черный (Black). Черный цвет задается отдельно. 26

Кодирование звука • Из курса физики известно, что звук - это колебания воздуха. Если преобразовать звук в электрический сигнал (например, с помощью микрофона), мы увидим плавно изменяющееся с течением времени напряжение. • Для компьютерной обработки такой - аналоговый - сигнал нужно преобразовать в последовательность двоичных чисел. • Поступают следующим образом. Измеряют напряжение через равные промежутки времени и записывают полученные значения в память компьютера. Этот процесс называется дискретизацией (или оцифровкой), а устройство, выполняющее его - аналого-цифровым преобразователем (АЦП). 27

Кодирование звука • Для того чтобы воспроизвести закодированный таким образом звук, нужно выполнить обратное преобразование: (для него служит цифро-аналоговый преобразователь - ЦАП) - сгладить получившийся ступенчатый сигнал. • частота дискретизации - количество отсчетов за секунду • Чем выше частота чем больше разрядов отводится для каждого отсчета, тем точнее будет представлен звук. Но при этом увеличивается и размер звукового файла. Поэтому в зависимости от характера звука, требований к качеству звука и объему занимаемой памяти, выбирают некоторые компромиссные значения частоты. • 1 секунда стереозвука при высоком качестве звука занимает примерно 176 Кб дисковой памяти. 28

Кодирование звука 29

Кодирование звука • Терминология кодер – программа (или устройство), реализующая определенный алгоритм кодирования данных (например, кодер MP 3), которая в качестве ввода принимает исходную информацию, а в качестве вывода возвращает закодированную информацию в определенном формате. • декодер – программа (или устройство), реализующая обратное преобразование закодированного сигнала в декодированный 30