Кодирование информации

Долинин А.А., учитель информатики и ИКТ МБОУ «Уренская СОШ № 1»

Кодирование числовой, текстовой, графической и звуковой информации

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.

Кодирование – преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, т.е. двоичный код.

Декодирование – преобразование данных из двоичного кода в форму, понятную человеку.

Привет! 1001011

Двоичное кодирование

Передача электрических сигналов:

сигнал с помехамисигнал с помехами

время

U

«1»

«0»полезный сигнал

полезный сигнал

сигнал с помехамисигнал с помехами

5 В

U

1 0 1

времяполезный

сигналполезный

сигнал

Почему двоичное кодированиеС 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.Эти состояния легко различать. Недостаток двоичного кодирования – длинные коды.

Но в технике легче иметь дело с большим количеством простых элементов, чем с небольшим числом сложных.

Способы кодирования и декодирования информации в компьютере, в первую очередь, зависит от вида информации, а именно, что должно кодироваться: числа, текст, графические изображения или звук.

Двоичное кодирование

• в такой форме можно закодировать все виды информации

• нужны только устройства с двумя состояниями• практически нет ошибок при передаче• компьютеру легче обрабатывать данные

• человеку сложно воспринимать двоичные коды

кодировщиккодировщик

числачисла

символысимволы

рисункирисунки

звукзвук

101011011101110110101101011011101110110101

Система счисления

Для записи информации о количестве объектов используются числа. Числа записываются с помощью набора специальных символов.

Система счисления — способ записи чисел с помощью набора специальных знаков, называемых цифрами.

Виды систем счисленияСИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ

ПОЗИЦИОННЫЕ НЕПОЗИЦИОННЫЕ

В непозиционных системах счисления величина, которую обозначает цифра, не зависит от положения в числе.

XXI

В позиционных системах счисления величина, обозначаемая цифрой в записи числа, зависит от её положения в числе (позиции).

211

Непозиционные системы счисления

Каноническим примером фактически непозиционной системы счисления является римская, в которой в качестве цифр используются латинские буквы:

I обозначает 1, V - 5, X - 10, L - 50, C - 100, D - 500, M -1000.

Натуральные числа записываются при помощи повторения этих цифр.Например, II = 1 + 1 = 2, здесь символ I обозначает 1 независимо от места в числе.Для правильной записи больших чисел римскими цифрами необходимо сначала

записать число тысяч, затем сотен, затем десятков и, наконец, единиц.Пример: число 1988. Одна тысяча M, девять сотен CM, восемьдесят LXXX, восемь VIII.

Запишем их вместе: MCMLXXXVIII.MCMLXXXVIII = 1000+(1000-100)+(50+10+10+10)+5+1+1+1 = 1988 Для изображения чисел в непозиционной системе счисления нельзя ограничится конечным

набором цифр. Кроме того, выполнение арифметических действий в них крайне неудобно.

Позиционные системы счисления

В позиционных системах счисления величина, обозначаемая цифрой в записи числа, зависит от её положения в числе (позиции).

Количество используемых цифр называется основанием системы счисления.

Например, 11 – это одиннадцать, а не два: 1 + 1 = 2 (сравните с римской системой счисления). Здесь символ 1 имеет различное значение в зависимости от позиции в числе.

Первые позиционные системы счисления

Самой первой такой системой, когда счетным "прибором" служили пальцы рук, была пятеричная.

Некоторые племена на филиппинских островах используют ее и в наши дни, а в цивилизованных странах ее реликт, как считают специалисты, сохранился только в виде школьной пятибалльной шкалы оценок.

Двенадцатеричная система счисления

Следующей после пятеричной возникла двенадцатеричная система счисления. Возникла она в древнем Шумере. Некоторые учёные полагают, что такая система возникала у них из подсчёта фаланг на руке большим пальцем.

Широкое распространение получила двенадцатеричная система счисления в XIX веке. На ее широкое использование в прошлом явно указывают названия числительных во многих языках, а также сохранившиеся в ряде стран способы отсчета времени, денег и соотношения между некоторыми единицами измерения. Год состоит из 12 месяцев, а половина суток состоит из 12 часов.

Элементом двенадцатеричной системы в современности может служить счёт дюжинами. Первые три степени числа 12 имеют собственные названия: 1 дюжина = 12 штук; 1 гросс = 12 дюжин = 144 штуки; 1 масса = 12 гроссов = 144 дюжины = 1728 штук.

Английский фунт состоит из 12 шиллингов.

Шестидесятеричная система счисления

Следующая позиционная система счисления была придумана еще в Древнем Вавилоне, причем вавилонская нумерация была шестидесятеричная, т.е. в ней использовалось шестьдесят цифр!

В более позднее время использовалась арабами, а также древними и средневековыми астрономами. Шестидесятеричная система счисления, как считают исследователи, являет собой синтез уже вышеупомянутых пятеричной и двенадцатеричной систем.

Какие позиционные системы счисления используются сейчас?

В настоящее время наиболее распространены десятичная, двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления.

Двоичная, восьмеричная (в настоящее время вытесняется шестнадцатеричной) и шестнадцатеричная система часто используется в областях, связанных с цифровыми устройствами, программировании и вообще компьютерной документации.

Современные компьютерные системы оперируют информацией представленной в цифровой форме. Числовые данные преобразуются в двоичную систему счисления.

Десятичная система счисления Десятичная система счисления

— позиционная система счисления по основанию 10.

Предполагается, что основание 10 связано с количеством пальцев рук у человека.

Наиболее распространённая система счисления в мире.

Для записи чисел используются символы 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, называемые арабскими цифрами.

Двоичная система счисления

Двоичная система счисления — позиционная система счисления с основанием 2. Используются цифры 0 и 1.

Двоичная система используется в цифровых устройствах, поскольку является наиболее простой и удовлетворяет требованиям:

• Чем меньше значений существует в системе, тем проще изготовить отдельные элементы.

• Чем меньше количество состояний у элемента, тем выше помехоустойчивость и тем быстрее он может работать.

• Простота создания таблиц сложения и умножения — основных действий над числами

Алфавит десятичной, двоичной, восьмеричной и шестнадцатеричной

систем счисления

Система счисления Основание Алфавит цифр

Десятичная 10 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

Двоичная 2 0, 1

Восьмеричная 8 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

Шестнадцатеричная 16 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F

Соответствие десятичной, двоичной, восьмеричной и шестнадцатеричной систем

счисления

p=10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

p=2 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 10000

p=8 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 20

p=16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 10

Количество используемых цифр называется основанием системы счисления.

При одновременной работе с несколькими системами счисления для их различения основание системы обычно указывается в виде нижнего индекса, который записывается в десятичной системе:

12310 — это число 123 в десятичной системе счисления;

11110112 — то же число, но в двоичной системе.

Двоичное число 1111011 можно расписать в виде: 11110112 = 1*26 + 1*25 + 1*24 + 1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20.

Перевод чисел из одной системы счисления в другую

Чтобы перевести число из позиционной системы счисления с основанием p в десятичную, надо представить это число в виде суммы степеней p и произвести указанные вычисления в десятичной системе счисления.

Например, переведем число 10112 в десятичную систему счисления. Для этого

представим это число в виде степеней двойки и произведем вычисления в десятичной системе счисления.

10112 = 1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20 = 1*8 + 0*4 + 1*2 + 1*1 = 8 + 0 + 2 + 1 = 1110

Рассмотрим еще один пример. Переведем число 52,748 в десятичную систему

счисления.

52,748 = 5*81 + 2*80 + 3*8-1 + 4*8-2 = 5*8 + 2*1 + 7*1/8 +4*1/49 = 40 + 2 + 0,875 + 0,0625 =

42,937510

Перевод чисел из одной системы счисления в другую

Перевод из десятичной системы счисления в систему счисления с основанием p осуществляется последовательным делением десятичного числа и его десятичных частных на p, а затем выписыванием последнего частного и остатков в обратном порядке.

Переведем десятичное число 2010 в

двоичную систем счисления (основание системы счисления p=2). В итоге получили 2010 = 101002.

Кодирование чисел (двоичная система)

Алфавит: 0, 1

Основание (количество цифр): 2

10 210 2

2 102 10

19 2

918

11

2

4 8

11

2

2 4

00

2

1 2

00

2

0 0

11

19 = 100112

система счислениясистема

счисления

100112

4 3 2 1 0 разряды

= 1·24 + 0·23 + 0·22 + 1·21 + 1·20

= 16 + 2 + 1 = 19

Числа в компьютере

Числа в компьютере хранятся и обрабатываются в двоичной системе счисления. Последовательность нулей и единиц называют двоичным кодом.

Специфической особенности представления чисел в памяти компьютера рассмотрим на других уроках по теме «системы счисления».

Вопросы:

• Что такое система счисления?• Какие два вида систем счисления вы

знаете?• Что такое основание системы счисления?

Что такое алфавит системы счисления? Примеры.

• В какой системе счисления хранятся и обрабатываются числа в памяти компьютера?

Задания:Прочитайте стихотворение. Переведите встречающиеся в нем числительные из

двоичной системы счисления в десятичную.

Необыкновенная девчонка (А. Н. Стариков)Ей было тысяча сто лет,Она в 101-ый класс ходила,В портфеле по сто книг носила –Все это правда, а не бред.Когда, пыля десятком ног,Она шагала по дороге,За ней всегда бежал щенокС одним хвостом, зато стоногий.Она ловила каждый звукСвоими десятью ушами, И десять загорелых рукПортфель и поводок держали.И десять темно-синих глазРассматривали мир привычно,… Но станет все совсем обычным,Когда поймете наш рассказ.

Вопросы:

• У меня 100 братьев. Младшему 1000 лет, а старшему 1111 лет. Старший учится в 1001 классе. Может ли быть такое?

• Когда дважды два равно 100?

Задания:

• Запишите число 1945 в римской системе счисления.

• Запишите в развернутом виде числа: 200710, 2348,

101102 .

• Чему будут равны числа 1748, 2E16, 101,1012 в

десятичной системе счисления?

• Как будет записываться число 1410 в двоичной

системе счисления? 10010 в восьмеричной?

Кодирование символьной (текстовой) информации

Двоичное кодирование текстовой информации

Начиная с 60-х годов, компьютеры все больше стали использовать для обработки текстовой информации и в настоящее время большая часть ПК в мире занято обработкой именно текстовой информации.

Традиционно для кодирования одного символа используется количество информации = 1 байту (1 байт = 8 битов).

1 символ – 1 байт (8 бит)

Для кодирования одного символа требуется один байт информации.

Учитывая, что каждый бит принимает значение 1 или 0, получаем, что с помощью 1 байта можно закодировать 256 различных символов.

28=256

Кодирование символов

Текстовый файл

• на экране (символы)

• в памяти – двоичные коды

10000012 10000102 10000112 10001002

В файле хранятся не изображения символов, а их числовые коды в двоичной системе!

!65 66 67 68

А где же хранятся изображения?

Кодирование символов

1. Сколько символов надо использовать одновременно? или 65536 (UNICODE)

2. Сколько места надо выделить на символ:

3. Выбрать 256 любых символов (или 65536) - алфавит.

4. Каждому символу – уникальный код 0..255 (или 0..65535). Таблица символов:

5. Коды – в двоичную систему.

256256

256 = 28 8 бит на символ 256 = 28 8 бит на символ

65 66 67 68

… A B C D …коды

Кодировка 1 байт на символ0 1 254 255127 128

таблица ASCII (международная)

кодовая страница

ASCII = American Standard Code for Information Interchange0-31 управляющие символы:

7 – звонок, 10 – новая строка, 13 – возврат каретки, 27 – Esc.

32 пробелзнаки препинания: . , : ; ! ?специальные знаки: + - * / () {} []48-57 цифры 0..965-90 заглавные латинские буквы A-Z97-122 строчные латинские буквы a-z

Кодовая страница (расширенная таблица ASCII)для русского языка:CP-866 для системы MS DOSCP-1251 для системы Windows (Интернет)КОИ8-R для системы UNIX (Интернет)

Двоичное кодирование текстовой информации

Кодирование заключается в том, что каждому символу ставиться в соответствие уникальный двоичный код от 00000000 до 11111111 (или десятичный код от 0 до 255).

Важно, что присвоение символу конкретного кода – это вопрос соглашения, которое фиксируется кодовой таблицей.

Таблица кодировки

Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие порядковые номера (коды), называется таблицей кодировки.

Для разных типов ЭВМ используются различные кодировки. С распространением IBM PC международным стандартом стала таблица кодировки ASCII (American Standart Code for Information Interchange) – Американский стандартный код для информационного обмена.

Таблица кодировки ASCII

Стандартной в этой таблице является только первая половина, т.е. символы с номерами от 0 (00000000) до 127 (0111111). Сюда входят буква латинского алфавита, цифры, знаки препинания, скобки и некоторые другие символы.

Остальные 128 кодов используются в разных вариантах. В русских кодировках размещаются символы русского алфавита.

В настоящее время существует 5 разных кодовых таблиц для русских букв (КОИ8, СР1251, СР866, Mac, ISO).

В настоящее время получил широкое распространение новый международный стандарт Unicode, который отводит на каждый символ два байта. С его помощью можно закодировать 65536 (216= 65536 ) различных символов.

Таблица расширенного кода ASCIIКодировка Windows-1251 (CP1251)

Информационный объем текстаСегодня очень многие люди для подготовки писем, документов,

статей, книг и пр. используют компьютерные текстовые редакторы. Компьютерные редакторы, в основном, работают с алфавитом размером 256 символов.

В этом случае легко подсчитать объем информации в тексте. Если 1 символ алфавита несет 1 байт информации, то надо просто сосчитать количество символов; полученное число даст информационный объем текста в байтах.

Пусть небольшая книжка, сделанная с помощью компьютера, содержит 150 страниц; на каждой странице — 40 строк, в каждой строке — 60 символов. Значит страница содержит 40x60=2400 байт информации. Объем всей информации в книге: 2400 х 150 = 360 000 байт.

Обратите внимание! Цифры кодируются по стандарту ASCII в двух случаях – при вводе-

выводе и когда они встречаются в тексте. Если цифры участвуют в вычислениях, то осуществляется их преобразование в другой двоичных код (см. урок «представление чисел в компьютере»).

Возьмем число 57. При использовании в тексте каждая цифра будет представлена своим

кодом в соответствии с таблицей ASCII. В двоичной системе это – 0011010100110111.

При использовании в вычислениях, код этого числа будет получен по правилам перевода в двоичную систему и получим – 00111001.

Вопросы и задания:

• В чем заключается кодирование текстовой информации в компьютере?

• Закодируйте с помощью ASCII-кода свою фамилию, имя, номер класса.

• Какое сообщение закодировано в кодировке Windows-1251: 0011010100100000111000011110000011101011111010111110111011100010

• Считая, что каждый символ кодируется одним байтом, оцените информационный объем следующего предложения из пушкинского четверостишия:Певец-Давид был ростом мал, Но повалил же Голиафа!

Кодировка UNICODE (UTF-16)

•Windows, MS Office, …•16 бит на символ•65536 или 216 символов в одной таблице

можно одновременно использовать символы разных языков (Интернет)

размер файла увеличивается в 2 раза

Кодирование и обработка графической информации

Впервые представление данных в графическом виде было реализовано в середине 50-х годов ХХ века для больших ЭВМ, которые применялись в научных и военных исследованиях.

Особенно интенсивно технология обработки графической информации с помощью компьютера стала развиваться в 80-х годах.

Широкое применение получила специальная область информатики -

компьютерная графика

Компьютерная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности и восприятия, передачи информации. Применяется в медицине, рекламном бизнесе, индустрии развлечений и т. д.

Графическую информацию,

можно представить в аналоговой или дискретной форме.

При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.

При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно.

Примером аналогового представления графической информации может служить живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно,      

Примером дискретного представления, изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета.

      Графическая информация из аналоговой формы в дискретную преобразуется путем дискретизации, т. е. разбиения непрерывного графического изображения на отдельные элементы.

Дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики. Изображение разбивается на маленькие фрагменты (точки), причем каждому элементу изображения присваивается его код

11100001

В процессе дискретизации производится кодирование, т.е. присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.

Дискретизация - это преобразование непрерывных изображений в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается

определенный код      

Качество кодирования изображения зависит от 2-х параметров:

Во-первых, качество кодирования изображения тем выше, чем меньше размер точки и соответственно большее количество точек составляет изображение

Во- вторых, чем больше количество цветов, то есть больше возможных состояний точки изображения, используется, тем более качественно кодируется изображение (каждая точка несет большее количество информации) используемый набор цветов образует цветовую палитру

ниже выше

Создавать и хранить

графические объекты в компьютере можно в виде – растрового изображения, векторного изображения.

Для каждого типа изображения используется свой способ кодирования.

Растровое изображение

Растровое изображение

формируется из определенного количеств строк, каждая из которых содержит определенное

количество точек (пикселов)

Например, изображение листа описывается конкретным расположением и цветом каждой точки, что создает изображение примерно также, как в мозаике

Для обработки таких файлов используют такие

редакторы, как: Paint, Photoshop

Растровые изображения очень хорошо передают реальные образы. Они замечательно подходят для фотографий, картин и в других случаях, когда требуется максимальная "естественность".

Такие изображения легко выводить на монитор или принтер, поскольку эти устройства тоже основаны на растровом принципе.

Одной из главных проблем

растровых файлов является масштабирование:

при существенном увеличении изображения появляется зернистость, ступенчатость, картинка может превратиться в набор неряшливых квадратов (увеличенных пикселей).

Растровое изображение и его увеличенная копия

при большом уменьшении существенно снижается количество точек, поэтому исчезают наиболее мелкие детали, происходит потеря четкости.

Качество изображения определяется

разрешающей способностью монитора.

Разрешающая способность монитора определяется максимальным количеством отдельных точек, которые он может генерировать. Она измеряется числом точек в одной горизонтальной строке и числом горизонтальных строк по вертикали.

Чем она выше, то есть больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения. В современных ПК в основном используют следующие разрешающие способности экрана: 640 на 480, 800 на 600, 1024 на 768 и 1280 на 1024 точки.

Разрешающая способность дисплея не определяется монитором вообще, она определяется видеокартой и программным обеспечением, работающим с этим устройством.

Объем растрового изображения определяется умножением количества точек на информационный объем одной точки, который зависит от количества

возможных цветов. 

Наиболее простое растровое изображение состоит из пикселов имеющих только два возможных цвета черный и белыйДля черно-белого изображения информационный объем одной точки равен 1 биту, т.к. она может быть либо черной, либо белой, что можно

закодировать двумя цифрами - 0 или 1.

1

1 2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

7

7

8

8

9

9

10

10

Растровая сетка 10×10

с изображением буквы К

Для кодирования изображения на таком экране требуется 100 бит (1бит на пиксель)видеопамяти

Содержимое видеопамяти в виде битовой матрицы будет иметь вид:

Цветное изображение на экране

получается путем смешивания трех базовых цветов : красного, синего и зеленого

Каждый пиксель на экране состоит из трех близко расположенных элементов, светящихся этими цветами

Цветные дисплеи, использующие такой принцип называются RGB -мониторами

Код цвета пикселя содержит информацию о доле каждого базового цвета

Схема цветообразования

Число цветов, воспроизводимых на экране

монитора (N), и число бит, отводимых в видеопамяти на

каждый пиксель (I ),

связаны формулой: N=2I

Величину I называют

битовой глубиной или глубиной цвета

I=log2N

Цвет любого пиксела растрового изображения запоминается в компьютере с помощью комбинации

битов.

Глубина цвета I Количество

отображаемых цветов N4 24=16

8 28=256

16 (hige color) 216=65 536

24 (true color) 224=16 777 216

32 (true color) 232=4 294 967 296

Чем больше битов используется, тем больше оттенков цветов можно получить..

Если все три составляющих имеют одинаковую интенсивность (яркость), то из их сочетаний можно получить 8 различных цветов (23)

красный зеленый синий цвет

0 0 0 черный

0 0 1 синий

0 1 0 зеленый

0 1 1 голубой

1 0 0 красный

1 0 1 розовый

1 1 0 коричневый

1 1 1 белый

16-цветная палитра получается при использовании 4 -разрядной кодировки: к 3 битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно

Например, если в 8-цветной палитре код 100 обозначает красный цвет

То в 16-цветной палитре:

0100 – красный

1100 – ярко-красный

0110 - коричневый

Формировнаие цветов при глубине цвета24 бита

Название цвета

интенсивностькрасный зеленый синий

черный 00000000 00000000 00000000

красный 11111111 00000000 00000000

зеленый 00000000 11111111 00000000

синий 00000000 00000000 11111111

голубой 00000000 11111111 11111111

желтый 11111111 11111111 00000000

белый 11111111 11111111 11111111

Чем больше глубина цвета, тем шире диапазон доступных цветов и тем точнее их представление в

оцифрованном изображении. Пиксел с битовой глубиной, равной единице, имеет

лишь 2 (в первой степени) возможных состояния — два цвета: черный или белый.

Пиксел с битовой глубиной в 8 единиц имеет 28 или 256 возможных цветовых значений.

Пиксел же с битовой глубиной в 24 единицы имеет 224

степени) или 16,7 миллионов возможных значений. Считается, что 24-битные изображения, содержащие 16,7 миллионов цветов, достаточно точно передают краски окружающего нас мира. Как правило, битовое

разрешение задается в диапазоне от 1 до 48 бит/пиксел.

Объем файла, содержащего изображение, зависит не только от его размеров, но также и от глубины цвета. Учитывая, что каждый пиксел изображения может описываться различным количеством бит - от 1 до 48, можно сделать вывод, что чем больше цветовая глубина, тем больше должен быть объем файла с изображением.

Объем файла точечной графики - это произведение ширины и высоты изображения в

пикселах на глубину цвета.

При этом совершенно безразлично, что изображено на фотографии. Если все три

параметра одинаковы, то размер файла без сжатия будет одинаков для любого изображения.

При печати на бумаге используется несколько иная цветовая модель: если монитор испускал свет, оттенок получался в результате сложения цветов, то краски - поглощают свет, цвета вычитаются. Поэтому в качестве основных используют голубую, сиреневую и желтую краски. Кроме того, из-за неидеальности красителей, к ним обычно добавляют четвертую -- черную Для хранения информации о каждой краске и в этом случае чаще всего используется 1 байт.

Сколько бит информации занимает информация об одном пикселе на черно-белом экране (без полутонов)

I=log2N

I=log22

N=2 (черный, белый)

I=1 бит на пиксель

На экране с разрешающей способностью 640×200 высвечивается только черно-белое изображение.________________________________Какой минимальный объем видеопамяти необходим для хранения изображения на экране монитора? I=log2N

N=2 (черный, белый) I=log22

I=1 бит на пиксель

Для изображения, размером 640×200 объем видеопамяти равен:

1 × 640×200 =128000 бит =16000 байт = 16 Кбайт

640

200

Определить объем видеопамяти компьютера, который необходим для реализации графического режима монитора с разрешающей способностью 1024×768 и палитрой 65536 цветов

I=log265536 = 16 бит

Количество точек изображения равно:

1024×768=786432

16 бит ×786432=12582912 бита=1,5 М байта

Какой объем видеопамяти необходим для хранения двух страниц изображения при условии, что разрешающая способность монитора равна 640×350 пикселей, а количество используемых цветов - 16

Решение:

I=log2N I=log216

I=4бита

640*350*4 = 112000 бит

640*350*4/8/1024=109,375 Кбайт

109,375*2=218,75 Кбайт

Векторное изображение рассматривается как графический

объект, представляющий собой совокупность графических примитивов (точек, линий,

прямоугольников, окружностей и т.д.) и описывающих их математических

формул.

Положение и форма графического объекта задается в системе графических координат, связанных с экраном.

Обычно начало координат расположено в верхнем левом углу экрана

0

Например, графический примитив точка задаётся своими

координатами (Х, У), линия - координатами начала (Х1,У1) и конца (Х2,У2),

окружность - координатами центра (Х, У) и радиусом (R), прямоугольник – координатами диагонали (Х1, У1) (Х2, У2) и т.д. Кроме того, для каждой линии указывается ее тип (сплошная, пунктирная), толщина и цвет.

X 0

A (x1,y1)

B (x2,y2)

O (x,y)

R

y B (x2,y2)

A (x1,y1)

A (x,y)

1 2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

7

7

8

8

9

9

10

10

В векторном представлении – это три линии, каждая из которых описывается координатами ее концов

ЛИНИЯ (3,2) – (3,8)

ЛИНИЯ (4,5) – (7,2)

ЛИНИЯ (4,5) – (7,8)

Информация о векторном изображении кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами.Очень популярны такие программы, как CorelDRAW, Adobe Illustrator, Macromedia FreeHand.

ДОСТОИНСТВА ВЕКТОРНОЙ ГРАФИКИ

При кодировании векторного изображения хранится не само изображение объекта, а координаты точек, используя которые программа всякий раз воссоздает изображение заново. Кроме того, описание цветовых характеристик не сильно увеличивает размер файла.

Поэтому объем памяти очень мал по сравнению с точечной графикой (растровой).  Объекты векторной графики легко трансформируйте ими просто манипулировать, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображении. Это возможно, так как масштабирование изображений производится с помощью простых математических операций (умножения параметров графических примитивов на коэффициент масштабирования)

В тех областях графики, где принципиальное значение имеет сохранение ясных и четких контуров, например в шрифтовых композициях, в создании фирменных знаков логотипов и пр., векторная графика незаменима.

Недостатки векторной графики1.Основной минус - то, что представлено в векторном формате почти всегда будет выглядеть, как рисунок.

Векторная графика действительно ограничена в чисто живописных средствах и не предназначена для создания фотореалистических изображений.

В последних версиях векторных программ внедряется все больше элементов "живописности" (падающие тени, прозрачности и другие эффекты, ранее свойственные исключительно программам точечной графики).

2. Значительным недостатком векторной графики является программная зависимость: каждая программа сохраняет данные в своем собственном формате, Поэтому изображение, созданное в одном векторном редакторе, как правило, не конвертируется в формат другой

программы без погрешностей

Кодирование и обработка звуковой информации

Звук – это волна с непрерывно меняющейся амплитудой и

частотой

Чем больше амплитуда, тем громче звук

Чем больше частота, тем больше тон

Человеческое ухо воспринимает звук с частотой от 20 колебаний в

секунду (низкий звук) до 20 000 колебаний в секунду

(высокий звук).

Для измерения громкости звука применяется специальная единица "децибел" (дбл)

Звук Громкость в децибелах

Нижний предел чувствительности человеческого уха 0

Шорох листьев 10

Разговор 60

Гудок автомобиля 90

Реактивный двигатель 120

Болевой порог 140

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук,

непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в

цифровую дискретную форму с помощью временной

дискретизации.

Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество

полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу

времени, т. е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее

"лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую диалогового сигнала.

Характеристика цифрового звука:1. Частота2. Глубина

Частота дискретизации звука - это количество измерений

громкости звука за одну секунду

Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от

8000 до 48 000 измерений громкости звука за одну секунду.

(Гц)

Глубина кодирования звука - это количество информации,

которое необходимо для кодирования дискретных

уровней громкости цифрового звука.

Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости

цифрового звука можно рассчитать по формуле N = 2I. Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней

громкости звука равно:N = 2I = 216 = 65 536.

Режимы

Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более

качественным будет звучание оцифрованного звука.

Качество оцифрованного звука

Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи,

получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи

одной звуковой дорожки (режим "моно").

Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух

звуковых дорожек (режим "стерео").

Объем файла (бит) = частота (Гц) *

глубина (бит) * время (сек) *

режим (моно = 1, стерео = 2)

Процесс получения цифровой формы звука называют

оцифровкой. Устройство, выполняющее оцифровку звука, называется

аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Устройство, выполняющее обратное преобразование, из

цифровой формы в аналоговую, называется цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП). В современных компьютерах основная обработка звука

выполняется звуковыми картами. Помимо АЦП и ЦАП звуковые карты содержат сигнальный процессор — специализированный микрокомпьютер для обработки оцифрованного звука, выполняющий значительную часть рутинных расчетов при обработке звуков (смешение звуков, наложение спецэффектов, расчет формы выходного сигнала и т. п.; центральный процессор не тратит время на выполнение этих работ).

Можно оценить информационный объем стереоаудиофайла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука (16 битов, 48 кГц). Для этого количество битов, приходящихся на одну выборку, необходимо умножить на количество выборок в 1 секунду и умножить на 2 (стерео – два канала):

16 бит • 48 000 • 2 = 1 536 000 бит =

=192 000 байт = 187,5 Кбайт.

З А Д А Ч И

1. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин, если «глубина» кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно:а) 16 бит и 8 кГц;б) 16 бит и 24 кГц.

2. Определите качество звука (качество радиотрансляции, среднее качество, качество аудио-CD), если известно, что объем моноаудиофайла длительностью звучания в 10 сек. равен:а) 940 Кбайт;б) 157 Кбайт.

3. Рассчитайте время звучания моноаудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен:а) 700 Кбайт;б) 6300 Кбайт. 4. Аналоговый звуковой сигнал был дискретизирован сначала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала (качество звучания радиотрансляции), а затем с использованием 65536 уровней интенсивности сигнала (качество звучания аудио-CD). Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованного звука?