Кодирование информации (1)

1.

2. Единицы измерения информации

1 бит – минимальная
информации.
1 байт=8 бит
1 Килобайт (Кб) = 1024 байт
1 Мегабайт (Мб) = 1024 Кб
1 Гигабайт (Гб) = 1024 Мб
1 Терабайт (Тб) = 1024 Гб
единица
измерения

3.

4.

Код - система знаков для представления
информации.
Кодирование информации – переход от одной
формы представления информации к другой,
более удобной для хранения.
Декодирование – процесс обратный кодированию.
Существуют три основных вида кодирования текста:
• графический
• числовой
• символьный

5.

Кодирование символов
Текстовый файл
на экране (символы)
в памяти – двоичные
коды
10000012 10000102 10000112 10001002
65
!
66
67
68
В памяти пк хранятся не изображения символов, а
их числовые коды в двоичной системе!

6. Двоичное кодирование текстовой информации в ПК

Для кодирования 1 текстового символа используется 1 байт
информации.
1 байт
256 символов
66 букв
русского
алфавита
52 буквы
английского
алфавита
0-9
цифры
Знаки
препинания

7.

При обработке текстовой информации в
компьютере каждый символ представляется
двоичным кодом
1 символ
8 битов (1 байт)
От 00000000 до 11111111
Присвоение знаку конкретного двоичного кода –
это вопрос соглашения, которое фиксируется в
кодовой таблице

8. Кодовая таблица ASCII

American Standard Code for
Information Interchange
коды
от 0 до 32
функциональные
клавиши
коды
от 33
до 127
буквы английского алфавита,
знаки математических
операций, знаки препинаний

9. Таблицы кодировки русскоязычных символов

КОИ-8
ISO
MAC
CP1251

10. Другие кодировочные таблицы для кодирования русских символов

Слово ЭВМ кодируется:
КОИ8
СР1251
СР866
Мас
ISO
1
символ
=1
байт
КОИ-8
252 247 237
СР1251
221 194 204
СP866
157 130 140
Мас
157 130 140
ISO
205 178 188

11. Кодировка Unicode

!
Идея: объединить все символы в одну таблицу!
Юникод включает практически все современные письменности, в том числе:
арабскую, армянскую, бенгальскую, бирманскую, греческую, грузинскую,
деванагари, иврит, кириллицу, коптскую, кхмерскую, латинскую, тамильскую,
хангыль, хань (Китай, Япония, Корея), чероки, эфиопскую, японскую (катакана,
хирагана, кандзи) и другие.
1 символ - 2 байта (16 бит),которыми
можно закодировать 65 536 символов
N=216=65 536

12. Примеры. 1)Каков информационный объем текста, содержащего слово ПРОГРАММИРОВАНИЕ, в кодировке Unicode. Решение: 16 символов*16

битов=256 битов/8=32 байта
или
16 символов *2 байта=32 байта

13. 2)Текст занимает полных 6 страниц. На каждой странице размещается 30 строк по 80 символов. Определить объем оперативной памяти,

который займет этот текст.
Решение:
1 символ в ПК (стандартная кодировка) = 8 битов (или 1 байт),
6*30*80*8=115200 битов/8=14400 байтов/1024=14,06 Кб
или
6*30*80*1=14400 байтов/1024=14,06 Кб

14.

15. Компьютерная графика

Область информатики, изучающая методы и
средства создания и обработки изображений
с помощью программно-аппаратных
вычислительных комплексов, называется
компьютерная графика.

16.

Компьютерная графика
Визуализация данных находит применение в
самых разных сферах человеческой
деятельности: компьютерная томография
(медицина), визуализация строения
вещества, векторных полей, и др. (научные
исследования), моделирование одежды,
компьютерные игры.

17. Кодирование растровой графической информации

Видеопамять – это специальная оперативная
память, в которой формируется графическое
изображение. Иными словами для получения
на экране монитора картинки её надо где-то
хранить. Для этого и существует
видеопамять. Чаще всего ее величина от 512
Кб до 4 Мб для самых лучших ПК при
реализации 16,7 млн. цветов.

18.

Графическая информация
может быть представлена в
аналоговой и дискретной форме
живописное
полотно
цифровая
фотография

19.

Преобразование изображения из аналоговой
(непрерывной) в цифровую (дискретную)
форму называется
пространственной дискретизацией
Аналоговая
форма
мозаика
сканирование
Дискретная
форма

20.

В процессе пространственной
дискретизации изображение разбивается
на отдельные маленькие фрагменты,
точки - пиксели

21.

Пиксель – минимальный участок
изображения, для которого независимым
образом можно задать цвет.
В результате пространственной дискретизации
графическая информация представляется в виде
растрового изображения.

22.

Разрешающая способность растрового
изображения определяется количеством
точек по горизонтали и вертикали на
единицу длины изображения.

23.

Чем меньше размер точки, тем
больше разрешающая способность,
а значит, выше качество
изображения.
Величина разрешающей способности выражается в dpi
(dot per inch – точек на дюйм), т.е. количество точек в полоске
изображения длиной один дюйм (1 дюйм=2,54 см.)

24. Разрешающая способность – количество точек (пикселей) по вертикали и горизонтали экрана

От чего зависит качество
изображения?
Разрешающая способность –
количество точек (пикселей) по
вертикали и горизонтали экрана
Глубина цвета — количество информации (количество
бит), используемое для хранения и представления
цвета при кодировании одного пикселя растровой
графики

25. Наиболее распространенными глубинами цвета являются 4,8,16, и 24 бита на точку. Зная глубину цвета, можно по формуле вычислить

количество
цветов в палитре.

26. Глубина цвета

Растровое изображение представляет собой
совокупность точек (пикселей) разных цветов.
Для черно-белого изображения
информационный объем одной точки равен
одному биту (либо черная, либо 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) и т.д.
Количество цветов в палитре (N) и количество информации, необходимое
для кодирования каждой точки (I), связаны между собой и могут быть
вычислены по формуле:
N=2I

27.

• В каких единицах измеряется информация?
I = x*y*i , где х *у — количество пикселей, а i
(бит) – глубина цвета точки
Какой формулой связаны глубина цвета
точки и количество цветов в палитре?
N=2i

28. Расчет объема видеопамяти

Информационный объем требуемой видеопамяти можно рассчитать по
формуле:
Iпамяти= X * Y*i
где Iпамяти – информационный объем видеопамяти в битах;
X * Y – количество точек изображения (по горизонтали и по вертикали);
i – глубина цвета в битах на точку.
ПРИМЕР. Необходимый объем видеопамяти для графического режима с
пространственным разрешением 800 х 600 точек и глубиной цвета 24 бита
равен:
Iпамяти= 600 * 800 * 24 =
11 520 000 бит = 1 440 000 байт = 1 406, 25
Кбайт = 1, 37 Мбайт

29.

• Задание 1. Определить количество
пикселей изображения на экране монитора
с разрешающей способностью 800x600.

30.

• Задание 2. Подсчитать объём видеопамяти,
необходимый для хранения чёрно-белого
изображения вида

31.

• Задание 3. Однако, общепринятым на
сегодняшний день считается представление
чёрно-белого изображения в виде
комбинации точек с 256 градациями серого
цвета – т. е. для кодирования одной точки
такого изображения нужно (256=28) 8 бит
или 1 байт
Подсчитать объём видеопамяти,
необходимый для хранения чёрно-белого
изображения вида

32.

369 * 204
93 * 51
Давайте сравним два
графических
изображения:
Что вы можете
сказать о качестве
этих изображений?
Как можно
объяснить разницу?
чем больше пикселей – тем выше качество изображения.
32

33. Палитры цветов в системах цветопередачи RGB, CMYK, HSB

34. Палитра цветов в системе цветопередачи RGB

С экрана монитора человек воспринимает
цвет как сумму излучения трех базовых цветов
(red, green, blue).
Цвет из палитры можно определить с помощью
формулы:
Цвет = R + G + B,
Где R, G, B принимают значения от 0 до max
Так при глубине цвета в 24 бита на
кодирование каждого из базовых цветов
выделяется по 8 битов, тогда для каждого из
цветов возможны N=28=256 уровней
интенсивности.

35. Формирование цветов в системе RGB

Цвет
Формирование цвета
Черный
= 0+0+0
Белый
=Rmax+Gmax+Bmax
Красный
= Rmax+0+0
Зеленый
= Gmax+0+0
Синий
= Bmax+0+0
Голубой
=0+ Gmax+Bmax
Пурпурный
= Rmax+0+Bmax
Желтый
= Rmax+Gmax+0
В системе RGB палитра цветов формируется
путем сложения красного, зеленого и синего
цветов

36. Палитра цветов в системе цветопередачи CMYK

При печати изображений на принтере
используется палитра цветов CMYK. Основными
красками в ней являются Cyan – голубая,
Magenta – пурпурная и Yellow - желтая.
Система CMYK в отличие от RGB, основана на
восприятии не излучаемого, а отражаемого света.
Так, нанесенная на бумагу голубая краска
поглощает красный цвет и отражает зеленый и
синий цвета.
Цвета палитры CMYK можно определить с
помощью формулы:
Цвет = C + M + Y,
Где C, M и Y принимают значения от 0% до 100%

37. Формирование цветов в системе CMYK

Цвет
Формирование цвета
Черный
= С+M+Y= - G – B - R
Белый
C=0 M=0 Y=0
Красный
= Y+M= - G - B
Зеленый
= Y+C= - R - B
Синий
= M+C= - R -G
Голубой
= - R = G+B
Пурпурный
= - G = R+B
Желтый
= - B = R+G
В системе цветопередачи CMYK палитра цветов
формируется путем наложения голубой,
пурпурной, желтой и черной красок.

38. Палитра цветов, разница

39. Палитра цветов в системе цветопередачи HSB

Система цветопередачи HSB использует в качестве базовых параметров
Оттенок цвета, Насыщенность, Яркость
В системе цветопередачи HSB
палитра цветов формируется
путем установки значений оттенка
цвета, насыщенности и яркости.

40.

41.

42. ЗВУКОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Звуковые колебания (волны) – механические колебания,
частота которых лежит в пределах от 20 до 20 000 Гц.
Звуковые
колебания
20 Гц
20 000 Гц
Свойства:
• звук - продольная волна;
• распространяется в упругих средах (воздух, вода,
различные металлы и т.д.);
• имеет конечную скорость.

43. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКА

Единица громкости
звука - децибел
(дБ) (десятая часть
• громкость звука – зависит от
бела).
амплитуды колебаний. Чем больше
Названа в честь
Александра Грэхема
амплитуда колебаний, тем громче
Белла, изобретателя
sound_high_low.swf
звук.
телефона.
• высота звука – определяется
частотой колебаний воздуха. sound_quiet_aloud.swf
• скорость
звука
–
скорость
распространения волн в среде.
• тембр звука – окраска
зависящая от источника
(скрипка, рояль, гитара и т.д.).
звука,
звука

44.

fourth.swf
third.swf
Зависимость громкости и высоты тона звука от
интенсивности и частоты звуковой волны

45.

Источник звука
Уровень (дБ)
Спокойное дыхание
Не воспринимается
Шёпот
10
Шелест листьев
17
Перелистывание газет
20
Обычный шум в доме
40
Прибой на берегу
40
Разговор средней громкости
50
Громкий разговор
70
Работающий пылесос
80
Поезд в метро
80
Концерт рок-музыки
100
Раскат грома
110
Реактивный двигатель
110
Выстрел из орудия
120
Болевой порог
120

46.

1. Звуковая информация
2. Временная дискредитация звука
3. Частота дискредитации
4. Глубина кодирования звука
5. Качество оцифрованного звука
6. Звуковые редакторы

47.

Аналоговый
Дискретный
физическая величина принимает
бесконечное множество
значений, причем они
изменяются непрерывно.
физическая величина принимает
конечное множество значений,
причем они изменяются
скачкообразно.
Виниловая пластинка (звуковая
дорожка изменяет свою форму
непрерывно)
Аудиокомпакт-диск (звуковая
дорожка содержит участки с
разной отражающей
способностью)

48. ВРЕМЕННАЯ ДИСКРЕТИЗАЦИЯ ЗВУКА

Временная
дискретизация – это
разбиение
непрерывной звуковой
волны
на отдельные
маленькие временные
участки, причем для
каждого участка
устанавливается
определенная
величина амплитуды.
A(t)
t

49.

КВАНТОВАНИЕ - процесс замены реальных значений сигнала приближенными с
определенной точностью.
БИТРЭЙТ (bitrate) - уровень квантования, объем информации в единицу времени
(bits per second). То есть, какое количество информации о каждой секунде записи
мы можем потратить. Измеряется в битах (bit).

50. МЕТОД ИМПУЛЬСНОГО КОДИРОВАНИЯ (PCM Pulse Code Modulation)

Звуковая информация хранится в виде
значений амплитуды, взятых
в определенные моменты времени
(т. е. измерения проводятся
«импульсами»).

51.

Для оцифровки звука используются специальные устройства: аналого-цифровой
преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).

52. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОЦИФРОВАННОГО ЗВУКА

ГЛУБИНА
ДИСКРЕТИЗАЦИИ
ЗВУКА (i) –
это количество
информации,
которое
необходимо
для кодирования
дискретных
уровней громкости
цифрового звука.
N – количество уровней громкости
i
– глубина кодирования
Пусть глубина кодирования звука составляет 16
битов, тогда количество уровней громкости
звука равно:
N = 2I = 216 = 65 536
В процессе кодирования каждому уровню
громкости звука присваивается свой 16битовый двоичный код, наименьшему уровню
звука будет соответствовать код
0000000000000000, а наибольшему 1111111111111111.

53.

ЧАСТОТА
ДИСКРЕТИЗАЦИИ
ЗВУКА –
это количество
измерений
громкости звука
за одну секунду.
1 Гц = 1/с
1 кГц = 1000 /с
Сэмплрэйт (samplerate) - частота дискретизации
(или частота сэмплирования) - частота взятия
отсчетов непрерывного во времени сигнала при
его дискретизации (в частности, аналогоцифровым преобразователем - АЦП).
sound_frequency.swf

54. КАЧЕСТВО ОЦИФРОВАННОГО ЗВУКА

Глубина
Параметр
кодирования
Телефонная связь 8 бит
Среднее качество 8 бит или 16 бит
Звучание CD-диска 16 бит
Частота
дискретизации
до 8 кГц
8-48 кГц
до 48 кГц
Чем выше качество цифрового звука, тем больше
информационный объем звукового файла.

55. ОБЪЕМ АУДИОФАЙЛА

I=q*d*i*t
I - объем звукового файла,
i - глубина кодирования звука,
d - частота дискретизации звука,
t - длительность звучания файла,
q - количество каналов звучания
(режим моно q= 1, стерео q= 2,
квадро q= 4, окта q= 8)

56.

Пример. Оцените информационный объем
высокочественного стереоаудиофайла длительностью
звучания 1 минута, если "глубина" кодирования 16 бит, а
частота дискретизации 48 кГц.
Информационный объем звукового файла длительностью
в 1 секунду равен:
16 бит * 48 000 * 2 = 1 536 000 бит = 187,5 Кбайт
Это значит, что битрейт или скорость воспроизведения
должна быть равна 187,5 килобайт в секунду.
Информационный объем звукового файла длительностью
1 минута равен:
187,5 Кбайт/с * 60 с = 11 Мбайт

57. ФОРМАТЫ ЗВУКОВЫХ ФАЙЛОВ

WAVE (.wav) - наиболее широко распространенный формат.
Используется в ОС Windows для хранения звуковых файлов.
MPEG-3 (.mp3) - наиболее популярный на сегодняшний день формат
звуковых файлов.
MIDI (.mid) - содержат не сам звук, а только команды для
воспроизведения звука. Звук синтезируется с помощью FM- или WTсинтеза.
Real Audio (.ra, .ram) - разработан для воспроизведения звука в
Internet в режиме реального времени.
MOD (.mod) - музыкальный формат, в нем хранятся образцы
оцифрованного звука, которые можно затем использовать как
шаблоны для индивидуальных нот.

58. РЕДАКТИРОВАНИЕ ЗВУКА

Редактирование звука
- это любое это
преобразование.
• Очистка от шумов
• Разделение стерео-записи на два
различных файла:
• Микширование звука
• Наложение эффектов

59.

Главное меню
Панели инструментов
Временная
шкала
Область редактирования
http://www.audacity.ru/p1aa1.html

60. ЗВУКОВЫЕ РЕДАКТОРЫ

• Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового
звука и объем звукового файла путем изменения частоты
дискретизации и глубины кодирования.
• Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в звуковых
файлах в универсальном формате WAV или в формате со сжатием
МР3.
• При сохранении звука в форматах со сжатием отбрасываются
"избыточные" для человеческого восприятия звуковые частоты с
малой интенсивностью, совпадающие по времени со звуковыми
частотами с большой интенсивностью. Применение такого
формата позволяет сжимать звуковые файлы в десятки раз,
однако приводит к необратимой потере информации (файлы не
могут быть восстановлены в первоначальном виде).

61. ОБЪЕМ АУДИОФАЙЛА

I=q*d*i*t
I - объем звукового файла,
i - глубина кодирования звука,
d - частота дискретизации звука,
t - длительность звучания файла,
q - количество каналов звучания
(режим моно q= 1, стерео q= 2,
квадро q= 4, окта q= 8)

62.

Уровень «3»
Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время
звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц
и разрешении 16 бит.
Уровень «4»
В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо
записать цифровой аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой
должна быть частота дискретизации и разрядность?