Представление символьной и графической информации в ЭВМ

Представление символьной информации
Символьная информация представляет собой набор букв, цифр, знаков препинания, математических и других символов. Совокупность всех символов, используемых в ЭВМ, представляет ее алфавит. Каждому символу соответствует свой код. Код символа в памяти ЭВМ хранится в виде двоичного числа.

Способы кодирования символьной информации
Кодирование символов с помощью 8-разрядных кодов (байтов) (код ASCII - Американский стандартный код для обмена информацией).
С помощью байта можно закодировать 256 различных символов.
2. В 1988 году компаниями Apple и Xerox был разработан Unicode стандарт на двух байтовые символы.
Unicode код позволяет закодировать 65536 символов. В результате были созданы группы символов различных языков.
Символы стандарта Unicode называют широкими, а обычные 8-разрядные − узкими.

Кодирование в АSCI I
0000-007F – код ASCII;
0100-017F − европейские латинские;
0400-04FF − кириллица.
Символ Код16 Символ Код16
Пробел 20 @ 40
! 21 А 41
“ 22 В 42
Кодирование в в UNICODE

Кодирование графической информации
Экран дисплейного монитора представляется как набор отдельных точек -пикселей (pixels elements). Число пикселей отражается парой чисел, первое из которых показывает количество пикселей в одной строке, а второе - число строк (например, 320 х 200).
Каждому пикселю ставится в соответствие фиксированное количество битов (атрибутов пикселя) в некоторой области памяти, которая называется видеопамятью.
Атрибуты пикселя определяют цвет и яркость каждой точки изображения на экране монитора дисплея.

Монохромное изображение
Если для атрибутов пикселя отводится один бит, то графика является двухцветной, например, черно-белой (нулю соответствует черный цвет пикселя, а единице — белый цвет пикселя).
Если каждый пиксель представляется п битами, то имеем возможность представить на экране одновременно 2n оттенков.
В дисплеях с монохромным монитором значение атрибута пикселя управляет яркостью точки на экране.

Цветное изображение
В дисплеях с цветным монитором значение атрибута пикселя управляет интенсивностью трех составляющих, яркостями трех цветовых компонент изображения пикселя.
При этом используется разделение цвета на RGB - компоненты — красную, зеленую и синюю.
Если каждая компонента имеет N градаций, то общее количество цветовых оттенков составляет N x N x N, при этом в число цветовых оттенков включаются белый, черный и градации серого цвета.

Цветное изображение
R Красный
G Зеленый
B Синий
R+G Желтый
G+B Голубой
R+B Пурпурный
R+G+B Белый

Видеопамять
В процессе формирования изображения обеспечивается периодическое считывание видеопамяти и преобразование значений атрибутов пикселей в последовательность сигналов, управляющих яркостью точек, отвечающих за RGB – компоненты каждого пикселя монитора.
В видиопамяти может размещаться несколько страниц дисплея. Переход от воспроизведения одной страницы к воспроизведению другой страницы производится практически мгновенно.

Определение объема видеопамяти
Необходимый объем видеопамяти P можно определить по формуле:
P = m × n × b × s / 8 (байт)
где m − количество пикселей в строке экрана;
n − количество строк пикселей;
b − количество двоичных разрядов, используемых для кодирования цвета одного пикселя;
s − количество страниц видеопамяти.

Представление звуковой информации
Звуковая информация в компьютере представляется двумя способами:
-как набор выборок звукового сигнала (оцифрованный звук);
-как набор команд для синтеза звука с помощью музыкальных инструментов.

Дискретизация и квантование
Дискретизация – это запоминание значения сигнала через определенные интервалы времени.
Квантование – это выполнение аналого-цифрового преобразования с каждым полученным при дискретизации значением.

Квантование сигнала
где U – величина преобразуемого значения,
ΔU – наименьшее возможное значение, отличное от нуля (величина кванта).
При выполнении преобразования дробная часть значения N отбрасывается.

Пример квантования
Выполнить квантование и дискретизацию сигнала, изображенного на рис.
Интервал дискретизации равен Δt, величина кванта – 0,1 В. Последовательность преобразованных значений записать в файл в двоичной форме.
В результате квантования и дискретизации получается следующая последовательность значений: 1, 3, 4, 5, 6, 7, 5, … . Если преобразовать данные значения в 8-разрядные двоичные числа, то в память будет записано:
00000001000000110000010000000101000001100000011100000101…

Объем памяти при хранения звукового сигнала
где f – частота дискретизации (Гц, 1/с);
Δt – интервал дискретизации (с);
n – разрядность квантованных значений в двоичной форме (бит);
k – режим воспроизведения (1 – стерео, 2 – моно);
t – время воспроизведения (мин).

Пример определения объема памяти
Определить объем данных в звуковом файле, воспроизводимом 10 мин с частотой 22050 выборок в секунду и 8 битовыми значениями выборки по одному (моно) и двум каналам (стерео).

Определение объема памяти для монозвучания
= 13230000 байт ≈ 12.6 Мб.
=
Определение объема памяти для стереозвучания
= 26460000 байт ≈ 25.2 Мб.
=

Способ с использованием синтезаторов музыкальных инструментов
Хранится последовательность событий (нажатие клавиш музыкантом) вместе с синхронизирующей информацией, которая обеспечивают требуемое звучание инструментов при воспроизведении музыкального произведения.

Хранение видеоинформации
Видеофайл представляет собой последовательность кадров изображения (видеопоток) и звуковых данных (аудиопоток), которые должны воспроизводиться через определенные промежутки времени.
где t – время воспроизведения файла (с);
RV – скорость воспроизведения данных видеопотока (Гц, 1/с);
SV – размер дискретизованной величины для видеопотока (байт);
RA – скорость воспроизведения данных аудиопотока (Гц, 1/с);
SA – размер дискретизованной величины для аудиопотока (байт).
Объем памяти: