Кодирование текстовой, графической и звуковой информации

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

Информация, выраженная с помощью естественных и формальных языков в письменной форме, называется
текстовой информацией

Сурдожесты – язык жестов, используемый людьми с нарушениями слуха.
Криптография – это тайнопись, система изменения письма с целью сделать текст непонятным для непросвещенных лиц.
Азбука Морзэ или неравномерный телеграфный код, в котором каждая буква или знак представляет своей комбинацией точек и тире.
Виды кодирования текста:

Код Цезаря
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я1
Юлий Цезарь
(I век до н.э.)
Замени каждую букву шифруемого текста на другую путем смещения в алфавите от исходной буквы на фиксированное количество символов!
Закодируем Б А Й Т – сместим на 2 символа вправо
Получим:
Г
В
Л
Ф

Задание:
Расшифруйте фразу персидского поэта Джалаледдина Руми «кгнусм ёогкг фесл - тцфхя фзужщз фхгрзх ёогксп», закодированную с помощью шифра Цезаря. Известно, что каждая буква исходного текста заменяется третьей после нее буквой.
Руми
1207-1273
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я

Кодирование символов
Текстовый файл
на экране (символы)
в памяти – двоичные
коды

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

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

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

8-битные кодировки (1 байт на символ)
таблица ASCII
(международная)
расширение
(национальный алфавит)
ASCII = American Standard Code for Information Interchange
0-31 управляющие символы:
7 – звонок, 10 – новая строка, 13 – возврат каретки, 27 – Esc.
32 пробел
знаки препинания: . , : ; ! ?
специальные знаки: + - * / () {} []
48-57 цифры 0..9
65-90 заглавные латинские буквы A-Z
97-122 строчные латинские буквы a-z
Кодовая страница (расширенная таблица ASCII)
для русского языка:
CP-866 для системы MS DOS
CP-1251 для системы Windows (Интернет)
КОИ8-Р для системы UNIX (Интернет)

Таблицы кодировки русскоязычных символов
КОИ-8
MAC
ISO
CP1251

КОИ8
СР1251
СР866
Мас
ISO
Другие кодировочные таблицы для кодирования русских символов
1 символ
=1 байт

1 байт на символ – файлы небольшого размера!
просто обрабатывать в программах
нельзя использовать символы разных кодовых страниц одновременно (русские и французские буквы, и т.п.)
неясно, в какой кодировке текст (перебор вариантов!)
для каждой кодировки нужен свой шрифт (изображения символов)
8-битные кодировки (1 байт на символ)

Кодировка Unicode
1 символ - 2 байта (16 бит), которыми можно закодировать
65 536 символов
N=216=65 536
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.

Кодирование графической информации.
Растровое представление графической информации

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

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

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

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

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

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.)

В процессе дискретизации используются различные палитры цветов (наборы цветов, которые могут принять точки изображения).
Количество информации, которое используется для кодирования цвета точки изображения, называется глубиной цвета.
Количество цветов N в палитре и количество информации I, необходимое для кодирования цвета каждой точки, могут быть вычислены по формуле: N=2
I

Пример:
Для кодирования черно-белого изображения (без градации серого) используются всего два цвета – черный и белый. По формуле N=2 можно вычислить, какое количество информации необходимо, чтобы закодировать цвет каждой точки:
I
2=2
I
2=2
1
I = 1 бит
Для кодирования одной точки черно-белого изображения
достаточно 1 бита.

Зная глубину цвета, можно вычислить количество цветов в палитре.
8
16
24
Глубина цвета и количество цветов в палитре

1. Растровый графический файл содержит черно-белое изображение с 16 градациями серого цвета размером 10х10 пикселей. Каков информационный объем этого файла?
Задачи:
Решение: 16 = 2 ; 10*10*4 = 400 бит
2. 256-цветный рисунок содержит 120 байт информации. Из скольких точек он состоит?
Решение:
120 байт = 120*8 бит; 256 = 2 (8 бит – 1 точка).
120*8/8 = 120
8
4

Ответ: 65536 цветов
Задание 4
Определите количество цветов в палитре при глубине цвета 16 бит.

Задание 5
Цветное (с палитрой из 256 цветов) растровое графическое изображение
имеет размер 10х10 точек.
Какой объем памяти в байтах займет это изображение?
Ответ: 100 байт

Задание 6
В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов уменьшилось с 65536 до 16. Во сколько раз уменьшится объем занимаемой памяти?
Ответ: в 4 раза

Растровые изображения на экране монитора
Качество изображения на экране монитора зависит от величины
пространственного разрешения и глубины цвета.
определяется как произведение количества строк изображения на количество точек в строке
(800*600
1024*768
1400*1050 и выше)
характеризует количество цветов, которое могут принимать точки изображения
(измеряется в битах)

Формирование растрового изображения на экране монитора
1 2 3 4 ………………………………….. 800
2
3
600
….……….
Всего
480 000 точек

Объем видеопамяти.
Информационный объем требуемой видеопамяти можно рассчитать по формуле:
In = I× X×Y,
где In - информационный объем видеопамяти в битах;
X × У - количество точек изображения
(X - количество точек по горизонтали, Y - 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:
In = I× X×Y = 24 бита × 800 × 600 =
=11 520 000 бит :8= 1 440 000 байт :1024=
= 1 406,25 Кбайт :1024= 1,37 Мбайт.

Задачи:
Рассчитайте объём памяти, необходимый для кодирования
рисунка, построенного при графическом разрешении
монитора
800х600 с палитрой 32 цвета.
2. Какой объем видеопамяти необходим для хранения четырех страниц изображения при условии, что разрешающая способность дисплея 640х480 точек с палитрой 32 цвета?
Решение:
32 = 25
800*600*5 бит = 2400000 бит : 8 : 1024 = 293 Кбайт
Решение:
640*480*5*4 = 6144000 бит : 8 : 1024 = 750 Кбайт

Ответ: достаточно
Задание 7
Достаточно ли видеопамяти объемом 256 Кбайт
для работы монитора в режиме 640х480 и палитрой из 16 цветов?

Кодирование звуковой информации

Способы хранения звука
Звукозапись – процесс сохранения информации о параметрах звуковых волн
Способы хранения

Звук – это волна с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой
Чем больше амплитуда, тем громче звук
Чем больше частота, тем больше тон

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

Некоторые значения уровней шума

Кодирование звуковой информации
С начала 90-х годов персональные
компьютеры получили возможность
работать со звуковой информацией.
Каждый компьютер, имеющий звуковую
плату, микрофон и колонки, может
записывать, сохранять и воспроизводить
звуковую информацию.

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации.

Дискретизация - это преобразование непрерывных сигналов в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается определенный код.
Аналоговый сигнал
Дискретный сигнал

Характеристика цифрового звука:
1. Частота
2. Глубина

Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду

Частота дискретизации
Количество измерений уровней сигнала за 1 секунду.
Измеряется в Герцах.
1 измерение в секунду – 1 Гц
1000 измерений в секунду – 1кГц
Изменяется в диапазоне от 8кГц до 48 кГц

Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую диалогового сигнала

Глубина (разрядность)
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

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)

Задача
Определить информационный объем стерео аудио файла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука(16 битов, 48 кГц).
Запись условия
T=1 сек
I=16 бит
H= 48 кГц
Стерео - ×2
V=?
Решение
V= T ×I × H × 2
V=1 ×16 × 48 000 × 2=
1536000 бит/8 =192000 байт/1024 = 187,5 Кбайт

Задача
Если глубина кодирования звука составляет 16 битов рассчитайте количество уровней громкости звука
N = 2I
N = 2I = 216 = 65 536.