Представление текстовой,графической и звуковой информации

ПЛАН ПРЕЗЕНТАЦИИ
Информация. Классификация информации
Текстовая информация. Стандарты кодирования ASCII и Unicode. UTF-8
Графическая информация. Растровая и векторная графика. RGB
Звуковая информация. Оцифровка звука

ИНФОРМАЦИЯ И ЕЁ КЛАССИФИКАЦИЯ
Информация - это сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальным устройством.
Классификация информации:
1) По способам восприятия
2) По значению
3) По назначению
4) По формам представления

ТЕКСТОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Текстовая информация — это информация передаваемая в виде символов, предназначенных обозначать слова, выражения, предложения языка.
В ЭВМ используются 2 символа - ноль и единица (0 и 1).
Объем информации, необходимый для запоминания одного из двух символов (0 или 1) - называется 1 БИТ (англ. binary digit - двоичная единица).
1 БИТ - минимально возможный объем информации. Он соответствует промежутку времени, в течение которого по проводнику передается или не передается электрический сигнал.

ASCII
ASCII — название таблицы (кодировки, набора), в которой некоторым распространённым печатным и непечатным символам сопоставлены числовые коды.
Таблица ASCII определяет коды для символов:
десятичных цифр;
латинского алфавита;
национального алфавита;
знаков препинания;
управляющих символов.
Таблица ASCII разделена на две части:
Первая – стандартная – содержит коды от 0 до 127.
Вторая – расширенная – содержит символы с кодами от 128 до 255.

СТАНДАРТНАЯ ЧАСТЬ ТАБЛИЦЫ КОДОВ ASCII
Первые 32 кода отданы производителям аппаратных средств и называются они управляющие, т.к. эти коды управляют выводом данных.
Коды с 32 по 127 соответствуют символам английского алфавита, знакам препинания, цифрам, арифметическим действиям и некоторым вспомогательным символам.

КОДЫ НАЦИОНАЛЬНОГО (РУССКОГО) АЛФАВИТА РАСШИРЕННОЙ ЧАСТИ ТАБЛИЦЫ ASCII
Коды расширенной части таблицы ASCII отданы под символы национальных алфавитов, символы псевдографики и научные символы.

Примеры:
1. Happy Birthday to you!!! (двоичный код)
2. 72 101 108 108 111 44 32 109 121 32 102 114 105 101 110 100 33 (десятичное представление)
3. 01001101 01000001 01001001 00100000 01010011 01110100 01110010 01100101 01101100 01100001 (двоичный код)

UNICODE
Unicode — стандарт кодирования символов, включающий в себя знаки почти всех письменных языков мира. В настоящее время стандарт является преобладающим в интернете.
Основные кодировки UNICODE:
UTF-8 - 128 символов кодируются одним байтом (формат ASCII), 1920 символов кодируются 2-мя байтами (Roman, Greek, Cyrillic, Armenian, Hebrew, Arabic символы), 63488 символов кодируются 3-мя байтами (Китайский, японский и др.) Оставшиеся символы могут быть закодированы 4, 5 или 6-ю байтами.
UCS-2 - Каждый символ представлен 2-мя байтами. Данная кодировка включает лишь первые 65 535 символов из формата Unicode.
UTF-16 - Является расширением UCS-2, включает 1 114 112 символов формата Unicode. Первые 65 535 символов представлены 2-мя байтами, остальные - 4-мя байтами.
USC-4 - Каждый символ кодируется 4-мя байтами.

КОДОВОЕ ПРОСТРАНСТВО UNICODE
Базовые элементы — это кодовые точки (символы). Кодовые точки определяются по шестнадцатеричному номеру и префиксу «U+». Например, U+0041 это латинская буква «A». Каждая кодовая точка также имеет собственное название и ещё несколько характеристик, указанных в базе данных символов UNICODE.
Множество всех возможных кодовых точек называется кодовым пространством. Кодовое пространство UNICODE состоит из 1 114 112 кодовых точек.
128 237 (12%) из них являются занятыми. UNICODE также резервирует 138 468 кодовых точек для внутренних нужд различных приложений (приватные кодовые точки).

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОДОВОГО ПРОСТРАНСТВА
Квадрат (16х16) = 256 кодовых точек.
Поле (16х16) = 65 536 кодовых точек.
Белый цвет - незанятое пространство.
Синий цвет - определенные символы.
Красный цвет - суррогатные точки (UTF-16).
1-ое поле называется «Базовое мультиязычное поле». Оно содержит почти все символы, которые используются в современных текстах (латинские буквы, кириллицу, греческий, китайский, японский и т.д.).
2-ое поле содержит исторические и специальные символы (египетские иероглифы и эмодзи).
3-е поле содержит небольшое количество менее известных китайских символов.
15-ое поле содержит символы форматирования
16-17 поля предназначены для приватного пользования.

ЯЗЫКИ, ПОДДЕРЖИВАЕМЫЕ UNICODE
Цветная карта (первые 3 поля) состоит из 135 различных языков UNICODE.
Основная часть поля базового поля:
китайский (бирюзовый)
корейский (коричневый)
Первая строка базового поля:
европейские
средневосточные
Южноазиатские

КОДИРОВКА UTF-8
Первый байт содержит количество байт символа, закодированное в единичной системе счисления.
0 — бит, означающий завершение кода размера.
Х — значащие биты.
10 — биты признака продолжения.
a — это код символа в кодировке ASCII.
Примеры:
00BD, 0081, 043C, 07FF, 08F1, 0C9A, 1FFFFA.

ТАБЛИЦА UNICODE

ГРАФИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Графическая информация – это сведения, представленные в виде схем, эскизов, изображений, графиков, диаграмм, символов.
Компьютерная графическая информация делится на два типа:
Статическая информация – это относительно стабильная по содержанию информация, используемая в качестве фона. Например, координатная сетка, план, изображение местности и т.д.
Динамическая информация – это информация, изменяемая в течение определённого времени по содержанию или положению на экране. Она может являться функцией случайных параметров.

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИЧЕСКАЯ ФОРМА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
Компьютерная графическая форма представления информации характеризуется тем, что в ней изображения объектов конструируются из точек - эти точки называются пиксели.
Пиксель - это единица цвета монитора, точка-зерно, состоящая из точек трех цветов, в сумме дающих цвет пикселя (красный, зеленый, синий).
Растр - это прямоугольная матрица пикселей на экране компьютера (разрешение монитора).
Разрешающая способность растрового изображения определяется количеством точек по горизонтали и вертикали на единицу длины изображения (dpi – точек на дюйм).
ПРИМЕР: Разрешение монитора 1280*1024 – 1024 строки, каждая из этих строк будет содержать 1280 пикселей (1024 умножаем на 1280 - получаем количество пикселей).

СИСТЕМА ЦВЕТОПЕРЕДАЧИ RGB
RGB — цветовая модель, названная так по трём заглавным буквам названий цветов, лежащих в ее основе: Red, Green, Blue.
RGB-цвет получается в результате смешивания красного, зелёного и синего в разных пропорциях: каждый оттенок можно описать тремя числами, обозначающими яркость трёх основных цветов.

ЦВЕТОВОЙ КУБ RGB
Любой цвет расположен внутри этого куба и описывается своим набором координат, показывающем в каких долях смешаны в нем красная, зеленая и синяя составляющие.
Примеры:
при значениях (100,100,100) - темно-серый
при значениях (200,200,200) - светло-серый

ПОЛНОЕ ЧИСЛО ЦВЕТОВ В RGB
В модели RGB обычно отводится 3 байта (т.е. 24 бита), по 1 байту (т.е. по 8 бит) под значение цвета каждой составляющей.
Количество цветов (размер палитры) вычисляется по формуле - К = 2?
Величину ? в компьютерной графике называют битовой глубиной цвета.
К = 224 = 16 777 216 - количество цветов в RGB (8 бит на один цвет).
Битовая глубина цвета 24 означает, что на один пиксель приходится 24 бита (3 байта).

ПРИМЕРЫ:
Разрешение экрана монитора — 1024 * 768 точек, глубина цвета — 16 бит. Каков необходимый объем видеопамяти для данного графического режима?
Монитор позволяет получать на экране 65536 цветов. Какой объем памяти в байтах занимает 1 пиксель?

РАСТРОВАЯ ГРАФИКА
Растровая графика — это графическое изображение на компьютере или в другом цифровом виде, состоящее из массива сетки пикселей, или точек различных цветов, которые имеют одинаковый размер и форму.
Достоинства растровой графики:
Растровая графика предоставляет возможность создавать любые изображения не обращая внимание на сложность их исполнения.
Широкий спектр применения – растровая графика на сегодняшний день нашла широкое применение в различных областях, от мелких изображений (иконок) до крупных (плакатов).
Очень высокая скорость обработки изображений различной сложности, при условие что нет необходимости в их масштабирование.
Представление растровой графики является естественным для большинства устройств и техники ввода-вывода графики.
Недостатки растровой графики:
Большой размер файлов с простыми растровыми изображениями.
Невозможно увеличение изображения в масштабе без потери качества.
Сложность преобразования растрового изображения в векторное.

ВЕКТОРНАЯ ГРАФИКА
Векторная графика – это перечень всех объектов (линий, фигуры и т.д.) из которых состоит векторное изображение, каждому из объектов в изображение определено, к какому из классов объектов он относится и принадлежит, также приведены определенные параметры для управления объектом.
Достоинства векторной графики:
Масштабирование размеров без потери качества изображения.
Во время масштабирования качество, резкость, четкость и цветовые оттенки изображений не страдают.
Вес изображения в векторном формате в разы меньше веса изображения в растровом формате.
При конвертации изображения из векторного формата в растровый, не возникает никакой сложности.
Толщина линий при изменение масштаба (увеличение или уменьшение) объектов может не изменяться.
Недостатки векторной графики:
В векторной графике можно изобразить далеко не каждый объект. Объем памяти и интервал времени на отображение векторной графики зависит от количества объектов и их сложности.
После преобразование из растрового изображения в векторное, обычно качество векторного изображения не высокое.

ЗВУКОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Звук – это процесс колебания воздуха или любой другой среды, в которой он распространяется. Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой (сила) и частотой (количеством колебаний в секунду).
Программное обеспечение компьютера в настоящее время позволяет непрерывный звуковой сигнал преобразовывать в последовательность электрических импульсов, которые можно представить в двоичной форме. В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация (оцифровка звука).

ОЦИФРОКА ЗВУКА
Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.
непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.
Промежуток времени между двумя измерениями называется периодом измерений — τ сек.
Частота дискретизации — это количество измерений входного сигнала за 1 секунду - 1/τ (герц) (обратная величина периоду измерений).

ОЦИФРОВКА ЗВУКА В КОМПЬЮТЕРЕ
Аудиоадаптер (звуковая плата) - специальное устройство, подключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.
Процесс записи звука:
аудиоадаптер с определенным периодом измеряет амплитуду электрического тока и заносит в регистр двоичный код полученной величины.
полученный код из регистра переписывается в оперативную память компьютера

РАЗРЯДНОСТЬ РЕГИСТРА (ГЛУБИНА ЗВУКА)
Разрядность регистра (глубина звука) - это число бит в регистре аудиоадаптера, которое задает количество возможных уровней звука.
Разрядность определяет точность измерения входного сигнала.
N = 2I , где I — разрядность регистра (глубина звука).
Например:
28= 256 - разрядность 8 бит
216=65536 - разрядность 16 бит

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ
Заметка: Стерео - 2 аудиоканала, Моно - 1 аудиоканал.
Определить информационный объем стерео аудио файла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука(16 битов, 48 кГц).
РЕШЕНИЕ: V(объем)=1(Т) ×16 (I)× 48 000(H) × 2 (стерео) = 1536000 бит/8 =192000 байт/1024 = 187,5 Кбайт

ПРИМЕРЫ:
Определить информационный объем цифрового (моно) аудио файла длительностью звучания 10 секунд при качестве звука (8 битов, 22,05 кГц).
В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой (моно) аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота дискретиза­ции и разрядность?