Представления текстовой и графической информации

Кодирование текстовой информации

Зачем кодировать информацию?
Кодирование — это представление информации в форме, удобной для её хранения, передачи и обработки.
В компьютерах используется двоичный код:
10101001010
данные (код)
передача
11111100010
данные (код)
хранение
передача
кодирование
обработка

Кодирование символов
Текстовый файл
на экране (символы)
в памяти – коды
Файлы со шрифтами: *.fon, *.ttf, *.otf

Кодировка ASCII (7-битная)
ASCII = American Standard Code for Information Interchange
Коды 0-127:
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
Не предусмотрены

8-битные кодировки
Кодовые страницы (расширения ASCII):
таблица ASCII
национальный алфавит
Для русского языка:
CP-866 для MS DOS
CP-1251 для Windows (Интернет)
КОI8-R для UNIX (Интернет)
MacCyrillic для компьютеров Apple
Проблема:

8-битные кодировки
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)

Стандарт UNICODE
1 112 064 знаков, используются около 100 000
Windows: UTF-16
16 битов на распространённые символы,
32 бита на редко встречающиеся
Linux: UTF-8
8 битов на символ для ASCII,
от 16 до 48 бита на остальные
совместимость с ASCII
более экономична, чем UTF-16, если много символов ASCII

Решение задач
Основные формулы:
Задача 1.
Текст длиной 32768 символов закодирован с помощью алфавита, содержащего 64 символа. Сколько килобайт занимает в памяти этот текст?
Задача 2.
Сообщение длиной 28672 символа занимает в памяти 21 Кбайт. Найдите мощность алфавита, который использовался при кодировании.

Решение задач
Основные формулы:
Задача 2.
Сообщение длиной 28672 символа занимает в памяти 21 Кбайт. Найдите мощность алфавита, который использовался при кодировании.

Кодирование графической информации

Растровое кодирование
Пиксель – это наименьший элемент рисунка, для которого можно задать свой цвет.
дискретизация
пиксель
Растровое изображение – это изображение, которое кодируется как множество пикселей.
растр

Растровое кодирование
1A2642FF425A5A7E16
Двоичный код
Шестнадцатиричный код
Первый символ Второй символ
шестнадцатеричного кода

Соответствие 10, 2 и 16 кодов

Разрешение
Разрешение – это количество пикселей, приходящихся на дюйм размера изображения.
ppi = pixels per inch, пикселей на дюйм
300 ppi
96 ppi
48 ppi
24 ppi
печать
экран
1 дюйм = 2,54 см

Разрешение
Задача 1. Какой размер в пикселях должен иметь закодированный рисунок с разрешением 300 ppi, чтобы с него можно было сделать отпечаток размером 10×15 см?
≈ 1181 пиксель
Задача 2. Закодированный рисунок имеет размеры 5760 × 3840 пикселей и разрешение 600 ppi. Какой размер будет у изображения, отпечатанного на принтере?

Кодирование цвета. Теория цвета Юнга-Гельмгольца

Цветовая модель RGB
(0, 0, 0)
(255, 255, 255)
(255, 0, 0)
(0, 255, 0)
(255, 255, 0)
(0, 0, 255)
(255, 150, 150)
(100, 0, 0)
256·256·256 = 16 777 216 (True Color, «истинный цвет»)

Цветовая модель RGB
(255, 255, 0) → #FFFF00

Глубина цвета
R G B: 24 бита = 3 байта
R (0..255)
256 = 28 вариантов
8 битов = 1 байт
Глубина цвета — это количество битов, используемое для кодирования цвета пикселя.
True Color (истинный цвет)
Задача. Определите размер файла, в котором закодирован растровый рисунок размером 20×30 пикселей в режиме истинного цвета (True Color)?
Основная формула I = i* m * n, где I – размер файла в битах, i – битовая глубина цвета, m * n – размер изображения в пикселях
20 ⋅ 30 ⋅ 3 байта = 1800 байт

Растровые рисунки: форматы файлов

Кодирование цвета при печати (CMYK)
Белый – красный = голубой C = Cyan
Белый – зелёный = пурпурный M = Magenta
Белый – синий = желтый Y = Yellow
Модель CMY
C
M
Y
0
0
0
255
255
0
255
0
255
0
255
255
255
255
255
Модель CMYK: + Key color
меньший расход краски и лучшее качество для чёрного и серого цветов

Цветовая модель HSB (HSV)
HSB = Hue (тон, оттенок)
Saturation (насыщенность)
Brightness (яркость) или Value (величина)
Тон (H)
↓ насыщенность – добавить белого
↓ яркость – добавить чёрного

Цветовая модель Lab
Международный стандарт кодирования цвета, независимого от устройства (1976 г.)
Основана на модели восприятия цвета человеком.
Lab = Lightness (светлота)
a, b (задают цветовой тон)
Светлота 75%
Светлота 25%
для перевода между цветовыми моделями:
RGB → Lab → CMYK
для цветокоррекции фотографий

Растровое кодирование: итоги
универсальный метод (можно закодировать любое изображение)
единственный метод для кодирования и обработки размытых изображений, не имеющих чётких границ (фотографий)
есть потеря информации (почему?)
при изменении размеров цвет и форма объектов на рисунке искажается
размер файла не зависит от сложности рисунка (а от чего зависит?)

Решение задач
Задача 1. В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 512 до 8. Во сколько раз уменьшился информационный объем файла?
Задача 2. Для хранения растрового изображения размером 128 x 128 пикселей отвели 4 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

Векторное кодирование
Рисунки из геометрических фигур:
отрезки, ломаные, прямоугольники
окружности, эллипсы, дуги
сглаженные линии (кривые Безье)
Для каждой фигуры в памяти хранятся:
размеры и координаты на рисунке
цвет и стиль границы
цвет и стиль заливки (для замкнутых фигур)

Векторное кодирование (итоги)
лучший способ для хранения чертежей, схем, карт
при кодировании нет потери информации
при изменении размера нет искажений
меньше размер файла, зависит от сложности рисунка
неэффективно использовать для фотографий и размытых изображений

Векторное кодирование: форматы файлов
WMF (Windows Metafile)
EMF (Windows Metafile)
CDR (программа CorelDraw)
AI (программа Adobe Illustrator)
SVG (Scalable Vector Graphics, масштабируемые векторные изображения)
для веб-страниц

Практическая работа №4 Кодирование текстовой и графической информации
Задание 1.
Используя шифр Цезаря с шагом 3,закодировать сообщение УТРО ВЕЧЕРА МУДРЕНЕЕ
Шифр Цезаря. Способ кодировки, при котором буква заменяется на другую букву, отстоящую от первой на определенный шаг.
Например, если шаг равен 3, то буква А меняется на Г, буква Б – на Д, а буква Ю – на букву Б.
Оформление задания
Задание 2.
Для кодирования сообщения используется таблица
Приведите все варианта декодирования сообщения 0101110010110.
Ответ оформить в виде последовательности букв. Например, АГДБВ
Задание 3.
Текст длиной 73728 символов закодирован с помощью алфавита, содержащего 8 символов. Сколько килобайт занимает в памяти этот текст?