Історія кодування інформації

   Якщо говорити про чорно-білих  ілюстраціях, то, якщо не використовувати  півтони, то піксель буде приймати  одне з двох станів: світиться  (білий) і не світиться (чорний). А тому що інформація про  колір пікселя називається кодом  пікселя, то для його кодування  досить одного біта пам'яті: 0 - чорний, 1 - білий. Якщо ж розглядаються  ілюстрації у вигляді комбінації  точок з 256 градаціями сірого  кольору (а саме такі в даний  час загальноприйняті), то досить  восьми розрядного двійкового числа для того щоб закодувати яскравість будь-якої точки. У комп'ютерній графіці надзвичайно важливий колір. Він виступає як засіб посилення зорового враження і підвищення інформаційної насиченості зображення. Як формується відчуття кольору людським мозком? Це відбувається в результаті аналізу світлового потоку, що потрапляє на сітківку ока від відбивають або випромінюючих об'єктів. Прийнято вважати, що колірні рецептори людини, які ще називають колбочками, поділяються на три групи, причому кожна може сприймати всього один колір - червоний, або зелений, або синій.      

Колірні моделі

Якщо  говорити про кодування кольорових графічних зображень, то потрібно розглянути принцип декомпозиції довільного кольору  на основні складові. Застосовують кілька систем кодування: HSB, RGB і CMYK. Перша  кольорова модель проста і інтуїтивно зрозуміла, тобто зручна для людини, друга найбільш зручна для комп'ютера, а остання модель CMYK-для друкарень. Використання цих колірних моделей пов'язано з тим, що світловий потік може формуватися випромінюваннями, що представляють собою комбінацію "чистих" спектральних кольорів: червоного, зеленого, синього або їх похідних. Розрізняють адитивна кольоровідтворення (характерно для випромінюючих об'єктів) і субтрактівним кольоровідтворення (характерно для відображають об'єктів). В якості прикладу об'єкта першого типу можна навести електронно-променеву трубку монітора, другого типу - поліграфічний відбиток.

   Розрізняють декілька режимів  представлення кольорової графіки:

а) повноколірний (True Color);

        б) High Color;

в) індексний.

   При повнокольоровому режимі  для кодування яскравості кожної  зі складових використовують  по 256 значень (вісім двійкових  розрядів), тобто на кодування  кольору одного пікселя (в системі  RGB) треба затратити 8 * 3 = 24 розряду.  Це дозволяє однозначно визначати  16500000 кольорів. Це досить близько  до чутливості людського ока.  При кодуванні за допомогою  системи CMYK для представлення  кольорової графіки треба мати 8 * 4 = 32 двійкових розряду.

   Режим High Color - це кодування за  допомогою 16-розрядних двійкових  чисел, тобто зменшується кількість  двійкових розрядів при кодуванні  кожної точки. Але при цьому  значно зменшується діапазон  кодованих квітів.

    При індексному кодуванні кольору  можна передати всього лише 256 колірних відтінків. Кожен колір  кодується за допомогою восьми  біт даних. Але так як 256 значень  не передають весь діапазон  кольорів, доступний людському оку,  то мається на увазі, що до  графічних даних додається палітра  (довідкова таблиця), без якої  відтворення буде неадекватним: море може вийти червоним, а  листя - синіми. Сам код точки  растра в даному випадку означає  не сам по собі колір, а  тільки його номер (індекс) в  палітрі. Звідси і назва режиму - індексний.

   Відповідність між кількістю  відображуваних кольорів (К) і  кількістю біт для їх кодування  (а) перебувати за формулою:

   К = 2а.

Двійковий код зображення, виведеного на екран, зберігається у відеопам'яті. Відеопам'ять - це електронне енергозалежності запам'ятовуючий  пристрій. Розмір відеопам'яті залежить від роздільної здатності дисплея  і кількості кольорів. Але її мінімальний  обсяг визначається так, щоб помістився один кадр (одна сторінка) зображення, тобто як результат добутку роздільної здатності на розмір коду пікселя.

   Vmin = M * N * a.

Шістнадцяти кольорова палітра дозволяє збільшити кількість використовуваних квітів. Тут буде використовуватися 4-розрядна кодування пікселя: 3 біти основних кольорів + 1 біт інтенсивності. Останній керує яскравістю трьох базових кольорів одночасно (інтенсивністю трьох електронних пучків).

 

4.2. Векторне і фрактальні зображення

   Векторне зображення - це графічний  об'єкт, що складається з елементарних  відрізків і дуг. Базовим елементом ізораженія є лінія. Як і будь-який об'єкт, вона володіє властивостями: формою (пряма, крива), товщиною., Кольором, шрифтом (пунктирна, суцільна). Замкнуті лінії мають властивість заповнення (або іншими об'єктами, або вибраним кольором). Всі інші об'єкти векторної графіки складаються з ліній. Так як лінія описується математично як єдиний об'єкт, то і обсяг даних для відображення об'єкта засобами векторної графіки значно менше, ніж в растровій графіці. Інформація про векторному зображенні кодується як звичайна буквено-цифрова і обробляється спеціальними програмами.

   До програмних засобів створення  та обробки векторної графіки  відносяться наступні ГР: CorelDraw, Adobe Illustrator, а також векторизатор (Трасувальник) - спеціалізовані пакети перетворення растрових зображень у векторні.

   Фрактальна графіка грунтується на математичних обчисленнях, як і векторна. Але на відміну від векторної її базовим елементом є сама математична формула. Це призводить до того, що в пам'яті комп'ютера не зберігається ніяких об'єктів і зображення будується тільки по рівняннях. За допомогою цього способу можна будувати найпростіші регулярні структури, а також складні ілюстрації, які імітують ландшафти.

 

5. Кодування  звукової інформації

   Комп'ютер широко застосовують  в даний час в різних сферах. Не стала винятком і обробка звукової інформації, музика. До 1983 року всі записи музики виходили на вінілових платівках та компакт-касетах. В даний час широкого поширення набули компакт-диски. Якщо є комп'ютер, на якому встановлена ​​студійна звукова плата, з підключеними до неї MIDI-клавіатурою і мікрофоном, то можна працювати із спеціалізованим музичним програмним забезпеченням.

   Умовно його можна розбити  на кілька видів:

       1) всілякі службові програми та драйвери, призначені для роботи з конкретними звуковими платами і зовнішніми пристроями;

       2) аудіоредактор, які призначені для роботи зі звуковими файлами, дозволяють проводити з ними будь-які операції - від розбиття на частини до обробки ефектами;

       3) програмні синтезатори, які  з'явилися порівняно недавно і  коректно працюють тільки на  потужних комп'ютерах. Вони дозволяють  експериментувати зі створенням  різних звуків; та інші.

   До першої групи відносяться  всі службові програми операційної системи. Так, наприклад, win 95 і 98 мають свої власні програми мікшери та утиліти для відтворення / запису звуку, програвання компакт-дисків і стандартних MIDI - файлів. Встановивши звукову плату можна за допомогою цих програм перевірити її працездатність. Наприклад, програма Фонограф призначена для роботи з wave-файлами (файли звукозапису у форматі Windows). Ці файли мають розширення. WAV. Ця програма надає можливість відтворювати, записувати і редагувати звукозапис прийомами, аналогічними прийомам роботи з магнітофоном. Бажано для роботи з фонографа підключити мікрофон до комп'ютера. Якщо необхідно зробити звукозапис, то потрібно визначитися з якістю звуку, так як саме від неї залежить тривалість звукозапису. Можлива тривалість звучання тим менше, чим вище якість запису. При середній якості запису можна задовільно записувати мову, створюючи файли тривалістю звучання до 60 секунд. Приблизно 6 секунд буде тривалість запису, що має якість музичного компакт - диска.

   А як же відбувається кодування  звуку? З самого дитинства ми стикаємося із записами музики на різних носіях: грамплатівках, касетах, компакт-дисках і т.д. В даний час існує два основних способи запису звуку: аналоговий і цифровий. Але для того щоб записати звук на який-небудь носій його потрібно перетворити в електричний сигнал.

   Це робиться за допомогою мікрофона.  Найпростіші мікрофони мають  мембрану, яка коливається під впливом звукових хвиль. До мембрані приєднана котушка, що переміщається синхронно з мембраною в магнітному полі. У котушці виникає змінний електричний струм. Зміни напруги струму точно відображають звукові хвилі.

   Змінний електричний струм, який  з'являється на виході мікрофона, називається аналоговим сигналом. Стосовно до електричного сигналу «аналоговий» позначає, що цей сигнал безперервний за часом і амплітуді. Він точно відображає форму звукової хвилі, яка поширюється в повітрі.

   Звукову інформацію можна представити  в дискретної або аналоговій  формі. Їх відмінність у тому, що при дискретному представленні  інформації фізична величина  змінюється стрибкоподібно («драбинкою»), приймаючи кінцеве безліч значень. Якщо ж інформацію представити в аналоговій формі, то фізична величина може приймати нескінченну кількість значень, що безупинно змінюються.

   Вінілова платівка є прикладом аналогового зберігання звукової інформації, так як звукова доріжка свою форму змінює безперервно. Але у аналогових записів на магнітну стрічку є великий недолік - старіння носія. За рік фонограма, яка мала нормальний рівень високих частот, може їх втратити. Вінілові платівки при програванні їх кілька разів втрачають якість. Тому перевагу віддають цифрового запису.

   На початку 80-х років з'явилися компакт-диски. Вони є прикладом дискретного зберігання звукової інформації, так як звукова доріжка компакт - диска містить ділянки з різною що відображає. Теоретично ці цифрові диски можуть служити вічно, якщо їх не дряпати, тобто їх перевагами є довговічність і несхильність механічного старіння. Інша перевага полягає в тому, що під час цифрового перезапису немає втрати якості звуку.

   На мультимедійних звукових картах  можна знайти аналогові мікрофонний передпідсилювач і мікшер.

   Цифро-аналогове та аналого-цифрове  перетворення звукової інформації.

 Приблизне  уявлення про те, що відбувається  в звуковій карті, може допомогти уникнути деяких помилок при роботі зі звуком.

   Звукові хвилі за допомогою  мікрофона перетворюються в аналоговий  змінний електричний сигнал. Він  проходить через звуковий тракт  і потрапляє в аналого-цифровий  перетворювач (АЦП) - пристрій, який  переводить сигнал в цифрову  форму.

   У спрощеному вигляді принцип  роботи АЦП полягає в наступному: він вимірює через певні проміжки  часу амплітуду сигналу і передає  далі, вже по цифровому тракті, послідовність чисел, що несуть інформацію про зміни амплітуди.

   Під час аналого-цифрового перетворення ніякого фізичного перетворення не відбувається. З електричного сигналу як би знімається відбиток або зразок, що є цифровою моделлю коливань напруги в аудіотрактом. Якщо це зобразити у вигляді схеми, то ця модель представлена ​​у вигляді послідовності стовпчиків, кожен з яких відповідає певному числовому значенню. Цифровий сигнал за своєю природою дискретний - тобто уривчасто, тому цифрова модель не зовсім точно відповідає формі аналогового сигналу.

   Семпл - це проміжок часу між двома вимірами амплітуди аналогового сигналу.

   Дослівно Sample перекладається з англійської як «зразок». У мультимедійній і професійної звукової термінології це слово має кілька значень. Крім проміжку часу семплів називають також будь-яку послідовність цифрових даних, які отримали шляхом аналого-цифрового перетворення. Сам процес перетворення називають семплірованія. У російській технічній мові називають його дискретизацією.

   Висновок цифрового звуку відбувається  за допомогою цифро-аналогового  перетворювача (ЦАП), який на підставі надходжень цифрових даних у відповідні моменти часу генерує електричний сигнал необхідної амплітуди.

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Висновок

Виконання функцій  кодування і декодування обчислювальними  або керуючими процесорами відкриває  нові можливості аналізу даних, їх перетворення, формування перешкодозахищеність кодових  послідовностей і накладає нові вимоги на вибір методів завадостійкого кодування. Необхідні коди, ефективні і в каналі зв'язку при апаратній реалізації, і в ЕОМ при програмної реалізації. Введену надмірність використовують для підвищення достовірності при передачі по каналу зв'язку і при обробці даних в ЕОМ. При цьому код повинен бути простим у використанні його людиною.

 

 

Список літератури

 

1. Кловський Д.Д. Теорія передачі сигналів. -М.: Зв'язок, 1984.
2. Кудряшов Б.Д. Теорія інформації. Підручник для вузів Вид-во ПІТЕР, 2008. - 320с.
3. Семенюк В.В. Економне кодування дискретної інформації. - СПб.: СПбГІТМО (ТУ), 2001
4. Дмитрієв В.І. Прикладна теорія інформації. М.: Вища школа, 1989.
5. Нефедов В.М., Осипова В.А. Курс дискретної математики. М.: МАІ, 1992.
6. Колесник В.Д., Полтирев Г.Ш. Курс теорії інформації. М.: Наука, 2006.
7. Мікропроцесорні системи: Навчальний посібник для вузів / Є.К. Александров та ін; Під заг. ред. Д.В. Пузанкова. - СПб.: Політехніка, 2002. - 935 с.