Кодирование текстовой, графической, звуковой и видеоинформации

Введение

Целью данной контрольной работы является изучение теоретических аспектов кодирования текстовой, графической, звуковой и видеоинформации.

Итак, для того чтобы сохранить информацию на компьютере, ее надо закодировать. Любая информация всегда хранится в виде кодов.

Код - это набор условных обозначений для представления информации.

Кодирование - процесс представления информации в виде кода.

Для общения друг с другом мы используем код - русский язык. При разговоре этот код передается звуками, при письме - буквами. Водитель передает сигнал с помощью гудка или миганием фар. Вы встречаетесь с кодированием информации при переходе дороги в виде сигналов светофора.

Закодировать можно и звуковую информацию и видеоинформацию. Для этого существуют особые метод кодирования.

Та же проблема универсального средства кодирования достаточно успешно реализуется в отдельных отраслях техники, науки и культуры.

В качестве примеров можно привести систему записи математических выражений, телеграфную азбуку, морскую флажковую азбуку, систему Брайля для слепых и многое другое.

Таким образом, кодирование сводится к использованию совокупности символов по строго определенным правилам.

 

 

Глава 1 Кодирование текстовой информации

С точки зрения ЭВМ текст состоит из отдельных символов. К числу символов принадлежат не только буквы (заглавные или строчные, латинские или русские), но и цифры, знаки препинания, спецсимволы типа "=", "+", "&" и т.п. и даже пробелы между словами. Пустое место в тексте тоже должно иметь свое обозначение.

Некоторые известные факты  кодирования текстовой информации:

• Множество символов, с помощью которых записывается текст, называется алфавитом.
• Число символов в алфавите – это его мощность.
• Формула определения количества информации: N = 2b, где N – мощность алфавита (количество символов), b – количество бит (информационный вес символа).
• В алфавит мощностью 256 символов можно поместить практически все необходимые символы. Такой алфавит называется достаточным.
• Т.к. 256 = 28, то вес 1 символа – 8 бит.
• Единице измерения 8 бит присвоили название 1 байт: 1 байт = 8 бит.
• Двоичный код каждого символа в компьютерном тексте занимает 1 байт памяти.

Представление текстовой информации в памяти компьютера.

Тексты вводятся в память компьютера с помощью клавиатуры. На клавишах написаны привычные нам буквы, цифры, знаки препинания и другие символы. В оперативную память они попадают в двоичном коде. Это значит, что каждый символ представляется 8-разрядным двоичным кодом.

Кодирование заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный десятичный код от 0 до 255 или соответствующий ему двоичный код от 00000000 до 11111111. Таким образом, человек различает символы по их начертанию, а компьютер - по их коду.

Удобство побайтового кодирования символов очевидно, поскольку байт - наименьшая адресуемая часть памяти и, следовательно, процессор может обратиться к каждому символу отдельно, выполняя обработку текста. С другой стороны, 256 символов – это вполне достаточное количество для представления самой разнообразной символьной информации.

Можно придумать множество способов кодировки.

Все символы компьютерного алфавита пронумерованы от 0 до 255. Каждому номеру соответствует восьмиразрядный двоичный код от 00000000 до 11111111. Этот код просто порядковый номер символа в двоичной системе счисления.

Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие порядковые номера, называется таблицей кодировки. Для разных типов ЭВМ используются различные таблицы кодировки. Международным стандартом для ПК стала таблица ASCII (читается аски) (Американский стандартный код для информационного обмена). Таблица кодов ASCII делится на две части. Международным стандартом является лишь первая половина таблицы, т.е. символы с номерами от 0 (00000000), до 127 (01111111).1

Первая половина таблицы кодов ASCII

Важно обратить внимание на то, что в таблице кодировки буквы (прописные и строчные) располагаются в алфавитном порядке, а цифры упорядочены по возрастанию значений. Такое соблюдение лексикографического порядка в расположении символов называется принципом последовательного кодирования алфавита. Для букв русского алфавита также соблюдается принцип последовательного кодирования.

К сожалению, в настоящее время существуют пять различных кодировок кириллицы (КОИ8-Р, Windows. MS-DOS, Macintosh и ISO). Из-за этого часто возникают проблемы с переносом русского текста с одного компьютера на другой, из одной программной системы в другую.

Хронологически одним из первых стандартов кодирования русских букв на компьютерах был КОИ8 ("Код обмена информацией, 8-битный"). Эта кодировка применялась еще в 70-ые годы на компьютерах серии ЕС ЭВМ, а с середины 80-х стала использоваться в первых русифицированных версиях операционной системы UNIX.

От начала 90-х годов, времени господства операционной системы MS DOS, остается кодировка CP866 ("CP" означает "Code Page", "кодовая страница"). Компьютеры фирмы Apple, работающие под управлением операционной системы Mac OS, используют свою собственную кодировку Mac. Кроме того, Международная организация по стандартизации (International Standards Organization, ISO) утвердила в качестве стандарта для русского языка еще одну кодировку под названием ISO 8859-5.

Наиболее распространенной в настоящее время является кодировка Microsoft Windows, обозначаемая сокращением CP1251. С конца 90-х годов проблема стандартизации символьного кодирования решается введением нового международного стандарта, который называется Unicode. Это 16-разрядная кодировка, т.е. в ней на каждый символ отводится 2 байта памяти. Конечно, при этом объем занимаемой памяти увеличивается в 2 раза. Но зато такая кодовая таблица допускает включение до 65536 символов. Полная спецификация стандарта Unicode включает в себя все существующие, вымершие и искусственно созданные алфавиты мира, а также множество математических, музыкальных, химических и прочих символов.

file	01100110
	01101001
	01101100
	01100101
disk	01100100
	01101001
	01110011
	01101011

Внутреннее представление слов в памяти компьютера с помощью таблицы ASCII.

 Важно заметить, иногда бывает так, что текст, состоящий из букв русского алфавита, полученный с другого компьютера, невозможно прочитать, на экране монитора видна какая-то "абракадабра". Это происходит оттого, что на компьютерах применяется разная кодировка символов русского языка.

Глава 2 Кодирование графической информации.

2.1 Пространственная дискретизация.

Графическая информация может быть представлена в виде аналоговой и дискретной формах. Примером аналогового (непрерывного) изображения может служить живописное полотно, в котором цвет меняется непрерывно. В качестве дискретного изображения можно рассматривать картинку, распечатанную на принтере и состоящую из отдельных точек. Графическое изображение преобразуются из аналоговой (непрерывной) формы в цифровую форму (дискретную) преобразуются методом. Этот процесс можно сравнить с построением мозаики. Изображение разбивается на отдельные маленькие элементы (точки или пиксели), каждый из которых имеет свой цвет.

Пиксель - минимальный участок изображения, для которого можно задать цвет.

В результате пространственной дискретизации графическая информация представляется в виде растрового изображения. Растровое изображение состоит из определённого количества строк, каждая из которых содержит определённое количество точек. Качество изображения зависит от разрешающей способности. Разрешающая способность растрового изображения определяется количеством точек по горизонтали и количеством точек по вертикали на единицу длины изображения. Чем меньше размер точки, тем больше разрешающая способность (больше строк растра и точек в строке) и, соответственно, выше качество изображения.

Величина разрешающей способности выражается в  (dot per inch - точек на дюйм), т.е. в количестве точек в полоске изображения длиной в 1 дюйм ( 1дюйм = 2,54 см). Оцифровка графических изображений с бумаги или плёнок производится с помощью сканера. Сканирование производится путём перемещения светочувствительных элементов вдоль изображения. Характеристики сканера выражаются двумя числами, например 1200х2400 dpi. Первое число определяет количество светочувствительных элементов на одном дюйме полоски и является оптическим разрешением. Второе - является аппаратным разрешением и определяет количество микрошагов при перемещении на один дюйм вдоль изображения.

2.2 Глубина цвета.

Количество информации, которое используется для кодирования цвета точки изображения, называется глубиной цвета.

В процессе дискретизации могут использоваться различные палитр цветов. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки. Количество цветов N в палитре и количество информации для кодирования цвета каждой точки связаны между собой известной формулой: N=2I.

Пример 1. Для кодирования изображения используется простейшая палитра из двух цветов: чёрного и белого. Для кодирования изображения, согласно формуле 2=2I , достаточно 1 бита информации для кодирования 1 точки изображения.2 

Наиболее распространёнными значениями глубины цвета являются значения из таблицы:

Глубина цвета, I (битов)	Количество цветов в палитре, N
4	24=16
8	28=256
16	216=65 536
24	224=16 777 216

 

2.3 Растровые изображения на экране монитора. Графические режимы монитора.

Качество изображения на экране монитора зависит от величины пространственного разрешения и глубины цвета. Пространственное разрешение экрана монитора определяется как произведение количества строк изображения на количество точек в строке. Разрешение может быть: 800х600, 1024х768, 1152х864 и выше. Количество отображаемых цветов может изменяться  от 256 цветов до более чем 16 миллионов.3

Видеопамять
№ точки	Двоичный код цвета точки
1	01010101
2	10101010
…
800	11110000
…
480000	11111111

	1 2 3 4                                                  800
1	........................................................……………
2	.................................................................………
3	…………………………………………………
...
600	...............................................................................

Рассмотрим пример формирования на экране монитора растрового изображения, состоящего из 600 строк по 800 точек в каждой строке (всего 480 000 точек) и глубиной цвета 8 битов. Двоичный код цвета всех точек хранится в видеопамяти компьютера, которая находится на видеокарте.

 

Формирование растрового изображения на экране.

Периодически, с определённой частотой, коды цветов точек считываются из видеопамяти и точки отображаются на экране монитора. Частота считывания изображения влияет на стабильность изображения на экране. В современных мониторах обновление изображения происходит с частотой 75 и более раз в секунду, что обеспечивает комфортность восприятия пользователем.

2.4 Объём видеопамяти.

Информационный объём требуемой видеопамяти можно рассчитать по формуле: In =I * X * Y,  где In - информационный объём видеопамяти в битах; X и Y - количество точек изображения; I - глубина цвета в битах на точку.