ИНФОРМАЦИЯ Тема 1. Введение

Информация – это … 2 любые сведения об окружающем мире, которые человек получает с помощью органов чувств: informatiо – разъяснение, сведения Латинский язык: глаза (зрение, 90 процентов информации) уши (слух) язык (вкус) нос (обоняние) кожа (осязание)

Виды информации Символ (знак, жест) Текст (состоит из символов, важен их порядок) Числовая информация Графическая информация (рисунки, картины, чертежи, фото, схемы, карты) Звук Тактильная информация (осязание) Вкус Запах 3 КОТ ТОК

Информатика изучает … информацию и ее свойства процессы хранения… обработки… и передачи информации с помощью компьютеров. 4 informatique = information + automatique информатика информация автоматика Французский язык: Английский язык: computer science компьютер + наука = наука о компьютерах

Кодирование информации Двоичное кодирование

6 Кодирование информации Кодирование – это запись информации с помощью некоторой знаковой системы (языка). Зачем кодируют информацию? ? кодирование данные (код) обработка данные (код) хранение борьба с помехами (специальные способы кодирования) передача Информация передается, обрабатывается и хранится в виде кодов.

7 Двоичное кодирование Двоичное кодирование – это кодирование всех видов информации с помощью двух знаков (обычно 0 и 1). Передача электрических сигналов: сигнал с помехами время U «1»«1» «0»«0» полезный сигнал сигнал с помехами 5 В U время полезный сигнал

8 Двоичное кодирование в такой форме можно закодировать все виды информации нужны только устройства с двумя состояниями практически нет ошибок при передаче компьютеру легче обрабатывать данные человеку сложно воспринимать двоичные коды Можно ли использовать не «0» и «1», а другие символы, например, «А» и «Б»? ? кодировщик числа символы рисунки звук

ИНФОРМАЦИЯ Тема 2. Измерение количества информации

Единицы измерения 1 бит (binary digit, двоичная цифра) – это количество информации, которое мы получаем при выборе одного из двух возможных вариантов (вопрос: «Да» или «Нет»?) Примеры: Эта стена – зеленая? Да. Дверь открыта? Нет. Сегодня выходной? Нет. Это новый автомобиль? Новый. Ты будешь чай или кофе? Кофе. 10

Если вариантов больше… «Да» или «Нет»? 11 2 варианта – 1 бит 4 варианта – 2 бита 8 вариантов – 3 бита Изменится ли количество информации, если сразу указать на нужный самолет? ?

Если вариантов больше… Количество вариантов Количество бит информации вариантов – между 4 (2 бита) и 8 (3 бита) Ответ: количество информации между 2 и 3 битами

Единицы измерения 1 байт (byte) = 8 бит 1 Кб (килобайт) = 1024 байта 1 Мб (мегабайт) = 1024 Кб 1 Гб (гигабайт) = 1024 Мб 1 Тб (терабайт) = 1024 Гб 1 Пб (петабайт) = 1024 Тб

Кодирование информации Кодирование чисел и символов

15 Кодирование чисел (двоичная система) Алфавит: 0, 1 Основание (количество цифр): = система счисления разряды = 1· · · · ·2 0 = = 19

16 Кодирование символов Текстовый файл на экране (символы) в памяти – двоичные коды В файле хранятся не изображения символов, а их числовые коды в двоичной системе! ! А где же хранятся изображения?

17 Кодирование символов 1. Сколько символов надо использовать одновременно? или (UNICODE) 2. Сколько места надо выделить на символ: 3. Выбрать 256 любых символов (или 65536) - алфавит. 4. Каждому символу – уникальный код (или ). Таблица символов: 5. Коды – в двоичную систему = бит на символ …ABCD… коды

ИНФОРМАЦИЯ Тема 3. Задачи © К.Ю. Поляков,

Перевод в другие единицы 25 Кб = =25·1024 байт =25·1024·8 бит =25:1024 Мб =25:1024:1024=25: Гб =25:1024:1024:1024= 25: Тб 19 крупные единицы мелкие единицы деление умножение

20 Перевод в другие единицы Сравните (поставьте знак или =): 3 байта 24 бита 1000 байт 1 Кб 220 байт 0,25 Кб 1 Мб 1500 Кб 8192 бита 1 Кб = < < < =

Задачи: текст Сколько места в памяти надо выделить для хранение предложения Привет, Вася! 21 Ответ: 13 байт или 104 бита (в UNICODE: 26 байт или 208 бит) считаем все символы, включая знаки препинания и пробелы (здесь 13 символов) если нет дополнительной информации, то считаем, что 1 символ занимает 1 байт в кодировке UNICODE 1 символ занимает 2 байта

Задачи: текст Сколько места надо выделить для хранения 10 страниц книги, если на каждой странице помещаются 32 строки по 64 символа в каждой? 22 на 1 странице 32·64=2048 символов на 10 страницах 10·2048=20480 символов каждый символ занимает 1 байт Решение: Ответ: байт или … 20480·8 бит или … 20480:1024 Кб = 20 Кб

23 Задачи: кодирование Сколько бит нужно выделить для хранения текста МУНСА УРЕ КАМУКА при использовании алфавита племени МУМУКА: буквы МУКАЕНРС и пробел? в алфавите 9 символов (8 букв и пробел) 2 3 < 9 < 2 4, поэтому на 1 символ нужно выделить 4 бита в тексте 16 символов (считая пробелы) Решение: Ответ: 4·16 бит = 64 бита = 8 байт Если в алфавите 25 символов? ?

24 Задачи: обмен информацией Скорость передачи данных через ADSL- соединение равна бит/c. Передача файла через это соединение заняла 2 минуты. Определите размер файла в килобайтах. время передачи: 2·60 сек=120 сек передано информации 256 ·1000·120 бит = 2 8 · 2 3 ·125 · 2 2 ·30 бит= Решение: Ответ: объем файла 3750 Кб 2 13 ·125·30 Кб 2 13

Кодирование информации Тема 3. Кодирование рисунков

26 Два типа кодирования рисунков растровое кодирование точечный рисунок, состоит из пикселей фотографии, размытые изображения векторное кодирование рисунок, состоит из отдельных геометрических фигур чертежи, схемы, карты

27 Шаг 1. Дискретизация: разбивка на пиксели. Растровое кодирование Шаг 2. Для каждого пикселя определяется единый цвет. Пиксель – это наименьший элемент рисунка, для которого можно независимо установить цвет. Есть потеря информации! почему? как ее уменьшить? ! Разрешение: число пикселей на дюйм, pixels per inch (ppi) экран 96 ppi, печать ppi, типография 1200 ppi

28 Растровое кодирование (True Color) Шаг 3. От цвета – к числам: модель RGB цвет = R + G + B red красный blue синий green зеленый R = 218 G = 164 B = 32 R = 135 G = 206 B = 250 Шаг 4. Числа – в двоичную систему. Сколько памяти нужно для хранения цвета 1 пикселя? ? Сколько разных цветов можно кодировать? ? 256·256·256 = (True Color) R: 256=2 8 вариантов, нужно 8 бит = 1 байт R G B: всего 3 байта Глубина цвета

29 Растровое кодирование с палитрой Шаг 1. Выбрать количество цветов: 2, 4, … 256. Шаг 2. Выбрать 256 цветов из палитры: Шаг 3. Составить палитру (каждому цвету – номер ) палитра хранится в начале файла … Шаг 4. Код пикселя = номеру его цвета в палитре …1223

30 Растровое кодирование с палитрой Сколько занимает палитра и основная часть? ? Файл с палитрой: палитра коды пикселей 256 = 2 8 цветов: палитра 256·3 = 768 байт рисунок 8 бит на пиксель 16 цветов: палитра 16·3 = 48 байт рисунок 4 бита на пиксель 2 цвета: палитра 2·3 = 6 байт рисунок 1 бит на пиксель Один цвет в палитре: 3 байта (RGB) Глубина цвета

31 Форматы файлов (растровые рисунки) ФорматTrue Color ПалитраПрозрачность BMP JPG GIF PNG

G R B G B G R B 32 Кодирование цвета при печати Белый – красный = голубойC = Cyan Белый – зелёный = пурпурныйM = Magenta Белый – синий = желтыйY = Yellow Модель CMY CM Y Модель CMYK: + Key color Меньший расход краски и лучшее качество для чёрного и серого цветов.

33 Растровые рисунки лучший способ для хранения фотографий и изображений без четких границ спецэффекты (тени, ореолы, и т.д.) есть потеря информации (почему?) при изменении размеров рисунка он искажается размер файла не зависит от сложности рисунка (а от чего зависит?) Какие свойства цифрового рисунка определяют его качество? ?

34 Векторные рисунки Строятся 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) Форматы файлов: WMF (Windows Metafile) CDR (CorelDraw) AI (Adobe Illustrator) SVG (Inkscape) для Web

35 Векторные рисунки 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

Кодирование информации Тема 4. Кодирование звука и видео

37 Оцифровка (перевод в цифровую форму) аналоговый сигнал цифровой сигнал Какой объем информации в аналоговом сигнале? Можно ли хранить его в памяти реального устройства? Будет ли сигнал на выходе тот же самый? Почему есть потеря информации? ? аналоговый сигнал

38 Частота дискретизации: f = 8 к Гц, 11 к Гц, 22 к Гц, 44 к Гц (CD) Человек слышит 16 Гц … 20 к Гц Дискретизация по времени хранятся только значения сигнала в моменты 0, T, 2T, … T – интервал дискретизации 0 T 2T2T 22 к Гц с Что компьютер может выдать на выход? ? Как улучшить качество? Что при этом ухудшится? ? 0 T 2T2T

39 Дискретизация по уровню Сколько бит нужно, чтобы хранить число 0,7? ? 0 T 2T2T У всех точек в одной полосе одинаковый код! 8 бит = 256 уровней 16 бит = уровней 24 бита = 2 24 уровней При оцифровке потерю информации дает дискретизация как по времени, так и по уровню! ! «Глубина» кодирования (разрядность звуковой карты) «Глубина» кодирования (разрядность звуковой карты)

40 Оцифровка – итог можно закодировать любой звук (в т.ч. голос, свист, шорох, …) есть потеря информации большой объем файлов Форматы файлов: WAV (Waveform audio format), часто без сжатия (размер!) MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3, сжатие с потерями) WMA (Windows Media Audio, потоковый звук, сжатие) OGG (Ogg Vorbis, открытый формат, сжатие с потерями) 88 Кб/с = 5,3 Мб/мин Какие свойства цифрового звука определяют его качество? ? частота дискретизации 44 к Гц, глубина кодирования 16 бит:

41 Инструментальное кодирование MIDI (Musical Instrument Digital Interface), файлы *.MID в файле: нота (высота, длительность) музыкальный инструмент параметры звука (громкость, тембр) может быть несколько каналов нет потери информации при кодировании инструментальной музыки маленький размер файлов невозможно закодировать нестандартный звук, голос MIDI-клавиатура:

Кодирование видео Видео = изображения + звук ! изображения: 25 кадров в секунду PAL: 768×576, 24 бита за 1 с: 768×576×3 байта 32 Мб за 1 мин: 60×32 Мбайта 1,85 Гб HDTV: 1280×720, 1920×1080. исходный кадр + изменения (10-15 с) сжатие (кодеки – алгоритмы сжатия) DivX, Xvid, H.264, WMV, Ogg Theora… звук: 48 к Гц, 16 бит сжатие (кодеки – алгоритмы сжатия) MP3, AAC, WMA, …

Кодирование видео Форматы файлов: AVI (Audio Video Interleave – чередующиеся звук и видео) MPEG (Motion Picture Expert Group) WMV (Windows Media Video, формат фирмы Microsoft) MP4 (MPEG-4, сжатое видео и звук) MOV (Quick Time Movie, формат фирмы Apple) WebM (открытый формат, поддерживается браузерами)