Кодирование информации 1.Двоичное кодированиеДвоичное кодирование 2.Кодирование чисел и символовКодирование чисел и символов 3.Кодирование рисунковКодирование рисунков 4.Кодирование звука и видеоКодирование звука и видео Автор - К.Ю. Поляков,

Кодирование информации Тема 1. Двоичное кодирование

3 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

4 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

Кодирование информации Тема 2. Кодирование чисел и символов © К.Ю. Поляков,

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

7 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?

8 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

9 Кодировка 1 байт на символ таблица ASCII (международная) расширение (национальный алфавит) ASCII = American Standard Code for Information Interchange 0-31 управляющие символы: 7 – звонок, 10 – новая строка, 13 – возврат каретки, 27 – Esc. 32 пробел знаки препинания:., : ; ! ? специальные знаки: + - * / () {} [] цифры заглавные латинские буквы A-Z строчные латинские буквы a-z Кодовая страница (расширенная таблица ASCII) для русского языка: CP-866 для системы MS DOS CP-1251 для системы Windows (Интернет) КОИ8-Р для системы UNIX (Интернет)

10 Кодировка UNICODE (UTF-16) Windows, MS Office, … 16 бит на символ или 2 16 символов в одной таблице можно одновременно использовать символы разных языков (Интернет) размер файла увеличивается в 2 раза

Кодирование информации Тема 3. Кодирование рисунков

12 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

13 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

14 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

15 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

16 Растровое кодирование с палитрой Сколько занимает палитра и основная часть? ? Файл с палитрой: палитракоды пикселей 256 = 2 8 цветов: палитра 256·3 = 768 байт рисунок8 бит на пиксель 16 цветов: палитра 16·3 = 48 байт рисунок4 бита на пиксель 2 цвета: палитра 2·3 = 6 байт рисунок1 бит на пиксель Один цвет в палитре: 3 байта (RGB) Глубина цвета

17 Форматы файлов (растровые рисунки) ФорматTrue ColorПалитраПрозрачность BMP JPG GIF PNG

G R B G B G R B 18 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.

19 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? ?

20 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

21 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

23 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

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

25 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)

26 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 кГц, глубина кодирования16 бит:

27 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 кГц, 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)