К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Кодирование информации § 15. Кодирование символовКодирование символов § 16. Кодирование графической информацииКодирование графической информации § 17. Кодирование звуковой и видеоинформацииКодирование звуковой и видеоинформации

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Зачем кодировать информацию? 2 Кодирование это представление информации в форме, удобной для её хранения, передачи и обработки. В компьютерах используется двоичный код: данные (код) передача данные (код) хранение передача Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua кодирование обработка

К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Кодирование информации § 15. Кодирование символов 3

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Кодирование символов 4 А Б В Г Общий подход: нужно использовать N символов выберем число битов k на символ: 2 k N сопоставим каждому символу код – число от 0 до 2 k – 1 переведем коды в двоичную систему Система Брайля: Откуда формула? ?

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Кодирование символов 5 Текстовый файл на экране (символы) в памяти – коды В файле хранятся не изображения символов, а их числовые коды! ! Файлы со шрифтами: *.fon, *.ttf, *.otf

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Кодировка ASCII (7-битная) 6 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: + - * / () {} [] цифры заглавные латинские буквы A-Z строчные латинские буквы a-z Где русские буквы? ?

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, битные кодировки 7 Кодовые страницы (расширения ASCII): таблица ASCIIнациональный алфавит Для русского языка: CP-866 для MS DOS CP-1251 для Windows (Интернет) КОI8-R для UNIX (Интернет) MacCyrillic для компьютеров Apple Проблема: Windows-1251KOI8-R Привет, Вася!оПХБЕР, бЮЯЪ! рТЙЧЕФ, чБУС!Привет, Вася!

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, битные кодировки 8 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)

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Стандарт UNICODE знаков, используются около Windows: UTF 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 2010 г. – 50% сайтов использовали UTF-8! !

К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Кодирование информации § 16. Кодирование графической информации 10

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Растровое кодирование 11 Пиксель – это наименьший элемент рисунка, для которого можно задать свой цвет. дискретизация пиксель Растровое изображение – это изображение, которое кодируется как множество пикселей. Рисунок искажается! !

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Растровое кодирование A FF 42 5A 7E 1A2642FF425A5A7E 16

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Задача 13 Закодируйте рисунок с помощью шестнадцатеричного кода:

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Разрешение 14 Разрешение – это количество пикселей, приходящихся на дюйм размера изображения. ppi = pixels per inch, пикселей на дюйм 300 ppi96 ppi48 ppi24 ppi печатьэкран 1 дюйм = 2,54 см

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Разрешение 15 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? высота 10 см × 300 пикселей 2,54 см 1181 пиксель ширина 15 см × 300 пикселей 2,54 см 1771 пиксель

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Разрешение 16 Задача 2. Закодированный рисунок имеет размеры 5760 × 3840 пикселей и разрешение 600 ppi. Какой размер будет у изображения, отпечатанного на принтере? ширина 5760 пикселей × 2,54 см 600 пикселей 24,4 см высота 3840 пикселей × 2,54 см 600 пикселей 16,3 см

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Кодирование цвета Как выводить на монитор цвет с кодом 00? ? Как закодировать цвет в виде чисел? ?

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Теория цвета Юнга-Гельмгольца 18 Свет любой длины волны можно заменить на красный, зелёный и синий лучи! ! , нм чувствительность три типа «колбочек»

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Цветовая модель RGB 19 Д. Максвелл, 1860цвет = ( R, G, B ) red красный blue синий green зеленый (0, 0, 0) (255, 255, 255) (255, 0, 0) (0, 255, 0) (0, 255, 255) (0, 0, 255) (255, 150, 150)(100, 0, 0) Сколько разных цветов можно кодировать? ? 256·256·256 = (True Color, «истинный цвет») RGB – цветовая модель для устройств, излучающих свет (мониторов)! !

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Цветовая модель RGB 20 RGBВеб-страница (0, 0, 0) # (255,255,255) #FFFFFF (255, 0, 0) #FF0000 (0, 255, 0) #00FF00 (0, 0, 255) #0000FF (255, 255, 0) #FFFF00 (204,204,204) #CCCCCC (255, 255, 0) #FFFF00

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Задачи 21 Постройте шестнадцатеричные коды: RGB (100, 200, 200) RGB (30, 50, 200) RGB (60, 180, 20) RGB (220, 150, 30)

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Глубина цвета 22 Сколько памяти нужно для хранения цвета 1 пикселя в режиме True Color? ? R G B: 24 бита = 3 байта R (0..255)256 = 2 8 вариантов8 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)? байта = 1800 байт

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Кодирование с палитрой 23 Как уменьшить размер файла? ? уменьшить разрешение уменьшить глубину цвета снижается качество Цветовая палитра – это таблица, в которой каждому цвету, заданному в виде составляющих в модели RGB, сопоставляется числовой код.

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Кодирование с палитрой цвет 00 2 цвет 01 2 цвет 10 2 цвет Палитра: Какая глубина цвета? ? Сколько занимает палитра? ? 2 бита на пиксель 3 4 = 12 байтов

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Кодирование с палитрой 25 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

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Кодирование с палитрой 26 Файл с палитрой: палитракоды пикселей Количество цветов Размер палитры (байтов) Глубина цвета (битов на пиксель)

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Задачи 27 Задача 1. В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 512 до 8. Во сколько раз уменьшился информационный объем файла? Задача 2. Разрешение экрана монитора – 1024 х 768 точек, глубина цвета – 16 бит. Каков необходимый объем видеопамяти для данного графического режима? Задача 3. Сколько байт будет занимать код рисунка размером 40×50 пикселей в режиме истинного цвета? при кодировании с палитрой 256 цветов? Задача 4. Для хранения растрового изображения размером 128 x 128 пикселей отвели 4 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Растровые рисунки: форматы файлов 28 ФорматTrue ColorПалитраПрозрачностьАнимация BMP JPG GIF PNG

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Кодирование цвета при печати (CMYK) 29 G R B G B G R B 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

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, RGB и CMYK 30 не все цвета, которые показывает монитор (RGB), можно напечатать (CMYK) при переводе кода цвета из RGB в CMYK цвет искажается видит человек RGB CMYK RGB(0,255,0) CMYK(65,0,100,0) RGB(104,175,35)

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Цветовая модель HSB (HSV) 31 HSB = Hue (тон, оттенок) Saturation (насыщенность) Brightness (яркость) или Value (величина) 0 / Тон (H) Насыщенность (S) Яркость (B) насыщенность – добавить белого яркость – добавить чёрного

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Цветовая модель Lab 32 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

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Профили устройств 33 RGB(255,0,0) Какой цвет увидим? ? RGB(255,0,0) как 680нм 680нм RGB(225,10,20) профиль монитора профиль сканера CMYK(0,100,100,0) профиль принтера

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Растровое кодирование: итоги 34 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?)

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Векторное кодирование 35 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)

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Векторное кодирование 36 Кривые Безье: А Б В Г Д Хранятся координаты узлов и концов «рычагов» (3 точки для каждого узла, кривые 3-го порядка). угловой узел гладкий узел

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Векторное кодирование (итоги) 37 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 растровый рисунок векторный рисунок

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Векторное кодирование: форматы файлов 38 WMF (Windows Metafile) EMF (Windows Metafile) CDR (программа CorelDraw) AI (программа Adobe Illustrator) SVG (Scalable Vector Graphics, масштабируемые векторные изображения) для веб-страниц

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Векторные рисунки: SVG прямоугольник размеры координаты контур заливка

К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Кодирование информации § 17. Кодирование звуковой и видеоинформации 40

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Оцифровка звука 41 аналоговый сигнал Оцифровка – это преобразование аналогового сигнала в цифровой код (дискретизация). T t – интервал дискретизации (с) – частота дискретизации (Гц, кГц) 8 кГц – минимальная частота для распознавания речи 11 кГц, 22 кГц, 44,1 кГц – качество CD-дисков 48 кГц – фильмы на DVD 96 кГц, 192 кГц Человек слышит 16 Гц … 20 кГц

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Оцифровка звука: квантование 42 Сколько битов нужно, чтобы записать число 0,6? ? T t битное кодирование: 8 битов = 256 уровней 16 битов = уровней 24 бита = 2 24 уровней АЦП = Аналого-Цифровой Преобразователь Квантование (дискретизация по уровню) – это представление числа в виде цифрового кода конечной длины. Разрядность кодирования это число битов, используемое для хранения одного отсчёта. Разрядность кодирования это число битов, используемое для хранения одного отсчёта.

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Оцифровка звука 43 Задача. Определите информационный объем данных, полученных при оцифровке звука длительностью 1 минута с частотой 44 кГц с помощью 16-битной звуковой карты. Запись выполнена в режиме «стерео». За 1 сек каждый канал записывает значений, каждое занимает 16 битов = 2 байта всего байта = байтов С учётом «стерео» всего = байтов За 1 минуту = байтов Кбайт 10 Мбайт

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Оцифровка звука 44 Как восстановить сигнал? T t без сглаживания после сглаживания Какой улучшить качество? ? уменьшать T Что при этом ухудшится? ? размер файла аналоговые устройства! ЦАП = Цифро-Аналоговый Преобразователь было до оцифровки

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Оцифровка – итог 45 можно закодировать любой звук (в т.ч. голос, свист, шорох, …) есть потеря информации большой объем файлов Какие свойства оцифрованного звука определяют качество звучания? ? Форматы файлов: WAV (Waveform audio format), часто без сжатия (размер!) MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3, сжатие с учётом восприятия человеком) AAC (Advanced Audio Coding, 48 каналов, сжатие) WMA (Windows Media Audio, потоковый звук, сжатие) OGG (Ogg Vorbis, открытый формат, сжатие)

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Инструментальное кодирование 46 MIDI (Musical Instrument Digital Interface цифровой интерфейс музыкальных инструментов). в файле.mid : нота (высота, длительность) музыкальный инструмент параметры звука (громкость, тембр) до 1024 каналов в памяти звуковой карты: образцы звуков (волновые таблицы) MIDI-клавиатура: нет потери информации при кодировании инструментальной музыки небольшой размер файлов невозможно закодировать нестандартный звук, голос программа для звуковой карты! 128 мелодических и 47 ударных

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Трекерная музыка 47 В файле (модуле): образцы звуков (сэмплы) нотная запись, трек (track) – дорожка музыкальный инструмент до 32 каналов Использование: демосцены (важен размер файла) Форматы файлов: MOD разработан для компьютеров Amiga S3Mоцифрованные каналы + синтезированный звук, 99 инструментов XM, STM, …

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Кодирование видео 48 Синхронность! 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 информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Форматы видеофайлов 49 AVI – Audio Video Interleave – чередующиеся звук и видео; контейнер – могут использоваться разные кодеки 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

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Конец фильма ПОЛЯКОВ Константин Юрьевич д.т.н., учитель информатики ГБОУ СОШ 163, г. Санкт-Петербург

Кодирование информации, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Источники иллюстраций авторские материалы