Содержание:
- Текстовое кодирование информации: особенности и способы
- Растровое кодирование информации
- Кодирование графической информации
- Кодирование числовой информации
- Кодирование звуковой информации
- Способы кодирования видеозаписи
Для того, чтобы перейти к изучению видов кодирования и обработки информации, рассмотрим сначала базовые, наиболее важных для понимания данной темы, определения.
Понятие 1
Изменение информации, дающее возможность представить информацию в другой, наиболее удобной для понимания человеком или электронным устройством форме, называется кодированием.
Понятие 2
Алгоритм, которым необходимо руководствоваться при отображении одного набора знаков в другом, называют кодом.
Понятие 3
Двоичным кодом называют такое отображение одного набора знаков в другом, которое производится при помощи двух символов — 0 и 1.
Понятие 4
Под длиной кода понимается то количество знаков, которое требуется для отображения кодируемой информации.
Понятие 5
Бит представляет собой отображение двоичной информации, которым можно закодировать либо 0, либо 1. У двух битов значение умножается на два (четыре значения), у трёх – ещё на два (восемь значений) и так далее. Таким образом, значение битов растёт в геометрической прогрессии.
Варианты кодирования информации могут выглядеть таким образом:
Информация может быть представлена в различной форме – в виде текста, в виде фотографии, в виде таблицы, в виде звука и так далее. Но для того, чтобы эта информация стала доступна машине, её необходимо закодировать. Далее мы более подробно рассмотрим каждый вид кодирования информации.
Текстовое кодирование информации: особенности и способы
Текстовая информация представляет собой совокупность неких символов. Это могут быть буквы, цифры, знаки, скобки, кавычки и всё что угодно.
Такая информация преобразуется в двоичный код и хранится в памяти компьютера именно в таком виде. Это становится возможным благодаря коду символа и системе кодировки. Первая представляет собой некоторое положительное число, записанное в память ЭВМ, а второе – совокупность таких чисел. Чаще всего в ПК используется система кодировки с названием «American Standard Code for Informational Interchange», в котором отражается и сама суть операций.
Примечание 1
С развитием программного обеспечения, создавались всё новые и новые стандарты кодировки текста, но от старого стандарта было сложно уйти. Поэтому программа реализовывалась 50/50: половина соответствовала старым стандартам, а половина – новым. Благодаря тому, что диапазон был расширен, на каждый из стандартов приходилось по 128 символов.
Примечание 2
В России наиболее распространёнными являются восьмибитные кодировки. Такие как KOI8 или UTF8.
Растровое кодирование информации
Известно, что для передачи фотографии, её необходимо сохранить в двоичном коде. Чтобы произвести эту операцию, фотографию делят на множество точек – пиксели. А затем эти пиксели записываются на запоминающее устройство, но только после прохождения процесса разбивки и кодировки цвета каждого пикселя.
Пример 1
Посчитать количество пикселей всего изображения очень просто: необходимо умножить количество пикселей по горизонтали на количество пикселей по вертикали. Например, если размер изображения составляет 2657х1973, то количество пикселей составит 5242261.
Пример 2
Возникает вопрос: а что или кто разбивает изображение на пиксели? Ответ: любое современное устройство – будь то камера телефона, фотоаппарат, вебкамера или даже сканер. У каждого устройства с наличием камеры указано количество мегапикселей. Так, если у камеры 20 мегапикселей, то это значит, что камера разбивает изображение на 20 миллионов мегапикселей в двоичном коде. Поэтому многие стремятся приобрести устройства с большим числом мегапикселей, а производители стремятся увеличивать этот показатель всё больше и больше. Чем больше количество мегапикселей, тем лучше и реалистичнее устройство передаёт картинку. Так, на некоторых устройствах вместо фотографий получается лишь силуэт и дело тут не в том, что камера устройства плоха, а в том, что у неё мало мегапикселей.
При всём при том, лишь большое количество мегапикселей не может гарантировать создание качественного, реалистичного снимка. Это связано с тем, что бинарный код и степень кодирования фотографий зависят не только от количества пикселей, но и от цветового разнообразия.
Самым популярным способом записи цвета является алгоритм RGB, название которого уже содержит в себе ответ – это аббревиатура от слов red, green, blue. Любой цвет или оттенок можно получить лишь используя эти цвета в необходимом количестве. Это и есть базовый концепт алгоритма. Пиксели кодируются в двоичном коде с указанием количества того или иного оттенка, формирующего изображение. Таким образом, насыщенность изображения зависит от количества битов, которые используются для кодирования пикселя: чем их больше, тем больше количество вариантов для микса цветов.
Понятие 6
Глубина цвета – это все те цвета отдельных пикселей, которые составляют единое изображение.
Кодирование графической информации
Если в предыдущем пункте мы рассматривали растровую графику (изображение состоит из множества пикселей и тд.), то сейчас настало время поговорить о векторной графике.
Если растровую графику может создавать большое количество устройств, то векторную графику создаёт только компьютер. Это происходит благодаря формированию различных примитивных деталей – окружностей, линий или чего-то другого, выраженного в графическом эквиваленте. Иными словами, чертёжная графика и векторная – это два названия одного и того же процесса.
Такая графика является необходимой для графического оформления чего-либо и достаточно популярна среди дизайнеров, работников редакций и прочих специалистов, которые каждый день имеют дело с рисованием и оформлением чего-либо. Как же записывается такое изображение? Оно записывается в двоичном коде, но не с помощью пикселей, а с помощью примитивов. Также там указываются размеры примитивов, расположение на фоне, цвет заливки и другие детали.
Пример 3
Для того, чтобы записать изображение любой геометрической фигуры, необходимо в двоичный код закодировать информацию о типе объекта, его толщине, длине, цвете, расположении его на фоне и так далее. Это намного проще, чем кодировать растровое изображение, так как в этом случае пришлось бы указывать параметры каждого пикселя. Также большое преимущество векторной графики – изображения не занимают много памяти.
Из недостатков векторной графики можно отметить нереалистичность. Поэтому все устройства работают на растровой графике и сталкиваться с векторной графикой обывателю приходится нечасто.
Кодирование числовой информации
Числовая информация тоже подлежит кодированию. Прежде чем переходить к кодированию, важно определить с какой целью это делается. Так, иногда числовая информация применяется для вычислений, а иногда – для вывода. Все данные, как и рассматривалось ранее, кодируются в двоичной системе в битах, но есть и другие способы кодировки. Однако кодирование информации с помощью 0 и 1 можно назвать самым простым и доступным. Например, за 0 можно принять отсутствие сигнала, а за 1- его наличие. Двоичный код не позволяет делать длинные комбинации и это его существенный недостаток, но часто даже это не становится большой преградой в технологическом процессе.
Примечание 3
Чтобы закодировать действительное число, необходимо использовать 80-разрядное кодирование, а после – переводить число в стандартный вид. Чтобы закодировать целое число, нужно просто перевести число из одной системы счисления в другую.
Кодирование звуковой информации
Понятие 7
Звуки, которые доступны для слуха человека, имеют два показателя – амплитуду и частоту. Амплитуда (громкость звука) – это то, насколько при колебаниях отклоняется состояние воздуха А частота (высота звука) – это количество колебаний за единицу времени.
Пример 4
Рассмотрим на конкретных примерах показатели амплитуды и частоты. Фейерверк – это низкая частота и большая амплитуда, а писк комара – это высокая частота и маленькая амплитуда.
Как же происходят эти процессы непосредственно на устройстве? Рассмотрим на примере компьютера.
Микрофон улавливает звуки и передаёт показатели колебаний, переводя их в электрические колебания. Далее за дело принимается звуковая карта, которая преобразует эти колебания в двоичный код. Двоичный код фиксируется на запоминающем устройстве. Аудиокарта при этом разделяет звук на мелкие детали и кодирует интенсивность звука – это явление получило название дискретизации: в зависимости от её высоты находится точность геометрии звуковой волны и качество записи, как следствие. Чтобы проще было это понять, можно вспомнить способы кодирования графической информации.
Что происходит при декодировании (воспроизведении звука?). Код превращается в электрические колебания, которые выводящие устройства преобразуют в колебания воздуха.
Понятие 8
Несмотря на такое детальное рассмотрение, у многих может возникнуть вопрос: от чего же зависит качество звуков? Если коротко, то от результат дискретизации. Если подробно, то играет роль количество битов и дискретизация – вместе они формируют такой показатель как глубина звука. Это происходит за счёт возможности кодирования каждого участка.
Способы кодирования видеозаписи
Видеозаписи являются хорошим примером компиляции звуковой и графической информации.
Звук кодируется стандартным способом, по тем же алгоритмам, которые были рассмотрены ранее.
Что касается изображения, то технология записи изображений чем-то напоминает растровую графику, но, в целом, есть и довольно занятные особенности. Например: одна секунда видео = 25+- быстро сменяющихся кадров. Нашему глазу сложно это почувствовать, так как кадры не сильно отличаются друг от друга. Поэтому чаще всего при кодировке видеофайлов, записывается только базовый кадр, а второй и последующие формируются с использованием отличий одного кадра от другого.
Содержание:
- Текстовое кодирование информации: особенности и способы
- Растровое кодирование информации
- Кодирование графической информации
- Кодирование числовой информации
- Кодирование звуковой информации
- Способы кодирования видеозаписи
Для того, чтобы перейти к изучению видов кодирования и обработки информации, рассмотрим сначала базовые, наиболее важных для понимания данной темы, определения.
Понятие 1
Изменение информации, дающее возможность представить информацию в другой, наиболее удобной для понимания человеком или электронным устройством форме, называется кодированием.
Понятие 2
Алгоритм, которым необходимо руководствоваться при отображении одного набора знаков в другом, называют кодом.
Понятие 3
Двоичным кодом называют такое отображение одного набора знаков в другом, которое производится при помощи двух символов — 0 и 1.
Понятие 4
Под длиной кода понимается то количество знаков, которое требуется для отображения кодируемой информации.
Понятие 5
Бит представляет собой отображение двоичной информации, которым можно закодировать либо 0, либо 1. У двух битов значение умножается на два (четыре значения), у трёх – ещё на два (восемь значений) и так далее. Таким образом, значение битов растёт в геометрической прогрессии.
Варианты кодирования информации могут выглядеть таким образом:
Информация может быть представлена в различной форме – в виде текста, в виде фотографии, в виде таблицы, в виде звука и так далее. Но для того, чтобы эта информация стала доступна машине, её необходимо закодировать. Далее мы более подробно рассмотрим каждый вид кодирования информации.
Текстовое кодирование информации: особенности и способы
Текстовая информация представляет собой совокупность неких символов. Это могут быть буквы, цифры, знаки, скобки, кавычки и всё что угодно.
Такая информация преобразуется в двоичный код и хранится в памяти компьютера именно в таком виде. Это становится возможным благодаря коду символа и системе кодировки. Первая представляет собой некоторое положительное число, записанное в память ЭВМ, а второе – совокупность таких чисел. Чаще всего в ПК используется система кодировки с названием «American Standard Code for Informational Interchange», в котором отражается и сама суть операций.
Примечание 1
С развитием программного обеспечения, создавались всё новые и новые стандарты кодировки текста, но от старого стандарта было сложно уйти. Поэтому программа реализовывалась 50/50: половина соответствовала старым стандартам, а половина – новым. Благодаря тому, что диапазон был расширен, на каждый из стандартов приходилось по 128 символов.
Примечание 2
В России наиболее распространёнными являются восьмибитные кодировки. Такие как KOI8 или UTF8.
Растровое кодирование информации
Известно, что для передачи фотографии, её необходимо сохранить в двоичном коде. Чтобы произвести эту операцию, фотографию делят на множество точек – пиксели. А затем эти пиксели записываются на запоминающее устройство, но только после прохождения процесса разбивки и кодировки цвета каждого пикселя.
Пример 1
Посчитать количество пикселей всего изображения очень просто: необходимо умножить количество пикселей по горизонтали на количество пикселей по вертикали. Например, если размер изображения составляет 2657х1973, то количество пикселей составит 5242261.
Пример 2
Возникает вопрос: а что или кто разбивает изображение на пиксели? Ответ: любое современное устройство – будь то камера телефона, фотоаппарат, вебкамера или даже сканер. У каждого устройства с наличием камеры указано количество мегапикселей. Так, если у камеры 20 мегапикселей, то это значит, что камера разбивает изображение на 20 миллионов мегапикселей в двоичном коде. Поэтому многие стремятся приобрести устройства с большим числом мегапикселей, а производители стремятся увеличивать этот показатель всё больше и больше. Чем больше количество мегапикселей, тем лучше и реалистичнее устройство передаёт картинку. Так, на некоторых устройствах вместо фотографий получается лишь силуэт и дело тут не в том, что камера устройства плоха, а в том, что у неё мало мегапикселей.
При всём при том, лишь большое количество мегапикселей не может гарантировать создание качественного, реалистичного снимка. Это связано с тем, что бинарный код и степень кодирования фотографий зависят не только от количества пикселей, но и от цветового разнообразия.
Самым популярным способом записи цвета является алгоритм RGB, название которого уже содержит в себе ответ – это аббревиатура от слов red, green, blue. Любой цвет или оттенок можно получить лишь используя эти цвета в необходимом количестве. Это и есть базовый концепт алгоритма. Пиксели кодируются в двоичном коде с указанием количества того или иного оттенка, формирующего изображение. Таким образом, насыщенность изображения зависит от количества битов, которые используются для кодирования пикселя: чем их больше, тем больше количество вариантов для микса цветов.
Понятие 6
Глубина цвета – это все те цвета отдельных пикселей, которые составляют единое изображение.
Кодирование графической информации
Если в предыдущем пункте мы рассматривали растровую графику (изображение состоит из множества пикселей и тд.), то сейчас настало время поговорить о векторной графике.
Если растровую графику может создавать большое количество устройств, то векторную графику создаёт только компьютер. Это происходит благодаря формированию различных примитивных деталей – окружностей, линий или чего-то другого, выраженного в графическом эквиваленте. Иными словами, чертёжная графика и векторная – это два названия одного и того же процесса.
Такая графика является необходимой для графического оформления чего-либо и достаточно популярна среди дизайнеров, работников редакций и прочих специалистов, которые каждый день имеют дело с рисованием и оформлением чего-либо. Как же записывается такое изображение? Оно записывается в двоичном коде, но не с помощью пикселей, а с помощью примитивов. Также там указываются размеры примитивов, расположение на фоне, цвет заливки и другие детали.
Пример 3
Для того, чтобы записать изображение любой геометрической фигуры, необходимо в двоичный код закодировать информацию о типе объекта, его толщине, длине, цвете, расположении его на фоне и так далее. Это намного проще, чем кодировать растровое изображение, так как в этом случае пришлось бы указывать параметры каждого пикселя. Также большое преимущество векторной графики – изображения не занимают много памяти.
Из недостатков векторной графики можно отметить нереалистичность. Поэтому все устройства работают на растровой графике и сталкиваться с векторной графикой обывателю приходится нечасто.
Кодирование числовой информации
Числовая информация тоже подлежит кодированию. Прежде чем переходить к кодированию, важно определить с какой целью это делается. Так, иногда числовая информация применяется для вычислений, а иногда – для вывода. Все данные, как и рассматривалось ранее, кодируются в двоичной системе в битах, но есть и другие способы кодировки. Однако кодирование информации с помощью 0 и 1 можно назвать самым простым и доступным. Например, за 0 можно принять отсутствие сигнала, а за 1- его наличие. Двоичный код не позволяет делать длинные комбинации и это его существенный недостаток, но часто даже это не становится большой преградой в технологическом процессе.
Примечание 3
Чтобы закодировать действительное число, необходимо использовать 80-разрядное кодирование, а после – переводить число в стандартный вид. Чтобы закодировать целое число, нужно просто перевести число из одной системы счисления в другую.
Кодирование звуковой информации
Понятие 7
Звуки, которые доступны для слуха человека, имеют два показателя – амплитуду и частоту. Амплитуда (громкость звука) – это то, насколько при колебаниях отклоняется состояние воздуха А частота (высота звука) – это количество колебаний за единицу времени.
Пример 4
Рассмотрим на конкретных примерах показатели амплитуды и частоты. Фейерверк – это низкая частота и большая амплитуда, а писк комара – это высокая частота и маленькая амплитуда.
Как же происходят эти процессы непосредственно на устройстве? Рассмотрим на примере компьютера.
Микрофон улавливает звуки и передаёт показатели колебаний, переводя их в электрические колебания. Далее за дело принимается звуковая карта, которая преобразует эти колебания в двоичный код. Двоичный код фиксируется на запоминающем устройстве. Аудиокарта при этом разделяет звук на мелкие детали и кодирует интенсивность звука – это явление получило название дискретизации: в зависимости от её высоты находится точность геометрии звуковой волны и качество записи, как следствие. Чтобы проще было это понять, можно вспомнить способы кодирования графической информации.
Что происходит при декодировании (воспроизведении звука?). Код превращается в электрические колебания, которые выводящие устройства преобразуют в колебания воздуха.
Понятие 8
Несмотря на такое детальное рассмотрение, у многих может возникнуть вопрос: от чего же зависит качество звуков? Если коротко, то от результат дискретизации. Если подробно, то играет роль количество битов и дискретизация – вместе они формируют такой показатель как глубина звука. Это происходит за счёт возможности кодирования каждого участка.
Способы кодирования видеозаписи
Видеозаписи являются хорошим примером компиляции звуковой и графической информации.
Звук кодируется стандартным способом, по тем же алгоритмам, которые были рассмотрены ранее.
Что касается изображения, то технология записи изображений чем-то напоминает растровую графику, но, в целом, есть и довольно занятные особенности. Например: одна секунда видео = 25+- быстро сменяющихся кадров. Нашему глазу сложно это почувствовать, так как кадры не сильно отличаются друг от друга. Поэтому чаще всего при кодировке видеофайлов, записывается только базовый кадр, а второй и последующие формируются с использованием отличий одного кадра от другого.