Кодирование графической информации — в помощь студенту

  • Практическая работа
  • Кодирование текстовой и графической информации в компьютере
  • Цель работы:
  • Научиться определять числовые коды символов, вводить символы с помощью числовых кодов.
  • Теоретические сведения:

С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать любое сообщение.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Это явилось причиной того, что в компьютере обязательно должно быть организованно два важных процесса: Кодирование – преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, т.е. двоичный код.

Декодирование – преобразование данных из двоичного кода в форму, понятную человеку.

Начиная с 60-х годов, компьютеры все больше стали использовать для обработки текстовой информации и в настоящее время большая часть ПК в мире занято обработкой именно текстовой информации.

Традиционно для кодирования одного символа используется количество информации = 1 байту (1 байт = 8 битов). Для кодирования одного символа требуется один байт информации. Учитывая, что каждый бит принимает значение 1 или 0, получаем, что с помощью 1 байта можно закодировать 256 различных символов. (28=256)

Кодирование заключается в том, что каждому символу ставиться в соответствие уникальный двоичный код от 00000000 до 11111111 (или десятичный код от 0 до 255).

В настоящее время существуют пять различных кодовых таблиц для русских букв (Windows, MS-DOS, КОИ-8, Mac, ISO) поэтому тексты, созданные в одной кодировке, не будут правильно отображаться в другой.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Одноосные и двухосные кристаллы - в помощь студенту

Оценим за полчаса!

Для разных типов ЭВМ используются различные таблицы кодировки.

С распространением персональных компьютеров типа IBM PC международным стандартом стала таблица кодировки под названием ASCII (American Standart Code for Information Interchange) – американский стандартный код для информационного обмена.

Кодирование графической информации - в помощь студенту

Стандартной в этой таблице является только первая половина, т.е. символы с номерами от 0 (00000000) до 127 (0111111). Сюда входят буква латинского алфавита, цифры, знаки препинания, скобки и некоторые другие символы.

Остальные 128 кодов используются в разных вариантах. В русских кодировках размещаются символы русского алфавита.

В последние годы получил широкое распространение новый международный стандарт Unicode, который отводит на каждый символ два байта. С его помощью можно закодировать 65536 (216= 65536 ) различных символов.

Кодирование растровых изображений

Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. Пиксель – минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом.

В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация.

Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол).

Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета (красный, зеленый, синий и так далее).

  1. Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).
  2. Для четырех цветного – 2 бита.
  3. Для 8 цветов необходимо – 3 бита.
  4. Для 16 цветов – 4 бита.
  5. Для 256 цветов – 8 бит (1 байт).
  6. Качество изображения зависит от количества точек (чем меньше размер точки и, соответственно, больше их количество, тем лучше качество) и количества используемых цветов (чем больше цветов, тем качественнее кодируется изображение).

Для представления цвета в виде числового кода используются две обратных друг другу цветовые модели: RGB или CMYK.

Модель RGB используется в телевизорах, мониторах, проекторах, сканерах, цифровых фотоаппаратах… Основные цвета в этой модели: красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue).

Цветовая модель CMYK используется в полиграфии при формировании изображений, предназначенных для печати на бумаге.

Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемых для кодирования цвета точки.

Если кодировать цвет одной точки изображения тремя битами (по одному биту на каждый цвет RGB), то мы получим все восемь различных цветов.

  R      G      B   Цвет
1 1 1 Белый
1 1 0 Желтый
1 0 1 Пурпурный
1 0 0 Красный
0 1 1 Голубой
0 1 0 Зеленый
0 0 1 Синий
0 0 0 Черный

На практике же, для сохранения информации о цвете каждой точки цветного изображения в модели RGB обычно отводится 3 байта (то есть 24 бита) — по 1 байту (то есть по 8 бит) под значение цвета каждой составляющей.

Таким образом, каждая RGB-составляющая может принимать значение в диапазоне от 0 до 255 (всего 28=256 значений), а каждая точка изображения, при такой системе кодирования может быть окрашена в один из 16 777 216 цветов.

Такой набор цветов принято называть TrueColor (правдивые цвета), потому что человеческий глаз все равно не в состоянии различить большего разнообразия.

Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой точке (код цвета точки) должна храниться в видеопамяти компьютера.

Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов. В современных компьютерах разрешение экрана обычно составляет 1280х1024 точек. Т.е. всего 1280 * 1024 = 1310720 точек.

При глубине цвета 32 бита на точку необходимый объем видеопамяти:

  • 32 * 1310720 = 41943040 бит = 5242880 байт = 5120 Кб = 5 Мб.
  • Практические задания
  • Задание 1.
  • В текстовом редакторе Word определить числовые коды нескольких символов: (в кодировке Windows)
  • Ход работы:
  1. Запустить текстовый редактор Word командой [Программы-MicrosoftWord].

  2. Ввести команду [Вставка-Символ…]. На экране появится диалоговая панель Символ. Центральную часть диалоговой панели занимает таблица символов.

Кодирование графической информации - в помощь студенту

  1. Для определения десятичного числового кода символа в кодировке Windowsс помощью раскрывающегося списка из: выбрать тип кодировки кириллица (dec).

  2. В таблице символов выбрать символ (например, прописную букву «А»). В текстовом поле Код знака: появится десятичный числовой код символа (в данном случае 192).

  3. Закодировать номер группы

  1. Задание 2.
  2. В текстовом редакторе Блокнот ввести с помощью числовых кодов последовательность символов в кодировке MSDOS.
  3. Ход работы:
  1. Запустить стандартное приложение Блокнот командой [Программы-Стандартные-Блокнот].

  2. С помощью дополнительной цифровой клавиатуры при нажатой клавише {Alt} ввести число 224, в документе появится символ «р».

  3. Расшифровать заданные коды:

  1. 87 105 110 100 111 119 115

  2. 75 108 97 118 105 97 116 117 114 97

Задание 3.

Проведите эксперимент в графическом редакторе Paint, если для каждого цвета пикселя взяты два уровня градации яркости. Какие цвета вы получите? Ответ оформите в виде таблицы. Кодирование графической информации - в помощь студенту

Задание 4.

Проведите эксперимент в графическом редакторе Paint.net и установите соответствие между цветами и их шестнадцатиричными кодами.

Кодирование графической информации - в помощь студенту

Контрольные вопросы:

  1. Какой принцип кодирования текстовой информации используется в компьютере?

  2. Почему при кодировании текстовой информации в компьютере в большинстве кодировок используется 256 различных символов, хотя русский алфавит включает только 33 буквы?

  3. Как называется международная таблица кодировки символов?

  4. С какой целью ввели кодировку Unicode, которая позволяет закодировать 65 536 различных символов?

  5. Что такое TrueColor?

Источник: https://videouroki.net/razrabotki/praktichieskaia-rabota-po-tiemie-kodirovaniie-tiekstovoi-i-ghrafichieskoi-inform.html

�стория науки и техники Com New

Графическая информация, представленная в виде рисунков, фотографий, слайдов, подвижных изображений (анимация, видео), схем, чертежей, может создаваться и редактироваться с помощью компьютера, при этом она соответствующим образом кодируется. В настоящее время существует достаточно большое количество прикладных программ для обработки графической информации, но все они реализуют три вида компьютерной графики: растровую, векторную и фрактальную.

Если более пристально рассмотреть графическое изображение на экране монитора компьютера, то можно увидеть большое количество разноцветных точек (пикселов – от англ.

pixel, образованного от picture element – элемент изображения), которые, будучи собраны вместе, и образуют данное графическое изображение.

�з этого можно сделать вывод: графическое изображение в компьютере определенным образом кодируется и должно быть представлено в виде графического файла.

Файл является основной структурной единицей организации и хранения данных в компьютере и в данном случае должен содержать информацию о том, как представить этот набор точек на экране монитора.

Файлы, созданные на основе векторной графики, содержат информацию в виде математических зависимостей (математических функций, описывающих линейные зависимости) и соответствующих данных о том, как построить изображение объекта с помощью отрезков линий (векторов) при выводе его на экран монитора компьютера.

Файлы, созданные на основе растровой графики, предполагают хранение данных о каждой отдельной точке изображения.

Для отображения растровой графики не требуется сложных математических расчетов, достаточно лишь получить данные о каждой точке изображения (ее координаты и цвет) и отобразить их на экране монитора компьютера.

В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация, т. е. изображение разбивается на отдельные точки и каждой точке задается код цвета (желтый, красный, синий и т. д.).

Для кодирования каждой точки цветного графического изображения применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные его составляющие, в качестве которых используют три основных цвета: красный (английское слово Red, обозначают буквой К), зеленый (Green, обозначают буквой G), синий (Blue, обозначают букой В). Любой цвет точки, воспринимаемый человеческим глазом, можно получить путем аддитивного (пропорционального) сложения (смешения) трех основных цветов – красного, зеленого и синего. Такая система кодирования называется цветовой системой RGB. Файлы графических изображений, в которых применяется цветовая система RGB, представляют каждую точку изображения в виде цветового триплета – трех числовых величин R, G и В, соответствующих интенсивностям красного, зеленого и синего цветов. Процесс кодирования графического изображения осуществляется с помощью различных технических средств (сканера, цифрового фотоаппарата, цифровой видеокамеры и т. д.); в результате получается растровое изображение. При воспроизведении цветных графических изображений на экране цветного монитора компьютера цвет каждой точки (пикселя) такого изображения получается путем смешения трех основных цветов R,G и B.

Качество растрового изображения определяется двумя основными параметрами – разрешением (количеством точек по горизонтали и вертикали) и используемой палитрой цветов (количеством задаваемых цветов для каждой точки изображения). Разрешение задается указанием числа точек по горизонтали и по вертикали, например 800 на 600 точек.

Между количеством цветов, задаваемых точке растрового изображения, и количеством информации, которое необходимо выделить для хранения цвета точки, существует зависимость, определяемая соотношением (формула Р. Хартли) :

Кодирование графической информации - в помощь студенту

где I – количество информации; N – количество цветов, задаваемых точке.

Количество информации, необходимое для хранения цвета точки, называют также глубиной цвета, или качеством цветопередачи.

Так, если количество цветов, задаваемых для точки изображения, N = 256, то количество информации необходимое для ее хранения (глубина цвета) в соответствии с формулой (3.1) будет равно I = 8 бит.

В компьютерах для отображения графической информации используются различные графические режимы работы монитора.

Здесь необходимо отметить, что кроме графического режима работы монитора есть также текстовый режим, при котором экран монитора условно разбивается на 25 строк по 80 символов в строке.

Эти графические режимы характеризуются разрешением экрана монитора и качеством цветопередачи (глубиной цвета).

Для установки графического режима экрана монитора в операционной системе MS Windows ХР необходимо выполнить команду: [Кнопка Пуск – Настройка – Панель управления – Экран].

В появившемся диалоговом окне «Свойства: Экран» (рис. 3.

12) необходимо выбрать вкладку «Параметры» и с помощью ползунка «Разрешение экрана» выбрать соответствующее разрешение экрана (800 на 600 точек, 1024 на 768 точек и т. д.). С помощью раскрывающегося списка «Качество цветопередачи» можно выбрать глубину цвета – «Самое высокое (32 бита)», «Среднее (16 бит)» и т. д., при этом количество цветов, задаваемых каждой точке изображения, будет соответственно равно 2 (4294967296), 2 (65536) и т. д.

Кодирование графической информации - в помощь студенту

Р рёсѓ.в 3.12. р”рёр°р»рѕрірѕрірѕрµ рѕрєрѕрѕ в«рўрірѕр№сѓс‚рір°: р­рєсђр°рѕв»

Для реализации каждого из графических режимов экрана монитора необходим определенный информационный объем видеопамяти компьютера. Необходимый информационный объем видеопамяти (V) определяется из соотношения

Кодирование графической информации - в помощь студенту

где К – количество точек изображения на экране монитора (К = А · В); А – количество точек по горизонтали на экране монитора; В – количество точек по вертикали на экране монитора; I – количество информации (глубина цвета).

Так, если экран монитора имеет разрешающую способность 1024 на 768 точек и палитру, состоящую из 65 536 цветов, то глубина цвета в соответствии с формулой (3.

1) составит I = log65 538 = 16 бит, количество точек изображения будет равно: К = 1024 х 768 = 786432, и требуемый информационный объем видеопамяти в соответствии с (3.

2) будет равен

V = 786432 · 16 бит = 12582912 бит = 1572864 байт = 1536 Кбайт = 1,5 Мбайт.

Р’ заключение необходимо заметить, что РєСЂРѕРјРµ перечисленныхарактеристик важнейшими характеристиками монитора являются геометрические размеры его экрана Рё точки изображения. Геометрические размеры экрана задаются величиной диагонали монитора. Величина диагонали мониторов задается РІ дюймах (1 РґСЋР№Рј = 1″ = 25,4 РјРј) Рё может принимать значения, равные: 14″, 15″, 17″, 21″ С‚.В Рґ. Современные технологии производства мониторов РјРѕРіСѓС‚ обеспечить размер точки изображения равный 0,22 РјРј.

Таким образом, для каждого монитора существует физически максимально возможная разрешающая способность экрана, определяемая величиной его диагонали и размером точки изображения.

Источник: http://ComNew.ru/text/yashin/10.htm

Изучаем Информатику. 2 тема. Кодирование информации

Одно из основных достоинств компьютера связано с тем, что это удивительно универсальная машина.

Каждый, кто хоть когда-нибудь с ним сталкивался, знает, что занятие арифметическими подсчетами составляет совсем не главный метод использования компьютера.

Компьютеры прекрасно воспроизводят музыку и видеофильмы, с их помощью можно организовывать речевые и видеоконференции в Интернете, создавать и обрабатывать графические изображения и и.д

Человек выражает свои мысли в виде предложений, составленных из слов. Они являются алфавитным представлением информации. Основу любого языка составляет алфавит — конечный набор различных знаков (символов) любой природы, из которых складывается сообщение.

Одна и та же запись может нести разную смысловую нагрузку. Например, набор цифр 251299 может обозначать: массу объекта; длину объекта; расстояние между объектами; номер телефона; запись даты 25 декабря 1999 года.

Для представления информации могут использоваться разные коды и, соответственно, надо знать определенные правила — законы записи этих кодов, т.е. уметь кодировать.

Код— 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. Таким образом, кодирование сводиться к использованию совокупности символов по строго определенным правилам.

Кодировать информацию можно различными способами: устно; письменно; жестами или сигналами любой другой природы.

Картинка из интернета

Способ кодирования  (форма представления) информации зависит от цели, ради которой осуществляется кодирование. Такими целями могут быть сокращение записи, засекречивание (шифровка) информации, удобство обработки и т. п. 

  • Чаще всего применяют следующие способы кодирования информации: 
  • 1) графический — с помощью рисунков или значков;
  • 2) числовой — с помощью чисел:
  • 3) символьный с помощью символов того же алфавита, что и исходный текст. 
  • Переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки, также называют кодированием

Действия по восстановлению первоначальной формы представления информации принято называть декодированием. Для декодирования надо знать код.

Кодирование текстовой информации

Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию. Для хранения двоичного кода одного символа выделен 1 байт = 8 бит.

Читайте также:  Плоттер - в помощь студенту

Учитывая, что каждый бит принимает значение 0 или 1, количество их возможных сочетаний в байте равно 28 = 256.

Значит, с помощью 1 байта можно получить 256 разных двоичных кодовых комбинаций и отобразить с их помощью 256 различных символов.

Такое количество символов вполне достаточно для представления текстовой информации, включая прописные и заглавные буквы русского и латинского алфавита, цифры, знаки, графические символы и т.д.

Кодирование заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный десятичный код от 0 до 255 или соответствующий ему двоичный код от00000000 до 11111111. Таким образом, человек различает символы по их начертанию, а компьютер — по их коду.

Важно, что присвоение символу конкретного кода — это вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовой таблице.

Кодирование текстовой информации с помощью байтов опирается на несколько различных стандартов, но первоосновой для всех стал стандарт ASCII (American Standart Code for Information Interchange), разработанный в США в Национальном институте ANSI (American National Standarts Institute).

В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования — базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255.

Первые 33 кода (с 0 до 32) соответствуют не символам, а операциям (перевод строки, ввод пробела и т. д.). 

Коды с 33 по 127 являются интернациональными и соответствуют символам латинского алфавита, цифрам, знакам арифметических операций и знакам препинания.

Коды с 128 по 255 являются национальными, т.е. в национальных кодировках одному и тому же коду соответствуют различные символы. В настоящее время существует много различных кодовых таблиц для русских букв (КОИ-8, СР1251, СР866, Mac, ISO),поэтому тексты, созданные в одной кодировке , могут не правильно отображаться в другой.

Кодирование графической информации

Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, которые, в свою очередь, содержат определенное количество точек (пикселей). Каждому пикселю присвоен код, хранящий информацию о цвете пикселя.

  1. Для получения черно-белого изображения (без полутонов) пиксель может принимать только два состояния: “белый” или “черный”. Тогда для его кодирования достаточно 1 бита:
  2. 1 – белый,
  3. 0 – черный. 

Пиксель на цветном дисплее может иметь различную окраску. Поэтому 1 бита на пиксель – недостаточно.

  • Для кодирования 4-цветного изображения требуется два бита на пиксель, поскольку два бита могут принимать 4 различных состояния. Может использоваться, например, такой вариант кодировки цветов:
  • 00 – черный 10 – зеленый
  • 01 – красный 11 – коричневый
  • Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого, синего. Из трех цветов можно получить восемь комбинаций:
  • К З С Цвет
  • 0 0 0 Черный
  • 0 0 1 Синий
  • 0 1 0 Зеленый
  • 0 1 1 Голубой
  • 1 0 0 Красный
  • 1 0 1 Розовый
  • 1 1 0 Коричневый
  • 1 1 1 Белый
  • Следовательно, для кодирования 8-цветного изображения требуется три бита памяти на один пиксель.
  • Для получения богатой палитры цветов базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности, тогда количество различных вариантов их сочетаний, дающих разные краски и оттенки, увеличивается.

Шестнадцатицветная палитра получается при использовании 4-разрядной кодировки пикселя: к трем битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно.

Продолжение в следующей статье

Пиши комментарии, ставьте лайки, подписывайтесь на канал

Всем мира и добра

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5d4a77df027a1500ae81129a/5d7f6f86fbe6e73d64159193

Тема "Кодирование графической информации" методическая разработка по информатике и икт (9 класс) на тему

  • Слайд 1
  • Слайд 2
  • компьютерная графика это создание, хранение и обработка моделей объектов и их изображений с помощью компьютера
  • Слайд 3
  • Для преобразования «естественной» информации в дискретную форму ее подвергают дискретизации и квантованию Дискретизация — процедура устранения временн ó й и/или пространственной непрерывности естественных сигналов, являющихся носителями информации
  • Слайд 4

Представление графической информации в компьютере

Пространственная дискретизация – изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты, в пределах которого характеристики изображения считают неизменными. С информационной точки зрения графическое изображение является совокупностью световых сигналов на плоскости: отдельные световые сигналы различаются местоположением, цветовым оттенком и яркостью Дискретизация — способ выделения конечного числа пространственных элементов, информация о которых будет сохранена в компьютере. Информация об остальных элементах пространства будет утеряна ! Для преобразования «естественной» информации в дискретную форму ее подвергают дискретизации и квантованию

Слайд 5

Квантованием называют процедуру преобразования непрерывного диапазона всех возможных входных значений измеряемой величины в дискретный набор выходных значений При квантовании диапазон возможных значений измеряемой величины разбивается на несколько поддиапазонов (уровней) .

При измерении определяется поддиапазон, в который попадает значение, и в компьютере сохраняется только номер поддиапазона. Пусть яркость серого оттенка составляет 70%.

Это значение попадает в поддиапазон 4(67% — 83%), поэтому в компьютере этот оттенок серого будет закодирован числом 4 .

  1. Слайд 7
  2. Компьютерное изображение живописного произведения , цифровая запись музыкального произведения всегда отличаются от оригиналов в худшую сторону Выводы Дискретизация и квантование всегда приводят к потере доли информации.
  3. Слайд 8
  4. Векторное представление графической информации Векторное представление описывает, как построить исходное изображение при помощи стандартных геометрических фигур из заранее определенного набора (графических примитивов) Построение векторного представления называется векторизацией изображения
  5. Слайд 9
  6. Примеры векторных компьютерных изображений
  7. Слайд 10

Растровое представление графической информации Процедура разбиения изображения на пиксели называется растеризацией , или оцифровкой , изображения. Растр – специальным образом организованная совокупность пикселей, на которой представляется изображение. Координаты , форма и размеры пикселей задаются при определении растра.

Изменяемым атрибутом пикселей является ЦВЕТ . Пиксель – наименьший элемент изображения на экране (точка изображения) Для представления плохо векторизируемых изображений используют растровое представление (изображение разбивается на множество маленьких элементов, расположенных в пространстве определенным образом).

Порядок разбиения изображения на элементы называется растром

Слайд 11

Растровое представление графической информации В технике и компьютерной графике чаще всего используют прямоугольный растр, в котором пиксели составляют прямоугольную матрицу (сетку) Размер сетки растра , задаваемый в виде M*N , где M — число пикселей по горизонтали, N – число пикселей по вертикали называется разрешающей способностью (или графическим разрешением ) экрана.

Видеопамять – оперативная память, хранящая видеоинформацию во время ее воспроизведения в изображение на экране ( может делиться на страницы ). Страница – раздел видеопамяти, вмещающий информацию об одном образе экрана (одной картинке) Графический файл – файл, хранящий информацию о графическом изображении.

Стандартные значения графического разрешения экрана : 640*480 800*600 1024*768 1280*1024 1600*1200

  • Слайд 12
  • Примеры растровой компьютерной графики
  • Слайд 13

Квантование цвета Квантование (кодирование) цвета базируется на математическом описании цвета , которое опирается на тот факт, что цвета можно измерять и сравнивать . Научная дисциплина, изучающая вопросы измерения цветовых характеристик, называется метрологией цвета или колориметрией .

Исаак Ньютон : — спектральные цвета являются неразложимыми, — любой цвет можно синтезировать (в т.ч. и белый) путем смешивания спектральных цветов. М.

Ломоносов : — трехкомпонентная теория цвета; Герман Грассман: — математический аппарат трехкомпонентной теории цвета ( законы Грассмана для аддитивной теории цвета );

Слайд 14

Законы Грассмана Закон трехмерности : с помощью трех выбранных линейно независимых цветов можно однозначно выразить любой цвет. (Цвета считаются линейно независимыми, если никакой из них нельзя получить путем смешения остальных) Закон непрерывности : при непрерывном изменении излучения цвет смеси также меняется непрерывно.

(К любому цвету можно подобрать бесконечно близкий цвет) Закон аддитивности : все цвета равноправны, разложение цветов можно выполнять по любым независимым цветам. Цвета – это характеристики реальных объектов, а колометрические законы Грассмана устанавливают общие свойства математических моделей света. Любому цвету можно поставить в соответствие некоторую точку трехмерного пространства.

Абсолютно черному телу всегда соответствует точка (0.0.0)

Слайд 15

Цветовые модели Цвета можно рассматривать как точки или векторы в трехмерном цветовом пространстве. Каждая цветовая модель задает в нем некоторую систему координат, кв которой основные цвета модели играют роль базисных векторов.

В компьютерной технике чаще всего используются следующие цветовые модели: RGB (Red-Green-Blue , красный – зеленый – синий) CMYK (Cyan-Magenta-Yellow , голубой – пурпурный — желтый – черный) HSB (Hue – Saturation – Brightness , цветовой тон – насыщенность – яркость)

  1. Слайд 16
  2. Цветовая модель R G B
  3. Слайд 17
  4. Цветовая модель R G B ( 0 , 0 , 1 ) синий R B G (0,0,0) черный ( 1 , 1 , 1 ) белый ( 1 , 0 , 0 ) красный ( 1 , 1 , 0 ) желтый ( 0 , 1 , 1 ) голубой ( 1 , 0 , 1 ) пурпур ( 0 , 1 , 0 ) зеленый Любая точка куба ( r, g, b ) определяет какой-то цвет; Линия (0,0,0) – (1,1,1) описывает все градации серого от черного до белого; На гранях куба расположены самые насыщенные цвета; Чем ближе точка к главной диагонали, тем менее насыщен соответствующий цвет; Если все три координаты точки ( r, g, b ) ненулевые, то цвет ненасыщенный, причем, наименьшее значение определяет долю серого оттенка, а разность значений – тон и долю насыщенного цветового оттенка.
  5. Слайд 18
  6. Цветовая модель C M Y K
  7. Слайд 19
  8. Цветовая модель C M Y K Любая точка куба (С , M, Y ) определяет какой-то цвет; Линия (0,0,0) – (1,1,1) описывает все градации серого от черного до белого; На гранях куба расположены самые насыщенные цвета; Чем ближе точка к главной диагонали, тем менее насыщен соответствующий цвет; Если все три координаты точки ( r, g, b ) ненулевые, то цвет ненасыщенный, причем, набольшее значение определяет долю серого оттенка, а разность значений – тон и долю насыщенного цветового оттенка. ( 0 , 0 , 1 ) синий Y С M (0,0,0) черный ( 1 , 1 , 1 ) белый ( 1 , 0 , 0 ) красный ( 1 , 1 , 0 ) желтый ( 0 , 1 , 1 ) голубой ( 1 , 0 , 1 ) пурпур ( 0 , 1 , 0 ) зеленый
  9. Слайд 20
  10. Цветовая модель HSB ( Hue-Saturation-Brightness) (цветовой тон-насыщенность-яркость)
  11. Слайд 21

Цветовая модель HSB ( Hue-Saturation-Brightness) (цветовой тон-насыщенность-яркость) Чистый цветовой тон – один из цветов спектрального разложения цвета.

Цветовой оттенок – смесь чистого цветового тона с серым цветом. Насыщенность цвета – доля чистого тона в цветовой смеси.

Яркость характеризуется общей светлостью смешиваемых цветов зеленый желтый красный пурпурный синий голубой черный ЯРКОСТЬ ШКАЛА ЦВЕТОВЫХ ТОНОВ НАСЫЩЕННОСТЬ

  • Слайд 22
  • Цветовое пространство модели HSB зеленый желтый красный пурпурный синий голубой черный ЯРКОСТЬ ШКАЛА ЦВЕТОВЫХ ТОНОВ НАСЫЩЕННОСТЬ Разрез конуса в плоскости постоянной яркости
  • Слайд 23

В цветовом пространстве HSB хорошо видна связь между моделями RGB и CMYK : на цветовом круге основные цвета одной модели расположены точно напротив основных цветов другой модели; Цвета модели RGB , которые не попадают в треугольник, полученный соединением основных цветов, в RGB модели будут непредставимы; Аналогично – для модели CMYK ВЫВОДЫ : Модель HSB позволяет закодировать практически все цвета, воспринимаемые человеком. Модели RGB и CMYK описывают возможности компьютерных устройств по воспроизведению цвета. Некоторые цвета в принципе не могут быть воспроизведены на компьютере

Слайд 24

Битовая глубина Количество бит, используемых для кодирования цвета одной точки называется глубиной цвета (битовой глубиной, цветовым разрешением) От глубины цвета зависит количество отображаемых цветов, которое может быть вычислено по формуле: N =2 k , где N – количество отображаемых цветов, k – глубина цвета. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 4, 8, 16 или 24 бита на точку . Глубина цвета, к (бит) Количество отображаемых цветов, N 1 ( монохромная) 2 1 = 2 3 2 3 = 8 4 2 4 = 16 8 2 8 = 256 16 (High Color) 2 16 = 65 536 24 (True Color) 2 24 = 16 777 216

  1. Слайд 25
  2. 8 основных цветовых комбинаций Цвет R G B Цвет R G B Черный 0 0 0 Красный 1 0 0 Синий 0 0 1 Фиолетовый 1 0 1 Зеленый 0 1 0 Коричневый 1 1 0 Голубой 0 1 1 Белый 1 1 1
  3. Слайд 26
  4. Кодирование 16-цветной палитры Цвет Яркость R G B Цвет Яркость R G B Черный 0 0 0 0 Серый 1 0 0 0 Синий 0 0 0 1 Светло-синий 1 0 0 1 Зеленый 0 0 1 0 Светло-зеленый 1 0 1 0 Голубой 0 0 1 1 Светло-голубой 1 0 1 1 Красный 0 1 0 0 Светло-красный 1 1 0 0 Фиолетовый 0 1 0 1 Светло-фиолетовый 1 1 0 1 Коричневый 0 1 1 0 Желтый 1 1 1 0 Белый 0 1 1 1 Ярко-белый 1 1 1 1
  5. Слайд 27
  6. Кодирование основных цветов при глубине цвета 24 бит ( RGB) Цвет Интенсивность R G B Черный 00000000 00000000 00000000 Синий 00000000 00000000 11111111 Зеленый 00000000 11111111 00000000 Голубой 00000000 11111111 11111111 Красный 11111111 00000000 00000000 Фиолетовый 11111111 00000000 11111111 Коричневый 11111111 11111111 00000000 Белый 11111111 11111111 11111111
  7. Слайд 28
  8. Битовая карта изображения Битовая карта является двоичным кодом изображения, хранится в видеопамяти компьютера, считывается видеопроцессором ( не реже 60 раз в секунду – частота обновления экрана ) и отображается на экран. Битовая карта черно-белого изображения будет выглядеть так: 00000000 00100100 00101000 00110000 00110000 00101000 00100100 00100010 Битовая карта при трехбитном кодировании изображения будет выглядеть так: 011 011 011 011 011 011 011 011 011 011 001 011 011 001 011 011 011 011 001 011 001 011 011 011 011 011 001 001 011 011 011 011 011 011 001 001 011 011 011 011 011 011 001 011 001 011 011 011 011 011 001 011 011 001 011 011 011 011 001 011 011 011 001 011 Информационный объем изображения I = 8*8*1(бит)=64 бита=8 байт Информационный объем изображения I = 8*8*3(бит)=192 бита=24 байт
  9. Слайд 29
  10. При масштабировании (изменении размеров изображения) качество растрового изображения значительно ухудшается При увеличении проявляется «пикселизованность» — контуры становятся ступенчатыми (добавляются лишние точки с цветом соседней точки) При уменьшении безвозвратно теряется часть информации (уменьшается количество точек) Несжатое полноцветное растровое изображение занимает значительное место в памяти компьютера.
  11. Слайд 30

Векторная графика В векторном представлении графическое изображение на экране формируется из объектов – линий, прямоугольников, окружностей, дуг, закрасок – которые называются графическими примитивами .

В этом случае графическая информация – это данные, однозначно определяющие все графические примитивы, составляющие рисунок (координаты, толщину линий, цвет).

Векторные команды: Цвет черный Линия 3, 2, 3, 8 Линия 4, 4, 6, 2 Линия 4, 5, 7, 8 Векторное изображение занимает значительно меньше места, легко масштабируется, при этом качество изображения не ухудшается.

Слайд 31

Источник: https://nsportal.ru/shkola/informatika-i-ikt/library/2015/10/22/tema-kodirovanie-graficheskoy-informatsii

Кодирование графической информации

ИЗМЕРЕНИЕ И КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ

Единицы информации

Бит — минимальная единица информации, представляющая собой наименьшую порцию памяти — 1 двоичный разряд. Бит обозначает количество информации, необходимое для различения двух равновероятных событий — значение размером в 1 бит представляет собой сообщение, уменьшающее неопределенность знания в два раза.

  • Байт — основная единица информации.
  • 1 байт = 8 бит; 1 Кбайт = 210 байт = 1024 байт; 1 Мбайт = 210 Кбайт = 1024 Кбайт; 1 Гбайт = 210Мбайт = 1024 Мбайт
  • Определение количества (объема) информации
  • Вероятностный подход к измерению количества информации — рассматривает информацию с точки зрения повышения определенности знания в результате ее получения:
  • Количество (объем) получаемой информации (I) при известном количестве возможных событий (N):
  • Для равновероятных событий: I = log2N
  • Для разновероятных событий: (формула Шеннона),
  • I — кол-во информации (бит), N — кол-во возможных событий, Pi — вероятность i-го события, i = 1, 2, …, N.

Алфавитный подход к измерению количества информации — рассматривает информацию с точки зрения ее представления как некоторой последовательности знаков (букв, цифр, кодов цвета точек изображения и т. п.).

Алфавит знаковой системы — полный набор знаков, используемых для формирования сообщений в данной знаковой системе.

Объем информации, который несет каждый знак (информационная емкость знака, объем занимаемой памяти): I = log2N, где N — кол-во знаков в алфавите.

Количество (объем) информации, которое содержит сообщение, закодированное с помощью знаковой системы, равно: Информационная емкость знака * Количество знаков в сообщении.

Представление информации в компьютере

Все виды информации в компьютере обрабатываются в двоично-кодированном виде — т. е. в виде последовательности нулей и единиц, на физическом уровне представляемой в форме электрических импульсов: 1 — есть импульс, 0 — нет импульса.

Логические последовательности нулей и единиц представляют собой машинный язык.

Кодирование текстовой информации

Принцип кодирования: каждому символу ставится в соответствие определенный уникальный числовой (двоичный) код. Таблица, устанавливающая такое соответствие, называется таблицей кодировки символов.

Количество различных символов (N), которые можно закодировать с помощью какой-либо таблицы кодировки, определяется числом двоичных разрядов (k), отводимых под кодирование одного символа: N=2k. Наибольшее распространение получило 8-разрядное кодирование (на кодирование одного символа отводится 8 бит = 1 байт), позволяющее закодировать N=28=256 различных символов.

В различных кодировках: коды от 0 до 32 — соответствуют управляющим клавишам (Enter, Esc и т. п.); от 33 до 127 — латинским буквам, цифрам, знакам арифметическим операций и знакам препинания; от 128 до 255 (расширенная часть таблицы кодировки) — для символов национальных алфавитов (в т. ч. кириллицы).

  1. Наиболее распространенные 8-разрядные таблицы кодировок: ASCII (принята в качестве стандарта в MS-DOS), Windows-1251 (CP1251), КОИ-8, ISO.
  2. UNICODE — 16-разрядная кодировка символов, позволяющая закодировать 216 = 65536 различных символов.
  3. Кодирование графической информации
  4. Минимальный объект кодирования растрового графического изображения — пиксель.

В основе кодирования цветных графических изображений — принцип декомпозиции цветов — т. е. разложение произвольного цвета на основные составляющие (например, по системе RGB: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue)).

Читайте также:  Конкуренция, совершенная конкуренция - в помощь студенту

Глубина кодирования (глубина цвета) — количество бит (двоичных разрядов), используемых для кодирования цвета одной точки. От глубины цвета (k) зависит количество отображаемых цветов (N) — т. е. количество возможных состояний одной точки изображения: N=2k.

Наиболее распространенные значения глубины цвета: 4, 8, 16, 24 бита на точку.

Разрешение — количество точек (пикселей) изображения, приходящихся на единицу длины. От разрешения зависит размер пикселя.

  • Наиболее частот используемые экранные разрешения: 640×480, 800×600, 1024×768, 1280×1024 точек.
  • Глубина кодирования и разрешение влияют на качество кодирования изображения.
  • Объем видеопамяти (V), необходимый для формирования графического изображения на экране: V = M * N * k, где M — кол-во точек изображения по горизонтали, N — кол-во точек изображения по вертикали, k — глубина цвета (бит).

Статьи к прочтению:

  • Кодирование и квантование сигналов
  • Кодирование информации в локальных сетях

Источник: http://csaa.ru/kodirovanie-graficheskoj-informacii/

Кодирование информации в компьютере

   Векторное и фрактальное изображения.

   Векторное изображение — это графический объект, состоящий из элементарных отрезков и дуг. Базовым элементом изоражения является линия. Как и любой объект, она обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной., цветом, начертанием (пунктирная, сплошная).

Замкнутые линии имеют свойство заполнения (или другими объектами, или выбранным цветом). Все прочие объекты векторной графики составляются из линий. Так как линия описывается математически как единый объект, то и объем данных для отображения объекта средствами векторной графики значительно меньше, чем в растровой графике.

Информация о векторном изображении кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами.

   К программным средствам создания и обработки векторной графики относятся следующие ГР: CorelDraw, Adobe Illustrator, а также векторизаторы (трассировщики) — специализированные пакеты преобразования растровых изображений в векторные.

   Фрактальная графика основывается на математических вычислениях, как и векторная. Но в отличии от векторной ее базовым элементом является сама математическая формула.

Это приводит к тому, что в памяти компьютера не хранится никаких объектов и изображение строится только по уравнениям.

При помощи этого способа можно строить простейшие регулярные структуры, а также сложные иллюстрации, которые иммитируют ландшафты.

   Задачи.
Известно, что видеопамять компьютера имеет объем 512 Кбайт. Разрешающая способность экрана 640 на 200.

Сколько страниц экрана одновременно разместится в видеопамяти при палитре
         а) из 8 цветов;
         б) 16 цветов;
         в) 256 цветов? Сколько бит требуется, чтобы закодировать информацию о 130 оттенках? Нетрудно подсчитать, что 8 (то есть 1 байт), поскольку при помощи 7 бит можно сохранить номер оттенка о 0 до 127, а 8 бит хранят от 0 до 255.

Легко видеть, что такой способ кодирования неоптимален: 130 заметно меньше 255. Подумайте, как уплотнить информацию о рисунке при его записи в файл, если известно, что          а) в рисунке одновременно содержится только 16 цветовых оттенков из 138 возможных;

         б) в рисунке присутствуют все 130 оттенков одновременно, но количество точек, закрашенных разными оттенками, сильно различаются.

   Решение. а) очевидно, что для хранения информации о 16 оттенках достаточно 4 бита (половина байта). Однако так как эти 16 оттенков выбраны из 130, то они могут иметь номера, не умещающиеся в 4 битах. Поэтому воспользуемся методом палитр.

Назначим 16 используемым в нашем рисунке оттенкам свои “локальные” номера от 1 до 15 и закодируем весь рисунок из расчета 2 точки на байт.

А затем допишем к этой информации (в конец содержащего ее файла) таблицу соответствия, состоящую из 16 пар байтов с номерами оттенков: 1 байт — наш “локальный” номер в данном рисунке, второй — реальный номер данного оттенка.

(когда вместо последнего используется закодированная информация о самом оттенке, например, сведения об яркости свечения “электроннык пушек” Red, Green, Blue электронно-лучевой трубки, то такая таблица и будет представлять собой палитру цветов). Если рисунок достаточно велик, выигрыш в объеме полученного файла будет значительным;

б) попытаемся реализовать простейший алгоритм архивации информации о рисунке. Назначим трем оттенкам, которыми закрашено минимальное количество точек, коды 128 — 130, а остальным оттенкам — коды 1 -127.

Будем записывать в файл (котрый в этом случае представлыет собой не последовательность байтов, а сплошной битовый поток) семибитные коды для оттенков с номерами от 1 до 127.

Для оставшихся же трех оттенков в битовом потоке будем записывать число-признак — семибитный 0 — и сразу за ним двухбитный “локальный” номер, а в конце файла добавим таблицу соответствия “локальных”и реальных номеров. Так как оттенки с кодами 128 — 130 встречаются редко, то семибитных нулей будет немного.

  •    Заметим, что постановка вопросов в данной задаче не исключает и другие варианты решения, без привязки к цветовому составу изображения — архивацию:
             а) на основе выделения последовательности точек, закрашенных одинаковыми оттенками и замены каждой из этих последовательностей на пару чисел (цвет),(количество) (этот принцип лежит в основе графического формата РСХ);
             б) путем сравнения пиксельных строк (запись номеров оттенков точек первой страницы целиком, а для последующих строк запись номеров оттенков только тех точек, оттенки которых отличаются от отенков точек, стоящих в той же позиции в предыдущей строке, — это основа формата GIF);
  •          в) с помощью фрактального алгоритма упаковки изображений (формат YPEG). (ИО 6,1999)

   Мир наполнен самыми разнообразными звуками: тиканье часов и гул моторов, завывание ветра и шелест листьев, пение птиц и голоса людей. О том, как рождаются звуки и что они собой представляют люди начали догадываться очень давно.

Еще древнегреческий философ и ученый — энциклопедист Аристотель, исходя из наблюдений, объяснял природу звука, полагая, что звучащее тело создает попеременное сжатие и разрежение воздуха.

Так, колеблющаяся струна то разряжает, то уплотняет воздух, а из-за упругости воздуха эти чередующиеся воздействия передаются дальше в пространство — от слоя к слою, возникают упругие волны. Достигая нашего уха, они воздействуют на барабанные перепонки и вызывают ощущение звука.

   На слух человек воспринимает упругие волны, имеющие частоту где-то в пределах от 16 Гц до 20 кГц (1 Гц — 1 колебание в секунду).

В соответствии с этим упругие волны в любой среде, частоты которых лежат в указанных пределах, называют звуковыми волнами или просто звуком. В учении о звуке важны такие понятия как тон и тембр звука.

Всякий реальный звук, будь то игра музыкальных инструментов или голос человека, — это своеобразная смесь многих гармонических колебаний с определенным набором частот.

   Колебание, которое имеет наиболее низкую частоту, называют основным тоном, другие — обертонами.

   Тембр — разное количество обертонов, присущих тому или иному звуку, которое придает ему особую окраску. Отличие одного тембра от другого обусловлено не только числом, но и интенсивностью обертонов, сопровождающих звучание основного тона. Именно по тембру мы легко можем отличить звуки рояля и скрипки, гитары и флейты, узнать голос знакомого человека.

   Музыкальный звук можно характеризовать тремя качествами: тембром, т. е. окраской звука, которая зависит от формы колебаний, высотой, определяющейся числом колебаний в секунду (частотой), и громкостью, зависящей от интенсивности колебаний.

   Компьютер широко применяют в настоящее время в различных сферах. Не стала исключением и обработка звуковой информации, музыка. До 1983 года все записи музыки выходили на виниловых пластинках и компакт-кассетах.

В настоящее время широкое распространение получили компакт-диски.

Если имеется компьютер, на котором установлена студийная звуковая плата, с подключенными к ней MIDI-клавиатурой и микрофоном, то можно работать со специализированным музыкальным программным обеспечением.

  1.    Условно его можно разбить на несколько видов:
          1) всевозможные служебные программы и драйверы, предназначенные для работы с конкретными звуковыми платами и внешними устройствами;
          2) аудиоредакторы, которые предназначены для работы со звуковыми файлами, позволяют производить с ними любые операции — от разбиения на части до обработки эффектами;
          3) программные синтезаторы, которые появились сравнительно недавно и корректно работают только на мощных компьютерах. Они позволяют экспериментировать с созданием различных звуков;
  2.       и другие.

   К первой группе относятся все служебные программы операционной системы. Так, например, win 95 и 98 имеют свои собственные программы микшеры и утилиты для воспроизведения/записи звука, проигрывания компакт-дисков и стандартных MIDI — файлов. Установив звуковую плату можно при помощи этих программ проверить ее работоспособность.

Например, программа Фонограф предназначена для работы с wave-файлами (файлы звукозаписи в формате Windows). Эти файлы имеют расширение .WAV . Эта программа предоставляет возможность воспроизводить, записывать и редактировать звукозапись приемами, аналогичными приемам работы с магнитофоном. Желательно для работы с Фонографом подключить микрофон к компьютеру.

Если необходимо сделать звукозапись, то нужно определиться с качеством звука, так как именно от нее зависит продолжительность звукозаписи. Возможная продолжительность звучания тем меньше, чем выше качество записи. При среднем качестве записи можно удовлетворительно записывать речь, создавая файлы продолжительностью звучания до 60 секунд.

Примерно 6 секунд будет продолжительность записи, имеющая качество музыкального компакт — диска.

   А как же происходит кодирование звука? С самого детства мы сталкиваемся с записями музыки на разных носителях: грампластинках, кассетах, компакт-дисках и т.д. В настоящее время существует два основных способах записи звука: аналоговый и цифровой. Но для того чтобы записать звук на какой-нибудь носитель его нужно преобразовать в электрический сигнал.

   Это делается с помощью микрофона. Самые простые микрофоны имеют мембрану, которая колеблется под воздействием звуковых волн. К мембране присоединена катушка, перемещающаяся синхронно с мембраной в магнитном поле. В катушке возникает переменный электрический ток. Изменения напряжения тока точно отражают звуковые волны.

   Переменный электрический ток, который появляется на выходе микрофона, называется аналоговым сигналом. Применительно к электрическому сигналу «аналоговый» обозначает, что этот сигнал непрерывен по времени и амплитуде. Он точно отражает форму звуковой волны, которая распространяется в воздухе.

   Звуковую информацию можно представить в дискретной или аналоговой форме. Их отличие в том, что при дискретном представлении информации физическая величина изменяется скачкообразно («лесенкой»), принимая конечное множество значений. Если же информацию представить в аналоговой форме, то физическая величина может принимать бесконечное количество значений, непрерывно изменяющихся.

   Виниловая пластинка является примером аналогового хранения звуковой информации, так как звуковая дорожка свою форму изменяет непрерывно.

Но у аналоговых записей на магнитную ленту есть большой недостаток — старение носителя. За год фонограмма, которая имела нормальный уровень высоких частот, может их потерять.

Виниловые пластинки при проигрывании их несколько раз теряют качество. Поэтому преимущество отдают цифровой записи.

   В начале 80-х годов появились компакт-диски. Они являются примером дискретного хранения звуковой информации, так как звуковая дорожка компакт — диска содержит участки с различной отражающей способностью.

Теоретически эти цифровые диски могут служить вечно, если их не царапать, т.е. их преимуществами являются долговечность и неподверженность механическому старению.

Другое преимущество заключается в том, что при цифровой перезаписи нет потери качества звука.

  •    На мультимедийных звуковых картах можно найти аналоговые микрофонный предусилитель и микшер.
  •    Цифро-аналоговое и аналого-цифровое преобразование звуковой информации.
  •    Кратко рассмотрим процессы преобразования звука из аналоговой формы в цифровую и наоборот. Примерное представление о том, что происходит в звуковой карте, может помочь избежать некоторых ошибок при работе со звуком

   Звуковые волны при помощи микрофона превращаются в аналоговый переменный электрический сигнал. Он проходит через звуковой тракт (см. приложения рисунок 1.11, схема 1) и попадает в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — устройство, которое переводит сигнал в цифровую форму.

   В упрощенном виде принцип работы АЦП заключается в следующем: он измеряет через определенные промежутки времени амплитуду сигнала и передает дальше, уже по цифровому тракту, последовательность чисел, несущих информацию об изменениях амплитуды (.см. приложения рисунок 1.11, схема 2).

   Во время аналого-цифрового преобразования никакого физического преобразования не происходит. С электрического сигнала как бы снимается отпечаток или образец, являющийся цифровой моделью колебаний напряжения в аудиотракте.

Если это изобразить в виде схемы, то эта модель представлена в виде последовательности столбиков, каждый из которых соответствует определенному числовому значению.

Цифровой сигнал по своей природе дискретен — то есть прерывист, поэтому цифровая модель не совсем точно соответствует форме аналогового сигнала.

   Семпл — это промежуток времени между двумя измерениями амплитуды аналогового сигнала .

   Дословно Sample переводится с английского как «образец». В мультимедийной и профессиональной звуковой терминологии это слово имеет несколько значений.

Кроме промежутка времени семплом называют также любую последовательность цифровых данных, которые получили путем аналого-цифрового преобразования. Сам процесс преобразования называют семплированием.

В русском техническом языке называют его дискретизацией.

   Вывод цифрового звука происходит при помощи цифро-аналогового преобразователя (ЦАП),
который на основании поступающих цифровых данных в соответствующие моменты времени генерирует электрический сигнал необходимой амплитуды (см. приложения рисунок 1.11, схема 3).

      Параметры семплирования

   Важными параметрами семплирования являются частота и разрядность.
   Частота — количество измерений амплитуды аналогового сигнала в секунду.

   Если частота семплирования не будет более чем в два раза превышать частоту верхней границы звукового диапазона, то на высоких частотах будут происходить потери. Это объясняет то, что стандартная частота для звукового компакт-диска — это частота 44.1 кГц.

Так как диапазон колебаний звуковых волн находится в пределах от 20 Гц до 20 кГц, то количество измерений сигнала в секунду должно быть больше, чем количество колебаний за тот же промежуток времени.

Если же частота дискретизации значительно ниже частоты звуковой волны, то амплитуда сигнала успевает несколько раз измениться за время между измерениями, а это приводит к тому, что цифровой отпечаток несет хаотичный набор данных. При цифро-аналоговом преобразовании такой семпл не передает основной сигнал, а только выдает шум.

   В новом формате компакт-дисков Audio DVD за одну секунду сигнал измеряется 96 000 раз, т.е. применяют частоту семплирования 96 кГц. Для экономии места на жестком диске в мультимедийных приложениях довольно часто применяют меньшие частоты: 11, 22, 32 кГц. Это приводит к уменьшению слышимого диапазона частот, а, значит, происходит сильное искажение того, что слышно.

   Если в виде графика представить один и тот же звук высотой 1 кГц (нота до седьмой октавы фортепиано примерно соответствует этой частоте), но семплированный с разной частотой (нижняя часть синусоиды не показана на всех графиках), то будут видны различия. Одно деление на горизонтальной оси , которая показывает время, соответствует 10 семплам. Масштаб взят одинаковый см.

приложения рисунок 1.13). Можно видеть, что на частоте 11 кГц примерно пять колебаний звуковой волны приходится на каждые 50 семплов, то есть один период синусоиды отображается всего при помощи 10 значений. Это довольно неточная передача. В то же время, если рассматривать частоту оцифровки 44 кГц, то на каждый период синусоиды приходится уже почти 50 семплов.

Это позволяет получить сигнал хорошего качества.

   Разрядность указывает с какой точностью происходят изменения амплитуды аналогового сигнала. Точность, с которой при оцифровке передается значение амплитуды сигнала в каждый из моментов времени, определяет качество сигнала после цифро-аналогового преобразования. Именно от разрядности зависит достоверность восстановления формы волны.

   Для кодирования значения амплитуды используют принцип двоичного кодирования. Звуковой сигнал должен быть представленным в виде последовательности электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

Обычно используют 8, 16-битное или 20-битное представление значений амплитуды. При двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала его заменяют последовательностью дискретных уровней сигнала.

От частоты дискретизации (количества измерений уровня сигнала в единицу времени) зависит качество кодирования. С увеличением частоты дискретизации увеличивается точность двоичного представления информации.

При частоте 8 кГц (количество измерений в секунду 8000) качество семплированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции, а при частоте 48 кГц (количество измерений в секунду 48000) — качеству звучания аудио- CD.

  1.    Если использовать 8-битное кодирование, то можно достичь точность изменения амплитуды аналогового сигнала до 1/256 от динамического диапазона цифрового устройства (28 = 256).
  2.    Если использовать 16-битное кодирование для представления значений амплитуды звукового сигнала, то точность измерения возрастет в 256 раз.
  3.    В современных преобразователях принято использовать 20-битное кодирование сигнала, что позволяет получать высококачественную оцифровку звука.
  4.    Вспомним формулу К = 2a . Здесь К — количество всевозможных звуков (количество различных уровней сигнала или состояний), которые можно получить при помощи кодирования звука а битами

Источник: http://marklv.narod.ru/book/codir.htm

Ссылка на основную публикацию