Игра "Кодировщик"

Двоичное кодирование – это кодирование всех видов информации с помощью двух знаков (обычно 0 и 1).

  В файле хранятся не изображения символов, а  их числовые коды в двоичной системе!

растровое кодирование - точечный рисунок, состоит из пикселей

векторное кодирование - рисунок, состоит из отдельных геометрических фигур.

Пиксель – это наименьший элемент рисунка, для которого можно независимо установить цвет.

Кодирование информации

• Двоичное кодирование
• Кодирование чисел и символов
• Кодирование рисунков
• Кодирование звука

Кодирование информации

Тема 1. Двоичное кодирование

Двоичное кодирование

Двоичное кодирование – это кодирование всех видов информации с помощью двух знаков (обычно 0 и 1).

Передача электрических сигналов:

сигнал с помехами

U

сигнал с помехами

U

5 В

« 1 »

1 0 1

« 0 »

полезный сигнал

полезный сигнал

время

время

3

Двоичное кодирование

кодировщик

• 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»?

3

4

Кодирование информации

Тема 2. Кодирование чисел и символов

Кодирование чисел (двоичная система)

Алфавит: 0, 1 Основание (количество цифр): 2

10  2

19

2

19 = 10011 2

18

2

9

8

1

4

2

4

1

2

2

2

0

1

2

0

0

0

2  10

1

4 3 2 1 0

разряды

= 1 · 2 4 + 0 · 2 3 + 0 · 2 2 + 1 · 2 1 + 1 · 2 0

= 16 + 2 + 1 = 19

10011 2

Кодирование символов

Текстовый файл

• на экране ( символы )
• в памяти – двоичные коды

1000001 2

1000010 2

1000011 2

1000100 2

65

66

67

68

!

В файле хранятся не изображения символов, а их числовые коды в двоичной системе!

А где же хранятся изображения?

Кодирование символов

• Сколько символов надо использовать одновременно? или 65536 ( UNICODE )
• Сколько места надо выделить на символ :

• Выбрать 256 любых символов (или 65536) - алфавит .
• Каждому символу – уникальный код 0..255 (или 0..65535). Таблица символов:
• Коды – в двоичную систему .

256

256 = 2 8 8 бит на символ

65

66

67

68

…

A

B

C

D

…

Кодировка 1 байт на символ

127

128

254

255

0

1

таблица ASCII

( международная )

кодовая страница

ASCII = American Standard Code for Information Interchange

0-31 управляющие символы: 7 – звонок, 10 – новая строка, 13 – возврат каретки, 2 7 – Esc.

32 пробел

знаки препинания : . , : ; ! ?

специальные знаки : + - * / () {} []

48-57 цифры 0..9

65-90 заглавные латинские буквы A-Z

97 - 122 строчные латинские буквы a-z

• 0-31 управляющие символы: 7 – звонок, 10 – новая строка, 13 – возврат каретки, 2 7 – Esc. 32 пробел знаки препинания : . , : ; ! ? специальные знаки : + - * / () {} [] 48-57 цифры 0..9 65-90 заглавные латинские буквы A-Z 97 - 122 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- R для системы UNIX ( Интернет )

Кодировка UNICODE ( UTF-16 )

• Windows , MS Office , …
• 16 бит на символ
• 65536 или 2 16 символов в одной таблице

можно одновременно использовать символы разных языков ( Интернет )

размер файла увеличивается в 2 раза

10

Кодирование информации

Тема 3. Кодирование рисунков

Два типа кодирования рисунков

• растровое кодирование точечный рисунок, состоит из пикселей

фотографии, размытые изображения

• фотографии, размытые изображения

• векторное кодирование рисунок, состоит из отдельных геометрических фигур

чертежи, схемы, карты

• чертежи, схемы, карты

12

Растровое кодирование

Шаг 1. Дискретизация: разбивка на пиксели .

Шаг 2. Для каждого пикселя определяется единый цвет .

Пиксель

!

Есть потеря информации!

• почему? как ее уменьшить?
• почему?
• как ее уменьшить?

Разрешение : число пикселей на дюйм , pixels per inch (ppi )

экран 96 ppi, печать 300-600 ppi, типография 1200 ppi

12

13

Растровое кодирование (True Color)

Шаг 3. От цвета – к числам: модель RGB

цвет = R + G + B

red

красный

0..255

green

зеленый

0..255

blue

синий

0..255

R = 218 G = 164 B = 32

R = 135 G = 206 B = 250

Шаг 4 . Числа – в двоичную систему.

Глубина цвета

?

Сколько разных цветов можно кодировать?

256 · 256 · 256 = 16 777 216 ( True Color )

?

Сколько памяти нужно для хранения цвета 1 пикселя?

R : 256=2 8 вариантов, нужно 8 бит = 1 байт R G B: всего 3 байта

13

14

Растровое кодирование с палитрой

Шаг 1. Выбрать количество цветов: 2, 4, … 256.

Шаг 2. Выбрать 256 цветов из палитры:

248 0 88

0 221 21

181 192 0

21 0 97

Шаг 3 . Составить палитру (каждому цвету – номер 0..255) палитра хранится в начале файла

255

1

254

0

248 0 88

0 221 21

…

181 192 0

21 0 97

Шаг 4. Код пикселя = номеру его цвета в палитре

2

45

65

14

…

12

23

14

Растровое кодирование с палитрой

Файл с палитрой:

пал ит ра

коды пикселей

?

Сколько занимает палитра и основная часть?

Один цвет в палитре: 3 байта ( R G B )

256 = 2 8 цветов: палитра 256 · 3 = 768 байт

рисунок 8 бит на пиксель

1 6 цветов: палитра 16 · 3 = 48 байт

рисунок 4 бита на пиксель

2 цвета: палитра 2 · 3 = 6 байт

рисунок 1 бит на пиксель

Глубина цвета

Форматы файлов ( растровые рисунки)

Формат

True Color

BMP

Палитра



JPG

GIF

Прозрачность





PNG











17

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?

17

18

Векторные рисунки

Строятся из геометрических фигур:

• отрезки, ломаные, прямоугольники окружности, эллипсы, дуги сглаженные линии (кривые Безье)
• 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)
• размеры и координаты на рисунке
• цвет и стиль границы
• цвет и стиль заливки (для замкнутых фигур)

Форматы файлов:

• WMF (Windows Metafile) CDR (CorelDraw)
• WMF (Windows Metafile)
• CDR (CorelDraw)

• AI (Adobe Illustrator)
• FH (FreeHand)

18

19

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

19

20

Кодирование информации

Тема 4 . Кодирование звука

Оцифровка ( перевод в цифровую форму )

цифровой сигнал

аналоговый сигнал

аналоговый 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?

Дискретизация по времени

хранятся только значения сигнала в моменты 0 , T , 2T , …

T – интервал дискретизации

Частота дискретизации :

f = 8 кГц, 11 кГц, 22 кГц, 44 кГц ( CD)

Человек слышит 16 Гц … 20 кГц

с

22 кГц

0

T

2 T

?

Что компьютер может выдать на выход?

?

Как улучшить качество? Что при этом ухудшится?

0

T

2 T

23

Дискретизация по уровню

?

Сколько бит нужно, чтобы хранить число 0,7 ?

У всех точек в одной полосе одинаковый код!

8 бит = 256 уровней

16 бит = 65536 уровней

32 бита = 2 32 уровней

64 бита = 2 64 уровней

4

3

2

1

0

0

T

2 T

«Глубина» кодирования

( разрядность звуковой карты )

!

При оцифровке потерю информации дает дискретизация как по времени, так и по уровню!

23

24

Оцифровка – итог

можно закодировать любой звук (в т.ч. голос, свист, шорох, …)

• есть потеря информации
• большой объем файлов

?

Какие свойства цифрового звука определяют его качество?

частота дискретизации 44 кГц, глубина кодирования16 бит :

88 Кб / с = 5,3 Мб / мин

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 )

• WAV ( Waveform audio format), часто без сжатия (размер!) MP3 ( MPEG-1 Audio Layer 3 , сжатие с потерями ) WMA ( Windows Media Audio, потоковый звук, сжатие )

24

25

Инструментальное кодирование

MIDI ( Musical Instrument Digital Interface ) , файлы *. MID

в файле:

• нота (высота, длительность) музыкальный инструмент параметры звука (громкость, тембр) может быть несколько каналов
• 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 :

25

26