Що таке кодування інформації та її обробка?

У світі йде постійний обмін потоками інформації. Джерелами можуть бути люди, технічні пристрої, різні речі, об`єкти неживої і живої природи. Отримувати відомості може як один об`єкт, так і кілька.
Для більш якісного обміну даними одночасно здійснюється кодування і обробка інформації на стороні передавача (підготовка даних і перетворення їх у форму, зручну для трансляції, обробки і зберігання), пересилання і декодування на стороні приймача (перетворення кодованих даних у вихідну форму). Це взаємопов`язані завдання: джерело і приймач повинні володіти подібними алгоритмами обробки відомостей, інакше процес кодування-декодування буде неможливий. Кодування і обробка графічної і мультимедійної інформації зазвичай реалізуються на основі обчислювальної техніки.

Кодування інформації на комп`ютері

Є багато способів обробки даних (тексти, числа, графіка, відео, звук) за допомогою комп`ютера. Вся інформація, що обробляється комп`ютером, представлена в двійковому коді - за допомогою цифр 1 і 0, званих бітами. Технічно цей спосіб реалізується дуже просто: 1 - електричний сигнал присутній, 0 - відсутня. З точки зору людини, такі коди незручні для сприйняття - довгі рядки нулів і одиниць, що представляють собою кодовані символи, дуже складно відразу розшифрувати. Зате такий формат запису відразу наочно показує, що таке кодування інформації. Наприклад, число 8 у двійковому восьмирозрядному вигляді виглядає як наступна послідовність біт: 000001000. Але те, що складно людині, просто комп`ютера. Електроніці простіше обробити безліч простих елементів, ніж невелика кількість складних.

кодування текстів

Коли ми натискаємо кнопку на клавіатурі, комп`ютер отримує певний код натиснутої кнопки, шукає його в стандартній таблиці символів ASCII (американський код для обміну інформацією), «розуміє» яка кнопка натиснута і передає цей код для подальшої обробки (наприклад, для відображення символу на моніторі ). Для зберігання символьного коду в двійковому вигляді використовується 8 розрядів, тому максимальне число комбінацій дорівнює 256. Перші 128 символів використовується під керуючі символи, цифри і латинські букви. Друга половина призначається для національних символів і псевдографіки.

кодування текстів

Легше буде зрозуміти, що таке кодування інформації, на прикладі. Розглянемо коди англійської символу «С» і російської літери «С». Зауважимо, що взяті символи заголовні, і їх коди відрізняються від малих. Англійська символ буде виглядати як 01000010, а російська - 11010001. Те, що для людини на екрані монітора виглядає однаково, комп`ютер сприймає абсолютно по-різному. Необхідно також звернути увагу на те, що коди перших 128 символів залишаються незмінні, а починаючи від 129 і далі одному бінарного коду можуть відповідати різні літери в залежності від використовуваної кодової таблиці. Наприклад, десятковий код 194 може відповідати в КОІ8 букві «б», в СР1251 - «В», в ISO - «Т», а в кодуваннях ср866 і Мас взагалі цим кодом не відповідає жоден символ. Тому, коли при відкритті тексту ми замість російських слів бачимо буквенную-символьну абракадабру, це означає, що таке кодування інформації нам не підходить і потрібно вибрати інший конвертор символів.

кодування чисел

У двійковій системі числення беруться лише два варіанти значення - 0 і 1. Всі основні операції з двійковими числами використовує наука під назвою двоичная арифметика. Ці дії мають свої особливості. Візьмемо, наприклад, число 45, набране на клавіатурі. Кожна цифра має свій восьмизарядний код в кодової таблиці ASCII, тому число займає два байти (16 біт): 5 - 01010011, 4 - 01000011. Для того щоб використовувати це число в обчисленнях, воно перекладається за спеціальними алгоритмами в двійкову систему числення у вигляді восьмирозрядного двійкового числа: 45 - 00101101.

Кодування і обробка графічної інформації

У 50-х роках на комп`ютерах, які найчастіше використовувалися в наукових і військових цілях, вперше реалізували графічне відображення даних. Сьогодні візуалізація інформації, одержуваної від комп`ютера, є звичайним і звичним для будь-якої людини явищем, а в ті часи це справило надзвичайне переворот в роботі з технікою. Можливо, позначився вплив людської психіки: наочно представлена інформація краще засвоюється і сприймається. Великий ривок у розвитку візуалізації даних стався в 80-х роках, коли кодування і обробка графічної інформації отримали потужний розвиток.

Аналогове та дискретне уявлення графіки

графічна інформація буває двох видів: аналогова (мальовниче полотно з безперервно змінюється кольором) і дискретна (картинка, що складається з безлічі точок різного кольору). Для зручності роботи з зображеннями на комп`ютері їх піддають обробці - просторової дискретизації, при якій кожному елементу призначається конкретне значення кольору у вигляді індивідуального коду. Кодування і обробка графічної інформації схожі на роботу з мозаїкою, що складається з великої кількості дрібних фрагментів. Причому якість кодування залежить від розмірів точок (чим менше розмір елемента - точок буде більша кількість на одиницю площі, - тим вище якість) і розміру палітри кольорів при (чим більше колірних станів може приймати кожна точка, відповідно, несучи більше інформації, тим краще якість ).

Створення і зберігання графіки

Є кілька основних форматів зображень - векторний, фрактальний і растровий. Окремо розглядається поєднання растрової і векторної - широко поширена в наш час мультимедійна 3D-графіка представляє собою прийоми і методи побудови тривимірних об`єктів у віртуальному просторі. Кодування і обробка графічної і мультимедійної інформації різна для кожного формату зображень.

растрове зображення

Суть цього графічного формату в тому, що малюнок розбивається на дрібні різнокольорові точки (пікселі). Верхня ліва точка контрольна. Кодування графічної інформації завжди починається з лівого кута зображення через підрядник, кожен піксель отримує код кольору. Обсяг растрової картинки можна обчислити множенням кількості точок на інформаційний обсяг кожного з них (який залежить від кількості варіантів кольору). чим вище Роздільна здатність монітора, тим більше кількість рядків растра і точок в кожному рядку, відповідно, вище якість зображення. Для обробки графічних даних растрового типу можна використовувати двійковий код, так як яскравість кожної точки і координати її розташування можна представити у вигляді цілих чисел.

векторне зображення

Кодування графічної і мультимедійної інформації векторного типу зводиться до того, що графічний об`єкт представляється у вигляді елементарних відрізків і дуг. Властивостями лінії, що є базовим об`єктом, є форма (пряма або крива), колір, товщина, накреслення (пунктир або суцільна лінія). Ті лінії, які є замкнутими, мають ще одну властивість - заповнення іншими об`єктами або кольором. Положення об`єкта визначається точками початку і кінця лінії і радіусом викривлення дуги. Обсяг графічної інформації векторного формату значно менше растрового, але вимагає спеціальних програм для перегляду графіки цього типу. Існують також програми - векторизатор, що перетворюють растрові зображення в векторні.

фрактальна графіка

Цей тип графіки, як і векторний, заснований на математичних розрахунках, але її базової складової є сама формула. У пам`яті комп`ютера немає необхідності зберігати ніяких зображень або об`єктів, сама картинка малюється тільки по формулі. Графікою такого типу зручно візуалізувати не тільки прості регулярні структури, а й складні ілюстрації, що імітують, наприклад, ландшафти в іграх або емуляторах.

звукові хвилі

Що таке кодування інформації, ще можна продемонструвати на прикладі роботи зі звуком. Ми знаємо, що наш світ переповнений звуками. З давніх часів люди розібралися, як народжуються звуки - хвилі стисненого та розрідженого повітря, що впливають на барабанні перетинки вуха. Людина може сприймати хвилі з частотою від 16 Гц до 20 кГц (1 Герц - одне коливання в секунду). Всі хвилі, частоти коливань яких потрапляють в цей діапазон, називаються звуковими.

властивості звуку

Характеристиками звуку є тон, тембр (забарвлення звуку, що залежить від форми коливань), висота (частота, яка визначається частотою коливань в секунду) і гучність, що залежить від інтенсивності коливань. Будь реальний звук складається з суміші гармонійних коливань з фіксованим набором частот. Коливання з самої низькою частотою називають основним тоном, інші - обертонами. Особливого забарвлення звуку надає тембр - різну кількість обертонів, властиве саме цього звуку. Саме за тембром ми можемо дізнаватися голоси близьких людей, відрізняти звучання музичних інструментів.

Програми для роботи зі звуком

Умовно програми по функціоналу можна розділити на кілька видів: службові програми і драйвери для звукових плат, що працюють з ними на низькому рівні, аудіо редактори, які виробляють різні операції зі звуковими файлами і застосовують до них різні ефекти, програмні синтезатори і перетворювачі аналого-цифрові ( АЦП) і цифро-аналогові (ЦАП).

кодування звуку

Кодування мультимедійної інформації полягає в перетворенні аналогової природи звуку в дискретну для більш зручної її обробки. АЦП отримує на вході аналоговий сигнал, вимірює його амплітуду в певні проміжки часу і видає на виході цифрову послідовність з даними про зміни амплітуди. Ніяких фізичних перетворень не відбувається.

Вихідний сигнал є дискретним, тому, чим частіше частота вимірювання амплітуди (семпл), тим точніше вихідний сигнал відповідає вхідному, тим краще проходить кодування і обробка мультимедійної інформації. Семплом також прийнято називати впорядковану послідовність цифрових даних, отриманих через АЦП. Сам процес при цьому називається семплюванням, по-російськи - дискретизацией.

Зворотне перетворення відбувається за допомогою ЦАП: на підставі вступників на вхід цифрових даних в певні моменти часу відбувається генерація електричного сигналу необхідної амплітуди.

параметри дискретизації

Основними параметрами сеплірованія є не тільки частота вимірювання, але і розрядність - точність вимірювання зміни амплітуди за кожен семпл. Чим точніше передається при оцифрування значення амплітуди сигналу в кожну одиницю часу, тим вище якість сигналу після АЦП, тим вище вірогідність відновлення хвилі при зворотному перетворенні.

Статті схожі на "Що таке кодування інформації та її обробка?"

Кодування - це ... Знакові системи: кодування інформації

Одиниці виміру інформації в інформатиці. Мінімальна одиниця виміру інформації

Змістовний і алфавітний підхід до вимірювання інформації

Utf-8 - кодування символів