Кодування інформації. Двійкова система числення. Растрова і векторна графіки

1. Кодування
інформації
1. Двійкове кодування
2. Кодування чисел і символів
3. Кодування рисунків
4. Кодування звуку
© К.Ю. Поляков
Переклад В.Семенюкa

2. Кодування
інформації
Тема 1. Двійкове кодування

3. Двійкове кодування
Двійкове кодування – це кодування всіх видів
інформації за допомогою двох знаків ( 0 і 1).
Передача електричних сигналів:
U сигнал із завадами U сигнал із завадами
5В
«1»
1 0 1
корисний корисний «0»
сигнал сигнал час
час
3

4. Двійкове кодування
чи с
ла
символи
рисунки
кодувальник 101011011101110110101
звук
• в такій формі можна закодувати всі види
інформації
• потрібні тільки пристрої з двома станами
• практично немає помилок при передачі
• комп’ютеру легше оборобляти дані
• людині складно сприймати двійкові коди
? Чи можна використовувати не «0» і «1», а інші
символи, наприклад, «А» і «Б»?
4

5. Кодування
інформації
Тема 2. Кодування чисел і
символів

6. Кодування чисел (двійкова система)
Алфавіт: 0, 1
Основа (кількість цифр): 2
10 → 2 19 2
18 9 2 19 = 100112
1 8 4 2
1 4 2 2
система
числення
0 2 1 2
0 0 0
2 → 10
1
43210 розряди
100112 = 1·24 + 0·23 + 0·22 + 1·21 + 1·20
= 16 + 2 + 1 = 19 6

7. Кодування символів
Текстовий файл
• на екрані (символи)
• в пам’яті – двійкові
коди
10000012 10000102 10000112 10001002
65 66 67 68
! аУїх числові коди у двійковій системі! символів,
файлі зберігаються не зображення
А де ж зберігається зображення?
7

8. Кодування символів
 Скільки символів можна використовувати
одночасно? 256 або 65536 (UNICODE)
 Скільки місця потрібно виділити на символ:
256 = 28 8 біт на символ
 Вибрати 256 будь-яких символів (або 65536) -
алфавіт.
 Кожному символу – унікальний код 0..255
(або 0..65535). Таблиця символів:
коди 65 66 67 68
… A B C D …
 Коди – в двійкову систему.
8

9. Кодування 1 байт на символ
0 1 127 128 254 255
таблиця ASCII (міжнародна) кодова сторінка
ASCII = American Standard Code for Information Interchange
0-31 символи кодування:
7 – дзвінок, 10 – новий рядок, 13 – повернення каретки, 27 – Esc.
32 пробіл
знаки пунктуації: . , : ; ! ?
спеціальні знаки: + - * / () {} []
48-57 цифри 0..9
65-90 великі латинські літери A-Z
97-122 малі латинські літери a-z
Кодова сторінка (розширенна таблиця ASCII)
для кирилиці:
CP-866 для системи MS DOS
CP-1251 для системи Windows
9
КОІ8-U для системи UNIX (Інтернет)

10. Кодування UNICODE (2 байта на символ)
• Windows, MS Office, …
• 16 біт на символ
• 65536 або 216 символів в одній таблиці
• можна одночасно використовувати
символи різних мов
• розмір файла збільшується у 2 рази
10

11. Кодування
інформації
Тема 3. Кодування малюнків

12. Два типа кодування малюнків
• растрове кодування
точковий малюнок, складається з пікселів
фотографії, розмиття зображення
• векторне кодування
малюнок, складається з окремих геометричних фігур
креслення, схеми, карти
12

13. Растрове кодування
Крок 1. Дискретизація: Крок 2. Для кожного пікселя
розбивка на пікселі. визначається єдиний
Піксель – це найменший колір.
!
елемент рисунка, для якого
можна незалежно встановити Існує втрата інформації!
колір. • чому?
• як її зменшити?
Роздільна здатність: число пікселів на дюйм, pixels per inch (ppi)
екран 96 ppi, друк 300-600 ppi, типографія 1200 ppi 13

14. Растрове кодування (True Color)
Крок 3. Від кольору – до чисел: модель RGB
колір = R + G + B
red green blue
червоний зелений синій
0..255 0..255 0..255
R = 218 R = 135
G = 164 G = 206
B = 32 B = 250
Крок 4. Числа – в двійкову систему.
? Скільки різних кольорів можна кодувати?
256·256·256 = 16 777 216 True Color
? Скільки пам’яті потрібно для збереження кольору 1 пікселя?
R: 256=28 варіантів, потрібно 8 біт = 1 байт
R G B: всього 3 байта 14

15. Растрове кодування з палітрою
Крок 1. Вибрати кількість кольорів: 2, 4, … 256.
Крок 2. Вибрати 256 кольорів з палітри:
248 0 88
0 221 21
181 192 0
21 0 97
Крок 3. Скласти палітру (кожному кольору – номер 0..255)
палітра зберігається на початку файла
0 1 254 255
248 0 88 0 221 21 … 181 192 0 21 0 97
Крок 4. Код пікселя = номеру його кольору на палітрі
2 45 65 14 … 12 23
15

16. Растрове кодування з палітрою
Файл з палітрою:
палітра коди пікселів
? Скільки займає палітра і головна частина?
Один колір на палітрі: 3 байта (RGB)
256 = 28 кольорів:
палітра 256·3 = 768 байт
рисунок 8 біт на піксель
16 кольорів:
палітра 16·3 = 48 байт
рисунок 4 біта на піксель
2 кольори:
палітра 2·3 = 6 байт
рисунок 1 біт на піксель 16

17. Формати файлів (растрові рисунки)
Формат True Color Палітра Прозорість
BMP
+ +
JPG
+
GIF
+ +
PNG
+ + +
17

18. Растрові рисунки
• найкращий спосіб для збереження
фотографій і зображень без чітких меж
• спецефекти (тіні, ореоли, і т.д.)
• існує втрата інформації (чому?)
• при зміні розмірів рисунка він
спотворюється
• розмір файла не залежить від
складності рисунка (а від чого залежить?)
18

19. Векторні рисунки
Будуються з геометричних фігур:
• відрізки, ламані, прямокутники
• круги, еліпси, дуги
• зглажування ліній (криві Без’є)
Для кожної фігури в пам’яті зберігаються:
• розміри і координати на рисунку
• колір і стиль межі
• колір і стиль заливки (для замкнутих фігур)
Формати файлів:
• WMF (Windows Metafile) • AI (Adobe Illustrator)
• CDR (CorelDraw) • FH (FreeHand)
19

20. Векторні рисунки
• найкращий спосіб для збереження
креслень, схем, карт;
• при кодуванні немає втрат інформації;
• при зміні розміру немає спотворень;
• менший розмір файла, залежить від
складності рисунка;
• не ефективно використовувати для
фотографій і розмитих зображень
20

21. Кодування
інформації
Тема 4. Кодування звуку

22. Оцифровка (переведення в цифрову форму)
цифровий сигнал
1011010110101010011
аналоговий сигнал
аналоговий сигнал
? •
•
Який об’єм iнформації в аналоговому сигналі?
Чи можно зберігати його в пам’яті реального пристрою?
• Чи буде сигнал на виході такий самий?
• Чому існують втрати інформації?
22

23. Дискретизація по часу
зберігаються тільки значення сигналу в моменти 0, T, 2T, …
T – інтервал дискретизації
1
Частота дискретизації: f =
8 кГц, 11 кГц, T
22 кГц, 44 кГц (CD)
1
22 кГц T= ≈ 0,00005 с
22000
0 T 2T Людина чує 16 Гц … 20 кГц
? Що комп’ютер може
видати на виході?
? Як покращити якість?
Що при цьому
погіршиться?
0 T 2T 23

24. Дискретизація по рівню
? Скільки біт потрібно, щоб зберегти число 0,7?
У всіх точок в одній смузі
однаковий код!
8 біт = 256 рівнів
16 біт = 65536 рівнів
4
32 біта = 232 рівнів 3
2
1
64 біта = 264 рівнів 0
0 T 2T
! При оцифруванні втрату інформації дає дискретизація як
по часу, так і по рівню!
24

25. Оцифровка – підсумок
• можна закодувати будь-який звук ( голос, свист,
шарудіння, …)
• існує втрата інформації
• великий об’єм файлiв
44 кГц, 16 бiт: 88 Кб/с, 5,3 Мб/хв
Формати файлів:
•WAV (Waveform audio format), часто без стиску (розмір!)
•MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3, стиск з втратами)
•WMA (Windows Media Audio, потоковий звук, стиск)
25

26. Інструментальне кодування
MIDI (Musical Instrument Digital Interface), файли *.MID
у файлі:
• нота (висота, тривалість)
• музичний інструмент
• параметри звуку (гучність, тембр)
• може бути декілька каналів
• немає втрат інформації при кодуванні
інструментальної музики
• маленький розмір файлів
• неможливо закодувати нестандартний звук, голос
MIDI-клавіатура:
26

27. Кінець
27