Na świecie istnieje ciągła wymiana informacji. Źródłem mogą być ludzie, urządzenia techniczne, różne rzeczy, przedmioty natury nieożywionej i żywej. Zarówno jeden obiekt, jak i kilka może otrzymywać informacje.
W celu lepszej wymiany danych informacje są jednocześnie kodowane i przetwarzane po stronie nadajnika (dane są przygotowywane i przekształcane w formę dogodną do nadawania, przetwarzania i przechowywania), przekazywanie i dekodowanie odbywa się po stronie odbiornika (kodowanie konwersja danych do ich oryginalnej postaci). Są to zadania powiązane ze sobą: źródło i odbiorca muszą mieć podobne algorytmy przetwarzania informacji, w przeciwnym razie proces kodowania-dekodowania będzie niemożliwy. Kodowanie i przetwarzanie informacji graficznych i multimedialnych realizowane jest zwykle w oparciu o technologię komputerową.
Kodowanie informacji na komputerze
Istnieje wiele sposobów przetwarzania danych (teksty, liczby, grafika, wideo, dźwięk) za pomocąkomputer. Wszystkie informacje przetwarzane przez komputer są reprezentowane w kodzie binarnym - za pomocą liczb 1 i 0, zwanych bitami. Z technicznego punktu widzenia ta metoda jest zaimplementowana bardzo prosto: 1 - sygnał elektryczny jest obecny, 0 - nieobecny. Z ludzkiego punktu widzenia takie kody są niewygodne dla percepcji – długie ciągi zer i jedynek, które są zakodowanymi znakami, są bardzo trudne do odszyfrowania od razu. Ale taki format nagrywania od razu wyraźnie pokazuje, czym jest kodowanie informacji. Na przykład liczba 8 w ośmiocyfrowej postaci binarnej wygląda jak następująca sekwencja bitów: 000001000. Ale to, co jest trudne dla człowieka, jest proste dla komputera. Elektronikowi łatwiej jest przetwarzać wiele prostych elementów niż niewielką liczbę skomplikowanych.
Kodowanie tekstu
Kiedy naciśniemy przycisk na klawiaturze, komputer otrzymuje określony kod wciśniętego przycisku, sprawdza go w standardowej tabeli znaków ASCII (American Code for Information Interchange), „rozumie”, który przycisk jest wciśnięty i przekazuje ten kod do dalszego przetwarzania (na przykład w celu wyświetlenia znaku na monitorze). Do zapisania kodu znaku w postaci binarnej używa się 8 bitów, więc maksymalna liczba kombinacji wynosi 256. Pierwsze 128 znaków jest używane jako znaki kontrolne, cyfry i litery łacińskie. Druga połowa to symbole narodowe i pseudografiki.
Kodowanie tekstu
Łatwiej będzie zrozumieć, czym jest kodowanie informacji na przykładzie. Rozważ kody angielskiego znaku „C”i rosyjska litera „C”. Zwróć uwagę, że znaki są pisane wielkimi literami, a ich kody różnią się od małych. Postać angielska będzie wyglądać jak 01000010, a rosyjska będzie wyglądać jak 11010001. To, co człowiekowi wygląda tak samo na ekranie monitora, komputer odbiera zupełnie inaczej. Należy również zwrócić uwagę na fakt, że kody pierwszych 128 znaków pozostają niezmienione, a począwszy od 129 i dalszych, jednemu kodowi binarnemu mogą odpowiadać różne litery, w zależności od użytej tabeli kodów. Na przykład kod dziesiętny 194 może odpowiadać literze „b” w KOI8, „B” w CP1251, „T” w ISO, a w kodowaniu CP866 i Mac, żaden znak w ogóle nie odpowiada temu kodowi. Dlatego, gdy podczas otwierania tekstu widzimy abrakadabra literowo-literową zamiast rosyjskich słów, oznacza to, że takie kodowanie informacji nam nie odpowiada i musimy wybrać inny konwerter znaków.
Kodowanie liczb
W systemie binarnym brane są tylko dwa warianty wartości - 0 i 1. Wszystkie podstawowe operacje na liczbach binarnych są używane przez naukę zwaną arytmetyką binarną. Te działania mają swoje własne cechy. Weźmy na przykład liczbę 45 wpisaną na klawiaturze. Każda cyfra ma swój własny ośmiocyfrowy kod w tabeli kodów ASCII, więc liczba zajmuje dwa bajty (16 bitów): 5 - 01010011, 4 - 01000011. Aby wykorzystać tę liczbę w obliczeniach, jest ona konwertowana przez specjalne algorytmy na system binarny w postaci ośmiocyfrowej liczby binarnej: 45 - 00101101.
Kodowanie i przetwarzanieinformacje graficzne
W latach 50. komputery najczęściej wykorzystywane do celów naukowych i wojskowych jako pierwsze zaimplementowały graficzne wyświetlanie danych. Dziś wizualizacja informacji otrzymywanych z komputera jest powszechnym i znanym zjawiskiem dla każdej osoby, a w tamtych czasach dokonała niezwykłej rewolucji w pracy z technologią. Być może wpływ miał wpływ ludzkiej psychiki: wizualnie przedstawione informacje są lepiej przyswajane i odbierane. Wielki przełom w rozwoju wizualizacji danych nastąpił w latach 80-tych, kiedy kodowanie i przetwarzanie informacji graficznych otrzymało potężny rozwój.
Analogowa i dyskretna reprezentacja grafiki
Informacje graficzne mogą być dwojakiego rodzaju: analogowe (płótno malarskie z ciągle zmieniającym się kolorem) i dyskretne (obraz składający się z wielu kropek o różnych kolorach). Dla wygody pracy z obrazami na komputerze są one przetwarzane – próbkowanie przestrzenne, w którym każdemu elementowi przypisywana jest określona wartość koloru w postaci indywidualnego kodu. Kodowanie i przetwarzanie informacji graficznych jest podobne do pracy z mozaiką składającą się z dużej liczby małych fragmentów. Ponadto jakość kodowania zależy od wielkości kropek (im mniejszy element - będzie więcej kropek na jednostkę powierzchni - tym wyższa jakość) oraz wielkości palety użytych kolorów (im więcej kolorów kropka może przyjąć odpowiednio więcej informacji, tym lepiejjakość).
Tworzenie i przechowywanie grafiki
Istnieje kilka podstawowych formatów graficznych - wektorowe, fraktalne i rastrowe. Oddzielnie rozważa się kombinację rastra i wektora - szeroko rozpowszechnioną w naszych czasach multimedialną grafikę 3D, czyli techniki i metody konstruowania trójwymiarowych obiektów w wirtualnej przestrzeni. Kodowanie i przetwarzanie grafiki i informacji multimedialnych jest inne dla każdego formatu obrazu.
Mapa bitowa
Istotą tego formatu graficznego jest to, że obraz jest podzielony na małe wielokolorowe kropki (piksele). Górny lewy punkt kontrolny. Kodowanie informacji graficznej zawsze zaczyna się od lewego rogu obrazu linia po linii, każdy piksel otrzymuje kod koloru. Objętość obrazu rastrowego można obliczyć mnożąc liczbę punktów przez objętość informacyjną każdego z nich (która zależy od liczby opcji kolorystycznych). Im wyższa rozdzielczość monitora, tym większa liczba linii rastrowych i punktów w każdej linii, tym wyższa jakość obrazu. Możesz użyć kodu binarnego do przetwarzania danych graficznych typu rastrowego, ponieważ jasność każdego punktu i współrzędne jego położenia mogą być reprezentowane jako liczby całkowite.
Obraz wektorowy
Kodowanie informacji graficznych i multimedialnych typu wektorowego sprowadza się do tego, że obiekt graficzny jest reprezentowany w postaci elementarnych segmentów i łuków. nieruchomościlinie, które są podstawowym obiektem, to kształt (prosta lub krzywa), kolor, grubość, styl (linia przerywana lub ciągła). Te linie, które są zamknięte, mają jeszcze jedną właściwość - wypełnienie innymi obiektami lub kolorem. Pozycja obiektu jest określona przez punkt początkowy i końcowy linii oraz promień krzywizny łuku. Ilość informacji graficznych w formacie wektorowym jest znacznie mniejsza niż w formacie rastrowym, ale do wyświetlenia tego typu grafiki potrzebne są specjalne programy. Istnieją również programy - wektoryzatory, które konwertują obrazy rastrowe na wektorowe.
Grafika fraktalna
Ten typ grafiki, podobnie jak grafika wektorowa, opiera się na obliczeniach matematycznych, ale jego podstawowym składnikiem jest sama formuła. Nie ma potrzeby przechowywania w pamięci komputera żadnych obrazów ani obiektów, sam obrazek rysowany jest tylko według wzoru. Ten rodzaj grafiki jest wygodny do wizualizacji nie tylko prostych, regularnych struktur, ale także skomplikowanych ilustracji imitujących np. krajobrazy w grach lub emulatorach.
Fale dźwiękowe
Jakie jest kodowanie informacji można również zademonstrować na przykładzie pracy z dźwiękiem. Wiemy, że nasz świat jest wypełniony dźwiękami. Od czasów starożytnych ludzie odkryli, jak rodzą się dźwięki - fale sprężonego i rozrzedzonego powietrza, które wpływają na bębenki uszne. Osoba może odbierać fale o częstotliwości od 16 Hz do 20 kHz (1 Hz - jedna oscylacja na sekundę). Wszystkie fale, których częstotliwości drgań mieszczą się w tymzakresy są nazywane audio.
Właściwości dźwięku
Charakterystyka dźwięku to ton, barwa (kolor dźwięku, w zależności od kształtu drgań), wysokość (częstotliwość, która jest określona przez częstotliwość drgań na sekundę) i głośność, w zależności od intensywności wibracji. Każdy prawdziwy dźwięk składa się z mieszanki wibracji harmonicznych o ustalonym zestawie częstotliwości. Wibracje o najniższej częstotliwości nazywamy tonem podstawowym, pozostałe to alikwoty. Barwa - różna ilość alikwotów tkwiących w tym konkretnym dźwięku - nadaje dźwiękowi szczególny kolor. To po barwie możemy rozpoznać głosy bliskich, rozróżnić brzmienie instrumentów muzycznych.
Programy do pracy z dźwiękiem
Programy można warunkowo podzielić na kilka typów w zależności od ich funkcjonalności: programy narzędziowe i sterowniki do kart dźwiękowych, które pracują z nimi na niskim poziomie, edytory audio, które wykonują różne operacje na plikach dźwiękowych i stosują do nich różne efekty, syntezatory programowe i przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC) i przetworniki cyfrowo-analogowe (DAC).
Kodowanie dźwięku
Kodowanie informacji multimedialnych polega na zamianie analogowego charakteru dźwięku na dyskretny w celu wygodniejszego przetwarzania. ADC odbiera na wejściu sygnał analogowy, mierzy jego amplitudę w określonych odstępach czasu i wyprowadza na wyjście sekwencję cyfrową z danymi o zmianach amplitudy. Nie zachodzi żadna fizyczna transformacja.
Sygnał wyjściowy jest dyskretny, więc im częściejczęstotliwość pomiaru amplitudy (próbka), im dokładniej sygnał wyjściowy odpowiada sygnałowi wejściowemu, tym lepsze jest kodowanie i przetwarzanie informacji multimedialnych. Próbka jest również powszechnie określana jako uporządkowana sekwencja danych cyfrowych odebranych przez ADC. Sam proces nazywa się próbkowaniem, po rosyjsku - dyskretyzacja.
Konwersja odwrotna odbywa się za pomocą przetwornika cyfrowo-analogowego: na podstawie danych cyfrowych wprowadzanych na wejście w określonych momentach generowany jest sygnał elektryczny o wymaganej amplitudzie.
Parametry próbkowania
Głównymi parametrami próbkowania są nie tylko częstotliwość pomiaru, ale także głębia bitowa - dokładność pomiaru zmiany amplitudy dla każdej próbki. Im dokładniej wartość amplitudy sygnału jest przesyłana podczas digitalizacji w każdej jednostce czasu, im wyższa jakość sygnału po przetworniku ADC, tym wyższa niezawodność odzyskiwania fali podczas konwersji odwrotnej.
