ЕДИНИЦЫ КОЛИЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ: ВЕРОЯТНОСТНЫЙ И ОБЪЕМНЫЙ ПОДХОДЫ

2.03M

Category:

informatics

Информация и информатика. Лекция 1

Информатика-это комплексная техническая наука, которая
систематизирует приемы создания, сохранения, воспроизведения,
обработки и передачи данных средствами вычислительной техники,
а также принципы функционирования этих средств и методы
управления ими.
В 1978 году международный научный конгресс официально
закрепил за понятием "информатика" области, связанные с
разработкой, созданием, использованием и
материально-техническим обслуживанием систем обработки
информации, включая компьютеры и их программное обеспечение,
а также организационные, коммерческие,
административные и социально-политические аспекты
компьютеризации – массового внедрения компьютерной техники во
все области жизни людей.
Таким образом, информатика базируется на компьютерной технике
и немыслима без нее.

3.

Информатика - научная дисциплина с широчайшим диапазоном
применения. Ее основные направления:
-pазpаботка вычислительных систем и пpогpаммного обеспечения;
-теория информации, изучающая процессы, связанные с передачей,
приемом, преобразованием и хранением информации;
-методы искусственного интеллекта, позволяющие создавать
программы для решения задач, требующих интеллектуальных
усилий при выполнении их человеком ;
-системный анализ, заключающийся в анализе назначения
проектируемой системы и в установлении требований, которым
она должна отвечать;
-методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;
-средства телекоммуникации;
-разнообразные приложения, охватывающие производство, науку,
образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все
другие виды хозяйственной и общественной деятельности.

4.

Предмет информатики составляют основные понятия:
•аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;
•программное обеспечение средств вычислительной
техники;
•взаимодействие аппаратного и программного обеспечения;
•средства взаимодействия человека с аппаратным и
программным обеспечением.
Средства взаимодействия в информатике называют
интерфейсом.
Задачи информатики:
1. Исследование информационных процессов.
2. На основе результатов исследования
разработать и создать новейшие технологии
переработки информации.
3. Обеспечить эффективное использование
компьютерной техники и технологий во всех
сферах общественной жизни.

5.

Составные части «ядра» современной информатики
Теоретическая
информатика - включает ряд
математических разделов,
опирается на
математическую логику и
включает разделы: теория
алгоритмов и автоматов,
теория информации и теория
кодирования, теория
формальных языков и
грамматик, исследование
операций и другие
Искусственный интеллект
- область информатики, в
которой решаются
сложнейшие проблемы,
находящиеся на
пересечении с психологией,
физиологией, лингвистикой
и другими науками
Вычислительная техника
- разрабатываются общие
принципы построения
вычислительных систем.
Речь о принципиальных
решениях на уровне, так
называемой, архитектуры
вычислительных
(компьютерных) систем,
определяющей состав,
назначение,
функциональные
возможности и принципы
взаимодействия устройств
Программирование деятельность, связанная
с разработкой систем
программного
обеспечения. Основные
разделы: создание
системного
программного
обеспечения, создание
прикладного
программного
обеспечения
Информационные
системы - раздел,
связанный с решением
вопросов по анализу
потоков информации в
различных сложных
системах, их оптимизации
структурировании,
принципах хранения и
поиска информации

6.

Правовые аспекты информатики
Закон «Об информации, информатизации и защите
информации» (базовый юридический документ)
Удалось
частично
решить
вопросы
правового
регулирования на информационном рынке ряда проблем:
защиты прав и свобод личности от угроз и ущерба, связанных с
искажением,
порчей,
уничтожением
«персональной»
информации. Закон состоит из 25 статей, сгруппированных по
пяти главам:
Общие положения
Информационные ресурсы
Пользование информационными ресурсами
Информатизация, информационные системы, технологии и
средства их обеспечения.
Защита информации и прав субъектов в области
информационных процессов и информатизации.

7.

Информатизация определяется как важное, новое
стратегическое направление деятельности государства.
Закон
определяет цели и основные направления государственной
политики в сфере информатизации.
создаёт условия для включения России в международный
информационный обмен;
предотвращает бесхозяйственное отношение к
информационным ресурсам и информатизации;
обеспечивает информационную безопасность и права
юридических и
физических лиц на информацию.
Информационные ресурсы рассматриваются как
материальный продукт, который можно покупать и продавать;
интеллектуальный продукт, на который распространяется право
интеллектуальной собственности, авторское право.

8.

Документы,
регламентирующие информацию
в
качестве
объектов
права. Первая часть гражданского
кодекса Российской Федерации, принятого 21.04.94 г.: статьи
128, 138, 139, 209
Законы Российской Федерации
«Об информации, информатизации и защите информации» от
20.01.95 г.
«О государственной тайне»
«О банках и банковской деятельности» от 2.11.90 г.
Постановление правительства РСФСР №35
от 05.12.91 г. «О перечне сведений, которые не могут
составлять коммерческую тайну».

9.

ИНФОРМАЦИЯ, ЕЕ ВИДЫ И СВОЙСТВА

10.

Информация — сведения об объектах и явлениях
окружающей среды, их параметрах, свойствах и
состоянии, которые воспринимают информационные
системы (живые организмы, управляющие машины и
др.) в процессе жизнедеятельности и работы
Информационная система – организационноупорядоченная совокупность информационных
объектов и информационных технологий, реализующих
информационные процессы.
Информационные процессы – это процессы сбора,
обработки, накопления, хранения, поиска и передачи
информации.
Информационный объект – это информация,
сохраненная и представленная каким-либо способом.

11.

Информацию не следует отождествлять с данными.
Данные – это информация, представленная в форме,
удобной для хранения , передачи и обработки. Связь
между данными и информацией:
Информация – это полезное содержание данных
Данные – это удобная форма представления информации
Информация – это продукт взаимодействия данных и
адекватных им методов обработки
Передача информации – это распространение информации

12.

Информация передается в виде сообщений, определяющих
форму и представление передаваемой информации.
Сообщение от источника к получателю передается
посредством какой-нибудь среды, являющейся в таком
случае «каналом связи»

13.

Чтобы сообщение было передано от источника к
получателю, необходима некоторая материальная
субстанция - носитель информации.
Сообщение, передаваемое с помощью носителя, назовем
сигналом. В общем случае сигнал - это изменяющийся во
времени физический процесс. Такой процесс может
содержать различные характеристики (например, при
передаче электрических сигналов могут изменяться
напряжение и сила тока).
Та из характеристик, которая используется для
представления сообщений, называется параметром
сигнала.

14.

В случае когда параметр сигнала принимает
последовательное во времени конечное число значений
(при этом все они могут быть пронумерованы), сигнал
называется дискретным, а сообщение, передаваемое с
помощью таких сигналов -дискретным сообщением.
Информация, передаваемая источником, в этом случае также
называется дискретной.
Если же источник вырабатывает непрерывное сообщение
(соответственно параметр сигнала - непрерывная функция
от времени), соответствующая информация называется
непрерывной.

15.

Непрерывное сообщение может быть представлено непрерывной
функцией, заданной на некотором отрезке [а, b]. Непрерывное
сообщение можно преобразовать в дискретное (такая процедура
называется дискретизацией).
Таким образом, любое сообщение может быть представлено как дискретное, иначе говоря
последовательностью знаков некоторого алфавита.
Возможность дискретизации непрерывного сигнала с любой желаемой точностью (для возрастания
точности достаточно уменьшить шаг) принципиально важна с точки зрения информатики.
Компьютер - цифровая машина, т. е.- внутреннее представление информации в нем дискретно.
Дискретизация входной информации (если она непрерывна) позволяет сделать ее пригодной для
компьютерной обработки.

16.

Основные свойства информации
Адекватность информации — степень соответствия
информации, полученной потребителем, тому, что автор
вложил в ее содержание.
Достоверность информации — соответствие информации
объективной реальности (как текущей, так и прошедшей)
окружающего мира.
Полнота информации — достаточность информации для
принятия решения.
Она зависит как от полноты
данных, так и от наличия необходимых методов их
обработки.
Ценность информации — это степень ее важности,
необходимости для принятия информационных решений.
Доступность информации — мера возможности получить ту
или иную информацию.
Актуальность — это степень соответствия информации
16
текущему моменту времени.

17.

Перечисленные свойства относятся к качественным
характеристикам информации.
Количественные характеристики – меры и единицы
представления, измерения и хранения

18.

Формы представления информации
(в зависимости от типа данных)
Числовая
Текстовая
Графическая
Звуковая
Видеоинформация
Мультимедийная

19.

Операции с данными
Сбор данных – накопление информации с целью обеспечения
достаточной полноты для принятия решений;
Формализация данных – приведение данных, поступающих из
разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их
сопоставимыми между собой, то есть повысить их уровень
доступности;
Фильтрация данных – отсеивание «лишних» данных, в которых
нет необходимости для принятия решений; при этом должен
уменьшаться уровень «шума», а достоверность и адекватность
данных должны возрастать;
Сортировка данных – упорядочение данных по заданному
признаку с целью удобства использования; повышает доступность
информации;
Архивация данных – организация хранения данных в удобной и
легкодоступной форме; служит для снижения экономических
затрат по хранению данных и повышает общую надежность
информационного процесса в целом;

20.

• Защита данных – комплекс мер, направленных на
предотвращение утраты, воспроизведения и модификации
данных;
• Транспортировка данных – прием и передача (доставка и
поставка) данных между удаленными участниками
информационного процесса; при этом источник данных в
информатике принято называть сервером, а потребителя
клиентом. Передача данных между клиентом и сервером
происходит с помощью определенных соглашений,
называемых протоколом обмена данными;
• преобразование данных – перевод данных из одной
формы в другую или из одной структуры в другую.
Преобразование данных часто связано с изменением типа
носителя

21. ЕДИНИЦЫ КОЛИЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ: ВЕРОЯТНОСТНЫЙ И ОБЪЕМНЫЙ ПОДХОДЫ

Вероятностный подход
Введем в рассмотрение численную величину, измеряющую
неопределенность -энтропию (обозначим ее Н).
H = log2 N
Это - формула Хартли
процесс получения информации рассматривается как выбор
одного сообщения из конечного наперед заданного множества из
N равновероятных сообщений, а количество информации ,
содержащееся в выбранном
сообщении.
Очевидно, Н будет равно единице при N = 2.
Такая единица количества информации называется «бит».

22.

Формула Шеннона принимается за меру энтропии в случае,
когда вероятности различных исходов опыта
неравновероятны (т.е. Рi могут быть различны).

23.

Объемный подход
В двоичной системе счисления знаки 0 и 1 будем называть
битами (от английского выражения Binary digiTs двоичные цифры).
В компьютере бит является наименьшей возможной
единицей информации.
Объем информации, записанной двоичными знаками в
памяти компьютера или на внешнем носителе
информации подсчитывается просто по количеству
требуемых для такой записи двоичных символов.
При этом, в частности, невозможно нецелое число битов (в
отличие от вероятностного подхода).

24.

Любой символ, букву, цифру можно представить кодом,
состоящим из 8 бит. Приняты следующие обозначения для
измерения количества информации:
1 бит = 1 разряд
1 байт = 8 бит
1 Кбайт = 1024 байта
1 Мбайт = 1024 Кбайта
1 Гбайт = 1024 Мбайт
1 Тбайт = 1024 Гбайт

25. Единицы хранения данных

При хранении данных решаются две проблемы:
• сохранить данные в наиболее компактном виде
• обеспечить к данным удобный и быстрый доступ
В качестве единицы хранения данных принят объект
переменной длины, называемый файлом.
Файл – это последовательность произвольного числа байтов,
обладающая уникальным именем.
Хранение файлов организуется в иерархической структуре,
которую называют файловой структурой (вершина – имя
носителя, на котором хранятся файлы)

26.

Система счисления – способ представления любого числа с
помощью алфавита символов, называемых цифрами., или
принятый способ записи чисел и сопоставления этим записям
реальных значений.
Непозиционная
система счисления
В ней вводится ряд
символов
для
представления
основных
чисел,
а
остальные
числа
–
результат их сложения и
вычитания.
Позиционная система
счисления
В
ней
любое
число
представляется
в
виде
последовательности
цифр,
количественное
значение
которых зависит от места
(позиции), которое занимает
каждая из них в числе.

27.

Десятичная Двоичная
система
система
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
0
1
10
11
100
101
110
111
1000
1001
1001
1011
1100
1101
1110
1111
10000
Слово машинной памяти
15
14 13
12 11
10 9
8
7
6
5
Старший байт
4
3
2
1
0
1
0
0
0
1
Младший байт
слово
Представление чисел в двоичной и десятичной системах
1
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1205
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1197

28.

Основание системы счисления – это количество
символов в её алфавите.

29.

Основ
ание
2
3
4
5
8
10
12
16
Система
счисления
Двоичная
Троичная
Четвертичная
Пятеричная
Восьмеричная
Десятичная
Двенадцатеричн
ая
Шестнадцатерич
ная
Алфавит
0,1
0,1,2
0,1,2,3
0,1,2,3,4
0,1,2,3,4,5,6,7
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
0,1,2,3,4,5,б,7,8,9,А,В
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,
С,D,E,F

30.

Правила перевода чисел из одной системы
счисления в другую систему
Для перевода числа из десятичной системы счисления в
любую другую систему счисления нужно делить «до
упора» это число на основание той системы, в которую
переводим число, а потом прочесть остатки справа налево.
Для перевода числа из любой системы счисления в
десятичную
нужно умножить содержимое каждого
разряда на основание системы в степени равной
порядковому номеру разряда и всё сложить.

31.

Правила перевода чисел из одной системы
счисления в другую систему
Перевод числа из восьмеричной системы в двоичную
осуществляется заменой слева направо восьмеричной
цифры тремя двоичными цифрами.
Перевод числа из двоичной системы счисления в
восьмеричную осуществляется заменой справа налево
каждой триады двоичных цифр на одну восьмеричную
цифру.

32.

1 O 162=1 82 +6 81+2 80=D 114
2 D 114 8
D 114=O 162
8 14 8
34 8 1
32 6
2
3
4
5
1
2
Перевод из
восьмеричной
(Оctal) системы в
десятичную (Decimal)
Перевод из
десятичной системы
в восьмеричную
B 1110010=1 26+1 25+1 24+0 23+0 22 +1 21+0 20=D 114
D 114 2
D 114=B 1110010
10 57 2
14 4 28 2
14 17 2 14 2
0 16 8 14 7 2
1 8 0 6 3 2
0
1 2 1
1
O 162=В 001 110 010
1 6
2
3
4
5
Перевод из
двоичной (Binary)
системы в
десятичную
Перевод из
десятичной
системы в
двоичную
Перевод из
восьмеричной
системы в двоичную

33.

6
D 162 16
16 10
2
D162=H A2
6
7
7
H A2=10 161+2 160 =D 162
Перевод из десятичной
системы в
шестнадцатеричную
(Hexadecimal)
Перевод из
шестнадцатеричной
системы в десятичную

34.

1
Сложение (перенос в следующий разряд,
когда разрядная сумма достигает 2)
11
101 =D 5
111 =D 7
+010 =D 2 +101 =D 5
111 =D 7 1100 =D 12
2 Вычитание (заменяется операцией
сложения с вычитаемым, взятым с обратным
знаком).
Для представления отрицательных двоичных
чисел используется дополнительный код –
число, которое при сложении с исходным дает
в сумме единицу, он равен обратному коду
(который образуется заменой единиц нулями и
наоборот) плюс единица младшего разряда.
0011 =D 3
D 7 – D 3=D 4
1100 =обратный код D 3
1101 =дополнительный код D 3
+0111 = D 7
0100 = D 4
1
Умножение (если
разряд множителя равен 1, то
частичное произведение равно
множимому, если 0, то частичное
произведение тоже равно 0).
101 =D 5
D 5 X D 2 = D 10
х 10 =D 2
000
+
101
1010 = D 10
3 Деление (выполняется аналогично
тому, как в десятичной системе).
D 12 : D 4=D 3 (B 011)
1100 100
100 11
100
100
0

35.

1
Для перевода числа из десятичной системы счисления в любую другую систему
счисления можно воспользоваться стандартной программой Калькулятор. 1
Набрав число и щелкнув на одном из переключателей Hex Dec Oct или Bin, получим
представление этого числа в соответствующей системе.

36. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ

Информация передается в виде сообщений.
Дискретная информация записывается с помощью
некоторого конечного набора знаков, которые будем
называть буквами, не вкладывая в это слово
привычного ограниченного значения (типа «русские
буквы» или «латинские буквы»).
Буква - любой из знаков, которые некоторым
соглашением установлены для общения.
Алфавит - множество знаков, в котором определен их
порядок

37. 38. КОДИРОВАНИЕ И ДЕКОДИРОВАНИЕ

В канале связи сообщение, составленное из символов (букв)
одного алфавита, может преобразовываться в сообщение из
символов (букв) другого алфавита. Правило, описывающее
однозначное соответствие букв алфавитов при таком
преобразовании, называют кодом.
Процедуру преобразования сообщения называют
перекодировкой. Подобное преобразование сообщения может
осуществляться в момент поступления сообщения от источника
в канал связи (кодирование) и в момент приема сообщения
получателем (декодирование). Устройства, обеспечивающие
кодирование и декодирование, называют соответственно
кодировщиком и декодировщиком.

39.

40.

Впервые теоретическое исследование эффективного
кодирования предпринял К.Шеннон.
Первая теорема Шеннона декларирует возможность
создания системы эффективного кодирования дискретных
сообщений, у которой среднее число двоичных символов на один
символ сообщения асимптотически стремится к энтропии
источника сообщений (в отсутствии помех).
Задача эффективного кодирования описывается триадой:
Х = {X 4i} - кодирующее устройство - В.
Здесь X, В - соответственно входной и выходной алфавит. Под множеством хi
можно понимать любые знаки (буквы, слова, предложения). В - множество,
число элементов которого в случае кодирования знаков числами определяется
основанием системы счисления (например, т = 2). Кодирующее устройство
сопоставляет каждому сообщению хi из Х кодовую комбинацию,
составленную из пi символов множества В. Ограничением данной задачи
является отсутствие помех. Требуется оценить минимальную среднюю длину
кодовой комбинации.

41.

Вторая теорема Шеннона гласит, что при наличии помех в
канале всегда можно найти такую систему кодирования,
при которой сообщения будут переданы с заданной
достоверностью. При наличии ограничения пропускная
способность канала должна превышать
производительность источника сообщений.
Таким образом, вторая теорема Шеннона устанавливает принципы
помехоустойчивого кодирования. Для дискретного канала с помехами
теорема утверждает, что, если скорость создания сообщений меньше
или равна пропускной способности канала, то существует код,
обеспечивающий передачу со сколь угодно малой частотой ошибок.
Эта теорема не дает конкретного метода построения кода, но указывает
на пределы достижимого в создании помехоустойчивых кодов,
стимулирует поиск новых путей решения этой проблемы.

42.

Компьютер считают универсальным преобразователем
информации. Тексты на естественных языках и числа,
математические и специальные символы - одним словом
все, что в быту или в профессиональной деятельности
может быть необходимо человеку, должно иметь
возможность быть введенным в компьютер.
В силу безусловного приоритета двоичной системы
счисления при внутреннем представлении информации в
компьютере кодирование «внешних» символов
основывается на сопоставлении каждому из них
определенной группы двоичных знаков.
При этом из технических соображений и из соображений
удобства кодирования-декодирования следует
пользоваться равномерными кодами, т.е. двоичными
группами равной длины.
Поскольку 8 двоичных символов составляют 1 байт, то
говорят о системах «байтового» кодирования.

43.

Текстовая информация кодируется двоичными
кодами. Существуют различные системы
кодирования. Например, в системе КОИ-7 («Код
Обмена Информацией») каждый символ кодируется
последовательностью из семи нулей и единиц.
Это отечественная система кодирования.
Позднее она уступила место американской системе
ASCII (это аббревиатура названия «American Standard
Code for Information Interchange», что переводится как
американский стандартный код информационного
обмена).

44.

45.

1
Коды от 128 до 255 в таблице ASCII
использованы для
кодирования некоторых символов, отличающихся от
латинского алфавита и встречающихся в языках с
письменностью, основанной на латинском алфавите, –
немецком, французском, испанском, а также для
кодирования символов «псевдографики».

46.

Для кодирования цвета используется шестнадцатеричная
система счисления. При создании и разработке дизайна
документов для размещении их в Интернете бывает
необходимо указать коды используемых цветов. Для
определения кода цвета можно воспользоваться
специальными таблицами.
Для воссоздания изображения на устройстве вывода,
изображение разбивается на точки - пикселы. Наглядным
примером этого является формирование изображения на
экране монитора. Пикселы упорядочены по строкам, а набор
строк образует растр. Любое изображение, построенное на
основе растра, называют растровым.

47.

48.

Графическая информация на экране монитора
представляется в виде растрового изображения, которое
формируется из определенного количества строк,
содержащих определенное количество точек (пикселей).
Каждому элементу присваивается значение его цвета, т.е.
код цвета (красный, зеленый, синий).
Виды представлений:
растровое;
векторное.

49.

Растровое изображение представляет собой
набор пикселов, то есть цветных точек, расположенных
на правильной сетке.
С каждым пикселом связаны числовые значения,
определяющие его цвет. В случае черно-белого растра эти
значения могут быть закодированны одним битом (всего два
цвета). Для растра в серых полутонах пиксельные значения
занимают 8 бит (1 байт). При этом возможно отображение
256 оттенков серого цвета. Заметим, что пикселы могут
содержать информацию не только о серых, но и о других
цветах.
Число цветов, воспроизводимых на экране монитора (К), и
число бит, отводимых в видеопамяти под каждый пиксель
(N), можно найти по формуле :
К = 2^N (2 в степени N).
Количество цветов = количество бит на 1 пиксель

50.

2 цвета (черно-белое) = 1 бит
16 цветов = 4 бит
256 цветов = 8 бит
65536 (high color) = 16 бит
16777216 (true color) = 24 бит
'1' - точка светится; '0' - точка не светится

51.

Все многообразие красок на экране получается путем
смешивания трех базовых цветов:
красного, синего и зеленого.
Если все три составляющие имеют
одинаковую интенсивность (яркость), то из их сочетаний
можно получить 8 различных цветов (23),
т.е. 3 бита позволяют закодировать 8 оттенков.
В приводимой таблице кодировки 8-цветной палитры наличие
базового цвета обозначено единицей, а отсутствие нулем:

52.

Двоичный код восьмицветной
палитры
Красн
ый
0
0
0
0
1
1
1
1
Зелены Синий Цвет
й
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
Название
цвета
Черный
Синий
Зеленый
Бирюзовый
Красный
Сиреневый
Оливковый
Белый

53.

Рассмотрим растровое черно-белое изображение
размером 10х10 пикселей.
Для кодирования изображения потребуется
100 бит видеопамяти.
0000000000
0001000100
0001001000
0001010000
0001100000
0001010000
0001001000
0001000100
0000000000
0000000000

54.

Количество графической информации
Приступая к созданию растровых изображений на
компьютере, желательно знать,
каков будет примерный размер будущего графического
файла.
Это поможет вам рациональнее использовать место на диске
и точнее подходить к заданию параметров изображения.
Оценить размер файла можно по количеству содержащейся
в нем графической
информации.
Самая простая оценка выглядит как
V = d*W*H
где d- глубина цвета (в битах),
W- ширина изображения в пикселах,
Н-высота изображения в пикселах.

55.

Важной характеристикой растра является его
разрешающая способность, то есть количество
пикселов на единицу длины. Значение разрешающей
способности обычно записывается в единицах dpi (dot
per inch - точек на дюйм). Разрешающая способность
экранного изображения составляет обычно 72 или 96
dpi, оттиска лазерного принтера - 600 dpi.
Цветные изображения имеют большой объем (до
нескольких Мбайт). Для хранения растровых
изображений используется сжатие, т.е. уменьшение
размеров файла. Наиболее распространенный метод
сжатия JPEG позволяет уменьшать размеры файла в
несколько десятков раз.

56.

Растровые изображения могут создаваться
специальной программой - растровым редактором.
Источником растровых данных являются также
специальные устройства ввода: сканеры, видеокамеры,
цифровые фотоаппараты.
Для того чтобы графическая информация могла
обрабатываться компьютером нужно представить ее
сигналами. Такое преобразование называют
оцифровкой.
Для оцифровки графической информации служат
специальные цифровые фотокамеры или специальные
устройства - сканеры.
Сканер просматривает каждую точку картинки и
передает в компьютер числа, которыми зашифрован
цвет каждой точки.

57.

Чтобы обойти проблему больших графических файлов,
часто используют другой способ представления
изображений - векторный.
Идея векторного представления состоит в описании
элементов изображения с помощью математических
формул. Для этого изображение раскладывается на
простые объекты - примитивы. Примитивами являются
линии, эллипсы, окружности, многоугольники, звезды
и др.
Примитивы создаются на основе ключевых точек,
которые определяются в виде набора чисел. Программа
воспроизводит изображение путем соединения
ключевых точек.

58.

59.

60.

Для описания различных геометрических фигур требуются
ключевые точки разных типов.
На векторные объекты раскладываются не только
геометрические фигуры и различные рисунки, но и текст.
В компьютерной графике термин 'вектор' обозначает часть
линии (сегмент), которая задается ключевыми точками. Файлы
векторных изображений содержат не пиксельные значения, а
математические описания элементов изображений. Качество не
изменяется при увеличении или уменьшении размеров
изображения.
Положение и форма графических примитивов задаются в
системе координат, связанной с экраном (начало координат
расположено в верхнем левом углу, ось Х направлена слева
направо, ось У - сверху вниз).

61.

Данные об изображении хранятся в графических файлах.
Эти файлы организованы определенным образом, например,
они имеют заголовок, область данных и концовку.
Способ организации графических файлов называется
графическим форматом.
Размер графического файла сильно зависит от формата,
выбранного для хранения изображения.
Существует несколько категорий форматов графических
файлов.

62.

Растровые форматы.. Это форматы, используемые для
хранения
растровых изображений.
Они больше всего подходят для записи графических
данных,
получаемых от устройств ввода.
Наиболее распространены растровые форматы: BMP
(сокращение от Bit Map Picture, это 'родной' графический
формат OC Windows), PCX, TIFF, GIF, JPEG, TGA, IMG,
PNG.

63.

Векторные форматы. Эти форматы полезны для хранения
линейных элементов (прямых, кривых, многоугольников),
различных геометрических фигур, текста. По математическим
описаниям графических объектов происходит визуализация
изображений. Примерами наиболее распространенных
векторных форматов являются CDR (формат файлов
векторного редактора CorelDRAW), DXF (файлы пакета
инженерной графики AutoCAD), WMF, EPS, DXF.
Метафайловые форматы. Отличие этого формата от
предыдущих заключается в том, что он может хранить как
растровые, так и векторные данные. Метафайлы обычно
используются для переносов изображений между различными
приложениями и компьютерными платформами (IBM PS и
Macintosh). Популярными метафайловыми форматами
являются WPG, CGM.

64.

Изначально в IBM-PC совместимых компьютерах вывод звука
происходил с помощью встроенного динамика, естественно,
качество звучания сигнала оставляло желать лучшего.
Постепенно с развитием компьютеров такое качество вывода
звука перестало устраивать конечных пользователей.
Таким образом, возникла необходимость в создании
устройств, способных воспроизводить звук более
качественно. Появилось большое количество звуковых карт,
принцип вывода звука которыми позволял создавать уже
более качественное звучание.
Звуковые карты применяют для хранения данных метод
импульсно-кодовой модуляции. Рассмотрим, что он из себя
представляет .

65.

Развитие аппаратной базы современных компьютеров
параллельно с развитием программного обеспечения
позволяет сегодня записывать и воспроизводить на
компьютерах музыку и человеческую речь.
Существуют два способа звукозаписи:
• цифровая запись, когда реальные звуковые волны
преобразуются в цифровую информацию путем измерения
звука тысячи раз в секунду;
• MIDI-запись, которая, вообще говоря, является не реальным
звуком, а записью определенных команд-указаний (какие
клавиши надо нажимать, например, на синтезаторе). MIDIзапись является электронным эквивалентом записи игры на
фортепиано.

66.

Для того чтобы воспользоваться первым указанным способом в
компьютере должна быть звуковая карта (плата).
Реальные звуковые волны имеют весьма сложную форму
и для получения их высококачественного цифрового
представления
требуется высокая частота квантования
Звуковая плата преобразует звук в цифровую информацию
путем измерения характеристики звука (уровень сигнала)
несколько тысяч раз в секунду. То есть аналоговый
(непрерывный) сигнал измеряется в тысячах точек, и
получившиеся значения записываются в виде 0 и 1 в память
компьютера. При воспроизведении звука специальное
устройство на звуковой карте преобразует цифры в аналог
звуковой волны. Хранение звука в виде цифровой записи
занимает достаточно много места в памяти компьютера.
Число разрядов, используемое для создания цифрового звука,
определяет качество звучания

67.

MIDI-запись была разработана в начале 80-х годов (MIDI —
Musical Instrument Digital Interfase — интерфейс цифровых
музыкальных инструментов). MIDI-информация представляет
собой команды, а не звуковую волну. Эти ко-манды —
инструкции синтезатору. МЛDI-команды гораздо удобнее для
хранения музыкальной информации, чем циф-ровая запись.
Однако для записи MIDI-команд вам потре-буется устройство,
имитирующее клавишный синтезатор, которое воспринимает
МIDI-команды и при их получении может генерировать
соответствующие звуки.

68.

Приёмы и методы работы со звуковой информацией пришли
в вычислительную технику наиболее поздно. К тому же, в
отличие от числовых, текстовых и графических данных, у
звукозаписей не было столь же длительной и проверенной
истории кодирования. В итоге методы кодирования звуковой
информации двоичным кодом далеки от стандартизации.
Множество отдельных компаний разработали свои
корпоративные стандарты, но среди них можно выделить два
основных направления.

69.

Метод FM (Frequency Modulation) основан та том, что теоретически любой
сложный звук можно разложить на последовательность простейших
гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет
собой правильную синусоиду, а, следовательно, может быть описан
числовыми параметрами, т.е. кодом. В природе звуковые сигналы имеют
непрерывный спектр, т.е. являются аналоговыми. Их разложение в
гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов
выполняют специальный устройства - аналогово-цифровые преобразователи
(АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука,
закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые
преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери
информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество
звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и
соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных
инструментов с окрасом характерным для электронной музыки. В то же время
данный метод копирования обеспечивает весьма компактный код, поэтому он
нашёл применение ещё в те годы, когда ресурсы средств вычислительной
техники были явно недостаточны.

70.

Метод таблично волнового (Wave-Table) синтеза лучше
соответствует современному уровню развития техники. В
заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков
для множества различных музыкальных инструментах. В
технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды
выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона,
продолжительность и интенсивность звука, динамику его
изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит
звучание, а также прочие параметры, характеризующие
особенности звучания. Поскольку в качестве образцов
исполняются реальные звуки, то его качество получается
очень высоким и приближается к качеству звучания реальных
музыкальных инструментов.

71.

Существует множество различных форматов представления
видеоданных. В среде Windows, например, уже более 10 лет
(начиная с версии 3.1) применяется формат Video for
Windows, базирующийся на универсальных файлах с
расширением AVI (Audio Video Interleave - чередование аудио
и видео).
Суть AVI файлов состоит в хранении структур произвольных
мультимедийных данных, каждая из которых имеет простой
вид, изображенный на рис. Файл как таковой представляет
собой единый блок, причем в него, как и в любой другой,
могут быть вложены новые блоки. Заметим, что
идентификатор блока определяет тип информации, которая
хранится в блоке.

72.

73.

Внутри описанного выше своеобразного контейнера
информации (блока) могут храниться абсолютно
произвольные данные, в том числе, например, блоки, сжатые
разными методами. Таким образом, все AVI-файлы только
внешне выглядят одинаково, а внутри могут различаться
очень существенно.

74.

Более универсальным является мультимедийный формат
Quick Time. Он позволяет хранить независимые фрагменты
данных, причем даже не имеющие общей временной
синхронизации, как этого требует AVI. В результате в одном
файле может, например, храниться песня, текст с ее словами,
нотная запись в MIDI-формате, способная управлять
синтезатором, и т.п. Особенностью Quick Time является
возможность формировать изображение на новой дорожке
путем ссылок на кадры, имеющиеся на других дорожках.
Полученная таким способом дорожка оказывается
несоизмеримо меньше, чем если бы на нее были скопированы
требуемые кадры.

75.

Все большее распространение в последнее время получают
системы сжатия видеоизображений, допускающие некоторые
незаметные для глаза искажения изображения с целью
повышения степени сжатия. Наиболее известным стандартом
подобного класса служит MPEG (Motion Picture Expert
Group), который разработан и постоянно развивается
созданным в 1988 году Комитетом (группой экспертов)
международной организации ISO/IEC (International Standards
Organization/International Electrotechnical Commission) по
стандартам высококачественного сжатия движущихся
изображений. Методы, применяемые в MPEG, непросты для
понимания и опираются на достаточно сложную математику.

76.

В последнее время все большее распространение получает
технология под названием DivX (происходит от сокращения
слов Digital Video Express). Благодаря DivX удалось
достигнуть степени сжатия, позволившей вмесить
качественную запись полнометражного фильма на один
компакт-диск - сжать 4,7 Гб DVD-фильма до 650 Мб. И хотя
это достижение, к сожалению, чаще всего используется для
пиратского копирования, сам по себе этот факт не умаляет
достоинств новой технологии.

77.

Наиболее популярные программы проигрывания
видеофайлов позволяют использовать замещаемые
подсистемы сжатия и восстановления видеоданных - кодеки
(от англ. compression/decompression - codec, сравните с
образованием термина "модем").
Такой подход позволяет легко адаптировать новые
технологии, как только те становятся доступными.

78.

Таким образом, рассмотрев принципы хранения в ЭВМ
различных видов информации, можно сделать важный
вывод о том, что все они так или иначе преобразуются в
числовую форму и кодируются набором нулей и единиц.
Благодаря такой универсальности представления данных,
если из памяти наудачу извлечь содержимое какой-нибудь
ячейки, то принципиально невозможно определить, какая
именно информация там закодирована: текст, число или
картинка.

English Русский Rules