Кодирование информации

1. Кодирование информации

2. План:

1. Примеры систем кодирования
2. Кодирование текстовой информации
3. Цифровое представление
информации
4. Кодирование графической
информации
5. Кодирование звуковой информации

3. Новые понятия

• знаковые системы
• естественные языки
• формальные языки
• двоичная знаковая система
• алфавит
• кодирование
• длина кода
• код

4.

•С
древних времен знаки используются
человеком для долговременного хранения
информации и ее передачи на большие
расстояния

5.

• Знак
- это метка, предмет, которым
обозначается что-нибудь (буква, цифра,
отверстие).
• Знак
вместе с его значением называют
символом

6. Форма знаков

• В соответствии со способом восприятия
знаки можно разделить на зрительные,
слуховые, осязательные, обонятельные
и вкусовые, причем в человеческом
общении используются знаки первых
трех типов

7.

•К
зрительным знакам, воспринимаемым с
помощью зрения, относятся буквы и цифры,
которые используются в письменной речи,
знаки химических элементов, музыкальные
ноты, дорожные знаки и т. д.

8.

• Для
передачи информации на большие расстояния
используются знаки в форме сигналов. Например:
световые сигналы светофора, звуковые сигналы
школьного звонка оповещают о начале или конце
урока, электрические сигналы передают информацию
по
телефонным
и
компьютерным
сетям,
электромагнитные волны передают сигналы радио и
телевидения

9. Значение знаков

• Знаки отображают объекты окружающего мира
или понятия, т. е. имеют определенное
значение (смысл). Знаки различаются по
способу связи между их формой и значением.
• Иконические знаки позволяют догадаться об их
смысле, так как они имеют форму, похожую на
отображаемый объект

10.

• Символами
называются знаки, для которых
связь
между
формой
и
значением
устанавливается
по
общепринятому
соглашению. Это символы химических
элементов, отображающие атомы химических
веществ, ноты, любые современные буквы или
цифры и пр

11. Классифицируйте знаки по способу связи между их формой и их значением:

• иконические:
• символы:

12. Знаковая система

• являются наборами знаков
определенного типа.
• Каждая знаковая система строится на
основе определенного алфавита
(набора знаков) и правил выполнения
операций над знаками.
• Человек широко использует для
представления информации знаковые
системы, которые называются языками

13. Язык - это сложная система символов, каждый из которых имеет определенное значение

• Естественные (алфавит,
грамматика, синтаксис)
• Формальные (системы счисления,
алгебра, языки программирования)

14.

• В процессе развития науки были разработаны
формальные языки (системы счисления,
алгебра, языки программирования и др.)

15.

• В процессах хранения, обработки и передачи
информации в компьютере используется
двоичная знаковая система, алфавит
которой состоит всего из двух знаков {0, 1}.
1000
0101
0010
0101
0101
0010
0101
1000
0001
1010
0100
1010
1010
0100
1010
0001
Физически знаки реализуются в форме
электрических импульсов (нет импульса - 0, есть
импульс - 1), состояний ячеек оперативной памяти
и участков поверхностей носителей информации
(одно состояние - 0, другое состояние - 1).

16. В процессе представления информации с помощью знаковой системы производится ее кодирование

Кодирование информации - это специально
выработанная система приемов (правил)
фиксирования информации

17. Любой способ кодирования характеризуется

наличием основы (алфавит, спектр
цветности, система координат, основание
системы счисления…) и правил
конструирования информационных
образов на этой основе.
Перекодирование – это преобразование
знаков одной знаковой системы в знаки
другой знаковой системы (переход к
другому коду)

18. Декодирование – возвращение к исходному коду

19. Сэмюэл Морзе

20. Кодировал информацию тремя символами:

21. Кодирование текстовой информации

22.

Кодирование текстовой информации
Для кодирования 1 символа требуется
1 байт информации.
Существует 5 кодовых таблиц для русских символов:
КОИ8,
СР1251,
СР866,
Мас,
ISO.
В настоящее время используется новый международный
стандарт Unicode, который отводит на один символ не
один, а два байта.

23. Для кодирования текстовой информации

используется таблица символов
ASCII (American Standard Code of Information Interchange).
код
символ
код
символ
код
символ
код
символ
код
символ
код
символ
32
Пробел
48
.
64
@
80
P
96
'
112
p
33
!
49
0
65
A
81
Q
97
a
113
q
34
"
50
1
66
B
82
R
98
b
114
r
35
#
51
2
67
C
83
S
99
c
115
s
36
$
52
3
68
D
84
T
100
d
116
t
37
%
53
4
69
E
85
U
101
e
117
u
38
&
54
5
70
F
86
V
102
f
118
v
39
'
55
6
71
G
87
W
103
g
119
w
40
(
56
7
72
H
88
X
104
h
120
x
41
)
57
8
73
I
89
Y
105
i
121
y
42
*
58
9
74
J
90
Z
106
j
122
z
43
+
59
:
75
K
91
[
107
k
123
{
44
,
60
;
76
L
92
\
108
l
124
|
45
-
61
<
77
M
93
]
109
m
125
}
46
.
62
>
78
N
94
^
110
n
126
~
47
/
63
?
79
O
95
_
111
o
127
DEL

24.

25. Национальные кодировки

Под национальные кодировки отданы коды с 128-го
по 255-й.
код
Windows-1251
КОИ-8
ISO
192
А
ю
Р
193
Б
а
С
194
В
б
Т
…
…

26. UNICODE

UNICODE –
стандарт кодирования
символов, позволяющий представить
знаки практически всех письменных
языков. Для кодирования каждого
символа используется 2 байта, т.е. 16
бит.
16
2
65536

27. Стандарт предложен в 1991 году некоммерческой организацией «Консорциум Юникода», объединяющей крупнейшие IT-корпорации.

Стандарт предложен в 1991 году
некоммерческой организацией «Консорциум
Юникода», объединяющей крупнейшие ITкорпорации. Применение этого стандарта
позволяет закодировать очень большое число
символов из разных письменностей: в
документах Unicode могут соседствовать
китайские иероглифы, математические
символы, буквы греческого алфавита, латиницы
и кириллицы, при этом становятся ненужными
кодовые страницы.

28. Стандарт состоит из двух основных разделов: универсальный набор символов (UCS, Universal Character Set) и семейство кодировок

(UTF, Unicode Transformation Format).
Универсальный набор символов задаёт
однозначное соответствие символов кодам —
элементам кодового пространства,
представляющим неотрицательные целые
числа. Семейство кодировок определяет
машинное представление
последовательности кодов UCS.

29. В Юникоде английское «a» и польское «a» — один и тот же символ. Точно так же одним и тем же символом (но отличающимся от «a»

В Юникоде английское «a» и польское «a» —
один и тот же символ. Точно так же одним и тем
же символом (но отличающимся от «a»
латинского) считаются русское «а» и сербское
«а». Такой принцип кодирования не
универсален; по-видимому, решения «на все
случаи жизни» вообще не может существовать.

30. Задачи

1.Какой объём текста (в символах) будет
передан модемом за 10 мин, если
скорость его работы 14400 бит/сек?
2.Ёмкость одного печатного листа равна
32 килобайта. Сколько времени
потребуется для его распечатки на
принтере, печатающем 512 символов в
секунду.

31. Кодирование графической информации

32. Цифровое представление информации

Информация может быть представлена в двух формах:
Аналоговой
Дискретной (цифровой)
Компьютерная технология предлагает дискретное
(цифровое) представления информации.
Преобразование графической и звуковой информации из
аналоговой формы в дискретную производится путем
дискретизации.
Дискретизация – это преобразование
непрерывных изображений и звука в набор
дискретных значений в форме кодов.

33. Кодирование графической информации

В процессе кодирования изображения производится
его пространственная дискретизация. Изображение
разбивается на отдельные фрагменты (точки), где
каждой точке присваивается код цвета.
Качество кодирования зависит от 2-х параметров:
• Размера точки
• Палитры (количества) цветов
Графическая информация на экране монитора
представляется в виде растрового изображения,
которое формируется из определённого количества
строк, которые в свою очередь содержат определённое
количество точек (пикселей).

34. Графика: понятие цвета

35. Кодирование растровых изображений

• Для черно-белого изображения
информационный объем одной
точки равен одному биту (либо
черная (0), либо белая (1)).
• Для четырехцветного – 2 бита.
• Для 8 цветов необходимо – 3
бита.
• Для 16 цветов – 4 бита.
• Для 256 цветов – 8 бит (1 байт).
I log 2 N
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
11
00
11
01
01
11
10
11
11
10
11
01
01
11
00
11

36.

Если
кодировать
цвет одной
точки
изображения
тремя битами,
то мы получим
все восемь
различных
цветов.
R
G
B
Цвет
1
1
1
Белый
1
1
0
Желтый
1
0
1
Пурпурный
1
0
0
Красный
0
1
1
Голубой
0
1
0
Зеленый
0
0
1
Синий
0
0
0
Черный

37.

Качество двоичного кодирования
изображения определяется разрешающей
способностью экрана и глубиной цвета
Глубина цвета
задается количеством
используемым для кодирования цвета точки
битов,
Глубина цвета (I)
Количество отображаемых
цветов (N)
8
28=256
16
216=65 536
24
224=16 777 216
32
232=4 294 967 296

38. Цветовые модели RGB/ CMYK

излучающие
отражающие
аддитивные
субтрактивные
пиксель
растр

39. Двоичное кодирование графики

Изображение
Основа кодирования
Байт
Бит
Кол-во
цветов
В оттенках
серого
256 градаций серого
(от черного до белого)
1
8
256
Цветное
излучающее
RGB
(Red, Green, Blue)
3
24
16 777 216
(True Color)
Цветное
отражающее
CMYK
(Cyan, Magenta, Yellow, blacK)
4
32 429 4967 296
(True Color)

40.

Примером
аналогового
представления
графической информации
может служить
живописное полотно, цвет
которого изменяется
непрерывно,
дискретного
представления,
изображение, напечатанное
с помощью струйного
принтера и состоящее из
отдельных точек разного
цвета.

41. Задача 3:

Определите количество цветов в
палитре при глубине цвета
4, 8, 16, 24, 32 бита.

42. Задача 4: Определите требуемый объем видеопамяти для различных графических режимов экрана монитора. Заполните таблицу.

Разрешающая
способность
экрана
640 на 480
800 на 600
1024 на 768
1280 на 1024
Глубина цвета (бит на точку)
4
8
16
24
32

43.

Определите требуемый объем видеопамяти для
различных графических режимов экрана монитора.
Заполните таблицу.
Разрешающая
способность
экрана
Глубина цвета (бит на точку)
4
8
16
24
32
640 на 480
150 Кб
300 Кб
600 Кб
900 Кб
1,2 Мб
800 на 600
234 Кб
469 Кб
938 Кб
1,4 Мб
1,8 Мб
1024 на 768
384 Кб
768 Кб
1,2 Мб
2,25
Мб
3 Мб
1280 на 1024
640 Кб
1,25
Мб
2,5 Мб
3,75
Мб
5 Мб

44. Задача 5:

Черно-белое (без градаций серого)
растровое графическое изображение
имеет размер 10 10 точек. Какой объем
памяти займет это изображение?

45. Задача 6:

256-цветный рисунок содержит 120
байт информации. Из скольких точек
он состоит?

46. Задача 7:

Достаточно ли видеопамяти
объемом 256 Кбайт для работы
монитора в режиме 640 480 и
палитрой из 16 цветов?

47. Кодирование звуковой информации

48.

В процессе кодирования непрерывного
звукового сигнала производится его временная
дискретизация. Звуковая волна разбивается на
отдельные временные участки с определенной
величиной амплитуды.
При двоичном кодировании непрерывного
звукового
сигнала
он
заменяется
последовательностью дискретных уровней
сигнала.
Качество кодирования зависит:
• частоты
дискретизации
(количество
измерений уровня сигнала в единицу времени)
• глубины
кодирования
(возможность
кодирования различных уровней громкости)

49. Количество уровней сигнала (громкости) можно рассчитать:

N=2I, где I – глубина кодирования звука

50. Решение задачи:

Оцените
информационный
объём
стереоаудиофайла длительностью звучания
1 секунда, если «глубина» дискретизации
16 бит, а частота 48 кГц
16 бит*48 000*2=1 536 000 бит= 187,5 Кб

51. Задача 9:

Оцените информационный объём (в
Кбайтах) моноаудифайла длительностью
звучания 1 минута, если «глубина»
кодирования
16
бит,
а
частота
дискретизации 8 кГц

52. Решение

V=D*t*i*k
V - информационный объем файла
D - частота дискретизации
t - время звучания
i - глубина кодирования 1 сигнала
k - количество каналов
D1 = 8 кГц = 8000 Гц
t = 1 мин = 60 секунд
k = 1 канал (моно-)
i1 = 16 бит = 2 байта
V1 = 8000 Гц * 60 c * 2 байта * 1 = 960000 байт = 937,5
килобайт = 0,91 мегабайт - информационный объем 1
звукового файла

53. Запись чисел с фиксированной запятой

Целые числа занимают в памяти компьютера 1,
2 или 4 байта.
Для хранения целых неотрицательных чисел
отводится одна ячейка памяти(8 бит).
Для хранения целых чисел со знаком отводится
2 ячейки памяти (16 битов), где старший разряд
отводится под знак числа («+» кодируется 0, «-»
кодируется 1).

54. Запись чисел с фиксированной запятой

1-байтовые числа – диапазон от 0 до
255
2-байтовые числа – диапазон
от 0 до 65535(без знака),
со знаком - диапазон
от -32768 до 32767
4-байтовые числа
от 2147483647 до -2147483648

55. Запись чисел с плавающей запятой

Обработка очень больших и очень маленьких чисел
производится в экспоненциальной форме.
Любое число в экспоненциальной
форме представляется в виде:
A=mA*qp, где
mA – мантисса числа (q-1≤|mA|<1)
q – основание системы счисления
P – порядок числа
Нормализованная
мантисса
Например, 888,888=0,888888*103
Такие числа занимают в памяти 4 или 8 байтов

56. Числа с плавающей запятой позволяют увеличить диапазон обрабатываемых чисел по сравнению с диапазоном чисел с фиксированной

запятой.
Однако, быстродействие ПК при обработке
чисел с плавающей запятой гораздо ниже, чем
при обработке чисел с фиксированной запятой

57. Домашнее задание

Фиошин М.Е. Информатика. 10 класс.
Углубленный курс. С.7-46; С.113-130