Што такое кадаваньне інфармацыі і яе апрацоўка?

У свеце ідзе пастаянны абмен патокамі інфармацыі. Крыніцамі могуць быць людзі, тэхнічныя прылады, розныя рэчы, аб'екты нежывой і жывой прыроды. Атрымліваць звесткі можа як адзін аб'ект, так і некалькі.
Для больш якаснага абмену дадзенымі адначасова ажыццяўляецца кадаванне і апрацоўка інфармацыі на баку перадатчыка (падрыхтоўка дадзеных і пераўтварэнне іх у форму, зручную для трансляцыі, апрацоўкі і захоўвання), перасылка і дэкадаванне на баку прымача (пераўтварэнне Кадаваць дадзеных у зыходную форму). Гэта ўзаемазвязаныя задачы: крыніца і прыёмнік павінны валодаць падобнымі алгарытмамі апрацоўкі звестак, інакш працэс кадавання-дэкадаванні будзе немагчымы. Кадаванне і апрацоўка графічнай і мультымедыйнай інфармацыі звычайна рэалізуюцца на аснове вылічальнай тэхнікі.

Кадаванне інфармацыі на кампутары

Ёсць шмат спосабаў апрацоўкі дадзеных (тэксты, колькасці, графіка, відэа, гук) з дапамогай кампутара. Уся інфармацыя, апрацоўваная кампутарам, прадстаўлена ў двайковым кодзе - з дапамогай лічбаў 1 і 0, званых бітамі. Тэхнічна гэты спосаб рэалізуецца вельмі проста: 1 - электрычны сігнал прысутнічае, 0 - адсутнічае. З пункту гледжання чалавека, такія коды нязручныя для ўспрымання - доўгія радкі нулёў і адзінак, якія ўяўляюць сабой кадаваныя сімвалы, вельмі складана сходу расшыфраваць. Затое такі фармат запісу адразу наглядна паказвае, што такое кадаваньне інфармацыі. Напрыклад, лік 8 у двайковым восьмиразрядном выглядзе выглядае як наступная паслядоўнасць біт: 000001000. Але тое, што складана чалавеку, проста кампутара. Электроніцы прасцей апрацаваць мноства простых элементаў, чым невялікая колькасць складаных.

кадаванне тэкстаў

Калі мы націскаем кнопку на клавіятуры, кампутар атрымлівае пэўны код націснутай кнопкі, шукае яго ў стандартнай табліцы сімвалаў ASCII (амерыканскі код для абмену інфармацыяй), «разумее» якая кнопка націснутая і перадае гэты код для далейшай апрацоўкі (напрыклад, для адлюстравання сімвала на маніторы ). Для захоўвання Знакавыя кода ў двайковым выглядзе выкарыстоўваецца 8 разрадаў, таму максімальны лік камбінацый раўняецца 256. Першыя 128 знакаў выкарыстоўваецца пад кіраўнікі сімвалы, лічбы і лацінскія літары. Другая палова прызначаецца для нацыянальных сымбаляў і псевдографікі.

кадаванне тэкстаў

Лягчэй будзе зразумець, што такое кадаваньне інфармацыі, на прыкладзе. Разгледзім коды ангельскага сімвала «З» і рускай літары «З». Заўважым, што ўзятыя сімвалы загалоўныя, і іх коды адрозніваюцца ад маленькіх. Англійская сімвал будзе выглядаць як 01000010, а беларуская - 11010001. Тое, што для чалавека на экране манітора выглядае аднолькава, кампутар успрымае цалкам па-рознаму. Неабходна таксама звярнуць увагу на тое, што коды першых 128 знакаў застаюцца нязменныя, а пачынаючы ад 129 і далей аднаму двайковага коду могуць адпавядаць розныя літары ў залежнасці ад выкарыстоўванай кодавай табліцы. Да прыкладу, дзесятковы код 194 можа адпавядаць у КОИ8 літары «б», у СР1251 - "В", у ISO - «Т», а ў кадоўках СР866 і Мас наогул гэтаму коду не адпавядае ні адзін знак. Таму, калі пры адкрыцці тэксту мы замест рускіх слоў бачым літарна-знакавую абракадабру, гэта азначае, што такое кадаваньне інфармацыі нам не падыходзіць і трэба выбраць іншы канвертар знакаў.

кадаваньне лікаў

У двайковай сістэме вылічэння бяруцца за ўсё два варыянты значэння - 0 і 1. Усе асноўныя аперацыі з двайковымі лікамі выкарыстоўвае навука пад назвай двайковая арыфметыка. Гэтыя дзеянні маюць свае асаблівасці. Возьмем, да прыкладу, лік 45, набранае на клавіятуры. Кожная лічба мае свой восьмиразрядный код у кодавай табліцы ASCII, таму лік займае два байта (16 біт): 5 - 01.010.011, 4 - 01.000.011. Для таго каб выкарыстоўваць гэта лік у вылічэннях, яно перакладаецца па спецыяльных алгарытмах ў двойкавую сістэму вылічэння ў выглядзе восьмиразрядного двайковага ліку: 45 - 00.101.101.

Кадаванне і апрацоўка графічнай інфармацыі

У 50-х гадах на кампутарах, якія часцей за ўсё выкарыстоўваліся ў навуковых і ваенных мэтах, упершыню рэалізавалі графічнае адлюстраванне дадзеных. Сёння візуалізацыя інфармацыі, якую атрымліваюць ад кампутара, з'яўляецца звычайным і звыклым для любога чалавека з'явай, а ў тыя часы гэта зрабіла незвычайны пераварот у працы з тэхнікай. Магчыма, паўплывала ўплыў чалавечай псіхікі: наглядна прадстаўленая інфармацыя лепш засвойваецца і ўспрымаецца. Вялікі рывок у развіцці візуалізацыі дадзеных адбыўся ў 80-х гадах, калі кадаваньне і апрацоўка графічнай інфармацыі атрымалі магутнае развіццё.

Аналагавае і дыскрэтнае ўяўленне графікі

Графічная інфармацыя бывае двух відаў: аналагавая (маляўнічае палатно з бесперапынна зменлівых колерам) і дыскрэтная (карцінка, якая складаецца з мноства кропак рознага колеру). Для выгоды працы з выявамі на кампутары іх падвяргаюць апрацоўцы - прасторавай дыскрэтызацыі, пры якой кожнаму элементу прызначаецца канкрэтнае значэнне колеру ў выглядзе індывідуальнага кода. Кадаванне і апрацоўка графічнай інфармацыі падобныя на працу з мазаікай, якая складаецца з вялікай колькасці дробных фрагментаў. Прычым якасць кадавання залежыць ад памераў кропак (чым менш памер элемента - кропак будзе большая колькасць на адзінку плошчы, - тым вышэй якасць) і памеру палітры выкарыстоўваюцца кветак (чым больш каляровых станаў можа прымаць кожная кропка, адпаведна, несучы больш інфармацыі, тым лепш якасць ).

Стварэнне і захоўванне графікі

Ёсць некалькі асноўных фарматаў малюнкаў - вектарны, фрактальнай і растравы. Асобна разглядаецца спалучэнне растравай і вектарнай - шырока распаўсюджаная ў наш час мультымедыйная 3D-графіка якая ўяўляе сабой прыёмы і метады пабудовы трохмерных аб'ектаў у віртуальнай прасторы. Кадаванне і апрацоўка графічнай і мультымедыйнай інфармацыі розная для кожнага фармату малюнкаў.

растравы малюнак

Сутнасць гэтага графічнага фармату ў тым, што малюнак разбіваецца на дробныя рознакаляровыя кропкі (пікселі). Верхняя левая кропка кантрольная. Кадаванне графічнай інфармацыі заўсёды пачынаецца з левага кута малюнка парадкова, кожны піксель атрымлівае код колеру. Аб'ём растравай карцінкі можна вылічыць памнажэннем колькасці кропак на інфармацыйны аб'ём кожнага з іх (які залежыць ад колькасці варыянтаў колеру). Чым вышэй адрознівальная здольнасць манітора, тым больш колькасць радкоў растру і кропак у кожнай радку, адпаведна, вышэй якасць малюнка. Для апрацоўкі графічных дадзеных растравага тыпу можна выкарыстоўваць двайковы код, так як яркасць кожнай кропкі і каардынаты яе размяшчэння можна прадставіць у выглядзе цэлых лікаў.

вектарнае малюнак

Кадаванне графічнай і мультымедыйнай інфармацыі вектарнага тыпу зводзіцца да таго, што графічны аб'ект прадстаўляецца ў выглядзе элементарных адрэзкаў і дуг. Ўласцівасцямі лініі, якая з'яўляецца базавым аб'ектам, з'яўляюцца форма (прамая ці крывая), колер, таўшчыня, напісанне (пункцір або суцэльная лінія). Тыя лініі, якія з'яўляюцца замкнёнымі, валодаюць яшчэ адным уласцівасцю - запаўненне іншымі аб'ектамі або колерам. Становішча аб'екта вызначаецца кропкамі пачатку і канца лініі і радыусам скрыўлення дугі. Аб'ём графічнай інфармацыі вектарнага фармату значна менш растравага, але патрабуе спецыяльных праграм для прагляду графікі гэтага тыпу. Існуюць таксама праграмы - векторизаторы, пераўтваральныя растравыя выявы ў вектарныя.

фрактальная графіка

Гэты тып графікі, як і вектарны, заснаваны на матэматычных разліках, але яе базавай складнікам з'яўляецца сама формула. У памяці кампутара няма неабходнасці захоўваць ніякіх малюнкаў або аб'ектаў, сама карцінка малюецца толькі па формуле. Графікай такога тыпу зручна візуалізаваць не толькі простыя рэгулярныя структуры, але і складаныя ілюстрацыі, якія імітуюць, напрыклад, ландшафты ў гульнях або эмулятарах.

гукавыя хвалі

Што такое кадаваньне інфармацыі, яшчэ можна прадэманстраваць на прыкладзе працы з гукам. Мы ведаем, што наш свет перапоўнены гукамі. Са старажытных часоў людзі разабраліся, як нараджаюцца гукі - хвалі сціснутага і разрэджанага паветра, якія ўздзейнічаюць на барабанныя перапонкі вуха. Чалавек можа ўспрымаць хвалі з частатой ад 16 Гц да 20 кГц (1 Герц - адно ваганне ў секунду). Усе хвалі, частоты ваганняў якіх трапляюць у гэты дыяпазон, называюцца гукавымі.

ўласцівасці гуку

Характарыстыкамі гуку з'яўляюцца тон, тэмбр (афарбоўка гуку, якая залежыць ад формы ваганняў), вышыня (частата, якая вызначаецца частатой ваганняў у секунду) і гучнасць, якая залежыць ад інтэнсіўнасці ваганняў. Любы рэальны гук складаецца з сумесі гарманічных ваганняў з фіксаваным наборам частот. Ваганне з самай нізкай частатой называюць асноўным тонам, астатнія - абертонамі. Асаблівую афарбоўку гуку надае тэмбр - розная колькасць абертонаў, уласцівае менавіта гэтаму гуку. Менавіта па тэмбры мы можам пазнаваць галасы блізкіх людзей, адрозніваць гучанне музычных інструментаў.

Праграмы для працы з гукам

Умоўна праграмы па функцыянале можна падзяліць на некалькі відаў: службовыя праграмы і драйверы для гукавых поплаткаў, якія працуюць з імі на нізкім узроўні, аўдыё рэдактары, якія вырабляюць розныя аперацыі з гукавымі файламі і ўжываюць да іх розныя эфекты, праграмныя сінтэзатары і пераўтваральнікі аналога-лічбавыя ( АЛП) і лічба-аналагавыя (ЛАП).

кадаванне гуку

Кадаванне мультымедыйнай інфармацыі складаецца ў пераўтварэнні аналагавай прыроды гуку ў дыскрэтную для больш зручнай яе апрацоўкі. АЛП атрымлівае на ўваходзе аналагавы сігнал, вымярае яго амплітуду ў пэўныя прамежкі часу і выдае на выхадзе лічбавую паслядоўнасць з дадзенымі пра змены амплітуды. Ніякіх фізічных пераўтварэнняў не адбываецца.

Выхадны сігнал з'яўляецца дыскрэтным, таму, чым часцей частата вымярэння амплітуды (сэмпл), тым дакладней выходны сігнал адпавядае ўваходнага, тым лепш праходзіць кадаваньне і апрацоўка мультымедыйнай інфармацыі. Сэмпл таксама прынята называць спарадкаваную паслядоўнасць лічбавых дадзеных, атрыманых праз АЛП. Сам працэс пры гэтым завецца сэмпліравання, па-руску - дыскрэтызацыі.

Адваротнае пераўтварэнне адбываецца пры дапамозе ЛАП: на падставе тых, хто паступае на ўваход лічбавых дадзеных у пэўныя моманты часу адбываецца генерацыя электрычнага сігналу неабходнай амплітуды.

параметры дыскрэтызацыі

Асноўнымі параметрамі сэплирования з'яўляюцца не толькі частата вымярэння, але і разраднасць - дакладнасць вымярэння змены амплітуды за кожны сэмпл. Чым дакладней перадаецца пры аблічбоўцы значэнне амплітуды сігналу ў кожную адзінку часу, тым вышэй якасць сігналу пасля АЛП, тым вышэй дакладнасць аднаўленне хвалі пры зваротным пераўтварэнні.