Alfabetisk teckenkodning
Föreläsning 8. Datorrepresentation av text
Datorrepresentationen av text är förknippad med dess kodsystem, som började utvecklas långt före datorns tillkomst. Vid utvecklingen av textkodningssystemet kan följande egenskaper noteras.
1. Information dyker aldrig upp i sin rena form, den presenteras alltid på något sätt, på något sätt kodad. Mänskligheten började lösa problemet med att koda information långt innan datorernas tillkomst. Som ett resultat av att lösa denna skrämmande uppgift, skrift - som talkodningssystem och aritmetik - som talkodningssystem.
2. En person uttrycker sina tankar i form av meningar som består av ord. Ord är i sin tur uppbyggda av bokstäver. Bokstäverna kombineras till ett alfabet. Grunden för språket är alfabet - en ändlig uppsättning av olika tecken (symboler) av alla slag, från vilka ett meddelande är sammansatt.
3. En och samma post kan ha olika betydelser. Till exempel kan en uppsättning siffror 251299 betyda: massan av ett föremål; längden på föremålet; avstånd mellan föremål; telefonnummer; datuminspelning etc. En post är data som endast kan omvandlas till information som ett resultat av avkodning. På det här sättet, för att presentera information behöver du känna till kodnings- och avkodningssystemet eller vissa regler för att skriva koder.
Kodning- Det processen att presentera information i form av en kod, eller övergången från ett format till ett annat, mer bekvämt för att lagra, överföra eller bearbeta information.
Koden– en uppsättning konventioner för att representera information.
Avkodning - erhålla information med hjälp av en kod (omvänd transformation).
Kryptering - kodning utförd i syfte att klassificera ett meddelande, anropas resultatet av krypteringen kryptogram eller kryptering.
4. Information kan kodas på olika sätt: muntligt, skriftligt, genom gester eller signaler av annat slag (trafiksignaler, telefonsamtal). Oftast är naturliga språktexter kodade. Det finns olika kodningsmetoder för naturliga språk, låt oss uppehålla oss vid de mest typiska och mest använda metoderna.
1. Grafisk - baserat på användning av specialritningar eller skyltar. Grafisk kodning beskrivs till exempel i Conan Doyles litterära verk "Dancing Men", där en sekvens av mänskliga figurer användes för att kryptera meddelanden. Ett annat exempel på grafisk kodning är morsekod, skapad av den amerikanske uppfinnaren Samuel Morse 1837 för att koda meddelanden telegrafiskt. I morsekod representeras varje bokstav eller tecken av en kombination av punkter och streck, eller en serie korta och långa pip. Fram till nu används morsekodsignaler i nautisk praktik, till exempel nödsignalen - SOS (rädda våra själar).
2. Karaktär – baserat på tecken (bokstäver) i samma alfabet som originaltexten. Metoden används till exempel inom kryptografi när man skapar krypterade meddelanden. En av de första tillämpningarna av metoden var kodningen av det engelska alfabetet, föreslog 1580 av Francis Bacon. Bacons chiffer (tabell 8.1) är baserat på en binär 5-siffrig kod eller ett alfabet med två tecken som består av bokstäverna A och B.
Tabell 8.1
Engelska alfabetet kodning
| a | AAAAA | g | AABBA | n | ABBAA | t | BAABA |
| b | AAAAB | h | ABBB | j | ABBAB | v | BAABB |
| c | AAABA | i | ABAAA | sid | ABBBA | w | BABAA |
| d | AAABB | k | ABAAB | q | ABBBB | x | BABAB |
| e | AABAA | l | ABABA | r | BAAAA | y | BABBA |
| f | AABAB | m | ABABB | s | BAAAB | z | BABBB |
För att skapa meddelanden baserat på det system som Bacon föreslagit krävs ett alfabet med två tecken, men längden på själva meddelandet ökar med 5 gånger, eftersom varje bokstav ersätts med en uppsättning med 5 tecken.
3. Numerisk - baserat på kodning av tecken med siffror. Metoden fick stor spridning tack vare utvecklingen av datorer. I en dator används två siffror för att koda bokstäver: 0 och 1. Till skillnad från Bacon-chifferet, där det räcker med en 5-bitars representation, accepteras inom datorteknik en 8-bitars eller 8-bitars representation av tecken. En sekvens på 8 bitar bildar 1 byte, en byte används för att koda ett tecken. Antalet möjliga kombinationer av 0 och 1 inom en byte beräknas med formeln 2 8 = 256. Detta innebär att 256 olika tecken kan kodas med en byte genom att ändra sekvensen för att skriva nollor och ettor.
Det numeriska kodningssystemet för datortecken bör betraktas som ett vanligt system. När man skapar ett sådant kodningssystem används välkända tillvägagångssätt och principer. Låt oss överväga hur den numeriska metoden implementeras för att koda datortext.
1.2 Informationskodning
Information presenteras i olika former under uppfattningen av miljön av levande organismer och människor, i utbyte av information mellan människor och människor, människor och datorer, datorer och datorer osv. Att konvertera information från en form av representation (teckensystem) till en annan kallas kodning.
Kodningsmedlet är en överensstämmelsetabell för teckensystem, som upprättar en en-till-en-överensstämmelse mellan tecken eller grupper av tecken för två olika teckensystem.
I processen att utbyta information är det ofta nödvändigt att utföra operationer för kodning och avkodning av information. När du matar in ett bokstavstecken i en dator genom att trycka på motsvarande tangent på tangentbordet, kodas tecknet, det vill säga datorkoden konverteras. När ett tecken visas på skärmen på en bildskärm eller skrivare sker den omvända processen - avkodning, när tecknet konverteras från en datorkod till dess grafiska bild.
Med tillkomsten av språket, och sedan teckensystemen, utökades möjligheterna till kommunikation mellan människor. Detta gjorde det möjligt att lagra idéer, inhämtad kunskap och all data, överföra dem på olika sätt över distans och vid andra tillfällen – inte bara till sin samtid, utan även till kommande generationer. Skaparna av förfäder har överlevt till denna dag, som med hjälp av olika symboler förevigat sig själva och sina gärningar i monument och inskriptioner. Hällmålningar (petroglyfer) är fortfarande ett mysterium för forskare. Kanske ville de gamla människorna på detta sätt få kontakt med oss, de framtida invånarna på planeten och rapportera om händelserna i deras liv.
Varje nation har sitt eget språk, som består av en uppsättning tecken (bokstäver): ryska, engelska, japanska och många andra. Du har redan blivit bekant med språket matematik, fysik, kemi.
Representationen av information med hjälp av ett språk kallas ofta kodning.
Kod - en uppsättning symboler (konventioner) för att representera information. Kodning är processen att representera information i form av en kod.
Föraren sänder en signal med ett pip eller blinkande strålkastare. Koden är närvaron eller frånvaron av ett pip, och i fallet med en ljussignal, blinkande av strålkastare eller dess frånvaro.
Du ställs inför kodning av information när du korsar vägen enligt trafiksignaler. Koden bestämmer färgerna på trafikljuset - rött, gult, grönt.
Det naturliga språket som människor kommunicerar på är också baserat på kod. Endast i det här fallet kallas det alfabetet. När man talar överförs denna kod med ljud, när man skriver - med bokstäver. Samma information kan representeras med olika koder. Till exempel kan en inspelning av en konversation spelas in med hjälp av ryska bokstäver eller speciella ordagranta symboler.
Allt eftersom tekniken utvecklades dök olika sätt att koda information upp. Under andra hälften av 1800-talet uppfann den amerikanske uppfinnaren Samuel Morse en fantastisk kod som fortfarande tjänar mänskligheten idag. Informationen är kodad med tre "bokstäver": en lång signal (streck), en kort signal (punkt) och ingen signal (paus) för att separera bokstäver. Således reduceras kodningen till att använda en uppsättning tecken ordnade i en strikt definierad ordning.
1.3 Representation av information i binär kod
Människor har alltid letat efter sätt att snabbt utbyta meddelanden. För detta sändes budbärare, brevduvor användes. Folken hade olika metoder för att meddela om en överhängande fara: trummande, rök från bål, flaggor etc. Användningen av en sådan presentation av information kräver dock en preliminär överenskommelse om förståelsen av det mottagna meddelandet.
Den berömda tyske vetenskapsmannen Gottfried Wilhelm Leibniz föreslog ett unikt och enkelt system för att representera tal redan på 1600-talet. "Beräkning med tvåor ... är grundläggande för vetenskapen och genererar nya upptäckter ... när siffrorna reduceras till den enklaste början, som är 0 och 1, dyker en underbar ordning upp överallt."
Idag används denna metod för att presentera information med ett språk som bara innehåller två bokstäver i alfabetet - 0 och 1, i stor utsträckning i tekniska enheter, inklusive datorer. Dessa två tecken 0 och 1 brukar kallas binära siffror eller bitar (från den engelska biten - BinaryDigit - binärt tecken).
All information som datorn bearbetar måste representeras i binär kod med två siffror 0 och 1. Dessa två tecken brukar kallas för binära siffror eller bitar. Alla meddelanden kan kodas med två siffror 0 och 1. Detta var anledningen till att två viktiga processer måste organiseras i en dator: kodning och avkodning.
Kodning konverterar indatainformation till en datorläsbar form, dvs. binär kod.
Avkodning är omvandlingen av data från binär kod till en mänsklig läsbar form.
Ur teknisk implementeringssynpunkt visade sig användningen av ett binärt talsystem för kodning av information vara mycket enklare än användningen av andra metoder. Det är faktiskt bekvämt att koda information i form av en sekvens av nollor och ettor, om dessa värden presenteras som två möjliga stabila tillstånd för ett elektroniskt element:
Brist på elektrisk signal;
Närvaron av en elektrisk signal.
Dessa förhållanden är lätta att särskilja. Nackdelen med binär kodning är långa koder. Men inom tekniken är det lättare att hantera ett stort antal enkla element än med ett litet antal komplexa.
Du måste hela tiden möta en enhet som bara kan vara i två stabila lägen: på/av. Naturligtvis är detta en välkänd switch. Men det visade sig vara omöjligt att komma på en switch som stabilt och snabbt kunde byta till någon av de 10 tillstånden. Som ett resultat, efter en rad misslyckade försök, kom utvecklarna till slutsatsen att det var omöjligt att bygga en dator baserad på decimaltalssystemet. Och det binära talsystemet var grunden för representationen av tal i en dator.
Metoder för att koda och avkoda information i en dator beror först och främst på typen ;, information, nämligen vad som ska kodas: siffror, text, grafik eller ljud.
Representation (kodning) av tal
Siffror används för att registrera information om antalet objekt. Siffror skrivs med en uppsättning specialtecken.
Ett nummersystem är ett sätt att skriva siffror med hjälp av en uppsättning specialtecken som kallas siffror.
Nummersystem är indelade i positionella och icke-positionella.
I positionsnummersystem beror värdet som anges med en siffra i nummerposten på dess position i numret (positionen).
Färgbilder genereras enligt den binära koden för färgen för varje punkt som är lagrad i videominnet. Färgbilder kan ha olika färgdjup, vilket specificeras av antalet bitar som används för att koda färgen på en punkt. De vanligaste färgdjupsvärdena är 8,16, 24 eller 32 bitar.
En färgbild på en bildskärm skapas genom att blanda tre grundfärger: röd, grön och blå. Denna färgmodell kallas RGB-modell efter de första bokstäverna i de engelska färgnamnen (röd, grön, blå).
Slutsats
Information kan klassificeras på många olika sätt, och olika vetenskaper gör detta på olika sätt. Till exempel, inom filosofi, finns det en skillnad mellan objektiv och subjektiv information. Objektiv information återspeglar naturfenomenen och det mänskliga samhället. Subjektiv information skapas av människor och speglar deras syn på objektiva fenomen.
Inom datavetenskap betraktas analog information och digital information separat. Detta är viktigt, eftersom en person, tack vare sina sinnen, är van vid att hantera analog information, och datorteknik tvärtom huvudsakligen arbetar med digital information.
En person uppfattar information med hjälp av sinnena. Ljus, ljud, värme är energetiska signaler, och smak och lukt är resultatet av verkan av kemiska föreningar, som också är baserade på energetisk natur. En person upplever energiska influenser kontinuerligt och kanske aldrig möter samma kombination av dem två gånger. Det finns inga två identiska gröna löv på ett träd och två absolut identiska ljud - denna information är analog. Om olika färger ges siffror och olika ljud - anteckningar, kan analog information omvandlas till digital.
Informationskodning. Informationskodning är processen att bilda en specifik representation av information.
I en snävare mening förstås termen "kodning" ofta som en övergång från en form av informationspresentation till en annan, mer bekväm för lagring, överföring eller bearbetning.
En dator kan endast behandla information som presenteras i numerisk form. All annan information (ljud, bilder, instrumentavläsningar etc.) för bearbetning på en dator måste omvandlas till numerisk form. Till exempel, för att digitalisera ett musikaliskt ljud, kan du mäta ljudets intensitet vid specifika frekvenser med korta intervaller och presentera resultaten av varje mätning i numerisk form. Med hjälp av datorprogram kan du omvandla den mottagna informationen, till exempel "överlagra" ljud från olika källor ovanpå varandra.
På liknande sätt kan textinformation bearbetas på en dator. När de skrivs in i en dator kodas varje bokstav med ett visst nummer, och när de matas ut till externa enheter (skärm eller utskrift) skapas bilder av bokstäver för mänsklig uppfattning med hjälp av dessa siffror. Överensstämmelsen mellan en uppsättning bokstäver och siffror kallas teckenkodning.
Som regel representeras alla tal i en dator med nollor och ettor (och inte tio siffror, som är brukligt för människor). Med andra ord fungerar datorer vanligtvis i ett binärt talsystem, eftersom enheterna för deras bearbetning är mycket enklare.
Lista över begagnad litteratur
1. Agaltsov V.P., Titov V.M. Informatik för ekonomer: Lärobok. - M .: ID "FORUM": INFRA-M, 2006. - 448 sid.
2. Informatik för ekonomer: Lärobok / Under totalt. ed. V.M. Matyushka. - M .: INFRA-M, 2007 .-- 880-talet.
3. Informatik. Allmän kurs: Lärobok / Ed. IN OCH. Kolesnikov. - M .: Publishing and Trade Corporation "Dashkov and K ◦"; Rostov n/a: Nauka-Press, 2008 .-- 400 sid.
Den bedriver sin verksamhet, ju mer leveranser till företaget desto stabilare är företaget. När du utför leveranser till företaget bearbetas och lagras en stor mängd information relaterad till leveranser, vilket inkluderar: snabb och korrekt pappersarbete och kontroll över varje operation av varumottagning från ...
Informationsegenskaper
Information har följande egenskaper:
- trovärdighet
- fullhet
- noggrannhet
- värde
- aktualitet
- begriplighet
- tillgänglighet
- korthet osv.
4) Klassificering- ett system för fördelning av objekt (objekt, fenomen, processer, begrepp) i klasser i enlighet med en specifik egenskap.
1. Information kan delas in i 2 typer enligt presentationsformen:
- diskret form av informationspresentation - analog eller kontinuerlig form av informationspresentation
2. Beroende på ursprungsområdet kan information särskiljas:
- elementär - biologisk - social
3. Enligt metoden för överföring och perception särskiljs följande typer av information:
- visuell - hörsel - taktil - organoleptisk - maskin
4. Information som skapas och används av en person för offentliga ändamål kan delas in i tre typer:
- personlig - massa - speciell
5. Genom kodningsmetoder särskiljs följande typer av information:
- symbolisk - textuell - grafisk.
5) En meningsfull metod för att mäta information. Meddelande är en informativ ström som, i processen för att överföra information, anländer till mottagaren. Ett meddelande innehåller information för en person om informationen i det är ny och begriplig för honom. Information - mänsklig kunskap? meddelandet ska vara informativt. Om meddelandet inte är informativt, så är mängden information från en persons synvinkel = 0. (Exempel: en lärobok för högre matematik innehåller kunskap, men den är inte tillgänglig för en elev i 1:a klass)
Alfabetisk metod för att mäta information associerar inte mängden information med innehållet i meddelandet. Den alfabetiska metoden är en objektiv metod för att mäta information. Det är bekvämt när man använder tekniska sätt att arbeta med information, eftersom beror inte på innehållet i meddelandet. Mängden information beror på textens volym och alfabetets kraft. Det finns inga begränsningar för alfabetets maximala kardinalitet, men det finns ett tillräckligt alfabet med en kardinalitet på 256 tecken. Detta alfabet används för att representera texter i en dator. Eftersom 256 = 2 8, innehåller 1 tecken 8 bitar av information i texten.
En probabilistisk metod för att mäta information. Alla händelser inträffar med olika sannolikheter, men förhållandet mellan sannolikheten för händelser och mängden information som erhålls när en händelse inträffar kan uttryckas med formeln som Shannon föreslog 1948.
6) Informationsmängd- i informationsteorin är detta mängden information i ett slumpmässigt objekt i förhållande till ett annat
Informationsmängd kan betraktas som ett mått för att minska kunskapsosäkerheten vid mottagande av informationsmeddelanden.
Med alla olika tillvägagångssätt för definitionen av begreppet information, från synvinkeln att mäta information, skiljer sig två av dem: definitionen av K. Shannon, som används i matematisk informationsteori (meningsfullt tillvägagångssätt), och definitionen av AN Kolmogorov, används inom områdena informatik i samband med användning av datorer (alfabetisk metod).
Innehållsförhållningssätt. Enligt Shannon kännetecknas ett meddelandes informativitet av den användbara information det innehåller – den del av meddelandet som helt tar bort eller minskar tvetydigheten i en situation. Enligt Shannon är information en minskning av osäkerheten i vår kunskap.
Men om antalet utfall inte beror på människors bedömningar (fallet med att kasta en tärning eller ett mynt), så är information om förekomsten av ett av de möjliga utfallen objektiv.
Om meddelandet har minskat kunskapsosäkerheten exakt två gånger, så säger de att meddelandet innehåller 1 bit information.
1 bit är mängden information i ett sådant meddelande som halverar kunskapsosäkerheten.
Alfabetiskt förhållningssätt. Det alfabetiska tillvägagångssättet är baserat på det faktum att alla meddelanden kan kodas med en ändlig sekvens av tecken i något alfabet.
Ett alfabet är en ordnad uppsättning tecken som används för att koda meddelanden på ett visst språk.
I - mängd information
N är antalet olika händelser.
Invers formel N = 2 I
7) Som redan nämnts är den grundläggande måttenheten för information lite. 8 bitar är 1 byte.
Tillsammans med bytes används större enheter för att mäta mängden information:
1 KB (en kilobyte) = 210 byte = 1024 byte;
1 MB (en megabyte) = 210 KB = 1024 KB;
1 GB (en gigabyte) = 210 MB = 1024 MB.
Nyligen, i samband med ökningen av mängden bearbetad information, har sådana härledda enheter som:
1 terabyte (TB) = 1024 GB = 240 byte,
1 Petabyte (PB) = 1024 TB = 250 byte.
1 byte = 8 bitar;
1 kilobyte (KB) = 2 10 byte
1 MegaByte (MB) = 2 10 KB eller 2 20 byte
1 Gigabyte (GB) = 2 10 MB eller 2 30 byte
1 Terabyte (TB) = 2 10 GB eller 2 40 byte
- 9) 2 - binär (i diskret matematik, datavetenskap, programmering);
- 3 - ternär;
- 8 - oktal;
- 10 - decimal (används överallt);
- 12 - duodecimal (räknas i dussintals);
- 13 - tre decimaler;
- 16 - hexadecimal (används i programmering, datavetenskap);
- 60 - sexagesimal (enheter för tidsmätning, mätning av vinklar och i synnerhet koordinater, longitud och latitud).
9) Nummersystem- en symbolisk metod för att skriva siffror, som representerar siffror med hjälp av skrivna tecken.
Notering:
· Ger representationer av en uppsättning tal (heltal och/eller reella);
· Ger varje nummer en unik representation (eller åtminstone en standardrepresentation);
· Återspeglar den algebraiska och aritmetiska strukturen av tal.
10) addition, subtraktion, division, multiplikation av icke-decimala tal.
11) detta är en översättning från ett talsystem till ett annat
Metoder för att koda information.
Samma information kan presenteras (kodas) i flera former. Med tillkomsten av datorer blev det nödvändigt att koda alla typer av information som både en enskild person och mänskligheten som helhet sysslar med. Men mänskligheten började lösa problemet med att koda information långt innan datorernas tillkomst. Mänsklighetens enorma prestationer - skrift och aritmetik - är inget annat än ett system för att koda tal och numerisk information. Information dyker aldrig upp i sin rena form, den presenteras alltid på något sätt, på något sätt kodad.
Binär kodning- ett av de vanligaste sätten att presentera information. I datorer, robotar och numeriskt styrda verktygsmaskiner är som regel all information som enheten hanterar kodad i form av ord i ett binärt alfabet.
Kod - (1) en regel som beskriver överensstämmelsen mellan tecken eller deras kombinationer av ett alfabet till tecken eller deras kombinationer av ett annat alfabet; - (2) sekundära alfabettecken som används för att representera tecken eller kombinationer av det primära alfabetet.
Kodning är översättningen av information som representeras av det primära alfabetet till en sekvens av koder.
Avkodning är omvänd operation av kodning, dvs. återställning av information i det primära alfabetet enligt den mottagna sekvensen av koder.
Operationskodning och avkodning kallas reversibla om deras sekventiella tillämpning ger en återgång till den ursprungliga informationen utan förlust.
13) Binärt system - grunden för informationskodning för datorer
14) Det finns två sätt att representera tal i datorns minne. De heter så här: fast punktform och flytpunktsform. Formen med fast punkt gäller heltal och flyttalsformen gäller reella tal (heltal och bråk). Punkten här betyder teckenseparatorn för heltals- och bråkdelar av ett tal.
15) Således föregår kodning överföring och lagring av information. I det här fallet, som tidigare nämnts, är lagring förknippad med fixering av ett visst tillstånd för informationsbäraren och överföring - med en förändring i tillstånd över tiden (dvs. en process). Dessa tillstånd eller signaler kommer att kallas elementära signaler - det är deras kombination som utgör det sekundära alfabetet.
Utan de tekniska aspekterna av sändning och lagring av ett meddelande (d.v.s. hur sändningen och mottagningen av en sekvens av signaler eller låsning av tillstånd faktiskt implementeras), ges den matematiska formuleringen av kodningsproblemet enligt följande.
Efter typ av kommunikationslinjer: trådbunden; kabel; fiberoptisk;
kraftledningar; radiokanaler osv.
2... Av signalernas natur: kontinuerlig; diskret; diskret-kontinuerlig (signaler vid systemets ingång är diskreta och vid utgången är kontinuerliga och vice versa).
3... För brusimmunitet: kanaler utan störningar; med störningar.
18) Eller kortare: en algoritm är en strikt definierad sekvens av åtgärder som krävs för att lösa ett givet problem
19) I praktiken är följande former av presentation av algoritmer vanliga:
verbal(inspelning på naturligt språk);
grafisk(bilder från grafiska symboler);
pseudokoder(semi-formaliserade beskrivningar av algoritmer i ett villkorligt algoritmiskt språk, inklusive både programmeringsspråkselement och naturliga språkfraser, allmänt accepterad matematisk notation, etc.);
programmatisk(texter på programmeringsspråk).
20) Komprimering av information är processen att konvertera information som är lagrad i en fil, som ett resultat av vilken dess redundans minskar, och följaktligen krävs mindre minne för lagring.
En arkivfil är en speciellt organiserad fil som innehåller en eller flera filer i komprimerad eller okomprimerad form och tjänstinformation om filnamn, datum och tid för deras skapande eller ändring, storlekar, etc.
Arkivering (packning) - placera (ladda) källfiler i en arkivfil i komprimerad eller okomprimerad form.
22) Koden- en uppsättning symboler (symboler) för att representera information. Kodning- processen att presentera information i form av en kod.
Vektor och fraktal bilder.
Vektorbildär ett grafiskt objekt som består av elementära linjer och bågar. Grundelementet i bilden är en linje. Som alla föremål har det egenskaper: form (rak, kurva), tjocklek., Färg, stil (prickad, solid). Slutna linjer har egenskapen att fylla (antingen med andra objekt eller med en vald färg). Alla andra vektorgrafikobjekt är sammansatta av linjer. Eftersom en linje beskrivs matematiskt som ett enda objekt, är mängden data för att visa ett objekt med hjälp av vektorgrafik mycket mindre än i rastergrafik. Information om en vektorbild kodas som normal alfanumerisk och bearbetas av speciella program.
Programvaruverktygen för att skapa och bearbeta vektorgrafik inkluderar följande GR: CorelDraw, Adobe Illustrator, samt vektoriserare (spårare) - specialiserade paket för att konvertera rasterbilder till vektorer.
Fraktal grafik baseras på matematiska beräkningar, som vektor. Men till skillnad från vektorn är dess grundelement själva den matematiska formeln. Detta leder till att inga objekt lagras i datorns minne och bilden byggs endast av ekvationer. Med den här metoden kan du bygga de enklaste vanliga strukturerna, såväl som komplexa illustrationer som imiterar landskap.
Uppgifter.
Det är känt att videominnet på en dator är 512 KB. Skärmupplösning 640 x 200
a) med 8 färger;
b) 16 färger;
c) 256 färger?
Hur många bitar tar det för att koda information om 130 nyanser? Det är lätt att räkna ut 8 (det vill säga 1 byte), för med 7 bitar kan du lagra nyansnumret från 0 till 127, och 8 bitar lagra från 0 till 255. Det är lätt att se att denna kodningsmetod inte är optimalt: 130 är märkbart mindre än 255. Tänk på hur man kondenserar information om en ritning när man skriver den till en fil, om det är känt att
a) ritningen innehåller samtidigt endast 16 färgnyanser av 138 möjliga;
b) alla 130 nyanser finns på ritningen samtidigt, men antalet punkter målade i olika nyanser är mycket olika.
A) det är uppenbart att 4 bitar (en halv byte) räcker för att lagra information om 16 nyanser. Men eftersom dessa 16 nyanser är valda från 130, kan de ha siffror som inte passar i 4 bitar. Därför kommer vi att använda palettmetoden. Låt oss tilldela våra "lokala" nummer från 1 till 15 till de 16 nyanser som används i vår ritning och koda hela ritningen med en hastighet av 2 poäng per byte. Och lägg sedan till denna information (i slutet av filen som innehåller den) en uppslagstabell bestående av 16 par byte med nyansnummer: 1 byte är vårt "lokala" nummer i denna figur, den andra är det reella numret för denna nyans . (när i stället för det senare kodad information om själva skuggan används, till exempel information om ljusstyrkan hos glöden från "elektronkanonerna" Röd, Grön, Blå i ett katodstrålerör, kommer en sådan tabell att representera en palett av färger). Om ritningen är tillräckligt stor, kommer ökningen i storleken på den resulterande filen att vara betydande;
b) vi kommer att försöka implementera den enklaste algoritmen för att arkivera information om figuren. Låt oss tilldela de tre nyanserna, som fyller det minsta antalet punkter, koder 128 - 130, och resten av nyanserna - koder 1 - 127. Vi kommer att skriva till en fil (som i det här fallet inte är en sekvens av bytes, utan en kontinuerlig bitström) sjubitarskoder för nyanser med nummer från 1 till 127. följt av ett tvåbitars "lokalt" nummer, och vid i slutet av filen lägg till en överensstämmelsetabell mellan "lokala" och reella tal. Eftersom nyanser med koderna 128 - 130 är sällsynta, kommer det att finnas få sju-bitars nollor.
Observera att att ställa frågor i det här problemet inte utesluter andra lösningar, utan hänvisning till bildens färgkomposition - arkivering:
a) på basis av att markera en sekvens av prickar, målad över med samma nyanser och ersätta var och en av dessa sekvenser med ett par siffror (färg), (kvantitet) (denna princip är grunden för PCX-grafikformatet);
b) genom att jämföra pixellinjer (registrera antalet nyanser av punkter på första sidan som helhet, och för efterföljande linjer registrera antalet nyanser av endast de punkter vars nyanser skiljer sig från nyanserna av punkter i samma position i föregående linje - detta är grunden för GIF-formatet);
c) använda en fraktal bildpackningsalgoritm (YPEG-format). (IO 6,1999)
Världen är fylld av en mängd olika ljud: klockornas tickande och motorernas surrande, vindens ylande och lövens prasslande, fågelsången och människors röster. Folk började gissa om hur ljud föds och vad de är under mycket lång tid. Till och med den antika grekiska filosofen och vetenskapsmannen - encyklopedisten Aristoteles, baserad på observationer, förklarade ljudets natur, och trodde att en klingande kropp skapar omväxlande kompression och sällsynthet av luft. Så, en oscillerande sträng urladdas ibland, kondenserar sedan luften, och på grund av luftens elasticitet överförs dessa alternerande influenser längre ut i rymden - från lager till lager uppstår elastiska vågor. När de når vårt öra verkar de på trumhinnorna och producerar en känsla av ljud.
Med gehör uppfattar en person elastiska vågor med en frekvens någonstans i intervallet från 16 Hz till 20 kHz (1 Hz - 1 vibration per sekund). I enlighet med detta kallas elastiska vågor i vilket medium som helst, vars frekvenser ligger inom de angivna gränserna, ljudvågor eller helt enkelt ljud. I studiet av ljud kan begrepp som t.ex tona och klangfärg ljud. Varje verkligt ljud, oavsett om det är spelet av musikinstrument eller rösten hos en person, är en slags blandning av många harmoniska vibrationer med en viss uppsättning frekvenser.
Den svängning som har den lägsta frekvensen kallas grundton,Övrig - övertoner.
Klangfärg- ett annat antal övertoner som är inneboende i ett visst ljud, vilket ger det en speciell färg. Skillnaden mellan en klang från en annan beror inte bara på numret utan också på intensiteten hos de övertoner som ackompanjerar ljudet av huvudtonen. Det är genom klangen som vi lätt kan skilja mellan ljuden av ett piano och en fiol, en gitarr och en flöjt och känna igen rösten från en bekant person.
Musikaliskt ljud kan kännetecknas av tre egenskaper: klangfärg, det vill säga färgen på ljudet, som beror på formen av vibrationer, höjden, som bestäms av antalet vibrationer per sekund (frekvens), och ljudstyrkan, som beror på på vibrationernas intensitet.
Datorn används nu flitigt inom olika områden. Bearbetning av ljudinformation och musik var inget undantag. Fram till 1983 släpptes alla inspelningar av musik på vinylskivor och kompaktkassetter. För närvarande används CD-skivor flitigt. Om du har en dator där ett studioljudkort är installerat, med ett MIDI-keyboard och en mikrofon anslutna till den, kan du arbeta med specialiserad musikmjukvara.
Konventionellt kan det delas in i flera typer:
1) alla typer av verktyg och drivrutiner utformade för att fungera med specifika ljudkort och externa enheter;
2) ljudredigerare, som är designade för att fungera med ljudfiler, låter dig utföra alla operationer med dem - från uppdelning i delar till bearbetning med effekter;
3) mjukvarusynthesizers, som dök upp relativt nyligen och fungerar endast korrekt på kraftfulla datorer. De låter dig experimentera med att skapa olika ljud;
Övrig.
Den första gruppen inkluderar alla operativsystemsverktyg. Win 95 och 98 har till exempel sina egna mixrar och verktyg för ljuduppspelning/-inspelning, CD-uppspelning och standard MIDI-filer. Efter att ha installerat ett ljudkort kan du använda dessa program för att kontrollera dess prestanda. Till exempel är programmet Phonograph designat för att fungera med wave-filer (ljudinspelningsfiler i Windows-format). Dessa filer har filtillägget .WAV. Detta program ger möjlighet att spela, spela in och redigera ljudinspelningstekniker som liknar teknikerna för att arbeta med en bandspelare. Det är lämpligt att ansluta en mikrofon till en dator för att arbeta med Phonograph. Om du behöver göra en ljudinspelning måste du bestämma ljudkvaliteten, eftersom ljudets varaktighet beror på det. Den möjliga varaktigheten av ljudet är ju kortare, desto högre inspelningskvalitet. Med genomsnittlig inspelningskvalitet kan tal spelas in på ett tillfredsställande sätt, vilket ger filer upp till 60 sekunder långa. Cirka 6 sekunder kommer att vara en inspelning av musik-CD-kvalitet.
Men hur sker ljudkodning? Sedan barndomen ställs vi inför inspelningar av musik på olika medier: grammofonskivor, kassetter, CD-skivor, etc. För närvarande finns det två huvudsakliga sätt att spela in ljud: analog och digital. Men för att kunna spela in ljud på något medium måste det omvandlas till en elektrisk signal.
Detta görs med hjälp av en mikrofon. De enklaste mikrofonerna har ett membran som vibrerar med ljudvågor. En spole är fäst vid membranet och rör sig synkront med membranet i ett magnetfält. En elektrisk växelström genereras i spolen. Spänningsvariationer reflekterar ljudvågor korrekt.
En elektrisk växelström som uppträder vid utgången av en mikrofon kallas analog signal. När den appliceras på en elektrisk signal betyder "analog" att signalen är kontinuerlig i tid och amplitud. Den reflekterar exakt formen på ljudvågen som färdas genom luften.
Ljudinformation kan presenteras i diskret eller analog form. Deras skillnad är att med en diskret presentation av information ändras en fysisk kvantitet abrupt ("stege") och antar en ändlig uppsättning värden. Om information presenteras i analog form, kan en fysisk storhet anta ett oändligt antal värden som kontinuerligt förändras.
Vinylskivan är ett exempel på analog lagring av ljudinformation, eftersom ljudspåret hela tiden ändrar form. Men analoga bandinspelningar har en stor nackdel - mediets åldrande. Under loppet av ett år kan ett fonogram som hade en normal nivå av höga frekvenser förlora dem. Vinylskivor tappar kvalitet flera gånger när de spelas. Därför ges företräde åt digital inspelning.
I början av 1980-talet dök det upp CD-skivor. De är ett exempel på diskret lagring av ljudinformation, eftersom ljudspåret på en CD innehåller områden med olika reflektionsförmåga. I teorin kan dessa digitala skivor hålla för evigt om de inte är repade, d.v.s. deras fördelar är hållbarhet och motståndskraft mot mekanisk åldring. En annan fördel är att det inte blir någon förlust av ljudkvalitet med digital dubbning.
På multimedialjudkort hittar du analog mikrofonförförstärkare och mixer.
Digital-till-analog och analog-till-digital konvertering av ljudinformation.
Låt oss ta en snabb titt på processerna för att konvertera ljud från analogt till digitalt och vice versa. En grov uppfattning om vad som händer i ljudkortet kan hjälpa till att undvika vissa misstag när man arbetar med ljud.
Ljudvågor omvandlas till en analog alternerande elektrisk signal med hjälp av en mikrofon. Den passerar genom ljudvägen (se bilagor Figur 1.11, Schema 1) och går in i analog-till-digital-omvandlaren (ADC) - en enhet som omvandlar signalen till digital form.
I en förenklad form är funktionsprincipen för ADC:n följande: den mäter signalamplituden med jämna mellanrum och sänder vidare, redan genom den digitala vägen, en sekvens av tal som bär information om amplitudförändringarna (se bilagor Figur 1.11) Schema 2).
Under analog-till-digital konvertering sker ingen fysisk konvertering. Ett avtryck eller prov tas så att säga bort från den elektriska signalen, som är en digital modell av spänningsfluktuationer i ljudvägen. Om detta avbildas i form av ett diagram, presenteras denna modell i form av en sekvens av kolumner, som var och en motsvarar ett specifikt numeriskt värde. Den digitala signalen är diskret till sin natur - det vill säga diskontinuerlig, så den digitala modellen matchar inte exakt den analoga vågformen.
Provär tidsintervallet mellan två mätningar av den analoga signalamplituden.
Sample översätts bokstavligen från engelska som "sample". I multimedia och professionell ljudterminologi har detta ord flera betydelser. Förutom en tidsperiod kallas ett sampel även vilken sekvens av digital data som helst som erhållits genom analog-till-digital-konvertering. Själva transformationsprocessen kallas provtagning. På ryska fackspråket kallar de det provtagning.
Det digitala ljudet matas ut med hjälp av en digital-till-analog-omvandlare (DAC), som, baserat på inkommande digitala data, vid lämpliga tidpunkter, genererar en elektrisk signal med den erforderliga amplituden (se bilagorna Figur 1.11, Schema 3).
Parametrar provtagning
Viktiga parametrar provtagningär frekvens och bitdjup.
Frekvens- antalet mätningar av den analoga signalens amplitud per sekund.
Om samplingsfrekvensen inte är mer än två gånger frekvensen för den övre gränsen för ljudområdet, kommer förluster att uppstå vid höga frekvenser. Detta förklarar varför standardfrekvensen för ljud-CD är 44,1 kHz. Eftersom ljudvågornas svängningsintervall ligger i intervallet från 20 Hz till 20 kHz, bör antalet signalmätningar per sekund vara större än antalet svängningar under samma tidsperiod. Om samplingshastigheten är betydligt lägre än ljudvågens frekvens, så hinner signalamplituden ändras flera gånger under tiden mellan mätningarna, vilket leder till att det digitala fingeravtrycket bär på en kaotisk datamängd. Med digital-till-analog omvandling sänder ett sådant sampel inte huvudsignalen utan producerar bara brus.
I det nya CD-formatet Audio DVD mäts signalen 96 000 gånger på en sekund, d.v.s. använd en samplingshastighet på 96 kHz. För att spara utrymme på hårddisken i multimediaapplikationer används ofta lägre frekvenser: 11, 22, 32 kHz. Detta leder till en minskning av det hörbara frekvensområdet, vilket gör att det blir en kraftig förvrängning av det som hörs.
Om vi i form av en graf representerar samma ljud med en höjd av 1 kHz (en ton upp till pianots sjunde oktav motsvarar ungefär denna frekvens), men samplade med en annan frekvens (den nedre delen av sinusformen är visas inte i alla diagram), då kommer skillnaderna att synas. En uppdelning på den horisontella axeln, som visar tiden, motsvarar 10 prover. Skalan är tagen på samma sätt (se bilaga Figur 1.13). Du kan se att vid 11 kHz finns det ungefär fem svängningar av ljudvågen för var 50:e sampel, det vill säga en period av sinusvågen visas med endast 10 värden. Detta är en ganska oprecis överföring. Samtidigt, om vi betraktar samplingsfrekvensen på 44 kHz, finns det redan nästan 50 sampel för varje period av sinusoiden. Detta gör att du kan få en signal av god kvalitet.
Lite djup indikerar noggrannheten med vilken amplituden för den analoga signalen ändras. Den noggrannhet med vilken värdet på signalamplituden vid varje tidpunkt sänds under digitaliseringen bestämmer kvaliteten på signalen efter digital-till-analog-omvandlingen. Det är på bitdjupet som tillförlitligheten av vågformsrekonstruktionen beror.
Amplitudvärdet kodas med den binära kodningsprincipen. Ljudsignalen ska presenteras som en sekvens av elektriska impulser (binära nollor och ettor). Vanligtvis används 8, 16-bitars eller 20-bitars representationer av amplitudvärdena. När en kontinuerlig ljudsignal är binärkodad ersätts den av en sekvens av diskreta signalnivåer. Kodningskvaliteten beror på samplingshastigheten (antalet mätningar av signalnivån per tidsenhet). Med en ökning av samplingshastigheten ökar noggrannheten i den binära representationen av information. Vid en frekvens på 8 kHz (antalet mätningar per sekund är 8000) motsvarar kvaliteten på den samplade ljudsignalen kvaliteten på en radiosändning och vid en frekvens på 48 kHz (antalet mätningar per sekund är 48000) - till ljudkvaliteten på en ljud-CD.
Om du använder 8-bitars kodning kan du uppnå en noggrannhet för att ändra amplituden för en analog signal upp till 1/256 av det dynamiska området för en digital enhet (2 8 = 256).
Om du använder 16-bitars kodning för att representera värdena för ljudsignalens amplitud, kommer mätnoggrannheten att öka 256 gånger.
I moderna omvandlare är det vanligt att använda 20-bitars signalkodning, vilket möjliggör högkvalitativ ljuddigitalisering.
Kom ihåg formeln K = 2 a. Här är K antalet olika ljud (antalet olika signalnivåer eller tillstånd) som kan erhållas genom att koda ljud med bitar
Under utvecklingsprocessen har mänskligheten insett behovet av att lagra och överföra den eller den informationen på avstånd. I det senare fallet krävdes det att det omvandlades till signaler. Denna process kallas datakodning. Textinformation såväl som grafiska bilder kan konverteras till siffror. Vår artikel kommer att berätta hur detta kan göras.
Distansöverföring av information
- kurir och postkontor;
- akustisk (till exempel genom en högtalare);
- på basis av en eller annan metod för telekommunikation (trådbunden, radio, optisk, radiorelä, satellit, fiberoptisk).
De vanligaste för tillfället är transmissionssystemen av den senare typen. Men för att använda dem måste du först tillämpa en eller annan metod för att koda information. Det är extremt svårt att göra detta med hjälp av siffror i decimalberäkningen som är bekant för en modern person.
Kryptering
Binärt talsystem
I början av datoreran var forskare upptagna av att hitta en enhet som skulle göra det möjligt att representera siffror i en dator så enkelt som möjligt. Problemet löstes när Claude Chenon föreslog att använda det binära talsystemet. Det har varit känt sedan 1600-talet, och dess implementering krävde en enhet med 2 stabila tillstånd, motsvarande logisk "1" och logisk "0". Det fanns gott om dem på den tiden - från en kärna, som antingen kunde magnetiseras eller avmagnetiseras, till en transistor som kan vara antingen i öppet eller stängt tillstånd.
Representation av färgbilder
Metoden att koda information med hjälp av siffror för sådana bilder är något mer komplicerad. För detta ändamål måste bilden först delas upp i 3 primära färger (grön, röd och blå), eftersom som ett resultat av att blanda dem i vissa proportioner kan alla nyanser som uppfattas av det mänskliga ögat erhållas. Denna metod för att koda en bild med siffror med 24 binära bitar kallas RGB, eller True Color.
När det kommer till utskrift används CMYK-systemet. Den är baserad på idén att var och en av de grundläggande RGB-komponenterna kan mappas till en komplementfärg till vit. Dessa är cyan, magenta och gul. Även om det finns tillräckligt med dem, för att minska utskriftskostnaderna, läggs också en fjärde komponent till - svart. För att representera grafik i CMYK-systemet krävs alltså 32 binära bitar, och själva läget kallas vanligtvis fullfärg.
Representation av ljud
På frågan om det finns ett sätt att koda information med hjälp av siffror bör svaret vara ja. Men för närvarande anses sådana metoder inte vara perfekta. Dessa inkluderar:
- FM-metoden. Den är baserad på sönderdelningen av ett komplext ljud till en sekvens av elementära övertonssignaler med olika frekvenser, som kan beskrivas med en kod.
- Tabellvågsmetod. Samplar lagras i förkompilerade tabeller - prover av ljud för olika musikinstrument. Numeriska koder uttrycker instrumentets typ och modellnummer, tonhöjd, intensitet och varaktighet för ljudet, etc.
Nu vet du att binär kodning är ett av de vanligaste sätten att representera information, vilket spelade en stor roll i utvecklingen av datorteknik.
