Основным недостатком векторной графики является невозможность получения качественного изображения. В векторном формате изображение всегда будет выглядеть как изображение.
Растровая графика. Каждое изображение можно разбить на квадраты один раз для создания сетки -- двухмерного расположения квадратов. Сами квадраты (элементы сетки, или пиксели (элемент изображения)). -- Элементы картинки. Цвет каждого пикселя кодируется номером, который позволяет указать порядок номеров цветов (слева направо или сверху вниз) для описания изображения. В память записывается номер каждой ячейки, в которой хранится пиксел.
Каждому пикселю сопоставляются значения яркости, цвета и прозрачности или комбинация этих значений. Растровое изображение имеет определенное количество строк и столбцов. Этот тип хранения имеет свои недостатки: Для работы с изображениями требуется больше памяти.
Объем растрового изображения определяется умножением количества пиков илового потока на информационный объем точки, который зависит от количества возможных цветов. Современные компьютеры в основном используют следующие разрешения экрана: 640 x 480, 800 x 600, 1024 x 768 и 1280 x 1024 точки. Яркость каждой точки и ее координаты могут быть выражены целыми числами, что позволяет использовать двоичный код для обработки графических данных.
Кодирование цифровой информации
Для работы с числовой информацией мы используем десятизначную систему счисления: 0 1 2 3 4 5 5 6 7 8 9 Эта система называется десятичной.
Кроме чисел, биты также важны в десятичной системе. Если мы посчитаем количество чего-то и достигнем наибольшего доступного нам числа (до 9), мы введем вторую цифру, а затем каждое последующее число будет состоять из двух цифр. Когда мы достигнем 99, мы должны ввести третью цифру. В пределах трех цифр мы уже можем считать до 999 и так далее.
Таким образом, если мы используем только десять цифр и вводим дополнительные цифры, мы можем захватить и выполнить математические операции с любым числом, даже самым большим.
Компьютер считает одинаково, но имеет только две цифры -- логический ноль (бит не имеет свойства) и логическую единицу (бит имеет это свойство).
Система счисления, использующая только две цифры, называется двоичной.
При подсчете в двоичной системе вы должны добавлять каждую следующую цифру намного чаще, чем в десятичной системе.
Человеческий мозг, привыкший к десятичной системе, плохо воспринимает двоичную систему. Хотя оба принципа основаны на одних и тех же принципах и различаются только количеством используемых цифр. В двоичной системе все арифметические операции с любым числом могут выполняться одинаково. Его главный недостаток -- необходимость иметь дело с большим количеством битов.
Таким образом, наибольшее десятичное число, которое можно отобразить в 8-ми разрядной двоичной системе, составляет 255, в 16-ти разрядной -- 65535, в 24-ти разрядной -- 16777215.
Компьютер, который кодирует числа в двоичный код, основан на двоичной системе счисления. Но он может использовать различные алгоритмы в зависимости от особенностей чисел.
Как правило, для хранения каждого из этих номеров на запоминающем устройстве выделяется 1 байт (8 бит). Запись производится по полной аналогии с двоичной системой счисления.
Кодирование звуковой информации
В настоящее время компьютер широко используется в различных областях. Обработка звуковой информации, музыка не была исключением. Если есть компьютер со студийной звуковой картой, MIDI-клавиатурой и прикрепленным микрофоном, то можно работать со специальным музыкальным программным обеспечением.
А как же кодирование звука? В настоящее время существует, по сути, два способа записи звука: аналоговый и цифровой. Но чтобы записать звук на носителе, нужно преобразовать его в электрический сигнал.
Это делается с помощью микрофона. Самые простые микрофоны имеют мембрану, которая вибрирует при воздействии звуковых волн. К мембране прикреплена катушка, которая движется в магнитном поле синхронно с мембраной. В катушке генерируется переменный электрический ток. Изменения текущего напряжения точно отражают звуковые волны.
Переменный электрический ток, который появляется на выходе микрофона называется аналоговым сигналом. В случае электрического сигнала «аналоговый» означает, что сигнал является непрерывным во времени и амплитуде. Она точно отражает форму звуковой волны, распространяющейся в воздухе.
Аудиоинформация может быть представлена в дискретном или аналоговом виде. Их отличие состоит в том, что при дискретном представлении информации физическая величина резко изменяется («лестница»), беря окончательный набор значений. Если информация представлена в аналоговом виде, то физическое значение может занимать бесконечное число значений, которые постоянно меняются.
Виниловая пластинка является примером аналогового хранения звуковой информации, поскольку звуковая дорожка постоянно меняет свою форму. Но аналоговая запись на магнитной ленте имеет большой недостаток -- старение носителя. Через год звуковой носитель, имеющий нормальный высокочастотный уровень, может потерять его. Виниловые пластинки несколько раз теряют качество во время воспроизведения. Значит, преимущество -- цифровая запись.
Давайте вкратце рассмотрим процессы преобразования звука из аналоговой в цифровую форму и наоборот. Примерное представление о том, что происходит в звуковой карте, может помочь избежать некоторых ошибок при работе со звуками.
Звуковые волны преобразуются микрофоном в аналоговый переменный электрический сигнал. Он проходит по звуковому тракту и входит в аналого-цифровой преобразователь (АЦП), устройство, которое оцифровывает сигнал.
Проще говоря, принцип работы АЦП выглядит следующим образом: Он измеряет амплитуду сигнала через определенные интервалы времени и уже в цифровом виде передает числовую последовательность с информацией об амплитудных изменениях.
При аналого-цифровом преобразовании не происходит физического преобразования. Из электрического сигнала, как будто снимается отпечаток пальца или образец, который представляет собой цифровую модель колебаний напряжения в аудио тракте. При отображении в виде графика данная модель представляется в виде последовательности колонок, каждая из которых соответствует определенному числовому значению. Цифровой сигнал по своей природе дискретный, то есть прерывистый, поэтому цифровая модель не совсем соответствует форме аналогового сигнала.
Образец -- это временной интервал между двумя измерениями амплитуды аналогового сигнала.
Verbatim Sample переводится с английского как «образец». В мультимедийной и технической терминологии это слово имеет несколько значений. В дополнение к периоду времени под термином «образец» понимается любая последовательность цифровых данных, полученных путем аналого-цифрового преобразования. Сам процесс преобразования называется выборочным. В русской терминологии это называется дискретизацией.
Цифровой звук выводится с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), который на основе цифровых данных, полученных в соответствующее время, генерирует электрический сигнал с требуемой амплитудой.
Видеокодирование
Для хранения и обработки видео на вашем компьютере, вам необходимо кодировать его особым образом. Однако кодирование звука ничем не отличается от кодирования звука. Изображение в видео состоит из кадров, которые меняются с определенной частотой. Кадры кодируются как обычное растровое изображение, т.е. разбиваются на множество пикселей. Кодируя и соединяя отдельные кадры вместе, мы можем описать все видео.
Видеоданные характеризуются частотой кадров и разрешением экрана. Скорость воспроизведения видео составляет 30 или 25 кадров в секунду, в зависимости от телевизионного стандарта. Самые известные из этих стандартов: SECAM, который был принят в России и Франции, PAL, который используется в Европе, иNTSC, который используется в Северной Америке и Японии. Разрешение для стандарта NTSC составляет 768 x 484 пикселей, а для PAL и SECAM 768 x 576 пикселей. Не все пиксели используются для хранения видеоинформации. Таким образом, при стандартном разрешении 768 x 576 пикселей на экране телевизора отображается только 704 x 540 пикселей. Поэтому для хранения видеоинформации на компьютере или цифровой видеокамере размер изображения может отличаться от размера изображения на телевизоре. Например, в формате цифрового видео или, как его еще называют DV, размер изображения составляет 720 x 576 пикселей. Кадры стандарта DVD-Video имеют такое же разрешение. Размер изображения одного кадра в формате DVD-CD составляет 352 x 288 пикселей.
Цветное кодирование видео основано на известной модели RGB. Однако телевидение использует другую модель для отображения цвета изображения, а именно модель YUV. В такой модели цвет кодируется с использованием яркости Y и двух компонент разности цветов U и V, которые определяют цвет. Компонент цветового различия формируется путем вычитания красного и зеленого цвета из компонента яркости. Обычно для каждой составляющей цвета используется один байт, т.е. для идентификации цвета используются три байта информации. Таким образом, яркость и цветовые сигналы имеют одинаковое количество независимых значений. Такая модель имеет обозначение 4:4:4.
Опыт показывает, что человеческий глаз менее чувствителен к изменению цвета, чем к яркости. Без видимой потери качества изображения можно вдвое уменьшить количество цветовых оттенков. Эта модель называется 4:2:2 и принимается на телевидении. Для домашнего видео разрешается дополнительно уменьшить размерность цветовых составляющих до 4:2:0.
Если представить каждый кадр изображения как отдельное изображение указанного выше размера, то видеоизображение занимает много времени, например, одна секунда записи в системе PAL занимает 25 Мбайт, а одна минута -- уже 1,5 Гбайт. При использовании сжатия без потерь наиболее эффективные алгоритмы могут уменьшить поток информации не более чем наполовину. Для значительного уменьшения объема видеоинформации используется сжатие с потерями.
Среди алгоритмов с потерями один из самых известных MotionJPEG или MJPEG. MotionJPEG утверждает, что алгоритм JPEG используется для сжатия не одного, а нескольких изображений. При кодировании видео принято, что качество VHS эквивалентно кодированию MJPEG с потоком около 2 Мбит/с, S-VHS -- 4 Мбит/с.
Алгоритм MJPEG был разработан в алгоритме DV, который обеспечивает лучшее качество для одного и того же потока данных. Это связано с тем, что алгоритм DV использует более гибкую схему сжатия, основанную на адаптивном выборе коэффициента сжатия для разных видеокадров и разных частей одного и того же кадра. Сжатие увеличивается для частей кадра, содержащих мало информации, например, края изображения, и уменьшается для блоков с большим количеством мелких деталей.
MPEG -- это еще один метод сжатия видео. Так как видеосигнал передается в режиме реального времени, невозможно обрабатывать все изображения одновременно. В алгоритме MPEG сохраняется несколько отдельных изображений. Основной принцип заключается в предположении, что соседние кадры несколько отличаются друг от друга. Таким образом, можно сохранить один кадр, называемый исходным кадром, и тогда будут сохранены только изменения из исходного кадра, называемые предсказуемыми кадрами. Предполагается, что в 10-15 кадрах изображение меняется настолько, что требуется новый оригинальный кадр. В результате использование MPEG может сократить объем информации более чем в двести раз, даже если это приводит к определенной потере качества. В настоящее время алгоритм сжатия MPEG-1 используется для хранения видео на компакт-дисках в качестве VHS, алгоритм MPEG-2, используемый в цифровом, спутниковом телевидении и на DVD, а также алгоритм MPEG-4, разработанный для передачи информации по компьютерным сетям и широко используемый в цифровых видеокамерах и для хранения видео в домашних условиях.
Заключение
Мы знаем, насколько мощны компьютеры сегодня и насколько широк их спектр применения, и можем только догадываться, какие задачи они смогут решить в ближайшем будущем. Поэтому вопрос о том, как представлять и понимать кодирование информации в компьютере, который мы поняли, является особенно острым. Нам нужны люди (не только программисты -- профессионалы, но и обычные пользователи), которые разбираются в кодировании информации и возможных способах кодирования различных типов информации.
При подготовке резюме было использовано большое количество литературы.
Цели и задачи, поставленные в работе, были достигнуты. В частности, рассматриваются теоретические аспекты применения систем кодирования информации. Рассмотрены и исследованы все методы кодирования информации.
Эта работа приводит к выводу, что компьютер может обрабатывать только ту информацию, которая доступна в числовой форме. Вся остальная информация (например, звуки, изображения, показания приборов и т.д.), которая должна быть обработана на компьютере, должна быть преобразована в цифровую форму. Эта аннотация может быть использована в образовательных целях в будущем.
Список литературы
1. Бекман, I.N. Информационное кодирование / И.Н. Бекман // Лекции по информатике . -- -- C. 3 - 4.
2. Кудряжов Б.Д. Теория информации / Б.Д. Кудряжов. ? Санкт-Петербург: учебник для вузов, 2005. -- -- 320с.
3. Макарова Н.В. Информатика: учебник для общеобразовательных школ / Н.В. Макарова, В.Б. Волков. -- Санкт-Петербург: Петр, 2014г. -- -- 576 с.
4. Могилев А. В. Информатика / А. В. Могилев, Н. И. Пак, Е. К. Хеннер. -- М.: Учебник, 2003. -- 848 с.
5. Вычислительная техника : учебное пособие для студентов вузов / И.В. Элович. И.В. Кулибаба; под редакцией Г.Г. Раннева. -- М.: Академический издательский центр, 2014. -- 400 с.
6. Компьютерная наука: Учебник / под ред. -- 2 -- Эд., прерыватель. И дополнительно -- Москва: Учебник университета: ИНФРА -- М, 2014. -- 410 с.
7. Цветкова М.С. Информатика и ИКТ / М.С. Цветкова, Л.С. Великович. -- 3 -- ред. -- М: Изд -- в «Академии», 2014 г. -- -- 352 с.