Народна Освіта » Інформатика » Розділ 2. Кодування даних

НАРОДНА ОСВІТА

Розділ 2. Кодування даних

Будь-який реальний або уявний об'єкт і дії (процеси), що виконуються ним або над ним, можна описати, створивши повідомлення. Повідомлення може складатися з тексту і числових даних. Для того щоб із повідомлення можна було отримати інформацію, воно мас створюватися за певними правилами.

Отримання й опрацювання даних як інформаційний процес. Кодування та декодування повідомлень. Двійкове кодування. Одиниці вимірювання довжини двійкового коду. Кодування символів.

2.1. Отримання, кодування і декодування даних

Для того щоб описати об’єкт або процес, передати відомості про нього таким чипом, щоб створене повідомлення було зрозумілим для того, хто його отримуватиме, слід спочатку визначити певні правила. Ці правила мають оптувати процес отримання відомостей про об’єкт, їх запису та відтворення. Щоб подати значення властивості об’єкта у вигляді числа (даних), її потрібно виміряти.

Вимірюваність властивостей об’єктів визиачасться через досвід людини і суспільства, через поняття «більше» і «менше».

Для прямої властивість виміріованості полягає в тому, що обмежені двома точками частини різних прямих (відрізки) можна порівнювати між собою, визначивши для них властивість «довжина». Для цього слід Зважати за можливе порівняішя відрізків, які належать різним прямим.

Для інших властивостей об’єктів також створюються засоби вимірювання, що відтворюють значення властивостей об'єктів — величину кута (транспортир — кут між його основою і напрямком на певну поділкз' транспортира), масз' (набір гир — маса гирі або їх набор>' на шальці терезів), час (годинник — інтервал часз' між двома положеннями стрілок на циферблаті) тощо.

Після цього маємо зберегти отримані дані, але таким чином, щоб вони бз’ли надалі доступними як для нас, так і для інших людей. Отже, отримані числа слід записати словами, подати у вигляді чисел, креслення тощо - створити повідомлення.

Повідомлення має бути передане або збережене як певний фізичний об’єкт зі зміненими властивостями. Наприклад, це може бути аркуш паперу з написаними на ньому цифрами і літерами, ієрогліфами, оптичний диск із дзеркальними та иедзеркальпими мікроскопічними ділянками.

Створення повідомлення за певними, наперед визначеними правилами, називається кодуванням.

Властивості повідомлення як об’єкта, що містить інформацію, теж потрібно вимірювати. Для визначення способу і засобів вимірювання властивостей повідомлення слід спочатку проаналізувати, як створюється й прочитується повідомлення.

Нехай у повідомленні описуємо колір деякого об’єкта. Використовуватимемо лише три фарби: червону (R — red), зелену (G — green) і синю (В — blue), які змішуватимемо для отримання потрібного кольору. Кожну фарбу братимемо лише в певній кількості, або не братимемо взагалі. Тоді колір об’єкта можна описати значеннями трьох змінних — R, G, В, кожна з яких може набувати значення 0 — фарби цього кольору немає, 1 — взяти 1 одиницю фарби. Тоді повідомлення, в яких буде закодований колір, можуть мати такий вигляд: 111 — білий; 100 — червоний; 010 — зелений; 001 — синій. Можливими будуть і повідомлення 110; 011; 101; 000 - разом вісім різних повідомлень і відповідно вісім різних кольорів, отриманих трьома фарбами.

Зауважмо, що для запису цих повідомлень ми взяли лише дві цифри — 0 і 1.

Отже, використовуючи для повідомлення двійковий запис числа довжиною три цифри (розряди), можна записати вісім значень кольорів - 2 • 2 • 2 = 23 = 8.

Нехай для позначення кількості кожної фарби ми можемо використовувати не один, а два розряди. За такого кодування код 00 означає відсз'тність фарби, коди 01, 10 і 11 — 1/3, 2/3 і 3/3 одиниці кількості відповідної фарби. Двійковий запис матиме вже шість розрядів, а кількість кольорів, які можна буде описати, становитиме 2*2'2,2,2‘2 = 2 = 64.

Для того щоб ще точніше поінформувати про колір об’єкта, можна використати ще більше розрядів, тобто повідомлення більшої довжини.

Приблизно так само можна подати й інші повідомлення — більшої точності подання властивості об’єкта можна досягти, збільшуючи кількість символів (розрядів числового подання) у повідомленні.

 

У обчислювальній техніці

повідомлення передають і зберігають у пристроях, які можна уявити як набори вимикачів, кожен з яких може бути замкненим або розімкиеним. Один вимикач відповідає одному розряду двійкового числа. Вимикачі реалізуються як фізичні об’єкти зі зміненими властивостями.

Рис. 2.1. Піти на компакт-диску-об’єкти з двома можливими станами

На лазерних дисках нулям і одиницям відповідають дзеркальні й недзеркальні піти (дуже маленькі ділянки диска), як показано на рис. 2.1.

Об'єкт, у якому зберігається один розряд двійкового числа, називається бістабільним; цей об'єкт (пристрій) може перебувати в одному з двох можливих станів - "так" або "ні", 0 або 1.

Форма запису повідомлення у вигляді послідовності пулів і одиниць називається двійковим кодом (повідомлення, даних, команд).

Очевидно, що найменшою можливою довжиною двійкового коду' повідомлення с вміст одного бістабільного пристрою, або 1 біт (англ, bit — binary digit — двійкове число). Внутрішній запам’ятовуючий пристрій (ВЗП) більшості сушасних комп’ютерів складається з комірок пам’яті, які мають по 32 або 64 бістабільних пристрої, тобто можуть зберігати 32-розрядпе або 64-розрядне двійкове число.

Одиниці розміру файлів, із якими вам уже доводилося працювати, є похідними одиницями від біта.

Вісім бітів становлять 1 байт (1 Б).

1024 байти становлять 1 кілобайт (1 кБ).

1024 кілобайти становлять 1 Мегабайт (1 МБ).

1024 Мегабайти становлять 1 Гігабайт (1 ГБ).

1024 Гігабайти становлять 1 Терабайт (1 ТБ).

_ * Кратність одиниць байт, кілобайт, мегабайт і т.д. прийнято не 1000, як у Міжнародній системі одиниць (СІ), а 1024, бо це основа двійкової системи числення в степені 10 (210).

Задля того щоб уникнути непорозумінь із префіксами кратності (кіло, Мсга, Гіга і т. д.), Міжнародна електротехнічна комісія (МЕК, англ.: ІЕС — International Electrotechnical Commission) у 1999 році прийняла поправку до міжнародного стандарту, в якій префікси кратності для двійкового подання називаються так: kibi- (Кі), mebi- (Мі), gibi- (Gi), tebi- (Ті) і т. д.

Попри те що зазначений стандарт і його доповнення прийняті й погоджені досить давно (ІЕС 60027-2, ISO / ІЕС ІЕС 80000-13: 2008), використання спеціальних префіксів кратності для величин, що відрізняються в 2 = 1024 рази, досить повільно впроваджується в практику.

Повідомлення може бути виміряне довжиною двійкового коду, яким воно записане (рис. 2.2).

Читаючи повідомлення (лист, цей текст, телеграму, опис алгоритму тощо), ми здійснюємо процес, який називається декодуванням.

Декодування - процес відновлення інформації, закодованої в повідомленні.

Для людини, яка не знає певної мови, лист, стаття в газеті тощо, подані незнайомою мовою, може не містити жодної інформації, крім того, що це якийсь текст. Але це жодним чином не означає, що в повідомленні відсутня інформація.

Зручно вважати, що отримувач повідомлення завжди знає, як його сприйняти, опрацювати, отримати з нього всю інформацію, яку воно містить. У такому випадку стає можливим порівняння кількості інформації в різних повідомленнях.

Для порівняння кількості інформації в повідомленнях використовують довжину їх подання у двійковому записі (двійковому коді), яка вимірюється в бітах, байтах і похідних від них одиницях.

Зазначене трактування інформаційної місткості повідомлення використовується для визначення розмірів місця, необхідного для його розміщення на фізичному носії — магнітному або оптичному диску, флеш-накопичувачі.

Форми та способи подання інформації у повідомленнях, як і подання самих повідомлень, можуть бути різними (рисунки, ієрогліфи, піктограми, текст і дані, сформовані в документи на різних матеріальних носіях).

Окремим, нині дуже важливим, видом документа с

електронний документ. Зважаючи на важливість для суспільства таких явищ, як електронний документ і електронний документообіг, їх означення та властивості, форми використання, основні інформаційні процеси, які відбуваються в процесах їх створення й застосування, означено нормативно (закон України "Про інформацію". — Відомості Верховної Ради України. — 1992. — № 48).

Перевіряємо себе

1. Що необхідно виконати для того, щоб отримати числове значення властивості об’єкта?

2.  Як називається інформаційний процес, результатом якого є повідомлення зі значеннями температури в кількох різних приміщеннях?

3. У чому полягає сутність кодування даних у комп’ютері?

4. Назвіть основні особливості кодування даних у комп’ютерних системах.

5. Що називається декодуванням даних у комп’ютерних системах?

Яким чином в Україні регламентується здійснення суспільно значущих інформаційних процесів?

Чому двійкова система є основною в обчислювальній техніці?

8. Як нумеруються розряди числа?

9. Що називається бістабільним пристроєм? Наведіть приклади.

10. Чому в одному кілобайті (кібібайті) не 1000, а 1024 байти?

11. У яких одиницях вимірюється ємність накоїш чув ачів на магнітних дисках (вінчестерів)?

12. Скільки мегабайтів у одному гігабайті?

13. Скільки бістабільїшх пристроїв використовується для зберігання файла "двійковий запис числа.іхї" (див. рис. 2.2)?

Ви вже знаєте, що комп'ютер опрацьовує різні типи даних. Зберігання якого числа, на вашу думку, потребує більше бістабільїшх пристроїв — цілого чи такого, що мас дробову частин}'? Поясніть свою Думку.

Чи завжди доцільно для порівняння кількості інформації у повідомленнях використовувати довжину їх подання у двійковому записі?

Виконуємо

1. Визначте ємність пристроїв зовнішньої пам’яті комп’ютера, за яким ви працюєте. Яка їх частина вже заповнена?

2. Визначте на рис. 2.2 найбільший і найменший файли серед файлів одного тину.

3. Запишіть довжини всіх файлів архівів у мегабайтах.

4. У скільки разів файл "двійковий запис числаіїхі" менший за файл "прості механізми.іїосх" (рис. 2.2)?

Обчисліть, скільки потрібно двобайтових комірок пам’яті, щоб зберегти двійкове число 1010110101.

6. Обчисліть, скільки різних станів об’єкта можна закодувати, використовуючи три канали подання сигналів 0 або 1.

Латинський алфавіт має 26 літер. Обчисліть, скільки потрібно мати розрядів у комірці пам’яті, щоб закодувати ці літери (великі й маленькі), шість розділових знаків і цифри.

2.2. Текстові повідомлення та їх кодування

Тексти вводяться в комп’ютер зазвичай за допомогою клавіатури. На будь-якій сучасній клавіатурі комп’ютера розміщені символи англійського й національного алфавітів, синтаксичні та деякі спеціальні знаки, десяткові цифри, функціональні клавіші й клавіші керування (Ctrl, Enter та інші). Натиснення на клавіш}' або комбінацію клавіш, передасться для опрацювання в комп’ютер.

Створений текстовий електронний документ зберігається спочатку в оперативному запам’ятовуючому пристрої (ОЗП) комп’ютера, а потілі — на зовнішньому запам’ятовуючому пристрої (ЗЗП) або передається іншому користувачеві. Текст зберігається й передається у вигляді двійкового коду.

Відповідність між літерою та її числовим кодом має бути однакова для всіх комп’ютерів. Таке узгодження здійснюється через унормовування так званої таблиці кодування, тобто таблиці, в якій кожному символу (літері, цифрі, розділовому знаку, пробілу) і несимвольним командам (кінець рядка, кінець абзацу та іншим) поставлено у відповідність число.

Нині найпоширенішою є таблиця кодування ASCII (American Standard Code for Information Interchange - американський стандарт код}' для обміну інформацією). У основному варіанті коду ASCII для будь-якого символу клавіатури використовується один байт.

Перша, або нижня, половина кодової таблиці, тобто коди молодших 7 бітів (коди 0—127), застосовується у всьому світі для кодування стандартного набору символів (символів латинського алфавіт}', цифр, знаків арифметичних і логічних операцій та деяких інших). При цьому перші 32 комбінації (коди 0-31) призначені для команд керування комп’ютером і зовнішніми пристроями (наприклад, принтером). Друг}половину таблиці (коди 128—255) використовують для кодування символів національних алфавітів, а також символів псевдографіки. У табл. 2.1 наведена нижня половина кодової таблиці ASCII за стандартом ANSI ХЗ.4-1977, яку змінювати не можна.

Цю таблицю називають основною, або базовою таблицею

ASCII.

Для того щоб не використовувати довгі двійкові коди, для нумерування символів прийнято застосовувати шістнадцяткову систему числення, в якій до десяти арабських цифр 0, 2...9 додано ще шість А — 10, В - 11, С - 12, D - 13, Е - 14, F- 15.

Таблиця 2.1

Основна, або базова таблиця ASCII ХЗ.4-1977

 

Як бачимо з табл. 2.1, велика літера F має код 1000110 (у шістпадцятковій системі 46), символ 5 — код 0110101 (35), символ h — 1101000 (68). Великі та малі літери відрізняються лише значенням шостого розряду. Наприклад, символ А мас код 1000001 (41), а символ а -1100001 (61).

Перші 32 кодові комбінації таблиці, тобто комбінації від 0000000 (00) до 0011111 (1F), відведені під символи керування. Вони не виводяться на екран, а використовуються для спеціальних цілей, зокрема, для передавання команд периферійним пристроям, наприклад, для управління друкарськими пристроями.

Базова таблиця *ASCII була застосована в комп’ютерах IBM PC для внутрішнього подання символів. Але семирозрядний код не забезпечував кодування національних алфавітів. Тому стандартом ISO 646 введено нову восьмирозрядну версію коду ASCII. Восьмий розряд надав ще 128 кодових комбінацій, які могли використовуватися з різною метою, в тому числі й для подання національного алфавіту.

Фірма Microsoft запропонувала свій варіант кодування символів кириличних алфавітів, так звану кодову таблицю Windows 1251. Ця

кодова таблиця нині більш популярна, ніж кодування, рекомендоване ISO. Тому в деяких випадках, у разі відтворення текстів із сайтів, виникає необхідність переналагодження браузера. Нині бажано мати й застосовувати єдину систему кодування символів мов народів світу'. Група комп’ютерних компаній розробила міжнародний стандарт 16-розрядного кодування ISO 10646 під назвою Unicode (Юнікод), який забезпечує 65536 кодових комбінацій.

Програми MS Windows Office підтримують це кодування починаючи з 1997 року. Юнікод мас кілька версій. Найпоширенішими є UTF (Unicode Transformation Format — формат перетворення Юнікоду), який застосовується для передавання символів через Інтернет (чат, електронна пошта тощо), і UCS (Universal Character Set — універсальна таблиця символів).

Коди в системі Юнікод поділені на області. Коди від 0000 до 007F — це символи наборз' ASCII, а коди від 0400 до 052F відведені для символів кирилиці.

Для визначення шістнадцяткового коду символу в системі Unicode (а також у інших системах кодування, наприклад, у ASCII (шістн.), кирилиця (шістн.) необхідно в MS Word на вкладці Вставлення натиснути кнопку Символ, потім — Інші символи. Відкриється вікно Символ (рис. 2.3), у нижній частині якого в шістиадцятковій системі числення виводиться код вибраного символу.

Перші коди кодової таблиці UNICODE (від OOOOh до 00FF)

Рис. 2.3. Вікно вставлення символів редактора MS Word

 

відведені під код ASCII (базова таблиця і таблиця з англійськими літерами зі штрихами, так званий набір Latin-1). Ця таблиця поділена на блоки, кожний по 16 кодів. Кілька блоків утворюють зону. Зона може мати різну кількість блоків. Зона закріплюється за певною мовою. Наприклад, російська зона мас 256 кодів.

Перевіряємо себе

1. Що називається кодовою таблицею?

2. Чому було прийняте кодування символів восьмирозрядиими двійковими числами?

3. Де розташовані літери кириличних абеток у кодовій таблиці ASCII ?

4. Скільки символів можна закодувати, використовуючи семирозрядие

і<'п ттлтт) я m-і я9

Чому інколи замість літер кирилиці на деяких сайтах мережі Іитернет видно незрозумілі символи?

6. У якій кодовій таблиці можна закодувати більшу кількість символів — ASCII чи UTF?

7.  Чому при впорядкуванні за абеткою прізвищ, поданих українською мовою, деякі програмні засоби виводять спочатку прізвища, які починаються не з А, а інших літер? Знайдіть з яких.

У спискз' є рядки, що починаються з символів кирилиці (великих і малих літер), латиниці (великих і малих літер), цифр. У якій послідовності програмний засіб, що використовує кодову таблицю ASCII, виводитиме рядки?

У комп’ютерах, які випускалися у 80-х роках у СРСР, використовувався стандарт кодування КОИ-7. Які пооблеми з відтворенням кириличного тексту могли виникати?

Виконуємо

1. Заповніть таблицю шістнадцятковими кодами для наведених символів, для чого завантажте MS Word і відкрийте вікно Символи (див. рис. 2.3).

 

Проаналізз'йте отримаю,’ таблицю. Чим відрізняються коди наведених символів‘;

2. У редакторі Word відкрийте вікно Символи. У віконці Шрифт встановіть звичайний шрифт і виберіть таблицю кирилиця (шістн.). Використовзчочи повзз'нок см\ти прокрзшз'вання, знайдіть символи кирилиці. Запишіть нгістнадцяткові коди великих і малих літер В, Г, Д, Е, Ж.

3. Книжка має 450 сторінок. На кожній сторінці ЗО рядків по 68 символів. Визначте обсяг пам’яті, потрібний для її збереження.

Знайдіть в Інтернеті таблицю кодування KOI8-U, яка е стандартом української Інтсриет-спільиоти, і таблицю KOI8-R. Визначте їх спільні риси та відмінності.

Прийнято кодове повідомлення в системі кодування кирилиця (шістиадцяткове подання): 00С7 00Е0 00Е2 00F2 00F0 00F0 00Е0 00F8 00F2 00ЕЕ 00F0 00Е0. Розшифруйте прийнятий код.

Книжка зберігається в комп'ютері і займає 420 кБ. Кожна сторінка книжки містить 28 рядків по 75 символів у кодах ASCII. Визначте кількість сторінок у книжці.

У цифровому пристрої з обсягом пам’яті 600 байт зберігається текстове повідомлення довжиною 1200 символів. Визначте можливу кількість різних символів у цьому повідомленні.

Прочитайте в підрозділі "Для допитливих" описи кодування за методом Гауса і кодування за Водо. Що спільного в цих методах? Чим вони відрізняються?

Підказка: зверніть увагу на кількість можливих комбінацій станів у повідомленні, яке відповідає одному символу.

2.3. Кодування графічних даних

У комп’ютерних системах графічні об’єкти створюються, редагуються, зберігаються й переглядаються за допомогою програмних засобів, які називаються графічними редакторами. Плоска модель

 

об’єкта, яка може бути відтворена на папері, називається двовимірною (2D-графіка) (рис. 2.4), а об’ємна, яка відтворюється спеціальними пристроями, — тривимірною (ЗБ-графіка).

Рис. 2.4. Двовимірна графіка

Зображсшія графічних об’єктів (як і для інших типів даних) кодуються двійковими символами 0 і 1. У процесі кодування графічних даних та їх відтворення у вигляді зображень застосовуються два основних способи: растровий і векторний. Відповідно розрізняють растрові й векторні графічні редактори, а також тривимірні графічні редактори, які

ґрунтуються на одночасному використанні растрового та векторного зображень.

Растрове зображення — це зображення об'єкта окремими маленькими точками — пикселями (англ, picture cell — зображення комірка). На рис. 2.5 подано приклад зображення об’єкта за допомогою темних і світлих комірок.

 

Для зображення об’єкта на екрані монітора за допомогою растрового способу екран поділяється на рядки та стовпці. Кількість рядків і стовпців у сучасних моніторах різна, наприклад, 800*600, 1024*768, 1240*1024, 1600*1200.

Екран засобз' відтворення зображень, поділений на пікселі, називають растром.

Рис. 2.5. Растрове зображення рибки

^ Зображення об’єкта на екрані монітора створене точками.

Що менший розмір точки і що більше їх по горизонталі й вертикалі екрана, то краща якість зображення.

Важливою характеристикою монітора, яка впливає на якість зображення, с роздільна здатність екрана. Вона вимірюється кількістю пікселів на одиницю довжини, найчастіше на дюйм (1 дюйм = 2,54 см). Така одиниця позначається dpi (англ, dot per inch -точок на дюйм). У сзшасних моніторах вона становить 72 або 96 dpi.

Розглядаючи двійкове кодування (підрозділ 2.1), ми як приклад розглядали отримання кольорів трьома фарбами з кількістю двійкових розрядів, виділених для кожної фарби, від одного до трьох. Нині для кодування кольору пікселя застосов>чоться 8 біт (2s = 256), 16 біт (216= 65536), 24 біти (224 = 16777216). У деяких моніторах для кодування кольору відводиться до 48 біт.

Кількість бітів, що використовуються для кодування пікселів, називається глибиною кольору.

Растрове зображення застосовз'ється в поліграфії, медицині, рекламній діяльності, фотографії. Цей тип зображення створюється сканерами, медичною апаратз'рою, цифровими фотоапаратами і видеокамерами.

Векторне зображення об’єктів складається з ліній, прямокутників, еліпсів, багатокутників тощо, які називають графічними примітивами. Базовим елементом графічних примітивів є лінія. Лінія як реальний об'єкт мас властивості: товщину, колір, спосіб накреслення (пунктир, суцільна тощо). Графічні примітиви описуються математичними формулами. Наприклад, об’єкт квадрат можна описати так: цент]) — 80, 60 (координати х, у), сторона — 20, лінія — суцільна, товщина — 0,50, заливка — відсутня. Розмір файла графічного об’єкта не залежить від розміру об’єкта, а залежить від кількості графічних примітивів, за допомогою яких описується об’єкт.

Векторне подання графічних об’єктів зазвичай потребує меншого обсягу пам’яті для їх збереження, ніж растрове.

Перевага векторного подання зображення полягає в простоті його масштабування, тобто зміні розміру об’єкта без втрати якості його зображення. Наприклад, для зміни розміру квадрата досить вказати новий розмір його сторони. Для растрового зображення змінити розмір будь-якого об’єкта можна лише на піксельному рівні, тобто змінивши кількість пікселів на одиниці розміру.

Растрове зображення доцільно використовувати для об’єктів зі складними гамами кольорів, відтінків і форм. Такими об’єктами, наприклад, є світлини, малюнки, відскановані дані. Растрове зображення вже давно використовується в поліграфії. Персглянз'вши, наприклад, за допомогою оптичної лінзи текст газети, ви побачите, що літери складаються з окремих точок. Векторне зображення краще застосовувати для креслень і зображень із простими формами, тінями та кольором.

Векторні й растрові зображення відтворюються на моніторах, лазерних і струменевих принтерах, які за принципом дії є растровими. Для відтворення на растрових пристроях векторних зображень вони перетворюються па набори пікселів. Процес перетворення здійснюється з урахуванням масштабу зображення і роздільної здатності пристрою.

Зображення, яке відтворюється на екрані монітора, зберігається у відеопам’яті. Кожній точці екрана відповідає певна комірка цієї пам'яті. Для того щоб змінити зображення на екрані монітора, потрібно змінити вміст відеопам’яті. Ця функція програмно виконується процесором відсокарти. Уміст комірок відеопам’яті, які призначаються для кожного пікселя, визначає його властивості: колір, яскравість. Якщо пікселю

На рис. 2.6 подано схему, яка пояснює виведення інформації для випадку, якщо дані про піксель займають 1 біт. Якщо стан комірки дорівнює 1, то піксель світиться, якщо біт дорівнює 0, то він не світиться.

надається один біт (одна комірка), то можливі два її стани: одиниця — піксель висвічується, нуль — не висвічується.

Розглянутий спосіб відображення називають лінійним, тому що лінійній послідовності пікселів відповідає лінійна послідовність бітів.

 

 

На рис. 2.7 подано приклад зображення стрілки лінійним способом.

Нехай растр екрана складається з 800*600 = 480000 пікселів і на кожний піксель виділяється 1 біт (піксель або світиться, або ні). Тоді мінімальний обсяг відеопам’яті для збереження одного кадру мас бз^ти 480000* /8 = 60000 байт « 58,6 кБ. У сучасних комп'ютерах на кожний піксель надасться 24 біти (по 8 біт на кожний базисний колір), що забезпечує 2 = 16,7 мли кольорів (True Color — істинний колір). У цьому випадку для моніторів із растром 800x600 пікселів мінімальний обсяг відеопам'яті має бути: 800x600x24 біт = 1406,25 кБ. У більшості сучасних комп’ютерів глибина кольору становить 32 або 48 біт. Фізичний обсяг

відеопам’яті сягає від 0,5 до 4 ГБ і більше. У відеопам’яті зазвичай створюється кілька сторінок. При цьому в кожний окремий момент часу актуальною (такою, вміст якої відображається на екрані) є лише одна сторінка. Сторінкова організація відеопам'яті дає змогу більш ефективно організувати її взаємодію з процесором.

Кольорове зображення 65'дується на основі певної кольорової моделі, тобто способу відтворення кольорів. У електронних пристроях, зокрема, моніторах, найчастіше застосовз'ється модель RGB (Red — червоний, Green — зелений, Blue — синій), а в поліграфії — модель CMYK

 

 

(Cyan — блакитний, Magenta — пурпуровий, Yellow — жовтий, Віаск — чорний).

Модель RGB. Ми розглядали її в підрозділі 2.1. На рис. 2.8 зображено результати змішування в рівних пропорціях базових кольорів. Реально кольорова гама результуючої суміші залежить від співвідношення яскравості кольорів, що змішуються.

 

Від змішування двох базових кольорів моделі RGB у рівних

 

частках отримані такі кольори: Yellow - жовтий; Magenta -пурпуровий; Cyan - блакитний, а трьох - White - білий.

У табл. 2.2 подано двійкові коди базових кольорів і результатів їх змішування.

Таблиця 2.2

Модель СМУК. Базовими кольорами цієї моделі е блакитний, пурпуровий, жовтий і чорний. Колір у цій моделі задається чотирма

 

числами від 0 до 100, кожне з яких визначає інтенсивність базового кольору, наприклад, (40, 52, 60, 5). Перше число визначає відсоток блакитного кольору (Cyan), друге — пурпурового (Magenta), третє -жовтого (Yellow), четверте — чорного (Black). На рис. 2.9 показано базові

 

кольори моделі СМУК і результати їх змішування.

Зазначмо, що в кольоровій моделі СМУК можуть бути подані не всі кольори, доступні в моделі ІЮВ, і навпаки. Наприклад, найяскравіші кольори моделі ИСВ не можна відтворити в моделі СМУК. Водночас найтемігіші кольори моделі СМУК не можна відтворити на папері за допомогою могтелі ИСтВ.

Файли, в яких зберігаються дані графічних об’єктів, мають великий обсяг. Особливо це стосується растрових зображень. Для зменшення обсягу таких файлів застосовуються спеціальні методи стиснення даних. Способи стиснення і збереження даних визначають формати графічних файлів. Найпоширенішими форматами графічних файлів є BMP, JPEG, TIFF, GIF, PNG.

BMP (Bitmap). Формат растрових графічних зображень в ОС Windows. Дані зберігаються без стиснення. Кодування кольору пікселів виконується з глибиною 1, 4, 8 або 24 біти.

GIF (Graphics Interchange Format). Формат растрових зображень із глибиною кольору тільки 8 біт, тому файли цього формату досить компактні.

PNG (Portable Network Graphics). Використовується в основному для зображень, які розміщують в Інтериеті. Стиснення не призводить до втрати якості.

JPEG (Joint Photographic Expert Group). Доцільно застосовувати для збереження світлин. Інколи стиснений файл досягає 10 % розміру початкового. Під час запису зображення в форматі JPEG користувач може визначати показник стиснення. Зауважмо, що більший показник

стиснення, то нижча якість зображень. Зазначмо, що JPEG, GIF і PNG є основними графічними растровими форматами Інтернету.

TIFF (Tagged Image File Format). Формат призначений для збереження растрових зображень високої якості. Це один із основних стандартів професійної поліграфії. Формат дає змогу кодувати будь-яке зображення без втрати якості.

Формат PSD (PhotoShop Document) — один із найпотужніших форматів растрової графіки. Глибина кольору може становити 48 біт. Недолік формат^' полягає в тому, що існуючі алгоритми не забезпечують високий ступінь стиснення.

Формат WMF (Windows Metafile) підтримує векторну і растрову графіку додатками середовища Windows. Глибина кольору 8 або 24 біти.

Популярні також універсальні комбіновані формати, в яких зберігають одночасно зображення і текст. Прикладом такого формат}' є PDF (Portable Document Format), який широко застосовується в поліграфії.

Виконуємо

Рис. 2.10. Вікно властивостей файла графічного редактора Paint 3. Завантажте графічний редактор Paint і відкрийте будь-який графічний файл. Відкрийте вікно Властивості цього файла. Приклад такого вікна показано на рис. 2.10. х Зверніть увагу, що роздільна здатність екрана дорівнює 96 точок на дюйм, увімкнутий перемикач пікселі, ширина зображення на екрані — 500 пікселів, висота — 444.

 

1. На екрані відображається малюнок розміром 5*6 см. Один квадратний сантиметр екрана містить 24*24 пікселів, а глибина кольору дорівнює 16 біт. Визначте теоретичний обсяг пам’яті, потрібний для збереження малюнка. ^

2. Довжина екрана монітора по горизонталі дорівнює 32 см, а кількість пікселів — 1024.

Визначте роздільну здатність екрана в брі. +

Обчисліть розмір зображення в сантиметрах і дюймах, потім увімкніть перемикачі дюйми і сантиметри й переконайтеся, що обчислення виконано правильно, в іншому випадку знайдіть свої помилки.

4. Повноекранний растр 17-дюймового екрана монітора має 1280*1024 пікселів. Визначте його роздільну здатність у dpi. Підказка. Для отримання ширини і висоти екрана скористайтеся теоремою Піфагора

Запустіть графічний редактор Paint і відкрийте один із малюнків. Обчисліть теоретичний обсяг необхідної для нього пам’яті й порівняйте його з реальним обсягом. Обґрунтуйте різницю між ними. .

> Малюнок по горизонталі та вертикалі має розмір 600*400 пікселів. Цей малюнок виводиться на принтер, роздільна здатність якого дорівнює 600 dpi. Який розмір вій матиме на папері (у міліметрах)?

Підказка. Роздільна здатність принтера 600 dpi означає, що на кожному дюймі паперу розміщується 600 точок. На кожну точку відводиться один піксели малюнка. Тому розмір малюнка по горизонталі (без масштабування) дорівнює (600/600)*2,54=2,54 см, а по вертикалі (400/600)*2,5=1,27 см. Спроба збільшити розмір малюнка в процесі його друкування призводить до погіршення якості зображення, тому що кількість пікселів при цьому не збільшується. Наприклад, якщо описаний малюнок збільшити вдвічі, тобто надрукувати його розміром 5*2,5 см, то кількість пікселів у ньому не зміниться, а їх розмір збільшиться, а отже, його якість буде гірша. Це пояснює те, що друкування фотографій або малюнків із веб-сторінки часто має низьку якість.

7. Зображення має розмір 400*200 пікселів. Який воно матиме розмір на екрані монітора, роздільна здатність якого 72 ррі?

Підказка. Значення роздільної здатності 72 ррі визначає, що на кожний його дюйм (2,54 см) припадає 72 фізичних пікселі (світні точки). На кожний піксели малюнка відводиться один фізичний піксель екрана. Тому розмір малюнка на екрані по горизонталі визначається за формулою (кількість пікселів у малюнку по горизонталі/72)*2,54 см. Аналогічно визначається і розмір малюнка по вертикалі.

Визначте мінімально необхідний обсяг відсопам’яті для монітора з растром 800*600 і глибиною кольору 16 біт, якщо вважати, що у ній розміщується повне зображення екрана.

Перевіряємо себе

1. Які методи використовуються для кодування графічних даних?

2. Поясніть сутність растрового зображення об’єктів.

3. Що таке піксель?

4. Що таке растр?

Поясніть зміст поняття "роздільна здатність екрана".

6. Скільки бітів може використовуватися для кодування кольору? ■

7. Що називається глибиною кольору? .

8. Поясніть сутність векторного зображення.

і Які переваги та недоліки має векторне зображення порівняно з растровим?

10 У яких випадках доцільно застосовувати растрове зображення?

11. Поясніть сз'тність кольорової моделі ЯСВ

Який обсяг мас мати відеопам’ять, якщо растр дорівнює 1280*1024, а для збереження кольору пікселя відведено 16 біт?

13. Поясніть сутність кольорової моделі СМУК.

Яким чином пов’язані кольорові моделі ИОВ і СМУК (через які

кольори)?

2.4. Кодування звукових даних

Звуки, які ми чуємо, є коливаннями повітря або іншого пружного середовища. Змінний тиск повітря у вусі людини діє на нерви, які передають сигнал до мозку. Для опрацювання звуків електронними пристроями (у тому числі комп’ютером) змінний тиск повітря перетворюється на електричний сигнал пристроєм, який називається мікрофоном. Звук передається в середовищі у вигляді механічної хвилі.

Щоб розуміти як звук опрацьовується в комп’ютері, потрібно знати, які величини описують коливання. Залежність миттєвого значення тиску від часу можна зобразити на графіку. Для простого звукового коливання (наприклад, від камертона) цей графік має вигляд, показаний на рис. 2.11. Такі коливання називають гармонічними, або синусоїдальними.

Гармонічні коливання характеризуються такими параметрами: амплітуда, період, швидкість, частота.

Амплітуда (А) —

 

максимальне значения величини тиску, що змінюється (див.

рис. 2.11). Що більша амплітуда коливань, то більша гучність звуку.

Період (7) — проміжок часу, за який здійснюється одне повне коливання (або час, за який хвиля пробігає шлях, що дорівнює її довжині). Вимірюється в секундах (с).

Частота (/- англ, frequency, частота) — кількість повних коливань, що здійснюються за одиницю часу. Кількість таких коливань за одну

 

секунду вимірюється в герцах (Гц). Один герц - це одне повне коливання за одну секунду.

Звз'к, як уже зазначалося, поширюється у вигляді хвилі (рис. 2.12). Хвиля характеризується швидкістю поширення і довжиною.

Швидкість (і? англ, velocity) переміщення хвилі в напрямку її поширення (вимірюється в метрах за секунду, м/с). Швидкість звуку в повітрі у середньому становить 340 м/с (1200 км/год). У повітрі швидкість звуку менша, ніж у рідині, а в рідині менша, ніж у твердому середовищі.

Довжина хвилі (А) - відстань, яку проходить хвиля за час, що дорівнює періоду коливань Т (вимірюється в метрах).

Звуковими називають такі хвилі у пружних середовищах, що мають частоти від 16 Гц до 20000 Гц.

Саме такий діапазон частот сприймає вухо людини. Природні звуки (шум моря, щебет пташок, шелест листя тощо), а також музичні звуки, звуки мови є складними і часто виникають унаслідок накладання різних хвиль. Звукові сигнали сприймає й опрацьовує мозок людини, на основі чого розпізнаються повідомлення.

Основні співвідношення між характерист иками хвилі:

 

2.5. Оцифровування звуку

 

Для збереження й опрацювання звукових даних у комп’ютері необхідно насамперед перетворити звукові хвилі на електричні сигнали. Пристроєм, що здійснює таке перетворення, є мікрофон. На рис. 2.13 показано приклад зміни напруги на виході мікрофона.

Як бачимо з рис. 2.13, напруга змінюється в часі плавно, безперервно. Таку форму сигналу називають аналоговою.

Оскільки комп’ютер опрацьовує тільки двійкові сигнали, то необхідно перетворити сигнал з аналогової форми на дискретну, тобто виконати аналого-цифрове перетворення (або оцифровування звуку).

Оцифровування виконується в три етапи: дискретизація в часі; квантування за значенням (вимірювання миттєвого значення); кодування сигналу.

Дискретизація — процес вимірювання значень аналогового сигналу через рівні проміжки часу, який називається кроком

 

дискретизації. Сутність процесу дискретизації ілюструється на рис. 2.14, де подано результати вимірювання миттєвих значень сигналу.

Рис. 2.14. Дискретизація аналогового сигналу

Кількість вимірювань величини сигналу за одну секунду називають частотою дискретизації.

 

Що менший крок дискретизації, то вища її частота і точніше бзще представлена аналогова хвиля дискретною. Для звукових хвиль поширеною частотою дискретизації в комп’ютерах є 44 кГц. Однак у деяких сучасних комп'ютерах вона досягає 192 кГц і навіть 384 кГц.

Квантування величини сигналу — процес заміни реального значення сигналу, отриманого в результаті вимірювання, найближчим значенням із набору фіксованих значень, які називають рівнями квантування. Його сутність полягає в тому, що значення напруги визначаються через рівні проміжки часу. Процес квантування пояснюється прикладом, поданим на рис. 2.15.

Як бачимо з рис. 2.15, реально виміряні значення сигналу, отримані в процесі дискретизації, замінюються найближчими фіксованими значеннями.

Кодування — процес присвоєння кожному фіксованому значенню сигналу двійкового коду. Приклад кодування подано на рис. 2.16.

Точність кодування залежить від кількості двійкових розрядів, відведених для запису значень сигналу. У прикладі (див. рис. 2.16) фіксованих значень сигналу 7, тому для кодування обрано 3 двійкових розради (7<23). Кількість двійкових розрядів і кількість рівнів сигналу перебувають у співвідношенні К<21, де К — кількість вимірювань; п — кількість двійкових розрядів. Що більше використовується двійкових розрядів, то вища точність квантування. Найчастіше в сучасних комп’ютерах для цього використовується 16 двійкових розрядів (інколи 24 і 32 розряди).

Кількість двійкових розрядів, відведених для кодування

звукових даних, називається глибиною квантування.

Людське в\'хо — дуже складний орган, який перетворює коливання повітря, тобто звук, на нервові сигнали. Так само діс й мікрофон, який перетворює звукові коливання на електричний сигнал — зміни електричного струму.

Людина, як і більшість тварин, мас два вуха. Навіщо?

Поширюючись від джерела, звук змінюється, зменшується його гучність, інколи звуки від кількох різних джерел послаблюються по-різному. Два вуха допомагають людині визначити напрям на джерело звук}'. Слухаючи "наживо" у залі великий оркестр, можемо, навіть заплющивши очі, розпізнати, як на сцені розташовані інструменти, як рухається по сцені соліст. Для того щоб створити у слухача відчуття присутності в залі, під час запису музики використовзчоть щонайменше два мікрофони, сигнали від яких записуються окремо й відтворюються двома пристроями — навушниками, акустичними колонками. Такий запис звуку називають стереозаписом.

Для допитливих

Апаратна підтримка звуку

Збереження й опрацювання звуку в комп’ютері здійснюється за допомогою спеціального апаратного та програмного забезпечення. Апаратне забезпечення реалізоване у вигляді звукової плати (звукової карти, звукового адаптера), що встановлюється на материнській платі.

Основне призначення звукової плати — забезпечити введення в комп’ютер аналогового звукового сигналу, перетворити його на двійковий код, і навпаки — вивести аналоговий сигнал на звукові колонки. Будь-яка звукова плата має щонайменше три роз’єми: вихід для звукових колонок (найчастіше роз’см синього кольору), для мікрофона (рожевий) і лінійний вихід (зелений). Лінійний вихід використовується для підключення таких пристроїв, як магнітофон, програвач компакт-дисків. Значна кількість звукових плат має лінійний вхід (блакитний колір), що використовується для запису звуку в комп’ютер із зовнішнього пристрою, наприклад, музичного центру. Сучасні звукові плати мають також ігровий порт (жовтий колір) для підключення джойстика або МГОІ-пристрою. Один із варіантів роз’ємів

 

звукової плати, що містяться на задній стінці системного блока, зображено на рис. 2.17.

Значна кількість сучасних звукових плат мають роз’еми цифрового виходу (Digital Out) і роз’сми для підключення аудіосистеми. Структура звукової плати і зв’язки між її елементами зображені на рис. 2.18.

Сигнал із мікрофона або плсєра подається через вхідні роз’єми на пристрій (мікшер), призначений для змішування сигналів, що надходять на кілька входів. Із мікшера сигнал подасться на аналого-цифровий перетворювач (АЦП). Із його виходу двійковий код надходить у процесор звукової плати, який через шину материнської плати здійснює обмін даними з комп’ютером. Керує процесом обміну звуковими даними центральний процесор.

Під час відтворення звукового файла дані з жорсткого диска через шину PCI надходять у процесор звукової плати і далі на цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП), який перетворює двійковий код на аналоговий електричний сигнал. Далі цей сигнал із вихідного мікшера надходить на лінійний вихід, а також на вихід звз'кових колонок звукової плати (рис. 2.19).

 

 

Якщо в комп’ютері зберігається МГОІ-файл, то його команди з вінчестера через шину РСІ і процесор звукової плати надходять у синтезатор і далі в ЦАП, вихідний мікшер і на лінійний вихід.

До роз’ємів МГОІ можуть

підключатися МГОІ-клавіатура,

автономний синтезатор та інші електричні музичні інструменти.

2.6. Формати аудіофайлів

Із появою компакт-дисків був розроблений спеціальний формат запису звукових даних, який отримав назву Audio CD. Звукові дані записуються на спіральній доріжці окремими треками. Кожний трек містить один звуковий фрагмент, яким може бути, наприклад, одна пісня. Для відтворення звуку з компакт-дисків комп’ютері використовуються спеціальні програми — програвачі. З появою оптичних дисків DVD був розроблений формат запису DVD-Audio.

Нині існує величезна кількість форматів для роботи зі звуковими файлами. Але не всі файли, що зберігаються на CD-дисках і відтворюються на комп’ютерах, можуть зберігатися на вінчестерах. Наприклад, файли типу Audio можуть відтворюватися на персональному комп’ютері (ПК), оснащеному пристроєм CD-ROM, однак для збереження на жорстких магнітних дисках без додаткового їх опрацювання вони не придатні.

Надалі під терміном "аудіофайли" розумітимемо два типи файлів: музичні (ті, що створюються за допомогою спеціальних синтезаторів) і звукові (моноаудіофайли і стереоауідофайли).

Для збереження звукових файлів без їх стиснення потрібен значний обсяг пам’яті. Орієнтовно його можна обчислити за формулою:

 

де V — обсяг пам’яті (в байтах); f - частота дискретизації (в Гц); t — тривалість запису звуку (у секундах); к — глибина квантування (у бітах). Наприклад, для запису звуку протягом 5 хв (300 с) із частотою дискретизації 44 кГц (44000 1/с) і глибиною квантування 16 біт (2 байти) потрібно V = 44000*16*300/8 = 26400000 байт / (1024*1024) « 25,2 МБ.

З метою зменшення обсягу звукових файлів здійснюється стиснення (компресія) звукових даних. У результаті стиснення даних досягається економія пам'яті до 12 разів. Однак надмірно високий коефіцієнт стиснення призводить до втрати якості звуку. Метод стиснення даних визначає формат звукового файла. Залежно від цього розрізняють два основних способи запису.

1. Формати без стиснення даних. До цієї групи належать формати файлів WAV (для ОС Windows) і AIFF (для ОС Мас), а також внутрішні формати звукових редакторів, наприклад Audacity. Ця група форматів забезпечує високу якість звуку, але потребує великих обсягів пам’яті. Вони незручні для передавання даних через Інтернет.

2. Формати зі стисненням даних. Ця група форматів використовується найчастіше. Значення коефіцієнта стиснення файлів становить від 2 до 12. Стискаються насамперед ті компоненти звуку, що нечітко сприймаються вухом людини. Такими є звуки з частотою більше 10 кГц. Для таких частот глибина квантування може бути, наприклад, 4 біти, а для інших частот — 16 біт. У цьому випадкз' для всього діапазону частот глибина квантування в середньому може становити 8 біт. За рахунок цього досягається економія пам’яті. Популярними файлами цього формату є файли типів MP3 і WMA (Windows Media Audio).

Особливим типом е формат MIDI. Абревіатура MIDI (англ. Musical Instrument Digital Interface) в перекладі означає "цифровий інтерфейс музичних інструментів". Файли формату MIDI — певна сукупність команд для відтворення синтезованих звуків. Кожній команді MIDI-файла в синтезаторі звукової плати відповідає конкретна нота того чи іншого музичного інструмента, її тембр і гучність. Файли MIDI невеликі за обсягом і відтворюються за допомогою спеціальних програм — MIDI-плеєрів. Найчастіше використовуються програвачі Windows Media і Winamp.

Зазначмо, що один і той самий MIDI-файл може з різною якістю відтворюватися на різних ПК. Це пояснюється різною якістю звукових плат, які відрізняються відтінками синтезованих звуків — імітуванням певного музичного інструмента

Існує велика кількість програм для роботи зі звуковими даними. За призначенням їх можна поділити на такі групи: програми для прослуховування (програвачі); програми для запису (захоплення) звуку (грабери); звукові редактори; конвертери.

Програвачі, що забезпечують прослуховування звукових даних, називають аудіоплеерами. Для прослуховування звукових файлів в ОС Windows використовується Медіяпрогравач Windows.

Програми для запису звуку призначені для запису звуку з мікрофона, DVD-програвача, телевізійного тюнера та інших пристроїв. У ОС Windows 7 для цього призначена стандартна програма Зв>'козаписувач. Звукові редактори не лише забезпечують запис і прослуховування звукових даних, але й дають змогу виконувати операції із записами та їх фрагментами: виділення фрагментів, їх вставлення, заміну частин записів, змішування записів, а також змішування стереоканалів, фільтрування небажаних компонентів, застосування спеціальних ефектів, що збагачують звук, тощо.

Сучасні програмні засоби роботи зі звуком забезпечують роботу не з одним, а з кількома форматами звз'кових файлів. Для цього програми-програвачі оснащуються спеціальними програмами, які здійснюють автоматичне перекодування з одного формату в інший.

Виконуємо

1. Період коливань хвилі дорівнює 0,005 с, а її довжина — 1,5 м. Обчисліть швидкість і довжину хвилі.

2. Обчисліть кількість двійкових розрядів, необхідних для кодування

1000 рівнів квантування.

і Запз'стіть Мсдіяпрогравач \Vindows. Відкрийте меню Довідка, потім пункт Довідка медіяпрогравача \Уіш1о\У8. Ознайомтеся з початком роботи з програвачем і закрийте вікно довідки. Прослухайте і

перегляньте деякі записи, наприклад, Записані телепрограми.

Обчисліть час звучання стсреоаудіофайла, якщо частота дискретизації дорівнює 32 КГц, глибина кодз'вания звз'ку — 16 біт, а інформаційний обсяг файла — 5 МБ

5. Обчисліть інформаційний обсяг моиоаз'діофайла, якщо частота дискретизації дорівнює 60 КГц, глибина кваїпування - 16 біт, а тривалість звз'кз' — ЗО с.

Глибина квашування для лінійного методз' дорівнює 16 біт. Визначити крок кваїпування за рівнем, якщо максимальне значення напрзч'и дорівнює 200 МБ, а мінімальне — ЗО МБ.

 

Підказка. Величина крокз' квашуваїшя за рівнем визначається за формулою:

Перевіряємо себе

1. Які хвилі називають гармонічними?

2. Якими параметрами характериззчоться гармонічні коливання?

3. На що впливає значення амплітуди звукової хвилі?

4. Що називається періодом коливання?

5. Як зв’язані швидкість і довжина хвилі?

6. Що такс частота коливання?

7. Наведіть основні співвідношення між параметрами хвилі.

8. Назвіть основні етапи оцифровз'вання звз'кз'.

9. Поясніть сутність дискретизації аналогового сигиалз'.

10. Що таке частота дискретизації?

11. Поясніть сутність квантування амплітуди сигнал}'.

12. Що таке глибина квантування?

13. Назвіть основні типи форматів звукових файлів.

14. Яка програма використовується для роботи зі звуком в ОС Windows 7‘

2.7. Кодування відеоданих

Відео — це послідовність нерухомих зображень — кадрів, швидка зміна яких створює ілюзію руху об’єкта.

Для людського зору така ілюзія виникає при зміні їв і більше кадрів за секунду. У кінотеатрах використовується зміна 24 кадри/с, у телебаченні - від 25 кадрів/с. Що більша швидкість зміни кадрів, то якісніше зображення.

Кодек — це програма, що перетворює потік даних або сигналів на цифрові коди, або навпаки.

Звукові та візуальні дані потребують різних методів стиснення, а тому для них розроблені окремі кодеки. Через велику кількість різноманітних форматів (табл. 2.3) аудіо- та відеофайлів часто виникає потреба перекодовувати ці файли з одного формату в інший. Процес перекодування файла з одного формату в інший називається конвертацією файлів.

Є багато спеціалізованих програм для здійснення конвертації різноманітних мультимедійних даних. Однією з таких програм є Total Video Converter, який здійснює конвертацію аудіо- та відеофайлів більшості форматів. Кодек може складатися із двох компонентів: кодувальника та декодера.

Кодувальник виконує функцію стискання (кодування).

Декодер виконує функцію розпакування (декодування). Деякі кодеки мають обидва ці компоненти, а деякі - лише один із них.

Медіяпрогравач - пристрій або програмний засіб, за допомогою якого відтворюється відео-, фото- і аудіоконтент.

Найпростішим у керуванні та найпоширенішим є медіяпрогравач Windows Media Player. Якщо для стиснення мультимедійних даних застосувати різні алгоритми, то ці дані будуть записані у файлах різних форматів. Оскільки рухоме зображення має супроводжуватися звуком, для зберігання відеофільмів розроблено спеціальні формати, які називаються медіякоптейнерами.

Медіяконтейнер — формат, що дає змог}’ розміщувати в одному файлі мультимедійні дані різних типів і синхронізувати звук; відеозображення й текстову інформацію.

Медіяконтейнери:

- WAV (Waveform Audio Format) — звук у форматі WAV зберігається без втрати якості, але відсутність стиснення призводить до того, що обсяги wav-файлів дз'же великі;

- AVI (Audio and Video Interleaved) — надає можливість об'єднувати нестиснені або закодовані різноманітними кодеками аудіо- та відеодаиі;

- MOV (QuickTime Movie) — як і формат AVI, дає змогу поєднувати аудіо- та відеопотоки, закодовані в різний спосіб, розроблений для програвана QuickTime.

Утиліти-конвертери мультимедія - це програми, що виконують перетворення файлів, які належать до одного типу даних, але в різних форматах.

Програші для запису звуку та відео (програми захоплення звуку, відео) називають програмами-граберами. Це такі програми, як Exact Audio Copy, Wondershare Streaming Video Recorder.

Програми, що забезпечують перетворення одного формату файлів на інший можна розділити на чотири умовні категорії:

-  програми, призначені для конвертації аудіо та відео для різних пристроїв (програвачів MP3, мобільних телефонів, плеерів, ігрових приставок тощо);

- програми, орієнтовані на користувацький режим конвертації;

- гібридні програми, у яких поєдналися характеристики обох згаданих вище категорій;

- вузькоспеціалізовапі програми, зорієнтовані на виконанні конвертації аудіофайлів.

Таблиця 2.3

Популярні формати відео- та аудіофайлів (звукових файлів)

Формат

файла

Розши

рення

Додаткові відомості

1

2

3

Відео Flash

- Adobe Flash Media

.swf

Формат файла, який переважно використовується для передавання відео через Інтернет за допомогою програвана Adobe Flash

Advanced Streaming Format -

медіяфайл

Windows

.asf

Файл зберігає синхронізовані мультимедійні далі та може використовуватися для потокового відтворення через мережу аудіо- та відеовмісту, зображень і команд сценаріїв

Audio Video Interleave -

відеофайл

Windows

.avi

Мультимедійний формат файла, що використовується для збереження звуку та відеозображення в форматі Microsoft Resource Interchange File Format (RIFF). Один із

   

найуживаніших форматів, оскільки звук і відеовміст, які стискаються за допомогою різноманітних ко деків, можуть зберігатись у файлі з розширенням .avi

Moving Picture Experts Group -

файл фільму

.mpg або .mpeg

Стандарт відео- й аудіокомпресй, який розвивається, створено Moving Picture Experts Group. Цей формат файла створено спеціально для використання на мультимедійних пристроях, наприклад, на відеокомпакт-дисках і дисках CD

Windows Media Video

— відеофайл

Windows

Media

.wmv

Формат зі стисненням звуку та відео за допомогою кодека Windows Media Video. Дуже стиснутий формат, який потребує мінімального обсягу дискового простору на жорсткому диску комп'ютера

Перевіряємо себе

Поясніть, що такс відео.

2. Як називається програма, що перетворює потік даних чи сигналів на цифрові коди, або навпаки?

3. Який пристрій називають медіяпрогравачем*:

4. Назвіть найпоширеніші аудіоформати.

5. Назвіть найпоширеніші відсоформати.

Поясніть призначення медіяконтейнера.

7. Який процес називається конвертацією файлів?

8. З чого складається кодек?

9. Як називаються програми, що виконують перетворення файлів?

10. Які програми називаються аудіокодеками?

Виконуємо

1. Знайдіть мультимедійні документи на вашому комп'ютері.

2. Поясніть, чим вони відрізняються від текстових і графічних документів.

3. Скопіюйте в окрему панку файли, які належать до

Аудіоформатів.

4. Скопіюйте в окрему папку файли, які належать до

Відеоформатів.

5. Розкажіть про особливості роботи з утилітами-конвертерами.

Практична робота № 2

Тема:

Розв'язування задач на довжини двійкового коду типів

визначення даних різних

Мета:

Набути практичних навичок визначення довжиіш двійкового коду даних різних типів

1.  У цифровому пристрої необхідно зберігати повідомлення ЛАБОРАТОРНА РОБОТА. Обчислити кількість бітів, необхідних для кодування символів цього повідомлення, і потрібний обсяг пам’яті для його збереження.

2.  У цифровому пристрої з обсягом пам’яті 512 байт зберігається текстове повідомлення довжиною 1200 символів. Визначити максимально можливу кількість різних символів у цьому повідомленні.

3. Символами кодової таблиці ASCII передано повідомлення: МАТЧ ШАХТАР - ДИНАМО ЗАВЕРШИВСЯ З РАХУНКОМ 2:2. Обчислити обсяг пам’яті, необхідний для його збереження.

4.  Монітор має повпоекрашшй растр 1024*768 і глибин}' кольору 16 біт. Довести, що відеопам’ять обсягом 2 MB достатня для відтворення графічних зображень.

5. Графічне зображення на скрапі має 50*100 пікселів і займає 15 МБ. Визначити глибин}' кольору.

6. Визначити роздільну здатність екрана Вашого монітора в dpi.

7.  Запустити програм}' Paint, відкрити графічний файл і вікно його властивостей. Обчислити теоретичний обсяг пам’яті, потрібний для файла, і порівняти його з реальним. Обґрунтуйте різницю.

8.  Обчислити глибин}' кодування звуку, якщо інформаційний обсяг моиоаудіофайла дорівнює 2,2 МБ, частота дискретизації — 44,1 кГц, тривалість звучання — 30 с.

9. Визначити інформаційний обсяг стереоаудіофайла, в яком}' зберігається звук тривалістю 45 с, глибина кодування звуку 16 біт і частота дискретизації 45 КГц.

10.  Обчислити частот}' дискретизації звуку, якщо інформаційний обсяг моиоаудіофайла дорівнює 4 МБ, глибина квантування звуку — 16 біт, тривалість запису — 60 с.

11. Запустити програм}' Медіяпрогравач Windows. Скористайтеся його можливостями лля ппоглуховуяянпя brvkorhx гЬайлів.

ДЛЯ допитливих

Розвиток систем кодування символів розпочався зі спроб використати електрику для передавання повідомлень. У 1833 році математик Фредерік Гаусе запропонував метод кодування 25 символів (букви І та Л були об’єднані) за допомогою матриці 5*5. Ідея полягала в

такому: по одному дроту передавався електричний сигнал п’яти рівнів, від якого стрілка відхилялася на певне значення праворуч, а потім -електричний сигнал також п’яти рівнів, від якого стрілка відхилялася ліворуч.

 

Перше значення визначало номер рядка в таблиці, а друге — номер стовпця. Наприклад, якщо перше відхилення стрілки було зафіксоване на значенні 3, а друге — на значенні 2, то це означало, що була передана літера М (рис. 2.20).

У XIX столітті американський художник і винахідник Семюел Морзе залропонз'вав систему кодування символів за допомогою коротких і довгих сигналів (крапка, тире). Літера А кодується коротким і довгим сигналом (■ —), літера S — трьома короткими сигналами (• • •), цифра 1

коротким і чотирма довгими сигналами (•----). Насправді код

Морзе не с двійковим, оскільки для кодування використовз'ється тривалість не тільки натиснення ключа (тире і точка), але й тривалість пауз. Тепер код Морзе використовують переважно радіоаматори.

Спосіб кодування для телеграфії запропонував у 1870 році французький інженер Еміль Бодо, який обмежив кількість сигналів у кодовій комбінації п’ятьма (табл. 2.4). Сигнал мав два стани: увімкпено-вимкнено, тобто кодування здійснювалося справді на основі двійкових сигналів. Це давало змогу мати 32 кодові комбінації (25=32), що недостатньо для 26 літер, 10 десяткових цифр і синтаксичних знаків. Тому Е. Бодо використав 26 комбінацій для літер і 6 комбінацій для керуючих символів. Зокрема, кодова комбінація 11111 використовуйалася для перемикання на регістр літер (LTRS), а кодова комбінація 11011 — для перемикання па регістр цифр (FIGS). Телеграфні апарати на основі коду Бодо розвивалися і використовзиалися понад 50 років.

Таблиця 2.4

Фрагмент таблиці коду Бодо


л країнах колишнього Радянського Союзу використовували семирозрядний код обміну інформацією (КОИ-7), восьмирозрядний код обміну інформацією (КОИ-8), двійковий код для обробки інформації (ДКОИ). їх застосовз'їоть і тепер, зокрема, в Інтериеті.

Деякі програми для перетворення одного формату файлів на інший наведені в табл. 2.5.

Таблиця 2.5

Програми для перетворення формату файлів

Піктограма

Назва

програми

Характеристика

Format

Factory

Безкоштовна універсальна програма для конвертування файлів відсо, аудіо та зображень

AVS Video Converter

Використовується для роботи 3 відео — редагування, конвертування, запис VCD, SVCD, DVD

Switch

Sound

Converter

Зручний і потужний аудіоконвертер

Videocharge

Різання, склеювання, конвертування відсо та аудіо, створення скріншотів з відео, робота з файлами VOB і IFO, копіювання DVD

 

Словничок

 

Векторне

зображення

— зображення об’єкта за допомогою графічних примітивів

Глибші а квантування

— кількість двійкових розрядів для кодування звукових даних

Глибші а кольору

— кількість бітів, що застосовуються для кодування одного пікселя

Графічний

редактор

— програма, за допомогою якої створюються, редагуються, зберігаються й переглядаються графічні об’єкти

Двійкова система числення

— система числення з основою два

Двійковий код

— подання повідомлення або даних у вигляді

послідовності чисел у двійковій системі числення

Декодування

— процес перетворення даних із коду' на форму, яку

 

сприймає людина або може опрацювати певна програма

Десяткова система числення

— система числення з основою десять (прийнята для повсякденного застосування система записз' чисел)

Дискретизація

— процес вимірювання значень аналогового сигналу через однакові проміжки часу

Звукова хвиля

— хвиля у пружному середовищі в діапазоні частот від 16 до 20000 Гц

Квантування

сигналу

— процес заміни реального значення сигналу найближчим фіксованими з набору можливих значень

Код

— подання повідомлення (даних) після кодування

Кодек

— програма, що здійсіпоє кодування і декодування звукових, або відеофайлів, поданих у певному форматі (кількох форматах)

Кодова таблиця

— таблиця, в якій кожному можливому значенню в одному поданні поставлено у відповідність це ж значення в іншому поданні

Кодування

— процес створення на основі повідомлення або даних послідовності (упорядкованої сукупності) символів (знаків або сигналів), який виконується за певним правилом (алгоритмом кодування)

Кодування (у

обчислювальній

техніці)

— процес перетворення даних (повідомлення) на подання, доступне для опрацювання комп'ютером, зазвичай двійковий код

Кодування

сигналу

— процес присвоєння кожному фіксованому значенню сигналу двійкового коду

Медія програвач

— програма для прослуховування звукових файлів

Модель БО В

— відображення кольору за допомогою трьох

базових кольорів (червоного, зеленого та синього)

Растрове

зображення

— зображення об’єкта сукупністю точок

Роздільна здатність екрана

— кількість пікселів на одиницю довжини (або характерний розмір) екрана

Частота

дискретизації

— кількість вимірювань амплітуди сигналу за одиницю часу

Шістнадцяткова система ислення

— система числення з основою шістнадцять

 

Це матеріал з підручника Інформатика 8 клас (поглиблений рівень) Гуржій

 

Категорія: Інформатика

Автор: admin от 12-12-2016, 22:17, Переглядів: 8171