Кодирование данных

Лекция 2

Компьютер может обрабатывать информацию, представленную только в цифровом виде, поэтому вся другая информация (тексты, звуки, графические изображения и т.д.) должна быть приведена к числовой форме. С помощью специальных программ можно выполнить процедуру преобразования информации любого вида к числовому, а после ее компьютерной обработки – обратно к первоначальному. Для перевода информации к числовому виду обычно используется прием кодирования, т.е. выражение данных одного типа через данные другого типа. {Естественные человеческие языки – это не что иное как системы кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи; АЗБУКИ – системы кодирования компонентов языка с помощью графических символов. (Примеры: азбука Морзе, морская флажковая азбука, система сигналов регулировщика, система Брайля для слепых}.

Своя система существует и в вычислительной технике – она называется двоичным кодированием и основана на представлении данных двумя знаками:0 и 1, которые называются двоичными цифрами (binary digit) или битами (bit). То есть один бит может принимать одно из двух значений 0 или 1 (да или нет, истина или ложь). Если количество битов увеличить до двух, то можно выразить уже четыре различных понятия:

Тремя битами можно закодировать восемь различных значений (запишите).

Увеличивая на единицу количество разрядов в системе двоичного кодирования, мы увеличиваем количество значений, которое может быть выражено в данной системе, т.е. общая формула имеет вид:

N = 2^m , где

N – количество кодируемых значений

m – разрядность двоичного кодирования

Кодирование целых и действительных чисел

Целые числа кодируются достаточно просто – достаточно взять целое число и делить его пополам до тех пор, пока в остатке не образуется 0 или 1. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справа налево вместе с последним остатком, и образует двоичное представление десятичного числа.

15:2=7+1

7:2=3+1

3:2=1+1

Получили 15₁₀=1111₂

Проверим себя:

2⁰+2¹+2²+2³ =15

Переведите из десятичной в двоичную систему счисления числа 19, 25, 5

(1011, 11001, 101)

Таким образом для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). Шестнадцать бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65535, а 24 бита – уже более 16,5 миллионов разных значений.

Для кодирования действительных чисел, используют 80 – разрядное кодирование. При этом предварительно число приводят в нормализованную форму:

3,145 = 0,3145*10¹

300000 = 0,3*10⁶

0,0005 = 0,5*10^-3

Первая часть числа называется мантиссой, вторая – характеристикой. Большую часть из 80 бит отводят для хранения мантиссы (вместе со знаком), и некоторое фиксированное число разрядов для характеристики (со знаком).

Кодирование текстовых данных

Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число, то с помощью двоичного кода можно закодировать и текстовую информацию. Восьми двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Это символы английского и русского языков, как строчные, так и прописные, знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы.

Все эти 256 символов собраны в так называемую таблицу ASCII – кодов, предложенную Институтом стандартизации США, которая и стала международным стандартом. {Систем кодирования предлагалось множество, в России были созданы свои системы кодирования, многие из них используются}.

С развитием компьютерной техники появилась возможность 16 – разрядного кодирования символов и эта система получила название универсальной - UNICODE. Она содержит уникальные коды для 65536 различных символов, этого достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты. В настоящий момент происходит постепенный перевод документов и программных средств на универсальную систему кодирования.

Кодирование графических данных

Для кодирования черно-белых графических изображений достаточно восьмиразрядного двоичного числа, любое изображение представляет собой комбинацию точек или растров с 256 градациями серого цвета.

Для цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основных цвета: красный (Red,R), зеленый (Green,G) и синий (Blue,B). {На практике считается, что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить смешением этих трех основных цветов}. Такая система кодирования называется системой RGB.

Режим представления цветной графики с использованием 24 или 32 двоичных разрядов называется полноцветным (True Color). Кодирование 16-разрядными двоичными числами называется режимом High Color.

Кодирование звуковой информации

Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно и стандартного кода создано не было. Наиболее распространенными являются два метода кодирования звука:

Метод FM основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность гармонических сигналов разных частот, каждый из которых может быть описан числовыми параметрами, т.е. кодом. В природе звуковые сигналы являются аналоговыми, их представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства – аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука выполняют цифро – аналоговые преобразователи. При таких преобразованиях неизбежны потери информации, поэтому качество звукозаписи получается не очень удовлетворительным и соответствует звучанию электронной музыки. Но такой метод обеспечивает компактный код и при малых ресурсах техники вполне применим.

Метод таблично-волнового синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. При данном методе в таблицу сведены образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов, называемых сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука и некоторые другие параметры, характеризующие особенности звука. Качество такого синтезированного звука получается высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

Поиск по сайту: