Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Начальный курс информатики. Часть 1. Учебное пособие
.pdf
71
Представление текстовой информации
Текстовая информация состоит из символов: букв, цифр,
знаков препинания, скобок и других, представлена в дискретной
форме. Для компьютерной обработки текстов потребовалось создать стандарт кодирования символов. В 1963 году был принят
стандарт, который получил название ASCII - Американский стандартный код для информационного обмена (см. с. 70). Код символа – это его порядковый номер в кодовой таблице, определяется
номером строки и столбца. Он может быть представлен в десятичной, в двоичной и в шестнадцатеричной системах счисления.
Восьмиразрядная двоичная кодировка позволяет кодировать алфавит из 28 = 256 символов. Первые 32 символа называются
управляющими символами. Они не отражаются какими-либо знаками на экране монитора или при печати, но определяют некоторые действия при выводе текста. Например, по коду 0816 происходит стирание предыдущего символа, по коду 0716 – вывод звукового сигнала. Символы, имеющие графическое отображение, начинаются с кода 2016, это код пробела.
Таблица ASCII
Часть таблицы ASCII, начинающаяся с кода 128=8016 назы-
вается кодовой страницей. На ней размещают нелатинские алфавиты, символы псевдографики и некоторые другие знаки, не входящие в первую половину.
72
В 1991 году был разработан шестнадцатиразрядный между-
Символ
1 5 A B Q a b
Десятичный код
49
53
65
66
81
97
98
Шестнадцатеричный код
31
35
41
42
51
61
62
народный стандарт символьного кодирования Unicode, который
позволяет закодировать 216=65536 символов. В такую кодовую
таблицу помещаются английский (латиница), русский (кириллица), греческий алфавиты, китайские иероглифы, математические
символы и многое другое.
Пример 34. Определите информационный объем текста:
Бамбарбия! Кергуду!
Решение: В этом тексте 19 символов (обязательно считать
пробелы и знаки препинания). Если нет дополнительной информации, считаем, что используется 8-битная (1-байтовая) кодировка. Поэтому в сообщении 19·8 = 152 бита информации.
Ответ: 152 бита.
Пример 35. Автоматическое устройство осуществило пере-
кодировку информационного сообщения на русском языке, первоначально записанного в 16-битном коде Unicode, в 8-битную
кодировку КОИ-8. При этом информационное сообщение уменьшилось на 480 бит. Какова длина сообщения в символах?
Решение: Обозначим количество символов через N. При
16-битной кодировке объем сообщения – 16·N бит. Когда его пе-
рекодировали в 8-битный код, его объем стал равен– 8·N бит. Таким образом, сообщение уменьшилось на:
16·N – 8·N = 8·N = 480 бит
отсюда находим N = 480/8 = 60 символов.
Ответ: 60 символов.
Пример 36. В таблице ниже представлена часть кодовой
таблицы ASCII:
Каков шестнадцатеричный код символа «q» ?
Решение: В кодовой таблице ASCII все заглавные латин-
ские буквы A-Z расставлены по алфавиту, начиная с символа с
кодом 65=4116. Все строчные латинские буквы a-z расставлены по
алфавиту, начиная с символа с кодом 97=6116. Отсюда следует,
73
что разница кодов букв «A» и «a» равна 97-65=32. Эта разница
ïñ
çâ
lg20
P
P
L
сохраняется и для букв Q и q. Код q 81+32=113. Это десятичное
значение кода символа q. Представляем это значение в 16-ной
системе: 113=7116.
Ответ: 7116.
Представление звуковой информации
Звук – волновые колебания давления в упругой среде. Ос-
новные параметры любой волны – частота, амплитуда колебаний.
Частота звука (количество колебаний в секунду) измеряется
в Герцах (Гц). Человеческое ухо воспринимает звуковые волны с
частотой, находящейся в пределах от 16 Гц до 20 кГц.
Амплитуда звуковых колебаний – звуковое давление, сила
звука, характеризующая его громкость. Абсолютную величину
звукового давления измеряют в Паскалях (210-5Па – порог слышимости, 200 Па – болевой порог). На практике для измерения
силы звука используют логарифмическую шкалу децибелов. Относительную силу звука (уровень звука) определяют как логарифм отношения абсолютной величины звукового давления к величине порога слышимости, умноженной на коэффициент.
, где L – уровень звука (в децибелах), Pзв – давление
измеряемого звука (в Паскалях), Pпс – порог слышимости (в Паскалях).
Процесс звукозаписи – процесс сохранения информации о
параметрах звуковых волн.
В компьютерах реализуется цифровая форма записи звука.
Звук подвергают временной дискретизации и квантованию:
параметры звукового сигнала измеряются через опреде-
ленные промежутки времени (временная дискретизация);
результаты измерения записываются в цифровом виде с
ограниченной точностью (квантование) (рис. 24).
74
Рис. 24. Дискретизация звуковой волны
Цифровая запись вносит искажение в параметры сигнала:
теряется информация об изменении звука между момента-
ми измерения;
при квантовании сохраняются не точные параметры, а
только близкие к ним дискретные значения.
При записи звука амплитуда звуковой волны измеряется
через равные интервалы времени с некоторой достаточно большой частотой. Моменты измерения амплитуды называют отсче-
тами. Частота, с которой производят измерения сигнала называют
частотой дискретизации.
Квантование звука – это процесс, при котором диапазон
значений амплитуды разбивается на подуровни, каждому из которых присваивается номер. Мгновенные значения звукового давления измеряются с ограниченной точностью, определяется подуровень, в который попадает значение и сохраняется только его
номер. Количество бит, используемых для записи номеров подуровней, называется глубиной кодирования звука. Объем полученного в результате дискретизации звукового файла зависит от
частоты дискретизации, глубины кодирования, времени звучания
и количества используемых каналов (моно, стерео и др.).
75
Введем формулу:
V = t g n, (1)
где V – количество информации
- частота дискретизации
t – время звучания звукового фрагмента
g – глубина кодирования звука
n – количество каналов.
При воспроизведении звука компьютер использует сохра-
ненные значения, для того чтобы восстановить непрерывную
форму выходного сигнала.
Пример 37. Производится одноканальная (моно) цифровая
звукозапись. Значение сигнала фиксируется 48000 раз в секунду,
для записи каждого значения используется 32 бит. Запись длится
4 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не
производится. Определить размер полученного файла.
Запишем исходные данные с использованием введенных
обозначений:
= 48 000 Гц,
t = 4 мин. = 240 с,
g = 32 бит,
n = 1.
Решение: подставим данные значения в формулу (1):
V = 48000 Гц 240 с 32 бит 1 = 368640000 бит = 43,9453125 Мб.
Ответ: V = 43,9453125 Мб.
Пример 38. Производилась двухканальная (стерео) звуко-
запись с частотой дискретизации 32 кГц и 24-битным разрешением. В результате был получен файл размером 60 Мбайт, сжатие
данных не производилось. Определить время звучания полученного фрагмента.
Запишем исходные данные с использованием введенных
обозначений:
= 32кГц = 32 000 Гц,
76
g = 24 бит,
ngV
V=60Мб = 503316480 бит,
n = 2.
Решение: из формулы (1) следует t =
Подставляем в полученную формулу значения и получаем
результат:
t = 503316480 бит/(24 бит 32000 Гц 2) = 327,68 с= 5,46 мин.
Ответ: t = 5,46 мин.
Представление графической информации
При кодировании изображения в компьютерных технологи-
ях осуществляется его пространственная дискретизация изображения и кодирование света, исходящего от каждого дискретного элемента изображения.
Дискретизация изображения – это разделение изображе-
ния на конечное число элементов, в пределах каждого элемента
оттенок цвета считают постоянным. Пространственная сетка дискретных элементов, из которых строится изображение на экране
монитора, называется растром. Сами дискретные элементы изображения на экране называются пикселями. Чем гуще сетка пикселей, тем выше качество изображения, тем меньше наши глаза
замечают его дискретную структуру. Код изображения, выводимого на экран, - это последовательность двоичных кодов света,
излучаемого всеми пикселями растра.
Естественные изображения, которые мы видим вокруг себя,
многоцветные. В технологиях хранения изображения используются способы получения монохромных (одноцветных) и цветных
(разноцветных) изображений.
Кодирование монохромных оттенков
Слово «монохромный» означает «одноцветный». Имеется
один фоновый цвет. Все изображение получается с помощью оттенков этого фонового цвета, различающихся яркостью. Например, если фоновый цвет черный, то путем его постепенного про-
.
77
светления можно перейти через оттенки серого к белому цвету.
Рис. 25. Чѐрно-белый спектр
Такое непрерывное множество оттенков – от черного до белого
образует черно-белый спектр (рис. 25). Из таких оттенков и получается изображение на черно-белой фотографии.
Фоновый цвет не обязательно должен быть черным. Он
может быть коричневым, синим, зеленым и др. Код монохромного света обозначает уровень яркости фонового цвета. Для цифрового кодирования цвета в компьютере используются положительные целые двоичные числа. Длина двоичного кода в битах называется битовой глубиной кодирования цвета.
При дискретном цифровом кодировании непрерывный
спектр оттенков базового цвета разбивается на целое число отрезков, в пределах каждого из которых яркость считается постоянной. Это называется дискретизацией спектра.
Количество оттенков K и битовая глубина кодирования b
связаны между собой
K = 2b. (2)
Например, если количество оттенков 64, то глубина коди-
рования – 6 бит.
Кодирование цветных изображений
Современные мониторы и принтеры позволяют получать
цветные изображения с богатой палитрой красок. Разнообразие
цветов получается путем смешивания нескольких одноцветных
компонентов в разных пропорциях. Набор компонентов и способ
образования из них разнообразных цветов и оттенков называется
цветовой моделью.
RGB – Red, Green, Blue (красный, зеленый, синий) – адди-
тивная цветовая модель (от английского слова «add» - «сложение»). Аддитивная модель применяется для излучаемого изображения, каковым является изображение на экране монитора.
78
Цвет каждого пикселя складывается из излучений трех ис-
точников – красного, зеленого и синего, яркость (интенсивность)
которых может меняться. Если складываются все три составляющие с одинаковой максимальной яркостью, то получается белый
цвет. При полном отсутствии базовых цветов получается черный
цвет.
CMYK – Cyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow
(желтый), blacK (черный) – субтрактивная цветовая модель (от
английского слова «subtract» - «вычитание»). Субтрактивная модель применяется получения цветной печати. На бумаге базовые
цвета модели CMYK наносятся в виде близко расположенных точек, которые по отдельности человеческий глаз не различает. Как
и для излучаемого цвета от экрана, смешивание цветов, отражаемых от печатного изображения, происходит в наших органах зрения.
Определение информационного объема компьютерного
растрового изображения (RGB модель)
Информационная емкость растрового изображения, создан-
ного с помощью цветовой модели RGB, зависит от количества
дискретных элементов (пикселей) и используемой глубины кодирования. Количество пикселей изображения можно задавать через
выражение вида n m, где n и m – это количество пикселей по горизонтали и вертикали прямоугольного изображения. Глубина
кодирования может быть задана явно или неявно через указание
количества используемых цветов в палитре.
Информационная емкость изображения вычисляется по
формуле:
V = N g. (3)
где V – информационная емкость;
N – общее количество пикселей;
g – глубина кодирования цвета.
79
Пример 39. Разрешение экрана монитора – 1024 768 то-
чек, глубина цвета – 16 бит. Каков необходимый объем видеопамяти для данного графического режима?
Запишем условие задачи с использованием введенных обо-
значений:
N = 1024 768.
g = 16 бит.
Решение: Воспользуемся формулой (3):
V = 1024 768 16 бит = 12582912 бит = 1572864 байт = 1,5 Мб.
Ответ: V =1,5 Мб.
Пример 40. Монитор позволяет получать на экране 224 цве-
тов. Какой объем памяти в байтах занимает 1 пиксель?
Решение: в условии задачи задано количество цветов в ис-
пользуемой палитре - 224. Это значит, что 1 пиксель изображения
занимает 24 бита формула (2) или 3 байта.
Ответ: 3 байта.
Пример 41. Для хранения растрового изображения разме-
ром 128 · 128 пикселей отвели 4 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?
Запишем условие задачи с использованием введенных обо-
значений.
N = 128 128.
V = 4 Кб = 32768 бит.
Решение: для того чтобы определить число цветов в палит-
ре надо узнать глубину кодирования формула (2).
Для определения глубины кодирования воспользуемся
формулой (3):
g = V/N,
g= 32768 бит / (128·128) = 2 бита.
Тогда число цветов (оттенков) в палитре формула (2):
K=22 = 4.
Ответ: K = 4.
80
Цвет на Web-страницах кодируется в виде RGB-кода в ше-
стнадцатеричной системе: #RRGGBB, где RR, GG и BB – яркости
красного, зеленого и синего, записанные в виде двух шестнадцатеричных цифр; это позволяет закодировать 256 значений от 0
(0016) до 255 (FF16) для каждой составляющей. Коды некоторых
цветов:
#FFFFFF – белый;
#000000 – черный;
#CCCCCC и любой цвет, где R = G = B, – это серый разных
яркостей;
#FF0000 – красный;
#00FF00 – зеленый;
#0000FF – синий;
#FFFF00 – желтый;
#FF00FF – фиолетовый;
#00FFFF – цвет морской волны.
Пример 42. Для кодирования цвета фона страницы Интер-
нет используется атрибут bgcolor ="#ХХХХХХ", где в кавычках
задаются шестнадцатеричные значения интенсивности цветовых
компонент в 24-битной RGB-модели. К какому цвету будет близок цвет страницы, заданной тэгом <body bgcolor="#999999">?
Решение: запишем значение яркости каждого цвета ис-
пользуемой модели RGB: R=9916; G=9916; B=9916. Так как значения яркости равны, то цвет страницы – серый.
Ответ: цвет серый.
Коротко о главном
1. Множество целых числе, представимых в памяти компь-
ютера, ограничено.
2. В k- разрядной ячейке может храниться 2k различных це-
лых чисел.
3. Положительные целые числа представлены в памяти
компьютера прямым кодом.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]