В света има постоянен обмен на информационни потоци. Източници могат да бъдат хора, технически устройства, различни неща, предмети от нежива и жива природа. Както един обект, така и няколко могат да получават информация.
За по-добър обмен на данни информацията се кодира и обработва едновременно от страната на предавателя (данните се подготвят и преобразуват във форма, удобна за излъчване, обработка и съхранение), препращането и декодирането се извършват от страната на приемника (кодирани преобразуване на данни в оригиналния им вид). Това са взаимосвързани задачи: източникът и приемникът трябва да имат сходни алгоритми за обработка на информация, в противен случай процесът на кодиране-декодиране ще бъде невъзможен. Кодирането и обработката на графична и мултимедийна информация обикновено се осъществява на базата на компютърни технологии.
Кодиране на информация на компютър
Има много начини за обработка на данни (текстове, числа, графики, видео, звук) с помощта накомпютър. Цялата информация, обработвана от компютър, се представя в двоичен код - с помощта на числата 1 и 0, наречени битове. Технически този метод се изпълнява много просто: 1 - електрическият сигнал е налице, 0 - липсва. От човешка гледна точка подобни кодове са неудобни за възприемане – дългите низове от нули и единици, които са кодирани знаци, са много трудни за дешифриране веднага. Но такъв формат на запис веднага показва ясно какво е кодиране на информация. Например числото 8 в двоична осемцифрена форма изглежда като следната битова последователност: 000001000. Но това, което е трудно за човек, е просто за компютър. За електрониката е по-лесно да обработва много прости елементи, отколкото малък брой сложни.
Кодиране на текст
Когато натиснем бутон на клавиатурата, компютърът получава определен код от натиснатия бутон, търси го в стандартната таблица със знаци ASCII (Американски код за обмен на информация), „разбира“кой бутон е натиснат и предава този код за по-нататъшна обработка (например за показване на символа на монитора). За съхраняване на символен код в двоична форма се използват 8 бита, така че максималният брой комбинации е 256. Първите 128 знака се използват за контролни знаци, цифри и латински букви. Втората половина е за национални символи и псевдографика.
Кодиране на текст
Ще бъде по-лесно да разберете какво е кодирането на информация с пример. Помислете за кодовете на английския символ "C"и руската буква "С". Имайте предвид, че символите са главни и техните кодове се различават от малките. Английският символ ще изглежда като 01000010, а руският ще изглежда като 11010001. Това, което изглежда едно и също на човек на екрана на монитора, компютърът възприема напълно различно. Също така е необходимо да се обърне внимание на факта, че кодовете на първите 128 знака остават непроменени и като се започне от 129 и по-нататък, различни букви могат да съответстват на един двоичен код, в зависимост от използваната кодова таблица. Например, десетичният код 194 може да съответства на буквата „b“в KOI8, „B“в CP1251, „T“в ISO, а в кодировките CP866 и Mac изобщо нито един знак не съответства на този код. Следователно, когато при отваряне на текста видим буквено-символна абракадабра вместо руски думи, това означава, че такова кодиране на информацията не ни устройва и трябва да изберем друг преобразувател на символи.
Кодиране на числа
В двоичната система се вземат само два варианта на стойността - 0 и 1. Всички основни операции с двоични числа се използват от науката, наречена двоична аритметика. Тези действия имат свои собствени характеристики. Вземете например числото 45, написано на клавиатурата. Всяка цифра има свой собствен осемцифрен код в таблицата с ASCII кодове, така че числото заема два байта (16 бита): 5 - 01010011, 4 - 01000011. За да се използва това число в изчисленията, то се преобразува чрез специални алгоритми в двоична система под формата на осемцифрено двоично число: 45 - 00101101.
Кодиране и обработкаграфична информация
През 50-те години компютрите, които най-често се използват за научни и военни цели, са първите, които внедряват графично изобразяване на данни. Днес визуализацията на информация, получена от компютър, е често срещано и познато явление за всеки човек, а в онези дни направи изключителна революция в работата с технологиите. Може би влиянието на човешката психика е оказало влияние: визуално представената информация се усвоява и възприема по-добре. Голям пробив в развитието на визуализацията на данни настъпва през 80-те години, когато кодирането и обработката на графична информация получава мощно развитие.
Аналогово и дискретно представяне на графики
Графичната информация може да бъде от два вида: аналогова (платно за рисуване с непрекъснато променящ се цвят) и дискретна (картина, състояща се от множество точки с различни цветове). За удобство при работа с изображения на компютър, те се обработват - пространствено семплиране, при което на всеки елемент се присвоява определена цветова стойност под формата на индивидуален код. Кодирането и обработката на графична информация е подобно на работата с мозайка, състояща се от голям брой малки фрагменти. Освен това, качеството на кодиране зависи от размера на точките (колкото по-малък е размерът на елемента - ще има повече точки на единица площ - толкова по-високо е качеството) и размера на палитрата от използвани цветове (колкото повече цвят заявява всеки точка може да вземе, съответно, носейки повече информация, толкова по-добрекачество).
Създаване и съхраняване на графики
Има няколко основни формата на изображения - векторен, фрактален и растер. Отделно се разглежда комбинация от растер и вектор - широко разпространена в наше време мултимедийна 3D графика, която представлява техниките и методите за конструиране на триизмерни обекти във виртуалното пространство. Кодирането и обработката на графична и мултимедийна информация е различно за всеки формат на изображението.
Bitmap
Същността на този графичен формат е, че картината е разделена на малки многоцветни точки (пиксели). Горна лява контролна точка. Кодирането на графичната информация винаги започва от левия ъгъл на изображението ред по ред, всеки пиксел получава цветен код. Обемът на растерно изображение може да се изчисли, като броят на точките се умножи по обема на информацията на всяка от тях (което зависи от броя на цветовите опции). Колкото по-висока е разделителната способност на монитора, толкова по-голям е броят на растерните линии и точки на всеки ред, съответно, толкова по-високо е качеството на изображението. Можете да използвате двоичен код за обработка на графични данни от растерен тип, тъй като яркостта на всяка точка и координатите на нейното местоположение могат да бъдат представени като цели числа.
Векторно изображение
Кодирането на графична и мултимедийна информация от векторен тип се свежда до факта, че графичният обект се представя под формата на елементарни сегменти и дъги. Имотилиниите, които са основният обект, са формата (права или крива), цвета, дебелината, стила (прекъсната или плътна линия). Тези линии, които са затворени, имат още едно свойство - запълване с други обекти или цвят. Позицията на обекта се определя от началната и крайната точки на линията и радиуса на кривината на дъгата. Количеството графична информация във векторен формат е много по-малко от растерния формат, но изисква специални програми за преглед на графики от този тип. Има и програми - векторизатори, които преобразуват растерни изображения във векторни.
Фрактални графики
Този тип графика, подобно на векторната графика, се основава на математически изчисления, но основният му компонент е самата формула. Няма нужда да съхранявате изображения или обекти в паметта на компютъра, самата картина се рисува само по формулата. Този тип графика е удобна за визуализиране не само на прости регулярни структури, но и сложни илюстрации, които имитират, например, пейзажи в игри или емулатори.
Звукови вълни
Какво е кодирането на информацията може да се демонстрира и с примера за работа със звук. Знаем, че нашият свят е изпълнен със звуци. От древни времена хората са разбрали как се раждат звуците - вълни от сгъстен и разреден въздух, които влияят на тъпанчетата. Човек може да възприема вълни с честота от 16 Hz до 20 kHz (1 херц - едно трептене в секунда). Всички вълни, чиито честоти на трептене попадат в товадиапазонът се нарича аудио.
Свойства на звука
Характеристиките на звука са тон, тембър (цветът на звука, в зависимост от формата на вибрациите), височина (честота, която се определя от честотата на вибрациите в секунда) и сила на звука, в зависимост от интензитета на вибрации. Всеки реален звук се състои от смес от хармонични вибрации с фиксиран набор от честоти. Вибрацията с най-ниска честота се нарича основен тон, останалите са обертони. Тембърът – различен брой обертонове, присъщи на този конкретен звук – придава специален цвят на звука. По тембър можем да разпознаем гласовете на любимите хора, да различим звука на музикалните инструменти.
Програми за работа със звук
Програмите могат условно да бъдат разделени на няколко типа според тяхната функционалност: помощни програми и драйвери за звукови карти, които работят с тях на ниско ниво, аудио редактори, които извършват различни операции със звукови файлове и прилагат различни ефекти към тях, софтуерни синтезатори и аналогово-цифрови преобразуватели (ADC) и цифрово-аналогови преобразуватели (DAC).
Аудио кодиране
Кодирането на мултимедийна информация се състои в преобразуване на аналоговата природа на звука в дискретна за по-удобна обработка. ADC приема аналогов сигнал на входа, измерва неговата амплитуда през определени интервали от време и извежда цифрова последователност на изхода с данни за промените в амплитудата. Не се извършва физическа трансформация.
Изходният сигнал е дискретен, така че толкова по-честочестота на измерване на амплитудата (проба), колкото по-точно изходният сигнал съответства на входния сигнал, толкова по-добро е кодирането и обработката на мултимедийна информация. Извадката също обикновено се нарича подредена последователност от цифрови данни, получени чрез ADC. Самият процес се нарича извадка, на руски - дискретизация.
Обратното преобразуване се осъществява с помощта на DAC: въз основа на цифровите данни, влизащи във входа, в определени моменти от време се генерира електрически сигнал с необходимата амплитуда.
Параметри на извадката
Основните параметри на семплиране са не само честотата на измерване, но и битовата дълбочина - точността на измерване на промяната в амплитудата за всяка проба. Колкото по-точно се предава стойността на амплитудата на сигнала по време на цифровизация във всяка единица време, толкова по-високо е качеството на сигнала след ADC, толкова по-висока е надеждността на възстановяване на вълната по време на обратно преобразуване.
