Способы кодирования различных типов данных

Способы организации данных

Измерение информации

Байт является стандартной единицей измерения информации. Система единиц измерения информации также основана на ее двоичном представлении. Минимальной единицей является байт (1 символ), объем простого текстового документа в байтах равен количеству символов. Для измерения больших объемов информации используются также

1 Килобайт (Кб) = 2¹⁰ байт = 1024 байт;

1 Мегабайт (Мб) = 2¹⁰ Кбайт = 2²⁰ байт;

1 Гигабайт (Гб) = 2¹⁰ Мбайт = 2³⁰ байт;

1 Терабайт (Тб) = 2¹⁰ Гбайт = 2⁴⁰ байт.

Для автоматизации работы с большими наборами данных их необходимо упорядочить, т.е. образовать определенную структуру.

Основные типы структур данных:

1) линейная структура данных — адрес каждого элемента однозначно определяется его номером. Номера элементов не повторяются, т.е. являются уникальными. В линейной структуре данных используется 1 тип разделителя, положение элемента определяется его номером. Примеры — список из строк, книга из листов;

2) табличная структура данных — адрес элемента определяется номером строки и номером столбца, на пересечении которых находится ячейка, содержащая нужный элемент. В простейших таблицах используется 2 типа разделителей – конец элемента в строке (разделитель столбцов) и конец строки. Примеры — таблица, матрица;

3) иерархическая структура данных — адрес элемента определяется путем доступа (маршрутом), ведущим от вершины к данному элементу. Каждый элемент более низкого уровня входит в элемент более высокого уровня. Пример — биологическая система классификации (класс — семейство — род — вид).

1. Кодирование текстовой (символьной) информации

Каждому символу алфавита или специальным символам присваивается код от 0 до 255. Такого количества символов хватает, чтобы выразить различными комбинациями из 8 битов все буквы русского и латинского алфавита, цифры, некоторые общеупотребительные специальные символы (§, №), символы арифметических действий, знаков препинания.

Основной системой кодирования является система ASCII (Американский Стандартный Код Информационного Обмена), разработанная Национальным Институтом Стандартизации ANSI. В этой системе закреплены 2 таблицы кодирования: базовая (символы от 0 до 127) и расширенная (от 128 до 255). Базовая таблица включает:

0–31 — коды производителей аппаратных средств (компьютеров, принтеров и т.п.). Им не соответствуют никакие символы языков, они не выводятся на экран и на печать, но позволяют управлять аппаратными средствами.

32–127 — коды букв латинского алфавита, знаков препинания, основных арифметических символов, цифр, вспомогательных символов.

Базовая таблица ASCII является международным стандартом для других кодировок. Все остальные системы кодирования отличаются от ASCII расширенной таблицей. В связи с этим одной из проблем информатики является межсистемное преобразование данных (перекодировка из одной системы в другую).

Основные трудности в применении различных систем кодирования связаны с ограниченностью набора кодов — всего 256 символов. Поэтому в последнее время постепенно производится переход на 16-разрядную систему кодирования UNICODE. Это универсальная система кодирования текстовых данных, позволяющая присвоить уникальные коды 65536 различным символам (достаточно для кодировки символов большинства языков планеты). Переход на UNICODE долгое время сдерживался недостаточными ресурсами вычислительной техники, поскольку все документы в UNICODE автоматически становятся вдвое длиннее. Во второй половине 90-х годов технические средства достигли необходимого уровня, и сегодня документы и программные средства постепенно переводятся в универсальную систему кодирования.

2. Кодирование графических данных

Графическое изображение представляют в виде множества точек, каждая из которых имеет определенный цвет и яркость. Такой точечный узор называется растром. Линейные координаты и свойства каждой точки можно выразить с помощью целых чисел. Таким образом, растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных.

Черно-белое изображение кодируется с помощью комбинаций точек с 256 градациями серого цвета, где каждая точка может быть закодирована 8-разрядным двоичным числом.

Цветное изображение кодируется с помощью декомпозиции — разложения цветов на 3 основные составляющие красного, синего и зеленого цвета. При этом считается, что любой цвет получается путем смешивания этих трех основных цветов в различных пропорциях. Такая система кодирования называется системой RGB (Red, Green, Blue).

Для кодирования цвета каждой составляющей используют 256 градаций, поэтому для кодирования цвета одной точки необходимо 24 двоичных разряда. Режим представления цветной графики с использованием 24 разрядов называется полноцветным, или True Color.

В полиграфии также используется метод кодирования при помощи дополнительных цветов. Дополнительный цвет для каждого основного получается путем смешивания двух остальных цветов. Таким образом, для синего цвета дополнительным будет голубой (Cyan), для зеленого — пурпурный (Magenta), а для красного — желтый (Yellow). Кроме того, в полиграфии используют черную краску (blacK). Такая система кодирования называется CMYK, и она требует для кодирования графики 32 двоичных разряда. Этот режим также является полноцветным.

3. Кодирование звуковой информации

Методы кодирования звуковой информации весьма разнообразны, единого стандарта пока не существует. Среди них можно выделить 2 основных направления.

1. Метод частотной модуляции (ЧМ или FM) основан на том, что любой звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а значит, может быть описан числовыми параметрами (кодом). Звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, т.е. являются аналоговыми. При разложении они представляются в виде отдельных (дискретных) цифровых сигналов, а для воспроизведения выполняется обратное преобразование. Оба процесса выполняются в специальных устройствах – аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразователях (рис.3).

Рис.3. Преобразование звуковых сигналов

Недостатки метода — при аналого-цифровом преобразовании неизбежны потери информации, отчего снижается качество звучания.

Достоинства — FM-метод обеспечивает очень компактный код (занимает сравнительно небольшой объем памяти).

2. Метод таблично-волнового синтеза (Wave-Table, WT) заключается в том, что звук синтезируется из сэмплов — образцов звуков для множества различных музыкальных инструментов и других звуков. Сэмплы хранятся в специальных таблицах. Числовой код сэмпла выражает тип инструмента, его модель, высоту звука, продолжительность, интенсивность и другие особенности. Используется в профессиональных музыкальных компьютерах (синтезаторах).

Достоинства метода — качество звука получается очень высоким, приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов. Недостаток — весьма объемный код.

Дата добавления: 2015-05-26