Кодирование звуковой информации. Кодирование графической информации

Кодирование графической информации

Растровое кодирование.

Графическое изображение состоит из мельчайших точек, которые образуют характерный узор называемый растром. Координаты и свойства каждой точки можно выразить с помощью целых чисел в 2_сс.

Для растрового кодирования черно-белых изображений используется 256 градаций серого цвета, в этом случае для кодирования яркости любой точки достаточно 8-разрядного двоичного кода.

Для кодирования цветных изображений применяется принцип декомпозиции: считается что любой цвет можно получить механическим смешиванием трех основных цветов: красного, зеленого, синего. Такая система кодирования называется RGB. Для кодирования цвета точки используют 24 двоичных разряда. Такой режим называется полноцветным – true color.

Метод кодирования цвета CMYK, аналогичный используемому в полиграфии, использует четыре цвета голубой (Cyan, C), пурпурный (Magenta, M), желтый (Yellow, Y) и черный (Black, K). Для представления цветной графики в этой системе необходим 32-разрядный двоичный код. Такой режим тоже называется полноцветным – True color. Кодирование 16-разрядными двоичными числами называется режимом High Color. В современных ПК чаще используют растровое кодирование изображений.

Векторное кодирование.

При векторном кодировании изображений задаются координаты характерных точек, характер изображения, цвет и т. п. Например, для изображения отрезка достаточно задать координаты его концов, круга координаты центра и длину радиуса. Векторное кодирование создает более компактный код, но не всегда легко осуществляется.

Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но можно выделить два основных направления.

Метод FM (Frequency Modulation) основан на методе разложения любого сложного звука на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот и может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом. Разложение аналогового звукового сигнала в гармонические ряды и представление их в виде дискретных цифровых сигналов выполняется специальным устройством АЦП, Обратное преобразование выполняется ЦАП. При таком кодировании неизбежны потери информации, для музыки характерен электронный окрас, но обеспечивается весьма компактный код, не требователен к ресурсам ВТ.

Метод таблично-волнового (Wave-Table) синтеза лучше соответствует современному уровню развития ВТ. В заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков, в технике они называются сэмплами. Числовые коды выражают тип звука, высоту тона, продолжительность, интенсивность и т. п.. Так как образцы соответствуют реальным звукам, то качества звучания приближается к реальному звуку.

Кодирование графической информации. В видеопамяти находится двоичная информация об изображении, выводимом на экран. Почти все создаваемые, обрабатываемые или просматриваемые с помощью компьютера изображения можно разделить на две большие части – растровую и векторную графику.

Растровые изображения представляют собой однослойную сетку точек, называемых пикселами (pixel, от англ. picture element). Код пиксела содержит информации о его цвете.

Для черно-белого изображения (без полутонов) пиксел может принимать только два значения: белый и черный (светится – не светится), а для его кодирования достаточно одного бита памяти: 1 – белый, 0 – черный.

Пиксел на цветном дисплее может иметь различную окраску, поэтому одного бита на пиксел недостаточно. Для кодирования 4-цветного изображения требуются два бита на пиксел, поскольку два бита могут принимать 4 различных состояния. Может использоваться, например, такой вариант кодировки цветов: 00 – черный, 10 – зеленый, 01 – красный, 11 – коричневый.

На RGB-мониторах все разнообразие цветов получается сочетанием базовых цветов – красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue), из которых можно получить 8 основных комбинаций:

R	R
G	G
B	B
цвет	цвет
черный	красный
синий	розовый
зеленый	коричневый
голубой	белый

Разумеется, если иметь возможность управлять интенсивностью (яркостью) свечения базовых цветов, то количество различных вариантов их сочетаний, порождающих разнообразные оттенки, увеличивается. Количество различных цветов – К и количество битов для их кодировки – N связаны между собой простой формулой: 2 ^N = К.

В противоположность растровой графике векторное изображение многослойно. Каждый элемент векторного изображения – линия, прямоугольник, окружность или фрагмент текста – располагается в своем собственном слое, пикселы которого устанавливаются независимо от других слоев. Каждый элемент векторного изображения является объектом, который описывается с помощью специального языка (математических уравнения линий, дуг, окружностей и т.д.) Сложные объекты (ломаные линии, различные геометрические фигуры) представляются в виде совокупности элементарных графических объектов.

Объекты векторного изображения, в отличие от растровой графики, могут изменять свои размеры без потери качества (при увеличении растрового изображения увеличивается зернистость).

Кодирование звука. Из физики известно, что звук – это колебания воздуха. Если преобразовать звук в электрический сигнал (например, с помощью микрофона), то видно плавно изменяющееся с течением времени напряжение. Для компьютерной обработки такой – аналоговый – сигнал нужно каким-то образом преобразовать в последовательность двоичных чисел.

Делается это, например, так – измеряется напряжение через равные промежутки времени и полученные значения записываются в память компьютера. Этот процесс называется дискретизацией (или оцифровкой), а устройство, выполняющее его – аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Чтобы воспроизвести закодированный таким образом звук, нужно сделать обратное преобразование (для этого служит цифро-аналоговый преобразователь – ЦАП), а затем сгладить получившийся ступенчатый сигнал.

Чем выше частота дискретизации и чем больше разрядов отводится для каждого отсчета, тем точнее будет представлен звук, но при этом увеличивается и размер звукового файла. Поэтому в зависимости от характера звука, требований, предъявляемых к его качеству и объему занимаемой памяти, выбирают некоторые компромиссные значения.

Описанный способ кодирования звуковой информации достаточно универсален, он позволяет представить любой звук и преобразовывать его самыми разными способами. Но бывают случаи, когда выгодней действовать по-иному.

Издавна используется довольно компактный способ представления музыки – нотная запись. В ней специальными символами указывается, какой высоты звук, на каком инструменте и как сыграть. Фактически, ее можно считать алгоритмом для музыканта, записанным на особом формальном языке. В 1983 ведущие производители компьютеров и музыкальных синтезаторов разработали стандарт, определивший такую систему кодов. Он получил название MIDI.

Конечно, такая система кодирования позволяет записать далеко не всякий звук, она годится только для инструментальной музыки. Но есть у нее и неоспоримые преимущества: чрезвычайно компактная запись, естественность для музыканта (практически любой MIDI-редактор позволяет работать с музыкой в виде обычных нот), легкость замены инструментов, изменения темпа и тональности мелодии.

Есть и другие, чисто компьютерные, форматы записи музыки. Среди них – формат MP3, позволяющий с очень большим качеством и степенью сжатия кодировать музыку, при этом вместо 18–20 музыкальных композиций на стандартном компакт-диске (CDROM) помещается около 200. Одна песня занимает, примерно, 3,5 Mb, что позволяет пользователям сети Интернет легко обмениваться музыкальными композициями.

Дата добавления: 2014-01-06