Warum werden Informationen als verschlüsselt bezeichnet? Codierung von Informationen in einem Computer. Audiokodierungsstandards

3. Kodierung grafischer Informationen4

4. Kodierung von Audioinformationen8

5. Fazit10

Referenzen11

Einführung

Ein moderner Computer kann numerische, Text-, Grafik-, Ton- und Videoinformationen verarbeiten. Alle diese Arten von Informationen werden in einem Computer im Binärcode dargestellt, d. h. es wird ein Alphabet der Potenz Zwei verwendet (nur zwei Zeichen 0 und 1). Dies liegt daran, dass es praktisch ist, Informationen in Form einer Folge elektrischer Impulse darzustellen: Es gibt keinen Impuls (0), es gibt einen Impuls (1). Eine solche Codierung wird üblicherweise als binär bezeichnet, und die logischen Folgen von Nullen und Einsen selbst werden als Maschinensprache bezeichnet. Jede Ziffer des Maschinenbinärcodes enthält eine Informationsmenge, die einem Bit entspricht. Diese Schlussfolgerung lässt sich ziehen, wenn man die Zahlen des Maschinenalphabets als gleichermaßen wahrscheinliche Ereignisse betrachtet. Beim Schreiben einer Binärziffer können Sie nur einen von zwei möglichen Zuständen auswählen, was bedeutet, dass sie eine Informationsmenge von 1 Bit enthält. Daher tragen zwei Ziffern 2 Bits an Informationen, vier Ziffern tragen 4 Bits usw. Um die Informationsmenge in Bits zu bestimmen, reicht es aus, die Anzahl der Ziffern im binären Maschinencode zu bestimmen.

Kodierung von Textinformationen

Derzeit verwenden die meisten Benutzer einen Computer, um Textinformationen zu verarbeiten, die aus Symbolen bestehen: Buchstaben, Zahlen, Satzzeichen usw.

Um ein Zeichen zu kodieren, wird traditionell eine Informationsmenge von 1 Byte verwendet, d. h. I = 1 Byte = 8 Bits. Mithilfe einer Formel, die die Anzahl möglicher Ereignisse K und die Informationsmenge I verbindet, können Sie berechnen, wie viele verschiedene Symbole codiert werden können (vorausgesetzt, dass Symbole mögliche Ereignisse sind): K = 2I = 28 = 256, also zur Darstellung von Textinformationen können Sie ein Alphabet mit einer Kapazität von 256 Zeichen verwenden.

Der Kern der Kodierung besteht darin, dass jedem Zeichen ein Binärcode von 00000000 bis 11111111 oder ein entsprechender Dezimalcode von 0 bis 255 zugewiesen wird.

Derzeit werden fünf verschiedene Codetabellen zum Kodieren russischer Buchstaben verwendet (KOI - 8, CP1251, CP866, Mac, ISO), und Texte, die mit einer Tabelle kodiert wurden, werden in einer anderen Kodierung nicht korrekt angezeigt. Dies kann visuell als Fragment einer kombinierten Zeichenkodierungstabelle dargestellt werden. Dem gleichen Binärcode sind unterschiedliche Symbole zugeordnet.

In den meisten Fällen kümmert sich jedoch der Benutzer um die Transkodierung von Textdokumenten, und spezielle Programme sind Konverter, die in Anwendungen integriert sind. Seit 1997 unterstützen die neuesten Versionen von Microsoft Windows und Office die neue Unicode-Kodierung, die jedem Zeichen 2 Bytes zuweist. Daher können Sie nicht 256 Zeichen, sondern 65536 verschiedene Zeichen kodieren.

Um den numerischen Code eines Zeichens zu ermitteln, können Sie entweder eine Codetabelle verwenden oder im Texteditor Word 6.0 / 95 arbeiten. Wählen Sie dazu im Menü „Einfügen“ – „Symbol“ und anschließend den Symboldialog Das Bedienfeld erscheint auf dem Bildschirm. Im Dialogfeld wird eine Zeichentabelle für die ausgewählte Schriftart angezeigt. Die Zeichen in dieser Tabelle sind Zeile für Zeile der Reihe nach von links nach rechts angeordnet, beginnend mit dem Leerzeichen (obere linke Ecke) und endend mit dem Buchstaben „I“ (untere rechte Ecke).

Um den numerischen Code eines Zeichens in der Windows-Kodierung (CP1251) zu ermitteln, müssen Sie mit der Maus oder den Cursortasten das gewünschte Zeichen auswählen und dann auf die Schaltfläche „Schlüssel“ klicken. Danach erscheint auf dem Bildschirm das Dialogfeld „Einstellungen“, das in der unteren linken Ecke den dezimalen Zahlencode des ausgewählten Zeichens enthält.

Kodierung grafischer Informationen

Grafische Informationen können in zwei Formen dargestellt werden: analog oder diskret. Ein Beispiel für eine analoge Darstellung ist ein Gemälde, dessen Farbe sich kontinuierlich ändert, während ein mit einem Tintenstrahldrucker gedrucktes Bild, das aus einzelnen Punkten unterschiedlicher Farbe besteht, eine diskrete Darstellung ist. Durch die Aufteilung eines grafischen Bildes (Sampling) werden grafische Informationen von analoger Form in diskrete Form umgewandelt. In diesem Fall wird eine Codierung durchgeführt, bei der jedem Element ein bestimmter Wert in Form eines Codes zugewiesen wird. Beim Kodieren eines Bildes wird es räumlich diskretisiert. Man kann es damit vergleichen, ein Bild aus einer großen Anzahl kleiner farbiger Fragmente zu konstruieren (Mosaikmethode). Das gesamte Bild ist in einzelne Punkte unterteilt, jedem Element ist ein Farbcode zugeordnet.

In diesem Fall hängt die Qualität der Kodierung von folgenden Parametern ab: Punktgröße und Anzahl der verwendeten Farben. Je kleiner die Punktgröße ist, d. h. das Bild besteht aus einer größeren Anzahl von Punkten, desto höher ist die Kodierungsqualität. Je mehr Farben verwendet werden (d. h. ein Bildpunkt kann mehr mögliche Zustände annehmen), desto mehr Informationen enthält jeder Punkt und desto höher ist die Kodierungsqualität. Die Erstellung und Speicherung grafischer Objekte ist auf verschiedene Arten möglich – in Form eines Vektor-, Fraktal- oder Rasterbildes. Ein separates Thema sind 3D-Grafiken (dreidimensionale Grafiken), die Vektor- und Rastermethoden der Bilderzeugung kombinieren. Sie erforscht Methoden und Techniken zur Konstruktion dreidimensionaler Modelle von Objekten im virtuellen Raum. Jeder Typ verwendet seine eigene Methode zur Kodierung grafischer Informationen.

Rasterbild. Mit einer Lupe können Sie erkennen, dass ein schwarz-weißes grafisches Bild, beispielsweise aus einer Zeitung, aus winzigen Punkten besteht, die ein bestimmtes Muster – ein Raster – ergeben. In Frankreich entstand im 19. Jahrhundert eine neue Richtung in der Malerei – der Pointillismus. Seine Technik bestand darin, mit einem Pinsel eine Zeichnung in Form von mehrfarbigen Punkten auf die Leinwand aufzutragen. Dieses Verfahren wird seit langem auch im Druck zur Kodierung grafischer Informationen eingesetzt. Die Genauigkeit der Zeichnung hängt von der Anzahl der Punkte und ihrer Größe ab. Nachdem Sie die Zeichnung in Punkte unterteilt haben, beginnend in der linken Ecke und entlang der Linien von links nach rechts, können Sie die Farbe jedes Punkts kodieren. Im Folgenden nennen wir einen solchen Punkt Pixel (der Ursprung dieses Wortes hängt mit der englischen Abkürzung „picture element“ zusammen). Das Volumen eines Rasterbildes wird durch Multiplikation der Anzahl der Pixel (mit dem Informationsvolumen eines Punktes, das von der Anzahl der möglichen Farben abhängt) bestimmt. Die Bildqualität wird durch die Auflösung des Monitors bestimmt. Je höher diese ist, desto höher ist die Auflösung Das heißt, je größer die Anzahl der Rasterlinien und Punkte pro Zeile, desto höher ist die Bildqualität. In modernen PCs werden im Allgemeinen die folgenden Bildschirmauflösungen verwendet: 640 x 480, 800 x 600, 1024 x 768 und 1280 x 1024. Da die Helligkeit von Jeder Punkt und seine linearen Koordinaten können durch Ganzzahlen ausgedrückt werden. Wir können sagen, dass diese Kodierungsmethode es Ihnen ermöglicht, Binärcode zur Verarbeitung von Grafikdaten zu verwenden.

Wenn es sich um Schwarz-Weiß-Illustrationen handelt und Sie keine Halbtöne verwenden, nimmt das Pixel einen von zwei Zuständen an: leuchtend (weiß) und nicht leuchtend (schwarz). Und da Informationen über die Farbe eines Pixels als Pixelcode bezeichnet werden, reicht ein Bit Speicher aus, um ihn zu kodieren: 0 – Schwarz, 1 – Weiß. Betrachtet man Abbildungen als Kombination von Punkten mit 256 Graustufen (und das sind die derzeit allgemein akzeptierten), dann reicht eine 8-Bit-Binärzahl aus, um die Helligkeit eines beliebigen Punktes zu kodieren. Farbe ist in der Computergrafik äußerst wichtig. Es dient dazu, den visuellen Eindruck zu verstärken und den Informationsgehalt des Bildes zu erhöhen. Wie entsteht der Farbsinn des menschlichen Gehirns? Dies geschieht durch die Analyse des Lichtflusses, der von reflektierenden oder emittierenden Objekten in die Netzhaut gelangt.

Farbmodelle. Wenn wir über die Kodierung farbiger grafischer Bilder sprechen, müssen wir das Prinzip der Zerlegung einer beliebigen Farbe in ihre Hauptkomponenten berücksichtigen. Es werden mehrere Kodierungssysteme verwendet: HSB, RGB und CMYK. Das erste Farbmodell ist einfach und intuitiv, also praktisch für Menschen, das zweite ist am bequemsten für Computer und das letzte CMYK-Modell ist für Druckereien. Die Verwendung dieser Farbmodelle beruht auf der Tatsache, dass der Lichtstrom durch Strahlung gebildet werden kann, die eine Kombination „reiner“ Spektralfarben ist: Rot, Grün, Blau oder deren Derivate. Es gibt eine additive Farbwiedergabe (typisch für emittierende Objekte) und eine subtraktive Farbwiedergabe (typisch für reflektierende Objekte). Ein Beispiel für ein Objekt der ersten Art ist eine Kathodenstrahlröhre eines Monitors, und ein Beispiel der zweiten Art ist ein Druckabdruck.

1) Das HSB-Modell zeichnet sich durch drei Komponenten aus: Farbton (Hue), Farbsättigung (Saturation) und Farbhelligkeit (Brightness).

2) Das Prinzip der RGB-Methode ist wie folgt: Es ist bekannt, dass jede Farbe als Kombination von drei Farben dargestellt werden kann: Rot (Rot, R), Grün (Grün, G), Blau (Blau, B). Aufgrund der Anwesenheit oder Abwesenheit dieser Komponenten werden andere Farben und deren Schattierungen erhalten.

3) Das Prinzip der CMYK-Methode. Dieses Farbmodell wird bei der Vorbereitung von Publikationen für den Druck verwendet. Jeder der Primärfarben ist eine zusätzliche Farbe zugeordnet (die die Hauptfarbe zu Weiß ergänzt). Durch Summieren eines Paares anderer Primärfarben erhält man eine zusätzliche Farbe.

Es gibt verschiedene Modi für die Darstellung von Farbgrafiken: Vollfarbe (True Color); Hohe Farbe; Index.

Im Vollfarbmodus werden 256 Werte (acht Binärbits) verwendet, um die Helligkeit jeder Komponente zu kodieren, d. h. 8 * 3 = 24 Bits müssen für die Kodierung der Farbe eines Pixels (im RGB-System) aufgewendet werden. . Dadurch können 16,5 Millionen Farben eindeutig identifiziert werden. Dies kommt der Empfindlichkeit des menschlichen Auges ziemlich nahe. Bei der Codierung mit dem CMYK-System benötigen Sie zur Darstellung von Farbgrafiken 8*4=32 Binärbits. Im High-Color-Modus wird mit 16-Bit-Binärzahlen kodiert, d. h. die Anzahl der Binärziffern wird beim Kodieren jedes Punkts reduziert. Dies verringert jedoch den Bereich der codierten Farben erheblich. Bei der Indexfarbkodierung können nur 256 Farbtöne übertragen werden. Jede Farbe wird mit acht Datenbits codiert. Da 256 Werte jedoch nicht die gesamte für das menschliche Auge zugängliche Farbpalette wiedergeben, versteht es sich, dass den Grafikdaten eine Palette (Nachschlagetabelle) beigefügt ist, ohne die die Wiedergabe unzureichend wäre: Das Meer könnte ausfallen rot sein, und die Blätter können blau sein. Der Rasterpunktcode selbst bedeutet in diesem Fall nicht die Farbe selbst, sondern nur deren Nummer (Index) in der Palette. Daher der Name des Modus – Index.

Die Entsprechung zwischen der Anzahl der angezeigten Farben (K) und der Anzahl der Bits zu ihrer Kodierung (a) kann durch die Formel ermittelt werden: K = 2 a.

Der Binärcode des auf dem Bildschirm angezeigten Bildes wird im Videospeicher gespeichert. Videospeicher ist ein elektronisches flüchtiges Speichergerät. Die Größe des Videospeichers hängt von der Auflösung des Displays und der Anzahl der Farben ab. Sein Mindestvolumen wird jedoch so bestimmt, dass ein Frame (eine Seite) des Bildes hineinpasst, d.h. als Ergebnis des Produkts aus Auflösung und Pixelcodegröße.

Vmin = M * N * a.

Binärcode der Achtfarbenpalette.

Farbkomponenten

Rot 1 0 0

Grün 0 1 0

Blau 0 0 1

Blau 0 1 1

Lila 1 0 1

Gelb 1 1 0

Weiß 1 1 1

Schwarz 0 0 0

Mit der 16-Farben-Palette können Sie die Anzahl der verwendeten Farben erhöhen. Hier verwenden wir eine 4-Bit-Pixelkodierung: 3 Bit Primärfarben + 1 Bit Intensität. Letzterer steuert gleichzeitig die Helligkeit von drei Grundfarben (die Intensität von drei Elektronenstrahlen). Durch die separate Steuerung der Intensität der Primärfarben erhöht sich die Anzahl der erzeugten Farben. Um also eine Palette mit einer Farbtiefe von 24 Bit zu erhalten, werden jeder Farbe 8 Bit zugewiesen, d. h. 256 Intensitätsstufen sind möglich (K = 28).

Ein Vektorbild ist ein grafisches Objekt, das aus elementaren Segmenten und Bögen besteht. Das Grundelement der Bildsprache ist die Linie. Wie jedes Objekt hat es Eigenschaften: Form (gerade, gebogen), Dicke, Farbe, Stil (gepunktet, einfarbig). Geschlossene Linien haben die Eigenschaft, gefüllt zu werden (entweder mit anderen Objekten oder mit der ausgewählten Farbe). Alle anderen Vektorgrafikobjekte bestehen aus Linien. Da die Linie mathematisch als einzelnes Objekt beschrieben wird, ist die Datenmenge zur Darstellung des Objekts bei Vektorgrafiken deutlich geringer als bei Rastergrafiken. Informationen zu einem Vektorbild werden als gewöhnliche alphanumerische Informationen kodiert und von speziellen Programmen verarbeitet.

Zu den Softwaretools zum Erstellen und Verarbeiten von Vektorgrafiken gehören die folgenden GR: CorelDraw, Adobe Illustrator sowie Vektorisierer (Tracer) – spezialisierte Pakete zum Konvertieren von Rasterbildern in Vektorbilder.

Fraktale Grafiken basieren genau wie Vektorgrafiken auf mathematischen Berechnungen. Aber im Gegensatz zum Vektor ist sein Grundelement die mathematische Formel selbst. Dies führt dazu, dass keine Objekte im Speicher des Computers gespeichert werden und das Bild nur mithilfe von Gleichungen konstruiert wird. Mit dieser Methode können Sie einfachste regelmäßige Strukturen sowie komplexe Illustrationen erstellen, die Landschaften imitieren.

Kodierung von Audioinformationen

Computer werden mittlerweile in verschiedenen Bereichen weit verbreitet eingesetzt. Die Verarbeitung von Toninformationen und Musik bildete keine Ausnahme. Bis 1983 wurde die gesamte aufgenommene Musik auf Schallplatten und Kompaktkassetten veröffentlicht. Derzeit sind CDs weit verbreitet. Wenn Sie einen Computer haben, auf dem eine Studio-Soundkarte installiert ist und an den ein MIDI-Keyboard und ein Mikrofon angeschlossen sind, können Sie mit spezieller Musiksoftware arbeiten. Herkömmlicherweise kann es in verschiedene Typen unterteilt werden: 1) alle Arten von Dienstprogrammen und Treibern, die für die Arbeit mit bestimmten Soundkarten und externen Geräten entwickelt wurden; 2) Audio-Editoren, die für die Arbeit mit Sounddateien konzipiert sind, ermöglichen Ihnen die Durchführung beliebiger Vorgänge mit ihnen – von der Zerlegung in Teile bis zur Bearbeitung mit Effekten; 3) Software-Synthesizer, die erst vor relativ kurzer Zeit erschienen sind und nur auf leistungsstarken Computern ordnungsgemäß funktionieren. Sie ermöglichen es Ihnen, mit der Erzeugung verschiedener Sounds zu experimentieren; und andere.

Die erste Gruppe umfasst alle Betriebssystem-Dienstprogramme. Win 95 und 98 verfügen beispielsweise über eigene Mixerprogramme und Dienstprogramme zum Abspielen/Aufnehmen von Sound, Abspielen von CDs und Standard-MIDI-Dateien. Nach der Installation der Soundkarte können Sie mit diesen Programmen deren Funktionsfähigkeit überprüfen. Beispielsweise ist das Phonograph-Programm für die Arbeit mit Wave-Dateien (Tonaufnahmedateien im Windows-Format) konzipiert. Diese Dateien haben die Erweiterung .WAV. Dieses Programm bietet die Möglichkeit, Tonaufnahmen mit Techniken abzuspielen, aufzunehmen und zu bearbeiten, die denen eines Tonbandgeräts ähneln. Um mit dem Phonographen arbeiten zu können, empfiehlt es sich, das Mikrofon an den Computer anzuschließen. Wenn Sie eine Tonaufnahme machen müssen, müssen Sie sich für die Tonqualität entscheiden, da die Dauer der Tonaufnahme davon abhängt. Je höher die Aufnahmequalität, desto kürzer ist die mögliche Tondauer. Bei durchschnittlicher Aufnahmequalität können Sie Sprache zufriedenstellend aufnehmen und Dateien mit einer Länge von bis zu 60 Sekunden erstellen. Die Aufnahmedauer beträgt ca. 6 Sekunden, was der Qualität einer Musik-CD entspricht.

Um Ton auf einem beliebigen Medium aufzuzeichnen, muss er in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Dies geschieht über ein Mikrofon. Die einfachsten Mikrofone verfügen über eine Membran, die unter dem Einfluss von Schallwellen vibriert. An der Membran ist eine Spule angebracht, die sich synchron mit der Membran in einem Magnetfeld bewegt. In der Spule entsteht ein elektrischer Wechselstrom. Spannungsänderungen spiegeln Schallwellen genau wider. Der elektrische Wechselstrom, der am Ausgang des Mikrofons erscheint, wird als analoges Signal bezeichnet. Bei einem elektrischen Signal bedeutet „analog“, dass das Signal zeitlich und amplitudenkontinuierlich ist. Es spiegelt genau die Form der Schallwelle wider, während sie sich durch die Luft bewegt.

Audioinformationen können in diskreter oder analoger Form dargestellt werden. Ihr Unterschied besteht darin, dass sich bei einer diskreten Darstellung von Informationen eine physikalische Größe abrupt ändert („Leiter“) und einen endlichen Satz von Werten annimmt. Werden Informationen in analoger Form dargestellt, dann kann eine physikalische Größe unendlich viele Werte annehmen, die sich ständig ändern.

Schauen wir uns kurz die Prozesse der Tonwandlung von analog in digital und umgekehrt an. Wenn Sie eine ungefähre Vorstellung davon haben, was in Ihrer Soundkarte vor sich geht, können Sie einige Fehler bei der Arbeit mit Audio vermeiden. Schallwellen werden mithilfe eines Mikrofons in ein analoges elektrisches Wechselsignal umgewandelt. Es durchläuft den Audiopfad und gelangt in einen Analog-Digital-Wandler (ADC), ein Gerät, das das Signal in digitale Form umwandelt. Vereinfacht ausgedrückt ist das Funktionsprinzip eines ADC wie folgt: Er misst die Signalamplitude in bestimmten Intervallen und überträgt über einen digitalen Pfad eine Zahlenfolge mit Informationen über Amplitudenänderungen weiter. Digitales Audio wird mithilfe eines Digital-Analog-Wandlers (DAC) ausgegeben, der auf der Grundlage eingehender digitaler Daten zu geeigneten Zeitpunkten ein elektrisches Signal mit der erforderlichen Amplitude erzeugt.

Wenn Sie denselben Klang bei 1 kHz grafisch darstellen (die Note bis zur siebten Oktave eines Klaviers entspricht ungefähr dieser Frequenz), aber bei unterschiedlichen Frequenzen abgetastet wird (der untere Teil der Sinuswelle wird nicht in allen Diagrammen angezeigt), ergeben sich die Unterschiede wird sichtbar sein. Eine Unterteilung auf der horizontalen Achse, die die Zeit anzeigt, entspricht 10 Proben. Der Maßstab wird gleich übernommen (siehe Anhang Abbildung 1.13). Sie können sehen, dass es bei 11 kHz etwa fünf Schallwellenschwingungen pro 50 Samples gibt, was bedeutet, dass eine Sinuswellenperiode mit nur 10 Werten dargestellt wird. Dies ist eine ziemlich ungenaue Wiedergabe. Wenn wir gleichzeitig die Digitalisierungsfrequenz von 44 kHz berücksichtigen, dann gibt es für jede Periode der Sinuskurve bereits fast 50 Abtastwerte. Dadurch erhalten Sie ein Signal von guter Qualität.

Die Bittiefe gibt die Genauigkeit an, mit der Änderungen in der Amplitude des analogen Signals auftreten. Die Genauigkeit, mit der der Signalamplitudenwert zu jedem Zeitpunkt während der Digitalisierung übertragen wird, bestimmt die Qualität des Signals nach der Digital-Analog-Wandlung. Die Zuverlässigkeit der Wellenformrekonstruktion hängt von der Bittiefe ab.

Zur Kodierung des Amplitudenwertes kommt das Prinzip der binären Kodierung zum Einsatz. Das Tonsignal muss als Folge elektrischer Impulse (binäre Nullen und Einsen) dargestellt werden. Typischerweise werden 8-, 16-Bit- oder 20-Bit-Darstellungen von Amplitudenwerten verwendet. Bei der binären Codierung eines kontinuierlichen Audiosignals wird dieses durch eine Folge diskreter Signalpegel ersetzt. Die Qualität der Kodierung hängt von der Abtastfrequenz (der Anzahl der Signalpegelmessungen pro Zeiteinheit) ab. Mit zunehmender Abtastfrequenz steigt die Genauigkeit der binären Darstellung von Informationen. Bei einer Frequenz von 8 kHz (Anzahl der Samples pro Sekunde 8000) entspricht die Qualität des abgetasteten Audiosignals der Qualität einer Radiosendung und bei einer Frequenz von 48 kHz (Anzahl der Samples pro Sekunde 48000) der Tonqualität einer Audio-CD.

Wenn Sie die 8-Bit-Kodierung verwenden, können Sie eine analoge Signalamplitudengenauigkeit von bis zu 1/256 des Dynamikbereichs eines digitalen Geräts (28 = 256) erreichen.

Wenn Sie die Amplitudenwerte des Audiosignals mit einer 16-Bit-Kodierung darstellen, erhöht sich die Messgenauigkeit um das 256-fache.

Moderne Konverter verwenden typischerweise eine 20-Bit-Signalkodierung, die eine qualitativ hochwertige Audiodigitalisierung ermöglicht.

Abschluss

Ein Code ist eine Reihe von Konventionen (oder Signalen) zum Aufzeichnen (oder Kommunizieren) einiger vordefinierter Konzepte.

Bei der Informationskodierung handelt es sich um den Prozess der Bildung einer spezifischen Darstellung von Informationen. Im engeren Sinne wird der Begriff „Kodierung“ oft als Übergang von einer Form der Informationsdarstellung zu einer anderen verstanden, die für die Speicherung, Übertragung oder Verarbeitung geeigneter ist.

Normalerweise wird jedes Bild beim Kodieren durch ein separates Zeichen dargestellt. Ein Zeichen ist ein Element einer endlichen Menge voneinander verschiedener Elemente. Ein Zeichen wird zusammen mit seiner Bedeutung als Symbol bezeichnet. Die Codelänge ist die Anzahl der Zeichen, die zur Kodierung verwendet werden.

Der Code kann eine konstante oder nicht konstante Länge haben. Zur Darstellung von Informationen im Computerspeicher wird ein binäres Codierungsverfahren verwendet.

Eine elementare Speicherzelle eines Computers ist 8 Bit lang. Jedes Byte hat eine eigene Nummer. Die größte Bitfolge, die ein Computer als einzelne Einheit verarbeiten kann, wird als Maschinenwort bezeichnet. Die Länge eines Maschinenworts hängt von der Bittiefe des Prozessors ab und kann 16, 32 Bit usw. betragen. Eine andere Möglichkeit, ganze Zahlen darzustellen, ist der Zweierkomplementcode. Der Wertebereich hängt von der Anzahl der für ihre Speicherung zugewiesenen Speicherbits ab. Der Komplementärcode einer positiven Zahl ist derselbe wie ihr Direktcode.

Referenzliste

1.Informatik und Informationstechnologie. Ed. Yu.D. Romanova, 3. Auflage, M.: EKSMO, 2008

2. Kostrov B.V. Grundlagen der digitalen Übertragung und Kodierung von Informationen. - TechBook, 2007, 192 Seiten.

3. Makarova N.V. „Informatik“: Lehrbuch. - M.: Finanzen und Statistik, 2005 - 768 S.

4. Stepanenko O. S. Personalcomputer. Selbstlernhandbuch Dialektik. 2005, 28 S.

Die Kodierung von Textinformationen in einem Computer ist manchmal eine wesentliche Voraussetzung für den korrekten Betrieb eines Geräts oder die Anzeige eines bestimmten Fragments. Wie dieser Prozess beim Betrieb eines Computers mit Text- und visuellen Informationen, Ton abläuft – all das werden wir in diesem Artikel analysieren.

Einführung

Ein elektronischer Computer (den wir im Alltag Computer nennen) nimmt Text auf eine ganz bestimmte Weise wahr. Für sie ist die Kodierung von Textinformationen sehr wichtig, da sie jedes Textfragment als eine Gruppe voneinander isolierter Symbole wahrnimmt.

Was sind die Symbole?

Als Symbole für einen Computer dienen nicht nur russische, englische und andere Buchstaben, sondern auch Satzzeichen und andere Zeichen. Sogar der Abstand, den wir beim Tippen am Computer zum Trennen von Wörtern verwenden, wird vom Gerät als Symbol wahrgenommen. In mancher Hinsicht erinnert es stark an die höhere Mathematik, denn dort hat die Null nach Ansicht vieler Professoren eine doppelte Bedeutung: Sie ist sowohl eine Zahl als auch gleichzeitig bedeutungslos. Auch für Philosophen kann die Frage des Leerraums ein drängendes Thema sein. Natürlich ein Witz, aber wie man so schön sagt, steckt in jedem Witz etwas Wahres.

Welche Informationen gibt es?

Um Informationen wahrzunehmen, muss der Computer also mit der Verarbeitung von Prozessen beginnen. Welche Informationen gibt es überhaupt? Das Thema dieses Artikels ist die Kodierung von Textinformationen. Wir werden dieser Aufgabe besondere Aufmerksamkeit widmen, uns aber auch mit anderen Mikrothemen befassen.

Informationen können Text, Zahlen, Audio oder Grafiken sein. Der Computer muss Prozesse ausführen, die Textinformationen kodieren, um auf dem Bildschirm anzuzeigen, was wir beispielsweise auf einer Tastatur eingeben. Wir werden Symbole und Buchstaben sehen, das ist verständlich. Was sieht die Maschine? Sie nimmt absolut alle Informationen – und da reden wir jetzt nicht nur von Texten – als eine bestimmte Abfolge von Nullen und Einsen wahr. Sie bilden die Grundlage des sogenannten Binärcodes. Dementsprechend wird der Prozess, der die vom Gerät empfangenen Informationen in etwas umwandelt, das es verstehen kann, als „binäre Kodierung von Textinformationen“ bezeichnet.

Kurzes Funktionsprinzip des Binärcodes

Warum ist die binäre Kodierung von Informationen in elektronischen Maschinen am weitesten verbreitet? Die durch Nullen und Einsen kodierte Textbasis kann eine absolut beliebige Folge von Symbolen und Zeichen sein. Dies ist jedoch nicht der einzige Vorteil, den die binäre Textcodierung von Informationen bietet. Die Sache ist, dass das Prinzip, auf dem diese Codierungsmethode basiert, sehr einfach, aber gleichzeitig recht funktional ist. Wenn ein elektrischer Impuls vorliegt, wird dieser (natürlich bedingt) mit einer Einheit gekennzeichnet. Es gibt keinen Impuls – markiert mit Null. Das heißt, die Textkodierung von Informationen basiert auf dem Prinzip der Konstruktion einer Folge elektrischer Impulse. Eine logische Folge aus binären Codesymbolen wird Maschinensprache genannt. Gleichzeitig ermöglicht die Kodierung und Verarbeitung von Textinformationen mithilfe von Binärcode die Ausführung von Vorgängen in relativ kurzer Zeit.

Bits und Bytes

Eine von einer Maschine wahrgenommene Zahl enthält eine bestimmte Menge an Informationen. Es entspricht einem Bit. Dies gilt für jede einzelne und jede Null, aus der die eine oder andere Sequenz verschlüsselter Informationen besteht.

Dementsprechend kann die Informationsmenge in jedem Fall einfach durch Kenntnis der Anzahl der Zeichen in der Binärcodesequenz bestimmt werden. Sie werden einander zahlenmäßig gleich sein. 2 Ziffern im Code enthalten 2 Bits an Informationen, 10 Ziffern - 10 Bits und so weiter. Wie Sie sehen, ist das Prinzip der Bestimmung des Informationsvolumens, das in einem bestimmten Fragment des Binärcodes steckt, recht einfach.

Codierung von Textinformationen in einem Computer

Sie lesen gerade einen Artikel, der, wie wir glauben, aus einer Folge von Buchstaben des russischen Alphabets besteht. Und der Computer nimmt, wie bereits erwähnt, alle Informationen (und in diesem Fall auch) als eine Folge nicht von Buchstaben, sondern von Nullen und Einsen wahr, was auf die Abwesenheit und Anwesenheit eines elektrischen Impulses hinweist.

Die Sache ist, dass Sie ein Zeichen, das wir auf dem Bildschirm sehen, mit einer herkömmlichen Maßeinheit namens Byte kodieren können. Wie oben geschrieben, hat Binärcode eine sogenannte Informationslast. Erinnern wir uns daran, dass es numerisch gleich der Gesamtzahl der Nullen und Einsen im ausgewählten Codefragment ist. 8 Bit ergeben also 1 Byte. Signalkombinationen können sehr unterschiedlich sein, wie man leicht erkennen kann, wenn man auf Papier ein Rechteck zeichnet, das aus 8 gleich großen Zellen besteht.

Es stellt sich heraus, dass Textinformationen mithilfe eines Alphabets mit einer Kapazität von 256 Zeichen codiert werden können. Was ist der Punkt? Die Bedeutung liegt darin, dass jedes Zeichen seinen eigenen Binärcode hat. An bestimmte Zeichen „gebundene“ Kombinationen beginnen bei 00000000 und enden mit 11111111. Wenn Sie vom binären zum dezimalen Zahlensystem wechseln, können Sie in einem solchen System Informationen von 0 bis 255 kodieren.

Vergessen Sie nicht, dass es mittlerweile verschiedene Tabellen gibt, die die Kodierung der Buchstaben des russischen Alphabets verwenden. Dies sind zum Beispiel ISO und KOI-8, Mac und CP in zwei Varianten: 1251 und 866. Es lässt sich leicht sicherstellen, dass in einer dieser Tabellen kodierter Text in einer anderen Kodierung als dieser nicht korrekt angezeigt wird. Dies liegt daran, dass in verschiedenen Tabellen unterschiedliche Symbole demselben Binärcode entsprechen.

Das war zunächst ein Problem. Heutzutage verfügen Programme jedoch bereits über integrierte spezielle Algorithmen, die Text konvertieren und ihn in die richtige Form bringen. Das Jahr 1997 war geprägt von der Einführung einer Kodierung namens Unicode. Darin stehen jedem Zeichen 2 Bytes zur Verfügung. Dadurch können Sie Text mit einer viel größeren Anzahl von Zeichen kodieren. 256 und 65536: Gibt es einen Unterschied?

Grafikcodierung

Das Codieren von Text- und Grafikinformationen weist einige Ähnlichkeiten auf. Wie Sie wissen, dient ein Computerperipheriegerät namens „Monitor“ zur Anzeige grafischer Informationen. Grafiken werden heute (wir sprechen jetzt von Computergrafiken) in einer Vielzahl von Bereichen häufig verwendet. Glücklicherweise ermöglichen die Hardwarefunktionen von Personalcomputern die Lösung recht komplexer Grafikprobleme.

Die Verarbeitung von Videoinformationen ist in den letzten Jahren möglich geworden. Aber der Text ist viel „leichter“ als die Grafiken, was im Prinzip verständlich ist. Aus diesem Grund muss die endgültige Größe der Grafikdateien erhöht werden. Solche Probleme können überwunden werden, indem man die Essenz kennt, in der grafische Informationen dargestellt werden.

Lassen Sie uns zunächst herausfinden, in welche Gruppen diese Art von Informationen unterteilt ist. Erstens ist es Raster. Zweitens, Vektor.

Rasterbilder ähneln kariertem Papier. Jede Zelle auf einem solchen Papier ist mit der einen oder anderen Farbe übermalt. Dieses Prinzip erinnert ein wenig an ein Mosaik. Das heißt, es stellt sich heraus, dass das Bild in Rastergrafiken in einzelne Elementarteile unterteilt ist. Sie werden Pixel genannt. Ins Russische übersetzt bedeuten Pixel „Punkte“. Es ist logisch, dass die Pixel relativ zu den Zeilen angeordnet sind. Das grafische Raster besteht lediglich aus einer bestimmten Anzahl von Pixeln. Es wird auch Raster genannt. Unter Berücksichtigung dieser beiden Definitionen können wir sagen, dass ein Rasterbild nichts anderes ist als eine Ansammlung von Pixeln, die in einem rechteckigen Raster angezeigt werden.

Monitorraster und Pixelgröße wirken sich auf die Bildqualität aus. Je größer das Raster des Monitors ist, desto höher wird es sein. Rastergrößen sind Bildschirmauflösungen, von denen wahrscheinlich jeder Benutzer gehört hat. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Computerbildschirmen ist die Auflösung, nicht nur die Auflösung. Es zeigt an, wie viele Pixel pro Längeneinheit vorhanden sind. Normalerweise wird die Monitorauflösung in Pixel pro Zoll gemessen. Je mehr Pixel pro Längeneinheit vorhanden sind, desto höher ist die Qualität, da die „Körnung“ verringert wird.

Audio-Stream-Verarbeitung

Die Codierung von Text- und Audioinformationen weist wie andere Codierungsarten einige Funktionen auf. Wir werden nun über den letzten Prozess sprechen: die Kodierung von Audioinformationen.

Die Darstellung eines Audiostreams (sowie eines einzelnen Sounds) kann auf zwei Arten erfolgen.

Analoge Form der Audio-Informationsdarstellung

In diesem Fall kann die Menge eine wirklich große Anzahl unterschiedlicher Werte annehmen. Darüber hinaus bleiben diese Werte nicht konstant: Sie ändern sich sehr schnell und dieser Prozess ist kontinuierlich.

Diskrete Form der Darstellung von Audioinformationen

Wenn wir von der diskreten Methode sprechen, kann die Größe in diesem Fall nur eine begrenzte Anzahl von Werten annehmen. In diesem Fall erfolgt die Veränderung krampfhaft. Sie können nicht nur Audio-, sondern auch Grafikinformationen diskret kodieren. Was übrigens die analoge Form betrifft.

Analoge Audioinformationen werden beispielsweise auf Schallplatten gespeichert. Aber die CD ist bereits eine diskrete Möglichkeit, Audioinformationen zu präsentieren.

Ganz am Anfang haben wir darüber gesprochen, dass der Computer alle Informationen in Maschinensprache wahrnimmt. Dazu werden Informationen in Form einer Folge elektrischer Impulse – Nullen und Einsen – kodiert. Die Kodierung von Audioinformationen bildet keine Ausnahme von dieser Regel. Um Ton auf einem Computer zu verarbeiten, müssen Sie ihn zunächst in genau diese Sequenz umwandeln. Erst danach können Operationen an einem Stream oder einem einzelnen Sound ausgeführt werden.

Wenn der Codierungsprozess stattfindet, wird der Stream einer Zeitabtastung unterzogen. Die Schallwelle ist kontinuierlich; sie entwickelt sich über kurze Zeiträume. Der Amplitudenwert wird für jedes spezifische Intervall separat eingestellt.

Abschluss

Was haben wir in diesem Artikel herausgefunden? Erstens werden absolut alle Informationen, die auf einem Computermonitor angezeigt werden, verschlüsselt, bevor sie dort erscheinen. Zweitens beinhaltet diese Codierung die Übersetzung von Informationen in Maschinensprache. Drittens ist Maschinensprache nichts anderes als eine Folge elektrischer Impulse – Nullen und Einsen. Viertens gibt es separate Tabellen zum Kodieren verschiedener Zeichen. Und fünftens können grafische und akustische Informationen in analoger und diskreter Form dargestellt werden. Hier sind vielleicht die wichtigsten Punkte, die wir besprochen haben. Eine der Disziplinen, die diesen Bereich erforscht, ist die Informatik. Das Kodieren von Textinformationen und seine Grundlagen werden in der Schule erklärt, da es nichts Kompliziertes daran gibt.

Allgemeine Konzepte

Definition 1

Codierung- Dies ist die Umwandlung von Informationen von einer Darstellungsform in eine andere, die für ihre Speicherung, Übertragung oder Verarbeitung am bequemsten ist.

Definition 2

Code nennt sich die Regel für die Darstellung eines Zeichensatzes in einem anderen.

Definition 3

Binärcode ist eine Möglichkeit, Informationen mit zwei Symbolen darzustellen – $0$ und $1$.

Definition 4

Codelänge– die Anzahl der Zeichen, die zur Darstellung der codierten Informationen verwendet werden.

Definition 5

Bisschen ist eine Binärziffer $0$ oder $1$. Ein Bit kann zwei Werte kodieren: $1$ oder $0$. Mit zwei Bits können vier Werte kodiert werden: $00$, $01$, $10$, $11$. Drei Bits kodieren $8$ unterschiedliche Werte. Durch das Hinzufügen eines Bits verdoppelt sich die Anzahl der kodierbaren Werte.

Bild 1.

Arten der Informationskodierung

Es gibt folgende Arten der Informationskodierung:

• Farbcodierung;
• Kodierung numerischer Informationen;
• Kodierung von Audioinformationen;
• Videokodierung.

Kodierung von Textinformationen

Jeder Text besteht aus einer Folge von Zeichen. Symbole können Buchstaben, Zahlen, Satzzeichen, mathematische Symbole, runde und eckige Klammern usw. sein.

Textinformationen werden wie alle anderen Informationen in binärer Form im Computerspeicher gespeichert. Dazu wird jedem eine bestimmte nicht negative Zahl, genannt, zugewiesen Zeichencode, und diese Zahl wird in binärer Form in den Computerspeicher geschrieben. Die spezifische Beziehung zwischen Symbolen und ihren Codes wird aufgerufen Codierungssystem. Personalcomputer verwenden normalerweise das ASCII-Kodierungssystem (American Standard Code for Informational Interchange).

Anmerkung 1

Softwareentwickler haben ihre eigenen 8-Bit-Textcodierungsstandards erstellt. Aufgrund des zusätzlichen Bits wurde der Kodierungsbereich darin auf 256 $ Zeichen erweitert. Um Verwirrung zu vermeiden, entsprechen die ersten $128$-Zeichen in solchen Kodierungen in der Regel dem ASCII-Standard. Die restlichen 128 $ implementieren regionale Sprachfunktionen.

Anmerkung 2

In unserem Land übliche Acht-Bit-Kodierungen sind KOI8, UTF8, Windows-1251 und einige andere.

Farbcodierung

Um ein Foto im Binärcode zu speichern, wird es zunächst virtuell in viele kleine, sogenannte farbige Punkte unterteilt Pixel(so etwas wie ein Mosaik). Nach der Zerlegung in Punkte wird die Farbe jedes Pixels in einen Binärcode kodiert und auf einem Speichergerät gespeichert.

Beispiel 1

Wenn ein Bild beispielsweise eine Größe von 512 x 512 Pixeln hat, bedeutet dies, dass es sich um eine Matrix handelt, die aus 262.144 Pixeln besteht (Anzahl der vertikalen Pixel multipliziert mit der Anzahl der horizontalen Pixel).

Beispiel 2

Das Gerät, das Bilder in Pixel „zerlegt“, ist jede moderne Kamera (einschließlich Webcam, Telefonkamera) oder Scanner. Und wenn in den Eigenschaften der Kamera beispielsweise „$10$ Megapixel“ steht, dann beträgt die Anzahl der Pixel, in die diese Kamera das Bild für die Aufnahme im Binärcode unterteilt, 10 Millionen. Je mehr Pixel das Bild unterteilt wird, desto realistischer sieht das Foto in dekodierter Form (auf dem Monitor oder nach dem Drucken) aus.

Die Qualität der Kodierung von Fotos in Binärcode hängt jedoch nicht nur von der Anzahl der Pixel, sondern auch von deren Farbvielfalt ab. Algorithmen zum Aufzeichnen von Farben im Binärcode Es gibt einige. Das häufigste ist RGB. Diese Abkürzung besteht aus den Anfangsbuchstaben der Namen von drei Grundfarben: Rot - GermanRot, Grün - Englisch Grün, Blau - Englisch Blau. Durch Mischen dieser drei Farben in unterschiedlichen Anteilen können Sie jede andere Farbe oder jeden anderen Farbton erhalten.

Darauf basiert der RGB-Algorithmus. Jedes Pixel wird im Binärcode geschrieben, indem die Menge an Rot, Grün und Blau angegeben wird, die an seiner Bildung beteiligt ist.

Je mehr Bits zur Kodierung eines Pixels zugewiesen werden, desto mehr Möglichkeiten zum Mischen dieser drei Kanäle stehen zur Verfügung und desto größer ist die Farbsättigung des Bildes.

Definition 6

Die Farbvielfalt der Pixel, aus denen ein Bild besteht, wird aufgerufen Farbtiefe.

Kodierung grafischer Informationen

Die oben beschriebene Technik zum Bilden von Bildern aus kleinen Punkten ist die gebräuchlichste und heißt Raster . Neben Rastergrafiken verwenden Computer aber auch die sogenannte Vektorgrafiken .

Vektorbilder werden nur mit einem Computer erstellt und bestehen nicht aus Pixeln, sondern aus grafischen Grundelementen (Linien, Polygone, Kreise usw.).

Vektorgrafiken sind Zeichengrafiken. Es ist sehr praktisch für das „Zeichnen“ am Computer und wird von Designern häufig bei der grafischen Gestaltung von Druckmaterialien, einschließlich der Erstellung großer Werbeplakate, sowie in anderen ähnlichen Situationen verwendet. Ein Vektorbild im Binärcode wird als Sammlung von Grundelementen geschrieben, die deren Größe, Füllfarbe, Position auf der Leinwand und einige andere Eigenschaften angeben.

Beispiel 3

Um ein Vektorbild eines Kreises auf einem Speichergerät aufzuzeichnen, muss der Computer lediglich die Art des Objekts (Kreis), die Koordinaten seines Mittelpunkts auf der Leinwand, die Länge des Radius, die Dicke und die Farbe im Binärcode kodieren die Linie und die Füllfarbe.

In einem Rastersystem müsste die Farbe jedes Pixels codiert werden. Und wenn das Bild groß ist, wäre deutlich mehr Speicherplatz erforderlich, um es zu speichern.

Mit der Vektorkodierungsmethode ist es jedoch nicht möglich, realistische Fotos in Binärcode zu schreiben. Daher arbeiten alle Kameras nur nach dem Prinzip der Rastergrafik. Der durchschnittliche Benutzer hat im Alltag selten mit Vektorgrafiken zu tun.

Kodierung numerischer Informationen

Bei der Kodierung von Zahlen wird berücksichtigt, zu welchem ​​Zweck die Zahl in das System eingegeben wurde: für arithmetische Berechnungen oder einfach zur Ausgabe. Alle im Binärsystem kodierten Daten werden mit Einsen und Nullen verschlüsselt. Diese Symbole werden auch genannt Bits. Diese Codierungsmethode ist die beliebteste, da sie technologisch am einfachsten zu organisieren ist: Das Vorhandensein eines Signals beträgt 1 $, die Abwesenheit beträgt 0 $. Die binäre Verschlüsselung hat nur einen Nachteil – die Länge der Symbolkombinationen. Aus technischer Sicht ist es jedoch einfacher, eine Reihe einfacher, ähnlicher Komponenten zu bedienen als eine kleine Anzahl komplexerer.

Notiz 3

Ganzzahlen werden einfach durch die Umwandlung von Zahlen von einem Zahlensystem in ein anderes kodiert. Zur Kodierung reeller Zahlen wird die 80-Bit-Kodierung verwendet. In diesem Fall wird die Zahl in die Standardform umgewandelt.

Kodierung von Audioinformationen

Definition 7

Jeder von einer Person gehörte Ton ist eine Luftschwingung, die durch zwei Hauptindikatoren gekennzeichnet ist: Frequenz und Amplitude. Schwingungsamplitude- Dies ist der Grad der Abweichung des Luftzustands vom Ausgangszustand bei jeder Schwingung. Sie wird von uns als Lautstärke des Schalls wahrgenommen. Die Schwingungsfrequenz ist die Anzahl der Abweichungen des Luftzustands vom ursprünglichen Zustand pro Zeiteinheit. Es wird als Tonhöhe wahrgenommen.

Beispiel 4

Somit ist ein leises Mückenquietschen ein Geräusch mit hoher Frequenz, aber kleiner Amplitude. Das Geräusch eines Gewitters hingegen hat eine große Amplitude, aber eine niedrige Frequenz.

Die Art und Weise, wie ein Computer mit Ton arbeitet, lässt sich allgemein wie folgt beschreiben. Das Mikrofon wandelt Luftschwingungen in elektrische Schwingungen mit ähnlichen Eigenschaften um. Die Soundkarte eines Computers wandelt elektrische Schwingungen in Binärcode um, der auf einem Speichergerät gespeichert wird. Bei der Wiedergabe einer solchen Aufnahme erfolgt der umgekehrte Vorgang (Dekodierung): Der Binärcode wird in elektrische Schwingungen umgewandelt, die in das Audiosystem oder die Kopfhörer gelangen. Lautsprecher oder Kopfhörer haben den gegenteiligen Effekt eines Mikrofons. Sie wandeln elektrische Schwingungen in Luftschwingungen um.

Das Prinzip der Aufteilung einer Schallwelle in kleine Abschnitte ist die Grundlage der binären Audiokodierung. Die Audiokarte des Computers unterteilt den Ton in sehr kleine Zeitabschnitte und kodiert die Intensität jedes einzelnen Zeitabschnitts in einen Binärcode. Diese Aufteilung des Klangs in Teile wird Sampling genannt. Je höher die Abtastfrequenz, desto genauer wird die Geometrie der Schallwelle erfasst und desto besser ist die Qualität der Aufnahme.

Definition 8

Die Qualität der Aufnahme hängt auch stark von der Anzahl der Bits ab, die der Computer zum Codieren jedes aus dem Sampling resultierenden Audioabschnitts verwendet. Die Anzahl der Bits, die zum Kodieren jedes aus dem Sampling resultierenden Audioabschnitts verwendet werden, wird aufgerufen Tiefe des Klangs.

Videokodierung

Die Videoaufzeichnung besteht aus zwei Komponenten: Klang Und Grafik .

Die Kodierung der Audiospur einer Videodatei in Binärcode erfolgt mit denselben Algorithmen wie die Kodierung normaler Audiodaten. Die Prinzipien der Videokodierung ähneln denen der Rastergrafikkodierung (siehe oben), weisen jedoch einige Besonderheiten auf. Wie Sie wissen, handelt es sich bei der Videoaufzeichnung um eine Folge sich schnell ändernder statischer Bilder (Frames). Eine Sekunde Video kann aus Bildern im Wert von 25 $ oder mehr bestehen. Gleichzeitig unterscheidet sich jedes nächste Bild nur geringfügig vom vorherigen.

Angesichts dieser Funktion sehen Videokodierungsalgorithmen in der Regel vor, nur das erste (Basis-)Frame aufzuzeichnen. Jeder nachfolgende Frame wird gebildet, indem seine Unterschiede zum vorherigen aufgezeichnet werden.

Vektor- und Fraktalbilder.

Vektorbild ist ein grafisches Objekt, das aus elementaren Segmenten und Bögen besteht. Das Grundelement der Bildsprache ist die Linie. Wie jedes Objekt hat es Eigenschaften: Form (gerade, gebogen), Dicke, Farbe, Stil (gepunktet, einfarbig). Geschlossene Linien haben die Eigenschaft, gefüllt zu werden (entweder mit anderen Objekten oder mit der ausgewählten Farbe). Alle anderen Vektorgrafikobjekte bestehen aus Linien. Da die Linie mathematisch als einzelnes Objekt beschrieben wird, ist die Datenmenge zur Darstellung des Objekts bei Vektorgrafiken deutlich geringer als bei Rastergrafiken. Informationen zu einem Vektorbild werden als gewöhnliche alphanumerische Informationen kodiert und von speziellen Programmen verarbeitet.

Zu den Softwaretools zum Erstellen und Verarbeiten von Vektorgrafiken gehören die folgenden GR: CorelDraw, Adobe Illustrator sowie Vektorisierer (Tracer) – spezialisierte Pakete zum Konvertieren von Rasterbildern in Vektorbilder.

Fraktale Grafiken basiert auf mathematischen Berechnungen, wie Vektor. Aber im Gegensatz zum Vektor ist sein Grundelement die mathematische Formel selbst. Dies führt dazu, dass keine Objekte im Speicher des Computers gespeichert werden und das Bild nur mithilfe von Gleichungen konstruiert wird. Mit dieser Methode können Sie einfachste regelmäßige Strukturen sowie komplexe Illustrationen erstellen, die Landschaften imitieren.

Aufgaben.

Es ist bekannt, dass der Videospeicher eines Computers eine Kapazität von 512 KB hat. Die Bildschirmauflösung beträgt 640 x 200. Wie viele Bildschirmseiten können mit einer Palette gleichzeitig im Videospeicher abgelegt werden?
a) aus 8 Farben;
b) 16 Farben;
c) 256 Farben?

Wie viele Bits sind erforderlich, um Informationen über 130 Farbtöne zu kodieren? Es ist nicht schwer, diese 8 (d. h. 1 Byte) zu berechnen, da Sie mit 7 Bits die Farbtonzahl von 0 bis 127 und mit 8 Bits von 0 bis 255 speichern können. Es ist leicht zu erkennen, dass diese Kodierungsmethode dies ist nicht optimal: 130 ist merklich weniger als 255. Denken Sie darüber nach, wie man Informationen über eine Zeichnung verdichtet, wenn man sie in eine Datei schreibt, wenn das bekannt ist
a) die Zeichnung enthält gleichzeitig nur 16 von 138 möglichen Farbtönen;
b) Die Zeichnung enthält alle 130 Farbtöne gleichzeitig, die Anzahl der mit unterschiedlichen Farbtönen gemalten Punkte variiert jedoch stark.

A) Es ist offensichtlich, dass 4 Bit (ein halbes Byte) ausreichen, um Informationen über 16 Farbtöne zu speichern. Da diese 16 Farbtöne jedoch aus 130 ausgewählt werden, können sie Zahlen haben, die nicht in 4 Bits passen. Daher verwenden wir die Palettenmethode. Weisen wir den 16 in unserer Zeichnung verwendeten Farbtönen ihre „lokalen“ Nummern von 1 bis 15 zu und kodieren die gesamte Zeichnung mit einer Rate von 2 Punkten pro Byte. Und dann fügen wir zu diesen Informationen (am Ende der Datei, die sie enthält) eine Korrespondenztabelle hinzu, die aus 16 Bytepaaren mit Farbnummern besteht: 1 Byte ist unsere „lokale“ Nummer in diesem Bild, das zweite ist die tatsächliche Anzahl von dieser Farbton. (Wenn anstelle der letzteren codierte Informationen über den Farbton selbst verwendet werden, beispielsweise Informationen über die Helligkeit des Leuchtens der „elektronischen Kanonen“ Rot, Grün, Blau der Kathodenstrahlröhre, dann wird eine solche Tabelle a Farbpalette). Wenn die Zeichnung groß genug ist, erhöht sich die resultierende Dateigröße erheblich;
b) Versuchen wir, den einfachsten Algorithmus zum Archivieren von Informationen zu einer Zeichnung zu implementieren. Weisen wir den drei Farbtönen, mit denen die minimale Anzahl an Punkten gemalt wird, die Codes 128 - 130 und den übrigen Farbtönen die Codes 1 - 127 zu. Wir werden in eine Datei (die in diesem Fall keine Folge von Bytes, sondern ein kontinuierlicher Bitstrom ist) Sieben-Bit-Codes für Farbtöne mit Nummern von 1 bis 127 schreiben. Für die verbleibenden drei Farbtöne im Bitstrom schreiben wir a Vorzeichenzahl – sieben Bit 0 – und unmittelbar gefolgt von einer zwei Bit langen „lokalen“ Zahl. Am Ende der Datei fügen wir eine Entsprechungstabelle zwischen „lokalen“ und reellen Zahlen hinzu. Da Schattierungen mit den Codes 128–130 selten sind, wird es nur wenige 7-Bit-Nullen geben.

Beachten Sie, dass das Stellen von Fragen zu diesem Problem andere Lösungen nicht ausschließt, ohne Bezug auf die Farbzusammensetzung des Bildes – Archivierung:
a) basierend auf der Identifizierung einer Folge von Punkten, die mit den gleichen Farbtönen bemalt sind, und dem Ersetzen jeder dieser Folgen durch ein Zahlenpaar (Farbe), (Menge) (dieses Prinzip liegt dem PCX-Grafikformat zugrunde);
b) durch Vergleichen von Pixelzeilen (Aufzeichnen der Schattierungsnummern der Punkte der ersten Seite als Ganzes und für nachfolgende Zeilen Aufzeichnen der Schattierungsnummern nur der Punkte, deren Schattierungen sich von den Schattierungen der Punkte unterscheiden, die sich an derselben Position in der befinden vorherige Zeile – dies ist die Grundlage des GIF-Formats);
c) Verwendung eines fraktalen Bildverpackungsalgorithmus (YPEG-Format). (IO 6,1999)

Die Welt ist erfüllt von den unterschiedlichsten Geräuschen: dem Ticken von Uhren und dem Summen von Motoren, dem Heulen des Windes und dem Rascheln von Blättern, dem Gesang von Vögeln und den Stimmen von Menschen. Schon vor langer Zeit begannen die Menschen darüber zu rätseln, wie Klänge entstehen und was sie darstellen. Sogar der antike griechische Philosoph und Wissenschaftler – der Enzyklopädist Aristoteles – erklärte anhand von Beobachtungen die Natur des Klangs und glaubte, dass ein klingender Körper abwechselnde Kompression und Verdünnung der Luft erzeugt. So entlädt oder verdichtet eine schwingende Saite die Luft, und aufgrund der Elastizität der Luft werden diese Wechselwirkungen weiter in den Raum übertragen – von Schicht zu Schicht entstehen elastische Wellen. Wenn sie unser Ohr erreichen, treffen sie auf das Trommelfell und verursachen die Wahrnehmung von Geräuschen.

Mit dem Gehör nimmt der Mensch elastische Wellen mit einer Frequenz im Bereich von 16 Hz bis 20 kHz (1 Hz – 1 Schwingung pro Sekunde) wahr. Dementsprechend werden elastische Wellen in jedem Medium, deren Frequenzen innerhalb der angegebenen Grenzen liegen, Schallwellen oder einfach Schall genannt. Beim Studium des Klangs werden Konzepte wie Ton Und Timbre Klang. Jeder echte Klang, sei es das Spielen von Musikinstrumenten oder eine menschliche Stimme, ist eine eigentümliche Mischung aus vielen harmonischen Schwingungen mit einem bestimmten Frequenzsatz.

Die Schwingung mit der niedrigsten Frequenz wird aufgerufen Hauptton, andere - Obertöne.

Timbre- eine unterschiedliche Anzahl von Obertönen, die einem bestimmten Klang innewohnen und ihm eine besondere Färbung verleihen. Der Unterschied zwischen einer Klangfarbe und einer anderen wird nicht nur durch die Anzahl, sondern auch durch die Intensität der Obertöne bestimmt, die den Klang des Grundtons begleiten. Anhand der Klangfarbe können wir die Klänge eines Klaviers und einer Geige, einer Gitarre und einer Flöte leicht unterscheiden und die Stimme einer vertrauten Person erkennen.

Musikalischer Klang kann durch drei Eigenschaften charakterisiert werden: Klangfarbe, d. h. die Farbe des Klangs, die von der Form der Schwingungen abhängt, Tonhöhe, bestimmt durch die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde (Frequenz), und Lautstärke, abhängig von der Intensität der Schwingungen Vibrationen.

Computer werden mittlerweile in verschiedenen Bereichen weit verbreitet eingesetzt. Die Verarbeitung von Toninformationen und Musik bildete keine Ausnahme. Bis 1983 wurde die gesamte aufgenommene Musik auf Schallplatten und Kompaktkassetten veröffentlicht. Derzeit sind CDs weit verbreitet. Wenn Sie einen Computer haben, auf dem eine Studio-Soundkarte installiert ist und an den ein MIDI-Keyboard und ein Mikrofon angeschlossen sind, können Sie mit spezieller Musiksoftware arbeiten.

Herkömmlicherweise kann es in mehrere Typen unterteilt werden:

1) alle Arten von Dienstprogrammen und Treibern, die für die Verwendung mit bestimmten Soundkarten und externen Geräten entwickelt wurden;
2) Audio-Editoren, die für die Arbeit mit Sounddateien konzipiert sind, ermöglichen Ihnen die Durchführung beliebiger Vorgänge mit ihnen – von der Zerlegung in Teile bis zur Bearbeitung mit Effekten;
3) Software-Synthesizer, die erst vor relativ kurzer Zeit erschienen sind und nur auf leistungsstarken Computern ordnungsgemäß funktionieren. Sie ermöglichen es Ihnen, mit der Erzeugung verschiedener Sounds zu experimentieren;
und andere.

Die erste Gruppe umfasst alle Betriebssystem-Dienstprogramme. Win 95 und 98 verfügen beispielsweise über eigene Mixerprogramme und Dienstprogramme zum Abspielen/Aufnehmen von Sound, Abspielen von CDs und Standard-MIDI-Dateien. Nach der Installation der Soundkarte können Sie mit diesen Programmen deren Funktionsfähigkeit überprüfen. Beispielsweise ist das Phonograph-Programm für die Arbeit mit Wave-Dateien (Tonaufnahmedateien im Windows-Format) konzipiert. Diese Dateien haben die Erweiterung .WAV. Dieses Programm bietet die Möglichkeit, Tonaufnahmen mit Techniken abzuspielen, aufzunehmen und zu bearbeiten, die denen eines Tonbandgeräts ähneln. Um mit dem Phonographen arbeiten zu können, empfiehlt es sich, das Mikrofon an den Computer anzuschließen. Wenn Sie eine Tonaufnahme machen müssen, müssen Sie sich für die Tonqualität entscheiden, da die Dauer der Tonaufnahme davon abhängt. Je höher die Aufnahmequalität, desto kürzer ist die mögliche Tondauer. Bei durchschnittlicher Aufnahmequalität können Sie Sprache zufriedenstellend aufnehmen und Dateien mit einer Länge von bis zu 60 Sekunden erstellen. Die Aufnahmedauer beträgt ca. 6 Sekunden, was der Qualität einer Musik-CD entspricht.

Wie funktioniert die Audiokodierung? Seit unserer Kindheit sind wir mit Musikaufnahmen auf verschiedenen Medien konfrontiert: Schallplatten, Kassetten, CDs usw. Derzeit gibt es zwei Hauptmethoden zur Tonaufzeichnung: analog und digital. Doch um Ton auf einem beliebigen Medium aufzuzeichnen, muss er in ein elektrisches Signal umgewandelt werden.

Dies geschieht über ein Mikrofon. Die einfachsten Mikrofone verfügen über eine Membran, die unter dem Einfluss von Schallwellen vibriert. An der Membran ist eine Spule angebracht, die sich synchron mit der Membran in einem Magnetfeld bewegt. In der Spule entsteht ein elektrischer Wechselstrom. Spannungsänderungen spiegeln Schallwellen genau wider.

Der elektrische Wechselstrom, der am Ausgang des Mikrofons erscheint, wird aufgerufen analog Signal. Bei einem elektrischen Signal bedeutet „analog“, dass das Signal zeitlich und amplitudenkontinuierlich ist. Es spiegelt genau die Form der Schallwelle wider, während sie sich durch die Luft bewegt.

Audioinformationen können in diskreter oder analoger Form dargestellt werden. Ihr Unterschied besteht darin, dass sich bei einer diskreten Darstellung von Informationen eine physikalische Größe abrupt ändert („Leiter“) und einen endlichen Satz von Werten annimmt. Werden Informationen in analoger Form dargestellt, dann kann eine physikalische Größe unendlich viele Werte annehmen, die sich ständig ändern.

Eine Schallplatte ist ein Beispiel für die analoge Speicherung von Toninformationen, da die Tonspur ihre Form kontinuierlich ändert. Doch analoge Aufnahmen auf Magnetband haben einen großen Nachteil – die Alterung der Medien. Im Laufe eines Jahres kann ein Tonträger, der ein normales Niveau an hohen Frequenzen hatte, diese verlieren. Schallplatten verlieren beim Abspielen mehrfach an Qualität. Daher wird der digitalen Aufzeichnung der Vorzug gegeben.

In den frühen 80er Jahren erschienen CDs. Sie sind ein Beispiel für die diskrete Speicherung von Audioinformationen, da die Audiospur einer CD Bereiche mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen enthält. Theoretisch können diese digitalen Discs ewig halten, wenn sie nicht zerkratzt werden, d. h. Ihre Vorteile sind Haltbarkeit und Beständigkeit gegen mechanische Alterung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass beim digitalen Überspielen keine Einbußen bei der Tonqualität entstehen.

Auf Multimedia-Soundkarten finden Sie einen analogen Mikrofonvorverstärker und Mixer.

Digital-Analog- und Analog-Digital-Konvertierung von Audioinformationen.

Schauen wir uns kurz die Prozesse der Tonwandlung von analog in digital und umgekehrt an. Wenn Sie eine ungefähre Vorstellung davon haben, was in Ihrer Soundkarte vor sich geht, können Sie einige Fehler bei der Arbeit mit Audio vermeiden.

Schallwellen werden mithilfe eines Mikrofons in ein analoges elektrisches Wechselsignal umgewandelt. Es durchläuft den Audiopfad (siehe Anhang Abbildung 1.11, Diagramm 1) und gelangt in einen Analog-Digital-Wandler (ADC) – ein Gerät, das das Signal in digitale Form umwandelt.

In vereinfachter Form ist das Funktionsprinzip des ADC wie folgt: Er misst die Signalamplitude in bestimmten Intervallen und überträgt entlang des digitalen Pfades eine Zahlenfolge mit Informationen über Änderungen der Amplitude weiter (siehe Anhang Abbildung 1.11, Schema 2). ).

Bei der Analog-Digital-Wandlung findet keine physikalische Wandlung statt. Es ist, als würde ein Fingerabdruck oder eine Probe aus dem elektrischen Signal entnommen, das ein digitales Modell der Spannungsschwankungen im Audiopfad darstellt. Stellt man dies in Form eines Diagramms dar, so stellt sich dieses Modell als eine Folge von Spalten dar, die jeweils einem bestimmten Zahlenwert entsprechen. Ein digitales Signal ist von Natur aus diskret, also intermittierend, sodass das digitale Modell nicht genau mit der Form des analogen Signals übereinstimmt.

Probe ist das Zeitintervall zwischen zwei Messungen der Amplitude eines analogen Signals.

Sample wird wörtlich aus dem Englischen als „sample“ übersetzt. In der Multimedia- und professionellen Audio-Terminologie hat dieses Wort mehrere Bedeutungen. Als Abtastwert wird neben einer Zeitspanne auch jede Folge digitaler Daten bezeichnet, die durch Analog-Digital-Umwandlung gewonnen wird. Der Transformationsprozess selbst wird aufgerufen Probenahme. In der russischen Fachsprache nennen sie es Probenahme.

Digitales Audio wird über einen Digital-Analog-Wandler (DAC) ausgegeben, der auf Basis der eingehenden digitalen Daten zu geeigneten Zeitpunkten ein elektrisches Signal mit der erforderlichen Amplitude erzeugt (siehe Anhang Abbildung 1.11, Diagramm 3).

Optionen Probenahme

Wichtige Parameter Probenahme sind Frequenz und Bittiefe.
Frequenz- Anzahl der analogen Signalamplitudenmessungen pro Sekunde.

Wenn die Abtastfrequenz nicht mehr als das Doppelte der Obergrenze des Audiobereichs beträgt, kommt es bei hohen Frequenzen zu Verlusten. Dies erklärt, warum die Standardfrequenz für eine Audio-CD 44,1 kHz beträgt. Da der Schwingungsbereich von Schallwellen zwischen 20 Hz und 20 kHz liegt, muss die Anzahl der Signalmessungen pro Sekunde größer sein als die Anzahl der Schwingungen im gleichen Zeitraum. Wenn die Abtastfrequenz deutlich niedriger ist als die Frequenz der Schallwelle, kann sich die Amplitude des Signals in der Zeit zwischen den Messungen mehrmals ändern, was dazu führt, dass der digitale Fingerabdruck einen chaotischen Datensatz trägt. Bei der Digital-Analog-Wandlung überträgt ein solches Sample nicht das Hauptsignal, sondern erzeugt nur Rauschen.

Im neuen Audio-DVD-Format wird das Signal 96.000 Mal in einer Sekunde gemessen, d. h. Es wird eine Abtastfrequenz von 96 kHz verwendet. Um bei Multimedia-Anwendungen Festplattenplatz zu sparen, werden häufig niedrigere Frequenzen verwendet: 11, 22, 32 kHz. Dies führt zu einer Verringerung des hörbaren Frequenzbereichs, was zu einer starken Verzerrung des Gehörten führt.

Wenn Sie denselben Klang bei 1 kHz grafisch darstellen (die Note bis zur siebten Oktave eines Klaviers entspricht ungefähr dieser Frequenz), aber bei unterschiedlichen Frequenzen abgetastet wird (der untere Teil der Sinuswelle wird nicht in allen Diagrammen angezeigt), ergeben sich die Unterschiede wird sichtbar sein. Eine Unterteilung auf der horizontalen Achse, die die Zeit anzeigt, entspricht 10 Proben. Der Maßstab wird gleich übernommen (siehe Anhang Abbildung 1.13). Sie können sehen, dass es bei 11 kHz etwa fünf Schallwellenschwingungen pro 50 Samples gibt, was bedeutet, dass eine Sinuswellenperiode mit nur 10 Werten dargestellt wird. Dies ist eine ziemlich ungenaue Wiedergabe. Wenn wir gleichzeitig die Digitalisierungsfrequenz von 44 kHz berücksichtigen, dann gibt es für jede Periode der Sinuskurve bereits fast 50 Abtastwerte. Dadurch erhalten Sie ein Signal von guter Qualität.

Bittiefe gibt an, mit welcher Genauigkeit Änderungen in der Amplitude des analogen Signals auftreten. Die Genauigkeit, mit der der Signalamplitudenwert zu jedem Zeitpunkt während der Digitalisierung übertragen wird, bestimmt die Qualität des Signals nach der Digital-Analog-Wandlung. Die Zuverlässigkeit der Wellenformrekonstruktion hängt von der Bittiefe ab.

Zur Kodierung des Amplitudenwertes kommt das Prinzip der binären Kodierung zum Einsatz. Das Tonsignal muss als Folge elektrischer Impulse (binäre Nullen und Einsen) dargestellt werden. Typischerweise werden 8-, 16-Bit- oder 20-Bit-Darstellungen von Amplitudenwerten verwendet. Bei der binären Codierung eines kontinuierlichen Audiosignals wird dieses durch eine Folge diskreter Signalpegel ersetzt. Die Qualität der Kodierung hängt von der Abtastfrequenz (der Anzahl der Signalpegelmessungen pro Zeiteinheit) ab. Mit zunehmender Abtastfrequenz steigt die Genauigkeit der binären Darstellung von Informationen. Bei einer Frequenz von 8 kHz (Anzahl der Samples pro Sekunde 8000) entspricht die Qualität des abgetasteten Audiosignals der Qualität einer Radiosendung und bei einer Frequenz von 48 kHz (Anzahl der Samples pro Sekunde 48000) der Tonqualität einer Audio-CD.

Wenn Sie die 8-Bit-Kodierung verwenden, können Sie eine analoge Signalamplitudengenauigkeit von bis zu 1/256 des Dynamikbereichs eines digitalen Geräts (2 8 = 256) erreichen.

Wenn Sie die Amplitudenwerte des Audiosignals mit einer 16-Bit-Kodierung darstellen, erhöht sich die Messgenauigkeit um das 256-fache.

Moderne Konverter verwenden typischerweise eine 20-Bit-Signalkodierung, die eine qualitativ hochwertige Audiodigitalisierung ermöglicht.

Erinnern wir uns an die Formel K = 2 a. Dabei ist K die Anzahl aller möglichen Töne (die Anzahl unterschiedlicher Signalpegel oder -zustände), die durch Kodierung von Tönen mit Bits erhalten werden können

Wir haben Zahlensysteme kennengelernt – Möglichkeiten zur Kodierung von Zahlen. Zahlen geben Auskunft über die Anzahl der Artikel. Diese Informationen müssen kodiert und in einer Art Zahlensystem dargestellt werden. Welche der bekannten Methoden man wählt, hängt vom zu lösenden Problem ab.
Bis vor Kurzem verarbeiteten Computer hauptsächlich numerische und textliche Informationen. Die meisten Informationen über die Außenwelt erhält der Mensch jedoch in Form von Bildern und Ton. In diesem Fall erweist sich das Bild als wichtiger. Denken Sie an das Sprichwort: „Es ist besser, einmal zu sehen, als hundertmal zu hören.“ Daher beginnen Computer heute immer aktiver mit Bild und Ton zu arbeiten. Wir werden auf jeden Fall Möglichkeiten zur Kodierung solcher Informationen in Betracht ziehen.

Binäre Kodierung von Zahlen- und Textinformationen.

Alle Informationen werden in einem Computer mithilfe von Folgen aus zwei Ziffern – 0 und 1 – codiert. Der Computer speichert und verarbeitet Informationen in Form einer Kombination elektrischer Signale: Eine Spannung von 0,4 V bis 0,6 V entspricht einer logischen Null und eine Spannung von 2,4 V bis 2,7 V V entspricht der logischen Eins. Es werden Folgen von 0 und 1 aufgerufen Binärcodes , und die Zahlen 0 und 1 sind Bits (Binär-Zahlen). Diese Kodierung von Informationen auf einem Computer nennt man binäre Kodierung . Binäre Kodierung ist also eine Kodierung mit der geringstmöglichen Anzahl elementarer Symbole, eine Kodierung mit einfachsten Mitteln. Deshalb ist es aus theoretischer Sicht bemerkenswert.
Ingenieure fühlen sich von der binären Kodierung von Informationen angezogen, weil sie technisch einfach umzusetzen ist. Elektronische Schaltkreise zur Verarbeitung binärer Codes dürfen sich nur in einem von zwei Zuständen befinden: Es gibt ein Signal / kein Signal oder Hochspannung/Niederspannung .
Bei ihrer Arbeit arbeiten Computer mit reellen und ganzen Zahlen, dargestellt in Form von zwei, vier, acht und sogar zehn Bytes. Um beim Zählen das Vorzeichen einer Zahl darzustellen, ein Zusatz Zeichen Ziffer , die normalerweise vor den numerischen Ziffern steht. Für positive Zahlen ist der Wert des Vorzeichenbits 0 und für negative Zahlen - 1. Um die interne Darstellung einer negativen Ganzzahl (-N) zu schreiben, müssen Sie:
1) Erhalten Sie den zusätzlichen Code der Zahl N, indem Sie 0 durch 1 und 1 durch 0 ersetzen;
2) Addiere 1 zur resultierenden Zahl.

Da ein Byte nicht ausreicht, um diese Zahl darzustellen, wird sie als 2 Byte oder 16 Bit dargestellt. Der Komplementcode lautet 1111101111000101, also -1082 = 1111101111000110.
Wenn ein PC nur einzelne Bytes verarbeiten könnte, wäre das wenig sinnvoll. In der Realität arbeitet ein PC mit Zahlen, die in zwei, vier, acht und sogar zehn Bytes geschrieben sind.
Seit den späten 60er Jahren werden Computer zunehmend zur Verarbeitung von Textinformationen eingesetzt. Zur Darstellung von Textinformationen werden üblicherweise 256 verschiedene Zeichen verwendet, zum Beispiel Groß- und Kleinbuchstaben des lateinischen Alphabets, Zahlen, Satzzeichen usw. In den meisten modernen Computern entspricht jedes Zeichen einer Folge von acht Nullen und Einsen, genannt Byte .
Ein Byte ist eine Acht-Bit-Kombination aus Nullen und Einsen.
Bei der Kodierung von Informationen in diesen elektronischen Computern werden 256 verschiedene Folgen von 8 Nullen und Einsen verwendet, wodurch 256 Zeichen kodiert werden können. Beispielsweise hat der große russische Buchstabe „M“ den Code 11101101, der Buchstabe „I“ den Code 11101001, der Buchstabe „P“ den Code 11110010. Somit wird das Wort „WORLD“ mit einer Folge von 24 Bits kodiert oder 3 Bytes: 111011011110100111110010.
Die Anzahl der Bits in einer Nachricht wird als Nachrichteninformationsvolumen bezeichnet. Das ist interessant!

Zunächst wurde in Computern nur das lateinische Alphabet verwendet. Es hat 26 Buchstaben. Fünf Impulse (Bits) würden also ausreichen, um jeden einzelnen zu bezeichnen. Der Text enthält jedoch Satzzeichen, Dezimalzahlen usw. Daher umfasste ein Byte – eine Maschinensilbe – in den ersten englischsprachigen Computern sechs Bits. Dann sieben – nicht nur, um große von kleinen Buchstaben zu unterscheiden, sondern auch, um die Anzahl der Steuercodes für Drucker, Signalleuchten und andere Geräte zu erhöhen. 1964 erschien der leistungsstarke IBM-360, bei dem das Byte schließlich acht Bits entsprach. Das letzte Achtelbit wurde für pseudografische Zeichen benötigt.
Die Zuordnung eines bestimmten Binärcodes zu einem Symbol ist eine Konventionssache, die in der Codetabelle festgehalten wird. Leider gibt es fünf verschiedene Kodierungen russischer Buchstaben, sodass Texte, die in einer Kodierung erstellt wurden, in einer anderen nicht korrekt wiedergegeben werden.
Chronologisch gesehen war KOI8 („Information Exchange Code, 8-bit“) einer der ersten Standards zur Kodierung russischer Buchstaben auf Computern. Die gebräuchlichste Kodierung ist die standardmäßige kyrillische Kodierung von Microsoft Windows, die mit der Abkürzung SR1251 bezeichnet wird („SR“ steht für „Codepage“ oder „Codepage“). Apple hat eine eigene Kodierung russischer Buchstaben (Mac) für Macintosh-Computer entwickelt. Die International Standards Organization (ISO) hat die Kodierung ISO 8859-5 als Standard für die russische Sprache genehmigt. Endlich ist ein neuer internationaler Standard, Unicode, erschienen, der jedem Zeichen nicht ein, sondern zwei Bytes zuweist, sodass Sie mit seiner Hilfe nicht 256 Zeichen, sondern bis zu 65536 codieren können.
Alle diese Kodierungen führen die ASCII-Codetabelle (American Standard Code for Information Interchange) fort, die 128 Zeichen kodiert.
ASCII-Zeichentabelle:

Die binäre Kodierung von Text erfolgt wie folgt: Wenn Sie eine Taste drücken, wird eine bestimmte Folge elektrischer Impulse an den Computer übertragen, und jedes Zeichen entspricht seiner eigenen Folge elektrischer Impulse (Nullen und Einsen in der Maschinensprache). Das Tastatur- und Bildschirmtreiberprogramm ermittelt das Zeichen anhand der Codetabelle und erstellt sein Bild auf dem Bildschirm. So werden Texte und Zahlen im Speicher des Computers im Binärcode abgelegt und programmgesteuert in Bilder auf dem Bildschirm umgewandelt.

Seit den 80er Jahren hat sich die Technologie zur Verarbeitung grafischer Informationen auf einem Computer rasant weiterentwickelt. Computergrafiken werden häufig in Computersimulationen in der wissenschaftlichen Forschung, Computersimulation, Computeranimation, Geschäftsgrafiken, Spielen usw. verwendet.
Grafische Informationen werden auf dem Bildschirm in Form eines Bildes dargestellt, das aus Punkten (Pixeln) besteht. Schauen Sie sich ein Zeitungsfoto genau an und Sie werden sehen, dass es ebenfalls aus winzigen Punkten besteht. Handelt es sich dabei nur um schwarze und weiße Punkte, dann kann jeder von ihnen mit 1 Bit kodiert werden. Wenn das Foto jedoch Schattierungen aufweist, können Sie mit zwei Bits 4 Punktschattierungen kodieren: 00 – Weiß, 01 – Hellgrau, 10 – Dunkelgrau, 11 – Schwarz. Mit drei Bits können Sie 8 Farbtöne usw. kodieren.
Die Anzahl der Bits, die zum Kodieren eines Farbtons erforderlich sind, wird als Farbtiefe bezeichnet.

In modernen Computern Auflösung (Anzahl der Punkte auf dem Bildschirm) sowie die Anzahl der Farben hängen vom Videoadapter ab und können per Software geändert werden.
Farbbilder können verschiedene Modi haben: 16 Farben, 256 Farben, 65536 Farben ( hohe Farbe), 16777216 Farben ( wahre Farbe). Pro Punkt für Modus hohe Farbe Es werden 16 Bit oder 2 Byte benötigt.
Die gängigste Bildschirmauflösung beträgt 800 x 600 Pixel, d.h. 480000 Punkte. Berechnen wir die Menge an Videospeicher, die für den High-Color-Modus erforderlich ist: 2 Bytes *480000=960000 Bytes.
Zur Messung der Informationsmenge werden auch größere Einheiten verwendet:

Daher entsprechen 960.000 Byte ungefähr 937,5 KB. Wenn ein Mensch acht Stunden am Tag ohne Pause spricht, spricht er im Laufe von 70 Lebensjahren über etwa 10 Gigabyte an Informationen (das sind 5 Millionen Seiten – ein 500 Meter hoher Papierstapel).
Die Informationsübertragungsrate ist die Anzahl der pro Sekunde übertragenen Bits. Die Übertragungsrate von 1 Bit pro Sekunde wird als 1 Baud bezeichnet.

Eine Bitmap, ein binärer Bildcode, wird im Videospeicher des Computers gespeichert, von wo aus sie vom Prozessor gelesen (mindestens 50 Mal pro Sekunde) und auf dem Bildschirm angezeigt wird.

Binäre Kodierung von Audioinformationen.

Seit Anfang der 90er Jahre können Personalcomputer mit Audioinformationen arbeiten. Jeder Computer mit einer Soundkarte kann als Dateien speichern ( Eine Datei ist eine bestimmte Menge an Informationen, die auf der Festplatte gespeichert sind und einen Namen haben ) und Audioinformationen abspielen. Der Einsatz spezieller Software (Audiodatei-Editoren) eröffnet vielfältige Möglichkeiten zum Erstellen, Bearbeiten und Anhören von Sounddateien. Spracherkennungsprogramme werden entwickelt und es wird möglich, den Computer mit Ihrer Stimme zu steuern.
Es ist die Soundkarte (Karte), die das analoge Signal in einen diskreten Tonträger umwandelt und umgekehrt den „digitalisierten“ Ton in ein analoges (kontinuierliches) Signal, das an den Lautsprechereingang geht.

Bei der binären Kodierung eines analogen Audiosignals wird das kontinuierliche Signal abgetastet, d. h. wird durch eine Reihe seiner Einzelproben – Messwerte – ersetzt. Die Qualität der binären Kodierung hängt von zwei Parametern ab: der Anzahl der diskreten Signalpegel und der Anzahl der Abtastwerte pro Sekunde. Die Anzahl der Samples bzw. die Samplingfrequenz in Audioadaptern kann unterschiedlich sein: 11 kHz, 22 kHz, 44,1 kHz usw. Wenn die Anzahl der Ebenen 65536 beträgt, sind 16 Bit (216) für ein Audiosignal ausgelegt. Ein 16-Bit-Audioadapter kodiert und reproduziert Audio genauer als ein 8-Bit-Audioadapter.
Die Anzahl der Bits, die zum Kodieren eines Audiopegels erforderlich sind, wird als Audiotiefe bezeichnet.
Die Lautstärke einer Mono-Audiodatei (in Bytes) wird durch die Formel bestimmt:

Bei stereofonem Klang verdoppelt sich die Lautstärke der Audiodatei, bei quadrofonem Klang vervierfacht sie sich.
Mit zunehmender Komplexität von Programmen und zunehmenden Funktionen sowie dem Aufkommen multimedialer Anwendungen nimmt der Funktionsumfang von Programmen und Daten zu. Betrug das übliche Programm- und Datenvolumen Mitte der 80er Jahre Dutzende und nur manchmal Hunderte von Kilobyte, so begann es Mitte der 90er Jahre bei mehreren zehn Megabyte zu liegen. Die Menge an RAM erhöht sich entsprechend.