Кодирование информации

13. Кодирование рисунков: другие методы
§ 14. Кодирование звука и видео
§

В, …, Я, …}
всего М символов (мощность)
длина

в двоичном коде

.otf):
Times New Roman

Interchange
48 – 57 цифры 0..9
65 – 90 заглавные

Всего 128 символов, коды с 0 до 127

7-битная кодировка

Windows-1251 – для системы Windows (Интернет)
KOI8-R –

Добавим 1 бит до 8 бит на символ.

Всего 256 символов, коды с 0 до 255

какая кодировка

= 65536 символов
нужно больше!
Стандарт UNICODE: место для 1 112 064

заполнены
 136 тысяч (2017)

Windows:
UTF-16 2 или 4 байта на символ

Linux и др.:
UTF-8 от 1 до 4 байт на символ

более 80% сайтов

можно использовать много символов

увеличивается объём файла
сложнее обрабатывать, если переменное
число байт на символ

символов
Место для 1 символа
Задача. Определите информационный объём сообщения
ПРИВЕТ, МИР!
при использовании

L = 12 символов
i = 16 бит
I = 12  16 =192 бита

= 2 байта

I = 12  2 = 24 байта

на каждой странице 48 строк, в каждой строке 64 символа.

I = L · i

L = 12  48  64
i = 16 бит = 2 байта
I = 9  212  2 = 9  213 байтов

34 = 322

316 = 324

26

= 9  212 символов

займет статья, если на одной странице электронного документа помещается 32

I = L · i

L = x  32  64
i = 8 бит = 1 байт
I = x  211  1 = x  211 байт
x  211 байт = 96  210 байт
x  2 = 96
x = 48 страниц

25

26

= x  211 символов

= 96 Кбайтов

1 Кбайт = 210 байт!

задать свой цвет.
дискретизация
пиксель
Растровое изображение – это изображение, которое кодируется как

растр

= pixels per inch, пикселей на дюйм
300 ppi
96 ppi
48 ppi
24

печать

экран

1 дюйм = 2,54 см

разрешением 300 ppi, чтобы с него можно было сделать отпечаток

 1181 пиксель

0)
(255, 255, 0)
(0, 0, 255)
(255, 150, 150)
(100, 0, 0)
256·256·256 =

(150, 150, 150)

(20, 20, 20)

256 = 28 оттенков
8 битов = 1 байт
Глубина цвета —

True Color (истинный цвет)

Задача. Определите размер файла, в котором закодирован растровый рисунок размером 20×30 пикселей в режиме истинного цвета (True Color).

20  30  3 байта = 1800 байт

Cyan
Белый – зелёный = пурпурный M = Magenta
Белый

Модель CMY

C

M

Y

0

0

0

255

255

0

255

0

255

0

255

255

255

255

255

Модель CMYK: + Key color

меньший расход краски и лучшее качество для чёрного и серого цветов

монитор

печатный
документ

напечатать (CMYK)
при переводе кода цвета из RGB в CMYK цвет

видит человек

RGB

CMYK

RGB(0,255,0)
CMYK(65,0,100,0)
 RGB(104,175,35)

Saturation (насыщенность)

Тон (H)

 насыщенность – добавить белого

 яркость – добавить чёрного

таблица, в которой каждому цвету, заданному в виде составляющих в

256.
Шаг 2. Выбрать 256 цветов из палитры:
Шаг 3. Составить палитру

Шаг 4. Код пикселя = номеру его цвета в палитре

рисунок размером 20×30 пикселей с 16 цветной палитрой. Место для

количество пикселей 20  30 = 600
16 цветов  4 бита на пиксель (16 = 24)
600  4 = 2400 бита = 300 байт

316 = 48 байтов

кодирования и обработки размытых изображений, не имеющих чётких границ (фотографий)
есть

(кривые Безье)
Для каждой фигуры в памяти хранятся:
размеры и координаты на

для каждого узла, кривые 3-го порядка).
угловой узел

потери информации
при изменении размера нет искажений




меньше размер файла, зависит от

не используют для фотографий и размытых изображений

(программа CorelDraw)
AI (программа Adobe Illustrator)
EPS (для подготовки печатных изданий)
SVG (Scalable

для веб-страниц

stroke-width="1" stroke="rgb(0,0,0)"
fill="rgb(255,255,255)"/>

созданием моделей и изображений трёхмерных объектов.
3D-модели: каждая точка имеет 3

3D-модели

проекции (на плоскость)

расчёты (на прочность и т.п.)

анимация

3D-печать

из нескольких таких же, только меньшего размера.
Множество Мандельброта 
Пифагорово дерево 
Задаётся математической

(дискретизация).
– интервал дискретизации (с)
– частота дискретизации (Гц,

8 кГц – минимальная частота для распознавания речи
11 кГц, 22 кГц,
44,1 кГц – качество CD-дисков
48 кГц – фильмы на DVD
96 кГц, 192 кГц

Человек слышит
16 Гц … 20 кГц

256 уровней
16 битов = 65536 уровней
24 бита = 224 =

Глубина кодирования — это число битов для хранения одного результата измерений.

AЦП = Аналого-Цифровой Преобразователь

в звуковой карте

устройства!
ЦАП = Цифро-Аналоговый Преобразователь
было до оцифровки
в звуковой карте

длительностью 1 минута с частотой 44 кГц с помощью 16-битной

За 1 сек каждый канал записывает 44000 значений, каждое занимает 16 битов = 2 байта
всего 44000  2 байта = 88000 байтов
С учётом «стерео»
всего 88000  2 = 176000 байтов
За 1 минуту
176000  60 = 10560000 байтов
 10313 Кбайт  10 Мбайт

шорох, …)
есть потеря информации
большой объем файлов
Форматы файлов:
WAV (Waveform audio format),

инструментов).
в файле .mid:
нота (высота, длительность)
музыкальный инструмент
параметры звука (громкость, тембр)
до 1024

MIDI-клавиатура:

нет потери информации при кодировании инструментальной музыки
небольшой размер файлов

невозможно закодировать
нестандартный звук, голос

программа для звуковой карты!

128 мелодических и 47 ударных

за 1 с: 720×576×25×3 байта ≈ 30

видео; могут использоваться разные алгоритмы сжатия
MPEG – Motion Picture Expert

технические устройства, с помощью которых передаётся информация.
Носитель — это

почта, воздух, электрические кабели, радиоканал

бумага, звуковые волны, радиоволны, ток

для передачи информации.
Сообщение — это последовательность сигналов.
кодирование
МАМА МЫЛА РАМУ
101010101101010100…
исходное сообщение
закодированное

…ЫМ АМАМ

декодирование

передача

t,
где I — количество переданных данных
t

= 1 000 000 бит/с
1 Гбит/c = 1 000 000

Сравните:
1 Кбайт = 1024 байта
1 Mбайт = 1024 Кбайта
1 Гбайт = 1024 Мбайта

Файл размером 1000 бит был передан по каналу связи за 40 с. Найдите среднюю скорость передачи данных в битах в секунду.

Файл размером 1000 байт был передан по каналу связи за 40 с. Найдите среднюю скорость передачи данных в битах в секунду.

200 бит/c

Пропускная способность канала связи — это предельно возможная скорость передачи.

200 бит/с. Сколько бит будет передано за
5 секунд?
I =

Скорость передачи данных по линии связи равна 200 бит/с. Сколько байт будет передано за
5 минут?

бит/с. Сколько секунд потребуется на передачу файла размером 4000 бит?
t

Скорость передачи данных по линии связи равна 212 бит/с. Сколько секунд потребуется на передачу файла размером 2 Кбайт?

время передачи по сети
Кодек – это программа для сжатия/распаковки цифрового

одинаковых символов, используется для рисунков *.bmp).
100
100
200 байт
Файл qq.txt
Файл qq.rle (сжатый)
4

Код буквы А

Код буквы B

Коэффициент сжатия – это отношение размера исходного файла к размеру сжатого файла.

I0

Iсж

цепочки символов
другие закономерности
Сжатие «устраняет» избыточность.
Влга впдт в Кспске мре.
Хорошо

Плохо сжимаются
программы
случайные данные
сжатые данные

данных, при котором можно восстановить их исходный вид без искажений.

Тексты, программы, числовые данные и т.п.
Рисунки: GIF, PNG

данных, при котором распакованный файл может отличаться от оригинала.
Рисунки:

100%
12 Кбайт

50%
4 Кбайт

20%
3 Кбайт

0%
2 Кбайт

копия данных
объединить много файлов в один архив
передать данные по сети
зашифровать

Обычно архивация + сжатие.

Рошала
7Z – алгоритм программы 7Zip
TGZ – алгоритм программы gzip
группа файлов
архив

сжатый архив .tgz

tar

gzip

всё
условно-бесплатная программа
только для Windows
упаковывает в форматах ZIP и RAR
распаковывает всё
Windows

словарю
полный перебор вариантов…
Требования к паролю:
не личные данные автора
не осмысленное слово
длина

в словаре (password)
удобно набирать на клавиатуре (qwerty)
одни цифры (12345)
только строчные

Хорошие пароли:

rH3cyJfl98H
67B/C9QD7dJeY
55PuHUChMW666

содержит сжатые данные и программу для их распаковки.
около 15

для распаковки не нужен архиватор
может распаковать неквалифицированный пользователь

увеличение размера файла
опасность заражения вирусами

Санкт-Петербург
kpolyakov@mail.ru
ЕРЕМИН Евгений Александрович
к.ф.-м.н., доцент кафедры мультимедийной дидактики и ИТО