Ve světě probíhá neustálá výměna informačních toků. Zdroji mohou být lidé, technická zařízení, různé věci, předměty neživé i živé přírody. Informace může přijímat jeden objekt i několik.
Pro lepší výměnu dat jsou informace současně kódovány a zpracovávány na straně vysílače (data jsou připravována a převedena do formy vhodné pro vysílání, zpracování a ukládání), předávání a dekódování je prováděno na straně přijímače (kódováno převod dat do původní podoby). Jedná se o vzájemně propojené úkoly: zdroj a přijímač musí mít podobné algoritmy zpracování informací, jinak bude proces kódování a dekódování nemožný. Kódování a zpracování grafických a multimediálních informací je obvykle realizováno na bázi výpočetní techniky.
Kódování informací v počítači
Existuje mnoho způsobů, jak zpracovat data (texty, čísla, grafiku, video, zvuk) pomocípočítač. Všechny informace zpracovávané počítačem jsou reprezentovány v binárním kódu - pomocí čísel 1 a 0, nazývaných bity. Technicky je tato metoda implementována velmi jednoduše: 1 - elektrický signál je přítomen, 0 - chybí. Z lidského hlediska jsou takové kódy pro vnímání nepohodlné – dlouhé řetězce nul a jedniček, což jsou zakódované znaky, je velmi obtížné okamžitě rozluštit. Ale takový formát záznamu okamžitě jasně ukazuje, co je kódování informací. Například číslo 8 v binárním osmimístném tvaru vypadá jako následující bitová sekvence: 000001000. Ale co je pro člověka obtížné, pro počítač je jednoduché. Pro elektroniku je snazší zpracovat mnoho jednoduchých prvků než malý počet složitých.
Kódování textu
Když stiskneme tlačítko na klávesnici, počítač obdrží určitý kód stisknutého tlačítka, vyhledá jej ve standardní tabulce znaků ASCII (American Code for Information Interchange), „pochopí“, které tlačítko bylo stisknuto a předá tento kód k dalšímu zpracování (například k zobrazení znaku na monitoru). Pro uložení znakového kódu v binární podobě se používá 8 bitů, takže maximální počet kombinací je 256. Prvních 128 znaků se používá pro řídicí znaky, čísla a latinská písmena. Druhá polovina je pro národní symboly a pseudografiku.
Kódování textu
Na příkladu bude snazší pochopit, co je kódování informací. Zvažte kódy anglického znaku "C"a ruské písmeno "C". Všimněte si, že znaky jsou velká a jejich kódy se liší od malých. Anglický znak bude vypadat jako 01000010 a ruský jako 11010001. To, co člověku na obrazovce monitoru připadá, počítač vnímá úplně jinak. Dále je třeba dbát na to, že kódy prvních 128 znaků zůstávají nezměněny a počínaje 129 a dále mohou jednomu binárnímu kódu odpovídat různá písmena v závislosti na použité kódové tabulce. Například desetinný kód 194 může odpovídat písmenu „b“v KOI8, „B“v CP1251, „T“v ISO a v kódování CP866 a Mac tomuto kódu neodpovídá vůbec ani jeden znak. Když tedy při otevírání textu vidíme místo ruských slov abrakadabra písmena-znak, znamená to, že takové kódování informací nám nevyhovuje a musíme zvolit jiný převodník znaků.
Kódování čísel
V binární soustavě se berou pouze dvě varianty hodnoty - 0 a 1. Všechny základní operace s binárními čísly využívá věda zvaná binární aritmetika. Tyto akce mají své vlastní charakteristiky. Vezměte si například číslo 45 napsané na klávesnici. Každá číslice má svůj vlastní osmimístný kód v tabulce kódů ASCII, takže číslo zabírá dva bajty (16 bitů): 5 - 01010011, 4 - 01000011. Aby bylo možné toto číslo použít ve výpočtech, je pomocí speciálních algoritmů převedeno do binárního systému ve formě osmimístného binárního čísla: 45 - 00101101.
Kódování a zpracovánígrafické informace
V 50. letech byly počítače, které se nejčastěji používaly pro vědecké a vojenské účely, prvními, které implementovaly grafické zobrazení dat. Dnes je vizualizace informací přijímaných z počítače běžným a známým jevem pro každého člověka a ve své době přinesla mimořádnou revoluci v práci s technikou. Možná měl vliv vliv lidské psychiky: vizuálně podané informace se lépe vstřebávají a vnímají. Velký průlom ve vývoji vizualizace dat nastal v 80. letech, kdy došlo k výraznému rozvoji kódování a zpracování grafických informací.
Analogové a diskrétní znázornění grafiky
Grafické informace mohou být dvou typů: analogové (malířské plátno s plynule se měnící barvou) a diskrétní (obrázek sestávající z mnoha bodů různých barev). Pro usnadnění práce s obrázky na počítači jsou zpracovány - prostorové vzorkování, ve kterém je každému prvku přiřazena konkrétní barevná hodnota ve formě individuálního kódu. Kódování a zpracování grafických informací je podobné práci s mozaikou skládající se z velkého množství malých střípků. Navíc kvalita kódování závisí na velikosti bodů (čím menší je velikost prvku - bude více bodů na jednotku plochy - tím vyšší kvalita) a velikosti použité palety barev (čím více barevných států každý tečka může pojmout, respektive nést více informací, tím lépekvalita).
Vytváření a ukládání grafiky
Existuje několik základních formátů obrázků – vektorový, fraktálový a rastrový. Samostatně se zvažuje kombinace rastru a vektoru - multimediální 3D grafiky, která je v naší době rozšířená, což jsou techniky a metody pro konstrukci trojrozměrných objektů ve virtuálním prostoru. Kódování a zpracování grafiky a multimediálních informací se pro každý formát obrázku liší.
Bitmap
Podstatou tohoto grafického formátu je, že obrázek je rozdělen do malých vícebarevných bodů (pixelů). Levý horní kontrolní bod. Kódování grafické informace vždy začíná od levého rohu obrázku řádek po řádku, každý pixel dostává barevný kód. Objem rastrového obrázku lze vypočítat vynásobením počtu bodů informačním objemem každého z nich (který závisí na počtu barevných možností). Čím vyšší je rozlišení monitoru, tím větší je počet rastrových řádků a bodů v každém řádku, tím vyšší je kvalita obrazu. Ke zpracování grafických dat rastrového typu můžete použít binární kód, protože jas každého bodu a souřadnice jeho umístění mohou být reprezentovány jako celá čísla.
Vektorový obrázek
Kódování grafických a multimediálních informací vektorového typu je redukováno na skutečnost, že grafický objekt je reprezentován ve formě elementárních segmentů a oblouků. vlastnostičáry, které jsou základním objektem, jsou tvar (rovná nebo křivka), barva, tloušťka, styl (čárkovaná nebo plná čára). Ty čáry, které jsou uzavřené, mají ještě jednu vlastnost – vyplnění jinými objekty nebo barvou. Poloha objektu je určena počátečním a koncovým bodem úsečky a poloměrem zakřivení oblouku. Množství grafických informací ve vektorovém formátu je mnohem menší než u rastrového formátu, ale zobrazení grafiky tohoto typu vyžaduje speciální programy. Existují také programy - vektorizéry, které převádějí rastrové obrázky na vektorové.
Fraktální grafika
Tento typ grafiky, stejně jako vektorová grafika, je založen na matematických výpočtech, ale jeho základní součástí je samotný vzorec. Do paměti počítače není potřeba ukládat žádné obrázky ani předměty, samotný obrázek se kreslí pouze podle vzorce. Tento typ grafiky je vhodný pro vizualizaci nejen jednoduchých pravidelných struktur, ale i složitých ilustrací, které napodobují například krajiny ve hrách nebo emulátorech.
Zvukové vlny
Jaké je kódování informace lze demonstrovat i na příkladu práce se zvukem. Víme, že náš svět je plný zvuků. Od pradávna lidé přišli na to, jak se rodí zvuky - vlny stlačeného a řídkého vzduchu, které ovlivňují ušní bubínky. Člověk může vnímat vlny s frekvencí 16 Hz až 20 kHz (1 Hertz - jeden kmit za sekundu). Všechny vlny, jejichž oscilační frekvence spadají do tohotorozsah se nazývá audio.
Vlastnosti zvuku
Vlastnosti zvuku jsou tón, zabarvení (barva zvuku v závislosti na tvaru vibrací), výška (frekvence, která je určena frekvencí vibrací za sekundu) a hlasitost v závislosti na intenzitě vibrací. Každý skutečný zvuk se skládá ze směsi harmonických vibrací s pevnou sadou frekvencí. Vibrace s nejnižší frekvencí se nazývá základní tón, zbytek jsou podtóny. Zabarvení – různý počet podtónů, které jsou tomuto konkrétnímu zvuku vlastní – dává zvuku zvláštní barvu. Právě podle zabarvení dokážeme rozpoznat hlasy milovaných, rozlišit zvuk hudebních nástrojů.
Programy pro práci se zvukem
Programy lze podmíněně rozdělit do několika typů podle jejich funkčnosti: obslužné programy a ovladače pro zvukové karty, které s nimi pracují na nízké úrovni, zvukové editory, které provádějí různé operace se zvukovými soubory a aplikují na ně různé efekty, softwarové syntezátory a analogově-digitální převodníky (ADC) a digitálně-analogové převodníky (DAC).
Kódování zvuku
Kódování multimediálních informací spočívá v převodu analogové povahy zvuku na diskrétní pro pohodlnější zpracování. ADC přijímá analogový signál na vstupu, měří jeho amplitudu v určitých časových intervalech a vydává digitální sekvenci na výstupu s daty o změnách amplitudy. Nedochází k žádné fyzické transformaci.
Výstupní signál je diskrétní, takže tím častějifrekvence měření amplitudy (vzorek), čím přesněji výstupní signál odpovídá vstupnímu signálu, tím lepší je kódování a zpracování multimediálních informací. Vzorek je také běžně označován jako uspořádaná sekvence digitálních dat přijatých přes ADC. Samotný proces se nazývá vzorkování, v ruštině - diskretizace.
Reverzní převod probíhá pomocí DAC: na základě digitálních dat vstupujících na vstup je v určitých okamžicích generován elektrický signál požadované amplitudy.
Parametry vzorkování
Hlavními parametry vzorkování nejsou pouze frekvence měření, ale také bitová hloubka – přesnost měření změny amplitudy pro každý vzorek. Čím přesněji je hodnota amplitudy signálu přenášena během digitalizace v každé časové jednotce, tím vyšší je kvalita signálu po ADC, tím vyšší je spolehlivost obnovy vlny při inverzní konverzi.
