Pasaulē notiek pastāvīga informācijas plūsmu apmaiņa. Avoti var būt cilvēki, tehniskas ierīces, dažādas lietas, nedzīvas un dzīvas dabas objekti. Informāciju var saņemt gan viens objekts, gan vairāki.
Labākai datu apmaiņai informācija vienlaikus tiek kodēta un apstrādāta raidītāja pusē (dati tiek sagatavoti un pārvērsti apraidei, apstrādei un uzglabāšanai ērtā formā), pārsūtīšana un dekodēšana tiek veikta uztvērēja pusē (kodēta datu konvertēšana sākotnējā formā). Tie ir savstarpēji saistīti uzdevumi: avotam un uztvērējam jābūt līdzīgiem informācijas apstrādes algoritmiem, pretējā gadījumā kodēšanas-dekodēšanas process nebūs iespējams. Grafiskās un multivides informācijas kodēšana un apstrāde parasti tiek īstenota, pamatojoties uz datortehnoloģiju.
Informācijas kodēšana datorā
Ir daudzi veidi, kā apstrādāt datus (tekstus, skaitļus, grafiku, video, skaņu), izmantojotdators. Visa datora apstrādātā informācija tiek attēlota binārā kodā - izmantojot skaitļus 1 un 0, ko sauc par bitiem. Tehniski šī metode tiek īstenota ļoti vienkārši: 1 - elektriskais signāls ir, 0 - nav. No cilvēka viedokļa šādi kodi ir neērti uztverei - garas nulles un vieninieku virknes, kas ir iekodētas rakstzīmes, ir ļoti grūti uzreiz atšifrēt. Bet šāds ieraksta formāts uzreiz skaidri parāda, kas ir informācijas kodēšana. Piemēram, skaitlis 8 binārā astoņu ciparu formā izskatās pēc šādas bitu secības: 000001000. Bet kas cilvēkam ir grūti, tas datoram ir vienkāršs. Elektronikai ir vieglāk apstrādāt daudzus vienkāršus elementus nekā nelielu skaitu sarežģītu.
Teksta kodējums
Kad nospiežam taustiņu uz tastatūras, dators saņem noteiktu nospiestās pogas kodu, atrod to standarta ASCII rakstzīmju tabulā (American Code for Information Interchange), “saprot”, kura poga tiek nospiesta un nodod šo kodu tālākai apstrādei (piemēram, lai parādītu rakstzīmi monitorā). Lai saglabātu rakstzīmju kodu binārā formā, tiek izmantoti 8 biti, tāpēc maksimālais kombināciju skaits ir 256. Pirmās 128 rakstzīmes tiek izmantotas vadības rakstzīmēm, cipariem un latīņu burtiem. Otrā puse ir valsts simboliem un pseidogrāfijai.
Teksta kodējums
Ar piemēru būs vieglāk saprast, kas ir informācijas kodējums. Apsveriet angļu rakstzīmes "C" kodusun krievu burts "C". Ņemiet vērā, ka rakstzīmes ir ar lielajiem burtiem un to kodi atšķiras no mazajiem burtiem. Angļu rakstzīme izskatīsies kā 01000010, bet krievu – 11010001. Kas cilvēkam monitorā izskatās vienādi, to dators uztver pavisam savādāk. Tāpat jāpievērš uzmanība tam, ka pirmo 128 zīmju kodi paliek nemainīgi, un, sākot no 129 un tālāk, vienam binārajam kodam var atbilst dažādi burti atkarībā no izmantotās kodu tabulas. Piemēram, decimālais kods 194 var atbilst burtam “b” KOI8, “B” CP1251, “T” ISO, un CP866 un Mac kodējumos šim kodam neatbilst neviena rakstzīme. Tāpēc, kad, atverot tekstu, mēs redzam burtu-rakstzīmju abrakadabru, nevis krievu vārdus, tas nozīmē, ka šāds informācijas kodējums mums neder un mums ir jāizvēlas cits rakstzīmju pārveidotājs.
Ciparu kodējums
Binārajā sistēmā tiek ņemti tikai divi vērtības varianti - 0 un 1. Visas pamatoperācijas ar binārajiem skaitļiem izmanto zinātne, ko sauc par bināro aritmētiku. Šīm darbībām ir savas īpašības. Ņemiet, piemēram, uz tastatūras ievadīto numuru 45. Katram ciparam ir savs astoņu ciparu kods ASCII kodu tabulā, tāpēc numurs aizņem divus baitus (16 bitus): 5 - 01010011, 4 - 01000011. Lai šo skaitli izmantotu aprēķinos, tas ar īpašiem algoritmiem tiek pārveidots binārajā sistēmā astoņu ciparu binārā skaitļa veidā: 45 - 00101101.
Kodēšana un apstrādegrafiskā informācija
50. gados datori, kas visbiežāk tika izmantoti zinātniskiem un militāriem mērķiem, bija pirmie, kas ieviesa datu grafisko attēlojumu. Mūsdienās no datora saņemtās informācijas vizualizācija ir izplatīta un pazīstama parādība jebkurai personai, un tajās dienās tā radīja ārkārtēju revolūciju darbā ar tehnoloģijām. Iespējams, ka ietekmēja cilvēka psihes ietekme: vizuāli pasniegtā informācija tiek labāk absorbēta un uztverta. Liels izrāviens datu vizualizācijas attīstībā notika 80. gados, kad grafiskās informācijas kodēšana un apstrāde guva spēcīgu attīstību.
Analogs un diskrēts grafikas attēlojums
Grafiskā informācija var būt divu veidu: analogā (gleznas audekls ar nepārtraukti mainīgu krāsu) un diskrētu (attēls, kas sastāv no daudziem dažādu krāsu punktiem). Lai ērtāk strādātu ar attēliem datorā, tie tiek apstrādāti - telpiskā izlase, kurā katram elementam tiek piešķirta noteikta krāsas vērtība individuāla koda veidā. Grafiskās informācijas kodēšana un apstrāde ir līdzīga darbam ar mozaīku, kas sastāv no liela skaita mazu fragmentu. Turklāt kodēšanas kvalitāte ir atkarīga no punktu lieluma (jo mazāks ir elementa izmērs - būs vairāk punktu uz laukuma vienību - jo augstāka kvalitāte) un izmantotās krāsu paletes lieluma (jo vairāk krāsu stāvokļu katram dot var veikt, attiecīgi, veicot vairāk informācijas, jo labākkvalitāte).
Grafikas izveide un glabāšana
Ir vairāki pamata attēlu formāti – vektors, fraktālis un rastra. Atsevišķi tiek aplūkota rastra un vektora kombinācija - mūsdienās plaši izplatīta multimediju 3D grafika, kas ir trīsdimensiju objektu konstruēšanas paņēmieni un metodes virtuālajā telpā. Grafikas un multivides informācijas kodēšana un apstrāde katram attēla formātam ir atšķirīga.
Bitkarte
Šī grafiskā formāta būtība ir tāda, ka attēls ir sadalīts mazos daudzkrāsainos punktos (pikseļos). Augšējais kreisais kontroles punkts. Grafiskās informācijas kodēšana vienmēr sākas no attēla kreisā stūra rinda pa rindiņai, katrs pikselis saņem krāsu kodu. Rastra attēla apjomu var aprēķināt, punktu skaitu reizinot ar katra no tiem informācijas apjomu (kas atkarīgs no krāsu opciju skaita). Jo augstāka ir monitora izšķirtspēja, jo lielāks ir rastra līniju un punktu skaits attiecīgi katrā rindā, jo augstāka attēla kvalitāte. Varat izmantot bināro kodu, lai apstrādātu rastra tipa grafiskos datus, jo katra punkta spilgtumu un tā atrašanās vietas koordinātas var attēlot kā veselus skaitļus.
Vektorattēls
Vektora tipa grafiskās un multivides informācijas kodēšana ir samazināta līdz faktam, ka grafiskais objekts tiek attēlots elementāru segmentu un loku veidā. īpašībaslīnijas, kas ir pamatobjekts, ir forma (taisna vai līkne), krāsa, biezums, stils (punktēta vai nepārtraukta līnija). Tām līnijām, kas ir aizvērtas, ir vēl viena īpašība - aizpildījums ar citiem objektiem vai krāsu. Objekta pozīciju nosaka līnijas sākuma un beigu punkts un loka izliekuma rādiuss. Grafiskās informācijas apjoms vektoru formātā ir daudz mazāks nekā rastra formātā, taču tam ir nepieciešamas īpašas programmas, lai skatītu šāda veida grafiku. Ir arī programmas - vektorizētāji, kas pārvērš rastra attēlus vektoros.
Fraktāļu grafika
Šis grafikas veids, tāpat kā vektorgrafika, ir balstīts uz matemātiskiem aprēķiniem, bet tā pamatkomponents ir pati formula. Datora atmiņā nav jāglabā nekādi attēli vai objekti, pats attēls tiek uzzīmēts tikai pēc formulas. Šis grafikas veids ir ērts, lai vizualizētu ne tikai vienkāršas regulāras struktūras, bet arī sarežģītas ilustrācijas, kas atdarina, piemēram, ainavas spēlēs vai emulatoros.
Skaņas viļņi
Kāds ir informācijas kodējums, var parādīt arī ar piemēru darbam ar skaņu. Mēs zinām, ka mūsu pasaule ir pilna ar skaņām. Kopš seniem laikiem cilvēki ir sapratuši, kā rodas skaņas - saspiesta un retināta gaisa viļņi, kas ietekmē bungādiņas. Cilvēks var uztvert viļņus ar frekvenci no 16 Hz līdz 20 kHz (1 Herts – viena svārstība sekundē). Visi viļņi, kuru svārstību frekvences ietilpst šajā robežāsdiapazonu sauc par audio.
Skaņas īpašības
Skaņas īpašības ir tonis, tembrs (skaņas krāsa atkarībā no vibrāciju formas), augstums (frekvence, ko nosaka vibrāciju biežums sekundē) un skaļums atkarībā no intensitātes. no vibrācijām. Jebkura reāla skaņa sastāv no harmonisku vibrāciju maisījuma ar fiksētu frekvenču kopu. Vibrāciju ar viszemāko frekvenci sauc par pamattoni, pārējais ir virstoņi. Tembrs – atšķirīgs virstoņu skaits, kas raksturīgs šai konkrētajai skaņai – piešķir skaņai īpašu krāsu. Tieši pēc tembra varam atpazīt tuvinieku balsis, atšķirt mūzikas instrumentu skanējumu.
Programmas darbam ar skaņu
Programmas var nosacīti iedalīt vairākos veidos pēc to funkcionalitātes: utilīta programmas un draiveri skaņas kartēm, kas ar tām strādā zemā līmenī, audio redaktori, kas veic dažādas darbības ar skaņas failiem un pielieto tiem dažādus efektus, programmatūras sintezatori un analogo-digitālo pārveidotāju (ADC) un ciparu-analogo pārveidotāju (DAC).
Audio kodējums
Multivides informācijas kodēšana ir skaņas analogā rakstura pārvēršana diskrētā veidā ērtākai apstrādei. ADC saņem analogo signālu ieejā, mēra tā amplitūdu noteiktos laika intervālos un izvadā izvada digitālo secību ar datiem par amplitūdas izmaiņām. Fiziska transformācija nenotiek.
Izejas signāls ir diskrēts, tāpēc jo biežākamplitūdas mērīšanas frekvence (izlase), jo precīzāk izejas signāls atbilst ieejas signālam, jo labāka ir multivides informācijas kodēšana un apstrāde. Paraugu parasti sauc arī par sakārtotu digitālo datu secību, kas saņemta caur ADC. Pats process tiek saukts par paraugu ņemšanu, krievu valodā - diskretizācija.
Apgrieztā pārveidošana notiek ar DAC palīdzību: pamatojoties uz ieejā ievadītajiem digitālajiem datiem, noteiktos laika momentos tiek ģenerēts vajadzīgās amplitūdas elektriskais signāls.
Izlases parametri
Galvenie iztveršanas parametri ir ne tikai mērījumu frekvence, bet arī bitu dziļums – katra parauga amplitūdas izmaiņu mērīšanas precizitāte. Jo precīzāk signāla amplitūdas vērtība tiek pārraidīta digitalizācijas laikā katrā laika vienībā, jo augstāka ir signāla kvalitāte pēc ADC, jo augstāka ir viļņu atgūšanas ticamība apgrieztās konversijas laikā.
