Представление символьной информации

 

Для представления текстовой (символьной) информации в компьютере используется алфавит мощностью 256 символов. Один символ такого алфавита несет 8 бит информации. Но 8 бит = 1 байту, следовательно, двоичный код каждого символа в компьютерном тексте занимает 1 байт памяти.

 

Пример 3.1. Сколько бит памяти компьютера займет слово «Микропроцессор»?

 

Решение. Слово состоит из 14 букв. Каждая буква является символом компьютерного алфавита и поэтому занимает 1 байт памяти. Слово занимает 14 байт = 112 бит памяти.

 

Все символы компьютерного алфавита пронумерованы от 0 до 255. Каждому номеру соответствует 8-разрядный двоичный код от 00000000 до 11111111. Этот код есть порядковый номер символа в двоичной системе счисления.

Соответствие между символами и их порядковыми номерами устанавливается таблицей кодировки. Для разных типов ЭВМ используются различные таблицы кодировки. С распространением персональных компьютеров типа IBM PC международным стандартом стала таблица кодировки под названием ASCII (American Standard Code for Information Interchange) – Американский стандартный код для информационного обмена.

Стандартными в этой таблице являются только первые 128 символов, т.е. символы с номерами от 0 (00000000) до 127 (01111111). Сюда входят буквы латинского алфавита, цифры, знаки препинания, скобки и некоторые другие символы. Остальные 128 кодов, начиная с 128 (10000000) и кончая 255 (11111111), используются для кодировки букв национальных алфавитов, символов псевдографики (например, символы ├, ┤, ╩) и научных символов (например, символы ±, ≤, √).

 

Принцип последовательного кодирования алфавита:

В кодовой таблице ASCII латинские буквы (прописные и строчные) располагаются в алфавитном порядке. Расположение цифр также упорядочено по возрастанию значения. Данное правило соблюдается и в других таблицах кодировки. Благодаря этому и в машинном представлении для символьной информации сохраняется понятие «алфавитный порядок».

Между десятичным кодом строчной латинской буквы и десятичным кодом соответствующей заглавной буквы разница составляет 32. Так десятичный код заглавной буквы «А» есть 65, а строчной буквы «а» - 97 (65+32=97).

 

Пример 3.2. Буква «i» в таблице кодировке символов имеет десятичный код 105. Что зашифровано последовательностью десятичных кодов: 108 105 110 107?

 

Решение. Выпишем часть латинского алфавита и проставим их коды

i	j	k	l	m	n	o
105	106	107	108	109	110	111

Теперь вместо кодов подставим соответствующие символы:

108	105	110	107
l	i	n	k

Получили слово “link”.

Пример 3.3. С помощью последовательности десятичных кодов 99 111 109 112 117 116 101 114 зашифровано слово “computer”. Какая последовательность десятичных кодов будет соответствовать этому же слову, записанному заглавными буквами?

Решение.

строчная буква	код строчной буквы		код заглавной буквы	заглавная буква
c	99	99-32 =	67	C
o	111	111-32 =	79	O
m	109	109-32 =	77	M
p	112	112-32 =	80	P
u	117	117-32 =	85	U
t	116	116-32 =	84	T
e	101	101-32 =	69	E
r	114	114-32 =	82	R

 

Последовательность кодов будет: 67 79 77 80 85 84 69 82

 

Текстовая информация, хранящаяся в памяти компьютера в двоичном коде, из-за своей многозначности неудобна для восприятия человеком. На практике внутреннее представление чаще всего перекодируется в шестнадцатеричную форму. Шестнадцатеричный код каждого символа – двузначное число от 00 до FF.

 

Пример 3.4. Последовательность двоичных кодов: 01110011 01110100 01101111 01110000 соответствует слову "stop". Построить внутреннее шестнадцатеричное представление этого числа.

 

Решение. Заменим каждое двоичное число его шестнадцатеричным представлением:

01110011 - 73

01110100 - 74

01101111 - 6F

01110000 - 70

Следовательно, шестнадцатеричный код будет 73 74 6F 70.

 

Графическая информация

 

Один из самых важных вопросов при организации обработки графических данных — это представление и кодирование цвета.

В простейшем случае, когда на устройстве назначения всего два цвета, используется всего один бит, состояние которого и задает цвет. Если же цветов становится больше, то такой подход уже не может решить задачу.

Существует несколько способов кодирования цвета, применяемых при обработке как растровой, так и векторной графики.

Для описания градации одного цвета применяется обычное кодирование, в котором номер обозначает градацию. Чем больше значение, тем сильнее проявляется цвет. Для устройств-мониторов (в которых точка самостоятельно излучает свет) 0 обычно соответствует отсутствию цвета, а максимальное значение — максимальной светимости точки. Таким образом, появляется возможность задавать оттенок на монохромном мониторе.

В случае, когда используется печатающее устройство, на котором чернильная точка либо есть, либо нет, оттенок задается некоторой матрицей (например — 4 х 4 точки), количество чернильных точек в матрице точек будет образовывать оттенок.

В более сложных случаях, когда речь идет о кодировании сложного цвета с большим количеством оттенков, рассматривают разложение цвета на несколько отдельных компонентов, которые, смешиваясь (т.е. действуя в одной точке), образуют заданный цвет.

Компоненты цвета и способ образования из них видимого оттенка образуют цветовую модель.

Цветовые модели разрабатывались задолго до появления вычислительной техники, в психологии восприятия. Существует большое количество цветовых моделей, которые создавались и вводились разными авторами для описания и исследования зрения человека. С появлением проекционной и печатающей аппаратуры, с учетом технических требований были разработаны новые модели, учитывающие в первую очередь физические и технические аспекты формирования конкретного цвета.

Для каждого конкретного изображения все, что передается одним из компонентов цвета, также называется “каналом”.

Наиболее популярны сейчас следующие модели:

Модель восприятия HLS

Модель подразумевает образование цвета из трех основных компонентов:

H ue — оттенок цвета;

L ights — яркость;

S aturation — насыщенность.

При ее использовании считается, что все оттенки заданы на едином цветовом круге. Поэтому первый параметр задает градус поворота от эталонного оттенка (0 — белый). Остальные параметры задаются в процентах как положение между максимальными и минимальными доступными значениями.

Модель также известна под названиями HSL, HIS и другими.

Эта модель наиболее приближена к человеческому восприятию и описанию цвета. Она применяется в основном для описания цвета при анализе его восприятия человеком.

 

Аддитивная модель цвета RGB

В этой модели цвет образуется смешиванием трех компонентов:

R ed — красный;

G reen — зеленый;

B lue — голубой.

В данном случае цвет образуется из света нескольких источников (в том случае, когда источники излучают свет и он может быть “просуммирован”); модель является аддитивной.

Самыми популярными “потребителями” модели RGB являются мониторы, в которых цвет каждого пикселя растра складывается из трех компонентов, проекторы и сканеры, которые чаще всего регистрируют отраженный свет.

Именно цветовая модель RGB используется и при описании возможностей различных графических устройств. Цветовое пространство в этом случае характеризуют количеством битов, отводимых на сохранение цвета. Чаще всего используются режимы HighColor (16 бит, в соотношении 5:6:5 или 5:5:5) и TrueColor (24 бита, в соотношении 8:8:8).

Профессиональные программы обработки графической информации позволяют работать с расширенным представлением, когда на одну компоненту отводится не 8, а 16 бит.

Каждый компонент задается силой светимости, 0 соответствует отсутствию света. Таким образом, цвет 0-0-0 — это черный, цвет из равных долей каждого компонента — один из оттенков серого, а цвет с максимальными значениями компонентов — белый.

Субстрактивная модель цвета CMYK

Если необходимо сформировать цвет точки из несветящихся самостоятельно компонентов, то аддитивная модель применяться не может, поскольку формируется цвет точки не из самостоятельного излучения, а из отраженного. Поэтому для формирования цвета при печати была разработана субстрактивная — вычитающая модель цвета (удобнее рассматривать отраженную, а не поглощенную компоненту). В ней цвет формируется из трех основных компонентов:

C yan — голубой;

M agenta — фиолетовый;

Y ellow — желтый.

Эти цвета получаются вычитанием из чистого белого цветов аддитивной модели.

Формально, при смешивании в равных максимальных долях они должны давать черный цвет. Поскольку на практике точного черного цвета при смешивании не получается, то в модель добавляется компенсирующий четвертый компонент, blaс K —черный. Почему именно последняя буква взята в сокращение, точно не известно.

Эта модель формирования цвета используется при печати как в типографиях, так и в современных печатающих устройствах. В некоторых моделях для уточнения добавляют еще четыре цвета — осветленных, для достижения точности оттенков.

Следует отметить, что преобразование из трехкомпонентной модели в четырехкомпонентную не может быть математически точным и всегда проходит с некоторыми искажениями. По этой причине оборудование при профессиональном использовании требует калибровки, а печать — учета большого количества параметров.

Именно из-за использования такой модели часто при печати сложных материалов указывают “печать в три краски” или “печать в четыре краски”.