Представление других видов информации

 

Различные виды информации могут быть разделены на две группы: ста­тические и динамические. Так, числовая, логическая и символьная инфор­мация является статической - ее значение не связано со временем. В отличие от перечисленных типов вся аудиоинформация имеет динамический харак­тер. Она существует только в режиме реального времени, ее нельзя остано­вить для более подробного изучения. Если изменить масштаб времени (уве­личить или уменьшить), аудиоинформация искажается. Это свойство иногда используется для получения звуковых эффектов.

Видеоинформация может быть как статической, так и динамической. Стати­ческая видеоинформация включает текст, рисунки, графики, чертежи, таблицы и др. Рисунки делятся также на плоские - двухмерные и объемные - трехмерные.

Динамическая видеоинформация - это видео-, мульт- и слайд- фильмы. В их основе лежит последовательное экспонирование на экране в реальном масштабе времени отдельных кадров в соответствии со сценарием.

Динамическая видеоинформация используется либо для передачи дви­жущихся изображений (анимация), либо для последовательной демонстра­ции отдельных кадров вывода (слайд - фильмы).

Для демонстрации анимационных и слайд - фильмов используются раз­личные принципы. Анимационные фильмы демонстрируются так, чтобы зрительный аппарат человека не мог зафиксировать отдельных кадров. В со­временных высококачественных мониторах и в телевизорах с цифровым уп­равлением электронно-лучевой трубкой кадры сменяются до 70 раз в секун­ду, что позволяет высококачественно передавать движение объектов.

При демонстрации слайд - фильмов каждый кадр экспонируется на экра­не столько времени, сколько необходимо для восприятия его человеком (обычно от 30 с до 1 мин). Слайд - фильмы можно отнести к статической видеоинфор­мации.

По способу формирования видеоизображения бывают растровые, мат­ричные и векторные.

Растровые видеоизображения используются в телевидении, а в ЭВМ прак­тически не применяются.

Матричные изображения получили в ЭВМ наиболее широкое распрост­ранение. Изображение на экране рисуется электронным лучом точками.

Информация представляется в виде характеристик значений каждой точ­ки - пиксела (picture element), рассматриваемого как наименьшей структур­ной единицей изображения. Количество высвечиваемых одновременно пик­селов на экране дисплея определяется его разрешающей способностью. В качестве характеристик графической информации выступают: координаты точки (пиксела) на экране, цвет пиксела, цвет фона (градация яркости). Вся эта информация хранится в видеопамяти дисплея. При выводе графической информации на печать изображение также воспроизводится по точкам.

Изображение может быть и в векторной форме. Тогда оно составляется из отрезков линий (в простейшем случае - прямых), для которых задаются:

начальные координаты, угол наклона и длина отрезка (может указываться и код используемой линии). Векторный способ имеет ряд преимуществ перед матричным: изображение легко масштабируется с сохранением формы, яв­ляется «прозрачным» может быть наложено на любой фон и т.д.

Способы представления информации в ЭВМ, кодирование и преобразо­вание кодов в значительной степени зависят от принципа действия устройств, в которых эта информация формируется, накапливается, обрабатывается и отображается.

Для кодирования символьной или текстовой информации применяют­ся различные системы: при вводе информации с клавиатуры кодирование про­исходит при нажатии клавиши, на которой изображен требуемый символ, при этом в клавиатуре вырабатывается так называемый scan-код, представляю­щий собой двоичное число, равное порядковому номеру клавиши.

Номер нажатой клавиши никак не связан с формой символа, нанесенного на клавише. Опознание символа и присвоение ему внутреннего кода ЭВМ производятся специальной программой по специальным таблицам: ДКОИ, КОИ-7, ASCII (Американский стандартный код передачи информации).

Всего с помощью таблицы кодирования ASCII (табл. 4.1) можно закоди­ровать 256 различных символов. Эта таблица разделена на две части: основ­ную (с кодами от 00h до 7Fh) и дополнительную (от 80h до FFh, где буква h обозначает принадлежность кода к шестнадцатеричной системе счисления).

 

Таблица 4.1

Таблица кодирования текстовой информации ASCII

Radix: Hex

!

"

#

$

%

&

’

(

)

*

+

,

-

.

/

0

:

;

<

=

>

?

@

А

В

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

М

N

O

Р

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z

[

\

]

^

_

’

а

b

c

d

e

f

g

h

i

j

k

l

m

n

о

p

q

r

s

t

u

v

w

x

y

z

{

|

}

~

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

H

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ъ

Ы

Ь

Э

Ю

Я

а

б

в

г

д

е

ж

з

и

й

к

л

м

н

о

п

░

▒

▓

|

┤

╡

╢

╖

╕

╣

║

╗

╝

╜

╛

┐

└

┴

┬

├

−

┼

╞

╟

╚

╔

╩

╦

╠

═

╬

╧

╨

╤

╥

╙

╘

╒

╓

╫

╪

┘

┌

█

▄

▌

▐

▀

р

с

е

у

ф

х

ц

ч

ш

щ

ъ

ы

ь

э

ю

я

Ё

ё

«

»

“

„

x

≈

˚

•

·

√

№

*

□

 

Первая половина таблицы стандартизована. Она содержит управляющие коды (от 00h до 20h и 77h). Эти коды из таблицы изъяты, так как они не относятся к текстовым элементам. Здесь же размещаются знаки пунктуа­ции и математические знаки: 21h -!, 26h - &, 28h - (, 2Bh - +,..., большие и малые латинские буквы: 41h - A, 61h - а,...

Вторая половина таблицы содержит национальные шрифты, символы псевдографики, из которых могут быть построены таблицы, специальные математические знаки. Нижнюю часть таблицы кодировок можно заменять используя соответствующие драйверы - управляющие вспомогательные программы. Этот прием позволяет применять несколько шрифтов и их гарнитур.

Дисплей по каждому коду символа должен вывести на экран изображе­ние символа - не просто цифровой код, а соответствующую ему картинку так как каждый символ имеет свою форму.

Описание формы каждого символа хранится в специальной памяти дис­плея - знакогенераторе.

Высвечивание символа на экране дисплея IBM PC осуществляется с по­мощью точек, образующих символьную матрицу.

Каждый пиксел в такой матрице является элементом изображения и мо­жет быть ярким или темным. Темная точка кодируется цифрой 0 светлая (яркая)-1.

Если изображать в матричном поле знака темные пикселы точкой, а свет­лые - звездочкой, то можно графически изобразить форму символа.

Кодирование аудиоинформации - процесс более сложный. Аудиоинформа­ция является аналоговой. Для преобразования ее в цифровую форму использу­ют аппаратурные средства: аналого-цифровые преобразователи (АЦП), в ре­зультате работы которых аналоговый сигнал оцифровывается - представляет­ся в виде числовой последовательности. Для вывода оцифрованного звука на аудиоустройства необходимо проводить обратное преобразование, которое осу­ществляется с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

Каким образом на диске представляется звуковой сигнал?

Исходный стереофонический звуковой сигнал подвергается оцифровке в 16-разрядные отсчеты (линейное квантование) с частотой дискретизации 44.1 кГц. Полученный цифровой сигнал носит название PCM (Pulse Code Modulation - импульсно-кодовая модуляция, ИКМ), так как каждый импульс исходного сигнала представляется отдельным кодовым словом. Каждые шесть отсчетов левого и правого каналов оформляются в первичные кадры, или микрокадры, размером 24 байта (192 бита), поступающие со скоростью 7350 штук в секунду, которые подвергаются кодированию при помощи двухуровневого кода CIRC (Cross Interleaved Reed-Solomon Code - избыточный код Рида-Соломона с перекрестным перемежением) по схеме: перемежение с задержкой на 1 байт, кодирование уровнем C2, перекрестное перемежение с переменной задержкой, кодирование уровнем C1, перемежение с задержкой на 2 байта. Уровень C1 предназначен для обнаружения и коррекции одиночных ошибок, C2 - групповых. В результате получается блок длиной 256 бит, данные в котором снабжены разрядами обнаружения и коррекции ошибок, и к тому же "размазаны" до блоку, что приводит к записи смежных звуковых данных в физически несмежных областях диска и снижает влияние ошибок на отдельные отсчеты.

Код Рида-Соломона имеет избыточность 25% и позволяет обнаруживать до четырех ошибочных байтов и корректировать до четырех потерянных или двух ошибочных байтов. Максимальная длина полностью исправляемого пакета ошибок - около 4000 бит (~2.5 мм длины дорожки), однако не любой пакет такой длины может быть полностью исправлен.

После второго перемежения к каждому полученному блоку добавляются разряды субкодов - P, Q, R, S, T, U, V, W; каждый блок получает восемь субкодных битов. Затем каждые 98 блоков с субкодами оформляются в один сверхкадр длительностью 1/75 сек (объем чистых звуковых данных - 2352 байта), называемый также сектором, в котором субкоды первых двух блоков служат признаком синхронизации, а оставшиеся 96 разрядов каждого субкода образуют P-слово, Q-слово и т.д. На протяжении всей дорожки последовательность субкодных слов называют также субкодными каналами.

Слова или каналы субкодов используются для управления форматом записи, индикации фрагментов фонограммы и т.п. - например, канал P служит для пометки звуковых дорожек и пауз между ними (0 - пауза, 1 - звук), а канал Q - для пометки формата дорожек и секторов, записи оглавления TOC (Table Of Contents - таблица содержимого) и временнЫх меток, по которым отслеживается время воспроизведения. Канал Q может использоваться также для записи информации в ISRC (International Standard Recording Code - международный стандартный код записи), предназначенном для представления сведений о производителе, времени выпуска и т.п., а также - для разделения дорожки на отдельные фрагменты (всего на звуковом диске может быть до 99 звуковых дорожек, каждая из которых может включать до 99 фрагментов).

В конце концов оформленные таким образом кадры подвергаются канальному кодированию в терминах "пит - промежуток" с использованием избыточного кода 8/14 (Eight to Fourteen Modulation - EFM), в котором исходные байты кодируются 14-битными словами, повышающими разборчивость сигнала. Между словами вставляется по три связующих бита для соблюдения ограничений на количество смежных нулей и единиц, что облегчает демодуляцию и уменьшает постоянную составляющую сигнала. В результате из каждого первичного микрокадра получается 588 канальных битов, и полученный битовый поток записываются на диск со скоростью 4.3218 (588 x 7350) Мбит/с. Поскольку EFM-кодирование дает цифровой поток, в котором нулей больше, чем единиц, и была выбрана система представления единиц границами пита и промежутка, а количества нулей между единицами - длиной пита или промежутка соответственно.

В начале диска располагается так называемая вводная (lead-in) зона, содержащая информацию о формате диска, структуре звуковых программ, адресах фрагментов, названиях произведений и т.п. В конце записывается выводная (lead-out) зона (дорожка с номером AA), выполняющая роль границы записанной области диска; бит P-кода в этой зоне изменяется с частотой 2 Гц. Ряд бытовых проигрывателей не может опознать диск без этой зоны, однако многие могут обходиться без нее. Между вводной и выводной зонами записывается программная область (Program Memory Area - PMA), содержащая собственно звуковые данные. Программная область отделена от вводной зоны участком из 150 пустых блоков (2 секунды), играющим роль зазора (pre-gap).

Общая длительность записи на компакт-диске - 74 минуты, однако при уменьшении стандартного шага дорожки и расстояния между питами можно достичь увеличения времени записи - за счет снижения надежности считывания в стандартном дисковом приводе.

 

Методические рекомендации курсантам по подготовке к занятию

 

1. Повторить теоретический материал по теме занятия, используя рекомендованную литературу и конспект лекции. Доработать конспект, дополнив его необходимой учебной информацией.

2. Подготовиться к предстоящему занятию, изучив цель занятия, задания для практической работы, и быть готовым к написанию летучки.

3. Накануне занятия получить учебно-методическую литературу и ознакомиться с материалами предстоящего занятия.

4.4. Задания для работы на занятии:

1. Проверка степени усвоения теоретического материала (устно) и степени подготовленности к занятию (летучка).

· Изобразить в двоичном виде в разрядной сетке ЭВМ десятичные числа в форме с фиксированной и плавающей запятой по варианту, указанному преподавателем.

2. Приобретение навыков решения задач по оценке диапазона представления чисел в форме с фиксированной и с плавающей запятой.

· Определить диапазон представления чисел в форме с фиксированной запятой и в форме с плавающей запятой по варианту, указанному преподавателем.

3. Приобретение навыков решения задач по оценке точности представления чисел в ЭВМ.

· Определить абсолютную и относительную погрешность представления чисел в форме с фиксированной запятой и в форме с плавающей запятой по варианту, указанному преподавателем.

4. Приобретение навыков решения задач по оценке количества информации.

· Определить энтропию системы на примере слова ЭНТРОПИЯ, считая что русский алфавит содержит 32 символа с одинаковой частотой их появления в тексте.

· Решить эту же задачу, при условии появления гласных букв с частотой 0,073 и согласных букв с частотой 0,053.

 

Таблица 4.2

№ варианта	Число "Х"	Число "Y"	Тип кода	Разрядность мантиссы	Разрядность порядка
	45,34	-22,85	ОК
	55,78	-45,34	ДК
	22,85	-55,78	МОК
	75,12	-22,85	МДК
	32,89	-75,12	ОК
	64,32	-32,89	ДК
	45,34	-64,32	МОК
	55,78	-45,34	МДК
	22,85	-55,78	ОК
	75,12	-22,85	ДК
	32,89	-75,12	МОК
	64,32	-32,89	МДК
	45,34	-64,32	ОК
	55,78	-45,34	ДК
	22,85	-55,78	МОК
	75,12	-22,85	МДК
	32,89	-75,12	ОК
	64,32	-32,89	ДК
	45,34	-64,32	МОК
	55,78	-45,34	МДК

 

Задание на самоподготовку:

1. Решить по одной задаче в том же порядке и в той же постановке, что и на занятии. Исходные данные задать самостоятельно.

 

Контрольные вопросы

 

1. Какие устройства применяются для кодирования информации в ЭВТ?

2. Что такое диапазон и точность представления чисел?

3. Диапазон и точность представления каких чисел предпочтительнее (в форме с ФТ или с ПТ)?

4. Как оценить количество информации в сообщении?

 

Литература:

Каган Б.М. ЭВМ и системы. стр.42-66.

М.: Высшая школа, 1989.-366с.:ил. с.173-210.