В кодах различают символы -кодируемые элементы входного алфавита (буквы, цифры; знаки пунктуации препинания, пробела; управляющие непечатные) и знаки - кодирующие элементы выходного алфавита.
Количество знаков в выходном алфавите называют значностью кода. При исполь-зовании «0» и «1» имеем код двоичный или бинарный. Код Морзе – точка, тире, пау-за – троичный. Количество знаков в кодирующей последовательности для одного символа называют разрядностью кода. Например, в телеграфном коде Бодо одна буква передаётся пятью разрядами, а в телеграфном коде КОИ-7 – семью разрядами.
По временному положению знаков кода различают коды параллельные, когда знаки кода передаются одновременно по нескольким линиям, и последовательные, когда знаки кода передаются по очереди по одной линии.
Описания наиболее распространенных кодов приводятся ниже.
Код Бодо – 5-разрядный двузначный («1», «0») телеграфный код. Позволял
передавать 32 буквы алфавита. Цифры и знаки препинания не передавались.
Код М2 – 5-разрядный двузначный телеграфный код, предложенный МККТТ и
заменивший код Бодо. Международное обозначение IA-2 (International Alphabet).
ASCII(American Standard Code for Information Interchange) – стандартный 7-разряд- ный код для передачи данных, обеспечивает передачу 128 символов (прописные
и строчные буквы латиницы, цифры, специальные значки и символы, Принят между-народной организацией по стандартизации как код ISO-2.
ASCII-8 –8-разрядныйкод внутреннего и внешнего представления данных в
вычислительных системах. Включает стандартную и национальные части по 128
символов. Позволяет передавать буквы латиницы и кириллицы, цифры, знаки.
UNICODE (UNIversal CODE) –стандарт 16-разрядного кодирования, который поз-воляет передавать 65536 символов, включая буквы, слоги, иероглифы национальных языков мира, цифры и различные знаки.
Избыточные коды. В них для повышения достоверности передачи и обработки данных введены дополнительные разряды. Например, в стандарте передачи данных
RS-232 к 7 битам кода ASCII (КОИ-7)добавляют 8-й бит, паритета, для проверки принимаемого байта на чётность или нечётность.При использовании кода Хэмминга к четырём информационным битам прибавляется три бита проверочных, позволяющих исправлятьодиночную ошибку. В системах DSL (МEGATRANS, Orion, Microlink DL-500) применяется решётчатое кодирование, при котором к трём или четырём информационным битам прибавляется один избыточный, позволяющий исправлять одиночную ошибку.
1.2.4 Представление чисел в ЭВМ (4)с. 35-38
В ЭВМ применяются две формы представления чисел – естественная (с фик-сированной запятой ФЗ) нормальная (с плавающей ПЗ запятой).
При ФЗ числа изображаются в виде последовательности цифр с постоянным для всех чисел положением запятой, отделяющей целую часть от дробной. Десятичные цифры, имеющие по пять разрядов в целой и дробной частях, имеют вид:
+00721,35500; +00000,00328; -10301, 20260.
Такая форма проста, привычна, но имеет малый диапазон представления чисел.
Например, при основании системы счисления Р=2, при числе разрядов целой час-ти m = 10 и числе разрядов s дробной части диапазон изменения чисел составляет:
Р-s < N < Pm – P-s = 2-6 < N < 210 – 2-6 = 0,015 < N < 1024.
Если при вычислениях результат выходит допустимые рамки, то произойдёт пе-реполнение разрядной сетки и дальнейшие вычисления потеряют смысл. В совре-менных ПК такая форма представления чисел используется только для целых чисел, как вспомогательная.
При ПТчисло изображается произведением мантиссы и степенного множителя. При этом мантисса должна быть меньше единицы, а показатель степени (порядок) – целым числом.
N = ±M×P ±r,
где М – мантисса числа, │М│< 1;
r – порядок числа (целочисленный показатель степени);
Р – основание системы счисления.
Приведённые выше числа в нормальной форме имеют вид:
+0,721355×103; +0,328×10-3; -0,103012026×105.
Нормальная форма представления имеет большой диапазон представления чисел.
Например, при Р=2, m = 22 и s =10 диапазон чисел составит от 10-300 до 10+300.
Все числа с ПЗ хранятся в машине в нормализованном виде. В нормализованном виде старшем разряде мантиссы всегда не «0».
В памяти ЭВМ числа с ПЗ хранятся в двух форматах: слово (32 бита или 4 байта) и двойное слово (64 бита или 8 байт). Из них нулевой разряд – знаковый, разряды 1-7 порядок в прямом двоичном коде, пустые разряды заполняются нулями, в разрядах с 8-го по 31-й (63-й) указывается мантисса слева направо в прямом двоичном коде и для отрицательных чисел, пустые разряды заполняются нулями.
1.2.5 Двоичное кодирование изображений (4) с. 47-50
Существуют два принципиально отличающихся способа формирования изобра-
жений – растровое и векторное.
При первом рисунок, так же как в полиграфии, получают в виде растра – совокуп-
ности точек разного цвета, плотности и яркости. При втором – рисунок рисуется, вычерчивается и заштриховывается, так же как гравюра. Векторное изображение экономичнее, так как для задания, например, прямой линии достаточно задать ко-ординаты её начала и конца. Векторизация растрового изображения – задача весьма сложная, поэтому растровое формирование изображений из пикселей (точек) при-меняется значительно чаще.
Разрешающая способность, то есть количество точек на экране монитора, сос-тавляет обычно 800×600 = 480000. При задании параметров пикселей двумя байта-ми потребуется 960000 байт = 937,5 Кбайт. Эти данные хранятся в памяти ПК и считываются не менее 50 раз в секунду.
Экранные цвета при печати искажаются, так как их получают по-разному.
Экранные цвета получают из излучаемого света по аддитивному (add – склады-вать) принципу а при печати на бумаге получают из отражённого цвета по субтрак-тивному (subtract – вычитать) принципам.
На экране цвета формируются суммированием лучей трёх основных цветов RGB: красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue). При смешении их в равной пропор-ции получается белый цвет, при смешении в других пропорциях – любой другой.
На бумаге какой-либо цвет получается вычитанием других цветов из общего от-ражённого света. В системе субтрактивных цветов основными цветами являются голубой, пурпурный и жёлтый цвета (CMY), обратные красному зелёному и синему. В этой системе белый цвет получают при отсутствии всех этих цветов, а при смеше-нии в равной пропорции должен получаться чёрный цвет (но получается тёмно-коричневый). Для исправления этой неточности в систему трёх красок добавляют немного чёрной краски и получают систему CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blacК).
1.2.6 Сжатие информации (4) с. 50-52; (9) с. 415-420
Сжатие данных - процесс, уменьшающий их объём. Оно позволяет резко умень-шить объём памяти для хранения, загрузку линий связи для передачи данных и вре-мя их передачи. Оно широко используется при архивировании данных. Особенно эффективно сжатие изображений.
Сжатие текстов обеспечивается более компактным расположением байтов, коди-рующих символы, а также статистическим кодированием, при котором часто встре-чающиеся символы имеют коды наименьшей длины. Сжатие текстов происходит практически без потери информации.
Сжатие звука и изображений особенно эффективно, так как обладают значитель-ной избыточностью. При этом удаляются такие фрагменты данных, потеря которых приводит к минимальной потере качества. При сжатии, в зависимости от его степени, уменьшается цветовая достоверность, размываются границы объектов, изображение «зашумливается». Размер файла, хранящего изображение, зависит от формата файла. Основные форматы изображений: BMP, TIFF, GIF, PCX, JPEG. Сравнительная характеристика различных форматов приведена в Таблице 1.
Основной формат сжатия звука – МП3. Алгоритмы МР3 основаны на том, что че-ловеческий слух не идеален и некоторые звуки и частотные составляющие можно исключить без ущерба для слушателя. Оцифрованный сигнал делится на 576 узких полос, каждая из которых независимо сжимается и очищается от неслышимых
частотных составляющих НЧ шумов и ВЧ гармоник. Тихий звук сразу после громкого также удаляется, Если стереозвук одинаков в двух каналах, то оставляется один раз,
но воспроизводится на обоих каналах.
В системах мобильной связи при передаче речевой информации используются алгоритмы кодирования RPE-LPC и CELP.
При передаче телевизионных изображений используются стандарты MPEG, кото-рые позволяют в полосе частот одной аналоговой ТВ программы разместить четыре ТВ программы в цифровом виде. Сжатие ТВ программ приводит к очень существен-ному экономическому эффекту. Например, плата за аренду одного спутникового ТВ канала при использовании стандарта MPEG-2 составляет 600000 рублей в месяц, при переходе на стандарт MPEG-4 эта плата уменьшилась до 150000 рублей. При анало-говой передаче она составила бы несколько миллионов рублей.
Алгоритмы MPEG основаны на дискретном косинусном преобразовании ДКП, сходном с преобразованиями Фурье. В ДКП используется тот факт, что расположен-ные рядом (в одном кадре или в последовательных кадрах) пиксели могут иметь ана-
логичные значения. Учитывается также, что НЧ составляющие изображений важнее ВЧ составляющих и последние можно удалить.
Стандарт MPEG-1 принят в 1992 году. Размер кадра для систем PFL SECAM 325×288 при скорости цифрового потока до 3 Мбит/с. Качество изображения анало-гично получаемому с видеомагнитофона, работающему в форматеVHS. Стандарт MPEG-2 принят в 1994 году и обеспечивает более высокое качество передачи при скорости цифрового потока до 10 Мбит/с. Стандарт MPEG-4 при скорости цифрово-го потока 2,4 Мбит/с обеспечивает такое же качество как MPEG-2. При формате кадра изображения 144×176 он может передавать изображение при скорости цифрового потока 64 кбит/с.
Таблица 1 – Сравнительные характеристики различных графических файлов.
1.2.7 Передача данных (4) с. 52-53
Передача данных осуществляется как в компьютере, по шинам, так и между
компьютерами – по каналам связи. Канал связи – это комплекс технических средств
и среды распространения , обеспечивающий передачу сигнала электросвязи в опре-делённой полосе частот или с определённой скоростью передачи между сетевыми
станциями и узлами. При обмене данными по каналам связи различают симплексную (однонаправленную) передачу, полудуплексную (передача и приём ведутся поочерёд-но) и дуплексную (передача и приём осуществляются одновременно).
При обмене данными по каналам связи используется последовательная передача, синхронная и асинхронная. При асинхронной передаче по стандарту RS-232 каждые 7 информационных бит, кодированных кодом КОИ-7, передаются старт-стопным сим-волом (см. рисунок 1.1, а), содержащим стартовый импульс, два стоповых, бит парите-та (проверки на чётность или нечётность). Перед передачей старт-стопного символа передаётся импульс запроса приёмника о его готовности принять символ. Передача осуществляется только после получения ответа на этот запрос. Таким образом, пере-дача семи информационных бит сопровождается шестью служебными битами и пауза-ми. Стандарт RS-232 широко применяется при передаче данных машинистам локомо-тивов, для управления и настройки удалённых объектов.
При синхронной связи данные передаются блоками, каждый из которых содержит биты синхронизации, избыточные биты для обнаружения или устранения ошибок, данные и символ окончания передачи. Код обнаружения ошибки – обычно цикличес-кий избыточный код обнаружения ошибок (CRC – Cycle Redundance Check). Синхрон-ная передача обеспечивает скорость передачи больше, чем асинхронная, так как служебных бит и пауз значительно меньше, но требует применения достаточно сложной системы синхронизации.
Рисунок 1.1 – Асинхронная, (а) и синхронная, (б) передача данных
Шина (Bus) – это совокупность адаптеров, шинных формирователей, приёмопере-датчиков и параллельных плоских проводников, обеспечивающих взаимодействие частей электронной системы. Крайне упрощённо шина – это совокупность параллельных плоских проводников. Данные по шинам передаются на малые расстояния – до десятков сантиметров.
Стандарты MPEG: Максимов Н.В. Партыка Т.Л. Попов И.И. Технические средства информатизации, С. 415-420.
Содержание конспекта:
1. Сущность сжатия видеоинформации. 2. Полезный эффект от применения сжатия видеоинформации. 3. Стандарты MPEG-2 и MPEG-4: годы принятия, необходимые скорости цифровых потоков и требуемые для них полосы пропускания линий связи.
4. Форматы сжатия DV и DivX: качественные показатели, скорости цифровых потоков и требуемые для них полосы пропускания линий связи и ёмкости дисков для записи на них фильмов.
