Двійкове кодування й передавання повідомлень

За навчальною програмою 2018 року

Урок 2

10

Двійкове кодування�і передавання повідомлень

Розділ 1 § 2

Із курсу 8 класу вам знайомі поняття коду, кодування, декодування. Тепер ми детальніше розглянемо питання, пов'язані з кодуванням і передаванням даних різних типів:

символьних

графічних

звукових

10

Кодування символьних даних

Розділ 1 § 2

Як ви знаєте, для кодування даних у комп'ютері застосовують багатозначні двійкові коди, у яких двійкову цифру 0 або 1 називають бітом (від англ. binary digit — двійкова цифра).

10

Кодування символьних даних

Розділ 1 § 2

Для кодування символів зазвичай використовують 8-бітовий двійковий код, який подають у вигляді таблиці.

фрагмент таблиці кодів KOI8-U

10

Кодування символьних даних

Розділ 1 § 2

Для кодування текстових даних в комп’ютерах зазвичай використовують 8-бітовий двійковий код.

Послідовність із 8 двійкових розрядів (бітів) називають байтом.

10

Кодування символьних даних

Розділ 1 § 2

Згадайте, що означають префікси кіло (К), мега (М), гіга (Г), тера (Т), пета (П).

1 байт = 8 бітів

1 Кбайт = 2¹⁰ байти = 1024 байти

1 Мбайт = 2²⁰ байти = 2¹⁰ Кбайти = 1024 Кбайти

1 Гбайт = 2³⁰ байти = 2¹⁰ Мбайти = 1024 Мбайти

1 Тбайт = 2⁴⁰ байти = 2¹⁰ Гбайти = 1024 Гбайти

1 Пбайт = 2⁵⁰ байти = 2¹⁰ Тбайти = 1024 Тбайти

10

Кодування символьних даних

Розділ 1 § 2

Універсальною системою, що дозволяє кодувати символи практично всіх існуючих алфавітів, є таблиця Юнікод (Unicode), в якій для кодування символу залежно від реалізації використовується до 32 бітів.

10

Кодування графічних даних

Розділ 1 § 2

Комп'ютерну графіку можна розподілити на:

растрову

векторну

фрактальну

тривимірну

10

Кодування графічних даних

Розділ 1 § 2

У файлі растрового зображення закодовано кольори всіх його пікселів.

Глибина кольору — це кількість бітів, які використовуються для кодування кольору пікселя растрового зображення.

10

Кодування графічних даних

Розділ 1 § 2

На рисунку наведено приклади RGB-кодування кольорів растрового зображення із 24-бітною глибиною кольору (по 8 бітів на кожен із кольорів Red, Green чи Blue).

10

Кодування графічних даних

Розділ 1 § 2

У векторному зображенні кодуються властивості його графічних примітивів:

форма (пряма, крива)

товщина

колір

накреслен-ня (пунктирна, суцільна)

заливка тощо

10

Кодування графічних даних

Розділ 1 § 2

У тривимірній (3D) графіці моделюються просторові об'єкти, завдяки чому виникає можливість:

10

Кодування графічних даних

Розділ 1 § 2

Під час створення таких об'єктів поєднуються:

растровий спосіб

векторний спосіб

і

формування зображень, а код тривимірного зображення доповнюється інформацією про розміри об'єктів, можливості їх перетворення, проекції тощо і залежить від особливостей ЗD-редактора.

10

Кодування графічних даних

Розділ 1 § 2

У фрактальній графіці базовими елементами є математичні формули. Файл фрактального зображення зберігає закодовані рівняння, за якими воно будується. Застосовують таку графіку для побудови візерунків, ландшафтів тощо.

10

Кодування звукових даних

Розділ 1 § 2

У процесі кодування звуків акустичні коливання перетворюються відповідними пристроями на

коливання електричні, які розбиваються комп'ютерними засобами на окремі сигнали — дискретизуються. Саме ці дискретні сигнали і кодуються двійковим кодом.

10

Кодування звукових даних

Розділ 1 § 2

Якість двійкового кодування звукової інформації визначається частотою такої дискретизації і глибиною кодування.

Збільшення частоти дискретизації звукової хвилі

10

Кодування звукових даних

Розділ 1 § 2

Одиницею вимірювання частоти дискретизації є 1 герц.

Частота дискретизації — це кількість вимірювань рівня сигналу за одиницю часу.

Глибина кодування — це кількість бітів, необхідна для кодування одного значення рівня сигналу.

10

Обсяг двійкового коду

Розділ 1 § 2

Для розрахунку обсягу двійкового коду Q, потрібного для кодування даних, використовують формулу

Q = k*i

де k — кількість елементарних порцій даних

i — кількість двійкових розрядів, потрібних для кодування елементарної порції даних (символу, пікселя та ін.)

10

Обсяг двійкового коду

Розділ 1 § 2

Задача на розрахунок обсягу текстових даних

Який обсяг двійкового коду потрібен для кодування повідомлення: Привіт, світе! за системою Unicode версії UTF-16?

Розв'язання

і = 16 (UTF-16 використовує 16-бітове кодування);

k = 14 (кількість символів, враховуючи пробіли і розділові знаки). Тоді обсяг двійкового коду:

Q = k*i = 14*,16 = 224 біти = 28 байтів.

10

Обсяг двійкового коду

Розділ 1 § 2

Задача на розрахунок обсягу графічних даних

Який обсяг двійкового коду потрібен для кодування растрового зображення розміром 100 на 100 пікселів при 24-бітовій глибині кольору?

Розв'язання

і = 24 (глибина кольору); к=100*100 = 10 000 (кількість пікселів).

Тоді обсяг двійкового коду:

Q = k*і = 10 000*24 = 240 000 біти

(або 240 000/8/1024 ≈ 29,3 Кбайта).

10

Обсяг двійкового коду

Розділ 1 § 2

Задача на розрахунок обсягу звукових даних

Визначити обсяг аудіофайла тривалістю 1 хв із частотою дискретизації 24 КГц і глибиною кодування 8 бітів.

Розв'язання

t= 1 хв = 60 с;

h = 24 КГц = 24000 Гц;

і = 8; k = h*t;

Q=k*i=24000*60*8 = 11520000 бітів

(або 11 520 000/8/1 048 576 ≈ 1,4 Мбайта).

10

Обсяг двійкового коду

Розділ 1 § 2

Мінімально можлива кількість двійкових розрядів, які потрібні для кодування елементарної порції даних (символу, пікселя та ін.), може бути розрахована за співвідношенням,

2ⁱ ≥ n

де n — кількість символів, кольорів тощо.

10

Обсяг двійкового коду

Розділ 1 § 2

Задача на розрахунок кількості двійкових розрядів

Якою є найменша кількість бітів для кодування десяткових цифр?

Розв'язання

n = 10 (кількість десяткових цифр);

2ⁱ ≥ n; 2ⁱ ≥ 10. Звідси i = 4 біти.

10

Передавання повідомлень

Розділ 1 § 2

Як ви знаєте, інформація передається за допомогою повідомлень. А повідомлення передаються від джерела до приймача каналами зв'язку.

Під час розмови по телефону,

10

Передавання повідомлень

Розділ 1 § 2

На практиці до корисного сигналу майже завжди додаються супутні перешкоджаючі сигнали, які називають шумом.

Телефонній розмові можуть заважати гучна музика, розмова інших людей, завивання вітру, гуркіт автомобілів, тріск у слухавці тощо.

Шум — це різного роду перешкоди, які спотворюють корисний сигнал і призводять до спотворення інформації.

10

Передавання повідомлень

Розділ 1 § 2

Таким чином, узагальнена схема передавання повідомлень технічними каналами зв'язку (схема Шеннона) із урахуванням шуму має такий вигляд.

10

Пропускна здатність каналу зв'язку

Розділ 1 § 2

Здавалося б, пропускна здатність каналу зв'язку, наприклад, дротових ліній, обмежена лише швидкістю поширення електромагнітних коливань у провіднику, а отже, практично є необмеженою. Але це не так, бо накладання шуму (перешкоджаючих сигналів) може призвести до спотворення одного або кількох корисних бітів. У разі збільшення швидкості передавання даних шум устигає вразити більше корисних бітів.

Пропускна здатність каналу — це максимальна швидкість передавання даних каналами зв'язку.

10

Пропускна здатність каналу зв'язку

Розділ 1 § 2

Отже, чим вища швидкість передавання даних за певного рівня шуму, тим вищим є рівень помилок. Тобто шум є причиною обмеження пропускної здатності інформаційного каналу. Математичну залежність пропускної здатності каналу від відносних потужностей корисного сигналу і шуму установив К.   Шеннон.

10

Питання для самоперевірки

Розділ 1 § 2

1. Як кодується символьна інформація?

2. Які особливості кодування растрових зображень; векторних?

3. Які параметри впливають на якість оцифрованого звуку?

4. Як розраховується обсяг двійкового коду закодованих даних?

5. Наведіть приклади впливу шуму на передавання даних.

6. Назвіть елементи схеми Шеннона.

10

Домашнє завдання

Проаналізувати

§ 2, ст. 14-19

Розділ 1 § 2

10

Працюємо за комп’ютером

Розділ 1 § 2

Сторінка

19

10

Дякую за увагу!

За навчальною програмою 2018 року

Урок 2

10