Кодування символьної інформації

При введенні в комп’ютер кожна літера кодується відповідним двійковим числом. Це відбувається найпростішим чином – кожному символу ставиться в відповідність двійкове число, що вибирається з таблиці кодів.

Кодова таблиця – це таблиця, що задає відповідність між символами і двійковими числами (кодами символів).

Коли ви натискаєте клавішу на клавіатурі, електронна схема клавіатури формує двійковий код символа, що задається кодовою таблицею, наприклад, при натисканні на клавішу А утворюється код 01000001 = 41H. Існують різні стандарти кодування символів.

За основу кодування символів у персональних комп’ютерах узята кодова таблиця ASCII (American Standart Code for Information Interchange – американський стандарт кодів для обміну інформацією). Двійковим кодом довжиною 8 бітів (1 байт) можна закодувати символів. Кожному символу ставиться у відповідність послідовність із восьми нулів і одиниць. Восьмибітний код використовується для того, щоб можна було підтримати два алфавіти та різні спеціальні символи. Але різні держави мають свої алфавіти – в Грузії використовуються одні букви, на Україні – інші, тому під одним числовим кодом будуть використовуватися різні символи. В той же час необхідно мати можливість прочитати тест, який був набраний на іншому комп’ютері (в іншій державі). Тому було прийнято таке рішення – таблицю кодів розділили навпіл. Перші 128 кодів (з 0 до 127) повинні бути стандартними і обов’язковими для всіх країн і всіх комп’ютерів, а другою половиною кодів (з 128 до 255) кожна країна може кодувати свій національний алфавіт. Наприклад, для російських букв існує декілька різних 8-бітних кодових таблиць KOI8-R, KOI8-U, DOS та ін. В цих таблицях одному і тому ж самому символу можуть відповідати різні послідовності біт, так що текст написаний в одних кодах в інших кодах може не читатись. Саме першу (міжнародну) половину таблиці кодів називають таблицею ASCII (аскі-кодом), її розробив американський інститут стандартизації. В цій таблиці розміщуються великі та малі букви латинського алфавіту, символи цифр від 0 до 9, всі розділові знаки, символи арифметичних операцій та деякі інші спеціальні коди. Слід зауважити, що перші 32 коди ASCII таблиці (від 0 до 31) не застосовуються для представлення інформації, а застосовуються для керування комп’ютером.

Найперший символ стандарта ASCII – це пробіл. Він має код 20H = 00100000. За ним ідуть спеціальні символи і розділові знаки (коди з 21H по 2FH), далі – десять цифр (коди 30H – 39H). Коди 3AH – 40H задають деякі математичні символи і розділові знаки, коди 41H – 5AH – великі букви англійського алфавіту, коди 5BH – 60H, 7BH – 7FH – спеціальні символи, коди 61H – 7АH – малі букви англійського алфавіту.

Кодування графічної інформації

Для того, щоб комп’ютер мав можливість працювати з кольоровим графічним зображенням, необхідно вміти подавати колір у вигляді чисел, тобто кодувати його. Для цього графічне зображення розбивають на елементи картини – пікселі (pixels), далі вважають, що колір кожного пікселя є однаковий. Сукупність пікселів різного кольору утворює графічне зображення. Разом всі пікселі (матриця пікселів) складають растр. Малі розміри пікселів поліпшують якість зображення на екрані монітора. На сучасних моніторах розміри пікселів досягають 0,23–0,25 мм. Якість зображення характеризується ще і такою величиною як кількість пікселів на одиницю довжини. Найпоширенішими одиницями є dpi (dots per inch – кількість точок на дюйм, 1 дюйм = 2,54 см). Звичайна щільність для екранного зображення становить 96 dpi. З одиницею dpi пов’язана ще одна величина – роздільна здатність екрана, яка визначається парою чисел. Перше число показує кількість пікселів в рядку, а друге – число рядків, наприклад роздільна здатність 1024x768 означає, що на екран виводиться 768 рядків і в кожному рядку 1024 пікселі.

Коли рисунок розбитий на точки, то можна почати з лівого верхнього кута і рухаючись по рядках зліва направо кодувати колір кожної точки. Коди кольорів зберігаються в пам’яті ЕОМ, а відповідна апаратура постійно (до 100 разів за секунду) читає пам’ять і відповідно генерує графічне зображення на екрані комп’ютера. Зауважимо, що графічні програми мають доступ до відеопам’яті і таким чином можуть формувати різноманітні зображення на екрані.

Тепер розглянемо кодування кольору для одного пікселя. Найпростішим зображенням є чорно-біле, яке складається з чорних та білих пікселів, тоді чорно-білі пікселі можуть бути закодовані за допомогою двох цифр: 0 (білий колір), 1 (чорний колір), тобто одному пікселю відповідає один біт інформації. Щоб пікселі відображали кольори кожен піксель кодують більше ніж одним бітом інформації про колір. Наприклад, якщо кожному пікселю виділити 2 біти під код його кольору, то можна одержати кольори для пікселя; якщо кожному пікселю виділити 4 біти під код його кольору, то можна одержати кольорів для пікселя; якщо виділити 1 байт = 8 біт, то піксель можна зафарбувати 256 кольорами. Якщо для кодування пікселя виділити 3 байти (24 біти), то кількість всеможливих кольорів для пікселя дорівнює 224 = 16777216 (формат True Color).

Кількість бітів, що відводиться для опису кольору одного пікселя, називається роздільною здатністю бітової глибини, або кольоровою роздільною здатністю чи глибиною кольору. Глибина кольору може набувати значення 1, 2, 4, 8, 16, 24 і навіть 32 біти.

Колір пікселя на екрані одержується як результат змішування основних (базових) кольорів: червоного (Red), зеленого (Green), синього (Blue). Ці кольори в комп’ютерній техніці одержуються за допомогою трьох лазерів, що випромінюють електромагнітні хвилі відповідної довжини. Інтенсивності цих променів задають три компоненти кольору пікселя і тим самим визначають результуючий колір пікселя. Колір, що утворюється змішуванням трьох компонент, можна зобразити як вектор у тривимірній системі координат RGB. У режимі True Color точка (0, 0, 0) відповідає чорному кольору, а точка (255, 255, 255) – білому кольору.

Кодування звуку

Звук представляє собою звукову хвилю з неперервно змінною амплітудою і частотою. Щоб комп’ютер зміг обробити звук неперервний звуковий сигнал повинен бути представлений у вигляді двійкових кодів. Для того щоб закодувати звуковий сигнал проводиться його часова дискретизація, яка полягає в тому, що неперервна звукова хвиля розбивається на окремі маленькі часові елементи (рис. 1) і для кожного такого елемента вимірюється часові амплітуди (амплітуда визначає гучність звуку, чим більша амплітуда тим гучніший звук). Амплітуди імпульсів дискретного сигналу надалі наближено зображаються як двійкові числа. Щоб перетворення на дискретний сигнал було достатньо точним, імпульси мають часто виникати один за одним. Кількість вимірів рівня гучності за 1 сек називається частотою дискретизації і вимірюється в Гц або Кгц (1 Гц дорівнює одному виміру в сек). Частота дискретизації звукового сигнала може приймати значення від 8 КГц до 48 КГц і навіть до 96 КГц.

Для кодування звуку крім дискретизації здійснюється ще і квантування звуку – заміна окремих складових дискретного сигнала його ближчим рівнем.

При двійковому кодуванні звуку за допомогою послідовності з n бітів можна закодувати 2n рівнів гучності звуку в діапазоні від нульового (нема звуку) до найгучнішого. Кількість біт, що виділяється для кодування одного рівня гучності називається глибиною звуку. Сучасні звукові карти забезпечують, наприклад, 16-бітну глибину кодування звуку, тобто 216=65536 рівнів гучності звуку і навіть 24-бітну.

Об’єм звукового файла можна знайти за формулою

V=T*F*N*R,

де T – тривалість звучання в сек.,

F – частота дискретизації в Гц,

N – глибина звуку в бітах,

R – режим запису (R=1 для монозапису, R=2 для стереозапису). Звукові файли, як правило, мають великі розміри. Наприклад, однохвилинний звуковий файл із стереозвуком займає біля 10 Мбайт.