metod_15.03.04_atppp_oaip_ump_2016 (Методические документы), страница 12

Сетка пикселей совпадает с координатной сеткой. Горизонтальнаяось X направлена слева направо; вертикальная ось Y – сверху вниз.Отрезок прямой линии однозначно определяется указанием координат его концов;окружность – координатами центра и радиусом; многоугольник – координатами егоуглов; закрашенная область – граничной линией и цветом закраски и пр.Векторный формат изображения создается в результате использования графическихредакторов векторного типа (например, CorelDraw) , а растровые редакторы (например,Paint, Adobe Photoshop) образуют графические файлы растрового типа.

Различие впредставлении графической информации в растровом и векторном форматахсуществует лишь для графических режимов работы технического устройства. Привыводе на экран любого изображения, в видеопамяти формируется информациярастрового типа, содержащая сведения о цвете каждого пикселя.52Кодирование звуковой информацииСовременные компьютеры «умеют» сохранять и воспроизводить звук (речь, музыкуи пр.). Звук, как и любая другая информация, представляется в памяти ЭВМ в формедвоичного кода.Основной принцип кодирования звука, как и кодирования изображения, выражаетсясловом «дискретизация».При кодировании изображения дискретизация — это разбиение рисунка на конечноечисло одноцветных элементов — пикселей.

И чем меньше эти элементы, тем меньшенаше зрение заме- ; чает дискретность рисунка.Физическая природа звука — это колебания в определенном диапазоне частот,передаваемые звуковой волной через воздух (или другую упругую среду).Процесс преобразования звуковых волн в двоичный код в памяти компьютера:Звуковая волна ►АУДИОАДАПТЕР ►Процесскомпьютера:МИКРОФОН ►Переменный электрический ток ►Двоичный код ► ПАМЯТЬ ЭВМ.воспроизведения звуковой информации, сохраненной в памятиПАМЯТЬ ЭВМ ► Двоичный код ►АУДИОАДАПТЕР ►Электрическийсигнал ► АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ► Звуковая волна.Аудиоадаптер (звуковая плата) — специальное устройство, подключаемое ккомпьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковойчастоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования(из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.В процессе записи звука аудиоадаптер с определенным периодом измеряетамплитуду электрического тока и заносит в регистр двоичный код полученнойвеличины.

Затем полученный код из регистра переписывается в оперативную памятькомпьютера. Качество компьютерного звука определяется характеристикамиаудиоадаптера: частотой дискретизации и разрядностью.Частота дискретизации — это количество измерений входного сигнала за 1секунду. Частота измеряется в герцах (Гц). Одно измерение за 1 секунду соответствуетчастоте 1 Гц. 1000 измерений за 1 секунду — 1 килогерц (кГц).

Характерные частотыдискретизации аудиоадаптеров: 11 кГц, 22 кГц, 44,1 кГц и др.Разрядность регистра — число бит в регистре аудиоадаптера. Разрядностьопределяет точность измерения входного сигнала. Чем больше разрядность, темменьше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрическогосигнала в число и обратно. Если разрядность равна 8 (16), то при измерении входногосигнала может быть получено 28 = 256 (216 = 65536) различных значений. Очевидно,16-разрядный аудиоадаптер точнее кодирует и воспроизводит звук, чем 8-разрядный.Звуковой файл — файл, хранящий звуковую информацию в числовой двоичнойформе. Как правило, информация в звуковых файлах подвергается сжатию.53Пример.

Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучаниякоторого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8бит. Файл сжатию не подвержен.Решение. Формула для расчета размера (в байтах) цифрового аудиофайла(монофоническое звучание):(частота дискретизации в Гц) х ( время записи в сек) х (разрешение в битах)/8.Таким образом, размер файла вычисляется так:22050 х 10 х 8/8 = 220 500 байт.5.3.

ПЕРЕДАЧА ДАННЫХПроцесс передачи данныхИспользование информации для решения каких-либо задач, безусловно, сопряжено снеобходимостью ее распространения, т.е. осуществления процессов передачи и приема.При передаче информации через линию связи приходится решать две проблемы:1) согласование метода кодирования информации с характеристиками канала связи;2) защиту передаваемой информации от возможных искажений.При всем разнообразии конкретной реализации способов связи в них можновыделить общие элементы.Источник формирует последовательность сигналов, т.е.

сообщение в виде,используемом при хранении и обработке. Кодирующее устройств преобразуетполучаемые коды сообщения к виду, необходимому для данного канала связи. Оносогласует свойства ИИ со свойствами канала связи. Кодер канала (преобразователь«коды – сигнал») переводит получаемые сигналы на материальный носитель каналасвязи. Понятие канал связи включает материальную среду, в которой происходитраспространение сигналов, т.е. реализуется физический процесс передачи сообщения.Любой реальный канал связи подвержен как внешним воздействиям, так и внутреннимискажениям передаваемых сигналов (шумам).шумыИсточникПолучательКодирующееустройствоКодерКаналсвязиДекодирующееустройствоДекодерИнформационный канал (Линия связи)54ЗащитаОбщая схема передачи данных Если уровень помехоказывается соизмерим с интенсивностью несущего сигнала, топередача информации по данному каналу оказывается вообще невозможной.При относительно низких уровнях шумов происходят искажения передаваемого сигнала.

Для этого случая разработаны и применяются методы защиты от помех:- экранирование электрических линий связей;- улучшение избирательности приемного устройства;- использование специальных методов кодирования информации.Приемный преобразователь приводит сигналы к виду, необходимомудекодирующему устройству, который представляет принятые сообщения в форменеобходимой получателю данных.Характеристики канала связи1. Ширина полосы пропусканияЛюбой преобразователь, работа которого основана на использовании колебаний(электрических или механических), может формировать и пропускать сигналы изограниченной области частот.Интервал частот, используемый данным каналом связи для передачисигналов, называется шириной полосы пропускания (fm).Максимальное значение частоты из данной полосы (fm) определяет возможнуюскорость передачи информации по каналу связи.Длительность элементарного импульса может быть определена из теоремыКотельникова:0< T/2 = 1 / 2*fm.Таким образом, каждые т0 секунд можно передавать сигнал (импульс или паузу)двоичного кода.

Использовать сигналы большей длительности, чем 0, в принципе,возможно (например, 20) - это не приведет к потере информации, хотя снизитскорость ее передачи по каналу. Использование же сигналов более коротких, чем 0,может привести к информационным потерям, поскольку сигналы тогда будутпринимать какие-то промежуточные значения между минимальным и максимальным,что затруднит их интерпретацию.Таким образом, fm определяет длительность элементарного сигнала 0,используемого для передачи сообщения.2.

Пропускная способность канала связиЕсли с передачей одного импульса связано количество информации I1, а передаетсяоно за время 0, отношение I1 к 0, очевидно, будет отражать среднее количествоинформации, передаваемое по каналу за единицу времени - эта величина являетсяхарактеристикой канала связи и называется пропускной способностью канала С:С = I1 / 0 (бит/с)Производными единицами измерения являются:1 Кбит/с =103 бит/с, 1 Мбит/с = 103 Кбит/с, 1 Гбит/с = 103 Мбит/с.Величину 1 можно установить из следующих соображений: если первичныйалфавит содержит  знаков с вероятностями появления их в сообщении р i, то поформуле Шеннона (ср = -  pi*log2 pi) найти среднюю информацию на знак55первичного алфавита.

При использовании для кодирования одного знака первичногоалфавита двоичного кода длиной (2) получаем выражение для средней информации наодин разряд двоичного кода:1 = ср / (2);и C = Iср / ((2)*0).Количественно пропускная способность канала связи выражается максимальнымколичеством двоичных единиц кода информации, которую данный канал связи можетпередать за одну секунду.3.

Скорость передачи информации.Пусть по каналу связи за время t передано количество информации. Тогда J =  / t (бит/с) – скорость передачи информации.Соотношение между  и J: J . Максимальная скорость передачи информации равнаего пропускной способности.Таким образом, для канала связи без помех основное условие обеспечениямаксимальной скорости передачи данных – согласование источника информации иканала связи.Влияние шумов на пропускную способность информационного каналаСоотношение между скоростью передачи данных и пропускной способностьюидеального канала связи справедливо и для реального канала связи (с шумами).Под термином «шум» понимают разного рода помехи, искажающие передаваемыйсигнал и приводящий к потере информации.Отличие реального канала от идеального в том, что шумы приводят к снижениюпропускной способности канала.

Покажем это для частного случая использования двухэлементарных сигналов равной длительности. Каждый из них на входе канала связинесет ср = 1 бит информации. Из-за шумов при передаче может произойти искажениесигнала, в результате чего вместо 1 на выходе будет получен 0, а вместо 0 - 1. Пустьвероятности таких искажений для 0 и 1 одинаковы, т.е. p 10 = p01 = p. Тогдавероятность того, что исходный сигнал придет без искажений, очевидно, равна 1 - р.Следовательно, при интерпретации (распознавании) конечного сигнала возникаетнеопределенность, которая, может быть охарактеризована средней энтропией:H = -p * log2p - (1 - р) *1оg2(1 - р).Эта неопределенность приведет к уменьшению количества информации,содержащейся в сигнале, на величину Н, т.е.ср = ср - HПоскольку длительность импульса 0 определяется частотой fm и не зависит отналичия шумов, пропускная способность реального канала Срк оказывается меньше,чем аналогичного идеального С:Cрк = ср / 0 = (ср + p*log2 p + (1 –p)*log2(1 –p)) / 0  C.На графике показана зависимость Срк(p).

При р = 0,5 'ср = 0 и, следовательно, Срк = 0.Это связано с тем, что в данном случае на приемном конце линии связи с одинаковой56вероятностью получаются 0 и 1 независимо от того, каков был сигнал на входе, так чтопередача информации по такой линии оказывается вообще невозможной.Максимального значения пропускная способность достигает при р = 0, чтосоответствует отсутствию помех, а также при р = 1, т.е. таких помехах, которые каждыйвходной сигнал 1 переводят в 0 на выходе, а каждый 0 на входе - в 1 на выходе. Ясно,что помехи такого рода не мешают распознаванию того, какой сигнал был послан и,следовательно, пропускная способность от этого не страдает.Влияние шумов определяется соотношением мощности сигнала и мощности помех.Например, для так называемого белого гауссова шума, в котором помехи существуют навсех частотах, а их амплитуды подчиняются нормальному (гауссову) распределению:Cрк = fm.log2(1+(Nс/Nш)),Из этого соотношения видно, что для увеличения пропускной способности каналасвязи необходимо увеличивать полосу пропускания, либо улучшать отношениемощности сигнала к мощности помех.Вывод.