Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем (2005) (1186253), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Кроме того, очевидно, что процессоры обычных универсальных ЭВМ вряд ли поддерживают операции над такими числами, в связи с чем операции над ними требуют написания соответствующих подпрограмм или эмуляции комплексной арифметики.Появление систем управления базами данных и систем программирования для разработки ИС приводит к появлению другихтипов данных:• дата и время;• бинарные (BLOB — Binary Large Object) и текстовые объектыбез внутренней структуры (интерпретация возлагается на прикладные программы).Понятие типа данных ассоциируется также с допустимыми значениями переменной и операциями над ними, например, данныетипа время (ЧЧ:ММ:СС) или дата (ГГ/ММ/ДД) предполагают определенные диапазоны значений каждого из разрядов, а также машинные или эмулируемые операции (сложение/вычитание дати/или моментов времени).
Основной причиной «проблемы 2000 г.»являлось не столько двухразрядная запись года в базах данных,1.3. Информация, кодирование, обработка в ЭВМ59сколько встроенные в огромное количество программ (часто не документированных) операции над данными типа DATE —ГГ/ММ/ДД.Структуры данных. В Алголе были определены два типа структур: элементарные данные и массивы (векторы, матрицы, тензоры,состоящие из арифметических или логических переменных). Основным нововведением, появившимся первоначально в Коболе (затемPL/1, Паскаль и пр.), являются агрегаты данных (структуры, записи), представляющие собой именованные комплексы переменныхразного типа, описывающих некоторый объект или образующих некоторый достаточно сложный документ.Рассмотренные выше экзотические типы данных (комплексныечисла), очевидно, занимают промежуточное положение между элементарными переменными и массивами (структурами).Термин запись подразумевает наличие множества аналогичныхпо структуре агрегатов, образующих файл (картотеку), содержащихданные по совокупности однородных объектов, элементы данныхобразуют поля, среди которых выделяются элементарные и групповые (агрегатные).Появление СУБД и АИПС приводит к появлению новых разновидностей структур:• множественных полей данных;• периодических групповых полей;• текстовых объектов (документов), имеющих иерархическуюструктуру (документ, сегмент, предложение, слово).Двоичное кодирование мультимедиа информации.
С 80-х гг. бурноразвивается технология обработки на компьютере графической информации. Компьютерная графика широко используется в компьютерном моделировании в научных исследованиях, компьютерныхтренажерах, компьютерной анимации, деловой графике, играхи т. д.В последнее время в связи с резким ростом аппаратных возможностей персональных компьютеров пользователи получили возможность обрабатывать видеоинформацию.Графическая информация на экране дисплея представляется ввиде изображения, которое формируется из точек (пикселей). В современных компьютерах разрешающая способность (количество точек на экране дисплея), а также количество цветов зависят от видеоадаптера и могут меняться программно.Цветные изображения могут иметь различные режимы: 16 цветов, 256 цветов, 65536 цветов (high color), 16777216 цветов (true60Глава 1.
Вычислительные приборы и устройства...color) — табл. 1.13. Очевидно, что количество бит на точку (пиксель), например, режима true color, равно:/= Iog265 536 = 16 бит = 2 байта.Таблица 1.13. Характеристики различных стандартов представления графикиРазрешение16 цветов256 цветов65 536 цветов16 777 21 6 цветов640x480150 Кбайт300 Кбайт600 Кбайт900 Кбайт800x600234,4 Кбайт468,8 Кбайт937,5 Кбайт1,4 Мбайт1024x768384 Кбайт768 Кбайт1 ,5 Мбайт2,25 Мбайт1280х 1024640 Кбайт1,25 Мбайт2,5 Мбайт3,75 МбайтНаиболее распространенной разрешающей способностью экрана является разрешение 800 на 600 точек, т.
е. 480 000 точек.Рассчитаем необходимый для режима true color объем видеопамяти:V= 2 байта х 480 000 = 960 000 байт = 937,5 Кбайт.Аналогично рассчитывается объем видеопамяти, необходимыйдля хранения битовой карты изображений при других видеорежимах.В видеопамяти компьютера хранится битовый план (bit map),являющийся двоичным кодом изображения, отсюда она считывается (не реже 50 раз в секунду) и отображается на экране.Двоичное кодирование звуковой информации. С начала 90-х гг.персональные компьютеры получают широкие возможности для работы со звуковой информацией. Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, может сохранять звук в виде файлов и воспроизводитьего.
С помощью специальных программных средств (редакторов аудиофайлов) открываются широкие возможности по созданию, редактированию и прослушиванию звуковых файлов. В дальнейшемсоздаются программы распознавания речи и появляется возможность голосового управления компьютером.При двоичном кодировании аналогового звукового сигнала непрерывный сигнал дискретизируется (оцифровывается), т. е. заменяется серией отдельных выборок (см. рис.
1.6). Качество двоичного кодирования зависит от двух параметров: количества распознаваемых дискретных уровней сигнала и количества выборок всекунду.II1.3. Информация, кодирование, обработка в ЭВМ61Различные звуковые карты могут обеспечить как 8-, так и16-битные выборки. При замене непрерывного звукового сигналаего дискретным представлением в виде ступенек 8-битные картыпозволяют закодировать 256 различных уровней дискретизации звукового сигнала, соответственно 16-битные — 65 536 уровней.Частота дискретизации аналогового звукового сигнала (количество выборок в секунду) также может принимать различные значения (5,5, 11, 22 и 44 кГц). Таким образом, качество звука в дискретной форме может быть очень плохим (качество радиотрансляции)при 8 битах и 5,5 кГц и весьма высоким (качество аудиоСВ) при16 битах и 44 кГц.Можно оценить объем моноаудиофайла с длительностью звучания 1 с при среднем качестве звука (16 бит, 22 кГц).
Для этого16 бит на одну выборку необходимо умножить на 22 000 выборок всекунду, что дает в результате 43 Кбайта.Сжатие информации. Объем обрабатываемой и передаваемой информации быстро растет. Это связано с выполнением все болеесложных прикладных процессов, появлением новых информационных служб, использованием изображений и звука.Сжатие данных (data compression) — процесс, обеспечивающийуменьшение объема данных. Сжатие позволяет резко уменьшитьобъем памяти, необходимый для хранения данных, сократить (доприемлемых размеров) время их передачи. Особенно эффективносжатие изображений.
Сжатие данных может осуществляться какпрограммным, так и аппаратным или комбинированным методом.Сжатие текстов связано с более компактным расположениембайтов, кодирующих символы. Определенные результаты дает статистическое кодирование, в котором наиболее часто встречающиесясимволы получают коды наименьшей длины.
Здесь также используется счетчик повторений пробелов. Что же касается звука и изображений, то объем представляющей их информации зависит от выбранного шага квантования и числа разрядов аналого-дискретногопреобразования. В принципе, здесь используются те же методы сжатия, что и при обработке текстов. Если сжатие текстов происходитбез потери информации, то сжатие звука и изображения почти всегда приводит к ее некоторой потере. Сжатие широко используетсяпри архивировании данных.Сжатие изображений (images compression) — процесс минимизации данных, определяющих изображение. Минимизация количестваинформации, предоставляющей изображение или видеофильм прежде всего, осуществляется при выборе шага квантования и разрядности кодов.
При этом, естественно, происходит определенная (до-г62Глава 1. Вычислительные приборы и устройства...пустимая) потеря информации. Затем происходит сжатие изображения, представленного дискретным сигналом.Сжатие изображения осуществляется в несколько этапов:• изображение делится на блоки пикселов, каждый из которыхподвергается обработке, устраняющей избыточлость;• осуществляется кодирование с переменной длиной кодов, чтоисключает длинные цепочки нулей и единиц в последовательностях битов',• дополнительное сжатие движущегося изображения за счетсравнения каждого изображения с предыдущим, чтобы сохранять только изменившуюся его часть.Допускается потеря той информации, которая в решении поставленной задачи считается несущественной.
Например, можнопри обработке изображений удалить из аналогового сигнала частоты, которые находятся вне спектра, воспринимаемого глазом человека (до 10 000 цветов, 250 оттенков серого цвета). Нередко допускается игнорирование цвета каждого второго пиксела либо группапикселов заменяется одним со средним значением цвета. Осуществляется также групповое кодирование.
Его сущность заключается вкодировании групп одинаковых пикселов (например, небо без облаков на картине).Размер файла сжатого дискретного неподвижного изображениязависит от четырех параметров: площади изображения, квадратаразрешения, числа бит, необходимых для представления пиксела, икоэффициента сжатия. В видеофильме к этому еще добавляетсячисло образующих его неподвижных изображений. Выбор коэффициентов сжатия — компромисс между пропускной способностьюсистемы (скоростью переноса файлов) и качеством восстанавливаемого изображения. Чем выше коэффициент сжатия, тем ниже этокачество.
При этом следует иметь в виду, что при очень высокойразрешающей способности и большом коэффициенте сжатия можно получить изображение с низкой разрешающей способностью.Поэтому, выбор указанных параметров обосновывается технико-экономическим анализом и алгоритмом сжатия. Что касается качества изображения, то оно зависит от конкретной поставленнойзадачи. Например, в системах телеконференций основной объем необходимой информации содержится в речи, тогда как качество изображения может играть вторую роль.В зависимости от скорости сжатия изображений выполняемыепроцессы подразделяются на два класса.
К первому относится сжатие неподвижных изображений, которое может выполняться в фоновом режиме, с любой возможной скоростью Второй класс обра-1.3. Информация, кодирование, обработка в ЭВМ63зуют алгоритмы сжатия движущихся изображений, которые должнывыполняться в реальном времени по мере получения данных.Существует немало технологий сжатия/восстановления изображений. Наиболее популярная из них предложена Объединенной группой экспертов в области фотографии (JPEG) и позволяет сократитьразмеры графического файла в 10—20 раз. Благодаря специальнымпроцессорам и алгоритмам удается также сжимать видеосюжеты.Кодирование видеоинформации. В связи с большим объемом информации, содержащейся в видеопотоке (до 6 Мбайт/с), для записиинформации в ЭВМ обычно применяют сжатое кодирование потока данных на входе с использованием алгоритмов семействаMPEG/JPEG (табл. 1.14).Таблица 1 14 Характеристики представления видеоинформациив различных форматах№ФорматТип данных (размер изображения)Длительность записи (CD/DVD), мин1VCD288 х 384632S-VCD480 х 576323DVD576 х 720594VHS288 х 384-5S-VHS540 х 720-6Internet High Speed193 х 144-Стандарт MPEG (Motion Picture Expert Group) включает несколько компонент: системного потока, описывающего структуру смешанного аудио- и видеопотока, а также MPEG-video и MPEG-audio.В случае MPEG video сжатие достигается за счет четырех факторов.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
