Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура электронно-вычислительных машин и систем (2004) (1186255), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Кроме того, вводятся числа двойного формата (2 машинныхслова), для обработки которых также необходимо наличие в процессоре(или эмуляция) команд обработки чисел двойной длины (точности).Уместно привести пример представления числовой информации вразличныхперечисленныхформах.Пустьзаданочисло13510=2078=8716=1000001112- внутренняя стандартная форма - тип BINARY - представления(для обработки в двоичной арифметике) -сохраняется (1000001112).Объем - 1 байт, 8 двоичных разрядов;- внутренняя форма двоично-десятичного - тип DECIMAL представления - каждый разряд десятичного числа представляетсядвоично-десятичной (4 бита) комбинацией.
Представление 135 есть 001011 1012. Объем - 2, 5 байта, 12 двоичных разрядов.- символьное представление (для вывода) - тип ALPHABETIC каждый разряд представляется байтом в соответствии с кодом ASCII(табл. приложения 2). Представление 135 есть - 00110001 00110011001101012. Объем - 3 байта.Некоторые системы программирования (Fortran IV, например),поддерживают операции над комплексными числами вида Z=A+Bi (гдеА, В - действительные коэффициенты, а i - мнимая единица). Очевидно,для размещения таких чисел необходимо как минимум, двойной расходоперативной памяти (по одному слову для размещения действительнойи мнимой частей при обычной точности и по 2 слова при двойнойточности).
Кроме того, очевидно, что процессоры обычныхуниверсальных ЭВМ вряд ли поддерживают операции над такимичислами, в связи с чем операции над ними требуют написаниясоответствующих подпрограмм или эмуляции комплексной арифметики.98Появление систем управления базами данных и системпрограммирования для разработки ИС приводит к появлению новыхтипов данных:- дата и время;- бинарные (BLOB - Bynary Large Object) и текстовые объектыбез внутренней структуры (интерпретация возлагается на прикладныепрограммы).Понятие типа данных ассоциируется также с допустимымизначениями переменной и операциями над ними, например, данные типавремя (ЧЧ:ММ:СС) или дата (ГГ/ММ/ДД) предполагают определенныедиапазоны значений каждого из разрядов, а также машинные илиэмулируемые операции (сложение/вычитание дат и/или моментоввремени).
Основной причиной "проблемы 2000 года" являлось нестолько двухразрядная запись года в базах данных, сколько встроенныев огромное количество программ (часто не документированных)операции над данными типа DATЕ - ГГ/ММ/ДД.Структуры данныхВ Алголе были определены два типа структур: элементарныеданные и массивы (векторы, матрицы, тензоры, состоящие изарифметическихилилогическихпеременных).Основнымнововведением, появившимся первоначально в Коболе, (затем PL/1,Паскаль и пр.) являются агрегаты данных (структуры, записи),представляющие собой именованные комплексы переменных разноготипа, описывающих некоторый объект или образующих некоторыйдостаточно сложный документ.Рассмотренные выше экзотические типы данных (комплексныечисла) очевидно, занимают промежуточное положение междуэлементарными переменными и массивами (структурами).Термин запись подразумевает наличие множества аналогичных поструктуре агрегатов, образующих файл (картотеку), содержащих данныепо совокупности однородных объектов, элементы данных образуютполя, среди которых выделяются элементарные и групповые(агрегатные).Появление СУБД и АИПС приводит к появлению новыхразновидностей структур:- множественные поля данных;- периодические групповые поля;- текстовые объекты (документы), имеющие иерархическуюструктуру (документ, сегмент, предложение, слово).99Двоичное кодирование мультимедиа информацииС 80-х годов бурно развивается технология обработки накомпьютере графической информации.
Компьютерная графика широкоиспользуетсявкомпьютерноммоделированиивнаучныхисследованиях, компьютерных тренажерах, компьютерной анимации,деловой графике, играх и т. д.В последние годы, в связи с резким ростом аппаратныхвозможностей персональных компьютеров, пользователи получиливозможность обрабатывать ВИДЕО информацию.Графическая информация на экране дисплея представляется в видеизображения, которое формируется из точек (пикселей). В современныхкомпьютерах разрешающая способность (количество точек на экранедисплея), а также количество цветов зависит от видеоадаптера и можетменяться программно.Цветные изображения могут иметь различные режимы: 16 цветов,256 цветов, 65 536 цветов (high color), 16 777 216 цветов (true color).Каждый цвет представляет собой одно из вероятных состояний точкиэкрана.
Рассчитаем количество бит на точку, необходимых для режимаtrue color: I = logs 65 536-16 бит = 2 байт.Наиболее распространенной разрешающей способностью экранаявляется разрешение 800 на 600 точек, т.е. 480000 точек. Рассчитаемнеобходимый для режима true color объем видеопамяти: 1 = 2 байт 480000 = 960 000 байт = 937,5 Кб. Аналогично рассчитывается объемвидеопамяти, необходимый для хранения битовой карты изображенийпри других видеорежимах.Разрешение 16 цветов 256 цветов 65536 цветов 16 777 216 цветов640х480800х6001024х7681280 x 1024150Кб234,4Кб384 Кб640Кб300 Кб468,8 Кб768Кб1,25Мб600Кб937,5Кб1,5Мб2,5Мб900Кб1,4Мб2,25 Мб3,75 МбВ видеопамяти памяти компьютера хранится битовый план (bitmap), являющийся двоичным кодом изображения, отсюда онасчитывается процессором (не реже 50 раз в секунду) и отображается наэкран.Двоичное кодирование звуковой информации. Сначала 90-х годовперсональные компьютеры получили возможность работать со звуковойинформацией.
Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, можетсохранять в виде файлов и воспроизводить звуковую информацию. Спомощью специальных программных средств (редакторов аудиофайлов)открываются широкие возможности по созданию, редактированию ипрослушиванию звуковых файлов. Создаются программы распознавания100речи, и появляется возможность управления компьютером голосом.При двоичном кодировании аналогового звукового сигналанепрерывный сигнал дискретизируется (оцифровывается), т.
е.заменяется серией его отдельных выборок (отсчетов). Качестводвоичного кодирования зависит от двух параметров: количествараспознаваемых дискретных уровней сигнала и количества выборок всекунду.Различные звуковые карты могут обеспечить 8-или 16-битныевыборки.Замена непрерывного звукового сигнала его дискретнымпредставлением в виде ступенек 8-битные карты позволяютзакодировать 256 различных уровней дискретизации звукового сигнала,соответственно 16-битные — 65 536 уровней.Частотадискретизациианалоговогозвуковогосигнала(количество выборок в секунду) может принимать различные значения(5,5 КГц, 11 КГц, 22 КГц и 44 КГц).
Таким образом, качество звука вдискретнойформеможетбытьоченьплохим(качестворадиотрансляции) при 8 битах и 5,5 КГц и очень высоким (качествоаудио-CD) при 16 битах и 44 КГц.Можно оценить объем моноаудиофайла длительностью звучания 1сек при среднем качестве звука (16 бит, 22 КГц).
Это означает, что 16бит на одну выборку необходимо умножить на 22 000 выборок всекунду, получим 43 Кб.Кодирование видеоинформацииВ связи колоссальным объемом информации, содержащейся ввидеопотоке (до 6 Мбайт/c), для записи информации в ЭВМ обычноприменяют сжатое кодирование потока данных на входе сиспользованием алгоритмов семейства MPEG/JPEG.Стандарт MPEG (Motion Picture Expert Group) состоит изнескольких частей системный поток, описывающий структурусмешанного аудио и видео потока, MPEG-video, MPEG-audio.MPEG video, здесь сжатие достигается за счет 4 факторов.1. Использование составляющих YUV вместо RGB.Это означает, что вместо элементарных цветов кодируется яркость(luminance, Y) и цветность (chrominance, U & V), причем цветностьпрорежена по вертикали и горизонтали в два раза по сравнению cяркостью (децимация).
При этом вместо сильно коррелированныхсигналов RGB получаются практически некоррелированные YUV. Засчет децимации достигается сжатие в два раза.1012. Дискретно-косинусное преобразование c последующимквантованием.При этом квадраты 8*8 пикселей подвергаются двумерномудискретно-косинусному преобразованию (DCT), которое родственнопреобразованию Фурье, отличие в наборе базисных функций (в Фурьесинусы и косинусы, в DCT - косинусы). Это преобразование переводитпространственное представление сигнала в частотное. Результатпреобразования подвергается квантованию, то есть огрублениюточности, причем коэффициент квантования для более высокихпространственных частот выше, чем для низких, в связи cособенностями восприятия.
При этом высокие пространственныечастоты передаются c меньшей точностью, чем низкие частоты. Приквантовании многие пространственные частоты вообще обращаются внуль и не кодируются и не передаются.3. Устранение временной избыточности c компенсацией движения.Это означает, что для ликвидации избыточности, заключающейсяв большой корреляции между соседними кадрами, передается разностьмежду ними. Весь поток кадров разбивается на несколько типов - Intra(I), которые кодируются полностью, Predicted (P), для которыхкодируется разность от предыдущего I- или P-кадра, и Bidirectional (B),для которых в качестве опорных (reference) используются I- и/или Pкадры, между которыми он находится. Обычно I-кадры следуют 1 или 2раза в секунду, и между двумя опорными кадрами лежит 2-4 B-кадра.Обычная последовательность имеет вид: IBBPBBPBBPBBIBBP.
Вобщем случае вид последовательности выбирается кодером и можетзависеть или не зависеть от содержания кадров. Поскольку изображениена соседних кадрах обычно сдвинуто, применяется компенсациядвижения, то есть кодируется разность от некоторого сдвинутогоопорного изображения. Кодирование выполняется по макроблокам(16*16 яркость, 8*8 цветность), для каждого макроблока находится свойвектор движения. (п.2 выполняется после компенсации движения).4. Квазиоптимальное кодирование.Коэффициенты, полученные после DCT, векторы движения и томуподобное, кодируются кодами переменной длины. Это кодированиеможно назвать квазиоптимальным, поскольку кодовая таблица нестроится заново для каждого конкретного случая, а выбрана приразработке стандарта на основе анализа типичных видеопоследовательностей.MPEG-1 проектировался c расчетом на поток 120 килобайт всекунду при 25 кадрах размером 288*354 в секунду, хотя он неограничен этим и допускает существенно больший поток припроизвольном размере кадра.102MPEG-2 проектировался c учетом опыта использования MPEG-1 иориентирован на вещание, так как содержит средства для маскированияошибок.MPEG audio.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
