Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Информация в материальном мире (Кодирование информации)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Понятие информации является одним из основополагающих в современной науке. Информацию наряду с веществом и энергией рассматривают в качестве важнейшей сущности мира, в котором мы живём. Информация занимает особое положение в нашем мире. В обычном понимании информация - это набор неких сведений, данных, знаний и т.п. Вся жизнь человека, так или иначе, связана с получением, накоплением и обработкой информации. Чтобы человек ни делал - разговаривает, читает книгу или смотрит телевизор - он постоянно и непрерывно получает и обрабатывает информацию.

Мы живём в век бурного развития науки, техники и новых технологий. Научно-технический прогресс развивается стремительно и получать, обрабатывать и передавать информацию становится всё проще и эффективнее. Так, например, т изобретения радио до изобретения телевидения прошло всего 30 лет, а временной промежуток между изобретением транзистора и интегральной схемы составил всего 5 лет. В настоящее время возможности современной науки и вовсе поражают.

Всё, что нас окружает, и с чем мы сталкиваемся, относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. То есть, мы живём в материальном мире. Все виды обмена энергией сопровождаются появлением сигналов, т.е., все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При взаимодействии сигналов с физическими телами, в них возникают определённые изменения свойств – это явление называется регистрацией сигналов. В результате образуются данные – зарегистрированные сигналы.

Целью данной курсовой работы является изучение понятия информации и её свойств. Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

изучить различные определения понятия информации;
изучить виды информации;
изучить свойства информации.

Актуальность данной работы состоит в том, что она поможет сформировать общее представление о сущности информации, о её видах и свойствах. Современному обществу необходимо получение нужной ему информации. Без неё человек не сможет учиться, работать и создавать что-то новое. Каждая информация индивидуальна для каждого человека. Поэтому важно уметь подобрать её виды, свойства и меру. Не обладая этими знаниями, обществу невозможно предоставить объективную информацию.

1. Понятие информации

Слово "информация" берёт своё происхождения от латинского слова «informatio», что означает «сведения, разъяснения, изложения». С середины 20 века оно стало массово использоваться в науке, что подразумевало под собой сведения между людьми, людьми и машинами, машинами и машинами, передачу различных признаков между клетками растений, животных и людей.

Понятие информации многогранно, поэтому какого-то универсального определения у неё нет. Информация - это настолько глубокое понятие, что его не представляется возможным объяснить в нескольких словах. В него вкладывается различный смысл в науке, технике, житейских ситуациях и т.п. В обычном смысле под информацией подразумевают различные данные или сведения, которые кого-либо интересуют. Информация в практической деятельности человека подразумевает под собой сведения о явлениях и объектах окружающей среды, об их свойствах, состоянии и параметрах. Например, запах, цвет, звук и т.д. В природе информация - это биологический код, заложенный в каждом живом организме.

Современная наука ищет общие свойства и закономерности, присущие понятию информация, но в настоящее время это понятие во многом остаётся интуитивным и получает различные смысловые наполнения в самых разных отраслях человеческой деятельности:

в быту информацией называют любые данные, сведения, знания, которые кого-либо интересуют. Например, сообщение о каких-либо событиях;
в технике под информацией подразумевают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов (в этом случае есть источник сообщений, получатель (приемник) сообщений, канал связи);
в кибернетике под информацией понимают ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы;
в теории информации под информацией понимают сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

Информация в практической деятельности человека подразумевает под собой сведения о явлениях и объектах окружающей среды, об их свойствах, состоянии и параметрах. Например, запах, цвет, звук и т.д. В природе информация - это биологический код, заложенный в каждом живом организме.

В широком смысле, информация - это отражение реального мира в виде сигналов и знаков. В информатике информация представляет собой сведения об объектах и процессах в окружающей среде, которые снижают неопределённость и позволяют адекватно реагировать на происходящее. Для обмена информацией, ее преобразования и передачи необходимо наличие источника (носителя) сообщений, передатчика (кодера), канала связи, приемника(декодера) и получателя сообщения.

Говоря о компьютерной обработке данных, под информацией понимают некоторую последовательность символов или знаков (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т.п.), которая несет смысловую нагрузку и представлена в понятном для компьютера виде.

Каждый человек ежедневно сталкивается с большими объёмами информации. Она разнообразна и может быть как полезна, так и бесполезна. В любом случае, без информации невозможно жить. Информацию изучает отдельная наука - информатика.

Информатика является новой научной дисциплиной и новой информационной индустрией, связанной с использованием персональных компьютеров и сетей ЭВМ. Информатика как научная дисциплина занимается изучением законов, принципов и методов накопления, обработки и передачи информации с помощью ЭВМ. Но эти процессы происходят не только внутри ЭВМ. Передачу и накопление информации мы видим и во многих других сферах жизнедеятельности людей.

Наряду с информацией, базовыми понятиями информатики являются данные и знания. Эти понятия часто используются как синонимы. Данные - это сообщения об объектах и процессах, представленные в структурированной, либо неструктурированной форме на каком-либо материальном носителе (бумажные документы, магнитные диски и т.д.). Различают числовые, символьные, графические, звуковые типы данных, а также данные видеоинформации. Не существует четкой границы между понятиями данные и информация, т.к в одном случае данные могут восприниматься в качестве информации, т.е. использоваться без какой-либо дополнительной обработки, а в другом - они должны быть предварительно обработаны.

Следующим важным понятием, используемым совместно с предыдущими (данные и информация), является понятие «знания». Знания - это проверенные практикой результат изучения реальной действительности, отражающий содержание объектов, процессов и явлений.

Рис.1 Классификация знаний с позиции психического отражения среды человеком

Рис. 1. Классификация знаний с позиции психического отражения среды человеком

Любая информационное сообщение (будь то какое-либо объявление, письмо, фотография, видео и т.п.) несёт в себе разное количество и содержание информации для различных людей, с учётом накопленных ими знаниями, уровнями доступности этого сообщения и интереса к нему. Например, новость, написанная на немецком языке, не несёт никакой информации человеку, который не владеет этим языком. Информацию рассматривают как соотношения между сообщением и его получателем.

1. 1.1. Виды информации

Человек всегда стремится зафиксировать и надолго сохранить своё восприятие информации. Человеческий мозг способен хранить множество информации, и использует для её хранения свои способы. Основой этих способов является двоичный код, прямо как у персональных компьютеров. Человек всегда хотел, чтобы была возможность делиться своей информацией с другими людьми и найти для этого надёжные средства для её долговременного хранения и передачи. Для этого в настоящее время изобретено множество способов хранения информации на внешних (относительно мозга человека) носителях и ее передачи на огромные расстояния. Информация может быть представлена в самых различных видах:

текст, рисунки, чертежи, фотографии;
световые или звуковые сигналы;
радиоволны;
электрические и нервные импульсы;
магнитные записи; жесты и мимика;
запахи и вкусовые ощущения;
хромосомы, через которые передаются по наследству признаки и свойства организмов, и т.д.

Существуют следующие виды информации:

По форме представления:
Графическая;
Звуковая;
Числовая;
Текстовая;
Визуальная;
Комбинированная.
По способам восприятия:
Аудиальная;
Обонятельная;
Тактильная;
Вкусовая.
По типу сигнала:
Аналоговая (непрерывная);
Знаковая (дискретная).

По форме представления информация может быть различной. Текстовую информацию (которая представлена в виде алфавита) мы воспринимаем путём чтения книг, статей, газет. Одновременно мы получаем и символьные сведения, состоящие из цифр. Глядя на различные изображения, чертежи и графики мы воспринимаем графический вид информации.

Информация может быть воспринята по-разному с помощью органов чувств. Так, например, визуальная информация воспринимается при помощи зрения, аудиальная - при помощи слуха, тактильная - ощущений, обонятельная - запаха, а данные о вкусе даёт нам язык. Люди воспринимают информацию по-разному. Кто-то больше запоминает, если что-то увидел, а третий - если что-то услышал.

В информатике различают знаковую (дискретную) и аналоговую (непрерывную) информацию. Знаковая информация может передаваться, обрабатываться и храниться в виде огромного количества самых различных символов. Её можно содержать в рукописных и печатных документах, она способна отразить состояние различных цифровых автоматов и т.п. Непрерывная информация - полная противоположность дискретно. Она представлена в звуковых, зрительных и др. образах. Также её можно наблюдать в непрерывных траекториях процессов (например, на кардиограмме).

Существуют виды информации, для которых до сих пор не изобрели способов их кодирования и хранения. Таковыми являются, например, тактильная информация (передаётся ощущениями), органолептическая (передаётся запахами и вкусами) и др. Также есть и такие виды информации, для которых современная наука не нашла признанных всеми терминов.

1. 2.1 Свойства информации

Как любой объект, информация наделена некоторыми свойствами. На свойства информации влияют как свойства данных, составляющих её содержательную часть, так и свойства методов, фиксирующих эту информацию. В этом является отличительная особенность информации от других объектов природы и общества.

С точки зрения информатики, наиболее важными представляются следующие общие качественные свойства информации:

Объективность информации. Информация является объективной, если она не зависит от методов её фиксации, чего-либо мнения или суждения, ведь информация - это отражение внешнего объективного мира. Например, сообщение "На улице холодно" несёт субъективную информацию, а сообщение "На улице минус 15 градусов" - объективную. Разумеется, с некой погрешностью средства измерения. Объективную информацию можно получить с помощью исправных датчиков, измерительных приборов. Отражаясь в сознании конкретного человека, информация перестает быть объективной, так как, преобразовывается (в большей или меньшей степени) в зависимости от мнения, суждения, опыта, знаний конкретного субъекта.
Достоверность информации. Информация является достоверной, если отражает истинное положение дел. Недостоверная информация может привести к неверному пониманию ситуации и, как следствие, принятию неправильного решения. Достоверная информация строится на фактах, объективных сведениях. Полнота и достоверность информации взаимосвязаны между собой. Достоверная информация помогает принять нам правильное решение. Недостоверной информация может быть по следующим причинам:

целенаправленное искажение (дезинформация) или непреднамеренное искажение субъективного свойства;
искажение в результате воздействия помех («испорченный телефон») или недостаточно точных средств ее фиксации.

Полнота информации. Информацию можно назвать полной, если она содержит в себе минимальный, но достаточный набор данных, позволяющий принять правильное решение. Данный показатель является весьма относительным, т.к. оценивается по тому, насколько данная информация может помочь при решении той или иной проблемы. Если информации достаточно для принятия правильного решения, то она является полной.
Точность информации. Данный показатель определяется степенью близости информации к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п.
Актуальность информации – это степень соответствия полученной информации данному времени, вовремя полученная информация. Например, опять возьмём тот же прогноз погоды. На завтра или на будущую неделю он будет актуален для нас, так как поможет подобрать подходящую одежду, возможно, скорректировать свои планы. В то же время прогноз вчерашний или недельной давности для нас неактуален, так как не несет никакой ценности, так как эта информация получена несвоевременно, не соответствует интересующему нас времени. Но следует помнить и о том, что, в зависимости от целей, неактуальная для одних людей информация может быть актуальна для других. Так, при раскрытии преступления в некоторых ситуациях состояние погоды в день кражи или убийства может иметь ключевое значение.
Полезность информации. Полезность той или иной информации может быть оценена относительно других нужд её потребителей и оценивается по тем задачам, которые можно решить с её помощью.

Кроме того, информация обладает динамическими свойствами. Динамические свойства связаны с изменением информации во времени:

копирование – размножение информации
передача от источника к потребителю
перевод с одного языка на другой
перенос на другой носитель
старение (физическое – носителя, моральное – ценностное).

Самая ценная информация – объективная, достоверная, полная, и актуальная. При этом следует учитывать, что и необъективная, недостоверная информация (например, художественная литература), имеет большую значимость для человека. Социальная (общественная) информация обладает еще и дополнительными свойствами:

имеет семантический (смысловой) характер, т. е. понятийный, так как именно в понятиях обобщаются наиболее существенные признаки предметов, процессов и явлений окружающего мира.
имеет языковую природу (кроме некоторых видов эстетической информации, например изобразительного искусства). Одно и то же содержание может быть выражено на разных естественных (разговорных) языках, записано в виде математических формул и т.д.

Со временем количество информации неуклонно растёт, она накапливается и происходит её систематизация, оценка и обобщение. Это свойство назвали ростом и кумулированием информации. Слово кумуляция образовано от латинского cumulatio, и означает "увеличение, скопление".

Информация имеет свойство устаревать. Это проявляется в уменьшении её ценности со временем. Информация устаревает из-за появления новой информации, которая уточняет, дополняет или отвергает полностью или частично более раннюю. Научно-техническая информация стареет быстрее, а эстетическая (произведения искусства) – медленнее.

2. Кодирование информации

Под кодированием информации понимается её представление в альтернативном виде. В качестве элементов кодируемой информации могут выступать:

буквы, слова и фразы естественного языка;
различные символы, такие как знаки препинания, арифметические и логические операции, операторы сравнения и т.д. Следует отметить, что сами знаки операций и операторы сравнения – это кодовые обозначения;
числа;
аудиовизуальные образы;
ситуации и явления;
наследственная информация.

Кодовые обозначения могут представлять собой:

буквы и сочетания букв естественного языка;
числа;
графические обозначения;
электромагнитные импульсы;
световые и звуковые сигналы;
набор и сочетание химических молекул.

Кодирование информации может выполняться в различных целях. Например, в целях удобства хранения, обработки и передачи информации (как правило, закодированная информация представляется более компактно, а также пригодна для обработки и передачи автоматическими программно-техническими средствами). Также кодирование информации способствует удобству информационному обмену между субъектами и наглядности отражения информации.

Кодом называется правило, которое описывает соответствие знаков (или их словосочетаний) одного алфавита знакам (или их сочетаниям) другого алфавита.

Декодирование - операция, обратная кодированию, т.е. восстановление информации в первичном алфавите по полученной последовательности кодов.

Операции кодирования и декодирования являются обратимыми, если в результате их последовательного применения происходит возврат к исходной информации без потерь.

Примером обратимого кодирования является представление знаков в телеграфном коде при передаче сообщений и восстановление их при приеме.

Примером необратимого кодирования является перевод текста с одного естественного языка на другой (обратный перевод побуквенно обычно не соответствует исходному тексту).

Кодирование информации бывает одноуровневым и многоуровневым. Примером одноуровневого кодирования служат световые сигналы, подаваемые светофором (красный – стой, желтый – приготовиться, зеленый – вперед). В качестве многоуровневого кодирования можно привести представление визуального (графического) образа в виде файла фотографии. Вначале визуальная картинка разбивается на составляющие элементарные элементы (пикселы), т.е. каждая отдельная часть визуальной картинки кодируется элементарным элементом. Каждый элемент представляется (кодируется) в виде набора элементарных цветов (RGB: англ. red – красный, green – зеленый, blue – синий) соответствующей интенсивностью, которая в свою очередь представляется в виде числового значения. Впоследствии наборы чисел, как правило, преобразуются (кодируются) с целью более компактного представления информации (например, в форматах jpeg, png и т.д.). И наконец, итоговые числа представляются (кодируются) в виде электромагнитных сигналов для передачи по каналам связи или областей на носителе информации. Следует отметить, что сами числа при программной обработке представляются в соответствии с принятой системой кодирования чисел.

Существуют общедоступные и секретные системы кодирования. Первые используются для облегчения информационного обмена, вторые – в целях сокрытия информации от посторонних лиц.

Применения кодов нашло обширное применение в жизни общества. В качестве распространённых кодовых систем можно привести:

дорожные знаки;
обозначение химических элементов из периодической таблицы Дмитрия Ивановича Менделеева;
сокращенные наименования дисциплин в расписании занятий студентов.

По мере развития человечества, появлялись новые возможности отправки сообщений, в том числе срочных сообщений. В 1831 году Майкл Фарадей сделал открытие, которое буквально перевернуло мир: он изобрел способ получения электрического тока. И чуть ли не сразу же электрический ток был использован для передачи сообщений.

На основе теоретических разработок английского учёного Шиллинга, американский изобретатель Сэмюэл Морзе создал и широко внедрил в практику телеграфные аппараты и линии связи. Морзе пришлось создавать язык, отчасти похожий на язык африканского барабанного телеграфа. И электрический ток, и барабан, имеют весьма небогатый собственный язык. По барабану можно либо стучать, либо нет. Электрический ток или идет, или его нет. Поэтому и кодировка, предложенная Морзе, использовала всего три своеобразные буквы: длинный сигнал (тире), короткий сигнал (точка), нет сигнала (пауза) - для разделения букв. Так, знаменитый сигнал SOS - (Save Our Souls - спасите наши души) кодируется так:

<точка>, <точка>, <точка> - S

<пауза>

<тире>, <тире>, <тире> - O

<пауза>

<точка>, <точка>, <точка> - S

Рис. 2. Фрагмент азбуки Морзе

Одна и та же информация может быть закодирована в нескольких формах. Наиболее распространённым способом является двоичное кодирование. В вычислительных машинах, в роботах и станках с числовым программным управлением, как правило, вся информация, с которой имеет дело устройство, кодируется в виде символов двоичного алфавита. Двоичный алфавит состоит из двух цифр: 0 и 1. Цифровые ЭВМ (персональные компьютеры относятся к классу цифровых) используют двоичное кодирование любой информации. В основном, это объясняется тем, что построить техническое устройство, безошибочно различающее 2 разных состояния сигнала, технически оказалось проще, чем то, которое бы безошибочно различало 5 или 10 различных состояний.

Двоичное кодирование, к сожалению, не лишено недостатков. К одним из главных недостатков можно отнести длинные записи двоичных кодов, что затрудняет работу с ними.

Среди всего разнообразия информации, обрабатываемой на компьютере, значительную часть составляют числовая, текстовая, графическая и аудиоинформация.

2.1. Кодирование символьной (текстовой) информации

С точки зрения ЭВМ, текст состоит из отдельных символов. К числу символов принадлежат не только буквы (заглавные или строчные, латинские или русские), но и цифры, знаки препинания, спецсимволы типа "=", "(", "&" и т.п. и даже пробелы между словами).

Текстовая информация вводится в память компьютера с помощью клавиатуры. На клавишах написаны привычные нам буквы, цифры, знаки препинания и другие символы. В оперативную память они попадают в двоичном коде. Это значит, что каждый символ представляется 8-разрядным двоичным кодом.

Традиционно для кодирования одного символа используется количество информации, равное 1 байту, т. е. I = 1 байт = 8 бит. При помощи формулы, которая связывает между собой количество возможных событий К и количество информации I, можно вычислить сколько различных символов можно закодировать (считая, что символы - это возможные события): К = 2I = 28 = 256, т. е. для представления текстовой информации можно использовать алфавит мощностью 256 символов.

Такое количество символов вполне достаточно для представления текстовой информации, включая прописные и строчные буквы русского и латинского алфавита, цифры, знаки, графические символы и пр.

Кодирование заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный десятичный код от 0 до 255 или соответствующий ему двоичный код от 00000000 до 11111111. Таким образом, человек различает символы по их начертанию, а компьютер - по их коду.

Удобство побайтового кодирования символов очевидно, поскольку байт - наименьшая адресуемая часть памяти и, следовательно, процессор может обратиться к каждому символу отдельно, выполняя обработку текста. С другой стороны, 256 символов – это вполне достаточное количество для представления самой разнообразной символьной информации.

В процессе вывода символа на экран компьютера производится обратный процесс — декодирование, то есть преобразование кода символа в его изображение. Важно, что присвоение символу конкретного кода — это вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовой таблице.

Теперь нужно определиться, какой именно восьмиразрядный двоичный код поставить в соответствие каждому символу. Понятно, что это дело условное, можно придумать множество способов кодировки. Все символы компьютерного алфавита пронумерованы от 0 до 255. Каждому номеру соответствует восьмиразрядный двоичный код от 00000000 до 11111111. Этот код просто порядковый номер символа в двоичной системе счисления.

Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие порядковые номера, называется таблицей кодировки. Для разных типов ЭВМ используются различные таблицы кодировки. В качестве международного стандарта принята кодовая таблица ASCII (American Standard Code for Information Interchange - Американский стандартный код для информационного обмена), кодирующая первую половину символов с числовыми кодами от 0 до 127 (коды от 0 до 32 отведены не символам, а функциональным клавишам).

Рис. 3. Стандартная часть кода таблицы ASCII

2.2. Кодирование графической информации

Графическая информация может быть представлена в дискретной или аналоговой форе. Так, например, изображение, которое напечатано при помощи принтера и состоит из отдельных точек (элементов) разного цвета, является дискретным представлением, а живописное полотно, созданное художником, является примером аналогового представления.

Преобразованием графической информации из аналоговой формы в дискретную происходит путём разбиения графического изображения. Этот процесс называется дискретизацией. При этом производится кодирование, т.е. присвоение каждому элементу графического изображения конкретного значения в форме кода. Создание и хранение графических объектов возможно в нескольких видах - в виде векторного, фрактального или растрового изображения. Отдельным предметом считается 3D (трехмерная) графика, в которой сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

Векторная графика используется для представления таких графических изображений как рисунки, чертежи, схемы. Они формируются из объектов - набора геометрических примитивов (точки, линии, окружности, прямоугольники), которым присваиваются некоторые характеристики, например, толщина линий, цвет заполнения.

Изображение в векторном формате упрощает процесс редактирования, так как изображение может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться. При этом каждое преобразование уничтожает старое изображение (или фрагмент), и вместо него строится новое. Такой способ представления хорош для схем и деловой графики. При кодировании векторного изображения хранится не само изображение объекта, а координаты точек, используя которые программа каждый раз воссоздает изображение заново. У векторной графики присутствуют некоторые недостатки, основным из которых является невозможность изображения фотографического качества. В векторном формате изображение всегда будет выглядеть, как рисунок.

Любую картинку можно разбить на квадраты, получая, таким образом, растр - двумерный массив квадратов. Сами квадраты — элементы растра или пиксели (picture's element) - элементы картинки. Цвет каждого пикселя кодируется числом, что позволяет для описания картинки задавать порядок номеров цветов (слева направо или сверху вниз). В память записывается номер каждой ячейки, в которой хранится пиксель.

Каждому пикселю сопоставляются значения яркости, цвета, и прозрачности или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов. Этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями.

Объем растрового изображения определяется умножением количества пикселей на информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов. В современных компьютерах в основном используют следующие разрешающие способности экрана: 640 на 480, 800 на 600, 1024 на 768 и 1280 на 1024 точки. Яркость каждой точки и ее координаты можно выразить с помощью целых чисел, что позволяет использовать двоичный код для того чтобы обрабатывать графические данные.

В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) каждая точка экрана может иметь одно из двух состояний — «черная» или «белая», то есть для хранения ее состояния необходим 1 бит. Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки, хранящимся в видеопамяти. Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемым для кодирования цвета точки. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8, 16, 24, 32, 64 бита.

Для кодирования цветных графических изображений произвольный цвет делят на его составляющие. Используются следующие системы кодирования:

HSB (H - оттенок (hue), S - насыщенность (saturation), B - яркость (brightness));
RGB (Red - красный, Green - зелёный, Blue - синий);
CMYK (Cyan - голубой, Magenta – пурпурный, Yellow - желтый и Black – черный).

Первая система удобна для человека, вторая - для компьютерной обработки, а последняя - для типографий. Использование этих цветовых систем связано с тем, что световой поток может формироваться излучениями, представляющими собой комбинацию "чистых" спектральных цветов: красного, зеленого, синего или их производных.

Фрактал – это объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями. Фракталы позволяют описывать изображения, для детального представления которых требуется относительно мало памяти.

Трёхмерная графика (3D) оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх, где все объекты представляются как набор поверхностей или частиц. Всеми визуальными преобразованиями в 3D-графике управляют с помощью операторов, имеющих матричное представление.

2.3. Кодирование звуковой информации

Музыка, как и любой звук, является не чем иным, как звуковыми колебаниями, зарегистрировав которые, её можно достаточно точно воспроизвести. Для представления звукового сигнала в памяти компьютера, необходимо поступившие акустические колебания представить в цифровом виде, то есть преобразовать в последовательность нулей и единиц. С помощью микрофона звук преобразуется в электрические колебания, после чего можно измерить амплитуду колебаний через равные промежутки времени (несколько десятков тысяч раз в секунду), используя специальное устройство - аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Для воспроизведения звука цифровой сигнал необходимо превратить в аналоговый с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Оба эти устройства встроены в звуковую карту компьютера.

Рис. 4. Трансформация аналогового сигнала в цифровой и обратно

Каждое измерение звука записывается в двоичном коде. Этот процесс называется дискретизацией (семплированием), выполняемым с помощью АЦП. Семпл (от англ. sample - образец) - это промежуток времени между двумя измерениями амплитуды аналогового сигнала. Кроме промежутка времени семплом называют также любую последовательность цифровых данных, которые получили путем аналого-цифрового преобразования. Важным параметром семплирования является частота - количество измерений амплитуды аналогового сигнала в секунду. Диапазон частоты дискретизации звука от 8000 до 48000 измерений за одну секунду.

На качество воспроизведения влияют частота дискретизации и разрешение (размер ячейки, отведённой под запись значения амплитуды). Например, при записи музыки на компакт-диски используются 16-разрядные значения и частота дискретизации 44032 Гц. На слух человек воспринимает звуковые волны, имеющие частоту в пределах от 16 Гц до 20 кГц (1 Гц - 1 колебание в секунду). В формате компакт-дисков Audio DVD за одну секунду сигнал измеряется 96 000 раз, т.е. применяют частоту семплирования 96 кГц. Для экономии места на жестком диске в мультимедийных приложениях довольно часто применяют меньшие частоты: 11, 22, 32 кГц. Это приводит к уменьшению слышимого диапазона частот, а, значит, происходит искажение того, что слышно.

2.4. Кодирование видеоинформации

Для того, чтобы хранить и обрабатывать видео на персональном компьютере, его необходимо закодировать особым образом. При этом кодирование звукового сопровождения ничем не отличается от кодирования звука. Изображение в видео состоит из отдельных кадров, которые меняются с определенной частотой. Кадр кодируется как обычное растровое изображение, то есть разбивается на множество пикселей. Закодировав отдельные кадры и собрав их вместе, мы сможем описать все видео.

Видеоданные характеризуются частотой кадров и экранным разрешением. Скорость воспроизведения видеосигнала составляет 30 или 25 кадров в секунду, в зависимости от телевизионного стандарта. Наиболее известными из таких стандартов являются: SECAM, принятый в России и Франции, PAL, используемый в Европе, и NTSC, распространенный в Северной Америке и Японии. Разрешение для стандарта NTSC составляет 768 на 484 точек, а для PAL и SECAM - 768 на 576 точек. Не все пиксели используются для хранения видеоинформации. Так, при стандартном разрешении 768 на 576 пикселей, на экране телевизора отображается всего 704 на 540 пикселей. Поэтому для хранения видеоинформации в компьютере или цифровой видеокамере, размер кадра может отличаться от телевизионного. Например, в формате Digital Video или, как его еще называют DV, размер кадра составляет 720 на 576 пикселей. Такое же разрешение имеет кадр стандарта DVD Video. Размер кадра формата Video-CD составляет 352 на 288 пикселей.

В основе кодирования цветного видео лежит известная модель RGB. В телевидении же используется другая модель представления цвета изображения, а именно модель YUV. В такой модели цвет кодируется с помощью яркости Y и двух цветоразностных компонент U и V, определяющих цветность. Цветоразностная компонента образуется путем вычитания из яркостной компоненты красного и зеленого цвета. Обычно используется один байт для каждой компоненты цвета, то есть всего для обозначения цвета используется три байта информации. При этом яркость и сигналы цветности имеют равное число независимых значений. Такая модель имеет обозначение 4:4:4.

Опытным путем установлено, что человеческий глаз менее чувствителен к цветовым изменениям, чем к. Без видимой потери качества изображения можно уменьшить яркостным количество цветовых оттенков в два раза. Такая модель обозначается как 4:2:2 и принята в телевидении. Для бытового видео допускается еще большее уменьшении размерности цветовых составляющих, до 4:2:0.

Если представить каждый кадр изображения как отдельный рисунок указанного выше размера, то видеоизображение будет занимать очень большой объем, например, одна секунда записи в системе PAL будет занимать 25 Мбайт, а одна минута - уже 1,5 Гбайт. Если использовать сжатие без потерь, то самые эффективные алгоритмы позволяют уменьшить поток информации не более чем в два раза. Для более существенного снижения объемов видеоинформации используют сжатие с потерями.

Среди алгоритмов с потерями одним из наиболее известных является MotionJPEG или MJPEG. Приставка Motion говорит, что алгоритм JPEG используется для сжатия не одного, а нескольких кадров. При кодировании видео принято, что качеству VHS соответствует кодирование MJPEG с потоком около 2 Мбит/с, S-VHS - 4 Мбит/с.

Свое развитие алгоритм MJPEG получил в алгоритме DV, который обеспечивает лучшее качество при таком же потоке данных. Это объясняется тем, что алгоритм DV использует более гибкую схему компрессии, основанную на адаптивном подборе коэффициента сжатия для различных кадров видео и различных частей одного кадра. Для малоинформативных частей кадра, например, краев изображения, сжатие увеличивается, а для блоков с большим количеством мелких деталей уменьшается.

Еще одним методом сжатия видеосигнала является MPEG. Поскольку видеосигнал транслируется в реальном времени, то нет возможности обработать все кадры одновременно. В алгоритме MPEG запоминается несколько кадров. Основной принцип состоит в предположении того, что соседние кадры мало отличаются друг от друга. Поэтому можно сохранить один кадр, который называют исходным, а затем сохраняются только изменения от исходного кадра, называемые предсказуемыми кадрами. Считается, что за 10-15 кадров картинка изменится настолько, что необходим новый исходный кадр. В результате при использовании MPEG можно добиться уменьшения объема информации более чем в двести раз, хотя это и приводит к некоторой потере качества. В настоящее время используются алгоритм сжатия MPEG-1, разработанный для хранения видео на компакт-дисках с качеством VHS, MPEG-2, используемый в цифровом, спутниковом телевидении и DVD, а также алгоритмMPEG-4, разработанный для передачи информации по компьютерным сетям и широко используемый в цифровых видеокамерах и для домашнего хранения видеофильмов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Понятие "информация" многогранно. Она охватывает все стороны жизни общества — от материального производства до социальной сферы. Информация — сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые воспринимают информационные системы (живые организмы, управляющие машины и др.) в процессе жизнедеятельности и работы.

Свойства информации очень важны, так как без них информация не будет иметь какой-либо ценности. Информация объективна, если она не зависит от чьего-либо мнения, суждения; достоверна, если она отражает истинное положение; полна, если ее достаточно для понимания и принятия решения; актуальна (своевременна), если она важна, существенна для настоящего времени. Полезность информации оценивается по тем задачам, которые мы можем решить с ее помощью. Информация понятна, если она выражена языке, доступном для получателя.

В ходе разработки курсовой работы, был исследован большой перечень литературы, изучены понятие информации, её виды и свойства. Поставленная цель и задачи выполнены в полном объёме.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Колмыкова Е.А., Кумскова И.А. Информатика: учебной пособие для студ. сред. проф. образования. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2016. – 416 с.
Михеева Е.В., Практикум по информатике. – М.: Издательский центр «Академия», 2018. – 388 с.
Михеева Е.В., Информационные технологии в профессиональной деятельности. – М.: Издательский центр «Академия», 2018. – 412 с.
Шауцукова Л.З. Учебное пособие для 10-11 кл. общеобразоват. учреждений. – 4-е изд. – М.: Просвещение, 2008. – 416 с.
Симонович С.В., Евсеев Г.А.Алексеев А. Н. Общая информатика. Учебное пособие для средней школы. – М.: АСТ–Пресс: Инфорком–Пресс, 2017. -260 с.
Алгазинов, Э. К. Анализ и компьютерное моделирование информационных процессов и систем / Э.К. Алгазинов, А.А. Сирота. - М.: Диалог-Мифи, 2009. - 416 c.
Шрайберг Я.Л., Гончаров М.В. Справочное руководство по основам информатики и вычислительной техники. - М.: Финансы и статистика, 2000. – 370 с.
Каймин В.А. Информатика: Учебник. - М.: ИНФРА-М, 2000. - 232 с.
Крылов, С. С. Готовимся к ЕГЭ. Информатика. Информация и информационные процессы / С.С. Крылов. - М.: Интеллект-Центр, 2010. - 207 c.
Мелик-Гайказян, И.В. Информационные процессы и реальность: моногр. / И.В. Мелик-Гайказян. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - 192 c.
Леонтьев В. Новейшая энциклопедия персонального компьютера. – М.: ОЛМА-ПРЕСС, 2005. – 640с.
Гончаров М.В. Справочное руководство по основам информатики и вычислительной техники. - М.: Финансы и статистика, 2000. – 48 с.
Кушниренко А.Г., Лебедев Г.В., Сворень Р.А. Основы информатики и вычислительной техники. - М.: Просвещение, 1993. - 224 с.
Мельников, Д.А. Информационные процессы в компьютерных. - М.: КУДИЦ-Образ, 2004. - 256 c.