Proč digitální komunikační technologie nahrazují analogové. Výhody digitální technologie. Provedení a instalace

Pokračování. Viz č. 5, 6/2009

Metodická příručka

Ve všech autorských verzích školního kurzu informatiky je ústředním konceptem formování systému koncept informace. Základní složkou informatiky je věda o informacích a informační procesy. Specializovaný kurz informatiky pro střední školy poskytuje větší možnosti pro odhalení tohoto základního obsahu než kurz na střední škole. Tomu napomáhá jednak absolvovaná propedeutika v předchozích ročnících, jednak vyšší úroveň matematické a tělesné přípravy studentů.

Část o kódování informací je ústřední pro teoretickou část kurzu. Odráží základní myšlenky prezentace a transformace informací, které jsou základem informačních technologií. Pochopení těchto myšlenek přispívá k hlubokému porozumění ICT pro profesionální uživatele, a co je důležitější, pro budoucí návrháře počítačových systémů.

Podrobněji než na základní škole budeme hovořit o vlastnostech analogových a digitálních forem přenosu informací. Podstata ADC - převod analogového signálu na digitální - je vysvětlena dostatečně podrobně.

Klíčovým konceptem oddílu je kódování dostává mnohostranné objasnění. Kód je posloupnost znaků obsahující nějaké informace. Kódování je proces vytváření kódu. Všechny možnosti kódování lze rozdělit do dvou skupin:

1) převod z analogové formy na diskrétní, symbolickou formu;

2) převod z jednoho symbolického systému do druhého.

Metody druhé skupiny kódování závisí na účelu. Mohou existovat následující možnosti: přechod z jednoho prezentačního standardu na jiný; snížení objemu dat (komprese, balení); klasifikace informací (šifrování) a opačný postup - dešifrování; zajištění kontroly chyb při přenosu dat. Ve všech případech se používají určité kódovací algoritmy, které jsou často následovány matematické modely. Učitel musí u studentů vytvořit systematické porozumění problémům s kódováním a způsobům jejich řešení.

Hodiny informatiky jsou rozděleny na teoretické hodiny a počítačovou dílnu (samozřejmě lze obě formy práce spojit v rámci jedné vyučovací hodiny). V tomto kurzu autoři navrhují jinou formu organizace výuky - lekce-výzkum.

Materiál pro takovou lekci je obsažen v §5 „Numerické experimenty ve zpracování zvuku“.

Práce spočívá v tom, že učitel předvádí numerické experimenty prováděné v prostředí tabulkového procesoru pomocí počítače a promítacích nástrojů. Studenti mohou paralelně opakovat stejné výpočty na svých počítačích, ale poté dostanou úkoly, aby samostatně pokračovali v experimentu. Výsledky jsou diskutovány společně.

V kódovací jednotce studenti pokračují v prohlubování dovedností v tabulkovém procesoru a programování v Pascalu.

§1. Signál - nosič informace Člověk vnímá informace z vnějšího světa pomocí svých smyslů. Většina informací, které přijímáme, je prostřednictvím zraku a sluchu. Sluchové orgány vnímají zvukové signály, do které jsou neseny zvukovými vlnami. Orgány vidění vnímají vizuální signály, jehož povahou jsou elektromagnetické vlny v určitý rozsah frekvence Žádný

signál

- jde o změnu nějaké fyzikální veličiny, která přenáší informaci přijímajícímu objektu (živá bytost nebo technické zařízení). Zvukový signál je spojen se změnou tlaku vzduchu generovaného zvukovou vlnou a ovlivňující orgán sluchu. Vizuální signál je spojen se změnami parametrů elektromagnetického světelného záření vnímaného orgány zraku. Po mnoho staletí mohli lidé slyšet zvuky pouze v přirozené vzdálenosti od zdroje a vidět předměty ve svém zorném poli. Rozvoj vědy a techniky umožnil člověku překročit tyto přirozené hranice vnímání. Během posledních dvou století dosáhli vědci a vynálezci skvělých výsledků při vytváření komunikačních nástrojů pro přenos informací na dálku. Různé technické komunikační prostředky zajišťují přenos dvou typů signálů:

analogový

19. století bylo velkým stoletím technických vynálezů. V roce 1831 objevil Michael Faraday fenomén elektromagnetické indukce. Poté začal prudký rozvoj elektrotechniky: vynálezy elektrický generátor, vznikají prostředky pro přenos elektřiny na dálku. Elektřina má mnoho využití. Nejdůležitější z nich:

elektrické osvětlení a topení, elektromotor, telekomunikace - přenos informací pomocí el. Myšlenka přenosu informací pomocí drátů se v té době zdála fantastická: bylo možné přenášet text rychlostí přenosu elektrického signálu - blízkou rychlosti světla. První elektromagnetický telegraf vytvořil ruský vědec Pavel Lvovič Schilling v roce 1832. V roce 1837 si Američan Samuel Morse nechal patentovat svůj návrh elektromagnetického telegrafního přístroje. Také se vyvíjel

telegrafní kód

, známý jako Morseova abeceda.

Telegrafní zpráva je posloupnost elektrických signálů přenášených z jednoho telegrafního přístroje přes dráty do jiného telegrafního přístroje. Tyto technické okolnosti vedly S. Morse k myšlence použít pouze dva typy signálů – krátký a dlouhý – ke kódování zpráv přenášených přes telegrafní komunikační linky.

V Morseově abecedě je každé písmeno abecedy zakódováno posloupností krátkých signálů (tečky) a dlouhých signálů (pomlčka). V tabulce na Obr. Obrázek 1 ukazuje Morseovu abecedu ve vztahu k latinské a ruské abecedě. Rýže. 1. Tabulka Morseovy abecedy Nejznámější telegrafní zprávou je nouzový signál SOS ( S ave Rýže. 1. Tabulka Morseovy abecedyÓ ur

- - -

oulové

- zachraň naše duše). Takto to vypadá v morseovce: Tři tečky představují latinské písmeno S, tři pomlčky představují písmeno O. Písmena od sebe oddělují dvě pauzy. Telegrafista, vysílající zprávu v morseovce, ji „vyťukal“ pomocí telegrafního klíče: tečka - krátký signál, pomlčka - dlouhý signál, po každém písmenu - pauza. Na přijímacím stroji byla zpráva zaznamenána na papírovou pásku v podobě grafických teček, čárek a mezer, které byly telegrafistou vizuálně přečteny. Morseova abeceda je

Jednotný telegrafní kód vynalezl Francouz Jean Maurice Baudot v roce 1870.

Používal pouze dva různé typy signálů. Nezáleží na tom, jak jim říkáte: tečka a pomlčka, plus a mínus, nula a jedna. Jedná se o dva různé elektrické signály.

V tabulce kódů Baudot je délka kódu všech znaků abecedy stejná a rovná se pěti. V tomto případě není problém oddělovat písmena od sebe: každých pět signálů je textový znak.

Díky Bodově nápadu bylo možné automatizovat proces přenosu a tisku dopisů. V roce 1901 vznikl klávesový telegrafní přístroj. Stisk klávesy s určitým písmenem generuje odpovídající pětipulzní signál, který je přenášen po komunikační lince. Přijímací zařízení pod vlivem tohoto signálu vytiskne stejné písmeno na papírovou pásku.

Morseovy a Baudotovy telegrafy jsou diskrétní způsoby přenosu informací. Další důležitou událostí v komunikační technologii byl vynález telefonu. V roce 1876 získal Američan Alexander Bell patent na svůj vynález. O rok později Thomas Alva Edison vynalezl telefon s uhlíkovým mikrofonem, který lze dodnes nalézt v provozu. Telefonní komunikace přenáší zvuk na dálku pomocí nepřetržitého elektrického signálu modulovaného frekvencí zvukových vibrací. V mikrofonu mluvícího člověka se vytváří proměnná elektrické napětí a ve sluchátku posluchače se přemění na zvukové vibrace.

Telefonická komunikace je analogová metoda

přenos zvuku. Díky objevu elektromagnetických vln v roce 1888 Heinrichem Hertzem se stal možný vynález rádiové komunikace. Téměř současně, v roce 1895, Alexander Popov v Rusku a v roce 1896 Ital G. Marconi, vynalezli první rádiové vysílače a rozhlasové přijímače. Současníci vynálezu nazývali rádio bezdrátovým telefonem. Principem přenosu zvuku rádiovou komunikací je přenos vysokofrekvenčních (nosných) elektromagnetických vln amplitudově modulovaných nízkofrekvenčními zvukovými vibracemi prostorem. V rádiovém přijímači jsou zvukové vibrace odděleny od nosné frekvence a převedeny na zvuk. Rádiová komunikace je analogový způsob přenosu zvuku. Ve dvacátém století se s vynálezem televize stala

Ve druhé polovině dvacátého století došlo k přechodu k převážně diskrétní formě reprezentace informací pro jejich ukládání, přenos a zpracování. Tento proces začal vynálezem digitální výpočetní a měřicí techniky. V současné době se počítačové zpracování stává prvkem všech komunikačních systémů: telefonu, rozhlasu a televize. Rozvíjí se digitální telefonie a digitální televize. Internet jako univerzální komunikační systém je založen výhradně na diskrétní digitální technologii pro ukládání, přenos a zpracování informací.

Otázky a úkoly

1. Co je to signál?

2. Zdůvodněte správné použití spojení „semaforový signál“.

3. Uveďte příklady analogových signálů v přírodě, které přenášejí informace.

4. Myslíte si, že lidská řeč je analogová nebo diskrétní forma přenosu informací?

5. Uveďte hlavní události v historii vynálezu technické prostředky komunikace.

6. Proč dovnitř v poslední době Nahrazují digitální komunikační technologie analogové?

§2. Kódování textu

Co je kódování

Kódování je reprezentace informace jako kombinace symbolů.

Kódování probíhá podle určitých pravidel. Pravidla kódování závisí na účelu kódu, tzn. o tom, jak a k čemu se bude používat.

Psaní je způsob kódování řeči v přirozeném jazyce. Psaný text (nazývaný také psaný projev) je určen k přenosu informací od jedné osoby k dalším lidem jak v prostoru (dopis, poznámka), tak v čase (knihy, deníky, archivy dokumentů atd.). Pravidla, podle kterých lidé provádějí psané kódování informací, se nazývají gramatika jazyka (ruština, angličtina, čínština atd.) a osoba, která umí číst a psát, se nazývá gramotná osoba. Pokud se záznam řeči nazývá kódování, pak čtení psaného textu je jeho dekódování.

Vzhledem k tomu, že své myšlenky vyjadřujeme formou ústní řeči, lze proces písemné výměny informací mezi lidmi znázornit následujícím diagramem (viz schéma).

S vynálezem technických komunikačních prostředků bylo možné rychle přenášet texty na velké vzdálenosti. Tento proces však vyžaduje použití další vrstvy kódování. Zopakujme výše uvedené tvrzení znovu: metoda kódování závisí na účelu kódu. Pokud je kód určen k přenosu textu přes technický komunikační systém, pak musí být přizpůsoben možnostem tohoto systému. Příkladem takového „technického“ kódu je Morseova abeceda.

Proces přenosu telegrafní zprávy pomocí Morseovy abecedy lze znázornit následujícím diagramem:

Metody kódování textu

Kódování textu probíhá vždy podle následujícího pravidla: každý znak abecedy zdrojového textu je nahrazen kombinací znaků kódovací abecedy. Pro morseovku jsou tato pravidla uvedena v tabulce na rýže. 1.

V tabulce Morseovy abecedy jsou pro kódování 32 písmen ruské abecedy použity dva symboly (písmeno E se v psaném textu začalo používat až v polovině dvacátého století): tečka a pomlčka. Při přenosu slov kvůli nerovnoměrnost kódů Pro různá písmena musíte také použít mezeru mezi písmeny: pauzu v čase přenosu nebo mezeru na telegrafní pásce. Proto ve skutečnosti abeceda Morseova telegrafního kódu obsahuje tři znaky: tečku, pomlčku, přeskočit.

Baudotův telegrafní kód je binární jednotný pětibitový kód. Na jeho základě byl v roce 1932 vyvinut mezinárodní telegrafní kód ITA2, jehož kódová tabulka je uvedena narýže. 2.

Rýže. 2. Telegrafní kód ITA2

Binární kódy znaků jsou sbaleny do dvoumístného formátu hexadecimální čísla, ve kterém první číslice nabývá hodnoty 0 nebo 1. Existují tři typy znaků: písmena, čísla a znaky (číslice), řídicí znaky (kontrolní znaky). Přepnutí do režimu zadávání písmen se provádí pomocí kódu 1F 16 (binární tvar 1 1111). Písmeno A má kód 03 16 (0 0011); kód pro písmeno R je 0A 16 (0 1010). Stejný kód v režimu zadávání číslic představuje číslo 4. Slovo „BODO“ v hexadecimálním tvaru je zakódováno následovně: 19 18 09 18. Délka binárního kódu tohoto slova je 20.

Ve druhé polovině dvacátého století byly vytvořeny a distribuovány počítače. Pro počítačové zpracování textu bylo nutné vytvořit standard kódování znaků. V roce 1963 byla přijata norma, která byla tzv ASCII - americký standardní kód pro výměnu informací. ASCII je sedmibitový binární kód, je uveden v tabulce. 1.

Kód znaku je jeho sériové číslo v tabulce kódů. Může být reprezentován v desítkové, binární a hexadecimální číselné soustavě. Kód v paměti počítače je sedmibitové binární číslo. V tabulce 1 ASCII kód ​​je reprezentován ve sbalené hexadecimální podobě. Po rozšíření do binární podoby jsou kódy sedmibitová binární celá čísla v rozsahu od 000 0000 2 = 00 16 = 0 do 111 1111 2 = 7F 16 = 127. Celkem je 2 7 = 128 znaků.

Prvních 32 znaků (00 až 1F) se nazývá řídicí znaky. Nepromítají se do žádných znaků na obrazovce monitoru ani při tisku, ale určují některé akce při výstupu textu. Například kód 08 16 (BS) vymaže předchozí znak; kódem 07 16 (BEL) - výstup audio signálu; kód OD 16 (CR) znamená přejít na začátek řádku (návrat vozíku). Tyto znaky jsou zděděny z kódování pro dálnopisná komunikace

, pro které se původně používalo ASCII, a proto se zachovaly tak archaické výrazy jako „kočár“. Symboly, které mají grafický displej, začínají kódem 20 16. Toto je mezera - přeskakování pozice při výstupu. Důležitá vlastnost ASCII tabulky je v souladu s abecedním pořadím kódování velkých a malých písmen a také desetinných číslic. Tato vlastnost je mimořádně důležitá pro programové zpracování symbolických informací, zejména pro abecední řazení

slova Rozšíření kódu ASCII. Osmibitové binární kódování umožňuje zakódovat abecedu 2 8 = 256 znaků. První polovina osmibitového kódu je stejná jako ASCII. Druhá polovina se skládá ze symbolů s kódy od 128 = 80 16 = 1000 0000 2 do 255 = FF 16 = 1111 1111 2. Tato část kódovací tabulky se nazývá kódová stránka

(CP - kódová stránka). Kódová stránka obsahuje jiné než latinské abecedy, pseudografické znaky a některé další znaky, které nejsou zahrnuty v první polovině. V tabulce 2, 3, 4 zobrazují kódové stránky s ruskou abecedou. CP866 se používá v operačním systému MS DOS, CP1251 - v operačním systému Windows. Na operačním sále se používá kódování KOI8-R Unixový systém

. Jeho první polovina je stejná jako ASCII.

Upozorňujeme, že ne všechna kódování se řídí pravidlem sekvenčního kódování ruské abecedy. Existují další standardy kódování znaků, které používají ruskou abecedu. 16bitový standard UNICODE . V roce 1991 šestnáctibitový Kódování znaků Unicode, které umožňuje zakódovat 2 16 = 65 536 znaků. Tato tabulka kódů obsahuje angličtinu (latinka), ruštinu (azbuka), řecké abecedy, čínské znaky, matematické symboly a mnoho dalšího. Není potřeba kódových stránek. Rozsah kódů znaků v hexadecimálním tvaru je od 0000 do FFFF.

Zpočátku tabulka kódů, oblast od 0000 16 do 007F 16 obsahuje znaky ASCII.

Pro znaky azbuky jsou přiděleny oblasti znaků s kódy od 0400 16 do 052F 16, od 2DE0 16 do 2DFF 16, od A640 16 do A69F 16.

Naučte se programovat

Uvažujme program Pascal, který zobrazí tabulku kódování v rozsahu kódů od 20 do 255. Naprogramovat

Kód_tabulky;

používá CRT; (Připojování řídicí knihovny}

symbolický výstup

var kód: byte; (Celá čísla od 0 do 255)

clrscr; (Vymazání obrazovky výstupu znaků) pro kód:= 20 255 na

dělat

(Procházení kódů znaků)-li (kód mod 10 = 0) pak

writeln;

(Posuv řádku v 10 krocích)

write(chr(kod):3,kod:4);

(Výstup symbolu a jeho kódu) Operátor používá

CRT připojuje k programu knihovnu rutin pro ovládání symbolického výstupu na obrazovce monitoru.

Dále program používá proceduru z této knihovny: clrscr - vymazání obrazovky. Bytová proměnná zabírá 1 bajt paměti a přijímá různé kladné celočíselné hodnoty v rozsahu od 0 do 255. Program používá standardní funkci chr(kod) , která ve výsledku vrací znak

desetinný kód

Otázky a úkoly

která se rovná hodnotě proměnné kod.

Hodnoty se zobrazují ve dvojicích: symbol - kód. V jedné řadě je 10 takových párů. Celá tabulka se vejde do 24 řádků.

1. Definujte pojmy: kód, kódování, dekódování.

2. Uveďte příklady kódování a dekódování, které nebyly probrány v odstavci.

3. Jaký je rozdíl mezi jednotnými a nejednotnými kódy?

4. Kódujte slovo POČÍTAČ pomocí kódů ITA2 a ASCII.

7. Pomocí tabulkového procesoru určete, která kódová stránka se na vašem počítači používá. Například Excel má funkci CHAR(kód), která vrací znak odpovídající danému desetinnému kódu. Inverzní funkce k ní je CODE(symbol).

8. Implementujte na svém počítači program Tabl_code. Udělej to.

9*. Vytvořte podobný program, který by vypisoval binární kódy znaků.

10*. Napište podobný program, který by tiskl hexadecimální kódy znaků.

§3. Kódování obrázku

Podle některých odhadů člověk vnímá asi 90 % informací z vnějšího světa zrakem. Lidské vidění je přirozená schopnost vnímat obrazy předmětů v okolním světě.

Zrakový systém vnímá světlo odražené nebo vyzařované objekty pozorování.

Odražený obraz je vše, co vidíme na denním nebo umělém světle. Například čteme knihu a díváme se na ilustrace v ní. Příklady vysílaných obrazů jsou obrazy na obrazovce televize nebo počítače. Od starověku se lidé naučili ukládat a přenášet obrázky ve formě kreseb. Fotografie se objevila v 19. století.

Vynález kinematografie bratří Lumière v roce 1895 umožnil přenášet pohyblivé obrazy. Ve 20. století byl vynalezen videorekordér - prostředek pro záznam a přenos obrazu na magnetickou pásku. Techniky

kódování obrazu

jsou vyvíjeny s nástupem digitálních technologií pro ukládání, přenos a zpracování obrázků: digitální fotografie, digitální video, počítačová grafika. Při kódování obrázku je prostorově vzorkován a je zakódováno světlo vycházející z každého jednotlivého prvku obrázku. V počítačové technice se prostorová mřížka diskrétních prvků, ze kterých je sestaven obraz na obrazovce monitoru, nazývá rastr. Samotné prvky diskrétního obrazu na obrazovce se nazývají pixely (obr. 3). Čím hustší je mřížka pixelů, tím vyšší kvalitu obrazu , tím méně si naše oči všímají její diskrétní struktury. Video informace je binární obrazový kód uložený v paměti počítače. Celý agregovaný kód videa se skládá z kódů světla vyzařovaného jednotlivými pixely. černobílé fotografie, černobílé kino a později - barevná fotografie a barevné kino. Totéž platí pro televizi. První počítačové displeje měly černobílé obrazovky, moderní počítače Používají se barevné monitory.

Barva (červená, žlutá, zelená atd.) je subjektivní vnímání barvy světla člověkem. Objektivní rozdíl mezi světlem různých barev spočívá v různých délkách světelných vln. Subjektivní charakter vnímání barev potvrzuje například to, že lidé trpící barvoslepostí některé barvy vůbec nerozlišují.

Monochromatické světelné kódování

Slovo „monochromatický“ znamená jednu barvu. Existuje jeden barva pozadí. Celý obrázek je získán pomocí odstíny tato barva pozadí, lišící se jasem(říkají také transparentnost). Pokud je například barva pozadí černá, pak postupným rozjasňováním se můžete přesouvat přes odstíny šedé až k bílá barva (rýže. 4). Takovou souvislou sadu odstínů - od černé po bílou - nazýváme černé a bílé spektrum. Z těchto odstínů se získává obraz v černobílé fotografii, na filmových a televizních obrazovkách. Všechny kresby v tomto tutoriálu jsou černobílé.

Rýže. 4. Spojité černobílé spektrum

Barva pozadí však nemusí být černá. Může být hnědá, modrá, zelená atd. K tomu dochází u barevných fotografií. Byly tam monochromatické monitory s hnědou nebo zelenou barvou pozadí.

Monochromatický světelný kód označuje úroveň jasu barvy pozadí. Počítače používají k digitálnímu kódování světla kladná celá čísla. binární čísla. Velikost binárního kódu v bitech se nazývá hloubka kódování světla.

Při diskrétním digitálním kódování je souvislé spektrum odstínů základní barvy rozděleno do celočíselného počtu segmentů, z nichž každý je jas považován za konstantní.

Pro přirozené světlo je počet odstínů barvy pozadí nekonečný. S digitálním kódováním se počet odstínů stává konečným množstvím. Počet odstínů (K) a bitová hloubka kódování (b) spolu souvisí podle vzorce:

Hlavní vzorec informatiky opět funguje!

Skutečný jas obrazu závisí na fyzikálních podmínkách jeho přenosu: na úrovni osvětlení ze zdroje světla u odraženého obrazu nebo na síle světelného toku z monitoru u vyzařovaného obrazu. Pokud je maximální jas brán jako jedna, pak se jas světla v rozsahu od černé po bílou bude měnit od nuly do jedné.

Na rýže. Obrázek 5 ukazuje vzorkování černobílého spektra při b = 2. To znamená, že velikost kódu je 2 bity a celé spektrum je rozděleno do čtyř úrovní - 4 odstíny.

Rýže. 5. Monochromatické kódování s hloubkou 2

Přirozené světlo, jehož jas se pohybuje od 0 do 1/4, bude reprezentováno jako černá, jejíž desetinný kód je 0 a binární kód je 00. Dále jsou dva odstíny šedé. Světlo v rozsahu jasu od 3/4 do 1 je reprezentováno jako bílé a jeho kód je: 3 = 11 2. Pokud je úroveň jasu vyjádřena v procentech, platí pravidla pro černobílé kódování b = 2

lze odrazit v tabulce: Na rýže. 6 ukazuje vzorkování černobílého spektra na b = 4.

Protože 2 4 = 16, je tímto způsobem zakódováno 16 různých černobílých odstínů. Jsou uvedeny desítkové a binární kódy. Příklad.
Uvažujme modelový příklad kódování černobílého obrázku. Velikost rastru monitoru je 8 x 8 pixelů. Hloubka kódování je dvě: rýže. b =

2 bity. Obrázek zobrazen na

7. Čísla označují číslování řádků a sloupců rastru. Každá buňka je obrazový pixel.

Na obrazovce je nakresleno písmeno „P“. Jeho tři segmenty jsou natřeny různými odstíny barvy pozadí: černá, tmavě šedá a světle šedá. Binární kód obrázku by byl:

Rýže. 7. Diskrétní kreslení

Pro přehlednost je binární kód prezentován ve formě matice, jejíž řádky odpovídají rastrovým řádkům na obrazovce. Paměť počítače je ve skutečnosti jednorozměrná a veškerý kód je řetězec nul a jedniček umístěných v po sobě jdoucích bajtech paměti. Objem takové video informace je 16 bajtů. Pokud tento kód převedeme do hexadecimálního tvaru, bude to následující: FFFF D55F CFEF CFEF CFEF CFEF FFFF FFFF

Otázky a úkoly

Při kódování barevného obrázku se používají různé přístupy, které se nazývají

barevné modely.

O tom bude podrobně pojednáno v části o technologiích počítačové grafiky.

1. Definujte pojmy: světlo, barva, obrázek.

5. Co je to černobílé spektrum?

6. Jaké informace obsahuje počítačový kód obrázku?

7. Jaký objem bude mít video kód obrazu zobrazeného na obrazovce, pokud je velikost rastru 640x480 a hloubka kódování je 8 bitů?

8. Jaká je hloubka kódování obrazu, je-li objem videokódu 384 kB a velikost rastru je 1024x768?

9. Objem videokódu je 600 KB, hloubka kódování je 16 bitů. Jaká velikost rastru se používá k zobrazení obrázku: 640x480 nebo 1024x768?

10. Na černobílém „hračkovém“ monitoru s rozlišením 8 x 8 pixelů (viz příklad v odstavci) se postupně zobrazují písmena: N, A, Sh Rozvinout a zapsat jeho binární a hexadecimální kódy pro každý zobrazený obrázek. Hloubka kódování je dvě. Různé prvky písmen mají různé barevné odstíny.

11. Obnovte obraz na černobílém monitoru „hračky“ pomocí hexadecimálního kódu: F3F7 F3D7 F37F F1FF F3BF F3EF F3FB FFFF, - pokud je hloubka kódování dvě.

§4. Technologie kódování analogového signálu

V §1 byla zavedena definice pojmů „analogový signál“ a „diskrétní signál“. Světelný signál je analogový, protože je přenášen nepřetržitým proudem elektromagnetického záření. Zvukový signál je přenášen akustickou vlnou, která generuje nepřetržitý proces změny tlaku vzduchu s frekvencí zvuku.

Chcete-li uložit obrázky a zvuk digitální formát odpovídající analogové signály musí být zakódovány, tzn. jsou prezentovány jako diskrétní posloupnost nul a jedniček - binární číslice. Proces převodu analogového signálu do diskrétní digitální formy se nazývá analogově-digitální převod

Na rýže, nebo zkráceně ADC.

. Obrázek 8 ukazuje schéma pro převod jakéhokoli analogového signálu přirozeného původu na diskrétní digitální kód.

Z tohoto diagramu vyplývá, že jak světelné, tak zvukové signály jsou zpočátku převedeny na spojitý elektrický signál, který prochází analogově-digitální konverzí. K digitalizaci snímku dochází při fotografování na digitální fotoaparáty a videokamery a také při zadávání snímku do počítače pomocí skeneru. Fyzikální proces přeměny světla na elektrický proud je založen na fenoménu výskytu elektrického náboje v polovodičovém zařízení - fotodioda

pod vlivem světla dopadajícího na něj. Velikost fotodiodyúměrné jasu světelného toku. Tato hodnota se plynule mění se změnou jasu světla.

Analogově-digitální převod zahrnuje měření velikosti elektrického signálu.

Výsledky měření se ukládají v digitálním formátu do paměťového zařízení.

K prostorovému vzorkování dochází pomocí pole fotodiod, které rozděluje obraz na konečný počet prvků.

Zvukové kódování Podívejme se blíže na proces ADC na příkladu kódování zvuku při jeho vstupu do počítače. Při nahrávání zvuku do počítače je zařízením, které převádí zvukové vlny na elektrický signál, mikrofon. Analogově-digitální konverze produkuje elektronický obvod

, zveřejněno dne zvuková karta (zvuková karta) počítače, ke kterému je mikrofon připojen. Amplituda a frekvence signálu přicházejícího z mikrofonu a přicházejícího do

zvuková karta elektrický signál odpovídá amplitudovým a frekvenčním vlastnostem akustického signálu. Proto měření elektrického signálu umožňuje určit vlastnosti zvukové vlny: její frekvenci a amplitudu.. 9).

Analogový signál je proces neustálé změny amplitudy signálu v čase (

rýže Rýže. 9. Vzorkování analogového signálu Pro kódování zvuku existují dva hlavní parametry: vzorkovací frekvence a bitová hloubka kódování. Amplituda signálu se měří v pravidelných intervalech. Velikost takového časového intervalu se nazývá

krok vzorkování

, která se měří v sekundách. Označme vzorkovací krok t (s). Potom bude vzorkovací frekvence vyjádřena vzorcem:

H = 1/t (Hz)

Frekvence se měří v hertzech. Jeden hertz odpovídá jednomu měření za sekundu: 1 Hz = 1 s –1.Čím vyšší je vzorkovací frekvence, tím podrobněji bude číselný kód odrážet změnu amplitudy signálu v čase. Dobrá kvalita záznamu zvuku je dosažena při vzorkovacích frekvencích 44,1 kHz a vyšších (1 kHz = 1000 Hz). Bitová hloubka kódování (

b) elektrický signál odpovídá amplitudovým a frekvenčním vlastnostem akustického signálu. Proto měření elektrického signálu umožňuje určit vlastnosti zvukové vlny: její frekvenci a amplitudu.. 10).

je velikost binárního kódu, který bude reprezentovat amplitudu signálu v paměti počítače. Bitová hloubka souvisí s počtem úrovní dělení amplitudy signálu podle vzorce:

Proces vzorkování amplitudy zvuku se nazývá kvantizace zvuku. Potom lze hodnotu K nazvat počtem úrovní kvantizace zvuku ( Rýže. 10. Kvantování analogového signálu Zadávají se hodnoty měřené veličiny - rejstřík - bitová hloubka kódování. Dále budeme tuto veličinu nazývat také kvantizační bitová hloubka. Výsledek měření je v registru reprezentován jako binární celé číslo.

Naměřená fyzikální veličina je zaokrouhlena na nejbližší celočíselnou hodnotu, kterou lze uložit do registru zvukové karty.

Na rýže. Obrázek 11 ukazuje, jak se to děje s tříbitovou kvantizací analogového signálu. V grafické podobě lze vzorkování a kvantování zvuku znázornit jako přechod od hladké křivky k přerušované čáře, sestávající z horizontálních a vertikálních segmentů. Předpokládá se, že v každém časovém kroku zůstává hodnota měřené veličiny konstantní.

Rýže. 11. Měření proměnné fyzikální veličiny
pomocí tříbitového registru

Výsledky takového měření budou zaznamenány do paměti počítače jako sekvence tříbitových binárních čísel.

Objem nahraných zvukových informací se rovná:

3 x 9 = 27 bitů.

Ve skutečnosti se tříbitové vzorkování v praxi nepoužívá. Tato možnost je zde brána pouze jako výukový příklad. Nejmenší velikost registru pro skutečná zařízení je 8 bitů. V tomto případě jedna naměřená hodnota zabere 1 bajt paměti počítače a počet kvantizačních úrovní je 2 8 = 256. Měření s takovým registrem bude 32krát přesnější než s tříbitovým registrem.
S 16bitovým registrem zabere každá hodnota v paměti 2 bajty a počet úrovní kvantizace:

2 16 = 32 768. Čím vyšší je kvantizační bitová hloubka, tím vyšší je přesnost měření fyzikální veličiny. Zároveň se ale také zvyšuje množství obsazené paměti.

Diskrétní digitální reprezentace analogového signálu jej odráží přesněji, čím vyšší je vzorkovací frekvence a kvantizační bitová hloubka. Nyquistova-Kotelnikovova věta. Člověk slyší zvukové vibrace přibližně ve frekvenčním rozsahu od 20 Hz do 20 kHz. Zvuk s frekvencemi nad tímto rozsahem se nazývá ultrazvuk , zvuk s nižší frekvencí - infrazvuk. V teorii komunikace je známá Nyquist-Kotelnikovova věta, podle které musí být vzorkovací frekvence ADC alespoň 2krát vyšší než frekvence analogového signálu. To znamená, že pokud chceme uložit 20 kHz zvukovou informaci v binárním kódu, pak vzorkovací frekvence musí být alespoň 40 kHz. V moderní standard

K této větě lze uvést následující obraznou analogii. Velikost ok rybářské sítě určuje velikost ryb, které v ní budou drženy. Čím menší je pletivo, tím menší ryby síť drží.

Nyquistova-Kotelnikovova věta, parafrázovaná rybářským způsobem, bude znít takto: délka strany čtvercové buňky sítě by měla být poloviční než příčná velikost nejmenší ryby, kterou je třeba sítěmi chytit.

Například, pokud by příčná velikost ryby měla být alespoň 10 cm, pak by strana čtvercového oka rybářské sítě neměla být větší než 5 cm Při provádění ADC jsou „chycené“ harmonické podobné uloveným rybám v síti; Krok vzorkování je podobný velikosti buněk sítě.

Harmonickým se budeme podrobněji věnovat v dalším odstavci.

Úkol 1. Zvuk byl nahráván do počítače po dobu 10 sekund.

Určete objem zaznamenané informace, jestliže vzorkovací frekvence byla 10 kHz a kvantizační bit byl 16 bitů.

Počet provedených měření zvukového signálu (N) při vzorkovací frekvenci H (Hz) za čas t (s) se vypočte podle vzorce: N = Ht.

Dosazením dat problému dostaneme: N = 10 000·10 = 100 000 měření. Šířka kvantování: 16 bitů = 2 bajty. Proto objem zvukových informací:

I = 100 000 2 = 200 000 b = 200 000/1024 kB = 195,3125 kB

Úloha 2. Soubor ukládá nahraný zvuk. Data nebyla komprimována. Velikost souboru je 1 MB. Je známo, že záznam byl pořízen na frekvenci 22 kHz s hloubkou kvantizace zvuku 8 bitů. Určete dobu přehrávání při přehrávání zvuku uloženého v souboru. Z řešení předchozího problému vyplývá, že objem zvukové informace (I), vzorkovací frekvence (H), kvantizační bitová hloubka (b) a doba záznamu zvuku (t) souvisí vzorcem:

Otázky a úkoly

Pokud je nahraný zvuk přehráván bez zkreslení, pak se doba přehrávání rovná době nahrávání. Odtud se požadovaná hodnota vypočítá pomocí vzorce:

t = I/(Hb)

Při výpočtu převádíme hodnoty I a b na bajty a hodnotu H na hertz:

t = 1 1024 1024/(22 000 1)

5. Určete hlasitost digitálního kódu při záznamu zvuku po dobu 1 minuty, pokud vzorkovací frekvence byla 44,1 Hz a kvantizační bit byl 8 bitů.

6. Určete vzorkovací frekvenci při kódování zvuku, pokud je objem zvukového souboru 500 KB, doba záznamu je 0,5 minuty a kvantizační bit je 16 bitů. Soubor byl získán po 50% kompresi zdrojového kódu.

§5. Numerické experimenty se zpracováním zvuku

Funkční graf Y(x) je vizuálním (grafickým) zobrazením závislosti hodnoty funkce Y na hodnotě argumentu x. Graf je konstruován v rámci definičního oboru funkce (doména změny v argumentu x) a rozsahu hodnot Y. Pokud má funkce nekonečnou definiční doménu, pak segment, ve kterém se chování funkce je nejcharakterističtější je vybrána pro konstrukci grafu. Graf periodické funkce musí odrážet minimálně jednu periodu změny hodnot funkce.

Experiment 1: Harmonické oscilace

Uvažujme metodu pro sestavení grafu periodické funkce, která popisuje harmonické kmity. Harmonické oscilace jsou periodické změny nějaké fyzikální veličiny v čase, popsané funkcemi sinus nebo kosinus. Obecně vypadají takto:

Y = hřích (2 protit+ j) nebo Y = A cos(2protit+ j)

Zde A je amplituda oscilací; t - čas (argument funkce); proti- frekvence kmitů, měřená v hertzech; j je počáteční fáze kmitů.

Perioda funkcí sin a cos je rovna 2. Hodnota funkce (Y) se pohybuje v rozsahu od –A do +A.

Graf funkce sinus se nazývá sinusovka. Zvukové vibrace popsané harmonickou funkcí se nazývají harmonické vibrace . Čisté hudební tóny: do, re, mi atd. - představují harmonické zvukové vibrace různých frekvencí. Harmonické zvukové vibrace jsou vytvářeny ladičkou, referenčním zdrojem hudebního tónu. Harmonické kmity provádí matematické kyvadlo. V elektrické oscilační obvod

Síla proudu se periodicky mění podle harmonického zákona.

Podívejme se na způsob, jak vykreslit harmonickou funkci v prostředí tabulkového procesoru. Ukážeme si, jak se to dělá na příkladu tabulkového procesoru MS Excel.

Práce probíhají ve dvou etapách:

1 - tabulka funkcí;

2 - vykreslení funkce. elektrický signál odpovídá amplitudovým a frekvenčním vlastnostem akustického signálu. Proto měření elektrického signálu umožňuje určit vlastnosti zvukové vlny: její frekvenci a amplitudu.. 12.

Výsledná tabulka je zobrazena v

Parametry funkce jsou kmitočet n a amplituda A. Tyto parametry se zadávají do buněk C1 a C2. Hodnota počáteční fáze j bude rovna nule.

Tabulování je konstrukce tabulky hodnot funkcí na určitém intervalu hodnot argumentů s konstantním krokem. Krok tabulátoru (t) je zapsán do buňky G1.

Tabulka je umístěna do buněk A4:B25. Sloupec A obsahuje hodnoty argumentu - čas t , ve sloupci protiSloupec A obsahuje hodnoty argumentu - čas B - funkční hodnoty Y=A sin(2 Sloupec A obsahuje hodnoty argumentu - čas). Změna času začíná od hodnoty = 0 (buňka

A5). V buňce A6 se zapíše vzorec: =A5+$G$1. Tento vzorec se poté zkopíruje do následujících buněk ve sloupci A.

Tím je zajištěno, že se čas mění s konstantním krokem, uloženým v buňce G1.

Do buňky B5 se zadá vzorec:

lze odrazit v tabulce: elektrický signál odpovídá amplitudovým a frekvenčním vlastnostem akustického signálu. Proto měření elektrického signálu umožňuje určit vlastnosti zvukové vlny: její frekvenci a amplitudu.=$C$2*SIN(2*PI()*$C$1*A5). Tento vzorec vypočítá hodnotu funkce z argumentu umístěného v buňce A5. Standardní funkce PI() vrací hodnotu pythagorejského čísla p. Vzorec z buňky B5 se zkopíruje ve sloupci dolů do buňky B25.

. Obrázek 12 ukazuje výsledky tabelování funkce pro hodnoty n = 10 Hz, A = 1. Krok tabelování je roven 0,005. Při frekvenci 10 Hz je perioda kmitání 1/10 = 0,1 s. S tabelačním krokem 0,005 se do jedné periody vejde 20 kroků. To je dostačující počet hodnot pro vykreslení funkčního grafu. Sestavení grafu. Pro grafické zpracování dat v stolní procesor K dispozici je průvodce tabulkou a grafem. Volá se přes menu pomocí příkazů:

Vložit - Diagramy. Další kroky algoritmu jsou následující: 1 - vyberte typ grafu: standardní - spot,

pohled - vyhlazovací linky 2 - nastavte rozsah dat (hodnoty funkcí): ve sloupcích - B5:B25 karta ŘÁDEK, hodnoty

X: A5:A25protiSloupec A obsahuje hodnoty argumentu - čas) 3 - definujte název: Y = hřích (2;

titulky pod osami:

t, Y;

čáry mřížky; legenda (ne); datové podpisy (ne). 4 - uveďte, na kterém listu knihy se má schéma označit. Klepněte na HOTOVO. Rozvrh byl vytvořen. Tloušťka čáry, barva pozadí, vzhled mřížka

Člověk slyší zvukové vibrace v průměru ve frekvenčním rozsahu od 20 Hz do 20 kHz. Frekvence 10 Hz je frekvence infrazvuku. Některá zvířata to vnímají sluchem. Pokud zdvojnásobíte frekvenci, dosáhne se spodní hranice frekvence lidské slyšitelnosti. Ale pak se dvě periody oscilace vejdou do časového intervalu 0,1 sekundy. Takový experiment lze snadno provést na postaveném tabulkový procesor elektrický signál odpovídá amplitudovým a frekvenčním vlastnostem akustického signálu. Proto měření elektrického signálu umožňuje určit vlastnosti zvukové vlny: její frekvenci a amplitudu.. 13.

.

Změňte hodnotu frekvence v buňce C1 na 20, poté bude tabulka přepočítána a graf bude mít podobu zobrazenou na

Rýže. 13. Graf zvukových vibrací pro n = 20 Hz

V časovém intervalu 0,1 sekundy byly splněny 2 periody funkce. Perioda oscilace je tedy 0,05 sekundy.

Úkoly. Proveďte několik experimentů s tabulkovým procesorem pro hodnoty frekvence: 5, 15, 30, 40 Hz. V každém případě určete, kolik period oscilací se vejde do intervalu 0,1 sekundy. Pokus 2: neharmonické vibrace V oboru matematiky tzv harmonická analýza, bylo prokázáno, že libovolnou periodickou funkci Y(t) s frekvencí n lze reprezentovat jako součet harmonických (sinusových) funkcí s frekvencemi n, 2n, 3n, 4n... Takové termíny se nazývají

harmonické proti a reprezentace funkce jako součtu harmonických se nazývá její harmonická expanze: + Y(t) = A 1 sin(2 t 4proti a reprezentace funkce jako součtu harmonických se nazývá její harmonická expanze: + j 1) + 2 hřích ( 6proti a reprezentace funkce jako součtu harmonických se nazývá její harmonická expanze: + j 2) +

3 hřích ( j 3) + … Zde

A 1, A 2, ... - harmonické amplitudy,

harmonické proti a reprezentace funkce jako součtu harmonických se nazývá její harmonická expanze: j 1, j 2, …. - počáteční fáze harmonických. Počet členů pro některé funkce může být konečný, ale také nekonečný. 4proti a reprezentace funkce jako součtu harmonických se nazývá její harmonická expanze: )

Příklad. Sestrojme graf neharmonické periodické funkce, reprezentované jako součet dvou harmonických: proti) + A 2 sin(

Počáteční fáze jsou nulové. Provedeme výpočty pro následující hodnoty parametrů:

= 20 Hz, A 1 = A 2 = 1. Jak bylo uvedeno výše, budeme provádět výpočty po dobu od 0 do 0,1 sekundy, krok tabelování je 0,005.

Chcete-li získat tabulku hodnot, stačí nahradit obsah buňky B5 následujícím vzorcem:

=$C$2*SIN(2*PI()*$C$1*A5)+$C$2*SIN(2*PI()*2*$C$1*A5)

Poté zkopírujte tento vzorec dolů ve sloupci B. elektrický signál odpovídá amplitudovým a frekvenčním vlastnostem akustického signálu. Proto měření elektrického signálu umožňuje určit vlastnosti zvukové vlny: její frekvenci a amplitudu. Rýže. 14. Graf neharmonických kmitů

1. Získejte graf oscilací, který se liší od těch, které byly uvažovány v příkladu, v tom, že amplituda druhé harmonické je poloviční než amplituda první: A2 = A1/2.

2. Získejte graf oscilací sestávající ze tří harmonických s následujícími parametry: A 1 = 1,
proti ni = 20 Hz; A 2 = A 1/2,proti 2 = 2proti 1 Hz; A 3 = A 2 /2,proti 3 = 2proti 2 Hz. Počáteční fáze jsou nulové.

3. Získejte graf oscilací sestávající ze dvou harmonických s parametry: A 1 = 1,proti 1 = 20 Hz, j1 = 0; A 2 = A 1,proti 2 = 2proti 1 Hz, j2 = p/2. Porovnejte výsledný graf se zapnutým grafem rýže. 14. Jak fázový posun mezi harmonickými ovlivnil amplitudu kmitů a periodu kmitů?

Experiment 3: Vzorkování a kvantování zvuku

Tento experiment simuluje proces analogově-digitální konverze. ADC zahrnuje vzorkování signálu podle času a kvantování hodnoty amplitudy signálu. Časové vzorkování je určeno hodnotou vzorkovací frekvence H (Hz). Časový krok mezi dvěma měřeními je 1/N sekund.

Proces amplitudového kvantování je určen parametrem hloubky kvantování zvuku: b. Počet úrovní kvantizace je 2 b .

Kódy, které určují amplitudu zvukového signálu, jsou celá čísla v rozsahu od 0 do 2 b – 1.

Model procesu kvantizace audio signálu, realizovaný v tabulkovém procesoru, je uveden na Obr. 15. Uvažuje se harmonický signál s frekvencí n = 20 Hz. Hodnota frekvence signálu je uložena v buňce C1. Vzorkovací frekvence ADC je H = 200 Hz (článek C2). Hloubka kvantizace b = 8 bitů (buňka G2). Sloupec A obsahuje časové body měření signálu při provádění ADC. V buňce A5 - počáteční okamžik času

t = 0.

Poté se čas zvyšuje v krocích po 1/h s. V buňce A6 se zapíše vzorec: =A5+1/$C$2. proti a reprezentace funkce jako součtu harmonických se nazývá její harmonická expanze: ))

Dále se tento vzorec zkopíruje do sloupce A.

Sloupec C obsahuje kódy měření amplitudy signálu, reprezentované jako celá desítková čísla. Při zápisu do paměti počítače jsou převedeny do binární číselné soustavy. Vzorec je umístěn do buňky C5: =INTEGER(B5*2^$G$2) .

Jeho význam je následující: protože Y leží v rozsahu od 0 do 1, bude hodnota výrazu rovna celým číslům v rozsahu od 0 do 2 b.

Hranaté závorky zde označují výběr celé části čísla. proti Při vytváření diagramu „Kódování signálu“ byste měli vybrat typ „Histogram“. Diskrétní forma histogramu jasně odráží diskrétní povahu kódu. Tabulka je postavena na základě 21 měření signálu. Pro tyto hodnoty n a H bylo možné změřit dvě periody oscilací signálu. rýže. 16.

Při změně tří parametrů modelu:

, Н a b - tabulka bude automaticky přepočítána. Pokud například zvýšíte vzorkovací frekvenci 2krát, tzn. dát do cely

C2 je číslo 400, pak dostaneme grafy uvedené v

Rýže. 15. Harmonický analogový signál a výsledky kvantizace.
Rýže. 16. ADC se vzorkovací frekvencí 400 Hz

Měření byla provedena během jedné periody oscilace. Diskrétní kód nyní popisuje oscilační proces podrobněji. rýže. Rýže. 17. ADC s 16bitovou hloubkou kvantizace

a vzorkovací frekvence 400 Hz
proti Kvantizační histogram zapnut rýže 17 bylo získáno pro b = 16. Je vidět, že rozsah hodnot kódu se zvýšil. V důsledku toho kódování poskytuje přesnější informace o velikosti signálu než s b = 8.

1. Proveďte výpočty s následujícími hodnotami parametrů:

= 20 Hz, H = 100 Hz, b = 8 bitů. Porovnejte s výsledky na proti. 15. Vyvodit závěry. 2. Proveďte numerické experimenty s kódováním neharmonických kmitů. 2proti Z úloh pro experiment č. 2 převezměte funkce popisující neharmonické kmitání.

3*. Z Nyquist-Kotelnikovovy věty vyplývá, že pro rekonstrukci harmonických kmitů s frekvencí n pomocí diskrétního kódu nesmí být vzorkovací frekvence menší než 2.

, tj. musí být splněna následující podmínka:

Jakákoli informace v počítači je reprezentována ve formě binárního kódu. Čím větší je objem tohoto kódu, tím více místa v paměti zabírá a tím více času trvá jeho přenos komunikačními kanály. To vše ovlivňuje výkon počítače, o efektivitě využívání počítačových sítí.

Snížení objemu dat nastane o komprese binárního kódu. Existují dvě možné situace komprese:

1) ztráta informací v důsledku komprese je nepřijatelná;

2) částečná ztráta informací v důsledku komprese je přijatelná.

V prvním případě komprese nebo balík, data jsou vytvářena pouze pro dočasné uložení na média nebo přenos komunikačními kanály. K práci s těmito daty je potřebujete vybalování, tj. zmenšení do původní podoby. V tomto případě by neměl být ztracen ani jeden bit. Pokud je například text komprimován, pak by po dekompresi neměl být zdeformován ani jeden znak. Zkomprimovaný program musí být také zcela obnoven, protože sebemenší zkreslení způsobí jeho nefunkčnost. Při vytváření se běžně používá bezztrátová komprese

a archivy souborů.

Balení s částečnou ztrátou informace se provádí komprimací obrazového (grafika, videa) a zvukového kódu. Tato možnost je spojena se subjektivními schopnostmi lidského zraku a sluchu.

Výzkum vědců ukázal, že naše vidění je výrazněji ovlivněno jasem obrazového bodu (pixelu) než jeho barevnými vlastnostmi. Proto lze objem video kódu snížit ukládáním barevných kódů ne pro každý pixel, ale po jednom, dvou atd. rastrové pixely. Čím větší jsou mezery, tím více jsou video data komprimována, ale kvalita obrazu se zhoršuje.

Při kódování videofilmů - dynamických obrazů se zohledňuje vlastnost setrvačnosti vidění. Rychle se pohybující části filmu mohou být kódovány méně podrobně než statické snímky. Nejobtížněji komprimovatelný kód je zvukový kód. Při dobré kvalitě záznamu je jeho nekomprimovaný objem velmi velký a redundance je relativně malá. Využívají se zde i psychofyziologické charakteristiky lidského sluchu. Bere v úvahu, na které harmonické přirozeného zvuku je náš sluch náchylnější a které méně. Slabě vnímané harmonické jsou odfiltrovány pomocí matematické zpracování

Různé algoritmy kódy komprese obrazu a zvuku se používají k implementaci různých formáty pro prezentaci grafiky, videa a zvuku. O tom bude podrobněji pojednáno v části o informačních technologiích.

Balení bez ztráty informací. Existují dva přístupy k řešení problému komprese informací bez jejich ztráty. První přístup je založen na použití nerovnoměrného symbolického kódu.

Druhý přístup je založen na myšlence identifikace duplicitních fragmentů kódu. Zvažme, jak implementovat první přístup. V osmibitové tabulce kódování znaků (jako je KOI-8) je každý znak zakódován osmi bity, a proto zabírá 1 bajt v paměti. V části 1.2.3 naší učebnice bylo řečeno, že četnost výskytu různých písmen (znaků) v textu je různá. Tam se také ukázalo, že čím nižší je frekvence výskytu symbolů, tím větší je informační váha symbolů. Myšlenka komprese textu v paměti počítače je spojena s touto okolností: odmítnout kódovat všechny znaky kódy stejné délky. Symboly s menší informační váhou, tzn. často se vyskytující znaky by měly být kódovány kratším kódem ve srovnání s méně často se vyskytujícími znaky. Tímto přístupem můžete výrazně snížit hlasitost společný kód

text a podle toho i prostor, který zabírá v paměti počítače. Už jsme se podívali na morseovku, která princip využívá nerovnoměrný kód.

Pokud je tečka kódována nulou a pomlčka jedničkou, bude se jednat o binární kód. Je pravda, že existuje problém s oddělením písmen od sebe. V telegrafní zprávě se to řeší pomocí pauzy – vlastně třetího znaku v morseovce. Jeden z nejjednodušších, ale velmi efektivní způsoby

pro konstrukci binárního nejednotného kódu, který nevyžaduje speciální oddělovač, je algoritmus D. A. Huffman (D. A. Huffman, 1952). Verze Huffmanovy kódové tabulky aplikovaná na velká písmena latinské abecedy je uvedena v tabulce. 5. V této tabulce jsou písmena uspořádána v sestupném pořadí podle frekvence opakování v textu. Písmena E a T, nejčastěji používaná v textech, mají kódy o velikosti 3 bitů. A nejvzácnější písmena Q a Z jsou 10 bitů. Čím více

velikost textu , zakódovaný takovým kódem, tím menší je jeho informační objem ve srovnání s objemem při použití jednobajtového kódování. struktura. To znamená, že kód žádného znaku se neshoduje se začátkem kódu všech ostatních znaků. Například kód pro písmeno E je 100. Podívejte se do tabulky. 5. Neexistuje žádný další kód začínající těmito třemi znaky. Na základě této vlastnosti jsou znaky od sebe odděleny algoritmicky.

Příklad 1. Pomocí Huffmanova kódu zakódujte následující text, který se skládá z 29 znaků:

BYLI jsme VÍCE SNĚHU PRO LEPŠÍ LYŽOVÁNÍ

Použití tabulky 5, zakódujte řádek:

011101 100 1100 100 100 11011 00011 1110 1011 100 0110 1100 1110 011101 01001 1110 1011 011100 100 001 001 100 1011 0110 110100011 1010 1010 1100 00001

Po umístění tohoto kódu do paměti, bajt po bajtu, bude mít tvar:

01110110 01100100 10011011 00011111 01011100 01101100 11100111 01010011 11010110 11100100 00100110 01011011 01101000 11101010 10110000 001

V hexadecimálním tvaru bude zapsán takto:

76 64 9B 1F 5C 6C E7 53 D6 E4 26 5B 68 EA B0 20.

Tedy text zabírající ASCII kódování 29 bajtů, v Huffmanově kódování to bude trvat 16 bajtů. Kompresní poměr je poměr velikosti kódu v bajtech po kompresi k velikosti před kompresí (tj. v 8bitovém kódování). V v tomto příkladu Kompresní poměr vyšel na 16/29 0,55.

Dekódování (rozbalení) textu se provádí pomocí Huffmanovo kódování binárního stromu. Grafický obrázek Huffmanův strom odpovídající tabulce. 5, znázorněný na Obr. 18. Strom se nazývá binární, pokud z každého vrcholu nevycházejí více než dvě větve.

Listy tohoto stromu, umístěné na koncích větví, jsou symboly abecedy. Kód symbolu je tvořen posloupností binárních číslic umístěných na cestě od kořene stromu k symbolu listu.

Rozbalení textu nastává skenováním binárního kódu zleva doprava, počínaje první číslicí, pohybem od kořene podél odpovídajících (se stejným binárním kódem) větví stromu, dokud se nedosáhne písmene. Po výběru písmene v kódu začíná proces dekódování dalšího písmene znovu od kořene binárního stromu.

Příklad 2. Dekódujte následující binární kód získaný pomocí Huffmanova algoritmu (kód je rozdělen na bajty mezerami):

01010001 00100101 00100011 11111100

Pohybem po Huffmanově stromu, počínaje první číslicí vlevo, získáme následující dekódování:

Výsledkem je slovo HUFFMAN. Zabalený kód zabral 4 bajty, zdrojový kód -
7 bajtů. Proto byl kompresní poměr 4/7 0,57.

strom na rýže. 18 představuje zkrácenou verzi Huffmanova kódu. Musí plně zohledňovat všechny možné znaky nalezené v textu: mezery, interpunkční znaménka, závorky atd.

V programech, které komprimují text, se pro každý zpracovávaný text sestaví tabulka frekvence symbolů a poté se vygenerují kódy různých délek, jako jsou Huffmanovy kódy. V tomto případě je komprese textu ještě efektivnější, protože kódování je upraveno speciálně pro tento text

. V teorii programování se algoritmy, které najdou optimální řešení pro každou konkrétní variantu problému, nazývají chamtivé algoritmy. K metodám kompresi zohledněním počtu opakování fragmenty kódu zahrnují algoritmus RLE a algoritmy Lempel-Ziv. Algoritmus RLE identifikuje skupiny po sobě jdoucích identických jednobajtových kódů. Každá taková skupina je nahrazena dvěma bajty: první označuje počet opakování (ne více než 127), druhý označuje opakující se bajt. Díky své jednoduchosti funguje tento algoritmus poměrně rychle. Nejúčinnější je při stlačení

grafické informace , obsahující velké plochy jednotného stínování. Algoritmy Lempel-Ziv (LZ77, LZ78) detekují opakující se sekvence bytů. Mohou být podmíněně nazývány slovy. Pokud se během sekvenčního prohlížení dat objeví slovo, které se již dříve vyskytlo, vytvoří se na něj odkaz ve formě zpětného posunu vzhledem k aktuální poloze a délce slova v bajtech.

Implementace softwaru

Otázky a úkoly

Takové algoritmy jsou složitější než u metody RLE. Ale kompresní efekt je mnohem vyšší.

K metodám kódování informací se vrátíme později, až zvážíme techniky ochrany dat pomocí šifrování.

1. V jakých případech může být při kompresi dat povolena částečná ztráta informací a v jakých případech by neměla být povolena?

2. Jak vám kódy s proměnnou délkou umožňují „komprimovat“ text?

3. Zakódujte následující text pomocí Huffmanových kódů:

11110111 10111100 00011100 00101100 10010011

01110100 11001111 11101101 001100

ŠŤASTNÝ NOVÝ ROK. Vypočítejte kompresní poměr.

4. Dešifrujte následující kód pomocí Huffmanova binárního stromu:

5. Jaká je myšlenka kompresního algoritmu RLE?

Jaký typ informací nejlépe komprimuje tento algoritmus?

6. Jaká je myšlenka kompresního algoritmu Lempel-Ziv?

7. Jaké vlastnosti lidského zraku a sluchu se používají ke kompresi grafických a zvukových informací?

Další informace o kompresních algoritmech viz: Andreeva E.V., Bosova L.L., Falina I.N.

Matematické základy informatiky. M.: BINOM.

Vědomostní laboratoř, 2007.

Digitální elektronika nyní stále více nahrazuje tradiční analogovou elektroniku. Přední společnosti vyrábějící širokou škálu elektronické zařízení, stále častěji oznamují úplný přechod na digitální technologii.

Pokroky v technologii výroby elektronických čipů podnítily rychlý vývoj digitální technologie a zařízení. Použití digitálních metod zpracování a přenosu signálu může výrazně zlepšit kvalitu komunikačních linek. Digitální metody zpracování a přepínání signálů v telefonii umožňují několikanásobně snížit hmotnostní a rozměrové charakteristiky spínacích zařízení, zvýšit spolehlivost komunikace a zavést další funkčnost. Nástup vysokorychlostních mikroprocesorů, velkoobjemových paměťových čipů s náhodným přístupem a maloobjemových zařízení pro ukládání informací na velkoobjemových pevných médiích umožnil vytvořit poměrně levné univerzální osobní elektronické počítače (počítače), které našly velmi široké uplatnění v každodenním životě a výrobě. Digitální technologie je nepostradatelná v systémech telesignalizace a dálkového ovládání používaných v automatizované výrobě, řízení vzdálených objektů, např. kosmické lodě, čerpací stanice plynu atd. Digitální technologie zaujala pevné místo také v elektrických a rádiových měřicích systémech. Moderní zařízení pro záznam a reprodukci signálů jsou také nemyslitelná bez použití digitálních zařízení. Digitální zařízení jsou široce používána k ovládání domácích spotřebičů.

Je velmi pravděpodobné, že digitální zařízení budou v budoucnu na trhu s elektronikou dominovat.

Stojí za to říci, že nejprve uvedeme několik základních definic.

Signál je jakákoliv fyzikální veličina (například teplota, tlak vzduchu, intenzita světla, proud atd.), která se v čase mění. Právě díky této změně času může signál nést nějakou informaci.

Elektrický signál je elektrická veličina (například napětí, proud, výkon), která se v čase mění. Veškerá elektronika v zásadě pracuje s elektrickými signály, i když v poslední době se stále více používají světelné signály, které představují intenzitu světla měnící se v čase.

Analogový signál je signál, který může nabývat libovolné hodnoty v určitých mezích (např. napětí se může plynule měnit od nuly do deseti voltů). Zařízení, která pracují pouze s analogovými signály, se nazývají analogová zařízení.

Digitální signál je signál, který může nabývat pouze dvou hodnot (někdy tří hodnot). Navíc jsou povoleny určité odchylky od těchto hodnot (obr. 1.1). Například napětí může nabývat dvou hodnot: od 0 do 0,5 V (nulová úroveň) nebo od 2,5 do 5 V (úroveň jednotky). Zařízení, která pracují výhradně s digitálními signály, se nazývají digitální zařízení.

V přírodě jsou téměř všechny signály analogové, to znamená, že se neustále mění v určitých mezích. Proto byla první elektronická zařízení analogová. Fyzikální veličiny převáděly na jim úměrné napětí nebo proud, prováděly s nimi některé operace a následně prováděly inverzní transformace na fyzikální veličiny. Například hlas osoby (vibrace vzduchu) se pomocí mikrofonu přemění na elektrické vibrace, pak tyto elektrické signály jsou zesíleny elektronovým zesilovačem a pomocí akustického systému jsou opět převedeny na vibrace vzduchu, na hlasitější zvuk.

Rýže. 1.1. Elektrické signály: analogové (vlevo) a digitální (vpravo).

Všechny operace prováděné elektronickými zařízeními na signálech lze rozdělit do tří velkých skupin:

‣‣‣ zpracování (nebo transformace);

‣‣‣ přenos;

‣‣‣ úložiště.

Ve všech těchto případech jsou užitečné signály zkresleny parazitními signály – šum, rušení, rušení. Zároveň při zpracování signálů (například při zesílení, filtraci) dochází také ke zkreslení jejich tvaru vlivem nedokonalosti, neideálnosti elektronických zařízení. A při přenosu na velké vzdálenosti a během skladování jsou signály také oslabeny.

Rýže. 1.2. Zkreslení šumem a interferencí analogového signálu (vlevo) a digitálního signálu (vpravo).

V případě analogových signálů toto vše výrazně degraduje užitečný signál, protože všechny jeho hodnoty jsou povoleny (obr. 1.2). Z tohoto důvodu každá konverze, každé meziúložiště, každý přenos po kabelu nebo vzduchem degraduje analogový signál, někdy dokonce až k jeho úplnému zničení. Musíme také vzít v úvahu, že veškerý šum, rušení a rušení je v zásadě nemožné přesně spočítat, a proto je absolutně nemožné přesně popsat chování jakýchkoli analogových zařízení. V průběhu času se navíc parametry všech analogových zařízení mění v důsledku stárnutí prvků, a proto vlastnosti těchto zařízení nezůstávají konstantní.

Na rozdíl od analogových signálů jsou digitální signály, které mají pouze dvě povolené hodnoty, mnohem lépe chráněny před šumem, rušením a rušením. Malé odchylky od povolených hodnot nijak nezkreslují digitální signál, protože vždy existují zóny povolených odchylek (obr. 1.2). Právě v tomto ohledu umožňují digitální signály mnohem složitější a vícestupňové zpracování, mnohem delší bezztrátové ukládání a mnohem kvalitnější přenos než analogové. Chování digitálních zařízení lze navíc vždy naprosto přesně vypočítat a předvídat. Digitální zařízení jsou mnohem méně náchylná ke stárnutí, protože malé změny v jejich parametrech nijak neovlivňují jejich funkci. Digitální zařízení se zároveň snadněji navrhují a ladí. Je zřejmé, že všechny tyto výhody zajišťují rychlý rozvoj digitální elektroniky.

Digitální signály však mají také velkou nevýhodu. Faktem je, že digitální signál musí zůstat na každé ze svých povolených úrovní alespoň po nějaký minimální časový interval, jinak jej nebude možné rozpoznat. A analogový signál může nabývat jakékoli hodnoty v nekonečně malém čase. Můžeme to říci i jinak: analogový signál je definován ve spojitém čase (tj. v libovolném časovém okamžiku) a digitální signál je definován v diskrétním čase (tj. pouze ve vybraných okamžicích). Z tohoto důvodu je maximální dosažitelná rychlost analogových zařízení vždy zásadně vyšší než u digitálních zařízení. Analogová zařízení zvládnou rychleji se měnící signály než digitální zařízení. Rychlost zpracování a přenosu informace analogovým zařízením musí být vždy vyšší než rychlost jejího zpracování a přenosu digitálním zařízením.

Digitální signál přitom přenáší informace pouze ve dvou úrovních a mění jednu ze svých úrovní na druhou, zatímco analogový signál také přenáší informaci s každou aktuální hodnotou své úrovně, to znamená, že je z hlediska přenosu informace kapacitnější. . Z tohoto důvodu je pro přenos množství užitečných informací obsažených v jednom analogovém signálu nejčastěji nutné použít několik digitálních signálů

(obvykle od 4 do 16).

Kromě toho, jak již bylo zmíněno, všechny signály jsou v přírodě analogové, to znamená, že pro jejich převod na digitální signály a pro zpětnou konverzi se používá speciální zařízení (analogově-digitální a

digitálně-analogové převodníky). Nic tedy není zadarmo a cena za výhody digitálních zařízení může být někdy příliš vysoká.

Analogové a digitální signály - koncepce a typy. Klasifikace a vlastnosti kategorie "Analogové a digitální signály" 2017, 2018.

Moderní konferenční systémy, které přešly od jednoduché kombinace mixážního pultu a mikrofonů k plnohodnotnému multimediálnímu centru, jsou schopny vyřešit širokou škálu problémů a zajistit pohodlí diskuse jak pro účastníky, tak pro odpovědné osoby. pro technická část montéři. Jak už to tak bývá, technologie má svá pro a proti. A přestože multimediální konferenční systémy, které se v poslední době objevily, nemají ve svých schopnostech obdoby, tyto stejné schopnosti mohou být ve většině situací nadbytečné, a tudíž nevyžádané. Vyplatí se jít za nejnovějšími úspěchy nebo stačí klasické, časem prověřené vybavení k řešení každodenních problémů? Pojďme pochopit problém.

Řeč

Bez ohledu na to, jaký typ systému se používá, má pro debatu prvořadý význam srozumitelnost řeči. Rozhodujícími faktory jsou zde kvalita mikrofonu a ozvučení sálu a také správné umístění dálkového ovladače vůči mluvícímu delegátovi. Za stejným účelem jsou dálkové ovladače vybaveny vestavěnými reproduktory, které slouží jako doplněk k hlavnímu. reproduktorový systém. Digitální systémy mají často procesor zodpovědný za potlačení akustické zpětné vazby, která zabraňuje samobuzení zvuková cesta a poskytuje větší volnost pro umístění mikrofonu. Přenos signálu v analogové podobě je omezen maximální délkou kabelu, což neumožňuje umístit dálkové ovladače zapojené do řetězu daleko od sebe. Proto se digitální systémy bez tohoto problému nejčastěji používají pro rozsáhlé instalace, přičemž malé místnosti přenechávají analogovým. Multimediální systémy, i když pro připojení využívají technologii POE, při práci s hlasem významné výhody nedávají to.

Další funkce

Nejčastěji používanými funkcemi přítomnými ve většině digitálních systémů jsou: hlasování, simultánní překlad, autentizace uživatele, interkom, záznam konference, integrace s technologickým televizním systémem a organizace telekonference. Je zřejmé, že realizovat takové příležitosti se bez digitálních technologií neobejde. Pravda, řadu z nich lze nalézt také v analogových systémech s digitální ovládání. Například hlasování a nahrávání. Bylo by také snadné nahrávat debaty vedené na zcela analogovém systému.

Logickou etapou ve vývoji digitálních systémů byl vzhled dálkových ovladačů s displeji, které umožňují zobrazovat servisní zprávy, dotazy/výsledky hlasování a další údaje. Ty se časem rozrostly v plnohodnotné multimediální systémy, s jejichž pomocí můžete nejen sledovat v reálném čase video vysílání projevu řečníka, dokumenty, prezentace a další grafický a video obsah, ale také samostatně stahovat mediální soubory z různých zdrojů včetně internetu nebo místního serveru. Vlastně takový dálkový ovladač, vybavený velkým dotykový displej, je plnohodnotný tablet s vlastním operačním systémem a sadou aplikací, jejichž možnosti jsou omezeny pouze nainstalovaným softwarem. Řada výrobců vybavuje své produkty vestavěnými kamerami, které usnadňují organizaci videokonference nebo telekonference. A pokud digitální systém vyžaduje integraci s technologickou televizí, jejíž kamery budou natočeny směrem k reproduktoru, pak to v takových zařízeních není potřeba. Generální manažer Bryullov Consulting, Vladimír Kolomenský, komentáře:

Multimediální konzole instalované v sále mají poměrně malou obrazovku. To vám umožní ergonomičtěji uspořádat pracovní prostor a poskytnout účastníkovi konference maximum funkcí. Pro úkoly, které vyžadují práci s velkým objemem dokumentů, nabízejí někteří výrobci, například Televic Conference, možnost integrace s dotykové monitory, včetně motorizovaných. V tomto případě budou všechny funkce multimediální konzole dostupné z monitoru jakékoli velikosti – alespoň 15", alespoň 22" nebo více

Řízení

Klasická delegátská konzole je vybavena mikrofonem a tlačítky pro žádost o mluvení, stejně jako ovládáním hlasitosti pro vestavěný reproduktor a vizuálními indikátory, které vás informují, že je řada na hovořit a že delegát je „on air“ . Konzole předsedy obsahuje tlačítko priority, které vám umožňuje kdykoli přerušit diskusi. Ve více multifunkčních digitálních systémech k nim mohou být přidány hlasovací klíče, výběr kanálů pro simultánní tlumočení a různé identifikační moduly (PIN kód, karta nebo otisk prstu). Digitální dálkové ovladačeŽidle často obsahují ovládací prvky pro nastavení počtu otevřených mikrofonů, délky projevů nebo režimu provozu.

Multimediální zařízení s grafickým rozhraním zobrazeným na obrazovce vám umožňují vytvořit libovolnou sadu tlačítek a odpovídajících funkcí a v případě potřeby je vyměnit za nové. Z tohoto důvodu je dělení konzolí na delegáty a předsedy nevhodné. Alexander Bakhmatov, marketingový ředitel společnosti RIWA, distributora konferenčních systémů Marconi, věří:

Softwareizace tlačítek je něco, co se u rozhraní děje posledních 20 let. Multimediální konferenční systémy proto časem vytlačí ty konvenční, stejně jako chytré telefony vytlačily z trhu tlačítkové mobilní telefony. Pro účastníka schůzky je pohodlnější hlasovat a prohlížet si dokumenty, videa a obrázky na obrazovce svého dálkového ovladače než na běžné obrazovce.

Pro integrátory je jednodušší přizpůsobit grafické rozhraní požadavkům zákazníka. Jakákoli barva, tvar a funkčnost tlačítek, jakýkoli jazyk – jediným omezením je velikost a rozlišení obrazovky. Široké možnosti integrace do stávajících IT struktur. Multimediální konferenční systém se vlastně stává platformou pro práci programátora a designéra, který si přizpůsobí rozhraní na míru zadání. Čeká nás tedy evoluce srovnatelná s telefonem

Provedení a instalace

Všechny systémy na trhu lze rozdělit na vestavěné a stolní. První zabírají méně místa a vypadají estetičtěji; druhé nevyžadují vkládání pro instalaci, takže je lze znovu nainstalovat. Pro schůzky a konference mimo pracoviště, stejně jako v místech, kde se kromě konferencí konají i jiné akce nebo kde není možné umístit drátové systémy, je smysluplnější použít bezdrátové. Jejich instalace a nastavení nezabere mnoho času, ale vyžadují pravidelné nabíjení baterie a mohou být náchylné k rušení. Multimediální konferenční systémy se dnes vyrábějí pouze v drátové verzi a mohou být buď vestavné, nebo stolní, takže v tomto ohledu nemají žádné výhody.

Připojení dálkových ovladačů k centrální jednotce v analogových a digitálních systémech se nejčastěji provádí pomocí proprietárního kabelu. Multimediální zařízení podporují přenos dat pomocí kabelů CAT-5 nebo CAT-6, které jsou výrazně levnější a umožňují vzájemné odpojení jakéhokoli zařízení. Kompatibilní jsou jak digitální, tak multimediální systémy, v závislosti na výrobci a modelu síťových protokolů CobraNet nebo Dante, poskytující snadnou integraci s technologickými televizními systémy, simultánní tlumočení, projektory nebo projekční panely a zvukové zařízení, stejně jako organizování telekonference s diskusními skupinami umístěnými na dálku. Taková svoboda přirozeně v analogových zařízeních chybí. Špičkové systémy předních výrobců umožňují použití různých typů v rámci jedné instalace. V jedné části místnosti tak můžete použít bezdrátové dálkové ovládání, v jiné - multimediální atd. Vedoucí školení a rozvoje Hi-Tech Media, Andrey Osipov, mluví:

Pomocí vývoje softwaru od HI-Tech Media můžete v jedné místnosti kombinovat veškeré vybavení z řad konferenčních systémů Bosch, konkrétně: CCS 1000D, DCN NG a Dicentis, a to jak v drátové, tak bezdrátové verzi. Modul software HTM-SP, kombinující všechny výše uvedené systémy, umožňuje nejen jejich správu, ale také odesílání metadat (název jednání, celé jméno řečníka, celé jméno oponenta atd.) na multikanál audio/video záznamový systém HTM-GAVR, umožňuje ovládat integrovaný systém ze zařízení Crestron nebo řady Extron. Použití modulu HTM-SP nevyžaduje speciální dovednosti a samotný modul má intuitivní rozhraní

Software pro záznam událostí HTM-GAVR pro kongresové systémy Bosch

Správa a konfigurace digitálních a multimediálních systémů se provádí pomocí webového rozhraní, které poskytuje pohodlný a vizuální přístup ke všem potřebným informacím. Mnoho výrobců také vybavuje své dálkové ovladače systémy sebeurčení, díky nimž se po připojení automaticky integrují a usnadňují proces instalace.

Závěr

Jak vidíte, multimediální konferenční systémy nejsou jen příležitostí pohodlná práce s různým grafickým a video obsahem, ale také přizpůsobitelným rozhraním pro úkoly a také širokými vyhlídkami na integraci a modernizaci. Je nepravděpodobné, že se takové zařízení v dohledné době stane zastaralým, ale jeho cena je výrazně vyšší než u jeho analogů. Pokud není úkol využití multimediálního obsahu v diskuzi tak důležitý nebo je možné zobrazené materiály vysílat z jednoho zdroje, pak si lze docela dobře vystačit s digitálním systémem – jejich kvalita a možnosti dnes naštěstí v mnoha ohledech neodpovídají nižší. V případě omezeného rozpočtu a bez nutnosti stavět složité instalace může být rozumnou volbou použití analogový systém s digitálním ovládáním.

Žijeme v době rychlého vývoje analogových technologií na digitální. Mnoho zařízení však stále zůstává analogových a nespěchají s přechodem na novou fázi vývoje technologií. Navíc domácí spotřebiče často kombinují obě technologie. Pokusme se zjistit, jaký je rozdíl mezi analogovým a digitálním, jaké jsou jejich výhody a nevýhody.

Rozhovor bude samozřejmě z pohledu běžného uživatele, bez srozumitelných výrazů a s důrazem na praktická aplikace v každodenním životě.

Podstata analogových technologií

Ve dvacátém století, blíže jeho středu, se objevily analogové počítače - výpočetní zařízení. Všechny informace v nich byly vyjádřeny a zpracovány ve formě rozdílu napětí signálu. Navíc i při zpracování číselných dat a výpočtech.

Výstupem mohou být grafy, různé sinusoidy, řídicí signály pro mechanismy a další užitečné věci pro výrobní proces. Předpokládejme, že všude jsou senzory. Někde se změnilo napětí - a analogový počítač okamžitě zareagoval, zapnul, co bylo potřeba (nebo se vypnul).

Podstatou analogové technologie je, že informace nejsou transformovány do digitální podoby. Elektrický impuls zůstává sám sebou se všemi svými parametry, i když je něčím měřen a něco znamená. Kromě toho se signály mohou libovolně lišit v závislosti na vlastnostech zařízení.

Podstata digitální technologie

Prvním prototypem digitálního přenosu dat je Morseova abeceda. Písmena jsou kódována v kombinacích krátké signály(„tečky“), dlouhé („čárky“) a mezi nimi oddělující pauzy (ticho). Nezáleží na tom, jaká je úroveň signálu, jaké je jeho napětí a frekvence, protože jsou pouze tři komponenty, které přenášejí informace.

Nyní si představte, že počet komponent je snížen na dvě: „signál a ticho“. Přítomnost signálu je jedna, nepřítomnost je nula. Nezáleží ani na parametrech.

Nuly a jedničky jsou tedy bity. Jejich sekvence jsou spojeny do skupin po osmi kusech - bajtech. A samozřejmě kilobajty, megabajty, gigabajty.

Obsluha analogového zařízení

Vezměme si například zvuk. Signál z mikrofonu je zaznamenán na magnetickou pásku v původní podobě. Tedy se všemi frekvencemi procházejícími drátem. Pak magnetofon ( starožitný přístroj reprodukovat zvuk) čte to, co je nahráno z kazety, zesiluje to a posílá do reproduktorů, odkud vše slyšíme.

Nebo se zvuk vysílá vzduchem. Anténa zachycuje rádiové vlny a převádí je na stejné elektrické signály, jaké byly přijímány mikrofonem. No a membrány reproduktorů fungují úplně stejně jako u magnetofonu: vibrují pod vlivem proudu, který přenáší zvukové frekvence.

Další metodou analogového záznamu jsou vinylové desky, velké disky, obvykle černé. Jsou na nich vyříznuty tenké stopy a čtecí jehla pak vibruje přesně ve stejných frekvencích jako původní zvuk. Vibrace jsou převedeny na elektrické, zesíleny a odeslány, jak asi tušíte, do reproduktorů.

To znamená, že signál zůstává stejný, jako byl původně, a není zakódován do digitální podoby. Doplňuje ho rušení, syčení zesilovačů, zkresluje ho nekvalitní magnetická páska a zařízení. Páska se postupně demagnetizuje (zvláště při častém používání) a destička se opotřebovává (jehla po ní přece jen jezdí).

Provoz digitálního zařízení

Mikrofon je připojen k měniči, který kóduje všechny zvukové frekvence do podoby nul a jedniček. Navíc tyto nuly a jedničky nepřicházejí v nepřetržitém proudu, ale diskrétně, po částech. Například 44 tisíckrát za sekundu (při frekvenci 44 kilohertzů), jako hudební CD.

Navíc čím více nul a jedniček (kilobitů) je použito na jednu sekundu, tím vyšší je kvalita zvuku (čím je jeho popis v digitální podobě úplnější a adekvátnější).

Digitalizovaný zvuk je zkopírován na CD, vysílán online internetovými rozhlasovými stanicemi a distribuován ve formě souborů. Obecně se tak či onak dostává do zařízení schopného jej reprodukovat.

Při přehrávání se na vinylové desce neozývá žádný šum kazety ani praskání od škrábanců, protože se zpracovávají pouze sekvence nul a jedniček.

Aby však z reproduktorů něco zaznělo, musí do nich být přiveden analogový signál. Tedy zvuk popisovaný nikoli nulami a jedničkami, ale frekvencemi elektrických vibrací.

Předchozí publikace:

08.11.2016

Digitální technologie mění naše zvyky, interiér našich bytů, náš životní styl i jazyk naší komunikace. Promění podnikání a vládu, zábavu a vzdělávání, vědu a medicínu. Výrazně změnily samotného člověka, zejména v socioekonomických a kulturních aspektech. Každý třetí obyvatel naší planety s sebou nosí mobilní telefon a v místech, kde „není moc dobrá“ komunikace, potřebujeme zesílení celulární komunikace a směrové antény. Trávíme stále více hodin „v digitálním prostoru“ internetu a stále méně času věnujeme takovým médiím, jako je televize a rozhlas. Papírová média jsou nahrazována elektronickými. Stále větší počet cestujících metra nečte klasické knihy, ale elektronické verze stažené z internetu.

Digitální technologie, jak je známe dnes, radikálně změnily naše podnikání i náš osobní život. Ukládání a přenos dat se staly efektivnějšími. Internet, zejména od vzniku WWW, umožňuje lidstvu vytvářet a sdílet informace a znalosti v celosvětovém měřítku.

Digitální, neviditelné a všudypřítomné

Dalším krokem digitální revoluce bude všudypřítomnost digitální technologie. Naše fotoaparáty a MP3 přehrávače, elektronické notebooky a mobilní telefony stále více připomínají kapesní počítače, získávají možnosti natáčení videa, záznamu zvuku, vysokorychlostní přenos data.

Technické inovace založené na nej různé technologie, včetně rádiové identifikace a rádiových senzorů, mění vzorce lidské existence v našem digitálním věku. Informace a komunikační schopnosti stát se neviditelným a všudypřítomným.

Teorie budoucí „všudypřítomnosti počítačů“ od Marka Weisera – bývalého hlavního vědce z Xerox Palo Alto Research Center – říká, že nejvýkonnější, nejpokročilejší a nejhlubší technologie jsou „ty, které zmizí a vetknou se do tkaniny. každodenní život dokud se v něm nerozpustí." Podle tohoto názoru se všechny naše známé věci brzy promění v miniaturní počítače. A to není fikce. Stačí jen věnovat pozornost trendům měnících se generací počítačů. Nejen že se zmenšují. Jsou stále početnější a stále nenahraditelnější. Řešení mnoha problémů již nebude vyžadovat lidský zásah a technologie, které byly včera tak nápadné, nám zítra zmizí z očí. Zároveň všude v našem prostředí budou mít ty nejvšednější věci schopnost zpracovávat informace.

Před dvěma a půl desetiletími byly počítače, které sloužily desítkám lidí, samozřejmostí. Pak přišel osobní počítače- jeden stroj na osobu, naše společnost je nyní ve fázi přechodu k všudypřítomné výpočetní technice, kdy jedné osobě slouží více digitálních zařízení. Obrázek 2, převzatý z článku Marka Weisera „The 21st Century Computer“, ilustruje nástup éry rozšířené komputerizace. Ukazuje fáze růstu, saturace a úpadku tří generací počítačů.

Nové vektory rozvoje sítě

Dlouho předpovídaná digitální konvergence se stává realitou v mnoha oblastech života. Během posledních dvou desetiletí se telefonní komunikace změnila k nepoznání. Bezdrátové telefonování se rozšířilo. Telefon zároveň přestává být pouze prostředkem řečové komunikace. Datový provoz v komunikačních sítích roste mnohem rychleji než hlasový provoz. A zatímco se mobilní operátoři snaží zmáčknout maximální užitek Z hlasové komunikace se provozovatelé dalších služeb - VoIP (Voice over Internet Protocol) - snaží tento přínos minimalizovat.

S jeho rostoucí popularitou VoIP technologie má mnoho výhod, které dohromady tvoří pro mnoho kategorií uživatelů – od žen v domácnosti až po transkontinentální korporace – mimořádně atraktivní způsob komunikace. VoIP hovory jsou často zdarma nebo alespoň levnější než běžné telefonování. Uživatelé mohou zavolat příjemci odkudkoli s přístupem k internetu a využívat řadu doplňkových služeb, jako je přesměrování hovorů, videohovory, konferenční hovory, sdílení souborů atd.

VoIP služby existují již od 90. let. Jejich rozšířené rozšíření je však patrné relativně nedávno. Mezi nejznámější služby zaměřené na konkrétní spotřebitele patří Skype.

Skype je služba, jejímž prostřednictvím můžete pomocí speciálního počítačového programu volat zdarma ostatním předplatitelům Skype po celém světě. Pokud mají předplatitelé Webové kamery Skype umožňuje organizovat videokonference. Můžete také volat na běžné pevné linky a mobilní telefony za velmi nízké sazby. Skype obsahuje funkce systémů pro rychlé zasílání zpráv a zároveň vám umožňuje organizovat chaty až se 100 lidmi současně a ukládat přijaté informace.

Skype byl spuštěn v roce 2003 a o několik let později byl koupen eBay, největší světovou online aukční stránkou. Přidání Skype na eBay přimělo několik dalších velkých společností, aby začaly experimentovat s internetovou telefonií. Microsoft tak nedávno získal VoIP společnost Teleo, Yahoo! koupila společnost DialPad, a Google začal poskytovat službu Talk. O VoIP projevují zájem také poskytovatelé telefonních služeb. British Telecom a Nokia testují chytré předplatitelské terminály, které plynule přepínají mezi mobilními a VoIP sítěmi, což předplatitelům umožňuje vyhnout se nutnosti kupovat dva různé terminály a platit účty od dvou operátorů.

Nový typ infrastruktury

Zařízení, která si vyměňují data prostřednictvím rádia, lze snadno připojit do sítě: není třeba kopat příkopy nebo stavět kabelové kanály, není třeba pokládat kabely. Moderní svět se svými mnohagigabajtovými streamy se však neobejde bez pevné infrastruktury, takže ani pevné sítě nestojí na místě. Hlavním směrem vývoje je zde vytváření plnohodnotných optických sítí vyznačujících se obrovskou propustností. Ve vyspělých zemích jsou páteřní sítě zajišťující dálkovou a mezinárodní komunikaci již zcela optické. Sítě spojující domy a průmyslové budovy s páteřní sítí – tzv. přístupové sítě – dnes stále využívají měděné kabely a technologie DSL. Nepochybně je ale nahradí optické linky, implementující koncept FTTH (fibre-to-the-home). No a poslední krok – optické komunikační linky uvnitř budov – na sebe také nenechá dlouho čekat.

Mezi odborníky panuje všeobecná shoda, že ve vyspělém světě budou optické sítě tvořit všudypřítomnou pevnou infrastrukturu. Tyto sítě doplní rádiové sítě, jejichž role bude trojjediná.

Za prvé: zajistit pohodlné připojení koncových zařízení k infrastruktuře. Podobně jako termín „poslední míle“ široce používaný v dnešní telekomunikační literatuře, zítřejší rádiové přístupové sítě budou sítěmi „posledního metru“ – vzdáleností od místních transceiverů k optickým sítím.

Za druhé: komunikace pro pohybující se objekty. Tato role, stejně jako první, je klasickou mobilní rolí.

Třetí role je relativně nová. Skládá se z připojení zařízení bez použití infrastruktury. Dává to smysl? Ano, má. Například pro všechna místa a situace, kde infrastruktura prostě neexistuje (například v rozvojových zemích) nebo je nepřístupná či poškozená (například kvůli nehodě). Pokud navíc uvěříme teorii o všudypřítomnosti počítačů, tak jednou budeme potřebovat propojit mnoho levných zařízení do jedné sítě, což pravděpodobně vyřeší některé lokální problémy v kanceláři nebo doma. Je pravděpodobné, že vybavit taková zařízení rozhraními UMTS nebo WLAN bude příliš drahé. Zde potřebujeme možnost připojit zařízení bez jejich připojení k síťové infrastruktuře. Právě pro takové účely byla svého času vynalezena technologie Bluetooth, která se stala prvním krokem v tomto směru.

Nový životní styl

Je nepravděpodobné, že by někdo byl schopen spočítat, jak velká je dnes World Wide Web. Yahoo! odhaduje jeho velikost na 40 miliard stran. Stokrát více - objem uzavřených dat uložených různými organizacemi.

Často používáme internet, aniž bychom o tom věděli. psaní telefonní číslo, nemyslíme si, že část cesty našeho hovoru povede přes internetovou sekci VoIP. Když posíláme e-mail kolegovi ve vedlejší kanceláři, je nám jedno, přes jaké servery to jde. Když klikneme na tlačítko Hledat na Google nebo Yahoo!, chceme jednoduše získat informace. Internet spolu s iluzí „univerzálnosti“ znalostí nám přinesl nový životní styl. A spolu s novým životním stylem – nový trh se službami.

Jak velký je trh digitálního životního stylu?

Na jedné úrovni se jedná o obrovský segment, který kombinuje digitální odvětví, jako jsou komunikace, televizní a rozhlasové vysílání a počítačový průmysl. Ale na druhou stranu je to trh pro jednu osobu, která si stejně cení jak placené, tak i bezplatné služby. Zde je třeba připomenout, že klíčovou společenskou silou trhu nových komunikačních služeb je tendence společnosti k individualizaci, touha klienta vybírat si produkty a služby, řízená pouze svými potřebami. Dodavatelé a operátoři proto budou muset spotřebitelům nabídnout možnost přímo a osobně si vybrat a upravit služby, které obdrží. multimediální komunikace, e-commerce, telemedicína, dálkové studium, všudypřítomnost počítačů – v domácnostech, kancelářích, autech; rádiové sítě v kavárnách a fitness klubech, obchodech a hotelech, letištích a univerzitách – to vše dohromady povede k výraznému nárůstu celosvětového provozu přenášeného přes internet.

Je tedy zcela zřejmé, že se před našima očima musí tři složky nových služeb – komunikace, televizní a rozhlasové vysílání a počítačový průmysl – sjednotit a vytvořit nový trh, který ještě nemá správné jméno, ale objeví se a pravděpodobně velmi brzy.

Nové protiklady

IBM Global Business Services zveřejnilo novou zprávu Navigating the Media Disruption: Innovation and Delivering New Business Models, která popisuje konflikt, kterému čelí tradiční vlastníci obsahu a distributoři. Tak tomu Zpráva říká „mediální mezera“, která je charakterizována napětím ve vztahu mezi tradičními účastníky mediálního trhu a „nováčky“ z oblasti digitálních technologií. Odborníci IBM předpovídají, že v příštích čtyřech letech porostou celkové výnosy z nových typů distribuce mediálního obsahu o 23 % ročně – přibližně pětkrát více než tempo růstu na trhu tradičních médií a zábavy. Kromě toho podle odborných odhadů s přechodem na digitální technologie pro tvorbu, ukládání a distribuci obsahu hudební průmysl ztratí přibližně 90–160 miliard dolarů a televizní a filmový průmysl utrpí ještě větší ztráty, pokud to bude přijatelné. řešení současné konfliktní situace nebylo nalezeno.

Pokud se podíváte pozorně, snadno uvidíte jasné rozdělení mezi starým a novým prostředím distribuce obsahu. Tradičnímu prostředí nadále dominuje obsah, který je vytvářen specialisty a distribuován prostřednictvím proprietárních platforem. Je chráněn hologramy s razítkem „Všechna práva vyhrazena“, průběh jeho šíření sledují vysoce placení právníci, případy nezákonného (přečteného - neplaceného) použití takového obsahu jsou projednávány u soudů různých instancí. V novém prostředí je obsah často vytvářen uživateli a zpřístupňován prostřednictvím otevřených zdrojů. Tyto polární trendy jasně definují konflikt mezi stávajícími a novými účastníky trhu.

Další konflikt vzniká mezi stávajícími účastníky trhu – tradičními vlastníky zdrojů (filmové společnosti, herní vývojáři a nahrávací studia) a jejich distributory (televizní společnosti, maloobchodníci, filmoví distributoři, poskytovatelé kabelových a satelitních služeb). Stávající rozdělení mediálního prostředí staví partnery proti sobě v boji o růst příjmů.

Dnešní konfrontace mezi tradičními a novými poskytovateli multimediálních zdrojů dosáhla svého nejvyššího bodu. Problém, který byl původně čistě technický a spočíval pouze v nahrazení analogové komunikace digitální, přerostl v ekonomický, právní a dokonce i politický. Je tedy čas změnit obchodní modely, inovovat a přehodnotit partnerství.

Nové společnosti a nové vztahy

Tradičně se trhy měří z hlediska nabídky a poptávky, na základě čehož výrobci a poskytovatelé služeb rozhodují o tom, za jaké „hodnoty“ budou spotřebitelé platit, a snaží se tyto hodnoty vytvořit. Zdá se však, že v rozvíjejícím se digitálním světě spotřebitelé vytvářejí tyto hodnoty sami. Klasickým příkladem takové „samoobsluhy“ jsou masivní online hry a veřejné stránky.

Dokonce i tradiční firmy, jako jsou telekomunikační operátoři, se začínají ubírat směrem k „personalizaci“. V 19. století telegrafní zprávy tiskli a dekódovali zaměstnanci telegrafních společností, do 20. století si uživatelé mohli zprávy odesílat a přijímat sami, ale síťové vybavení patřilo telefonní společnost. V 19. století se k přenosu zpráv stále více používalo zařízení ve vlastnictví uživatele.

Podobné trendy lze pozorovat v oblasti počítačů (například používání svobodného softwaru a softwaru s open source) a v oblasti vysílání (kde obyčejní lidé se stále častěji podílejí na tvorbě obsahu tím, že vystupují v televizních reality show nebo volají do studia živého televizního nebo rozhlasového programu).

Pohyb směrem k personalizaci a zvyšování hodnoty vytvářené samotnými uživateli mění tvář trhu. Hlavní ukazatele tohoto jsou následující.

Co je to služba a kdo je jejím spotřebitelem?

Co lze dnes považovat za základní službu informačních a komunikačních technologií? Před dvaceti lety byl definován jako „telefon v každé domácnosti“. Dnes základní servis- nejen dostupnost potřebných služeb nebo vybavení, ale také kvalitu, kterou poskytují. V boji za kvalitu a propustnost a nakonec - oštěpy jsou lámány pro klienta, společnosti se spojují a krachují, regulační základy se hroutí, koncepty se píší a prognózy se nenaplňují.

Na konci roku 2006 zveřejnila Mezinárodní telekomunikační unie svou sedmou výroční zprávu skupiny analytiků o trendech ve vývoji internetu. Nese název „Digital.life“ a říká, že v nadcházejících desetiletích můžeme očekávat úsvit nové éry digitalizace, během níž dnešní „internet dat a lidí“ ustoupí zítřejšímu „internetu věcí“.

Analytici ITU ve své zprávě připomínají čtenáři, jak nás na samém počátku éry internetu udivovala možnost kontaktu – bez telefonních operátorů a meziměstských hovorů – s lidmi nacházejícími se v zámoří, v jiných časových pásmech a dokonce v jiných hemisférách. Jak neobvyklé bylo přistupovat k informacím před obrazovkou domácího počítače a ne v Leninově knihovně!

Dalším logickým krokem v této technologické revoluci bude podle odborníků síťování neživých objektů. Budou komunikovat v reálném čase a tím radikálně proměnit internet. Podle zprávy je v současné době na světě asi 875 milionů uživatelů globální sítě. A toto číslo se může jednoduše zdvojnásobit, pokud lidé zůstanou primárními uživateli budoucnosti. Odborníci ale očekávají, že v příštích desetiletích bude počet terminálů připojených k síti činit desítky miliard. To je základ internetu věcí. „Internet věcí umožní nové využití věcí, o kterých jsme si nikdy předtím nedokázali představit,“ předpovídají autoři zprávy.

Ale i když existuje mnoho důvodů k obavám, jedna věc je jasná: věda a technologie pokračují vpřed. Internet přestává být něčím nezávislým, pokrývá celý náš život. Mnohomiliardové investice do technologií zpracování a přenosu dat vedou ke vzniku stále více nových služeb a příležitostí pro spotřebitele, což znamená stále více nových trhů a nových příjmů. Tento proces je nepředvídatelný, stejně jako je nepředvídatelný průběh vynálezcových myšlenek.

Sotva stojí za to se snažit porozumět cestám pokroku, než budete pokračovat vpřed. Vzhledem k závratné rychlosti, s jakou se technologie objevují a mění, může být umělé zastavení „realizace“ docela drahé. A v tomto jsem připraven polemizovat s autory zprávy ITU, o které jsem se již zmínil a kteří vyzývají ke sklízení výhod globálního internetu věcí „až po úplném pochopení tohoto pokroku, výhod a potíží s ním spojených“.

Náš svět se postupně stává digitálním. Nyní jsme v samotném epicentru digitální revoluce, která vznikla na počátku 80. let a postupně vytlačuje analogové služby a zařízení z našich životů a podniků a nahrazuje je digitálními.