Представление числовой и звуковой информации в компьютере
Понятие информации
определения
Термин информация происходит от латинского слова informatio, что означает «сведения, разъяснения, изложение».
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.
Информация есть характеристика не сообщения, а соотношения между сообщением и его потребителем. Без наличия потребителя, хотя бы потенциального, говорить об информации бессмысленно.
В случаях, когда говорят об автоматизированной работе с информацией посредством каких-либо технических устройств, обычно в первую очередь интересуются не содержанием сообщения, а тем, сколько символов это сообщение содержит.
Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т. п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объем сообщения.
основные типы
Типы информации:
* Фактографическая (фиксация изменений объектов реального мира);
* Комментарийная (характеристика фактов);
* Аналитическая (сопоставление нескольких фактов с восстановлением причинно-следственных связей и возможным прогнозом последствий);
|
|
|
* Справочная (статичное описание объектов реального мира в их исходной форме, а также наборы характеристик, позволяющих идентифицировать данный объект);
* Иллюстративная информация (видео- и графической информации, например фотоархивы ТАСС);
* Методическая информация (описание путей
Типы информации, исходящей от коммуникатора 2 типа:
* Побудительная информация, которая выражается в приказе, совете, просьбе. Она рассчитана на то, чтобы стимулировать какое-то действие.
* Констатирующая информация, которая выступает в форме сообщения, она имеет место в различных образовательных системах и не предполагает непосредственного изменения поведения.
Типы информации о точном количестве:
* Логическая
* Числовая
* Текстовая
* Звуковая
* Графическая
* Видео
семантическая информация
Информация семантическая, то есть смысловая. Это та самая информация, которая содержится, к примеру, в литературном произведении. Для такой информации предлагаются различные количественные оценки и даже строятся математические теории. Но общее мнение скорее сводится к тому,что оценки здесь весьма условны и приблизительны и алгеброй гармонию все-таки не проверишь.
|
|
|
материальный носитель информации
Материальная составляющая документа - это его вещественная (физическая) сущность, форма документа, обеспечивающая его способность хранить и передавать информацию в пространстве и времени.
Материальную составляющую документа определяет носитель информации (материальный носитель) - материальный объект, специально созданный человеком и предназначенный для записи, хранения и передачи информации. Существование документа вне материального носителя невозможно.
Функция материальных объектов обусловила их особую, специфическую материальную конструкцию (форму), представленную преимущественно в виде книг, журналов, буклетов, микрофиш, магнитных дискет, оптических дисков и т.п. Были также исторические формы документов в виде глиняных табличек, папирусных и пергаментных свитков и т.д. Такая конструкция дает возможность документам быть удобными для перемещения, хранения и использования их (чтение, просмотр, слушание) в социальных документных коммуникациях. Однако специальная форма объекта также не может служить единственным критерием для того, чтобы считать его документом (чистый листок бумаги, дискета или фотопленка), такая идентификация возможна лишь при наличии зафиксированного на нем сообщения, текста.
|
|
|
свойства информации
На свойства информации влияют как свойства данных, так и свойства методов её обработки.
1. Объективность информации. Понятие объективности информации относительно. Более объективной является та информация, в которую методы обработки вносят меньше субъективности. Например, в результате наблюдения фотоснимка природного объекта образуется более объективная информация, чем при наблюдении рисунка того же объекта. В ходе информационного процесса объективность информации всегда понижается.
2. Полнота информации. Полнота информации характеризует достаточность данных для принятия решения. Чем полнее данные, тем шире диапазон используемых методов их обработки и тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешности в информационный процесс.
3. Адекватность информации. Это степень её соответствия реальному состоянию дел. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Однако полные и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов.
|
|
|
4. Доступность информации. Это мера возможности получить информацию. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов их обработки приводят к тому, что информация оказывается недоступной.
5. Актуальность информации. Это степень соответствия информации текущему моменту времени. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска или разработки адекватного метода обработки данных может приводить к такой задержке в получении информации, что она становится ненужной.
формализация и кодирование информации
Формализация - это процесс выделения и перевода внутренней структуры предмета, явления или процесса в определённую информационную структуру - форму.
Моделирование любой системы невозможно без предварительной формализации
Формализация - процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков.
Одним из наиболее распространенных формальных языков является алгебраический язык формул в математике, который позволяет описывать функциональные зависимости между величинами. Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями.
Моделирование любой системы невозможно без предварительной формализации. По сути, формализация – это первый и очень важный этап процесса моделирования.
Кодирование информации
Любая информация, с которой работает современная вычислительная техника, преобразуется в числа в двоичной системе счисления.
Физические устройства (регистры, ячейки памяти) могут находиться в двух состояниях, которым соотносят 0 или 1. Используя ряд подобных физических устройств, можно хранить в памяти компьютера почти любое число в двоичной системе счисления. Сколько физических ячеек используемых для записи числа, столько и разрядное число можно записать. Если ячеек 8, то и число может состоять из 8 цифр.
Кодирование в компьютере целых чисел, дробных и отрицательных, а также символов (букв и др.) имеет свои особенности для каждого вида. Например, для хранения целых чисел выделяется меньше памяти (меньше ячеек), чем для хранения дробных независимо от их значения.
Любая информация (числовая, текстовая, графическая, звуковая и др.) в памяти компьютера представляется в виде чисел в двоичной системе счисления (почти всегда).
В общем смысле кодирование информации можно определить как перевод информации, представленной сообщением в первичном алфавите, в последовательность кодов.
Надо понимать, что любые данные - это так или иначе закодированная информация. Информация может быть представлена в разных формах: в виде чисел, текста, рисунка и др. Перевод из одной формы в другую - это кодирование.
понятие кода
Код - набор условных обозначений для представления информации. Кодирование - процесс представления информации в виде кода.
единицы измерения информации
При объемном подходе к измерению информации, характерном для компьютерной обработки данных, ин-формативность сообщения определяется количеством символов, его составляющих.
1 бит -- минимальная единица измерения информа-ции, при вероятностном подходе к измерению информа-ции, принятом в теории информации, это количество ин-формации, уменьшающее неопределенность знаний в 2 раза.
Бит - двоичный знак двоичного алфавита {0, 1}.
Бит — базовая единица измерения количества информации.
Бит - Байт - Килобайт (Кб) - Мегабайт (Мб) - Гигабайт (Гб) - Терабайт (Тб) - Петабайт (ПБ)-Эксабайт (Эб) - Зеттабайт (Зб) - Йоттабайт (Йб).
Связь между единицами измерения информации: ** 1 байт = 8 бит,
1 Байт = 8 Бит
1 Кб = 210 Байт=1024 Байт
1 Мб = 210 Кб=1024 Кб = 220 Байт
1 Гб = 210 Мб=1024 Мб = 230 Байт
1 Тб = 210 Гб=1024 Гб = 240 Байт
1 Пб = 210 Тб=1024 Тб = 250 Байт
1 Эб = 210 Пб=1024 Пб = 260 Байт
1 Зб = 210 Эб=1024 Эб = 270 Байт
1 Йб = 210Зб=1024 Зб = 280 Байт
информационный объем и количество информации
Расчёт информационного объёма растрового графического изображения (количества информации, содержащейся в графическом изображении) основан на подсчёте количества пикселей в этом изображении и на определении глубины цвета (информационного веса одного пикселя).
Итак, для расчёта информационного объёма растрового графического изображения используется формула V=K*i, где V – это информационный объём растрового графического изображения, измеряющийся в байтах, килобайтах, мегабайтах; K – количество пикселей (точек) в изображении, определяющееся разрешающей способностью носителя информации (экрана монитора, сканера, принтера); i – глубина цвета, которая измеряется в битах на один пиксель.
Глубина цвета задаётся количеством битов, используемым для кодирования цвета точки.
Глубина цвета связана с количеством отображаемых цветов формулой
N=2i, где N – это количество цветов в палитре, i – глубина цвета в битах на один пиксель.
Разнообразие необходимо при передаче информации. Нельзя нарисовать белым по белому, одного состояния недостаточно. Если ячейка памяти способна находиться только в одном (исходном) состоянии и не способна изменять свое состояние под внешним воздействием, это значит, что она не способна воспринимать и запоминать информацию. Информационная емкость такой ячейки равна 0.
Минимальное разнообразие обеспечивается наличием двух состояний. Если ячейка памяти способна, в зависимости от внешнего воздействия, принимать одно из двух состояний, которые условно обозначаются обычно как «0» и «1», она обладает минимальной информационной ёмкостью.
Информационная ёмкость одной ячейки памяти, способной находиться в двух различных состояниях, принята за единицу измерения количества информации - 1 бит.
1 бит (bit - сокращение от англ. binary digit - двоичное число) - единица измерения информационной емкости и количества информации, а также и еще одной величины - информационной энтропии, с которой мы познакомимся позже. Бит, одна из самых безусловных единиц измерения. Если единицу измерения длины можно было положить произвольной: локоть, фут, метр, то единица измерения информации не могла быть по сути никакой другой.
На физическом уровне бит является ячейкой памяти, которая в каждый момент времени находится в одном из двух состояний: «0» или «1».
Если каждая точка некоторого изображения может быть только либо черной, либо белой, такое изображение называют битовым, потому что каждая точка представляет собой ячейку памяти емкостью 1 бит. Лампочка, которая может либо «гореть», либо «не гореть» также символизирует бит. Классический пример, иллюстрирующий 1 бит информации - количество информации, получаемое в результате подбрасывания монеты - “орел” или “решка”.
Количество информации равное 1 биту можно получить в ответе на вопрос типа «да»/ «нет». Если изначально вариантов ответов было больше двух, количество получаемой в конкретном ответе информации будет больше, чем 1 бит, если вариантов ответов меньше двух, т.е. один, то это не вопрос, а утверждение, следовательно, получения информации не требуется, раз неопределенности нет.
Информационная ёмкость ячейки памяти, способной воспринимать информацию, не может быть меньше 1 бита, но количество получаемой информации может быть и меньше, чем 1 бит. Это происходит тогда, когда варианты ответов «да» и «нет» не равновероятны. Неравновероятность в свою очередь является следствием того, что некоторая предварительная (априорная) информация по этому вопросу уже имеется, полученная, допустим, на основании предыдущего жизненного опыта. Таким образом, во всех рассуждениях предыдущего абзаца следует учитывать одну очень важную оговорку: они справедливы только для равновероятного случая.
Количество информации мы будем обозначать символом I, вероятность обозначается символом P. Напомним, что суммарная вероятность полной группы событий равна 1.
формы представления
Компьютер, помогающий человеку хранить и обрабатывать информацию, приспособлен в первую очередь для обработки текстовой, числовой, графической информации.
*Текстовая информация, например текст в учебнике, сочинение в тетради, реплика актера в спектакле, прогноз погоды, переданный по радио. Заметим, что в устном общении (личная беседа, разговор по телефону, радиопостановка спектакля) информация может быть представлена только в словесной, текстовой форме.
*Числовая информация, например таблица умножения, арифметический пример, в хоккейном матче счет, время прибытия поезда и др. В чистом виде числовая информация встречается редко, разве что на контрольных по математике. Чаще всего используется комбинированная форма представления информации.
Рассмотрим пример. Вы получили телеграмму: «Встречайте двенадцатого. Поезд прибывает в восемь вечера». В данном тексте слова «двенадцатого» и «восемь» мы понимаем как числа, хотя они и выражены словами.
* Графическая информация: рисунки, схемы, чертежи, фотографии. Такая форма представления информации наиболее доступна, так как сразу передает необходимый образ (модель), а словесная и числовая требуют мысленного воссоздания образа. В то же время графическая форма представления не даёт исчерпывающих разъяснений о передаваемой информации. Поэтому наиболее эффективно сочетание текста, числа и графики.
Например, при решении задач по геометрии мы используем чертеж (графика + пояснительный текст (текст) + числовые расчеты (числа).
* Музыкальная (звуковая) информация.
В настоящее время мультимедийная (многосредовая, комбинированная) форма представления информации в вычислительной техники становится основной. Цветная графика сочетается в этих системах со звуком и текстом, с движущимися видеоизображением и трехмерными образами.
Информациология
информациология: учение, наука об информации.
Информациология - это генерализационная наука о всех информационных явлениях, микро- и макродинамических процессах беспредельной Вселенной.
Объектом информациологии является объективная реальность безначально-бесконечной информационной Вселенной, существующая независимо от нашего сознания внутри нас, вне нас, между нами и вокруг нас, везде и всюду и выступающая как объект существования и познания.
Предметом информациологии являются исследования информационных микро- и макродинамических процессов, происходящих во Вселенной во взаимосвязи и во взаимодействии с овеществленными и неовеществленными атрибутами материализации и дематериализации, источниками аннигиляции и авторегенерации, а также процессы рецепции, передачи, хранения, обработки, визуализации и познания информации.
информациология - наука фундаментального исследования всех процессов и явлений микро- и макромиров Вселенной, обобщения практического и теоретического материала физико-химических, астрофизических, ядерных, биологических, экономических, социологических, космических и других исследований с единой информационной точки зрения.
Представление числовой и звуковой информации в компьютере
системы счисления
Система счисления — символический метод записи чисел, представление чисел с помощью письменных знаков. (англ. numeration)
цифры и числа
Для начала проведём границу между числом и цифрой.
Число — это некоторая абстрактная сущность для описания количества (определение из Википедии).
Цифры — это знаки, используемые для записи чисел.
Цифры бывают разные: самыми распространёнными являются арабские цифры, представляемые известными нам знаками от нуля (0) до девяти (9); менее распространены римские цифры, мы их можем иногда встретить на циферблате часов или в обозначении века (XIX век).
число — это абстрактная мера количества;
цифра — это знак для записи числа.
Поскольку чисел гораздо больше чем цифр, то для записи числа обычно используется набор (комбинация) цифр.
Только для небольшого количества чисел - для самых малых по величине - бывает достаточно одной цифры.
работа с системами счисления в стандартном калькуляторе Windows
Windows – Калькулятор
Запуск: Пуск – Программы – Стандартные – Калькулятор
Команда: Вид – Инженерный.
С помощью этой программы можно переводить числа, записанные в двоичной, восьмеричной, десятичной и шестнадцатеричной системах координат. Имеют обозначения:
Hex (Hexadecimal) - шестнадцатеричная
Dec (Decimal) - десятичная
Oct (Octal) - восьмеричная
Bin (Binary) – двоичная.
Алгоритм перевода чисел:
Например, перевести число 19F16=X10.
1.Установить переключатель в положение Hex (щелкнув по нему левой кнопкой мыши).
2.Набрать число с помощью мышки или клавиатуры (латинские буквы).
3.Установить переключатель в положение Dec – получим ответ.
4. Проверить правильность в тетради и поставить +.
В восьмеричной системе счисления восемь цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Перевод из этой системы в двоичную достаточно прост. Достаточно составить таблицу триад (по три цифры).
При переводе восьмеричного числа в двоичное заменяют каждую восьмеричную цифру на соответствующую триаду из таблицы (см примеры в карточке).
Для обратной операции, то есть для перевода из двоичной в восьмеричную систему , двоичное число разбивают на триады (справа налево), потом заменяют каждую группу одной восьмеричной цифрой.
Аналогично производим перевод из шестнадцатеричной в двоичную системы и наоборот.
основные формы звукозаписи
Звукозапись, процесс записи звуковой информации с целью её сохранения и последующего воспроизведения; Звукозапись называют также записанную звуковую информацию. Звукозапись основана на изменении физического состояния или формы различных участков носителя записи - магнитной ленты, граммофонной пластинки, киноплёнки и др. Звукозапись представляет собой частный случай записи и воспроизведения информации и осуществляется двумя способами: акустическим и электроакустическим. В первом способе звуковые колебания непосредственно управляют работой прибора, воздействующего на носитель записи, во втором - сначала преобразуются микрофоном в электрические колебания, мощность которых повышается усилителем до необходимого значения, после чего электрические колебания поступают в прибор, воздействующий на носитель, т. е. непосредственно производящий запись. Электроакустический способ обеспечивает лучшее качество Звукозапись, большие эксплуатационные возможности аппаратуры и почти полностью вытеснил акустический способ. Для воспроизведения Звукозапись главным образом применяют электроакустический способ, при котором сначала от фонограммы получают электрические колебания, соответствующие записанным, а затем усиливают и преобразуют их громкоговорителем в звуковые колебания.
На практике различают три основные системы Звукозаписи: механическая, фотографическая и магнитная.
При механической записи звука игла или резец выдавливает или вырезает на поверхности движущегося носителя канавку, форма которой соответствует форме записываемых звуковых колебаний. В процессе воспроизведения электропроигрывателем граммофонная игла, двигаясь по извилинам канавки, повторяет эти колебания и передаёт их или мембране, излучающей звук через рупор, или электромеханическому преобразователю звукоснимателя, вырабатывающему электрические сигналы.
При фотографической Звукозапись в такт со звуковыми колебаниями изменяется (модулируется) сила или форма светового луча, падающего на движущуюся киноплёнку. В результате звук оказывается «сфотографированным». После химического проявления на плёнке образуется затемнённая дорожка записи, прозрачность или ширина которой изменяется по длине плёнки в соответствии с закономерностью записанного колебания. Для воспроизведения Звукозапись фотографическую фонограмму, которая двигается с той же скоростью, с какой двигалась плёнка при записи, просвечивают лучом света, проходящим сквозь дорожку записи и падающим на фотоэлемент, фотоэлемент преобразует колебания силы света в электрические колебания.
При магнитной записи в такт со звуковыми колебаниями намагничиваются отдельные участки носителя, движущегося через магнитное поле. Поле создаётся магнитной головкой, через обмотку которой проходят усиленные электрические токи микрофона . При воспроизведении происходит обратное преобразование: движущаяся магнитная фонограмма возбуждает в магнитной головке электрические сигналы. .
Звукозапись развивается по пути совершенствования трёх названных систем Звукозапись и постепенного перехода от монофонической звукозаписи к стереофонической звукозаписи, при воспроизведении которой слушатель получает информацию о пространственном расположении отдельных источников звука: звук как бы приобретает «объёмность», и восприятие его во многих отношениях становится более естественным.
В зависимости от метода сохранения, выделяют два основных вида записи звуков: аналоговый и цифровой.
Аналоговая звукозапись
Под аналоговой подразумевают запись звуков на физический носитель таким образом, чтобы устройство воспроизведения производило колебания и создавало звуковые волны аналогичные тем, что были получены при сохранении.
Цифровая звукозапись
Под цифровой записью понимают оцифровку и сохранение звука в виде набора бит (битовой последовательности), который описывает воспроизведение тем или иным устройством
достоинства цифровой звукозаписи
чистота записи, диапазон, многократно превосходящий возможности человеческого уха,цифровому» сигналу не страшны шумы и искажения
этапы оцифровки аудиосигнала
Оцифровка звука осуществляется при помощи аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) и выполняется в три этапа: дискретизация аналогового сигнала во времени; квантование полученных импульсов по амплитуде; двоичная запись квантованного импульса.
На первом этапе (дискретизация) сигнал делится на множество элементов, количество которых в секунду зависит от частоты дискретизации и измеряется в килогерцах (кГц). Например, частота дискретизации 48 кГц означает, что каждая секунда аналогового сигнала была разделена на 48 тысяч элементов. На ПК частоту дискретизации можно установить в диапазоне от 5 до 48 кГц, и чем выше этот показатель, тем выше будет качество оцифрованного звука.
На втором этапе оцифровки (квантование) каждому элементу присваивается определенное числовое значение, соответствующее его амплитуде. В современных компьютерах при вводе звука используется 16-разрядное квантование: в этом случае уровень каждого элемента может изменяться от 0до 16535. 16-разрядный звук достаточно высококачественный, так как содержит множество информации для воссоздания полноценной звуковой картины.
Разумеется, при оцифровке сигнала часть звуковой информации теряется, но при высокой частоте дискретизации и большой разрядности квантования эти потери незаметны на слух для большинства людей. Фактически любой качественный звуковой файл на современном ПК имеет частоту дискретизации 44,1 кГц и 16-разрядный формат амплитуды.
параметры цифрового аудиосигнала
Разрядность цифрового сигнала (bits resolution) — количество уровней квантования дискретного сигнала. В профессиональной аудио обработке применяется разрядность 16, 20 и 24 бит.
Частота дискретизации (sampling rate) — частота, с которой аналоговый сигнал дискретизируется в дискретный сигнал. В профессиональной аудио обработке применяются частоты дискретизации 44100Гц или 48000Гц. Также используются частоты в 2 или 4 раза выше — 88200/96000 или 176400/192000.
Формат представления — целые (прямой код) или вещественные (фиксированная или плавающая точка) числа.
Количество каналов — сигнал может быть моно, стерео и многоканальный (3..8 каналов). В некоторых случаях аудио обработка должна учитывать количество каналов.
Также цифровой сигнал характеризуется общими с аналоговым сигналом параметрами — мощность сигнала, частотный диапазон (frequency range), динамический диапазон (dynamic range).
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 422; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!