Методы, классификации и способы кодирования

Кодирование звуковой информации

Приёмы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно. К тому же, в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей не было столь же длительной и проверенной истории кодирования. В итоге методы кодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но среди них можно выделить два основных направления.

1. Метод FM (Frequency Modulation) основан та том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а, следовательно, может быть описан числовыми параметрами, т.е. кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, т.е. являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальный устройства – аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом характерным для электронной музыки. В то же время данный метод копирования обеспечивает весьма компактный код, поэтому он нашёл применение ещё в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны. [13]
2. Метод таблично волнового (Wave-Table) синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. В заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментах. В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звучания. Поскольку в качестве образцов исполняются реальные звуки, то его качество получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.[13]

Двоичное  кодирование звука

Развитие способов кодирования  звуковой информации, а также движущихся изображений – анимации и видеозаписей – происходило с запаздыванием  относительно рассмотренных выше разновидностей информации. Заметим, что под анимацией понимается похожее на мультипликацию “оживление” изображений, но выполняемое с помощь средств компьютерной графики. Анимация представляет собой последовательность незначительно отличающихся друг от друга, полученных с помощью компьютера картинок, которые фиксируют близкие по времени состояния движения какого-либо объекта или группы объектов. Приемлемые способы хранения и воспроизведения с помощью компьютера звуковых и видеозаписей появились только в девяностых годах двадцатого века. Эти способы работы со звуком и видео получили название мультимедийных технологий. Звук представляет собой достаточно сложное непрерывное колебание воздуха. Оказывается, что такие непрерывные сигналы можно с достаточной точностью представлять в виде суммы некоторого числа простейших синусоидальных колебаний. Причем каждое слагаемое, то есть каждая синусоида, может быть точно задана некоторым набором числовых параметров – амплитуды, фазы и частоты, которые можно рассматривать как код звука в некоторый момент времени. Такой подход к записи звука называется преобразованием в цифровую форму, оцифровыванием или дискретизацией, так как непрерывный звуковой сигнал заменяется дискретным (то есть состоящим из раздельных элементов) набором значений сигнала в некоторые моменты времени. Количество отсчетов сигнала в единицу времени называется частотой дискретизации. В настоящее время при записи звука в мультимедийных технологиях применяются частоты 8, 11, 22 и 44 кГц. Так, частота дискретизации 44 килогерца означает, что одна секунда непрерывного звучания заменяется набором из сорока четырех тысяч отдельных отсчетов сигнала. Чем выше частота дискретизации, тем лучше качество оцифрованного звука.

Как отмечалось выше, каждый отдельный отсчет можно описать  некоторой совокупностью чисел, которые затем можно представить в виде некоторого двоичного кода. Качество преобразования звука в цифровую форму определяется не только частотой дискретизации, но и количеством битов памяти, отводимых на запись кода одного отсчета. Этот параметр принято называть разрядностью преобразования. В настоящее время обычно используется разрядность 8,16 и 24 бит. На описанных выше принципах основывается формат WAV (от WAVeform-audio – волновая форма аудио) кодирования звука. Получить запись звука в этом формате можно от подключаемых к компьютеру микрофона, проигрывателя, магнитофона, телевизора и других стандартно используемых устройств работы со звуком. Однако формат WAV требует очень много памяти. Так, при записи стереофонического звука с частотой дискретизации 44 килогерца и разрядностью 16 бит – параметрами, дающими хорошее качество звучания, – на одну минуту записи требуется около десяти миллионов байтов памяти.

Кроме волнового формата WAV, для записи звука широко применяется  формат с названием MIDI (Musical Instruments Digital Interface – цифровой интерфейс музыкальных инструментов). Фактически этот формат представляет собой набор инструкций, команд так называемого музыкального синтезатора – устройства, которое имитирует звучание реальных музыкальных инструментов. Команды синтезатора фактически являются указаниями на высоту ноты, длительность ее звучания, тип имитируемого музыкального инструмента и т. д.

Таким образом, последовательность команд синтезатора представляет собой нечто вроде нотной записи музыкальной мелодии. Получить запись звука в формате MIDI можно только от специальных электромузыкальных инструментов, которые поддерживают интерфейс MIDI. Формат MIDI обеспечивает высокое качество звука и требует значительно меньше памяти, чем формат WAV.

Кодирование видеоинформации  еще более сложная проблема, чем  кодирование звуковой информации, так  как нужно позаботиться не только о дискретизации непрерывных  движений, но и о синхронизации  изображения со звуковым сопровождением. В настоящее время для этого используется формат, которой называется AVI(Audio-Video Interleaved – чередующееся аудио и видео). Основные мультимедийные форматы AVI и WAV очень требовательны к памяти. Поэтому на практике применяются различные способы компрессии, то есть сжатия звуковых и видео- кодов. В настоящее время стандартными стали способы сжатия, предложенные MPEG (Moving Pictures Experts Group – группа экспертов по движущимся изображениям). В частности, стандарт MPEG описывает несколько популярных в настоящее время форматов записи звука. Так, например, при записи в формате МР3 при практически том же качестве звука требуется в десять раз меньше памяти, чем при использовании формата WAV. Существуют специальные программы, которые преобразуют записи звука из формата WAV в формат МР3. Совсем недавно был разработан стандарт MPEG-4, применение которого позволяет записать полнометражный цветной фильм со звуковым сопровождением на компакт-диск обычных размеров и качества.[14]

Заключение

На основе изученного материала можно сделать следующие выводы, что кодирование – это процесс присвоения условных обозначений объектам классификации (материалам, изделиям, видам операций, счетам и т.д.) и классификационным группировкам [11]. Цель кодирования: представление информации в более компактной и удобной для использования в информационных системах; подготовка информации к обработке в системе и передаче ее по каналам связи; упрощение логической обработки информации с использованием специальных методов; установление единообразия представления всех признаков.

Уникальное условное обозначение, присвоенное конкретному  объекту (например, счету), называется кодом. Код может состоять из одного знака или системы знаков, образованной по определенным правилам. В качестве знаков могут выступать цифры, буквы  или буквенно-цифровые символы. Однако чаще используются только цифры.

Код характеризуется  длиной (числом позиций в коде), структурой (порядком расположения символов в  коде) и емкостью (максимально допустимым числом элементов кода). Совокупность правил, по которым строится кодовое обозначение объекта, называется системой кодирования.

При кодировании элементов  экономических объектов используются порядковая, серийная, позиционная (поразрядная), повторения и комбинированная системы  кодирования, которые сгруппированы в два класса - классификационные и регистрационные.

Список литературы:

1. Ведеев Д. Защита данных в компьютерных сетях. Открытые системы.- М.: Дрофа 1995, №3.-180с
2. Дмитриев В.И. Прикладная теория информации. М.: Высшая школа, 1989 г.
3. Кловский Д.Д. Теория передачи сигналов. -М.: Связь, 1984 г.
4. Колесник В.Д., Полтырев Г.Ш. Курс теории информации. М.: Наука, 2006 г.
5. Кудряшов Б.Д. Теория информации. Учебник для вузов Изд-во ПИТЕР, 2008. - 320с
6. Левин В.К. Защита информации в информационно-вычислительных системах и сетях // Программирование.- СПБ.: Питер 1994. - N5.-160с
7. Савельев А. Я. Основы информатики: Учебник для вузов. – М.: Оникс 2001.-370с
8. Семенюк В.В. Экономное кодирование дискретной информации. - СПб.: СПбГИТМО (ТУ), 2001 г.
9. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс.- М.: Дрофа 2000 .– 235с

Источники:

10. URL http://computer-lectures.ru/osnovnye-ponyatiya-informatiki/1-6-kodirovanie-informacii-razlichnyx-vidov/
11. URL http://sdo.uspi.ru/mathem&inform/lek8/lek_8.htm
12. URL http://fakit.narod.ru/uch2003/p4_2_2.html
13. URL http://rudocs.exdat.com/docs/index-58526.html?page=3#2697325
14. URLhttp://sdo.uspi.ru/mathem&inform/lek8/lek_8.htm#кодирование_графики
15. URLhttp://www.okpd.org/eskk.htm /ЕСКК ТЭСИ
16. URLhttp://www.rg.ru/2006/07/29/informacia-dok.html /Федеральный закон Российской Федерации от 27 июля 2006 г. N 149-ФЗ