Какие бывают цифровые фотокамеры. Цифровая электроника для начинающих

Информационные технологии делятся на аналоговые и цифровые.

Аналоговые технологии основаны на способе представления информации в виде какой-либо непрерывной (аналоговой) физической величины, например, напряжения или силы электрического тока, величина которых (сигнал) является носителем информации. На этом принципе работает обычный магнитофон. Информация представлена в виде магнитного поля переменной величины, записанного на ферромагнитном слое носителя – магнитофонной ленты. А граммофонные пластинки, эпоха которых закончилась около 20 лет назад, в качестве носителя информации использовали узкую спиральную дорожку на поверхности пластинки. Глубина или ширина этой дорожки и были той физической величиной, которая хранила информацию о звуке. То есть в граммофонной пластинке использовался механический принцип звукозаписи.

Цифровые технологии основаны на дискретном (от лат. discretus – разделенный, прерывистый) способе представления информации в виде чисел (обычно с использованием двоичной системы счисления), значение которых является носителем информации. Для этого в них используются физические величины, способные принимать только два устойчивых состояния (включено – выключено, есть напряжение – нет напряжения, намагничено – не намагничено). Это обеспечивает предельную простоту цифрового сигнала: есть электрический импульс – единица, нет импульса – ноль. (Их принято называть логической единицей и логическим нулем.) При этом важна не величина импульса, а только его наличие или отсутствие.

Простота цифровых сигналов обеспечивает (по сравнению с аналоговыми сигналами) их несоизмеримо большую защищенность от помех. Дело в том, что логические нули и единицы не несут никакой вторичной информации. При физическом износе аналогового носителя – той же грампластинки – появляются шумы и помехи. Края прорези на пластинке изменяют свою форму от многократного воздействия иглы проигрывателя, а магнитофонная лента размагничивается или растягивается. Биты цифровой информации от подобных неприятностей избавлены, что бы ни произошло с носителем, бит имеет только два значения – ноль или единица. Помехам и шумам попросту неоткуда взяться.

При цифровом представлении информации точность зависит от числа разрядов в числах. Увеличивая число разрядов, можно обеспечить любую заранее заданную точность вычислений. Иными словами, складывать двадцатизначные числа на компьютере (или калькуляторе, который тоже компьютер), способном оперировать только восьмиразрядными числами, можно лишь округлив эти числа до восьми знаков. Ясно, что подобное округление сильно снижает точность вычислений. Современные персональные компьютеры оперируют с 32-разрядными двоичными числами (в этом главное преимущество цифровых вычислителей над аналоговыми – представьте себе старые дубовые счеты, на каждой поперечине которых не по 10, а по 32 костяшки), но в ближайшем будущем предстоит переход на 64-разрядную структуру.

Из-за неоспоримых преимуществ цифровых технологий все новые информационные технологии являются цифровыми. К ним относятся, например, архивация и сжатие информации, сканирование и распознавание текстов, цифровое радио и телевидение, цифровая фотография, цифровая видеосъемка, глобальная информационная сеть Интернет (Internet) и электронная почта (Е-mail), виртуальная реальность.

Могли ли цифровые технологии, имеющие столь очевидные преимущества, появиться раньше аналоговых? Разумеется, нет. Причина в том, что аналоговые технологии значительно проще цифровых, поэтому именно они могли быть осуществлены на уровне техники прежних времен.

Органы чувств человека (и прежде всего органы слуха) способны воспринимать только аналоговые сигналы. Поэтому для применения цифровых технологий нужны достаточно сложные устройства, массовое применение которых стало возможным лишь в последние десятилетия в результате стремительного развития микроэлектроники.

XXI век будет исключительно цифровым. Идет непрерывная конкурентная борьба между новейшими магнитными и оптическими методами записи, хранения и воспроизведения различных видов информации, а также их комбинированное использование. Эти методы обеспечивают гораздо более высокую плотность и долговечность записи информации по сравнению с бумагой, фото- и кинопленкой. Поэтому в ближайшем будущем мы с вами будем фотографировать цифровыми фотокамерами, смотреть цифровое видео, слушать цифровую музыку. И даже книги мы все чаще будем читать с экранов карманных и настольных компьютеров.

Фотографирование перестало быть уделом квалифицированных специалистов. А изобретение цифровой камеры и вовсе упростило задачу получения и хранения снимков – теперь результат можно получить мгновенно, и фотограф не ограничен в количестве кадров пленки. Но чтобы фотографии получались по-настоящему удачными, необходимо знать, какой из видов цифровых фотоаппаратов необходим потенциальному покупателю.

Этот самый простой вид «цифры» для фотоснимков подразумевает, что все настройки уже предустановлены производителем. Последние часто так и подают товар в рекламе: «Навел и снял». За простоту пользования такие аппараты получили общее название «мыльницы».

Настроек здесь минимум, однако, в некоторых моделях всё же предусмотрен выбор ручных манипуляций, например, режимов съемки (портрет, ландшафт, макрофокусировка и так далее), настроек баланса белого, ISO, регулирования мощности вспышки.

Фотоаппарат Nikon Coolpix S6500

Безусловные плюсы таких «цифровиков»:

• легкость;
• небольшие габариты;
• простота в использовании;
• доступная стоимость.

Однако очевидны и недостатки.

1. Удовлетворительное качество изображений. Хорошие получаются только при соответствующем освещении – уличном ярком солнечном свете, на обговоренном расстоянии от объекта.
2. Использование матрицы с низким размером (от 1/3” до 2/3”).
3. Такие фотоаппараты бывают хрупкими. Часто техника «облачена» в недорогой пластик, который может расколоться при ударе.

Улучшенные версии

Но даже среди «мыльниц» встречаются улучшенные версии. Различия таких приборов не только в увеличенном количестве настроек, но и в присутствии несъемного зум-объектива. Последний позволяет работать с 30, 40 и даже 60-кратным приближением — у обычного цифрового фотоаппарата такой показатель не превысит 20 крат. Камеры с суперзумом имеют в составе объектив, устроенный по принципу работы телескопической трубы. Устройство с ультразумом имеет улучшенную диафрагму — она расположена на дальнем конце этой самой «трубы». Это позволяет создавать снимки, приближенные к профессиональным, при любой погоде и разном освещении.

Хорошим дополнением станет поддержка Wi-Fi-связи, чтобы перекинуть результат сразу на ПК, ноутбук или любое мобильное устройство.

Canon PowerShot SX420 IS Red

Среди моделей улучшенных зумов отличные оценки получили камеры:

• Canon PowerShot SX60 HS — самый большой зум, приближающий в 65 раз;
• Panasonic Lumix DMC-FZ1000 с возможностью записи видео в формате 4К и матрицей в 20,1 Мп;
• Nikon Coolpix B500 с видеосъемкой в формате Full HD;
• Sony Cyber-shot DSC-HX400 с яркой дальней вспышкой и стереомикрофоном.

Информация о просьюмерах

Под просьюмерскими камерами понимаются такие «компактники», которые дают возможность получать практически профессиональные снимки. У них есть автоматические и ручные настройки для выдержки и диафрагмы, есть режим, включающий высокоскоростную съемку, мощная вспышка. Подразумевается, что можно использовать дополнительные насадки и световые фильтры. Многие из них – с поворотным экраном.

Фотоаппарат Samsung NX20

Это компактные фотоаппараты с большой матрицей и довольно качественной оптикой, а по цене они вполне сопоставимы с «зеркалками» начального уровня. Такую технику часто используют профессионалы, когда неудобно брать с собой «зеркальную» модель. Для новичков в фотоделе эти устройства могут показаться слишком сложными из-за большого количества опций и настроек.

Одноразовые «цифровики»

Одноразовые модели – обычно прерогатива пленочных фотоаппаратов, однако встречается такая техника и в цифровом воплощении. Сразу будет оговорка: эти камеры не позволят получить результат с хорошим качеством, однако пригодятся, если пользователь забыл взять с собой фотоаппарат или не хочет подвергать риску более дорогую технику.

Блестящим примером использования одноразового фотоаппарата могут служить так полюбившиеся многим съемки с летающих дронов. Особенно пригодится подобный одноразовый аппарат тем, кто только осваивает подобную «игрушку».

Такие предложения могут встречаться в оригинальном исполнении: с оригинальным дизайном и ярким цветом. Например, Fuji выпускает такой вариант модели Q1 в форме кулона – фотоаппараты могут быть разными по цвету, форме и размеру. Этот вариант выпускается как пленочном, так и цифровом виде. А вот Fuji mini – цифровая модель, у которой можно встретить самые разные виды корпусов.

Фотоаппарат Fujifilm Digital Q1

Системные камеры

Разновидности цифровых фотоаппаратов, попавших под звание системных, имеют модульную конструкцию. Системные фотоаппараты – это категория техники, на корпус которой устанавливаются сменные компоненты: вспышка, видоискатели, объективы и другие.

Чаще всего такие устройства встречаются в беззеркальном варианте и без объектива, который надо будет покупать отдельно.

Плюсом таких устройств могут стать:

• компактные размеры;
• небольшой вес;
• различные возможности настройки;
• электронный видоискатель;
• бесшумность в работе (затвор сработает тише из-за отсутствия зеркала);
• более качественные объективы, чем у бюджетных «зеркалок»;
• высокая скорость съемки — можно сделать до 12 снимков за 1 секунду работы;
• за камерой легко ухаживать;
• наличие большой ASP-C матрицы;
• больший срок работы (количество кадров, которые позволяет сделать конструкция до своего полного износа).

А теперь о недостатках . В их числе:

• низкая скорость включения и начала работы;
• возможная задержка при фокусировке;
• худшее, чем у «зеркальных» вариантов качество изображения;
• малый выбор вспышек и объективов для таких моделей, что связано с недавним появлением на рынке;
• нет оптического видоискателя, от чего страдает настройка фокуса и корректность цветопередачи;
• большая контрастность фокуса (невозможна «спортивная съемка»);
• малые возможности управления из-за компактности;
• плохая выдержка аккумулятора;
• высокая цена.

Фотоаппарат Samsung NX1100

Вместе с тем, подобная техника отлично подойдет тем пользователям, кому уже недостаточно возможностей обычных «мыльниц». Таким людям можно предложить взять в руки одну из следующих моделей.

1. Samsung NX1100 — любительская модель.
2. Модели от Nikon серии 1J больше подойдут для начинающих фотолюбителей.
3. Fuji X-T10 (бюджетный вариант) и Fujifilm X-M1 (премиум-образец в стиле ретро с возможностью беспроводной передачи данных) с хорошей матрицей от 16 Мп относятся к полупрофессиональным аппаратам.
4. Sony NEX-5T имеет сенсор с датчиком фокусировки. А вот серия A7 II уже профессиональный вариант, это одни из лучших системных фотоаппаратов 2017 года с расширенным функционалом.
5. Olympus OMDE-M10 II – признанная модель по функциональности и качеству.
6. Panasonic LumixG , имеющий удобный интерфейс, хорошее качество изображений, OLED-видоискатель.

Среди специалистов ведутся споры по поводу этого вида цифровой фотокамеры. Качество съемки выше, чем у «компактов», но маленькая емкость аккумулятора совсем не подходит для съемки в глухих местах. А стоимость пока превосходит некоторые «зеркальные» модели.

Зеркальные фотоаппараты

Этот класс наиболее востребован на сегодняшний день среди профессиональных фотографов. И не в последнюю очередь, благодаря своим конструктивным особенностям. В приборе используется сложная стеклянная оптическая система , сквозь которую в зеркале отражается изображение. Само зеркало расположено по отношению к видоискателю под углом в 45 градусов. Благодаря этому фотограф видит то же самое изображение, что получится и на снимке.

Во время спуска затвора зеркало поднимается, и свет падает на матрицу. Последний элемент должен быть большого размера и высокого разрешения – без этого будет трудно добиться действительно высококачественного снимка. Даже в бюджетных моделях она не меньше ½”, в профессиональных стоит полноразмерная. Это необходимо для более реалистичных снимков.

Вот главные особенности этого вида цифровых фотокамер:

• это техника со сменной оптикой;
• есть оптический видоискатель;
• повышенное разрешение матрицы;
• множество ручных настроек при съемке.

Зеркальный фотоаппарат Nikon D5500 Kit 18-55 VR II, Red

Очень актуальна возможность аппарата иметь съемный объектив . В полупрофессиональной технике эта деталь уже включена в комплектацию, но имеет усредненные параметры. У профессиональных моделей объектив более чем громоздкий и дорогой. Лучше иметь около двух-трех таких деталей.

Многих смущает работа с ручными настройками . Это правда: без подготовки работать с «зеркалкой» сложно. Однако лучше сразу не переходить к профессиональным моделям. В полупрофессиональной версии управление понятно даже новичкам: основные кнопки вынесены на корпус для быстрой работы.

Самый большой минус всех «зеркалок» – высокая стоимость . Цена на многие из них начинаются от 20 000 рублей, а профессиональные модели стоят от 50 000 рублей.

Кроме этого, для полноценной работы следует докупить обязательные аксессуары – от объективов до кабелей.

Зеркальные фотоаппараты тоже встречаются в различных концепциях. Типы фотоаппаратов-«зеркалок» стоит рассмотреть подробнее.

Полупрозрачное «зеркало»

Визуально такие приборы ничем не отличаются от обычных «зеркалок» и относятся к ним по классификатору. Но внутри отсутствует подъемное зеркало – его заменяет полупрозрачное, минус которого в задержке части света. Оптического видоискателя здесь тоже нет – его заменяет электронный. Да и сами аккумуляторы у таких камер будут садиться намного быстрее, чем в классических «зеркальных».

Такие камеры выпускает Sony . Технология прохождения светового потока от объектива к матрице в них, действительно, отличается от привычного «зеркального». Отличным примером служит Sony Alpha SLT-A99. Бюджетным аналогом является SONY Alpha SLT-A33, но и здесь цена начинается от 1000 долларов.

Фотоаппарат SONY Alpha SLT-A33

Дальномерные предложения

Дальномерный фотоаппарат представляет собой подвид зеркальной фототехники, который для фокусировки использует дальномер. Этот компонент измеряет расстояние от фотоаппарата до объекта съемки. По сути дела, это очень сложная техника. Среди её положительных сторон:

• тихо работающий затвор (фотограф остается незамеченным);
• лучшие снимки в движении за счет короткого интервала при нажатии на стартовую кнопку (картинка не перекрывается);
• возможность применять очень компактный складной объектив;
• видоискатель, который показывает кадр полностью (шире поле зрения, возможность для кадрирования снимка).

Интересным образцом является элитная Leica (модели М и М9). У них, как у Contax и Mamiya 7, полностью взаимозаменяемые объективы. А если выбрать Nikon 35Ti, Yashica, Canonet, Ricoh, Petri и Olympus, то здесь используются только «родные» объективы, часто даже для конкретной камеры.

Фотоаппарат Leica М9

Самый главный недостаток – очень высокая стоимость: сама камера Leica будет стоить от 300 000 рублей, а объективы к ней ещё от 100 000 рублей. Следовательно, такую технику могут себе позволить только единицы.

Но и нужна она далеко не всем: подобные аппараты используют папарацци для съемки звезд и профессиональные фотографы дикой природы.

Среднеформатные модели

К таковым относятся самые дорогие на сегодняшнем рынке предложения. Их превосходство над остальными достигается благодаря наличию среднеформатной матрицы. Размеры здесь варьируются от 6х4,5 см до 6х24 см (но это уже панорамный вариант). Подобная техника отлично детализирует пейзажи.

Такие «цифровики» невероятно дорогие, поэтому их покупают, в основном, профессионалы. Самый дешевый вариант Pentax 645D может стоить от 300 000 рублей, а цены на Leica S2P и Hasselblad H5D-60 перешагивают за миллион – все эти данные без объектива. К тому же, такие камеры громоздки. Однако такая дорогая камера гарантирует самое высокое качество снимков, отличное от других фотоаппаратов.

Фотоаппарат Hasselblad H5D-60

Mamiya 645AF тоже относится к среднеформатным вариантам. Фотокамера позволяет получать и цифровые снимки при помощи ПЗС-матрицы . Управление вспышками осуществляется отдельно при помощи адаптера системы «Метиз SCA3000».

Широкоформатные (полноформатные) варианты

Термин «широкоформатных» фотоаппаратов возник ещё со времен пленочных устройств. И дело здесь не только в изображениях большого масштаба – в лучшую сторону отличались и сами изображения, поражая своей детализацией, резкостью, меньшим зерном.

Сегодня такие устройства относятся только к профессиональной категории – сам материал тоже выпускается по очень жестким требованиям.

Что касается цифровых фотокамер, здесь более применимо определение «полноформатных» или full frame : у такой техники размер матрицы составляет не менее 36х24 мм. А вот соотношение сторон кадра в случае с цифровой техникой уже не так стандартизировано: в зависимости от производителя, оно может быть 4:3, 3:2 и/или 16:9.

Такие агрегаты даже физически больше и тяжелее любой среднестатистической «зеркалки». Сказывается это и на цене. Обычно подобную технику покупают настоящие профессионалы, и затраты им окупаются сторицей — большим размером сенсора, специализированными функциями, прочной конструкцией и, разумеется, непревзойденным результатом.

Хорошей иллюстрацией к этому служит Canon EOS-1D X Mark II. В рекомендациях его пользовательского уровня так и прописывается – профессиональная камера (как и Nikon D5). Отличные снимки обеспечены даже в условиях низкой освещенности. Цена «кэноновского» предложения начинается от 350 000 рублей. Гораздо более доступно предложение Pentax K-1. Относительно демократичная для полнокадровой камеры цена от 160 000 рублей и хорошая стабилизация изображения благодаря технологии Pentax Pixel Shift Technology нашли массу поклонников. Устройство пригодится для съемки в таком жанре, где не требуется быстрый автофокус .

Широкоугольные цифровые предложения

Не каждая «зеркалка» способна снять протяженный объект или открытый ландшафт. Усилить возможности камеры поможет специальная широкоугольная оптика в виде сменных объективов или короткофокусное устройство с несменной зумируемой оптикой. Фотоаппараты, работающие на широком угле (с фокусным расстоянием меньше 34 мм) заинтересуют, прежде всего, дизайнеров мебели и интерьеров, научных и технических работников. Достоинства этой техники – простота в получении «широкого» фото, недостаток в возможных искривлениях по краям кадра , однако это даёт очень интересные эффекты. К такой технике можно отнести Fujifilm FinePix Е900, Canon PowerShot S80, Sony Cyber-shot DSC-R1, Pentax Optio 50L, Kodak EasyShare P880. Для начинающих пейзажистов особенно пригодится Kodak EasyShare DX6490 с насадкой для широкоугольной съемки.

Фотоаппарат Kodak EasyShare P880

При использовании камер с поддержкой сменных широкоугольных объективов получится больший угол обхвата и ярко выраженная передача перспективы. То есть, близкие объекты займут больше места в кадре.

У обоих этих вариантов широкоугольных фотоаппаратов может «всплыть» такой недостаток – широкий корпус может перекрыть встроенную вспышку . Чтобы избежать этого, предусмотрен синхроразъем для внешней вспышки, однако не во всех моделях есть «башмак» для этого.

Технологии развиваются, и фотоаппараты сегодня могут представлять собой интересный синтез с другими видами техники и обладать необычными возможностями. Рассмотрим такие модели подробнее.

Возможность 3D-съемки

Подобные предложения на рынке появились недавно. Они применяются для съемки трехмерных объектов : такая технология делает объемными предметы съемки, показывая всю глубину изображения. Анализ рынка показывает, что сегодня на рынке очень мало предложений по данной тематике. Это Fujifilm Finepix Real 3D в версиях W1 W3, Sony Cyber-shot в моделях от TX9 до WX5. Из беззеркального сегмента – Panasonic (модель Lumix GH2). И это только, что касается бытовых камер – в профессиональной съемке будут используются многообъективные.

Фотоаппарат Lumix GH2

При этом у указанных моделей могут возникнуть проблемы с поставленной перед ними задачей. Например, они совершенно не будут фокусировать что-то в углу – просто размоют его, преподнеся всё изображение как три плоскости, последовательно расположенные на различной глубине. Другой вопрос – как демонстрировать такие фото. Конечно, можно докупить специальную фоторамку (как, например, в случае с Fujifilm Finepix Real 3D), однако, чаще всего применяются очки-анаглифы . Их минус в заметном искажении цветовой гаммы, поэтому результат получается очень неестественным.

Это наталкивает только на один вывод: 3D-фотографии ещё очень далеко до эффекта реалистичности и высокого качества изображения.

И хотя Sony уже заявила о своей первой 3D-зеркалке, фотографии с неё вряд ли будут похожи на те, которые делает классический, в понимании этого слова, цифровой фотоаппарат.

Проектор+фотоаппарат

Еще одна новинка на рынке цифровых фототехнологий – компактный Nikon Coolpix S1200pj, который совмещает функции фотоаппарата и проектора в одном корпусе. При этом за качество и четкость отвечают оптическая и электронная стабилизации, а разрешение в 14,48 Мп позволяет делать достойные снимки. Этому же помогает и пятикратный зум.

Фотоаппарат Nikon Coolpix S1200pj

Чтобы использовать устройство в качестве проектора, необходимо лишь перевести его в нужный режим, выбрав в качестве экрана любую ровную поверхность. Фотоаппарат-проектор синхронизирован с MaС OS X, Windows и iOS, что только увеличивает её возможности. Цена на подобные устройства начинается от 30000 рублей.

Оснащение сканером

Любая камера может обладать возможностью сканера — это качество пригодится, чтобы оперативно обработать необходимые документы. «Превратить» их в текст помогут соответствующие программы, например, VueScan, поддерживающая больше 1600 моделей цифровых камер и сканеров. Но здесь надо помнить о правильном выборе сканирующей техники. Речь идет о точной фокусировке и большой разрешающей способности.

Хватит 6 мегапикселей матрицы, но надо будет задуматься о том, чтобы объектив мог захватить весь лист, для чего не подойдут широкоугольные модели из-за искажения геометрии.

Итак, рынок готов предложить различные модели: с wi-fi связью , проектором, 3D-возможностями, и это ещё не говоря о различных размерах матрицы. Пользователю останется лишь выбрать именно тот вариант, которым подходит ему для будущей работы и, конечно же, укладывается в выделенный для покупки бюджет.

Основные термины и понятия цифровой вычислительной техники.

Приведем термины и понятия вычислительной техники, с которыми часто приходится встречаться .

1. Бит - это единица количества информации, посредством которого выделяется одно из двух альтернативных и равновероятных состояний. Бит - цифра в двоичной системе счисления (0 или 1).

2. Скорость передачи информации определяется количеством информации, передаваемой в единицу времени (обычно за секунду), измеряется в бодах (бод - единица скорости телеграфирования, равная количеству элементарных электрических сигналов, передаваемых в 1 секунду. Названа в честь Ж.Бодо. Жан Морис Эмиль Бодо (Baudot) (1845-1903), французский изобретатель. Создал первую практически пригодную систему многократного последовательного телеграфирования - аппарат Бодо - на основе пятизначного кода (код Бодо {в СССР - МТК-2 - международный телеграфный код (прим. Н.В.Пилипенко)} ); введена в эксплуатацию в 1877 на линии Париж - Бордо .

3. Цифровым вычислительным устройствам свойственна дискретная форма представления информации (Дискретность - от лат. discretus - разделенный, прерывистый; напр., если величина изменяется во времени, то изменение происходит через некоторые промежутки времени .). Информация, представленная в виде последовательности символов некоторого алфавита, называется символьной информацией . Форма представления информации называется кодом .

4. Элементы символьной информации дискретных устройств называются структурными единицами информации . Для ЭВМ характерны следующие структурные единицы информации: бит, поле, байт, слово, массив и сегмент. Биту информации соответствует двоичная переменная со значениями 0 или 1.

Последовательность битов, имеющая определенный смысл, называется полем . Поле, состоящее из 8 битов, называется байтом . Обычно байт представляет код одного символа. Последовательность, состоящая из строго определенного числа битов (байтов) и имеющая некоторый смысл, называется словом . Машинное слово - последовательность, воспринимаемая устройством обработки данных как единое целое. Длина машинного слова - количество разрядов в слове. Последовательность полей, байтов или слов, имеющих одинаковый смысл, образует массив . Упорядоченная последовательность, сгруппированных вместе для наименования, называется сегментом. Количество битов, байтов или слов в структурной единице информации называется длиной единицы информации .

Структурные единицы информации используются в качестве меры при определении количества информации.

5. Способ преобразования информации, задаваемый с помощью конечной системы правил, называется алгоритмом . Точнее, алгоритм - совокупность предписаний, выполнение которых приводит к решению поставленной задачи. Последовательность величин, объединенных знаками операций, называется оператором , а величины, входящие в оператор, - операндами . Группа операторов, выполняемых многократно при одной реализации алгоритма, называется циклом .

Алгоритмы, реализуемые машиной, представляются на машинном языке.

Оператор машинного языка называется командой или, точнее, командой инструкцией, записанной в кодах вычислительной машины. Алгоритм, записанный с соблюдением всех ограничений, свойственных вычислительной машине, называется программой .

6. Все основные процессы по обработке информации протекают в устройстве центрального управления и арифметическом устройстве. Указанные устройства называются процессором . ЭВМ, ориентированная на решение ограниченного круга задач, называется специализированной . Предельное количество информации в битах, байтах или словах, размещаемой в памяти ЭВМ, называется емкостью памяти .

7. Надежность - свойство ЭВМ выполнять положенные на нее функции в течение заданного промежутка времени.

8. Быстродействие ЭВМ оценивается количеством операций , выполняемых машиной за 1 секунду. Список машинных операций достаточно разнообразен, и каждая операция характеризуется собственным временем выполнения.

Среднее быстродействие ЭВМ характеризуется значением:

где p i - процент операций i -го типа, выполняемых машиной в процессе реализации алгоритмов; T i - среднее время выполнения операций i -го типа.

Значения p i зависят от класса алгоритмов, для которого подсчитывается среднее быстродействие. Время выполнения операции T i связано с принципами построения схем машины и определяется в основном количеством оборудования ЭВМ.

9. Производительность ЭВМ - оценивается числом задач, решаемых на машине за достаточно большой промежуток времени. Время решения задачи определяется числом операций, выполняемых машиной, зависит от операционных ресурсов ЭВМ и емкости памяти.

10. ЭВМ применяются для выполнения расчетов и для управления реальными объектами (системами).

Задачи, связанные с выполнением расчетов, принято делить на следующие группы: а) научные и инженерно-технические вычисления; б) коммерческие задачи (обработка данных); в) нецифровые задачи. Примером нецифровой задачи является процесс трансляции перевода алгоритма с некоторого языка на машинный язык, а также задачи обработки текстов, математической лингвистики и т.п.

Принято различать системы управления реальными объектами и информационно-управляющие системы. При управлении реальными объектами ЭВМ включается в контур управления и называется цифровой управляющей машиной . Режим работы ЭВМ, характеризуемый наличием ограничений на время решения задач называется реальным масштабом времени . Условия работы в реальном масштабе времени и специфика сопряжения машины с реальной аппаратурой существенно влияют на операционные ресурсы и конструкцию машины.

Информационно-управляющие системы используются в качестве автоматизированных систем управления производством, АСУ связи, АСУ войсками и т.п. В этих системах ЭВМ применяются для обработки потоков информации, поступающих от внешних устройств (абонентов).

11. Критерий эффективности - это обобщенный показатель, характеризующий соответствие ЭВМ своему назначению.

Стоимость машинной операции

q=S(t)/N(t) [денежная единица/операция].

S(t) - затраты на амортизацию и эксплуатацию ЭВМ за время T , выраженные в денежных единицах; N(t) - количество эффективных операций, выполненных за это время.

Стоимость операции тем меньше, чем выше быстродействие ЭВМ. Максимальная эффективность достигается за счет наиболее рационального использования оборудования ЭВМ.

12. Режимы работы ЭВМ:

а) однопрограммный . В этом режиме в каждый момент времени работает только одно устройство ЭВМ, в то время как остальные простаивают в ожидании окончания начатого действия. Этот режим работы ЭВМ характеризуется низким коэффициентом использования оборудования ЭВМ, величина которого зависит от быстродействия процессора;

б) мультипрограммный . При таком режиме работы в памяти ЭВМ хранится несколько программ и выполнение одной программы может быть прервано для перехода к выполнению другой программы с последующим возвратом к прерванной программе. Для распределения ресурсов в мультипрограммной ЭВМ используется комплекс служебных программ, называемый супервизором . Такие ЭВМ называются мультипрограммными системами ;

в) способ пакетной обработки данных используется для более эффективной загрузки ЭВМ, работающей в мультипрограммном режиме. Загрузка оборудования в системе будет тем больше, чем больше размер пакета. Режим пакетной обработки рекомендуется только для решения задач по установившимся и хорошо отлаженным программам;

г) потребность в оперативной связи между пользователем и машиной привела к разработке систем разделения времени . Основу системы составляет мультипрограммная ЭВМ, которая оснащается дополнительным комплектом внешних устройств - терминалов. Терминал - устройство ввода - вывода, предназначенное для обслуживания одного человека, решающего задачи на ЭВМ. Система предоставляет каждому активному терминалу квант времени, равный секундам или долям секунды.

На тот случай, когда пользователи не полностью загружают ЭВМ, предусматривается возможность решения системой задач в режиме пакетной обработки данных.

Терминология, применяемая пользователями ЭВМ .

Абсолютный адрес . Адресная часть инструкции, определяющая действительный адрес слова в памяти.

Автокод . Язык программирования, использующий символические адреса и мнемонические инструкции (мнемоника - греч. mnemonika - искусство запоминания; совокупность приемов и способов, облегчающих запоминание и увеличивающих объем памяти путем образования искусственных ассоциаций .).

Автоматизированное проектирование . Реализация процессов проектирования при помощи автоматических средств.

Адрес . Число или другое указание, определяющее место в памяти или в другом источнике данных вычислительной машины.

Адрес инструкции . Адрес ячейки памяти, где хранится слово инструкции.

Адресная часть . Часть инструкции, определяющая адрес полностью или частично.

Алгоритм . Точное предписание, определяющее вычислительный процесс, ведущий от варьируемых начальных данных к искомому результату.

Алфавит . Конечная последовательность знаков, применяемая в системе алгоритмов или машинном языке.

Арифметическая операция . Операция, в которой операнды и результат являются числами.

Библиотека программ . Организованное собрание проверенных программ, имеющих общее применение.

Буква. Один из знаков алфавита.

Буквенно-цифровой код . Код, набор знаков которого содержит буквы и цифры.

Буквенный код . Код, набор знаков которого содержит только буквы.

Вход элемента . Точка, в которой происходит непосредственное воздействие внешнего сигнала на элемент.

Выход элемента . Точка, в которой возникает необходимая реакция элемента на воздействие внешних сигналов.

Двоичная система счисления . Система счисления с основанием два (2).

Двоичное число . Число, представленное в двоичной системе счисления.

Декодирование . Преобразование кодированных данных в исходную форму.

Десятичная система счисления . Система счисления с основанием десять (10).

Десятичное число . Число, представленное в десятичной системе счисления.

Диагностическая программа . Программа, предназначенная для определения местоположения или объяснения как неисправностей оборудования, так и ошибок в программе.

Длина слова . Количество разрядов в слове (машинном).

Зона памяти . Место в запоминающем устройстве, предназначенное для хранения группы машинных слов.

Идентификатор . Последовательность из букв и цифр.

Идентификатор сигнала . Наименование сигнала в сокращенном или символическом виде с применением условных обозначений, принятых при разработке изделия.

Инструкция . Набор знаков, определяющий частично или полностью операцию или часть процесса.

Интерпретатор . Программа, занимающаяся выполнением другой программы, транслируя каждую инструкцию входного языка в последовательность машинных инструкций.

Интерфейс ввода-вывода . Унифицированные средства сопряжения и управления различными устройствами периферийного оборудования.

Интерфейс электропитания . Совокупность электрических линий, электрических сигналов и механических средств, позволяющих соединить между собой функциональные части системы электропитания с целью обеспечения устройства электропитанием.

Канал . Устройство, с помощью которого производится обмен данными между процессором и периферийным оборудованием.

Код . Согласованный набор однозначных правил, используемых для определения способа представления данных знаками из некоторого набора знаков.

Код инструкции вычислительной машины . Код, используемый для представления инструкций вычислительной машины в машинном языке.

Код операции . Код, используемый для представления операций вычислительной машины.

Кодирование . Преобразование данных путем применения кода.

Команда . Инструкция, записанная в кодах вычислительной машины.

Компилятор . Программа, предназначенная для преобразования программ, представленных на одном языке, в эквивалентные программы, представленные на машинном языке или языке, ему подобном.

Конструктивный адрес неполный . Часть полного конструктивного адреса, в которой отсутствуют сведения о контактах и могут отсутствовать сведения об элементах электрического подключения.

Конструктивный адрес неполный, сокращенный . Часть сокращенного конструктивного адреса, в которой отсутствуют сведения о контактах и могут отсутствовать сведения об элементах электрического подключения.

Конструктивный адрес полный . Запись, которая устанавливает место расположения адресуемого уровня и принадлежащего ему контакта для электрического подключения в пределах устройства или модели ЭВМ.

Конструктивный адрес сокращенный . Запись полного конструктивного адреса, в которой часть адреса, общая для конкретно рассматриваемого множества адресуемых уровней одного порядка, не сопровождает каждый адрес, а выделяется в виде заголовка, о чем в конструкторской документации должны быть сделаны соответствующие сообщения.

Косвенный адрес . Адресная часть инструкции, определяющая ячейку памяти, в которой находится требуемый адрес.

Логическая операция . Операция, в которой операнды в результате являются одиночными цифрами.

Логическое проектирование . Этап проектирования, на котором алгоритм выполнения операций реализуются в виде функциональных схем.

Маркер . Символ, используемый для указания начала или конца некоторого набора данных.

Маска . Машинное слово, используемое для извлечения частей других машинных слов.

Моделирование . Представление определенных свойств поведения одной системы посредством действий другой, например, представление физического явления действиями вычислительных машин.

Моделирующая программа . Интерпретатор, способный выполнять программу, написанную для одной вычислительной машины, на другой машине.

Модификация адреса . Модификация, при которой изменяется только адресная часть инструкции.

Модуль памяти . Часть памяти, состоящая из некоторого числа ячеек и имеющая незаконченное конструктивное оформление.

Мультиплексный канал . Канал, в котором связь с различными абонентами происходит одновременно в режиме разделения времени.

Мультипроцессор . Система автоматической обработки данных, которая попеременно выполняет инструкции, относящиеся к различным последовательностям, причем за один шаг может выполняться более одной инструкции.

Нуль (машинный) . Последовательность знаков, воспринимаемая вычислительной машиной, как нуль.

Образец (модель) ЭВМ . Совокупность устройств, функционально объединенных между собой в вычислительную машину совместимых ЭВМ, разрабатываемых по единым техническим требованиям.

Оператор (языка) . Единица действия в языке.

Операционная система . Часть математического обеспечения, предназначенная для планирования и организации процесса обработки, ввода-вывода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программы и других вспомогательных операций обслуживания.

Операция . Действие, определенное инструкцией вычислительной машины для обработки данных.

Относительный адрес . Адрес, являющийся номером слова в некотором массиве слов.

Плата . Средство конструктивного и электрического объединения интегральных схем в плоский модуль более высокого уровня.

Позиционная система счисления . Система счисления, при которой значение каждой цифры определяется местом ее расположения в последовательности цифр, составляющих число.

Программа . Алгоритм решения задачи, заданной на каком-либо формализованном языке.

Программирование . Составление программы. Программирование также может включать в себя: анализ задачи, составление схемы алгоритмов, подготовку, проверку и запись подпрограмм, определение форматов входных и выходных данных.

Программные средства . Совокупность методов, позволяющих управлять устройством обработки данных.

Проектирование программных средств системы . Этап проектирования, на котором часть формального описания системы реализуется в виде программы.

Разряд . Каждое из положений внутри слова, которое может быть занято знаком.

Селекторный канал . Канал, работающий только в монопольном режиме.

Символ . Один из нескольких знаков, используемых для условного представления объектов.

Символический адрес . Адрес, который выбирается с точки зрения удобства программирования.

Система автоматического ведения документации . Комплекс технических программных и регламентирующих (организационных) средств, предназначенных для автоматизации учета, хранения, изменения и обращения документации.

Система счисления . Совокупность методов записи чисел.

Системное проектирование . Этап проектирования, на котором разрабатывается концепция системы.

Слово (машинное) . Последовательность, воспринимаемая устройством обработки данных как единое целое.

Слог . Группа знаков, представляющих часть машинного слова.

Структурное проектирование . Этап проектирования, на котором выбираются схемные и конструктивные решения на уровне структуры.

Структурный алгоритм . Формальное описание функционирования некоторой структуры.

Супервизор . Программа, предназначенная для организации и управления ходом работы вычислительной машины.

Схема алгоритма . Изображение программы, процесса или функционирования системы, представленное в условных графических изображениях.

Схемный алгоритм . Формальное описание функционирования схемы.

Тест . Упорядоченная совокупность входных воздействий, позволяющая обнаруживать или определять неисправность.

Тест диагностический . Тест, позволяющий определить характер и место неисправности.

Тест проверяющий . Тест, позволяющий обнаружить неисправность.

Тестовый набор . Совокупность одновременных входных воздействий, являющаяся частью теста.

Технические средства . Физические устройства вычислительной машины.

Техническое проектирование . Этап проектирования (исходной информацией для которого является формальное описание логической структуры и конструктивно-технические характеристики проектируемого изделия), предусматривающий выпуск конструкторской эксплуатационной и технологической документации.

Транслятор . Программа для перевода программ с одного языка на другой.

Трассировка соединений . Процесс получения геометрических конфигураций электрических связей.

Узел . Совокупность функционально связанных между собой элементов.

Узел конструктивный . Сборочная единица, представляющая собой конструктивно законченное изделие.

Уровень моделирования . Степень детализации описания моделируемого объекта.

Устройство . Сборочная единица, представляющая собой функционально и конструктивно законченное изделие и имеющая самостоятельное эксплуатационное назначение.

Файл . Совокупность (набор) данных, объединенных общим признаком.

Центральный процессор . Основная часть вычислительной машины (арифметическое устройство, устройство управления и оперативная память) без внешнего оборудования.

Цифра . Одиночный знак, представляющий целое число.

Цифровой код . Код, набор знаков которого содержит только цифры.

Элемент . Условная единица, которая используется при проектировании вычислительного устройства, имеет самостоятельное графическое изображение и выполняет одну или несколько функций от некоторого количества внешних сигналов.

Язык программирования . Язык, используемый программистом для представления программ.

Язык проектирования . Язык представления исходной информации для проектирования.

Список литературы .

1. Майоров С.А., Крутовских С.А., Смирнов А.А. Электронные вычислительные машины (справочник по конструированию). Под ред. С.А.Майорова. - М.: Сов. радио, 1975. - С. 9-15.

2. Советский энциклопедический словарь/Научно-редакционный совет: А.М.Прохоров (пред.). - М.: "Советская энциклопедия", 1981. - С. 152.

3. там же, - С. 400.

Чтобы точно выбрать то, что вам требуется, нужно иметь хотя бы общее представление о той техники, которую вы собираетесь купить.

Немного о самых распространенных видах современной техники. Видеомагнитофоны, видеоплееры, видеопроекторы, домашнее кинотеатры, DVD-плееры, наушники, телевизионные приставки, телевизоры – все это можно выделить в одну группу, о которой подробнее расскажем ниже. Вторая группа – это видео и фотокамеры, диктофоны, часы и радиоприемники и всевозможные аксессуары.

Более молодое поколение может остановить свой выбор на CD и MP3-плеерах, фотокамерах, часах и диктофонах.

CD и MP3-плееры выполняют основную функцию, воспроизведение музыки, только CD плеер проигрывает или читает CD-диски, а MP3-плеер проигрывает музыку, предварительно туда закачанную. MP3-плееры различаются по объему информации. Чем больше объем, тем выше их цена.

Фотокамеры в настоящее время почти все цифровые, хотя еще можно встретить простые пленочные фотоаппараты.
Цифровые фотоаппараты также бывают зеркальными. Отличаются все цифровые фотоаппараты размером матрицы, т.е. количество точек на дюйм, которое они могут передать, выдержкой и диафрагмой либо автоматической либо с ручной настройкой, а также своими дополнительными функциями.

Из перечисленной выше техники из первой группы несложно самому собрать домашний кинотеатр. Рассмотрим из чего состоит вся эта система: AV-ресивера, колонок, экрана кинотеатра, DVD-проигрывателя и видеомагнитофона.

Экраном домашнего кинотеатра может быть как телевизор диагональю более 26 дюймов так, проекционный телевизор, так и плазменная панель, которая поможет нам увидеть разнообразие всех цветов оттенков. Также в каталоге электроники вы можете подобрать соответствующие аксессуары для телевизора.

Для детей, например, можно выбрать игровую телевизионную приставку, которую можно подключить к телевизору.
DVD-проигрыватель – это устройство для чтения DVD-дисков и служит для просмотра фильмов в самом качественном формате на сегодняшний день. Кроме этого, на DVD-диск можем записывать свои любимые фильмы и музыку. Видеомагнитофон дополняет домашний кинотеатр своей возможностью просматривать VHS-кассет.

AV-ресивер распределяет звуки, поочередно то на одну колонку, то на другую, чем создается ощущение, что мы находимся гуще событий, которые происходят а экране. Колонки расставляют обычно по периметру, соединяют их специальным кабелем. Можно использовать не колонки, а музыкальный центр, например, который у вас уже есть в квартире, к которому без труда можно подсоединить AV-ресивер.

Также большим спросом пользуются диктофоны, которые можно выбрать в каталоге интернет-портала «Три клика» с удобным поиском товаров, магазинов и скидок.

Легкого вам выбора!

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

НИУ Московский государственный институт электронной техники (ТУ)

Кафедра «Телекоммуникационные системы»

Курсовая работа

по курсу: Цифровая обработка сигналов

Подготовил:

студент группы МП-29 Еропанов В.Н.

Проверил: Корнеев В.И.

Москва 2011 г.

Введение

1. Информация

3. Передача цифровой информации

Заключение

Введение

Цифровые технологии изо дня в день все больше наполняют окружающий нас мир, и этот процесс со временем только ускоряется. В повседневном обиходе любого из нас уже сегодня присутствует большое число самых различных цифровых устройств, каждое из которых имеет характеристики и свойства, значение которых оказывается не всегда известным и понятным для потребителя. Некоторые из ставших уже абсолютно привычными электронные устройства, равно как и компьютерные программы, остаются для потребителя некими черными ящиками, устройство и принцип действия которых скрыто от глаз.

Потребительская аудио аппаратура, также как и остальная аппаратура - постепенно и уверенно переходящая на цифровые рельсы, становится все сложнее, ее параметры - все запутаннее, а принцип действия - все менее ясным. Этот реферат не является универсальным путеводителем в области цифрового звука и цифровой аудио и видео техники, однако в нем мы попытаемся разобраться с основными идеями, а также теоретическими и практическими принципами, лежащими в основе современных цифровых технологий и устройств. Я надеюсь, что приведенные в нем сведения окажутся полезными для читателя и явят собой некую основополагающую теоретическую базу, понимание которой просто необходимо всем активным аудио любителям, пользователям любых цифровых устройств.

1. Информация

Прежде всего, хотелось бы сказать, что все цифровые технологии основаны на методах кодирования и передачи информации. Рассмотрим поподробнее, что же такое цифровая информация, ее единицы измерения, принципы кодирования и передачи цифровой информации.

Термин «информация» восходит к латинскому informatio,- разъяснение, изложение, осведомленность.

Информацию можно классифицировать разными способами, и разные науки это делают по-разному. Например, в философии различают информацию объективную и субъективную. Объективная информация отражает явления природы и человеческого общества. Субъективная информация создается людьми и отражает их взгляд на объективные явления.

В информатике отдельно рассматривается аналоговая информация и цифровая. Это важно, поскольку человек благодаря своим органам чувств, привык иметь дело с аналоговой информацией, а вычислительная техника, наоборот, в основном, работает с цифровой информацией.

Человек воспринимает информацию с помощью органов чувств. Свет, звук, тепло - это энергетические сигналы, а вкус и запах - это результат воздействия химических соединений, в основе которого тоже энергетическая природа. Человек испытывает энергетические воздействия непрерывно и может никогда не встретиться с одной и той же их комбинацией дважды. Нет двух одинаковых зеленых листьев на одном дереве и двух абсолютно одинаковых звуков - это информация аналоговая. Если же разным цветам дать номера, а разным звукам - ноты, то аналоговую информацию можно превратить в цифровую.

Музыка, когда ее слушают, несет аналоговую информацию, но если записать ее нотами, она становится цифровой.

Разница между аналоговой информацией и цифровой, прежде всего, в том, что аналоговая информация непрерывна, а цифровая дискретна.

К цифровым устройствам относятся персональные компьютеры - они работают с информацией, представленной в цифровой форме, цифровыми являются и музыкальные проигрыватели лазерных компакт дисков.

2. Единицы измерения цифровой информации

Бит - наименьшая единица представления информации. Байт - наименьшая единица обработки и передачи информации. Единица измерения информации называется бит (bit) - сокращение от английских слов binary digit, что означает двоичная цифра.

В компьютерной технике бит соответствует физическому состоянию носителя информации: намагничено - не намагничено, есть отверстие - нет отверстия. При этом одно состояние принято обозначать цифрой 0, а другое - цифрой 1. Выбор одного из двух возможных вариантов позволяет также различать логические истину и ложь. Последовательностью битов можно закодировать текст, изображение, звук или какую-либо другую информацию. Такой метод представления информации называется двоичным кодированием (binary encoding).

В информатике часто используется величина, называемая байтом (byte) и равная 8 битам. И если бит позволяет выбрать один вариант из двух возможных, то байт, соответственно, 1 из 256 (28). Наряду с байтами для измерения количества информации используются более крупные единицы:

1 Кбайт (один килобайт) = 2 10 байт = 1024 байта;

1 Мбайт (один мегабайт) = 2 10 Кбайт = 1024 Кбайта;

1 Гбайт (один гигабайт) = 2 10 Мбайт = 1024 Мбайта.

Например, книга содержит 100 страниц; на каждой странице - 35 строк, в каждой строке - 50 символов. Объем информации, содержащийся в книге, рассчитывается следующим образом:

Страница содержит 35 Ч 50 = 1750 байт информации. Объем всей информации в книге (в разных единицах):

1750 Ч 100 = 175 000 байт.

175 000 / 1024 = 170,8984 Кбайт.

170,8984 / 1024 = 0,166893 Мбайт.

3. Передача информации

Информация передается в виде сообщений от некоторого источника информации к ее приемнику посредством канала связи между ними. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приемнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением. Передача информации по каналам связи часто сопровождается воздействием помех, вызывающих искажение и потерю информации.

Любое событие или явление может быть выражено по-разному, разными способами, разным алфавитом. Чтобы информацию более точно и экономно передать по каналам связи, ее надо соответственно закодировать.

Информация не может существовать без материального носителя, без передачи энергии. Закодированное сообщение приобретает вид сигналов-носителей информации, которые идут по каналу. Выйдя на приемник, сигналы должны обрести вновь общепонятный вид с помощью декодирующего устройства.

Совокупность устройств, предметов или объектов, предназначенных для передачи информации от одного из них, именуемого источником, к другому, именуемому приемником, называется каналом информации, или информационным каналом.

Примером может служить телефон. При телефонной передаче источник сообщения - говорящий. Кодирующее устройство, изменяющее звуки слов в электрические импульсы, - микрофон. Канал, по которому передается информация, - телефонный провод. Часть трубки, которую мы подносим к уху, выполняет роль декодирующего устройства (электрические сигналы снова преобразуются в звуки). Информация поступает в “принимающее устройство” - ухо человека на другом конце провода. Канал включает в себя телефонные аппараты (устройства), провода (предметы) и аппаратуру АТС (устройства). Особенностью этого информационного канала является то обстоятельство, что при поступлении в него информация, представленная в виде звуковых волн, преобразуется в электрические колебания и затем передается. Такой канал называется каналом с преобразованием информации. Но это пример передачи аналоговой информации.

Еще один пример, но уже цифровой информации - компьютер. Отдельные его системы передают одна другой информацию с помощью сигналов. Компьютер - устройство для обработки информации (как станок - устройство для обработки металла), он не создает из “ничего” информацию, а преобразует то, что в него введено. Компьютер является информационным каналом с преобразованием информации: информация поступает с внешних устройств (клавиатура, диск, микрофон), преобразуется во внутренний код и обрабатывается, преобразуется в вид, пригодный для восприятия внешним выходным устройством (монитором, печатающим устройством, динамиками и др.), и передается на них.

4. Кодирование и декодирование цифровой информации

Кодирование информации - это процесс формирования определенного представления информации. Информация совершает переход от исходной формы представления информации в форму, удобную для хранения, передачи или обработки. Декодирование - когда информация совершает обратный переход к исходному представлению информации.

В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки. Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (звуки, изображения, показания приборов и т. д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму.

Как правило, вся информация в компьютере представляются с помощью нулей и единиц. Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом устройства для их обработки получаются значительно более простыми. С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать любое сообщение.

Инженеров такой способ кодирования привлек простотой технической реализации - есть сигнал или нет сигнала. Эти состояния легко различать. Недостаток двоичного кодирования - длинные коды. Но в технике легче иметь дело с большим числом однотипных элементов, чем с небольшим числом сложных.

Устройства, обеспечивающие кодирование и декодирование, будем называть соответственно кодировщиком и декодировщиком. На рис. 1 приведена схема, иллюстрирующая процесс передачи сообщения в случае перекодировки, а также воздействия помех.

Рис. 1. Процесс передачи сообщения от источника к приемнику

В настоящее время существуют разные способы кодирования и декодирования информации в компьютере. Выбор способа зависит от вида информации, которую необходимо кодировать: текст, число, графическое изображение или звук. Для чисел, кроме того, важную роль играет то, как будет использоваться число: в тексте или в вычислениях, или в процессе ввода-вывода.

Рассмотрим основные принципы кодирования информации в компьютере.

информация цифровой технология кодирование

5. Кодирование текстовой информации

Начиная с 60-х годов, компьютеры все больше стали использовать для обработки текстовой информации и в настоящее время большая часть ПК в мире занято обработкой именно текстовой информации.

Для кодирования одного символа требуется один байт информации. Учитывая, что каждый бит принимает значение 1 или 0, получаем, что с помощью 1 байта можно закодировать 256 различных символов. (28=256) Кодирование заключается в том, что каждому символу ставиться в соответствие уникальный двоичный код от 00000000 до 11111111 (или десятичный код от 0 до 255). Важно, что присвоение символу конкретного кода - это вопрос соглашения, которое фиксируется кодовой таблицей.

Например, вы нажимаете на компьютере латинскую букву S. В этом случае в память компьютера записывается код 01010011. Для вывода буквы S на экран в компьютере происходит декодирование - по этому двоичному коду строится его изображение. Обратите внимание! Цифры кодируются по стандарту ASCII в двух случаях - при вводе-выводе и когда они встречаются в тексте. Если цифры участвуют в вычислениях, то осуществляется их преобразование в другой двоичный код. Возьмем число 57. При использовании в тексте каждая цифра будет представлена своим кодом в соответствии с таблицей ASCII. В двоичной системе это - 00110101 00110111. При использовании в вычислениях код этого числа будет получен по правилам перевода в двоичную систему и получим - 00111001.

6. Кодирование графической информации

Под графической информацией можно понимать рисунок, чертеж, фотографию, картинку в книге, изображения на экране телевизора или в кинозале и т. д. Для обсуждения общих принципов кодирования графической информации в качестве конкретного, достаточно общего случая графического объекта выберем изображение на экране телевизора. Это изображение состоит из некоторого количества горизонтальных линий - строк. А каждая строка в свою очередь состоит из элементарных мельчайших единиц изображения - точек, которые принято называть пикселами (picsel - PICture"S ELement - элемент картинки). Пиксел на цветном дисплее может иметь различную окраску, поэтому одного бита на пиксел недостаточно. Для кодирования 4-цветного изображения требуются два бита на пиксел, поскольку два бита могут принимать 4 различных состояния. Может использоваться, например, такой вариант кодировки цветов: 00 - черный, 10 - зеленый, 01 - красный, 11 - коричневый. На RGB-мониторах все разнообразие цветов получается сочетанием базовых цветов - красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue), из которых можно получить 8 основных комбинаций:

Весь массив элементарных единиц изображения называют растром (лат. rastrum - грабли). Степень четкости изображения зависит от количества строк на весь экран и количества точек в строке, которые представляют разрешающую способность экрана или просто разрешение. Чем больше строк и точек, тем четче и лучше изображение. Достаточно хорошим считается разрешение 640x480, то есть 640 точек на строку и 480 строчек на экран.

Строки, из которых состоит изображение, можно просматривать сверху вниз друг за другом, как бы составив из них одну сплошную линию. После полного просмотра первой строки просматривается вторая, за ней третья, потом четвертая и т. д. до последней строки экрана. Так как каждая из строк представляет собой последовательность пикселов, то все изображение, вытянутое в линию, также можно считать линейной последовательностью элементарных точек. В рассматриваемом случае эта последовательность состоит из 640x480=307200 пикселов. Вначале рассмотрим принципы кодирования монохромного изображения, то есть изображения, состоящего из любых двух контрастных цветов - черного и белого, зеленого и белого, коричневого и белого и т. д. Для простоты обсуждения будем считать, что один из цветов - черный, а второй - белый. Тогда каждый пиксел изображения может иметь либо черный, либо белый цвет. Поставив в соответствие черному цвету двоичный код “0”, а белому - код “1” (либо наоборот), мы сможем закодировать в одном бите состояние одного пикселя монохромного изображения. А так как байт состоит из 8 бит, то на строчку, состоящую из 640 точек, потребуется 80 байтов памяти, а на все изображение - 38 400 байтов.

Однако полученное таким образом изображение будет чрезмерно контрастным. Реальное черно-белое изображение состоит не только из белого и черного цветов. В него входят множество различных промежуточных оттенков - серый, светло-серый, темно-серый и т. д. Если кроме белого и черного цветов использовать только две дополнительные градации, скажем светло-серый и темно-серый, то для того чтобы закодировать цветовое состояние одного пикселя, потребуется уже два бита. При этом кодировка может быть, например, такой: черный цвет - 002, темно-серый - 012, светло-серый - 102, белый - 112.

Общепринятым на сегодняшний день, дающим достаточно реалистичные монохромные изображения, считается кодирование состояния одного пикселя с помощью одного байта, которое позволяет передавать 256 различных оттенков серого цвета от полностью белого до полностью черного. В этом случае для передачи всего растра из 640x480 пикселов потребуется уже не 38 400, а все 307 200 байтов.

При записи изображения в память компьютера кроме цвета отдельных точек необходимо фиксировать много дополнительной информации - размеры рисунка, яркость точек и т. д. Конкретный способ кодирования всей требуемой при записи изображения информации образует графический формат. Форматы кодирования графической информации, основанные на передаче цвета каждого отдельного пикселя, из которого состоит изображение, относят к группе растровых или BitMap форматов (bit map - битовая карта). Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. Наиболее известными растровыми форматами являются BMP, GIF и JPEG форматы.

Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов (точка, отрезок, эллипс…). Каждый примитив описывается математическими формулами. Кодирование зависти от прикладной среды.

Растровая же графика обладает существенным недостатком - изображение, закодированное в одном из растровых форматов, очень плохо “переносит” увеличение или уменьшение его размеров - масштабирование. Для решения задач, в которых приходится часто выполнять эту операцию, были разработаны методы так называемой векторной графики. В векторной графике, в отличие от основанной на точке - пикселе - растровой графики, базовым объектом является линия. При этом изображение формируется из описываемых математическим, векторным способом отдельных отрезков прямых или кривых линий, а также геометрических фигур - прямоугольников, окружностей и т. д., которые могут быть из них получены. Фирма Adobe разработала специальный язык PostScript (от poster script - сценарий плакатов, объявлений, афиш), служащий для описания изображений на базе указанных методов. Этот язык является основой для нескольких векторных графических форматов. В частности, можно указать форматы PS (PostScript) и EPS, которые используются для описания как векторных, так и растровых изображений, а также разнообразных текстовых шрифтов. Изображения и тексты, записанные в этих форматах, большинством популярных программ не воспринимаются, они могут просматриваться и печататься только с помощью специализированных аппаратных и программных средств. Итак, любое графическое изображение на экране можно закодировать c помощью чисел, сообщив, сколько в каждом пикселе долей красного, сколько - зеленого, а сколько - синего цветов.

7. Кодирование звуковой информации

Развитие способов кодирования звуковой информации, а также движущихся изображений - анимации и видеозаписей - происходило с запаздыванием относительно рассмотренных выше разновидностей информации.

Компьютер - это цифровое устройство, то есть электронное устройство, в котором рабочим сигналом является дискретный сигнал. Сегодняшние компьютеры оперируют дискретными сигналами, несущими двоичные значения, условно обозначаемые как «да» и «нет» (на электрическом уровне: 0 вольт и V вольт, для некоторого ненулевого значения V). С помощью одного двоичного сигнала за один шаг можно передать информацию об одном из всего двух положений: 0 («да») или 1 («нет»). С помощью N двоичных сигналов за один шаг можно передать информацию об одном из 2 N положений (2 N - это число комбинаций нулей и единиц для N сигналов). Взаимодействие всех составляющих компьютер блоков происходит путем обмена и обработки одним или одновременно несколькими двоичными сигналами. Все - коды управления, а также сама обрабатываемая информация - все представляется в компьютере в виде чисел. По этой причине и аудио сигналы в цифровой аппаратуре представляют в виде чисел.

Итак, каким же образом можно описать аналоговый аудио сигнал в цифровой форме? Реальный аудио сигнал - это сложное по форме колебание, некая сложная зависимость амплитуды звуковой волны от времени. На рис. 2 представлен график реальной звуковой волны.

Рис. 2 Изображение реальной звуковой волны

Для компьютерной обработки аналоговый сигнал нужно каким-то образом преобразовать в последовательность двоичных чисел. Поступим следующим образом. Будем измерять напряжение через равные промежутки времени и записывать полученные значения в память компьютера. Этот процесс называется дискретизацией (или оцифровкой).

Преобразование аналогового звукового сигнала в цифровой вид называется аналогово-цифровым преобразованием или оцифровкой. Процесс такого преобразования заключается в:

осуществлении замеров величины амплитуды аналогового сигнала с некоторым временным шагом - дискретизация,

последующей записи полученных значений амплитуды в численном виде - квантование.

Процесс дискретизации по времени - это процесс получения мгновенных значений преобразуемого аналогового сигнала с определенным временным шагом, называемым шагом дискретизации.

Чем выше частота дискретизации (т. е. количество отсчетов за секунду) и чем больше разрядов отводится для каждого отсчета, тем точнее будет представлен звук. Но при этом увеличивается и размер звукового файла. Поэтому в зависимости от характера звука, требований, предъявляемых к его качеству и объему занимаемой памяти, выбирают некоторые компромиссные значения.

Количество осуществляемых в одну секунду замеров величины сигнала называют частотой дискретизации или частотой выборки, или частотой сэмплирования (от англ. « sampling» - «выборка»). Очевидно, что чем меньше шаг дискретизации, тем выше частота дискретизации (то есть, тем чаще регистрируются значения амплитуды), и, значит, тем более точное представление о сигнале мы получаем.

Ухо человека не замечает ступенчатость полученного сигнала. Тут можно провести следующую аналогию. Каждый человек смотрел в кинотеатре фильмы, и перед его глазами на экране шло непрерывное, плавное действие: Но ведь на самом-то деле кинолента представляет собой серию неподвижных, дискретных изображений, которые прокручиваются с высокой скоростью 24 кадра в секунду. Поскольку человеческим глазам свойственна некоторая инерционность, то их легко обмануть, чем необычайно ловко пользуются кинематографисты. Наши уши тоже в какой-то степени не идеальны, и их можно обмануть подобным образом, представляя непрерывный аналоговый сигнал в виде последовательности быстро сменяющихся мгновенных значений напряжения. Только в отличие от киноленты смена «звукового кадра» происходит в тысячи раз быстрее. Для полной маскировки ступенчатости сигнала применяются фильтры нижних частот, сглаживающие форму волны.

Теперь, для записи каждого отдельного значения амплитуды, его необходимо округлить до ближайшего уровня квантования. Этот процесс называется квантованием по амплитуде. Говоря более формальным языком, квантование по амплитуде - это процесс замены реальных (измеренных) значений амплитуды сигнала значениями, приближенными с некоторой точностью. Каждый из 2 N возможных уровней называется уровнем квантования, а расстояние между двумя ближайшими уровнями квантования называется шагом квантования. Квантование значений сигнала привносит в спектр сигнала дополнительную помеху, называемую шумом квантования или шумом дробления. Шумом (ошибкой) квантования называют сигнал, составляющий разницу между восстановленным цифровым и исходным аудио сигналами. Эта разница образуется в результате округления измеренных значений сигнала. При этом выполняется следующая закономерность: чем выше разрядность квантования, тем ниже уровень шума квантования (поскольку тем на меньшее значение требуется округлять каждое измеренное значение сигнала). Природа шума квантования такова, что ширина спектральной области, в которой он простирается, пропорциональна значению частоты дискретизации.

Рис. 3 Процесс оцифровки звукового сигнала

Устройство, выполняющее оцифровку называют аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Для того чтобы воспроизвести закодированный таким образом звук, нужно выполнить обратное преобразование (для него служит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), а затем сгладить получившийся ступенчатый сигнал.

Рис. 4 Процесс кодирования и декодирования звуковой волны

Описанный способ кодирования звуковой информации достаточно универсален, он позволяет представить любой звук и преобразовывать его самыми разными способами.

В современное время все упирается в вычислительную мощность современной цифровой техники. С возрастанием точности оцифровки одновременно возрастает скорость потока цифровых данных, увеличивается вычислительная нагрузка на процессор и требуется повышенный объем памяти для хранения цифровых отчетов. Имеются и серьезные схемотехнические трудности. Вместе со стремительным ростом компьютерных технологий становится возможным применять более высокие частоты дискретизации и разрядность. Цифровой звук широко применяется в современной звукозаписывающей индустрии благодаря хорошему качеству звучания, высокой помехозащищенности и удобству хранения и архивирования материала.

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 сорокачетырех 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.

Методов сжатия (форматов), а также программ реализующих эти методы, существует много. Наиболее известными являются MPEG-1 Layer I,II,III (последним является всем известный MP3),MPEG-2 AAC (advanced audio coding), Ogg Vorbis, Windows Media Audio (WMA),TwinVQ (VQF), MPEGPlus, TAC, и прочие.

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.

Наиболее распространенный формат - MPEG-1 Layer III (всем известный MP3). Формат завоевал свою популярность совершенно заслуженно - это был первый распространенный кодек, который достиг столь высокого уровня компрессии при отличном качестве звучания. Сегодня этому кодеку имеется множество альтернатив, но выбор остается за пользователем. Преимущества MP3 - широкая распространенность и достаточно высокое качество кодирования,

которое объективно улучшается благодаря разработкам различных кодеров MP3 энтузиастами. Мощная альтернатива MP3 - кодек Microsoft Windows Media Audio (Файлы.WMA и.ASF). По различным тестам этот кодек показывает себя от «как MP3» до «заметно хуже MP3» на средних битрейтах, и, «лучше MP3» на низких битрейтах.

Заключение

На сегодня совершенно очевидно лишь одно - цифровые технологии находятся лишь в начале своего пути, и нам еще только предстоит понять, что значит их повсеместное внедрение совместно с миниатюризацией, наращиванием вычислительных мощностей и объемов памяти.

Совершенно ясно, что цифровые технологии очень скоро завоюют новые, еще не захваченные рубежи, и что от повсеместного применения этих технологий никуда не деться. Опасаться этого процесса можно, но сопротивляться ему бесполезно.

Цифровые же технологии пока еще очень молоды, и только это позволяет «аналогу» еще оставаться на плаву. Достаточно быстрое развитие и постоянное удешевление цифровых устройств дает основание утверждать, что совсем скоро «цифра» полностью вытеснит аналоговые методы записи и обработки информации. Только представьте себе, как развитие этих технологий может повлиять на окружающий нас мир! Все это лишь укрепляет мысли о том, что путь не близок, и что самое интересное нам еще только предстоит увидеть.

Список использованной литературы

1. http://sdo.uspi.ru/mathem&inform/lek8/lek_8.htm

2. kunegin.narod.ru

3. Сергей Арзуманов. Секреты гитарного звука, Москва, 2003.

4. Симонович С.В. и др. Информатика. Базовый курс, «Питер», 2000.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Средства связи как технологии передачи информации: история, характеристика. Проводные, кабельные, воздушные, оптоволоконные линии связи. Беспроводные, радиорелейные, спутниковые системы; буквенно-цифровые сообщения. Сотовая связь, Интернет-телефония.

курсовая работа , добавлен 18.12.2012


Цифровые методы передачи информации. Цели кодирования сообщений. Классификация двоичных кодов. Принципы обнаружения и исправления ошибок кодами. Блок хранения данных на микросхемах К555ИР8. Принципиальная электрическая схема блока хранения данных.

реферат , добавлен 08.04.2013


Использование помехоустойчивого кодирования в системах передачи информации. Построение структурной схемы восьмиразрядного микроконтроллера M68HC11. Разработка алгоритма кодирования и декодирования информации. Подключение внешних портов ввода/вывода.

курсовая работа , добавлен 05.09.2014


Характеристика предприятия, история его формирования и развития. Ознакомление с цифровыми системами передачи данных, их обоснование и значение. Стажировка на рабочем месте службы мониторинга, особенности и принципы работы специалиста в данной отрасли.

отчет по практике , добавлен 13.06.2014


Параметры цифровой системы передачи информации. Дискретизация сообщений по времени. Квантование отсчетов по уровню, их кодирование и погрешности. Формирование линейного сигнала, расчет спектра. Разработка структурной схемы многоканальной системы передачи.

курсовая работа , добавлен 19.04.2012


Цифровые волоконно-оптические системы связи, понятие, структура. Основные принципы цифровой системы передачи данных. Процессы, происходящие в оптическом волокне, и их влияние на скорость и дальность передачи информации. Контроль PMD.

курсовая работа , добавлен 28.08.2007


Модель взаимодействия открытых систем. Сведения о сетях электросвязи. Цифровые системы передачи. Система сигнализации SSN7. Цифровая коммутационная система "Матрица". Технические характеристики системы. Цифровые системы уплотнения аналоговых линий.

реферат , добавлен 28.03.2009


Цель и понятие кодирования сообщений. Засекречивание передаваемой информации. Помехоустойчивое кодирование. Экономное кодирование - сокращения объема информации и повышения скорости ее передачи или сокращения полосы частот, требуемых для передачи.

реферат , добавлен 11.02.2009


Информация-это отражение разнообразия, присущего объектам и явлениям реального мира. Понятие информации. Свойства информации. Классификация информации. Формы представления информации. Информация-мера определенности в сообщении. Достоверность информации.

контрольная работа , добавлен 24.09.2008


Схема кодирования звуковой информации. Аналоговая и дискретная формы представления информации. Выделение количества уровней громкости в процессе кодирования звуковой информации. Качество двоичного кодирования звука. Расчет информационного объема.