При кодировании изображения в компьютерных технологиях осуществляется пространственная дискретизация изображения (разделение на конечное число элементов, в пределах каждого элемента оттенок цвета считают постоянным) и кодирование света, исходящего от каждого дискретного элемента. Пространственная сетка дискретных элементов, из которых строится изображение на экране монитора – растр, сами дискретные элементы пиксели.

Экран компьютера – это матрица управляемых элементов изображения (пикселов), путем включения и выключения которых можно создавать любые изображения, в том числе и цветные. Пиксел (pixel, точка) – наименьший элемент изображения на экране. Разрешающая способность экрана – размер сетки растра, задаваемого в виде произведения m x n, где m – число точек по горизонтали (число столбцов), а n – число точек по вертикали (число строк). Растровая графика – наиболее естественный способ формирования изображения на экране компьютера, метод создания иллюстрации с помощью точек. Если эти элементы достаточно малы, то изображение имеет непрерывный контур.

Черно-белое изображение получается с помощью оттенков фонового цвета, различающихся яркостью. Для цифрового кодирования цвета используются положительные целые двоичные числа. Если длина кода равна двум битам (на 1 пиксель отводится 2 бита), то получаем 4 уровня оттенков (00 – черный, 01 – темно-серый, 10 – светло-серый, 11- белый).

Рассмотрим изображение, состоящее из отрезков разных оттенков фонового цвета (черного, темно-серого и светло-серого), и его код.

В 16-ричной системе этот код будет иметь вид:

FFFF D55F CFEF CFEF CFEF CFEF FFFF FFFF.

Если для черно-белого изображения каждый пиксел кодируется 1 битом (вкл – выкл), то для 16 цветов уже необходимо на каждый пиксел 4 бита, для 256 цветов – 8 битов, для 65536 цветов – 16 битов, для цветного дисплея высокого качества (16 000 000 цветов) – требуется 24 бита (по 8 битов для красного, зеленого и синего цветов). Цветное изображение на экране получается смешиванием трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Представление цвета в виде разложения на составляющие красного, зеленого и синего цветов, называющееся по первым буквам их английских названий RGB (Red, Green, Blue), обусловлено свойствами восприятия человеческого глаза. Код цвета пикселя содержит информацию о доле каждого базового цвета. Например, для восьмицветной палитры (на 1 пиксель отводится 3 бита) имеем:

Информация об изображении, воспроизводимом на экране компьютера, хранится в видеопамяти – участке оперативной памяти компьютера. Страница – раздел видеопамяти, вмещающий информацию об «одном экране». Современные растровые графические экраны требуют для работы много видеопамяти. Например, цветному дисплею, работающему в режиме 1024х768 пикселов (с 24 битами видеопамяти на пиксел), необходимо 2,25 Мбайт ОЗУ только для хранения изображения.

В случае векторной (объектно-ориентированной) графики изображение рассматривается как совокупность графических примитивов (линий, окружностей, дуг и т.д.). Предполагается, что каждый создаваемый образ описывается математически с помощью параметров, меняя которые можно управлять формой, положением, шириной линии и текстурой объекта. Например, для окружности достаточно запомнить положение её центра, радиус, толщину и цвет линии.

Представление звука

Согласно теории информации, носитель информации, используемый для передачи сообщений в системе связи – сигнал (им может быть любой физический процесс, параметры которого изменяются, или находятся, в соответствии с передаваемым сообщением). Информация передается посредством последовательностей сигналов по каналам связи. Канал связи – это протяженная в пространстве среда, через которую носитель сообщения передается от передатчика к приемнику.

Непрерывный сигнал – параметр сигнала есть непрерывная функция от времени.

Дискретный сигнал – параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число значений. Цифровой сигнал может изменяться лишь в определенные моменты времени и принимать лишь заранее обусловленные значения (например, только значения напряжений 0 и 3.5 В). Моменты возможного изменения уровня цифрового сигнала задает тактовый генератор конкретного цифрового устройства.

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал требуется провести дискретизацию во времени и квантование по уровню.

Дискретизация – замена непрерывного (аналогового) сигнала последовательностью отдельных во времени отсчетов этого сигнала. На Рис.1 схематично показан процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал. Цифровой сигнал имеет в данном случае 5 уровней квантования, что обеспечивает невысокое качество преобразования. Изменение цифрового сигнала возможно лишь в определенные моменты времени (их на Рис.1 представлено 9). Показанный на рисунке слева непрерывный сигнал после преобразования заменяется числами 2-4-4-4-3-2-2-3-4. Совершенно очевидно, что чем больше уровней квантования и чем чаще во времени осуществляются отсчеты, тем точнее будет преобразован непрерывный сигнал в цифровой сигнал.

В соответствии со сказанным, различают две формы представления информации – непрерывную (аналоговую) и дискретную (цифровую). Непрерывная форма характеризует процесс, который не имеет перерывов и может изменяться в любой момент времени и теоретически на любую величину (например, речь человека, звучание музыкального произведения).

           аналоговый сигнал

  U                                                                                                 U

                                                                                           к                    цифровой сигнал

у                                                                                      в                        

р                                                                                      а  4

о                                                                                      н        

в                                                                                      т    3

е                                                                                      о        

н                                                                                      в    2

ь                                                                                      а        

                                                                                           н  1

                                                                                           и

                                                                           t          е           1  2    3   4      5     6   7    8   t

                                           время                                                                дискретизация

Рис.1. Преобразование аналогового сигнала в цифровой сигнал

Для кодирования звука есть два основных параметра: частота дискретизации (измерение амплитуды сигнала через одинаковые промежутки времени) и битовая глубина кодирования (длина двоичного кода, который будет представлять в памяти компьютера амплитуду сигнала).

В графическом виде дискретизацию и квантование звука можно представить как переход от гладкой кривой к ломаной кривой. На примере показано трехразрядное квантование аналогового сигнала:

В память компьютера будет записана последовательность двоичных чисел: 001 011 100 100 010 010 100 110 111 110.

Объем записанной звуковой информации будет равен 3*10=30 битов. Если одно измеряемое значение занимает 8 разрядов (1 байт) памяти, то число уровней квантования равно 2⁸ = 256, и точность измерения физической величины возрастает.