Digitalizácia informácií

Prezentace na téma: "Digitalizácia informácií"— Transkript prezentace:

1 Digitalizácia informácií
Digitalizovať informáciu znamená zapísať ju v binárnom kóde (teda pomocou 0 a 1) podľa dohodnutých pravidiel S takýmito informáciami pracuje počítač. Každá z hodnôt 0, 1 predstavuje najmenšiu jednotku pomocou ktorej môžeme informáciu vyjadriť a nazýva sa bit Bit je teda základnou jednotkou informácie! Digitálne informácie vznikajú buď priamo v počítači, alebo boli pôvodne analógového pôvodu a zdigitalizovali sme ich neskôr

2 Najdôležitejšou vlastnosťou digitálnych informácií je rýchlosť a jednoduchosť, s akou sa dá s nimi počítať, ako rýchlo sa dajú spracúvať. Výhody digitálneho zápisu: digitalizovať sa dá každý typ informácie – text, obraz, hudba, video,... digitálne informácie sa dajú uchovávať v obrovských objemoch počítače ich dokážu spracovať neuveriteľnou rýchlosťou

3 Informácie – údaje - súbory
Informácie sú fakty, ktoré si vymieňajú priamo ľudia. Keď ich uložíme do počítača, stávajú sa údajmi. Keď ich človek použije opäť na svoj zámer, stávajú sa znova informáciami. Súbor je pomenovaná skupina údajov, ktoré spolu súvisia a sú uložené na niektorom pamäťovom médiu.

4 Ukladanie znakov a textu
Text sa v počítači zvyčajne ukladá tak, že sa postupne zakódujú jeho znaky (písmená). Zložitejšie texty obsahujú v počítači aj informácie o svojom formáte, teda o farbe a type písma, o veľkosti strany, veľkosti okrajov a pod. 4

5 Kódová tabuľka Každý znak (aj medzera) má svoj kód. Priradenie binárnych kódov znakom sa nazýva kódová tabuľka. Najrozšírenejší kód na kódovanie znakov je ASCII kód (American Standard Code for Information Interchange). Je 7 bitový, teda umožňuje zakódovať iba 128 znakov (teda písmená bez diakritiky). 5

6 Najnovším pokusom o univerzálne kódovanie je UNICODE
Najnovším pokusom o univerzálne kódovanie je UNICODE. Používa 16 bitov na zakódovanie jedného znaku, čo umožňuje zakódovať a uložiť možných znakov. Tento počet znakov umožňuje zakódovať znaky všetkých abecied pomocou jednej medzinárodnej tabuľky. Toto kódovanie zabezpečuje, že ten istý znak má rovnaký kód v každej krajine i na každom type počítača. 6

7 Úlohy: Úloha 1: Vyhľadajte si ASCII tabuľku kódov a nájdite v nej kódy pre znaky:  Úloha 2: Vyhľadajte si UNICODE tabuľku kódov a nájdite v nej kódy pre znaky: dz, dž, ch Akým spôsobom sa budú kódovať tieto písmená?

8 Ukladanie obrázkov a videa

9 1. Rastrové obrázky

10 skladajú sa z veľkého počtu malých bodov, ktoré vytvárajú mriežku, tzv
skladajú sa z veľkého počtu malých bodov, ktoré vytvárajú mriežku, tzv. raster každý z týchto bodov má určitú farbu a presnú polohu Programy: Skicár, Logo Motion,... alebo ich získame pomocou digitálneho fotoaparátu Výhody: malá veľkosť pre fotografie, jednoduché zobrazovanie Nevýhody: rozostrenie pri zmene veľkosti Príkladmi formátov sú BMP, GIF, JPEG, PNG, TIFF Platí tu pravidlo: Čím väčšie rozlíšenie a farebná hĺbka, tým väčšia kvalita rastru, ale tiež väčšia dátová veľkosť.

11 2. Vektorové obrázky

12 Programy: Zoner Calisto, Corel Draw,... Výhody:
sú zložené z grafických objektov napr. z úsečiek, kružníc, kriviek, textu jednotlivé časti obrázky sú ľahko editovateľné nezaberajú veľa miesta na disku Programy: Zoner Calisto, Corel Draw,... Výhody: možnosť ľubovoľného zväčšovania a zmenšovania obrázkov bez straty na kvalite práca s jednotlivými objektmi, ktoré je možné upravovať oproti bitmapovej grafike má výsledný súbor ďaleko menšiu dátovú veľkosť Príkladmi formátov sú CDR, ZMF,...

13 Porovnanie

14 Farebné palety (hĺbky)
BW Čiernobiela, na zakódovanie farby používa 1 bit 16 farieb Na zakódovanie farby používa 4 bity 256 farieb Na zakódovanie farby používa 8 bitov High color farieb - na zakódovanie jedného farebného bodu potrebujeme 16 bitov True color 16 miliónov farieb - na zakódovanie jedného farebného bodu potrebujeme 24 bitov

15 Veľkosť obrázka Veľkosť pamäte, ktorú bude zaberať uloženie obrázku sa teda dozvieme, ak vynásobíme jeho rozmery s počtom bitov podľa použitej farebnej hĺbky. Teda veľkosť obrázka s rozmermi 640x480, kódovaný farebnou hĺbkou BW, dostaneme: 640*480*1=307200 farebná hĺbka šírka výška veľkosť

16 Úlohy: Koľko bitov potrebujeme na zakódovanie čiernobieleho obrázka veľkosti 100 x 50 bodov? Koľko bitov potrebujeme na zakódovanie rovnako veľkého obrázka pri použití všetkých farebných hĺbok? Doplňte tabuľku:

17 Ukladanie zvuku

18 Ako sa ukladá zvuk Väčšina zvukov v reálnom svete má analógovú podobu, teda sa šíri v tvare vĺn. Ak chceme so zvukom pracovať na počítači, musíme ho previesť z analógovej podoby na digitálnu. Na to nám slúži analógovo digitálny prevodník. Jeho výsledkom sú zvukové vzorky, ktoré počítač ukladá väčšinou v súboroch typu WAV. Ak chceme zvukové vzorky z počítača opäť počuť, počítač ich musí previesť späť na analógový signál. Tomuto procesu hovoríme digitálne analógový prevod. Ak chceme analógovú, čiže spojitú vlnu digitalizovať a neskôr spracúvať a prehrávať na počítači, musí byť tento počítač vybavený zvukovou kartou.

19 Donedávna sa zvuky uchovávali napr. na gramofónových platniach.
Dnes sa však zvuky skoro výlučne nahrávajú alebo komponujú, spracúvajú, uchovávajú a prehrávajú pomocou počítačov.

20 Vzorkovacia frekvencia (sample rate)
Je to frekvencia ktorá udáva, koľko krát za sekundu sa zisťuje úroveň vstupného signálu pri procese digitalizácie zvuku Telefónna kvalita Hz Rozhlasová kvalita Hz CD kvalita Hz DVD audio kvalita Hz

21 Prevod analógovej zvukovej informácie na digitálnu
Prevod analógovej zvukovej informácie na digitálnu. Spojitý signál sa meria v pravidelných intervaloch (podstatne častejšie než ukazuje obrázok hore). Program, ktorý pracuje so zvukom, si potom prečíta hodnoty namerané zvukovou kartou a zaznamená ich v súbore typu WAV(Waveform Audio).Hustota, s akou sa meria výška vlny, sa nazýva vzorkovacia frekvencia. Zvyčajne to býva číslo medzi krát za sekundu až 192 OOO-krát za sekundu.

22 Veľkosť vzorky Udáva sa v bitoch
Určuje, aké rozdiely v hlasitosti, t.j. aký dynamický rozsah sa zaznamená Telefóna kvalita - 8 bit - mono Rozhlasová kvalita - 8 bit - mono CD kvalita - 16 bit - stereo DVD kvalita - 24 bit surround sound

23 Zvukové súbory typu WAV
WAV je formát, či metóda ukladanie zvukov v systéme MS Windows, signál je uložený v takej forme, ktorú je počítač schopný priamo spracovať.

24 Výpočet veľkosti zvukového súboru (nekomprimovaného)
Vypočítajte veľkosť zvukového súboru - 1 minúta nahrávky zvuku zaznamenaného so vzorkovacou frekvenciou Hz (kvalita CD),16 bitovým rozlíšením a stereo (2) kanálmi. Zvuk nie je komprimovaný a je uložený vo formáte WAV. Prepočítajte na KB (MB). Postup: 1s nahrávky pri vzorkovacej frekvencii Hz, pri 16 bitovom rozlíšení s 2-ma kanálmi - stereo zaberie 44100×16x2 = b Prepočet na bajty: /8 = B Prepočet na kilo bajty: /1024 = 172, KB 1 minúta nahrávky: 60*172, KiB = 10335,9375 KB = 10,09 MB.

25 Komprimácia – kompresia
Komprimácia (kompresia, pakovanie či balenie) dát je proces, pri ktorom sa znižuje objem dát, pričom existujú dva druhy komprimácie: nestratová - pri ktorej nedochádza k strate údajov. To znamená, že ak skomprimované dáta dekomprimujeme, získame úplne identické dáta. Takto sa balia napríklad textové, programové a iné súbory. Kompresia sa deje na základe vynechania redundantných (nadpočetných) informácií. Kompresný pomer, ktorý predstavuje pomer medzi veľkosťou dát pred spakovaním a po ňom, sa tu dá dosiahnuť až okolo 2:1, niekedy aj viac, to však závisí od druhu dát. stratová - je proces, pri ktorom sa vynechajú tie údaje, ktoré sú pre celkový dojem z dát nepodstatné. Kompresný pomer je niekedy až 200:1, ale dáta sa už po kompresii nikdy nedajú zrekonštruovať do pôvodnej podoby. Časť informácií totiž chýba. Stratovú koprimácia používa hlavne pre komprimovanie mediálnych súborov a to zvuk, obraz, video ... Zvuk komprimovaný do formátu MP3 má kompresný pomer najčastejšie 10:1 .

26 Zvukové súbory typu MP3 Čoraz častejšie sa stretávame s hudobnými súbormi vo formáte MP3. Najmä kvôli prenosu zvukov po Intemete je veľmi dôležitá veľkosť súborov. Formát MP3 kompresuje, čiže zhusťuje súbory typu WAV približne na jednu jedenástinu! Robí to tak, že niektoré zložky hudby jednoducho vynechá. Hudobníkov to asi nepoteší, ale bežné ľudské ucho takúto stratu ani nepostrehne.

27 Dátový tok – bitová rýchlosť
Bitová rýchlosť udáva, aký objem informácie sa prenesie za jednotku času. Základnou jednotkou bitovej rýchlosti je bit za sekundu (bit/s, b/s, alebo anglicky bps = bits per second). Jednotka udáva, koľko bitov informacie je preneseno za jednu s Audio 4 kbit/s – nutné minimum pre rozlíšiteľnú reč (za použitia špeciálnych kodekov na kódovanie reči) 8 kbit/s – telefónna kvalita 32 kbit/s – MW kvalita 96 kbit/s – FM kvalita 128 kbit/s – CD kvalita 192 kbit/s - bežne používaná bitová rýchlosť pre štandard MP3 320 kbit/s - najvyššia podporovaná úroveň používaná pre štandard MP3

28 Výpočet veľkosti zvukového súboru (komprimovaného)
Zvuk exportujte do formátu MP3 a vypočítajte koľkokrát sa zmenší veľkosť súboru (kompimačný pomer) ak použijeme bitový tok 128 Kib/s. Postup: 1s nahrávky s bitovým tokom 128 Kb/s (vo formáte MP3) zaberie 128 Kb Prepočet na bajty: 128/8 = 16 KB Komprimačný pomer bude 16: = 1:10,7666 po zaokrúhlení: 1:10,77 To znamená, že veľkosť zvukového súboru bude takme 11-krát menšia vo formáte MP3 ako vo formáte WAV. Takže 1 minúta nahrávky uložená vo formáte MP3 pri kompresnom pomere 128Kb/s, čiže 16 KB/s bude mať veľkosť: 16*60=960 KB

29 Digitalizácia videa Aby sme mohli v počítači upravovať videozáznam musíme jeho analógovú verziu transformovať do digitálnej podoby Základným prvkom transformácie je snímka (frame). Snímka je reprezentovaná pixlami v dvojrozmernej sieti (raster), kde každý pixel popisuje úroveň farby. Pri digitalizácii videa sú dôležité dva parametre: Rozmer snímky/obrazu – počet bodov v horizontálnom a vertikálnom smere Frekvencia snímok – počet snímok za sekundu Velkosť neskomprimovaného videa /bez zvuku/ Velkosť = velkosť snímky x frekvencia x dĺžka videa Vypočítajte: Akú veľkosť by zaberalo neskomprimované video s nastavením rozmerov 720 x 576 px, 24 bitovej farebnej hĺbky. Snímkovú frekvenciu kamery nastavíme na 16 frames/sec. Video má dĺžku 2 hodiny.

30 Digitalizácia videa Ako naznačuje predchádzajúca úloha, bežný film by takto zaberal niekoľko desiatok až stoviek GB. V praxi sú našťastie videosúbory podstatne menšie – tento problém rieši kompresia (komprimácia) Kompresia nám umožňuje zmenšiť veľkosť pôvodného súboru na zlomok jeho pôvodnej veľkosti, aj keď za cenu straty kvality. (využíva sa nedokonalosť ľudského oka) riešenia na zmenšenie objemu dát sú takéto: používať menšie obrázky za sekundu zobraziť menej obrázkov (pohyby potom nie sú plynulé, ale v mnohých situáciách to nevadí) zapamätať si prvý obrázok sekvencie, a potom ďalej už len tie údaje, ktoré sa zmenia pri prechode z prvého obrázka na druhý, z druhého na tretí...

31 Digitalizácia videa V súčasnej dobe existuje veľa spôsobov kompresie. Aby bolo možné súbor skomprimovať použitím jedného z algoritmov, a neskôr ho aj prehrať v multimediálnom prehrávači, musíme mať nainštalovaný príslušný kodek (codec). Kodek je medzičlánok medzi programom pre spracovanie videozáznamu a súborom, v ktorom je videozáznam uložený. Obsahuje postupy pre kompresiu určitým typom algoritmu – slúži na kódovanie a dekódovanie dátového toku (streamu) alebo signálu.Najčastejšie používané videokodeky sú: MPEG-2 codec, Divx codec, Xvid codec. Výsledný videosúbor môže byť uložený v rôznych formátoch. (.avi, .mpg, .mov, .wmv,.ra,.3gp...)

32 Sekvencia 4-roch obrázkov