Основы цифрового представления и обработки акустической и визуальной информации

Визуальная информация

рисовал на меловой доске рожицу (носик, ротик, оборотик …) и обрамлял её прямоугольной рамкой. Затем задавал вопрос: каким образом этот рисунок сохранить в компьютере (передать по компьютерной сети, воспроизвести, отретушировать и т.п., то есть обработать с помощью компьютера), который, как известно, работает только с цифрами. Далее предлагал решение: наносил на рисунок серию вертикальных и горизонтальных линий, получившиеся строки и столбцы нумеровал. Таким образом, каждая ячейка сетки получала цифровой адрес. После этого демонстрировал собственно процесс «перевода» рисунка в массив цифр («мешок цифр»). Для этого справа от рисунка столбиком выписывал позиционное обозначение (адрес) каждой ячейки, а рядом с ним записывал «0», если в текущей ячейке отсутствовал элемент изображения, и «1», когда текущая ячейка содержала изображение. В результате обучаемым демонстрировался процесс преобразования монохромного рисунка во множество троек, первая цифра которых указывала номер строки, вторая – номер столбца ячейки и третья – наличие или отсутствие тона ячейки. Неоднократно я убеждался, что большинство недотёп усваивало суть преобразования. Далее, я не ленился и, нарисовав на меловой доске, справа от столбца цифр второй линованный прямоугольник, демонстрировал обратный процесс преобразования массива цифр в копию изображения. Естественно, копия получалась более «угловатая», чем исходное изображение (при наличии соответствующей единицы, я, естественно, затушёвывал ячейку целиком). Это позволяло мне пояснить обучаемым, что точность «копирования» зависит от установленного числа ячеек - чем оно больше, тем меньше копия отличается от оригинала (впоследствии этот вывод использовался при обсуждении разрешающей способности объектива, принтера). Естественно, всё изложенное выше справедливо для контурного рисунка. Я пояснял, что для полутонового рисунка к каждой тройке следует добавить четвёртую цифру – кода яркости ячейки в соответствии с заранее принятой шкалой полутонов. В завершение, я объяснял, что сохранить цветное изображение в виде массива цифр можно точно также, добавив лишь к каждой четвёрке пятую цифру, обозначающую код цвета ячейки в соответствии с установленной палитрой цветов (конечно, позже следует уточнить, что цветное изображение фактически складывается из трёх – R, G, и B).

Акустическая информация.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (DAC) (цифро-аналогового преобразователя).

Как правило, АЦП — электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Тем не менее, некоторые неэлектронные устройства, такие как преобразователь угол-код, следует также относить к АЦП.

Аналоговый сигнал является непрерывной функцией времени, в АЦП он преобразуется в последовательность цифровых значений. Следовательно, необходимо определить частоту выборки цифровых значений из аналогового сигнала. Частота, с которой производятся цифровые значения, получила название частота дискретизации АЦП.

Непрерывно меняющийся сигнал с ограниченной спектральной полосой подвергается оцифровке (то есть значения сигнала измеряются через интервал времени T — период дискретизации) и исходный сигнал может быть точно восстановлен из дискретных во времени значений путём интерполяции. Точность восстановления ограничена ошибкой квантования. Однако в соответствии с теоремой Котельникова-Шеннона точное восстановление возможно только если частота дискретизации выше, чем удвоенная максимальная частота в спектре сигнала.

Поскольку реальные АЦП не могут произвести аналого-цифровое преобразование мгновенно, входное аналоговое значение должно удерживаться постоянным по крайней мере от начала до конца процесса преобразования (этот интервал времени называют время преобразования).

Не следует путать квантование с дискретизацией (и, соответственно, шаг квантования с частотой дискретизации). При дискретизации изменяющаяся во времени величина (сигнал) замеряется с заданной частотой (частотой дискретизации), таким образом, дискретизация разбивает сигнал по временной составляющей (на графике — по горизонтали). Квантование же приводит сигнал к заданным значениям, то есть, разбивает по уровню сигнала (на графике — по вертикали). Сигнал, к которому применены дискретизация и квантование, называется цифровым.

На консультации Мулин рисовал синусоидальный сигнал, который вертикальными линиями разбивал на равные отрезки. По идеи между отрезками должна быть постоянная амплитуда. Говорил про битность- сколько бит отводится для для записи 1 измерения( продвинутое – 24 бита)