Алгоритмы статистического кодирования

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Информационная технология — это совокупность методов, производственных процессов и программно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, обработку, хранение, распространение и отображение информации с целью снижения трудоемкости процессов использования информационного ресурса, а также повышения их надежности и оперативности. Информационные технологии характеризуются следующими основными свойствами: · предметом (объектом) обработки (процесса) являютсяданные; · целью процесса является получениеинформации; · средствами осуществления процесса являются программные, аппаратные и программно-аппаратныевычислительные комплексы; · процессы обработки данных разделяются наоперации в соответствии с данной предметной областью; · выбор управляющих воздействий на процессы должен осуществлятьсялицами, принимающими решение; · критериями оптимизации процесса являютсясвоевременность доставки информации пользователю, еенадежность, достоверность, полнота. Информационные процессы- сбор, обработка,обмен и хранение. Технологический процесс обработки информации - совокупность взаимосвязанных ручных и машинных операций по обработке информации на всех этапах ее прохождения с целью получения результатов обработки в форме, удобной для восприятия. 2)Информационная технология является предметом изучения новой науки Итологии Предмет итология это информационные технологии, а так же процессы связанные с их созданием и перемещением. Итология- это общее значимая научная дисциплина, играющая такую же роль как и математика и философия. Итологии рассматривает только: формализацию анализа и синтез знаний. 3) Классификация ИТ: 1. По методам и средствам обработки данных: · глобальные ИТвключают модели, методы и средства использования информационных ресурсов в обществе в целом; · базовые ИТориентированны на определенную область применения: производство, научные исследования, проектирование, обучение и т.д.; · конкретные ИТзадают обработку данных в реальных задачах пользователя. 2. По обслуживаемым предметным областям: · ИТ в бухгалтерском учете; · ИТ в банковской деятельности; · ИТ в налоговой деятельности; · ИТ в страховой деятельности; · ИТ в статистической деятельности и т.д. · 4. По типу пользовательского интерфейса(рисунок 1.2). · Пользовательский интерфейс - взаимодействие компьютера с пользователем. · Эта классификация позволяет говорить о системном и прикладом интерфейсе. · Прикладной интерфейссвязан с реализацией некоторых функциональных информационных технологий. · Системный интерфейс - набор приемов взаимодействия с компьютерами, которое реализуется операционной системой или ее надстройкой. · Командный интерфейс - самый простой, обеспечивает выдачу на экран системного приглашения для ввода команды (в ОС MS DOS системное приглашение: С:\>, в ОС Unix - $). · WIMP - интерфейс . При его использовании на экране высвечивается окно, содержащее образы программ и меню действий. Для выбора одного из них используется указатель мыши. · SILK - интерфейс. При использовании этой информационной технологии на экране по речевой команде происходит перемещение от одних поисковых образов к другим по смысловым (семантическим) связям. Интегрированные ИТ – это совместное использование компонентов, например наш сервер АГУ, все испл. ПО с сервера. 4) Функциональные ИТ Для решения задач определенной предметной области используется функциональные IT-технологии, являющиеся модификацией обеспечивающих технологий. Преобразование общеупотребительного инструментария в специальный или смена обеспечивающей информационной технологии в чистом виде на функциональную. Например, в работе технического отдела крупного предприятия. Отдельные IT-технологии диспетчерской, бухгалтерии информационного отдела объединяются в функциональную IT-технологию. Работник технического отдела владеет собственными обеспечивающими технологиями и специальными функциональными технологиями других подразделений. 5) Обеспечивающие ИТ Программное обеспечение (ПО) - совокупность программ, реализующих функции и задачи ИС и обеспечивающих работу компьютерных технических средств; инструктивно-методические материалы по применению средств ПО; а также персонал, занимающийся разработкой и сопровождением ПО на весь период жизненного цикла ИС. ПО делится на: · общесистемное; · прикладное. Общесистемное ПО классифицируется: · ОС (операционная система); · тестовые и диагностические программы; · антивирусные программы; · командно-файловые процессоры (оболочки). Операционные системы являются основными программными комплексами, выполняющими следующие основные функции: · тестирование работоспособности вычислительной системы и ее настройка при первоначальном включении; · обеспечение аппаратного, программного и пользовательского интерфейсов. Прикладное ПО классифицируется: · системы подготовки текстовых документов; · СУБД; · системы обработки финансово-экономической информации; · личные ИС; · система подготовки; · системы управления проектами; · экспертные системы (ЭС) и информационные системы поддержки принятия решения; · системы индивидуального проектирования и совершенствования управления. Техническое обеспечение (ТО) - это комплекс технических средств, обеспечивающих работу ИС; методические и руководящие материалы, техническая документация; обслуживающий эти технические средства персонал. В составе комплекса технических средств обеспечения ИТ выделяют: · средства компьютерной техники; · средства коммуникационной техники; · средства организационной техники. 6) Пользовательский интерфейс - это программных и аппаратных средств, обеспечивающих взаимодействие пользователя с компьютером. Основу такого взаимодействия составляют диалоги. Под диалогом в данном случае понимают регламентированный обмен информацией между человеком и компьютером, осуществляемый в реальном масштабе времени и направленный на совместное решение конкретной задачи. Каждый диалог состоит из отдельных процессов ввода/вывода, которые физически обеспечивают связь пользователя и компьютера. Обмен информацией осуществляется передачей сообщения. Командный интерфейс – это сочетание клавы + монитора(алфавитного) такое сочитание называли «Терминалом» или же «Консоль» . В таком интерфейсе преобладают файлы .тхт . Графический интерфейс – это что то похожие на «Тотал Командр» или же панель «ЦМД» -возможность выделения -переопределения клавиш -использование монипуляторов -использование цв. Мониторов Речевой интерфейс - При использовании этой информационной технологии на экране по речевой команде происходит перемещение от одних поисковых образов к другим по смысловым (семантическим) связям. - "Проснись" - включение голосового интерфейса. - "Отдыхай" - выключение речевого интерфейса. - "Открыть" - переход в режим вызова той или иной программы. Имя программы называется в следующем слове. - "Буду диктовать" - переход из режима команд в режим набора текста голосом. - "Режим команд" - возврат в режим подачи команд голосом. Биометрический интерфейс – для управление ПК в таком интерфейсе используется выражение лица и действия человека. Для индефикации используют сетчатку глаза, отпечатки пальцев и другую уникальную информацию. Изображение считывается с цифровой видеокамеры. Общественный интерфейс – возник в конце 70-х годов, в связи развития искусственного интеллекта . Основные отличия: отсутствие команд при общение с компьютером Запрос формируется на естественном языке, в виде связанного текста и образов. По своей сути это трудно называть интерфейсом - это уже моделирование "общения" человека с компьютером. 7) Текстовые процессоры(редакторы) позволяют готовить текстовые документы, которые могут включать и таблицы, и рисунки, и диаграммы. Примером пакетов этого класса являются MS Word, Блокнот, WordPad. Перечень выполняемых функций, например MS Word, очень широк и изучается студентами в лабораторном практикуме по информатике. Табличные процессоры(типичный пример - MS Excel) позволяют обрабатывать большие объемы числовой информации (не исключая при этом обычную символьную), формируя из данных таблицы. Можно сказать, что это очень мощные калькуляторы, хранящие в своей памяти огромные числовые массивы и позволяющие выполнять над ними различные арифметические и логические операции, формировать диаграммы и делать множество других операций, полезных для решения различных задач пользователя. Аналогично пакету MS Word, табличный процессор MS Excel изучается в лабораторном практикуме по информатике. Графические редакторыпозволяют генерировать различные изобразительные объекты. Они делятся на 2 класса - растровой и векторной графики - в зависимости от того, какое внутреннее представление этих объектов в них поддерживается. Редакторы растровой графики используются для работы с фотографиями. Они кодируют фотоизображения в цифровую форму и позволяют выполнять над ними различные редактирующие операции (выделение фрагментов, перемещение, вырезание, копирование и т.д.). Примерами редакторов этого класса являются: Adobe Photoshop, Aldus Photo Styler, Picture Publisher, Photo Works Plus. Редакторы векторной графики используются для профессиональной работы, связанной с технической и художественной иллюстрацией с последующей цветной печатью. Они занимают промежуточное место между САПР и настольными издательскими системами. Включают инструментарий для создания графического объекта; средства манипулирования объектами; средства обработки текста в части оформления и модификации параграфов, работы со шрифтами; средства вывода на печать и настройки цвета. Примерами графических редакторов этого класса являются Corel Draw, Adobe Illustrator, Aldus Free Hand, Professional Draw. Системы управления базами данных (СУБД)используются для автоматизации процедур создания, хранения и извлечения электронных данных. Различаются способом организации данных, форматом, языком формирования запросов на операции с данными. типичными примерами являются MS Access, Oracle, Paradox. Пакеты программ мультимедиа используются для отображения (воспроизведения) и обработки аудио- и видеоинформации. Включают, в частности, пакеты Director for Windows, Multimedia Viewer Kit, NEC MultiSpin. Пакеты демонстрационной графики- это конструкторы графических образов деловой информации, призванные в наглядной и динамической форме представлять результаты некоторых аналитических исследований. последовательность работы с такими пакетами включает шаги: разработка общего плана представления, выбор шаблона для оформления элементов, формирование и импорт элементов (текст, графика, таблицы, диаграммы, звуковые эффекты, видеоклипы). Примеры таких пакетов: Power Point, Harvard Graphics, WordPerfect Presentations. 8) Графические ИТ : Коммерческая графика, Научная графика, а так же иллюстративная графика 1) Коммерческая графика- это изображение таблиц и отдельных локальных файлов в виде 2-3-х мерных графиках и диаграммах. 2) Научная графика предназначена для обслуживания задач картографии, оформление научных расчетов содержащие химические\математические формулы . 3)Иллюстративная графика дает возможность создания иллюстративных док-ов Существует: регулярная - векторная -фрактальная не регулярная -растровая(точечные рисунки) Так же существует 2Д и 3Д рисунки Есть Статичная и анимированная графика. 9) ИТ иллюстративной графики - графики дают возможность создания иллюстраций для различных текстовых документов в виде регулярных - различные геометрические фигуры (так называемая векторная графика) - и нерегулярных структур - рисунки пользователя (растровая графика). Процессоры, реализующие ИТ иллюстративной растровой графики, позволяют пользователю выбрать толщину и цвет линий, палитру заливки, шрифт для записи и наложения текста, созданные ранее графические образы. Кроме того, пользователь может стереть, разрезать рисунок и перемещать его части. Эти средства реализованы в ИТ Paint Brush. Но есть ИТ, позволяющие просматривать изображения в режиме слайдов, спецэффектов и оживлять их (Corel Draw, Storyboard, 3d Studio). 10) Представление объектов векторной графики - это способ представления сложных объектов. В данном методе картинка состоит из объектов, которые в свою очередь состоят из контура или контуров, а также заливки. Каждый объект, находиться в определенном слое. Слои могут быть выше и ниже, и за счет наложения объекта на объект вы не теряете изображение под ним (в этом существенное отличие от растровой графики), это все равно, что, вырезав из бумаги отдельные картинки формировать конечное изображение: поворачивая, растягивая, накладывая их друг на друга до получения конечного изображения. 11)Представление объектов векторной графики Растровое представление графики базируется на понятии растра. Растр – это совокупность объектов (в данном случае пикселей), размещенных в одинаковые строки и столбцы. Т.е. растровый компьютерный файл можно рассматривать как набор маленьких цветных или серых квадратиков, образующих мозаику изображения. Т.к. размер этих квадратиков заведомо мал, то при просмотре растровой графики эти квадратики сливаются друг с другом, образуя непрерывную смену цветов. Растровый формат хранения изображения имеет как свои преимущества, так и недостатки. Одним из больших плюсов растровой графики является возможность работы с полутонами, т.е. возможность передавать изображение точно также, как оно выглядит в жизни. А вот среди недостатков основной проблемой является размер файла. Естественно, чем больше пикселей отведено для формирования изображения, тем выше качество передаваемого изображения, но, тем самым больше будет и размер файла. 12)Разрешающая способность На экране компьютерного монитора изображение строится из пикселей. Количество пикселей в одном дюйме экрана, которые может отображать монитор, определяет раз- решающую способность монитора. Она зависит от размера экрана и текущего разреше- ния видеокарты, которое в современных мониторах может изменяться от 640×480 до 1800×1440 пикселей. В большинстве случаев монитор настраивается так, что его разре- шающая способность составляет 72 пикселя на дюйм (ppi). Это означает, что при низком разрешении видеокарты – 640×480 – экранные пиксели будут велики, а при высоком - 1800 х 1440 – очень малы. Когда растровое изображение выводится на экран монитора, все пиксели изображения представляются с помощью определенного числа экранных пикселей. Разрешающая способность монитора определяет размер экранного изображения, и ее не следует путать с графическим разрешением, характеризующим плотность пикселей в изображении. Например, размер фотографии с разрешением 144 ppi на экране монитора с разрешаю- щей способностью 72 ppi будет вдвое превышать реальный размер, поскольку в каждом дюйме экрана могут быть отображены только 72 из 144 пикселей. При выводе на мони- тор с разрешающей способностью 120 ppi то же самое изображение будет лишь незначи- тельно больше оригинала, так как в этом случае в каждом дюйме экрана смогут уме- ститься уже 120 из 144 пикселей. 13)Представление цвета, цветовые схемы В Direct3D цвета задаются путем указания тройки значений RGB. То есть мы указываем интенсивность красного, зеленого и синего цветов. Последующее смешивание этих трех компонентов дает в результате итоговый цвет. С помощью комбинаций красного, зеленого и синего мы можем представить миллионы цветов. Для хранения информации о цвете мы будем использовать тип D3DCOLOR, который представляется значением DWORD и является 32-разрядным. Отдельные разряды в типе D3DCOLOR делятся на четыре 8-разрядных секции, каждая из которых хранит интенсивность отдельного компонента. Поскольку для каждого цвета выделено по байту памяти, его интенсивность может принимать значения от 0 до 255. Чем ближе значение к 0, тем меньше интенсивность цвета, и чем ближе значение к 255 — тем больше интенсивность. Если задавать каждый компонент цвета и затем помещать его в требуемую позицию значения типа D3DCOLOR, потребуется выполнить несколько поразрядных операций. Direct3D предоставляет макрос с именем D3DCOLOR_ARGB, который выполнит все эти действия за нас. У макроса есть по одному параметру для каждой цветовой составляющей и один параметр для альфа-канала. Значение каждого параметра может быть от 0 до 255. Цветовые схемы: RGB Эта аддитивная схема принята в большинстве световых аппаратных решений, включая мониторы. Базовыми являются 3 цвета: красный (Red), зелёный (Green) и синий (Blue). Цвета образуются при слиянии трёх пучков света (красном синем и зелёном). Чем ярче пучок какого либо цвета, тем этот цвет будет насыщенней. Если все 3 пучка максимально ярки, то получается белый цвет, а если ни один из них не светит, то чёрный.

CMYK

Эта схема используется в различных принтерах. Базовыми являются 4 цвета: бирюзовый (Cyan), пурпурный (Magenta), жёлтый (Yellow) и чёрный (blacK). Чёрный цвет используется из – за того, что при смешивании 3 остальных цветов получается грязь, а не как не чёрный. Почему же были выбраны именно бирюзовый, пурпурный и жёлтый цвета? Дело в том, что в отличие от мониторов, которые сами излучают свет, принтеры, а вернее их распечатки, вынуждены пользоваться отражённым светом. В зависимости от того, какую часть света краска поглощает, а какую отражает, мы видим разные цвета. Если две краски смешать, то смесь будет поглощать все те цвета, которые поглощала первая краска, и все те, которые поглощала вторая, а отражаться будет то, что осталось.

14)Масштабирование изображения

Масштабирование изображения позволяет сжать или растянуть его по горизонтали и/или вертикали. При этом изменяется ширина и/или высота изображения. Для масштабирования задаются масштабные коэффициенты – то, насколько нужно сжать/растянуть изображение по горизонтали или вертикали. Масштабные коэффициенты могут задаваться в нормализованной, процентной или непосредственной форме. В нормализованной форме за единицу принимаются размеры исходного изображения. Значения меньше единицы указывают на сжатие изображения, значения больше единицы – на растяжение. В процентной форме нормализованные значения умножаются на 100 %. В непосредственной форме новые размеры по горизонтали и вертикали задаются в виде количества пикселей по тому или другому измерению.

Возникает вопрос о том, каким образом определять цвета при изменении размеров изображения. Существует два основных подхода к этой проблеме:

1. Цвет пикселя в масштабированном изображении принимается равным цвету ближайшего к нему пикселя исходного изображения.

2. Использование интерполяции. В этом случае цвет пикселя масштабируемого изображения вычисляется, как значение некоторой интерполирующей функции от цветов соседних пикселей в исходном изображении. При использовании билинейной интерполяции цвет вычисляется, как взвешенная сумма ближайших четырёх пикселей исходного изображения (при увеличении) или как взвешенная сумма группы пикселей (при уменьшении).

15)Сжатие изображения. Алгоритмы сжатия

Сжатие изображений — применение алгоритмов сжатия данных к изображениям, хранящимся в цифровом виде. В результате сжатия уменьшается размер изображения, из-за чего уменьшается время передачи изображения по сети и экономится пространство для хранения. Сжатие изображений подразделяют на сжатие с потерями качества и сжатие без потерь. Сжатие без потерь часто предпочтительней для искусственно построенных изображений, таких как графики, иконки программ, либо для специальных случаев, например, если изображения предназначены для последующей обработки алгоритмами распознавания изображений. Алгоритмы сжатия с потерями при увеличении степени сжатия как правило порождают хорошо заметные человеческому глазу артефакты.

Алгоритм сжатия без потерь:

Алгоритм RLE

Все алгоритмы серии RLE основаны на очень простой идее: повторяющиеся группы элементов заменяются на пару (количество повторов, повторяющийся элемент). Рассмотрим этот алгоритм на примере последовательности бит. В этой последовательности будут чередовать группы нулей и единиц. Причём в группах зачастую будет более одного элемента. Тогда последовательности 11111 000000 11111111 00 будет соответствовать следующий набор чисел 5 6 8 2. Эти числа обозначают количество повторений (отсчёт начинается с единиц), но эти числа тоже необходимо кодировать. Будем считать, что число повторений лежит в пределах от 0 до 7 (т.е. нам хватит 3 бит для кодирования числа повторов). Тогда рассмотренная выше последовательность кодируется следующей последовательностью чисел 5 6 7 0 1 2. Легко подсчитать, что для кодирования исходной последовательности требуется 21 бит, а в сжатом по методу RLE виде эта последовательность занимает 18 бит.

Хоть этот алгоритм и очень прост, но эффективность его сравнительно низка. Более того, векоторых случаях применение этого алгоритма приводит не к уменьшению, а к увеличению длины последовательности. Для примера рассмотрим следующую последовательность 111 0000 11111111 00. Соответствующая ей RL-последовательность выглядит так: 3 4 7 0 1 2. Длина исходной последовательности – 17 бит, длина сжатой последовательности – 18 бит.

Этот алгоритм наиболее эффективен для чёрно-белых изображений. Также он часто используется, как один из промежуточных этапов сжатия более сложных алгоритмов.

Алгоритмы статистического кодирования

Алгоритмы этой серии ставят наиболее частым элементам последовательностей наиболее короткий сжатый код. Т.е. последовательности одинаковой длины кодируются сжатыми кодами различной длины. Причём, чем чаще встречается последовательность, тем короче, соответствующий ей сжатый код.

Арифметическое кодирование

Алгоритмы арифметического кодирования кодируют цепочки элементов в дробь. При этом учитывается распределение частот элементов. На данный момент алгоритмы арифметического кодирования защищены патентами, поэтому мы рассмотрим только основную идею.

Пусть наш алфавит состоит из N символов a1,…,aN, а частоты их появления p1,…,pN соответственно. Разобьем полуинтервал [0;1) на N непересекающихся полуинтервалов. Каждый полуинтервал соответствует элементам ai, при этом длина полуинтервала пропорциональна частоте pi.

Кодирующая дробь строится следующим образом: строится система вложенных интервалов так, чтобы каждый последующий полуинтервал занимал в предыдущем место, соответствующее положению элемента в исходном разбиении. После того, как все интервалы вложены друг в друга можно взять любое число из получившегося полуинтервала. Запись этого числа в двоичном коде и будет представлять собой сжатый код.

Декодирование – расшифровка дроби по известному распределению вероятностей. Очевидно, что для декодирования необходимо хранить таблицу частот. Арифметическое кодирование чрезвычайно эффективно. Коды, получаемые с его помощью, приближаются к теоретическому пределу. Это позволяет утверждать, что по мере истечения сроков патентов, арифметическое кодирование будет становиться всё более и более популярным.

Алгоритмы сжатия с потерями:

Алгоритм сжатия JPEG

JPEG на данный момент один из самых распространенных способов сжатия изображений с потерями. Опишем основные шаги, лежащие в основе этого алгоритма. Будем считать, что на вход алгоритма сжатия поступает изображение с глубиной цвета 24 бита на пиксел (изображение представлено в цветовой модели RGB).

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 216; Мы поможем в написании вашей работы!
Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!