Информационные технологии. Биологический институт Томский государственный университет Лекция доклад на Общие темы

Доклад раскрывает тему "Информационные технологии. Биологический институт Томский государственный университет Лекция".
Презентация поможет подготовится к предмету Общие темы, может быть полезна как ученикам и студентам, так и преподавателям.
Материал представлен на 64 страницах, оформлен в виде презентации, доступен для скачивания и просмотра онлайн.

Навигация по документу

Страница №1
Страница №2
Дмитрий Владимирович
Курбатский
научный сотрудник НИЛБиЭМ БИ ТГУ, магистр биологии
Зоологический музей (к. 123)
Кафедра зоологии позвоночных (к. 126)
Дмитрий Владимирович Курбатский научный сотрудник НИЛБиЭМ БИ ТГУ, магистр биологии Зоологический музей (к. 123) Кафедра зоологии позвоночных (к. 126)
Страница №3
Блок 1
Кодирование звуковых данных
Блок 1 Кодирование звуковых данных
Страница №4
ЦАП и АЦП
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал).
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, DAC) — устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд).
ЦАП и АЦП Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, DAC) — устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд).
Страница №5
Схема АЦП
Схема АЦП
Страница №6
Схема ЦАП
Схема ЦАП
Страница №7
Квантование (quantization) 
—разбиение диапазона значений непрерывной или дискретной величины на конечное число интервалов.
имеет шаг.
~ битности.
Квантование (quantization) —разбиение диапазона значений непрерывной или дискретной величины на конечное число интервалов. имеет шаг. ~ битности.
Страница №8
Разрядность квантования
2^N уровней
N – разрядность
При N = 16+ бит – погрешности становятся почти незаметными.
Разрядность квантования 2^N уровней N – разрядность При N = 16+ бит – погрешности становятся почти незаметными.
Страница №9
Шум квантования
Шум квантования
Страница №10
Дискретизация
При дискретизации изменяющаяся во времени величина (сигнал) замеряется с заданной частотой.
имеет частоту
частота дискретизации
частота выборки
частота сэмпли-
рования
Дискретизация При дискретизации изменяющаяся во времени величина (сигнал) замеряется с заданной частотой. имеет частоту частота дискретизации частота выборки частота сэмпли- рования
Страница №11
Цифровой сигнал
= квантование + дискретизация
Цифровой сигнал = квантование + дискретизация
Страница №12
Цифровой сигнал
Цифровой сигнал
Страница №13
Цифровой сигнал
Цифровой сигнал
Страница №14
Цифровой сигнал
Размеры данных при кодировании:
1 с. стереозвука PCM:
2 (канала)
	*
2 (байта = 16 бит)
	*
44 100 Гц
	=
176 400 байт ~ 176 кБ
Это без сжатия.
Цифровой сигнал Размеры данных при кодировании: 1 с. стереозвука PCM: 2 (канала) * 2 (байта = 16 бит) * 44 100 Гц = 176 400 байт ~ 176 кБ Это без сжатия.
Страница №15
Характеристики АЦП
Поддерживаемый диапазон частот (Hz, Гц)
Динамический диапазон (dB, дБ)
Разрядность (бит)
Частота дискретизации (Hz, Гц)
теорема Котельникова
fd > 2 * fmax
частота Найквиста
Характеристики АЦП Поддерживаемый диапазон частот (Hz, Гц) Динамический диапазон (dB, дБ) Разрядность (бит) Частота дискретизации (Hz, Гц) теорема Котельникова fd > 2 * fmax частота Найквиста
Страница №16
Импульсно-кодовая модуляция
– дискретизация сигнала во времени в совокупности с методом однородного квантования.
Pulse Code Modulation – PCM
Записываются абсолютные значения амплитуды.
Пример:
16 бит
44.1 кГЦ
до 20 000 Гц (с запасом)
Импульсно-кодовая модуляция – дискретизация сигнала во времени в совокупности с методом однородного квантования. Pulse Code Modulation – PCM Записываются абсолютные значения амплитуды. Пример: 16 бит 44.1 кГЦ до 20 000 Гц (с запасом)
Страница №17
Дополнительные действия
Помехоустойчивое кодирование
Перемежитель
Канальное кодирование
Дополнительные действия Помехоустойчивое кодирование Перемежитель Канальное кодирование
Страница №18
Звуковой компакт-диск
он же CDDA, он же Compact Disc Digital Audio, он же Audio CD, он же  Red Book
1980 год, Philips
и Sony
Звуковой компакт-диск он же CDDA, он же Compact Disc Digital Audio, он же Audio CD, он же Red Book 1980 год, Philips и Sony
Страница №19
Звуковой компакт-диск
Максимальное время всех записей — 74 (79,8) мин.
Минимальное время трека — 4 секунды (включая 2-секундную паузу)
Максимальное количество треков — 99
Максимальное число точек отсчёта (разделов трека) — 99 без ограничений по времени
Должен присутствовать International Standard Recording Code (ISRC)
Диаметр диска — 120 мм
Диаметр центрального отверстия — 15 мм
Толщина диска — 1,2 мм
Материал — поликарбонат
Воспроизведение информации — постоянная линейная скорость 1,2-1,4 м/с
Звуковой компакт-диск Максимальное время всех записей — 74 (79,8) мин. Минимальное время трека — 4 секунды (включая 2-секундную паузу) Максимальное количество треков — 99 Максимальное число точек отсчёта (разделов трека) — 99 без ограничений по времени Должен присутствовать International Standard Recording Code (ISRC) Диаметр диска — 120 мм Диаметр центрального отверстия — 15 мм Толщина диска — 1,2 мм Материал — поликарбонат Воспроизведение информации — постоянная линейная скорость 1,2-1,4 м/с
Страница №20
Звуковой компакт-диск
Шаг дорожки — 1,6 ± 0,1 мкм
Ширина питов — 0,4 мкм
Глубина питов — 0,12 мкм
Длина питов — 0,83—3,1 мкм
Длина волны лазера — 780 нм
Частота дискретизации — 44,1 кГц
Разрядность — 16 бит (линейное квантование)
Скорость считывания звуковой информации — 1,4112 Мбит/с
Общая скорость считывания информации — 1,9404 Мбит/с
Коррекция ошибок — CIRC (двойной код Рида-Соломона с тройным перемежением)
Избыточность — 25 %
Максимальный объём информации, записанной на диске — 650 (700, 800, 900) МБ
Скорость чтения/записи CD указывается кратной 150 Кб/с
Звуковой компакт-диск Шаг дорожки — 1,6 ± 0,1 мкм Ширина питов — 0,4 мкм Глубина питов — 0,12 мкм Длина питов — 0,83—3,1 мкм Длина волны лазера — 780 нм Частота дискретизации — 44,1 кГц Разрядность — 16 бит (линейное квантование) Скорость считывания звуковой информации — 1,4112 Мбит/с Общая скорость считывания информации — 1,9404 Мбит/с Коррекция ошибок — CIRC (двойной код Рида-Соломона с тройным перемежением) Избыточность — 25 % Максимальный объём информации, записанной на диске — 650 (700, 800, 900) МБ Скорость чтения/записи CD указывается кратной 150 Кб/с
Страница №21
Другие варианты
Логарифмическое квантование
Дельта-кодирование (Adaptive Delta PCM)
Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция
Сигма-дельта-модуляция
Другие варианты Логарифмическое квантование Дельта-кодирование (Adaptive Delta PCM) Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция Сигма-дельта-модуляция
Страница №22
Связанные понятия
джиттер jitter
Связанные понятия джиттер jitter
Страница №23
Связанные понятия
алиасинг aliasing
Связанные понятия алиасинг aliasing
Страница №24
Связанные понятия
интерполяция
подмешивание псевдослучайного сигнала dither
передискретизация
отношение сигнал/шум
полоса пропускания
Связанные понятия интерполяция подмешивание псевдослучайного сигнала dither передискретизация отношение сигнал/шум полоса пропускания
Страница №25
Сравнение аудиоформатов
Сравнение аудиоформатов
Страница №26
MIDI
Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов
Секвенсоры
MIDI Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов Секвенсоры
Страница №27
Блок 2
Сжатие данных
Блок 2 Сжатие данных
Страница №28
Медиаконтейнер
– формат файла или потока данных, определяющий только способ сохранения (т.е. внутренней структуры этого файла) данных, но НЕ алгоритм кодирования.
Примеры:
Графика: JPEG, TIFF
Аудио: WAV
Многоцелевые: 3GP, Matroska, AVI
Медиаконтейнер – формат файла или потока данных, определяющий только способ сохранения (т.е. внутренней структуры этого файла) данных, но НЕ алгоритм кодирования. Примеры: Графика: JPEG, TIFF Аудио: WAV Многоцелевые: 3GP, Matroska, AVI
Страница №29
Кодек
(codec, от coder/decoder — шифратор/дешифратор — кодировщик/декодировщик или compressor/decompressor) — устройство или программа, способная выполнять преобразование данных или сигнала.
видеокодек
аудиокодек
сжимающие без потерь (lossless codec)
Кодек (codec, от coder/decoder — шифратор/дешифратор — кодировщик/декодировщик или compressor/decompressor) — устройство или программа, способная выполнять преобразование данных или сигнала. видеокодек аудиокодек сжимающие без потерь (lossless codec)
Страница №30
Сжатие данных без потерь
Lossless data compression
Информационная энтропия
Энтропийное кодирование
Сжатие данных без потерь Lossless data compression Информационная энтропия Энтропийное кодирование
Страница №31
Префиксный код
Условие Фано: если в код входит слово a, то для любой непустой строки b слова ab в коде не существует.
0, 1, 00, 01, 10, 11 =>
01001101110 ~ 0 10 0 11 0 11 10
Пример:
00 → 0, 01 → 10, 10 → 110, 11 → 111
	=>
00 01 00 00 11 10 00 00 (16 бит)
	~
0 10 0 0 111 110 0 0 (13 бит)
Префиксный код Условие Фано: если в код входит слово a, то для любой непустой строки b слова ab в коде не существует. 0, 1, 00, 01, 10, 11 => 01001101110 ~ 0 10 0 11 0 11 10 Пример: 00 → 0, 01 → 10, 10 → 110, 11 → 111 => 00 01 00 00 11 10 00 00 (16 бит) ~ 0 10 0 0 111 110 0 0 (13 бит)
Страница №32
Код Хаффмана
Принцип:
Частоты:
15	7	6	6	5
А	Б	В	Г	Д
~
Коды
А		Б	В	Г	Д
0		100	101	110	111
Применение
сжатие JPEG, MPEG
архиваторы PKZIP, LZH и др.
протоколы передачи данных MNP5 и MNP7
Код Хаффмана Принцип: Частоты: 15 7 6 6 5 А Б В Г Д ~ Коды А Б В Г Д 0 100 101 110 111 Применение сжатие JPEG, MPEG архиваторы PKZIP, LZH и др. протоколы передачи данных MNP5 и MNP7
Страница №33
Кодирование длин серий
Кодирование повторов, Run-length encoding, RLE
Принцип:
WWWWWWWWWWWWBWWWWWWWWWWWWBBBWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWBWWWWWWWWWWWWWW
	~
12W1B12W3B24W1B14W
Применение:
графика: BMP, PCX
звук (после
Дельта-кодирования)
Кодирование длин серий Кодирование повторов, Run-length encoding, RLE Принцип: WWWWWWWWWWWWBWWWWWWWWWWWWBBBWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWBWWWWWWWWWWWWWW ~ 12W1B12W3B24W1B14W Применение: графика: BMP, PCX звук (после Дельта-кодирования)
Страница №34
Алгоритм Лемпеля — Зива — Велча
Lempel-Ziv-Welch, LZW
Применение: GIF, TIFF, PDF,
Алгоритм Лемпеля — Зива — Велча Lempel-Ziv-Welch, LZW Применение: GIF, TIFF, PDF,
Страница №35
Сжатие данных с потерями
lossy compression
Варианты:
Трансформирующее
фрейм целиком
поблочно
Предсказывающее (предиктивное)
Сжатие данных с потерями lossy compression Варианты: Трансформирующее фрейм целиком поблочно Предсказывающее (предиктивное)
Страница №36
Преобразование Фурье
Преобразование Фурье
Страница №37
Преобразование Фурье
Преобразование Фурье
Страница №38
Преобразование Фурье
Преобразование Фурье
Страница №39
MP3
MP3
Страница №40
Эффект Хааса (Haas)
- неспособность человека выявлять искажения в импульсах длительностью менее 20 мс
Эффект Хааса (Haas) - неспособность человека выявлять искажения в импульсах длительностью менее 20 мс
Страница №41
Эффект маскировки
Эффект маскировки
Страница №42
Битрейт
здесь – степень сжатия потока аудио- или видеоданных.
Бывает:
постоянным (англ. Constant bitrate, CBR)
переменным (англ. Variable bitrate, VBR)
усреднённым (англ. Average bitrate, ABR)
чаще всего измеряют в килобитах (мегабитах) в секунду (kilobit per second, kbps; Mbit/s, Mbps)
Битрейт здесь – степень сжатия потока аудио- или видеоданных. Бывает: постоянным (англ. Constant bitrate, CBR) переменным (англ. Variable bitrate, VBR) усреднённым (англ. Average bitrate, ABR) чаще всего измеряют в килобитах (мегабитах) в секунду (kilobit per second, kbps; Mbit/s, Mbps)
Страница №43
Компрессия изображений
Снижение глубины цвета
Метод главных компонент
Фрактальное сжатие
Сжатие на основе предсказателей 
JPEG-LS
ДИКМ
Иерархическая сеточная интерполяция
CALIC
JPEG
Вэйвлетная компрессия 
JPEG 2000
DjVu
Компрессия изображений Снижение глубины цвета Метод главных компонент Фрактальное сжатие Сжатие на основе предсказателей JPEG-LS ДИКМ Иерархическая сеточная интерполяция CALIC JPEG Вэйвлетная компрессия JPEG 2000 DjVu
Страница №44
Алгоритмы
Дискретное вейвлет-преобразование
Алгоритмы Дискретное вейвлет-преобразование
Страница №45
JPEG
изображение преобразуется из цветового пространства RGB в YCbCr
«прореживание» (subsampling)
дискретное косинусное преобразование
JPEG изображение преобразуется из цветового пространства RGB в YCbCr «прореживание» (subsampling) дискретное косинусное преобразование
Страница №46
Пример сжатия JPEG с разными коэффициентами
Пример сжатия JPEG с разными коэффициентами
Страница №47
Предиктивное сжатие
Предиктивное сжатие
Страница №48
Блок 3
Особенности кодирования и сжатия видеоданных
Блок 3 Особенности кодирования и сжатия видеоданных
Страница №49
YUV
3 компоненты — яркость (Y) и две цветоразностных (U и V)
YPbPr
 YСbСr
YUV 3 компоненты — яркость (Y) и две цветоразностных (U и V) YPbPr YСbСr
Страница №50
Стандарты телевещания
Стандарты телевещания
Страница №51
Стандарты телевещания
NTSC
525 строк
59,94 полей в секунду
в Америке и Японии
PAL/SECAM
625 строк
50 полей в секунду
в Европе (PAL) 
во Франции, России, Китае и некоторых странах Ближнего Востока (SECAM)
HDTV
720 строк / 50 полей, 60 полей / 30 кадров, 25 кадров, 24 кадра
Full HD
1080 строк / 50 полей, 60 полей / 30 кадров, 25 кадров, 24 кадра
Стандарты телевещания NTSC 525 строк 59,94 полей в секунду в Америке и Японии PAL/SECAM 625 строк 50 полей в секунду в Европе (PAL) во Франции, России, Китае и некоторых странах Ближнего Востока (SECAM) HDTV 720 строк / 50 полей, 60 полей / 30 кадров, 25 кадров, 24 кадра Full HD 1080 строк / 50 полей, 60 полей / 30 кадров, 25 кадров, 24 кадра
Страница №52
Разрешение видео
Разрешение видео
Страница №53
Компенсация движения
Motion Compensation
Компенсация движения Motion Compensation
Страница №54
Компенсация движения
Компенсация движения
Страница №55
Компенсация движения
Компенсация движения
Страница №56
Компенсация движения
Компенсация движения
Страница №57
Компенсация движения
Компенсация движения
Страница №58
Компенсация движения
Компенсация движения
Страница №59
Компенсация движения
Компенсация движения
Страница №60
Механическая развёртка
Диск Нипкова
Механическая развёртка Диск Нипкова
Страница №61
Прогрессивная развёртка
Отсутствие визуальных искажений.
Нет необходимости применять сглаживание.
Видеоизображение можно масштабировать до большего разрешения быстрее и качественнее.
Кадр может быть сохранен как отдельная фотография.
Прогрессивная развёртка Отсутствие визуальных искажений. Нет необходимости применять сглаживание. Видеоизображение можно масштабировать до большего разрешения быстрее и качественнее. Кадр может быть сохранен как отдельная фотография.
Страница №62
Деинтерлейсинг
Deinterlacing
— устранение
чересстрочности
Деинтерлейсинг Deinterlacing — устранение чересстрочности
Страница №63
Варианты устранения
Варианты устранения
Страница №64
Варианты устранения
Варианты устранения