Представление графических данных в двоичном коде.

Есть два основных способа представления изображений.

Первый -- графические объекты создаются как совокупности линий, векторов, точек -- называется векторной графикой.

Второй -- графические объекты формируются в виде множества точек (пикселей) разных цветов и разных яркостей, распределенных по строкам и столбцам, -- называется растровой графикой.

Модель RGB. Чтобы оцифровать цвет, его необходимо измерить. Немецкий ученый Грасман сформулировал три закона смешения цветов:

1) закон трехмерности -- любой цвет может быть представлен комбинацией трех основных цветов;

2) закон непрерывности -- к любому цвету можно подобрать бесконечно близкий;

3) закон аддитивности -- цвет смеси зависит только от цвета составляющих.

За основные три цвета приняты красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). В модели RGB любой цвет получается в результате сложения основных цветов. Каждый составляющий цвет при этом характеризуется своей яркостью, поэтому модель называется аддитивной. Эта схема применяется для создания графических образов в устройствах, излучающих свет, -- мониторах, телевизорах.

Модель CMYK. В полиграфических системах напечатанный на бумаге графический объект сам не излучает световых волн. Изображение формируется на основе отраженной волны от окрашенных поверхностей. Окрашенные поверхности, на которые падает белый свет (т.е. сумма всех цветов), должны поглотить (т.е. вычесть) все составляющие цвета, кроме того, цвет которой мы видим. Цвет поверхности можно получить красителями, которые поглощают, а не излучают. Например, если мы видим зеленое дерево, то это означает, что из падающего белого цвета, т.е. суммы красного, зеленого, синего, поглощены красный и синий, а зеленый отражен. Цвета красителей должны быть дополняющими:

· голубой (Cyan = В + G), дополняющий красного;

· пурпурный (Magenta = R + В), дополняющий зеленого;

· желтый (Yellow = R + G), дополняющий синего.

Но так как цветные красители по отражающим свойствам не одинаковы, то для повышения контрастности применяется еще черный (black). Модель CMYK названа по первым буквам слов Cyan, Magenta, Yellow и последней букве слова black. Так как цвета вычитаются, модель называется субстрактивной.

Оцифровка изображения. При оцифровке изображение с помощью объектива проецируется на светочувствительную матрицу т строк и п столбцов, называемую растром. Каждый элемент матрицы -- мельчайшая точка, при цветном изображении состоящая из трех свето-чувствительных (т.е. регистрирующих яркость) датчиков красного, зеленого, желтого цвета. Далее оцифровывается яркость каждой точки по каждому цвету последовательно по всем строкам растра.

Если для кодирования яркости каждой точки использовать по одному байту (8 бит) на каждый из трех цветов (всего 3 * 8 = 24 бита), то система обеспечит представление 224« 16,7 млн распознаваемых цветов, что близко цветовосприятию человеческого зрения. Режим представления цветной графики двоичным кодом из 24 разрядов называется полноцветным или True Color. Очевидно, графические данные, также как и звуковые, занимают очень большие объемы на носителях. Например, скромный по современным меркам экран монитора имеет растр 800 х 600 точек, изображение, представленное в режиме True Color, займет 800 х 600 х 3 = 1 440 000 байт.

В случае, когда не требуется высокое качество отображения цвета, применяют режим High Color, который кодирует одну точку растра двумя байтами (16 разрядов дают 216 ~ 65,5 тысячи цветов).

Режим, который при кодировании одной точки растра использует один байт, называется индексным, в нем различаются 256 цветов. Этого недостаточно, чтобы передать весь диапазон цветов. Код каждой точки при этом выражает собственно не цвет, а некоторый номер цвета (индекс) из таблицы цветов, называемой палитрой. Палитра должна прикладываться к файлам с графическими данными и используется при воспроизведении изображения.

1.2 Оцифровка изображения

Перевод изображения из аналогового вида в цифровой для последующей обработки. Оцифровка изображения, как правило, используется в типографиях и в организациях, оказывающих услуги по полиграфии. Полученное цифровое изображения готово для использования в специальных компьютерных программах и распечатки.

Оцифровка изображения необходима, чтобы создавать полноценную высококачественную полиграфическую продукцию: буклеты, газеты, открытки, календари, плакаты, журналы, флаеры, лифлеты и т.д. Когда осуществляется оцифровка книг и ее возможно многочисленных иллюстраций, то после процесса сканирования, необходим этап распознавания, осуществляемый на компьютере. Это значительно экономит временные ресурсы, которые могли быть потрачены на набор больших объемов текста.

При оцифровке изображения очень важно учитывать качество будущего файла. Параметры задаются при обработке аналогового изображения с помощью сканера. Это устройство захватывает выбранный объект и сохраняет его как файл. Далее данный файл может быть подвергнут редактированию, корректировке, изменению размеров, цветовой гаммы и т.д. Можно также создавать коллажи. В процессе сканирования особое внимание стоит обратить на расширение файла с изображением.

Оцифровка изображений, как правило, осуществляется с помощью сканеров или цифровых фотоаппаратов, которые, применительно к задачам, адаптируются или дорабатываются и могут считаться сканерами. Цитирую русскую Википедию: «Сканер (scanner) - устройство, которое, анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием». Сканеров существует великое множество (они различаются по цене, по производителю и, главное, по конструкции и решаемым задачам).

1.3 Понятие сжатия информации, его необходимость

Сколько существуют компьютеры, столько их обладателям не хватает памяти на внутренних и съёмных дисках для размещения своих данных. Стремительный рост объёмов дисков не решает эту проблему. Если 10 лет назад нам не хватало 20 мегабайт на винчестере, то сегодня точно так же не хватает 20 гигабайт.

Размеры используемых нами программ и данных растут вместе с ростом объёмов винчестеров. Мы уже можем себе позволить хранить на винчестере библиотеку из нескольких десятков тысяч книг. Но музыкальных произведений можем хранить на винчестере пока несколько сот часов звучания, а видеофильмов - всего несколько десятков часов просмотра. Поэтому проблема архивирования или сжатия данных остаётся так же актуальна, как и 10, и 20 лет назад.

Как же происходит сжатие информации? Например, сжатие текстовых файлов происходит приблизительно так. Составляется таблица встречающихся в тексте слов и выражений. Затем всем словам и выражениям в этой таблице даются номера. И весь текст в файле заменяется номерами из таблицы слов и выражений. Такой способ позволяет уменьшить размер текстового файла в 2-3 раза. Иногда текст сжимается и в 10 раз, если в нём много повторов.

Программа, переводящая текстовый файл в "сжатый" вид, называется упаковщиком. А полученный в результате сжатия файл называется упакованным или сжжатым файлом. Очень часто сжатые файлы называют архивами или архивными файлами, что, если подходить строго к терминологии, неверно. Изначально архивами назывались файлы, специально созданные во время процессов резервного копирования. В ходе такого процесса создавался один файл, который содержал в себе несколько исходных файлов и папок. Это и был архив. Никакого сжатия при этом не производилось. Подобная ситуация до сих пор существует в операционной системе Linux, где архивация данных и сжатие данных являются двумя независимыми процессами. В операционной системе MS-DOS, а затем и в MS Windows программы сжатия данных с самых первых своих версий стали поддерживать как сжатие, так и архивацию данных, то есть создавали сжатый файл, содержащий не один, а несколько исходных (архивируемых) файлов и папок. С той поры в этих операционных системах понятие "архивация" означает и архивацию (сбор в один файл-архив), и одновременное сжатие данных. Поскольку архивный файл записан не в текстовом формате, с ним не могут работать редакторы текстов. Перед открытием архивного файла редактором текстов этот файл необходимо разархивировать. Разархивацию производит та же самая программа - архиватор. После разархивации текстовый файл приобретает точно такой же вид и размер, как и до архивации.

Архиваторы текстов могут архивировать также файлы программ. Только программы гораздо меньше сжимаются, чем текст.

Упаковщики, применяемые для сжатия текстов и программ, не могут эффективно сжимать звуковые, графические или видео файлы. Для их сжатия были разработаны другие, более сложные, алгоритмы. Правда, после распаковки полученные файлы немного отличаются от оригиналов (такое сжатие называется сжатием с потерями). Но этого не улавливает обычное человеческое ухо и не замечает обычный глаз на экране монитора.

1.4 Структуры данных: линейная, табличная, иерархическая

Работа с большими наборами данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены, то есть образуют заданную структуру. Существует три основных типа структур данных: линейная, табличная и иерархическая. При создании любой структуры данных необходимо обеспечить решение двух задач: как разделять элементы данных между собой и как разыскивать нужные элементы. Линейные структуры - это хорошо знакомые списки. Список - это простейшая структура данных, отличающаяся тем, что каждый элемент данных однозначно определяется своим уникальным номером в массиве (списке). Табличные структуры данных подразделяются на двумерные и многомерные. Двумерные табличные структуры данных (матрицы) - это упорядоченные структуры, в которых адрес элемента определяется номером столбца и номером строки, на пересечении которых находится ячейка, содержащая искомый элемент. Многомерные таблицы - это упорядоченные структуры данных, в которых адрес элемента определяется тремя и более измерениями. Для отыскания нужного элемента в таких таблицах необходимо знать параметры всех измерений (размерностей). Линейные и табличные структуры являются простыми. Ими легко пользоваться, поскольку адрес каждого элемента задаётся числом (для списка), двумя числами (для двумерной таблицы) или несколькими числами для многомерной таблицы. Они также легко упорядочиваются. Основным методом упорядочения таких данных является сортировка. Недостатком простых структур данных является трудность их обновления. При добавлении, например, произвольного элемента в упорядоченную структуру возникает необходимость изменения адресных данных у других элементов. Иерархические структуры - это структуры, объединяющие нерегулярные данные, которые трудно представить в виде списка или таблицы. В иерархической структуре адрес каждого элемента определяется маршрутом, ведущим от вершины структуры к данному элементу. Эти структуры по форме сложнее, чем линейные и табличные, но они не создают проблем с обновлением данных. Их легко развивать путём создания новых уровней. Недостатком иерархических структур является относительная трудоёмкость записи адреса элемента данных и сложность упорядочения. Поэтому для упорядочения в таких структурах применяется метод предварительной индексации. При этом каждому элементу данных присваивается свой уникальный индекс, который используется при поиске, сортировке и тому подобное. В качестве примера иерархической структуры может служить система почтовых адресов.

1.5 Проблема обеспечения доступа к информации. Хранение и манипулирование данными

Базы данных, по крайней мере, в приложениях категории OLTP, являются высоко динамичными объектами. В таких приложениях на две операции выборки данных в среднем приходится одна операция обновления содержимого базы данных (добавления новых данных, удаления или модификации существующих данных). Поэтому для пользователей и разработчиков OLTP-приложений средства манипулирования данными по важности находятся на втором месте после средств выборки данных.

В этой лекции мы обсудим средства манипулирования данными, входящие в прямой SQL. Заметим, что с практической точки зрения более важными являются средства манипулирования данными, выходящие за пределы прямого SQL и присутствующие во встраиваемом и динамическом SQL. Но, как мы неоднократно отмечали, в этом курсе мы не обсуждаем возможности использования SQL для создания приложений. По мнению автора, материал данной лекции полезен для общего понимания специфики операторов манипулирования данными, а расширения этих операторов, присутствующие во встраиваемом и динамическом SQL, в любом случае нужно изучать совместно с другими аспектами подобных уровней языка.

К базовым средствам манипулирования данными языка SQL относятся "поисковые" варианты операторов UPDATE и DELETE. Эти варианты называются поисковыми, потому что при задании соответствующей операции задается логическое условие, налагаемое на строки адресуемой оператором таблицы, которые должны быть подвергнуты модификации или удалению. Кроме того, в такую категорию языковых средств входит оператор INSERT, позволяющий добавлять строки в существующие таблицы. Логично начать изложение именно с оператора INSERT, поскольку, для того чтобы можно было что-либо модифицировать в таблицах или удалять из таблиц, нужно, чтобы в таблицах содержались какие-то строки.

1.6 Понятие файла. Информация, которая может храниться в файлах. Понятие формата файла

Файл - это именованная область памяти на одном из дисков, в которой может храниться текст программы, какое-либо из ее промежуточных представлений, исполняемая программа или данные для ее работы. В файлах могут содержаться также любые текстовые документы, электронные таблицы или закодированные графические изображения. Наконец, файл может содержать в себе целую базу данных или ее часть.

Каждый файл имеет имя. Имя файла складывается из двух частей: собственно имени, которое состоит из 1-8 символов, и расширения имени (типа), которое может отсутствовать или состоять из 1-3 символов. Тип файла присваивается в соответствии с характером хранимой информации. Задание типа осуществляет либо сам пользователь, либо программа, порождающая файл. Имя и тип используются совместно для идентификации файла. Имя и тип файла могут содержать русские и латинские буквы, а также символы: #,$,%,^,&,(,),-,_,@,!,",~. Символы с кодами меньше, чем 20Н, а так же символы "*" и "?" не могут использоваться в именах файлов. Полное имя файла образуется из двух слов - имени и типа, разделяемых знаком "точка". Если в имени файла отсутствует тип, точку можно опускать.

Примеры полных имен файлов:

COMMAND.COM PCTOOLS.EXE

AUTOEXEC.BAT HELP.TXT

CONFIG.SYS PROG1.PAS

PROG-1.BAS PROG2

При создании файла или изменении его содержимого автоматически регистрируется дата и время, которые известны системе из показаний встроенного календаря и часов. Имя, тип, дата и время являются атрибутами файла, которые фиксируются в каталоге.

Любая информация в компьютере, как известно, хранится в цифровом виде. Причём используется двоичное исчисление - последовательности нулей и единиц.

В современных компьютерах цифровые данные всегдаНа самом деле есть исключения. Но они сейчас нас не интересуют. объединены в байты, т.е. в группы по 8 бит. Байт может принимать значение от 0 до 255. Принято, однако, записывать значение каждого байта не в десятичной, а в шестнадцатиричной системе счисления. Это существенно удобнее, поскольку одна шестнадцатиричная цифра представляет ровно 4 бита, а две шестнадцатиричные цифры - соответственно, байтНапомним, что в шестнадцатиричной системе счисления используются цифры от 0 до 9, а также от A (10) до F (15). Вы можете легко вычислить, что FF в шестнадцатиричной системе - это как раз и есть 255 в десятичной.

В любом текстовом документе и текст, и дополнительная информация должны быть закодированы в виде последовательности байтов. Только так компьютер сможет работать с ними.

Способ цифрового представления той или иной информации нередко называют форматом.

Как правило, текстовый документ хранится в компьютере в виде одного файла. Формат файла определяет, какая именно информация и каким образом может быть открыт файл. Формат файла, также его называют тип файла -- это информация о файле для компьютера. Благодаря этой информации, компьютер приблизительно знает, что находится внутри файла и «понимает», в какой программе его открыть. Чтобы компьютер понимал, к какому типу относится тот или иной файл и в какой программе его открыть, после имени указано расширение.

Расширение -- это несколько букв или цифр, находящихся после точки в имени файла.