Digitální reprezentace informací
Osnova
- úvod
- jednotky informace
- binární soustava
- reprezentace čísel
- reprezentace textu
- reprezentace obrazu
- reprezentace zvuku
- reprezentace videa
- komprese dat
-
výhody a nevýhody digitální reprezentace
- Digitální reprezentace informací = převod informací do podoby, kterou dokáže zpracovat počítač
- Počítače pracují s čísly, konkrétně s binární soustavou (hodnoty 0 a 1)
- Každá informace – text, číslo, obrázek, zvuk nebo video – uložena jako posloupnost bitů
- JEDNOTKY INFORMACE
- Bit (binary digit)
- nejmenší jednotka informace
- může nabývat hodnoty 0 nebo 1
- reprezentuje dva stavy (ano/ne, zapnuto/vypnuto)
- Byte
- 8 bitů
- umožňuje zapsat 256 kombinací (2⁸)
- používá se k uložení jednoho znaku (např. písmeno)
- Vyšší jednotky
- 1 kB = 1024 B
- 1 MB = 1024 kB
- 1 GB = 1024 MB
- 1 TB = 1024 GB
- Bit (binary digit)
- BINÁRNÍ SOUSTAVA
- Počítače používají dvojkovou soustavu → dva stabilní stavy:
- proud teče → 1
- proud neteče → 0
- Každé číslo lze převést do binární podoby pomocí mocnin dvou
- Například číslo 13: 13₁₀ = 1101₂
- To znamená: 1×2³ + 1×2² + 0×2¹ + 1×2⁰ = 13
- Počítače používají dvojkovou soustavu → dva stabilní stavy:
- REPREZENTACE ČÍSEL
- Celá čísla - Ukládají se přímo v binární podobě
- Například: 25₁₀ = 11001₂
- Rozsah čísel závisí na počtu bitů:
- 8 bitů → 0–255
- 16 bitů → 0–65535
- Záporná čísla
- Používá se tzv. doplňkový kód (two’s complement)
- umožňuje jednodušší aritmetické operace
- Reálná čísla
- Používá se tzv. pohyblivá desetinná čárka (floating point)
- standard IEEE 754
- číslo je rozděleno na:
- znaménko
- exponent
- mantisu
- To umožňuje ukládat velmi velká i velmi malá čísla
- Celá čísla - Ukládají se přímo v binární podobě
- REPREZENTACE TEXTU
- Text je uložen pomocí znakových sad
- ASCII
- 7 bitů (128 znaků)
- obsahuje anglickou abecedu, číslice a speciální znaky
- Rozšířené ASCII
- 8 bitů (256 znaků)
- Unicode
- umožňuje zápis znaků všech jazyků
- dnes nejpoužívanější kódování UTF-8
- REPREZENTACE OBRAZU
- Digitální obraz je tvořen pixely (obrazovými body).
- Každý pixel má uloženou svou barvu v binární podobě
- Udává počet pixelů (např. 1920 × 1080)
- Vyšší rozlišení:
- lepší kvalita
- větší velikost souboru
- Barevné modely
- RGB
- Používá se na obrazovkách
- Každá složka (R, G, B) má často 8 bitů (0–255)
- Celkem tedy: 24 bitů na pixel → přes 16 milionů barev
- Grayscale
- Pouze odstíny šedi
- menší datová náročnost
- RGB
- REPREZENTACE ZVUKU
- zvuk je původně analogový signál
- pro zpracování počítačem musí být převeden do digitální podoby
- Tento proces se nazývá:
- Vzorkování (sampling)
- měření hodnoty zvuku v pravidelných intervalech
- např. 44 100 vzorků za sekundu (CD kvalita)
- Kvantování
- každému vzorku je přiřazena číselná hodnota
- Čím vyšší:
- vzorkovací frekvence
- bitová hloubka - určuje přesnost záznamu
- tím vyšší kvalita zvuku, ale větší velikost souboru
- Vzorkování (sampling)
- REPREZENTACE VIDEA
- Video je tvořeno:
- sérií obrázků (např. 30 fps, snímky uloženy jako digitální obraz)
- zvukovou stopou
- Kvůli velké velikosti se používají kodeky: H.264, MPEG, HEVC
- Video je tvořeno:
- KOMPRESE DAT
- Komprese slouží ke zmenšení velikosti souborů
- Bezztrátová komprese
- nedochází ke ztrátě dat
- např. ZIP, PNG
- Ztrátová komprese
- část dat je odstraněna
- např. JPG, MP3
- Používá se tam, kde malá ztráta kvality není poznat
- VÝHODY DIGITÁLNÍ REPREZENATCE
- snadné ukládání a kopírování
- odolnost proti šumu
- možnost šifrování
- rychlý přenos
- snadné zpracování algoritmy
- NEVÝHODY DIGITÁLNÍ REPREZENATCE
- nutnost převodu analog → digitál
- velké objemy dat (např. video ve 4K)
- nutnost komprese
- možné chyby při přenosu