2.1 Jelátalakítás és kódolás

Az analóg és a digitális jel fogalma, példák felhasználásukra

• Analóg jel: folytonos, együtt változik azzal, amit jelöl, egy tartományban bármely két állapot közti, minden állapotot fel tud venni. Az értelmezési tartománya és az értékkészlete is folytonos, a jel pedig minden időpillanatban értelmezhető. A valóság hű leírására alkalmasak.

• Példák: a hagyományos óra, feszültségmérő, hagyományos hőmérő, homokóra

• Digitális jel: véges sok, előre meghatározható értéket vehet fel. Az értelmezési tartománya és az értékkészlete is diszkrét. A valóság tetszőleges pontosságú leírására alkalmas.

• Példák: digitális óra, digitális hőmérő, digitális sebességmérő

Analóg jelek digitalizálása

• Mintavételezés: az első lépésben adott időközönként megmérjük az analóg jel értékét. Az értéket, ami megmutatja, másodpercenként hány mérést végzünk, mintavételezési frekvenciának hívjuk, mértékegysége a Hz

• Kvantálás: a mért jelet átkonvertáljuk azokba az értékekbe, amit digitálisan is tárolni lehet, végtelen sok lehetséges értéket átkonvertálva egy-egy előre kiválasztott közelítő értékre.

• Kódolás: célja a számítógépes tárolás, rögzítés. A mintavételezett és kvantált jelet binárissá alakítani kódolással lehetséges: a kódoló egységgel, a kvantálással kapott értékekhez bináris jelsorozatot rendelünk.

Shannon mintavételi törvénye

• Annak a feltétele, hogy a minták helyesen tükrözzék a spektrum legnagyobb frekvenciájú komponensét az, hogy a mintavételi frekvencia legalább kétszerese legyen a spektrum legmagasabb frekvenciájának.

Hangok és képek digitalizálása

• Mintavételezés során a számítógép a kapott analóg jelből egy ún. ADC (analog - digital converter) segítségével digitális adatot gyárt (az ADC a hangkártyán helyezkedik el).

• A szkenner az analóg képet pontmátrixra bontja, hozzárendelve minden egyes ponthoz egy színkódot (bitsorozatot). A bedigitalizált kép minősége a szkenner felbontásától is függ, amit DPI-ben mérnek (dot per inch, azaz az egy hüvelykre eső képpontok száma).

A digitalizálás eszközei

• Szkenner

• Mikrofon

• Kamera

• Fényképezőgép

Az adat és az adatmennyiség fogalma az informatikában:

• Adatnak nevezünk minden olyan ismeretet, mely előzőleg már rögzítésre került. Az adatoknak általában jelentésük, értelmük van. Az adat az információ közvetlen megjelenési formája.

• Az adatmennyiség az adathalmaz méretét, a jelek számát méri. Egysége a bit, amely egy bináris jel adatmennyiségét jelenti. Közvetlenül csak a digitális jelek adatmennyisége mérhető.

Az informatikában használt mértékegységek és ezek jellemzői:

• Bit: értéke 0 vagy 1

• 1 byte = 8 bit (1 byte ált. egy karakter kódolására alkalmas egység)

• 1 KB = 1024 B (a kettes számrendszer használta miatt 210 = 1024 a váltószám)

• 1 MB = 1024KB

• 1 GB = 1024 MB (Pl.: RAM memória modul tárolási kapacitása)

• 1 TB = 1024 GB (Pl.: HDD, SSD tárolási kapacitása)

• 1 PB (petabyte) = 1024 TB

A bináris számábrázolás módszere és jelentősége az informatikában:

• Az számítógépek a kettes számrendszert használják a számok ábrázolásához. Egy bájt (8 bit) 28 = 256 előjel nélküli egész szám ábrázolhat, 0-tól 255-ig. 2 bájton ez a szám 216. A bináris számábrázolás során legtöbb esetben előre rögzítik az ábrázolásra használt bájtok számát.

A bináris karakterábrázolás formái, kódtáblák felépítése, jellemzői (ASCII, UNICODE)

• kódolás: az a folyamat, amikor egy jelhalmaz minden elemének valamely szabály szerint egy másik jelhalmaz elméletét feleltetjük meg.

• ASCII -A latin ábécén alapul, és tartalmazza az angol nyelv által használatos összes betűt, valamint a leggyakoribb írásjeleket. A kódrendszer 128 karakterhelyet tartalmaz. Az első 32 karakter (0-31), valamint a 127 kódú karakter úgynevezett vezérlőkódokat tartalmaz. A többi karakterhelyen a latin abc betűi vannak.

• UNICODE -Különböző írásrendszerek egységes kódolását és használatát leíró nemzetközi szabvány.

• UTF-8 A teljes, karakterenként 4 byte-ot foglaló UTF-32 kódolással szemben a tömörebb (1 byte) UTF-8 kódolás a legelterjedtebb. Az UTF-8 változó hosszúságú kódolással (8-64 bit) képezi le a Unicode karaktertáblát. Elterjedt több modern operációs rendszeren

Váltás kettes, tízes és tizenhatos számrendszer között.

• Egy tízes számrendszerbeli számot többféleképpen is átválthatunk egy másik számrendszerbe. Az egyik elv, hogy a decimális számot mindig annyival osztjuk "ahányas" számrendszerbe szeretnénk váltani. Kettővel, ha binárisba és tizenhattal, ha hexadecimálisba. Az osztás egészrészét leírjuk a szám alá, míg a maradékot a szám mellé jobbra. Hogy jobban átlátható legyen az eredmény, a szám és az osztási maradék közé egy vonalat szoktunk húzni. Az osztás után kapott egészrészre megismételjük az előző műveletsort egészen addig, amíg az nulla nem lesz.

• Fordítva az átváltás alapja, hogy felírjuk az adott számrendszerben lévő szám számjegyeinek a helyiértékeit. A helyiértékeket mindig jobbról kezdve adjuk meg, a legkisebb helyiértékűtől és megyünk balra a legnagyobb felé. A legkisebb helyiértékű számjegy mindig, minden számrendszerben az 1-es helyiérték. Ezután balra lépkedve annyiszorosára nő a helyiérték ahányas számrendszerben vagyunk.

Bináris számokkal végezhető alapműveletek

• Összeadás, kivonás: bitenként

• Szorzás, osztás: helyiérték eltolása

Logikai műveletek, Boole-algebra

• A mai számítógépek kettes számrendszert használnak, így itt is megjelenik a két állapot. Általában 0-hoz hamis, 1-hez igaz értéket rendelünk

• A matematikai logika alapjait George Boole (1816-1864) dolgozta ki a XIX. század közepén.

• VAGY művelet: akkor igaz, ha létezik a tagjai között egy igaz

• ÉS művelet: akkor igaz, ha minden tagja igaz

• NEM művelet: megfordítja a bitet: 0->1; 1->0

• Kizáró VAGY művelet: akkor igaz, ha csak egy tagja igaz

A digitális képek tárolása, képformátumok és azok jellemzői (raszteres és vektoros)

• Raszteres képábrázolás: A kép képpontok (pixelek) oszlopokba és sorokba rendezett halmazából épül fel. Az oszlopok és sorok száma adja a kép felbontását. Minden egyes képpontról tárolni kell a színét. A kép minőségére jellemző, hogy mekkora a színmélysége, azaz mennyi színt tartalmazó palettából került ki a képpontok színe.

• Vektoros képábrázolás: A grafikus állományok másik típusa a vektorgrafikus kép, amely elsősorban rajzok megjelenítésére használt, mértani képletekkel leírható alakzatokból álló kép. A képfájl csak a kép előállításához szükséges információkat tartalmazza. Előnye a kis fájlméret és a minőségromlás nélküli nagyíthatóság

Színek kódolása

• RGB: Az RGB színrendszerben a színek a három alapszín a vörös (R - red), zöld (G - green), kék (B - blue) egymásra vetítésével (összeadásával) állíthatók elő. Mindegyik összetevő erőssége 0-255 között állítható.

• CMYK: A színes képek nyomtatásakor a CMYK modellt alkalmazzák. Ez az RGB-vel szemben nem additív, hanem szubtraktív, vagyis kivonó színkeverés. Nem a színelméleti alapszíneket veszik alapul, hanem amelyek a legpontosabb gyakorlati színeket eredményezik. Ezek a cyan(cián), magenta, yellow(sárga), és egy előre meghatározott szín, mely általában a fekete.

• Pixel: Nem osztható, önálló képelem, más néven képpont. Egy pixelt meghatároz elhelyezkedése, illetve információtartalma

• Felbontás: a képet alkotó pontoszlopok és pontsorok száma. Mértékegysége a képpont/hüvelyk (pixel per inch, PPI).

• Színmélység: a pontok színét leíró bitsorozat hossza, azaz a képernyőn maximálisan megjeleníthető színek száma.

Digitális hang tárolása

• Wav: A fájl digitális hanghullámokat tartalmaz, melyek különböző mintavételi fokozatúak, általában tömörítés mentes, minden kezeli.

• MIDA MIDI egy szabványosított hangszerkészletből építkezik. Ez a készlet minden számítógépen közel ugyanúgy kell, hogy megszólaljon. Hátránya a korlátozott hangkészlet, előnye, hogy kis helyen tárolható.

• Mp3: Az MP3 egy tömörített verziója a digitális hangnak. Különféle kódolási eljárásokat használnak az eredeti hanganyag méretének csökkentésére, úgy, hogy az érzékelhető minőség minél kevésbé romoljon. Meghatározó adata a kódolásnak a bit-ráta, vagyis a lejátszó egységnek másodpercenként küldött hangadat.