A

Fogalommagyarázat:

A természetes információhordozók: a hang, a fény, elektromágneses hullámok stb., analóg jelek, amelyek valamely rezgés amplitúdójának időbeni változásaként írhatók le. Grafikusan ez általában szabálytalan hullámok sorozataként ábrázolható.

Ha az analóg jelet akarjuk rögzíteni, több probléma adódik:

·        Minden egyes olyan eszköz (pl. mikrofon, erősítő, hangszóró), amelyen a jel átmegy, valamilyen rá jellemző mértékben, amit az eszköz ún. átviteli függvénye határoz meg, meg is változtatja a hullámot, és ezzel természetesen az átvitt információt is.

·        A jelátalakítás és-továbbítás minden láncszeménél az eszközök a saját működésükből származó jeleket kevernek az eredeti hullámokhoz. Ezek a zajok fokonként összeadódnak, erősödnek, torzítják az információt.

·        Az emberi fül számára hallható (20-20 ezer Hz) tartományban egy-egy hang nem önmagában, hanem a felharmonikusaival együtt adja a hangszínt (és a hangélményt). A felharmonikusok gyakran az egész magas frekvenciatartományba esnek, ami azt jelenti, hogy a hangérzékelő és jeltovábbító rendszer minden elemének is követni kell ezt a frekvenciát. Az eszközök tehetetlensége miatt azonban ez nem teljesül, az átvitel sávszélessége gyakran szűkebb a jel tartományánál.

A felsorolt hibák kiküszöbölésére a modern hangtechnikai eljárásokkal az analóg hullámokat digitális jelekké (számokká) alakítják.

A mintavételkor mért adatokat már mint egy számsort tekintik, amely egy adatfolyamot képez. A számok továbbítása és másolása sokkal egyszerűbb, mint a hullámformáké, megfelelő eszközökkel szinte torzítás és zaj nélkül történhet.

Az analóg jelet (kék görbe) gyakori mérésekkel számokká alakítják. Ahol a mért értékek nem egész számok, ott a legközelebbi egészre kerekítenek (sárga pontok).

Hibalehetőség szinte csak akkor adódik, amikor az analóg jelet digitálissá, vagy a digitális jelet analóggá alakítják. Az egyik hibalehetőség abból adódik, hogy a mintavételkor kapott számok csak diszkrétek lehetnek (valamely egység egész számú többszörösei). Ha az egység nem elég kicsi, a kerekítés miatt a kapott értékek torzíthatnak.

A digitalizáláskor a mért és az eredeti értékek eltérése szűk (-1, +1) intervallumba esik.

A másik hibalehetőség a mintavétel gyakoriságával kapcsolatos. Ha a mért jel túl gyorsan változik (mint például a fenti ábrán a mért 6 és 7 érték között), a minta ezeket a változásokat nem tudja követni, ezért a visszaalakításkor az eredetitől egészen eltérő hullámforma és hang alakulhat ki.

A digitalizálás során a görbe kicsit "kisimul", de ha a mintavétel gyakorisága elég sűrű, nem tér el lényegesen az eredeti hullámformától

Az analóg jel visszaállításakor az adatokat egy digitál-analóg átalakítóba küldik, amely a digitális jeleknek megfelelő kimenő feszültségeket ad. Az így kapott hullámforma általában nagyon jól egyezik az eredetivel.

Képek kezelése

Az állóképeket a számítógép segítségével a következő módok valamelyikén lehet kezelni, tárolni:

Bittérképes képkezelés: a képet pontokból állónak tételezzük fel, a pontok (dot, pixel) tulajdonságainak kezelése a kép kezelése. Magasabb rendű, struktu­rált adat tárolása (pl. alakok, objektumok a képen) nem lehetséges. Fotók, szkennelt képek kezelésére ideális, mivel ezek így, képpontok rendezett soroza­taként keletkeznek. A kép nagyítás során torzulhat! A bittérképes képek kapcsán a következő jellemzőket kezeljük:

a) Pixelekben adott képméret: a képet alkotó pontok száma, hány sorból és hány oszlopból áll a kép.

b) Fizikai méret: azt adja meg, a kép egy fizikai egysége, pl. egy inch - azaz 25,4 mm - hány pixelen kerül ábrázolásra. Szokásos mértékegysége a dpi, az­az a dot per inch.

c) Színek száma, színmélység: minden képponthoz a szín kódja is társul. A szí­nek száma az ábrázolás élethűségét fogja meghatározni. A színmélység attól függ, hogy a színkomponenseknek mennyi árnyalatát különböztetjük, meg azaz hány bitet használunk az egyes színösszetevők intenzitásának ábrázolására

Hangok kezelése

A hang a közvetíő közeg nyomásingadozása. Az emberi füllel hallott (számítógéppel kezelt) hang a levegő periodikus nyomásingadozása. Az emberi fül által érzékelt hang a 20 Hz és kb. 20 kHz közötti tartományba esik. A hang sokféle rezgésszámú és amplitúdójú harmonikus rezgések összessége.

Digitalizálás: a hang analóg fizikai jelenség. Számítógépes kezelése, tárolása csak akkor lehetséges, ha azt diszkrét jelek sorozatává alakítjuk. Ez a digitalizá­lás. A hangoknak a számítógéppel való kezelésére, tárolására az alábbi módok állnak rendelkezésünkre:

Mintavételezés: az analóg hangjelből megfelelően kis időközönként (megfelelően nagy mintavételezési frekvenciával) mintát veszünk. A mintavéte­lezés akkor elfogadható, az eredeti hangzást akkor torzítja még elfogadható mértékben, ha a feldolgozni kívánt legnagyobb frekvencia háromszorosával tör­ténik.

Kvantálás: a hangrezgés szintjét nem eredeti mértékegységében tároljuk. Megállapítva a legnagyobb és a legkisebb szint különbségét, ezt szintekre oszt­juk. Ez a kvantálás. A segítségével megadott értéket tároljuk el.

Tömörítés: a mintavételezés és kvantálás a hang hullámformáját adja vissza. Ez igen nagy adatmennyiség lehet. Ezt tömörítjük, méghozzá a hangkezelés és -észlelés sajátosságait figyelembe véve, általában irreverzibilis, veszteséges mód­szerrel. Ilyen pl. az MP3 eljárás, mely akár tizedére is csökkenti az eredeti táro­lási méretet.

B

Fogalommagyarázat:

Analóg  jel:

Az értéke szerint folytonosan változó jel. Analógnak nevezzük azt a jelet, amelynek az értelmezési tartománya is, az ér­tékkészlete is folytonos, a jel minden időpillanatra értelmezett. Az analóg jel ér­telmezési tartományában is, értékkészletében is folyamatosan változó jel. Az ér­telmezési tartomány tetszőleges két értékre igaz, hogy található olyan harmadik érték, ami az előző kettő közé esik, és tartozik hozzá érték az értékkészletben. A távközlésben az analóg jeleknek három jellemzője kiemelten fontos: az amplitúdó, a frekvencia és a fázis.

Példák felhasználásukra:

·        rajz, festmény, vagy más képzőművészeti eljárással készített kép

·        foto eljárással készített felvételek

·        videokamera analóg jele

·        valamely hordozó médiumon (celluloid szalag, videó szalag stb.) tárolt képsorozat

·        hanglemez (bakelitlemez)

Digitális jel:

Di­gitális az a jel amely mind értelmezési tartományában, mind pedig értékkészle­tében diszkrét. A digitális jelek halmazának egy fontos része a bináris jel: az ilyen jel értékkészlete a 0 és a 1.

A digitális jelkezelés egyik előnye, hogy azt nem erősítik, hanem regenerálják. Ennek során a zaj mértéke nem növekszik. A digitális jelek kezelése során alkal­mazhatóak különféle hibadetektáló és javító eljárások.

A digitális számítógép csak diszkrét jelekkel tud dolgozni. Az analóg jeleket át kell alakítania diszkrét jelekre, ez a digitalizálás. Ennek során fontos a mintavé­telezési gyakoriság. Az analóg jeleket a számitógépes feldolgozáshoz digitalizálni szükséges. Ennek so­rán az a cél, hogy egyértelműen azonositsuk az analóg értéket bináris kódsorozattal.

Példák felhasználásukra:

·        clipart galériák digitális képei

·        Digitális fényképezőgép adatcsomagjai

·        digitális kamera jele

·        digitális formában tárolt képsorozat

·        CD, DVD

Az analóg jelek digitalizálhatósága:

Médiumok digitalizálása:

A digitalizálás folyamata az egyes médiumoknál hasonlóságot mutat. Ez a hasonlóság a mintavételezés, kvantálás műveleteiben jelentkezik.

A természetes információhordozók: a hang, a fény, elektromágneses hullámok stb., analóg jelek, amelyek valamely rezgés amplitúdójának időbeni változásaként írhatók le. Grafikusan ez általában szabálytalan hullámok sorozataként ábrázolható.

Mintavételezési törvény:

Egy analóg jel mintavételezésénél adott a jelben előforduló maximális frekvencia, és a mintavételező egység mintavételi frekvenciája. A kettő között szoros kapcsolat található, ugyanis: 2×f_max≤f_minta amelyet Shannon féle mintavételezési törvénynek neveznek.

Vagyis a lényeg: A mintavétel frekvenciája legalább duplája legyen a jelben lévő legnagyobb frekvenciájú komponens frekvenciájának.

Az adat és az adatmennyiség:

Adat:

 Az adatot hordozó jelek valamely tulajdonsága. (Szokásos megfogalmazás még: az adat nem értelmezett, de értelmezhető formája az információnak.

Adatmennyiség:

Az elemek számát, halmazuknak méretét jellemezzük ezzel a fogalommal.

Mértékegysége a bit, bájt, KB, MB, GB

Informatikai mértékegységek:

1024 B (byte)                          1 kiB

1024 kB (kilobyte)                  1 MiB

1024 MB (megabyte)             1 GiB

1024 GB (gigabyte)                1 TiB

1024 TB (terabyte)                 1 PiB

1024 PB (petabyte)                1 EiB (exabyte)

Bináris számábrázolás:

A számok ábrázolásánál tekintetbe kell venni, hogy velük műveleteket lehessen végezni. A pozitív bináris számok ábrázolásánál csak azt kell tudni, hogy hány biten ábrázoljuk, azután már beírható a kívánt pozíciókra.

A negatív számok ábrázolása sem lenne nagy gond, ha a nullától való távolságát (abszolút érték) vennénk, majd egy bit jelezné, hogy pozitív vagy negatív a szám. A kivonás miatt viszont valamilyen speciális módon kell tárolni a negatív bináris számokat, hogy az összeadás után az eredmény helyes legyen.

Bináris karakterábrázolás:

A kódok előállítását - amikor jeleket meghatározott szabályok szerint az egyik jelrendszerből egy másik jelrendszerbeli jelekké alakítunk - kódolásnak nevezzük. A visszaalakítást dekódolásnak mondjuk. A hírközlésben és a számítástechnikában rendkívül sok kódrendszer létezik. Fontos eset, amikor a kódolási szabály kölcsönösen egyértelmű függvénykapcsolat, ekkor nem csak a kódolás, de a visszaalakítás is egyértelmű. Gyakori, hogy a kódolási szabály olyan, hogy a jelkészlet minden eleméhez a másik jelrendszerben egy adott hosszúságú elemi jelsorozatot (pl. 8 bitet) rendel. A karakterek (betűk, számjegyek, vezérlőjegyek, egyéb grafikai jelek) diszkrét jele, digitálisan kódolható.

ASCII - kódrendszer

(American Standard Codes for Information and Interchange). Az alapszabvány az Amerikai kódolási rendszert, az ASCII kódrendszert használják. Ez a kódrendszer teszi lehetővé azt, hogy a különböző programok képesek legyenek használni pl: a magyar ABC-T. Ez pedig napjainkban elengedhetetlen. Mivel országonként különböző betűkre van szükség az ASCII kódtábla több változatát, használják. Ilyen az amerikai 437-es jelű, vagy a kelet- európai 852-es. Ezek a második 128 jelben térnek el egymástól. Számos olyan nyelv van a világon, amelynek több jele van mint 256. ASCII.

UNICODE - kódrendszer

Az IBM már évekkel ezelőtt felállított egy olyan kódrendszert, amely két bájton ábrázolja a karaktereket azaz 16 biten, megteremtve a lehetőségét 65536-féle karakterkódolásnak. Az UNICODE első 256 jele megegyezik az ASCII-val, a többiek kiosztása részben szabványos. Az UNICODE felülről kompatibilis az ASCII - kóddal, és tartalmazza a ma használt írások nagy részének karakterkészleteit (görög, cirill, héber, arab, kínai, japán stb.). A Windows NT operációs rendszerek és a rájuk írt alkalmazások (pl: az Office 97) már használják a Microsoft UNICODE megvalósítását.

A digitális képek tárolása

Az állóképeket a számítógép segítségével a következő módok valamelyikén lehet kezelni, tárolni:

Bittérképes képkezelés: a képet pontokból állónak tételezzük fel, a pontok (dot, pixel) tulajdonságainak kezelése a kép kezelése.

Pixelekben adott képméret: a képet alkotó pontok száma, hány sorból és hány oszlopból áll a kép.

Fizikai méret: azt adja meg, a kép egy fizikai egysége, pl. egy inch - azaz 25,4 mm - hány pixelen kerül ábrázolásra.

Színek száma, színmélység: minden képponthoz a szín kódja is társul. A szí­nek száma az ábrázolás élethűségét fogja meghatározni.

Fontosabb színképzési modellek:

RGB: az additív, azaz összeadásos színkeverés modellje. Monitorok használ­ják. Három alapszín, a vörös (red), a zöld (green) és a kék (blue) alkalmazá­sával keveri ki a színeket.

CMYK: a kivonó vagy szubtraktív színkeverés modellje. Nyomtatók használ­ják. Három alapszín, a türkizkék (cyan), a bíbor (magenta) és a sárga (yellow).

Képformátumok:

Raszteres: Képpontokból áll, jellemző a képpontok és a színek száma

BMP: Microsoft-szabvány. Tömörítés nélkül vagy veszteségmentes nélkül tárol.

PCX: DOS-os festőprogramokból, Paintbrushból ered. CMYK-t nem tud kezelni, csak RGB-t.

TIFF: Tagged Image File Format. Operációs rendszer- és hardverfüggetlen. Tömörítés nélküli.

GIF: 8 bites színkódolás, de ma már 24 bites Tömörítő algoritmusa: LZW (veszteségmentes).

JPG: Joint Photographic Experts Group. A képeket 24 bites színkódolással is képes kezelni.

PDF: Adobe. PS lapleíró nyelven alapul.

PCD: Kodak Photo CD-formátum. A képeket egy file-ban, egyszerre hétféle méretben tárolja.

PNG: Kifejezetten internetes alkalmazásra. Rendkívül hatékony, veszteségmentes tömörítés.

EPS: Encapsulated PS: raszteres és vektoros képek nyomdai előkészítéséhez.

Vektoros: Utasításkészlettel meghatározott objektumok. (formák, vonalak, szöveg).

EPS: Encapsulated PS: raszteres és vektoros képek nyomdai előkészítéséhez.

WMF: Windows Metafile

WRL: VRML fájlformátum

DXF: CAD-objektumok (huzalvázas vektoros) adatcseréjére (Drawing Exchange Program)

Alapfogalmak:

Pixel: Két dimenziós, nem osztható, önálló képelem. Raszteres adatok egy elemi képpontja, melynek helye sorokkal, oszlopokkal jellemezhető, információ tartalma a denzitás érték.

Felbontás: Egyes képernyőknél (pl. LCD-k és plazmaképernyők is lehetnek ilyenek) a fizikai struktúra határozza meg, hogy hány pixelt lehet egyszerre megjeleníteni.

Szinmélység: Egy adott eszközön vagy tárolási formátumban ábrázolható színek számának leírására használt mérőszám.

A digitális hangok tárolása:

A digitalizált hangot tárolhatjuk tömörítetlenül és tömörítve.

Veszteségmentesen Tömörített: A tömörített fájlból teljes mértékben visszanyerhető az eredeti fájl.(Pl.: szöveges dokumentumok)

Veszteséggel Tömörített: Tömörített fájlból nem állítható tökéletesen vissza az eredeti, csak jó közelítéssel (Pl. kép- és hangfájlok esetén)

Tömörítetlen fájlformátumok: WAV, AIFF

Tömörített fájlformátumok: MP3 (Digitalizált tömörített hang), WMA (Windows Media Audio)