Что такое оцифровка

Мир, окружающий нас, является аналоговым. Это означает, что звуки и изображения доносятся до наших органов чувств в виде волн — звуковых или электромагнитных (здесь мы не будем говорить о запахах, вкусовых и тактильных сигналах). Волны воспринимаются органами чувств (слухом и зрением) и в виде импульсов передаются в мозг.

Информация, передаваемая аналоговым способом, легко искажается при передаче и копировании, кроме того требует огромных емкостей при использовании в технике. Для упрощения процессов, связанных с передачей и обработкой информации, был изобретен способ «оцифровки» информации. Оцифровка — это процесс преобразования аналоговой информации в цифровую. Техника, которая работает с такой формой информации, стала называться цифровой. Цифровая информация легко контролируется, она дает стабильное и регулируемое качество для звука и изображений. Она требует меньших емкостей для хранения, т.е. для мира техники цифровая информация подходит гораздо лучше, чем аналоговая.

Примеры аналоговых устройств — пленочные фотоаппараты, кинокамеры и кинопроекторы, магнитофоны, видеомагнитофоны, патефоны и электропроигрыватели.

Соответственно носителями информации в данных случаях являются фотопленка, бумажные фотографии, диапозитивы, кинопленка, магнитофонная лента, граммофонные, патефонные и виниловые пластинки. Мы их условно называем старыми форматами аудио-визуального материала.

И если в аналоговой форме данные могут быть искажены и даже утеряны просто в результате старения носителя — такого, например, как магнитная лента кассет VHS, то в цифровом видео они могут храниться относительно вечно, разумеется при условии своевременного копирования со старого изношенного носителя данных на новый.

Говоря простым языком, оцифровывать можно какой угодно звук, изображение, видеоряд (видеозапись или кинофильм), чертёж, фотографию, рисунок, рукопись, бумажный документ. Процесс представляет собой дискретизацию — разбиение исходного материала на крошечные элементы, кванты или пиксели, описываемые нулями и единицами — битами и байтами.

Проходит это два основных этапа. На первом этапе аналоговая информация разбивается на небольшие равные части. Вторым этапом каждая часть анализируется и зашифровывается некоторыми алгоритмами в последовательности единиц и нолей. Если применить термины «аналоговый» и «цифровой» к фотографии, то можно сказать, что пленочный фотоаппарат — аналоговый, потому что пленка фиксирует излучение на светочувствительном слое посредством объектива фотоаппарата. А что происходит в цифровой камере? В камере таким светочувствительным слоем является матрица — микросхема с миллионами светочувствительных ячеек.

Свет, который падает на матрицу, распределяется по этим ячейкам. Каждая ячейка фиксирует интенсивность упавшего на нее света, накапливая заряд, пропорциональный интенсивности света. Это и есть первый этап оцифровки. Аналоговое изображение разбивается на одинаковые маленькие фрагментики. Затем каждая ячейка передает эту информацию на встроенный компьютер камеры. Обработав ее, компьютер камеры формирует полное изображение. Заметьте, что конечное изображение все равно будет состоять из множества точечек, которые называют пикселями. Каждый пиксель – это информация, переданная с матрицы от одной ячейки. Легко догадаться, что чем больше ячеек в матрице и чем меньше их размер, тем меньше цифровое изображение будет отличаться от аналогового. И тем незаметнее будут эти отличия. Каждый квадратик-пиксель несет информацию только об одном цвете.

А как шифруется (кодируется) полученное изображение? Общий принцип шифрования одинаков, но существуют варианты его использования. Начнем с самого простого. Если мы возьмем изображение и будем шифровать его только двумя состояниями пикселей — включенное и выключенное (или два цвета — черный и белый), то получим двухцветное изображение. Про такое изображение говорят, что оно имеет цветовую глубину (Color Depth) в 1 бит. Понятие «цветовая глубина» описывает, сколько бит выделяется для хранения одного пикселя изображения в процессе кодирования. Ячейки матрицы либо уловили свет, либо нет. На самом деле все немного сложнее.

Вспомним цветовую модель Grayscale (Градации серого). В этой модели, как и в рассмотренном выше примере, пиксели могут быть представлены только градациями серого. Но в ней цветовая глубина увеличена до 8 бит на пиксель, т.е. информация об одном пикселе хранится в 8 битах, а не в одном. Это позволяет иметь 256 уникальных комбинаций бит, и соответственно, 256 различных оттенков серого. Каждая ячейка матрицы при восприятии света как бы накапливает некий заряд, и размер этого заряда пропорционально переводится в один из оттенков серого.

Теперь вспомним цветовую модель RGB. Здесь на каждый пиксель выделяется 24 бита. Но пиксель содержит информацию о трех каналах — красном, зеленом и синем. На каждый из каналов выделяются те же 8 бит, что и в Grayscale, a 24 бита получаются при сложении информации обо всех трех каналах, таким образом и получается, что эта модель может отобразить 16 млн. оттенков. Цифровые камеры как раз и используют эту цветовую модель. Раньше мы немного погрешили против истины, сказав, что один светочувствительный элемент формирует один пиксель. Дело в том, что светочувствительные элементы матрицы не различают цветов. Они могут зарегистрировать только интенсивность света, но не могут отличать цвета друг от друга.

Мы пользуемся технологиями оцифровки каждый раз, когда что-нибудь заправляем в сканер, делаем фотографию, снимаем видео (если камера не аналоговая, а цифровая, разумеется), разговариваем по сотовому телефону или Skype, к примеру. Явление стало обыденным и в особых пояснениях не нуждается.

А вот как «перевести в цифру» аналоговую видеозапись или кинохронику не все знают и умеют. Можно освоить эти технологии самостоятельно, потратив какое-то количество времени и материальных средств, но лучше обратиться к профессионалам с опытом и соответствующей техникой.