1/22/2018 Двоичное кодирование графической

1/22/2018 Двоичное кодирование графической и звуковой информации Информация и информационные процессы

Аналоговая и дискретная форма представления информации Человек способен воспринимать и хранить информацию в форме образов (зрительных, звуковых, осязательных, вкусовых и обонятельных). Зрительные образы могут быть сохранены в виде изображений (рисунков, фотографий и так далее), а звуковые — зафиксированы на пластинках, магнитных лентах, лазерных дисках и так далее. Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме.

Аналоговая и дискретная форма представления информации Приведем пример аналогового и дискретного представления информации. Положение тела на наклонной плоскости и на лестнице задается значениями координат X и У. При движении тела по наклонной плоскости его координаты могут принимать бесконечное множество непрерывно изменяющихся значений из определенного диапазона, а при движении по лестнице — только определенный набор значений, причем меняющихся скачкообразно.

Аналоговая и дискретная форма представления информации При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.

Аналоговая и дискретная форма представления информации Примером - аналогового представления графической информации может служить живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, - дискретного представления, изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета.

Дискретизация Преобразование графической и звуковой информации из аналоговой формы в дискретную производится путем дискретизации, то есть разбиения непрерывного графического изображения и непрерывного (аналогового) звукового сигнала на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, то есть присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода. Дискретизация – это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов.

Двоичное кодирование графической информации

Формирование растрового изображения Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. Пиксель - минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом.

Дискретизация изображения В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация.

Кодирование растровых изображений Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета (красный, зеленый, синий и так далее).

Качество кодирования изображения зависит от двух параметров: Во-первых , качество кодирования изображения тем выше, чем меньше размер точки и соответственно большее количество точек составляет изображение. Во-вторых , чем большее количество цветов, то есть большее количество возможных состояний точки изображения, используется, тем более качественно кодируется изображение (каждая точка несет большее количество информации). Совокупность используемых в наборе цветов образует палитру цветов.

Качество кодирования изображения зависит от двух параметров: n Разрешающей способности n Глубины цвета

Разрешающая способность Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора. Разрешающая способность монитора определяется максимальным количеством отдельных точек, которые он может генерировать. Разрешающая способность монитора измеряется числом точек в одной горизонтальной строке и числом горизонтальных строк по вертикали.

Объем растрового изображения определяется умножением количества точек на информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов. Iи=K*Iт

Глубина цвета 0 1 Наиболее простое растровое изображение состоит из пикселей имеющих только два возможных цвета черный и белый Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен 1 биту, т. к. она может быть либо черной, либо белой, что можно закодировать двумя цифрами - 0 или 1.

Глубина цвета Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемым для кодирования цвета точки. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8, 16, 24 или 32 бита.

Цветное изображение на экране получается путем смешивания трех базовых цветов : красного, синего и зеленого

Каждый пиксель на экране состоит из трех близко расположенных элементов, светящихся этими цветами Цветные дисплеи, использующие такой принцип называются RGB -мониторами Код цвета пикселя содержит информацию о доле каждого базового цвета

Глубина цвета Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле: N = 2 I, где I — глубина цвета

Чем больше битов используется, тем больше оттенков цветов можно получить. . Количество Глубина цвета I отображаемых цветов N 4 24=16 8 28=256 16 (hige color) 216=65 536 24 (true color) 224=16 777 216 32 (true color) 232=4 294 967 296

Если все три составляющих имеют одинаковую интенсивность (яркость), то из их сочетаний можно получить 8 различных цветов (23) красный зеленый синий цвет 0 0 0 черный 0 0 1 синий 0 1 0 зеленый 0 1 1 голубой 1 0 0 красный 1 0 1 розовый 1 1 0 желтый 1 1 1 белый

16 -цветная палитра получается при использовании 4 -разрядной кодировки: к 3 битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно Например, если в 8 -цветной палитре код 100 обозначает красный цвет То в 16 -цветной палитре: 0100 – красный 1100 – ярко-красный 0110 - коричневый

Формирование цветов при глубине цвета 24 бита Название интенсивность цвета красный зеленый синий черный 00000000 красный 1111 00000000 зеленый 0000 1111 0000 синий 00000000 1111 голубой 0000 11111111 желтый 11111111 0000 белый 11111111

Кодирование растровых изображений Качество двоичного кодирования изображения определяется разрешающей способностью экрана и глубиной цвета. Объем растрового изображения определяется умножением количества точек на информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов. Iи=K*Iт

Графический режим вывода изображения на экран монитора определяется величиной разрешающей способности и глубиной цвета. Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой его точке (код цвета точки) должна храниться в видеопамяти компьютера.

Задача: Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов, например, с разрешением 800 х 600 точек и глубиной цвета 24 бита на точку. Решение: Всего точек на экране: 800 • 600 = 480 000. Необходимый объем видеопамяти: 24 бит • 480 000 = 11 520 000 бит = 1 440 000 байт = = 1406, 25 Кбайт = 1, 37 Мбайт.

Задания: 1. Определите количество цветов в палитре при глубине цвета 4, 8, 16, 24, 32 бита. 2. Черно-белое (без градаций серого) растровое графическое изображение имеет размер 10*10 точек. Какой объем памяти займет это изображение

Задания: 3. Цветное (с палитрой из 256 цветов) растровое графическое изображение имеет размер 10*10 точек. Какой объем памяти займет это изображение? 4. В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов уменьшилось с 65536 до 16. Во сколько раз уменьшится объем занимаемый им памяти?

Задания: 5. 256 - цветный рисунок содержит 120 байт информации. Из скольких точек он состоит? 6. Для хранения изображения размером 64 32 точек выделено 64 Кбайт памяти. Определите, какое максимальное число цветов допустимо использовать в этом случае.

Задача: Сканируется цветное изображение размером 10 10 см. Разрешающая способность сканера 600 dpi и глубина цвета 32 бита. Какой информационный объем будет иметь полученный графический файл. Решение: Разрешающая способность сканера 600 dpi (dot per inch – точек на дюйм) означает, что на отрезке длиной 1 дюйм сканер способен различить (1 дюйм = 2, 54 см): 600 dpi : 2, 54 236 точек/см Следовательно, размер изображения в точках составит 2360 точек. Общее количество точек изображения равно: 2360 = 5 569 600 Информационный объем файла равен: 32 бит 5569600 = 178 227 200 бит 21 Мбайт

Задача: Сканируется цветное изображение стандартного размера A 4 (21 29, 7 см). Разрешающая способность сканера 1200 dpi и глубина цвета 24 бита. Какой информационный объем будет иметь полученный графический файл.

Домашнее задание • § 2. 5 (белый учебник) • § 2. 11, 2. 12 (синий учебник) • Повторить § 2. 10