кодирование растровых изображений формулы

Кодирование растровых изображений формулы

Компьютерная графика – раздел информатики, предметом которого является работа на компьютере с графическими изображениями.

Создание и хранение графических изображений возможно в нескольких видах – в виде растрового, векторного или фрактального изображения.

Для каждого вида используется свой способ кодирования графической информации.

Пиксель – наименьший элемент изображения на экране (точка на экране).

Растр – прямоугольная сетка пикселей на экране.

Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора.

Разрешающая способность экрана – размер сетки растра, задаваемого в виде произведения M x N, где M – число точек по горизонтали, N – число точек по вертикали.

Чем разрешающая способность выше, тем выше качество изображения.

Число цветов, воспроизводимых на экране и число бит, отводимых в видеопамяти под каждый пиксель (глубина цвета) связаны формулой:

K – количество цветов

Видеопамять – оперативная память, хранящая видеоинформацию во время ее воспроизведения на экране.

Объем занимаемой видеопамяти вычисляется по формуле:

M – число точек по горизонтали

N – число точек по вертикали

Все многообразие красок на экране получается путем смешивания базовых цветов: красного, синего и зеленого

Векторное изображение – графический объект, состоящий из элементарных объектов (отрезков, дуг, кругов и т.д.)

Векторная графика кодируется как обычная текстовая графика и обрабатывается специальными программами.

Фрактальная графика основывается на математических вычислениях, как векторная, но в отличие от векторной ее базовым элементом является сама математическая формула.

Для хранения растрового изображения размером 128×128 пикселей отвели 4 Кбайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

1) Для начала переведем 4 Кбайта в биты.

4Кбайта = 4 × 1024 байта = 4096 × 8 бит = 32768бит

3) Мы нашли глубину цвета, теперь по формуле 2 a = K найдем K

4) Следовательно, правильный ответ 1)

Источник

Кодирование растровых изображений

Тема: Дискретное (цифровое) представление текстовой, графической, звуковой информации и видеоинформации

Цель:изучить способы представления текстовой, графической, звуковой информации и видеоинформации, научиться записывать числа в различных системах счисления.

Теоретические сведения к практикуму № 3

Дискретное представление информации: кодирование цветного изображения в компьютере (растровый подход). Представление и обработка звука и видеоизображения.

Вся информация, которую обрабатывает компьютер должна быть представлена двоичным кодом с помощью двух цифр 0 и 1. Эти два символа принято называть двоичными цифрами или битами. С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать любое сообщение. Это явилось причиной того, что в компьютере обязательно должно быть организованно два важных процесса: кодирование и декодирование.

Кодирование – преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, то есть двоичный код.

Декодирование – преобразование данных из двоичного кода в форму, понятную человеку.

С точки зрения технической реализации использование двоичной системы счисления для кодирования информации оказалось намного более простым, чем применение других способов. Действительно, удобно кодировать информацию в виде последовательности нулей и единиц, если представить эти значения как два возможных устойчивых состояния электронного элемента:

0 – отсутствие электрического сигнала;

1 – наличие электрического сигнала.

Эти состояния легко различать. Недостаток двоичного кодирования – длинные коды. Но в технике легче иметь дело с большим количеством простых элементов, чем с небольшим числом сложных.

Способы кодирования и декодирования информации в компьютере, в первую очередь, зависят от вида информации, а именно, что должно кодироваться: числа, текст, графические изображения или звук.

Аналоговый и дискретный способ кодирования

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. 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.

Примером аналогового представления графической информации может служить, например, живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного– изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета. Примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно), а дискретного – аудиокомпакт — диск (звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью).

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.

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования.

Кодирование растровых изображений

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

В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация. 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).

Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).

Для четырех цветного – 2 бита.

Для 8 цветов необходимо – 3 бита.

Для 16 цветов – 4 бита.

Для 256 цветов – 8 бит (1 байт).

Число цветов, воспроизводимых на экране дисплея (К), и число битов, отводимых в видеопамяти под каждый пиксель (N) связаны формулой K=2N

Качество изображения зависит от количества точек (чем меньше размер точки и, соответственно, больше их количество, тем лучше качество) и количества используемых цветов (чем больше цветов, тем качественнее кодируется изображение).

Для представления цвета в виде числового кода используются две обратных друг другу цветовые модели: RGB или CMYK. Модель RGB используется в телевизорах, мониторах, проекторах, сканерах, цифровых фотоаппаратах… Основные цвета в этой модели: красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). Цветовая модель CMYK используется в полиграфии при формировании изображений, предназначенных для печати на бумаге.

Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемых для кодирования цвета точки.

Если кодировать цвет одной точки изображения тремя битами (по одному биту на каждый цвет RGB), то мы получим все восемь различных цветов.

На практике же, для сохранения информации о цвете каждой точки цветного изображения в модели RGB обычно отводится 3 байта (то есть 24 бита) — по 1 байту (то есть по 8 бит) под значение цвета каждой составляющей. Таким образом, каждая RGB-составляющая может принимать значение в диапазоне от 0 до 255 (всего 28=256 значений), а каждая точка изображения, при такой системе кодирования может быть окрашена в один из 16 777 216 цветов. Такой набор цветов принято называть True Color (правдивые цвета), потому что человеческий глаз все равно не в состоянии различить большего разнообразия.

Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой точке (код цвета точки) должна храниться в видеопамяти компьютера. Рассчитаем необходимый объем

видеопамяти для одного из графических режимов. В современных компьютерах разрешение экрана обычно составляет 1280х1024 точек. Т.е. всего 1280 * 1024 = 1310720 точек. При глубине цвета 32 бита на точку необходимый объем видеопамяти: 32 * 1310720 = 41943040 бит = 5242880 байт = 5120 Кб = 5 Мб.

Растровые изображения очень чувствительны к масштабированию (увеличению или уменьшению). При уменьшении растрового изображения несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется различимость мелких деталей изображения. При увеличении изображения увеличивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, который можно увидеть невооруженным глазом.

Статьи к прочтению:

ЗАДАНИЕ 9. ЕГЭ по Информатике 2017. Кодирование графической информации. ДЕМО

Похожие статьи:

Пиксел является неделимой точкой в графическом изображении растровой графики на экране монитора. Проблема растровых файлов в том, что они большие, даже…

1.В файле растрового изображения запоминается информация о цвете каждого видеопикселя в виде комбинации битов. Бит- наименьший элемент памяти компьютера,…

Источник

Кодирование информации. Количество информации.

Кодирование графической информации.
Определение объема графического файла.

Методы кодирования графической информации.

Векторное кодирование.

Свойства объекта ТОЧКА:
— координата;
— толщина;
-цвет.

Свойства объекта ЛИНИЯ:
— координата начальной точки;
— координата конечной точки;
— толщина;
— тип;
-цвет.

Свойства объекта ПРАВИЛЬНЫЙ ВЫПУКЛЫЙ МНОГОУГОЛЬНИК:
— центр описанной окружности;
— радиус описанной окружности;
— количество сторон;
— толщина;
— тип;
— цвет.

Свойства объекта ОКРУЖНОСТЬ:
— центр окружности;
— радиус окружности;
— толщина;
— тип;
— цвет.

Свойства объекта ДУГА:
— центр окружности;
— радиус окружности;
— координата начальной точки;
— координата конечной точки;
— толщина;
— тип;
— цвет.

При увеличении рисунок фактически заново перерисовывается, благодаря чему векторный рисунок можно масштабировать без потери качества и не изменяется размер файла.

Перевод сложной фотокомпозиции или художественной картины в векторный вид является крайне трудозатратной задачей, и в любом случае векторизация предполагает некоторое упрощение такой фотографии или картины.
Для работы с векторными файлами требуется специальное программное обеспечение: CorelDraw, Adobe Illustrator, Macromeda FreeHand, Inkscape и др.

Растровое кодирование.

Изображение, состоящее из отдельных точек, каждая из которых имеет свой цвет, называется растровым изображением. Минимальный элемент такого изображения в полиграфии называется растр, а при отображении графики на мониторе минимальный элемент изображения называют пиксель (pix).

Каждый пиксель может быть только одного цвета.
Таким образом:
— растровое изображение есть прямоугольная матрица пикселей, каждый из которых имеет свой цвет.
— пиксель есть минимальный участок изображения, для которого независимым образом задан цвет.

У человека в центральной части сетчатки расположены цветочувствительные рецепторы — нервные клетки, которые называются колбочки. Каждый из трёх видов колбочек имеет свой тип цветочувствительного пигмента белкового происхождения. Один тип пигмента чувствителен к красному цвету, другой — к зелёному, третий — к синему.
Поэтому базовыми для кодирования цвета являются цвета КРАСНЫЙ, ЗЕЛЕНЫЙ, СИНИЙ.
Другие цвета образовываются при помощи смешения базовых цветов. Тогда получаем следующий набор цветов:

При 8 битном кодировании цвета I=8 и в соответствии с формулой
N=2 8 =256,
получаем 256-цветную палитру.
При раздельном управлении интенсивностью основных цветов на каждый цвет выделяется по 8 бит, то есть получаем 24-битную палитру и в соответствии с формулой:
N=2 24 =16777216,
Значит в палитре 16777216 цветов.

При уменьшении (масштабировании) растрового изображения теряется часть информаци о цвете и количестве пикселей, при увеличении растрового изображения укрупняются пиксели, а изображение огрубляется.
Наиболее распространенные форматы растровой графики: GIF, JPG, PNG, TIF, BMP

Отличие векторной графики от растровой.

Информационный объем графического файла

V_гф = K_пикс * V_1п

Задача 1

Определите информационный объем изображения при растровом кодировании черно-белого рисунка, содержащего 120 пикселей

Задача 2

Определите информационный объем изображения при растровом кодировании 16-цветного рисунка, размером 15х10см и разрешением 100 пикселей на дюйм

Задача 3

Определить количество красок в палитре, если файл с информацией о фотографии размером 10х15[см], отсканированный с разрешением 56[pix/d] имеет объем 147[КБайт].

Домашнее задание

Источник

Информатика. 10 класс

Конспект урока

Информатика, 10 класс. Урок № 17.

Тема — Кодирование графической и звуковой информации

Большую часть информации человек получает с помощью зрения и слуха. Важность этих органов чувств обусловлена развитием человека как биологического вида, поэтому человеческий мозг с большой скоростью способен обрабатывать огромное количество графической и звуковой информации.

С появлением компьютеров возникла огромная потребность научить их обрабатывать такую информацию. Как же такую информацию может обработать компьютер?

Итак, кодирование графической информации осуществляется двумя различными способами: векторным и растровым

Программы, работающие с векторной графикой, хранят информацию об объектах, составляющих изображение в виде графических примитивов: прямых линий, дуг окружностей, прямоугольников, закрасок и т.д.

Достоинства векторной графики:

— Преобразования без искажений.

— Маленький графический файл.

— Рисовать быстро и просто.

— Независимое редактирование частей рисунка.

— Высокая точность прорисовки.

— Редактор быстро выполняет операции.

Недостатки векторной графики:

— Векторные изображения выглядят искусственно.

— Ограниченность в живописных средствах.

Программы растровой графики работают с точками экрана (пикселями). Это называется пространственной дискретизацией.

КОДИРОВАНИЕ РАСТРОВОЙ ГРАФИКИ

Давайте более подробно рассмотрим растровое кодирование информации.

Компьютер запоминает цвет каждой точки, а пользователь из таких точек собирает рисунок.

При этом зная количество пикселей по вертикале и горизонтали, мы сможем найти — разрешающую способность изображения.

Разрешающая способность находится по формуле:

где n, m — количество пикселей в изображении по вертикали и горизонтали.

В процессе дискретизации каждый пиксель может принимать различные цвета из палитры цветов. При этом зная количество цветов, которые можно использовать в палитре и воспользовавшись формулой Хартли, мы сможем найти количество информации, которое используется для кодирования цвета точки, что мы будем называть глубиной цвета.

где N — количество цветов в палитре;

Таким образом, чтобы найти вес изображения достаточно перемножить разрешающую способность изображения на глубину цвета: L=P*i.

Каким именно образом возможно закодировать пиксель? Для этого используются кодировочные палитры.

КОДИРОВОЧНАЯ ПАЛИТРА RGB

Когда художник рисует картину, цвета он выбирает по своему вкусу. Но цвет в компьютере надо стандартизировать, чтобы его можно было распознать. Поэтому надо определить, что такое каждый цвет.

В экспериментах по производству цветных стекол М. В. Ломоносов показал, что получить любой цвет возможно, используя три различных цвета.

Этот факт был обобщен Германом Грассманом в виде законов аддитивного синтеза цвета.

Давайте рассмотрим два из этих законов:

— Закон трехмерности. С помощью трех независимых цветов можно, смешивая их в однозначно определенной пропорции, выразить любой цвет.

— Закон непрерывности. При непрерывном изменении пропорции, в которой взяты компоненты цветовой смеси, получаемый цвет также меняется непрерывно.

Из биологии вы знаете, что рецепторы человеческого глаза делятся на две группы: палочки и колбочки. Палочки более чувствительны к интенсивности поступаемого света, а колбочки — к длине волны.

Если посмотреть, как распределяется количество колбочек по тому, на какую длину волны они «настроены», то количество колбочек «настроенных» на синий, красный и зеленый цвета окажется больше.

Поэтому такие цвета были взяты основными для построения цветовой модели, которая получила название RGB (Red, Green, Blue). То есть задавая количество любого из этих трех цветов, можно получить любой другой. Для кодирования каждого цвета было выделено 8 бит (режим True-Color). Таким образом, количество каждого цвета может изменяться от 0 до 255, часто это количество выражается в шестнадцатеричной системе счисления (от 0 до FF).

Так как описание цвета происходит определением трех величин, то это наводит на мысль считать их координатами точки в пространстве. Получается, что координаты цветов заполняют куб.

При этом яркость цвета определяется тем насколько близка к максимальному значению хотя бы одна координата из трех.

КОДИРОВАНИЕ ЗВУКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Давайте перейдем к кодированию звуковой информации.

Из курса физики вам всем известно, что звук — это непрерывная волна с изменяющейся амплитудой и частотой.

Для того, чтобы компьютер мог обрабатывать непрерывный звуковой сигнал, он должен быть дискретизирован, т. е. превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

Для этого звуковая волна разбивается на отдельные временные участки.

Гладкая кривая заменяется последовательностью «ступенек». Каждой «ступеньке» присваивается значение громкости звука. Чем больше количество уровней громкости, тем больше количество информации будет нести значение каждого уровня и более качественным будет звучание. Причем, чем больше будет количество измерений уровня звукового сигнала в единицу времени, тем качественнее будет звучание. Эта характеристика называется частотой дискретизации Данная характеристика измеряется в Гц.

При этом на каждое измерение выделяется одинаковое количество бит. Такая характеристика называется — глубина кодирования.

Таким образом, чтобы подсчитать вес звуковой волны достаточно перемножить частоту дискретизации, глубины кодирования и времени звучания такого звука. При этом, рассматривая современное звучание, количество звуковых волн может быть различное, например, для стереозвука — это 2, а для квадрозвука — 4.

Источник