Кодирование графической информации

Существует 2 формы представления графической и звуковой информации:

Аналоговая

Физическая величина принимает бесконечное множество (значения изменяются непрерывно).

• Художественное полотно
• Виниловая пластинка

Дискретная

Физическая величина принимает конечное число значений (величина изменяется скачкообразно).

• Изображение, напечатанное на струйном принтере
• Аудиокомпакт-диск

В последнее время, человечество оценило все преимущества хранения и обработки именно дискретной (цифровой) информации, проведена огромная работа по “цифровизации” разного рода информации. Процесс такого преобразования называется – дискретизацией.

Дискретизация – это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов.

В процессе дискретизации производится кодирование, то есть присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.

Качество кодирования изображения зависит от:

1. размера точки – разрешающая способность 640х480;  800х600;   1024х768 и т.д.
2. количества цветов – палитра цветов 2, 8, 16, 256, 65 536 цветов

Глубина цвета – количество бит информации для хранения цвета точки для каждой палитры цветов.

Для того чтобы определить количество цветов в палитре, воспользуемся формулой Хартли:

где, i – глубина цвета в битах, или информационный вес цвета одной точки графического изображения;

N – количество цветов в палитре.

Задание 1 : Заполните таблицу, определив количество цветов в палитре при разных значениях глубины цвета

Точка изображения в цифровой графике называется пикселем.

Пиксель— наименьший логический элемент двумерного цифрового изображения в растровой графике, или элемент матрицы дисплеев, формирующих изображение.

Теперь разберем, как формируется код цвета. Возьмем для примера глубину цвета i = 3 бита.

Физиологически, цвета, которые мы с Вами воспринимаем, формируются смешиванием 3-х базовых цветов: Красный, Зеленый и Синий. Насыщенность или присутствие каждого из них, вносит многообразие различных оттенков. Такая палитра является базовой и называется RGB.

Например, если смешать красный и зеленый, мы получим – желтый цвет, а смешивая синий с красным – пурпурный.

Итак, у нас имеется 3 бита глубины цвета, общее число цветов, которое мы можем закодировать: N = 8:

000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. По палитре RGB, получаем соответственно, 1-я цифра кода – наличие (отсутствие) красного цвета, 2-я – зеленого и 3-я – синего. Согласитесь, изображение, состоящее из 8 цветов, не будет выглядеть реалистично, а реалистичность достигается за счет повышения параметра – глубины цвета.

https://www.informatio.info/wp-content/uploads/2016/02/RGB-model-300x151.png 300w, https://www.informatio.info/wp-content/uploads/2016/02/RGB-model-768x388.png 768w" alt="RGB-model" width="880" height="444" class="aligncenter wp-image-44313" style="margin: 0px auto; padding: 0px; border: 0px; font-weight: inherit; font-style: inherit; font-size: 12px; font-family: inherit; vertical-align: baseline; display: block;" />

В случае использования глубины цвета i = 24 бита, на каждый цвет выделяется по 8 бит двоичного кода.

Цифровая фотография имеет глубину цвета i = 24 бита, получаем палитру, состоящую из более чем 16 млн. цветов. Зачем такое количество цветов, если человек может идентифицировать 20 – 30 цветов?

Ответ прост, для реалистичности. Сравните 2 изображения с разным набором цветов:

https://www.informatio.info/wp-content/uploads/2016/02/cars_8-24-300x95.jpg 300w, https://www.informatio.info/wp-content/uploads/2016/02/cars_8-24-768x242.jpg 768w" alt="cars_8-24" width="880" height="278" class="aligncenter wp-image-44312" style="margin: 0px auto; padding: 0px; border: 0px; font-weight: inherit; font-style: inherit; font-size: 12px; font-family: inherit; vertical-align: baseline; display: block;" />

Оба изображения имеют одинаковую разрешающую способность: 1024 х 596 пикселей, но картинка слева имеет глубину цвета i = 4 бита, а картинка справа i = 24 бита.

Расчет количества графической информации

Для определения количества графической информации воспользуемся формулами:

https://www.informatio.info/wp-content/uploads/2016/02/formula-hartly-300x209.png 300w" alt="formula hartly" width="447" height="311" class="aligncenter size-full wp-image-44256" style="margin: 0px auto; padding: 0px; border: 0px; font-weight: inherit; font-style: inherit; font-size: 12px; font-family: inherit; vertical-align: baseline; display: block;" />

где, I – объем информации,

К – количество пикселей изображения. Определяется произведением количества пикселей по-горизонтали на количество пикселей по- вертикали,

N – количество цветов в палитре,

i – глубина цвета.

Дано:

К = 1024 х 596 = 610 304 пкс.; i1 = 4 бита; i2 = 24 бита.

I1 = 610 304 х 4 = 2 441 216 бит = 305 152 Б = 298 КБ

I2 = 610 304 х 24 = 14 647 296 бит = 1 830 912 Б = 1 788 КБ

Ответ: I1 = 298 КБ, I2 = 1 788 КБ.

Задание 2: Решить задачи

1. Для хранения растрового изображения размером 16 х 32 пикселя отвели 1 килобайт памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?
2. Укажите минимальный объем памяти (в килобайтах), достаточный для хранения любого растрового изображения размером 32 х 32 пикселя, если известно, что в изображении используется палитра из 256 цветов.
3. В цветовой модели RGB для кодирования одного пикселя используется 3 байта. Фотографию размером 2048×1536 пикселей сохранили в виде несжатого файла с использованием RGB-кодирования. Определите размер получившегося файла.

Задание 3: Лабораторная работа

Работу необходимо выполнить в печатном виде, оформляя вычисления, таблицы и эксперимент.

https://www.informatio.info/wp-content/uploads/2016/02/фрагмент-задачи-300x224.png 300w" alt="" width="275" height="205" class="alignleft wp-image-99 " style="margin: 0px 10px 5px 0px; padding: 0px; border: none; font-weight: inherit; font-style: inherit; font-size: 12px; font-family: inherit; vertical-align: baseline; float: left;" />

Задачи на вычисление объёма информации.

Практическая работа на ПК с оформлением в табличном виде зависимостей основных параметров, влияющих на вывод графической информации.

Создание и сохранение графических файлов.

Форматы графических файлов.

Теория

1 ЭТАП: При кодировании графической информации используется пространственная дискретизация. Всё изображение делится на малые точки, называемые пиксели.

Получается некое прямоугольное поле с конкретным количеством пикселей по горизонтали и вертикали. Например, 1024 х 768 px.https://www.informatio.info/wp-content/uploads/2016/02/фрагмент-работа-с-файлами.png 768w" alt="фрагмент работа с файлами" width="300" height="195" class="alignleft size-medium wp-image-101" style="margin: 0px 10px 5px 0px; padding: 0px; border: none; font-weight: inherit; font-style: inherit; font-size: 12px; font-family: inherit; vertical-align: baseline; float: left;" />

Несложно посчитать и общее количество пикселей любого графического файла. Для этого достаточно перемножить 2 величины и мы получим площадь прямоугольника. Если умножить 1024 на 768 мы получим – 786 432 пикселя.

2 ЭТАП: Каждой точке необходимо задать цвет. Для формирования цвета используется палитра, состоящая из 3-х базовых цветов:

• RED – красный,
• GREEN – зелёный,
• BLUE – синий.

При условии что на каждый цвет выделяется 8 разрядов двоичного числа, мы получаем 256 комбинаций, или, в нашем случае, уникальных кодов.

от 00000000 до 11111111

Мы также знаем что 8 бит это 1 байт, каждый из базовых цветов по 1 байту информации.

Сколько же всего цветов может выдавать ПК?

Поскольку каждый 1 байт выдает нам 256 цветов, получаем:

256 * 256 * 256 = 16 777 216 цветов.

Человеческий глаз такое количество цветов воспринимает реалистично. Но изображение может иметь и меньшее количество цветов. Так, изображение состоящее из 2-х цветов называется монохромное, только 2 цвета: чёрный и белый, с кодами 0 и 1, соответственно.

Информационный вес 1 пикселя это и есть количество разрядов двоичного кода. Для формирования палитры из 3-х цветов нужно МИНимум 3 бита, тогда мы получим 8 цветов: красный, зеленый, синий, желтый, пурпурный, голубой, черный, белый.

Ссылка на файл с заданием:

ПР_Кодирование графической информации.