Кодирование графической информации
Графическая информация, также как числовая и символьная, кодируется двоичным кодом.
Компьютерная графика по методу создания и кодирования изображений делится на растровую, векторную и 3D-графику. В настоящем пособии будут рассмотрены методы кодирования растровой графики.
Под растровым изображением будем понимать прямоугольную область, закрашенную непрерывно изменяющимся цветом. Поэтому для представления изображений в целых числах необходимо отдельно дискретизировать прямоугольную область и цвет.
Для описания области она разбивается на множество точечных элементов – пикселей (pixel). Пиксель минимальная часть цифрового изображения. Само множество называется растром (bit map, dot matrix, raster), а изображения, которые формируются на основе растра, называются растровыми.
Число пикселей называется разрешением (resolution). Пиксели нумеруется, начиная с нуля, слева направо и сверху вниз.
Для представления цвета используются цветовые модели. Цветовая модель (color model) это правило, по которому может быть вычислен цвет. Самая простая цветовая модель – битовая. В ней для описания цвета каждого пикселя (черного или белого), используется всего один бит. Для представления полноцветных изображений, используются более сложные модели.
Например, любой цвет может быть представлен как производная трёх базовых цветов: красного, зелёного и синего. Если интенсивность каждого цвета представить числом, то любой цвет можно выразить через набор из трёх чисел. Так задается цветовая модель RGB. На каждое число отводится один байт. Так можно представить 224 цвета, то есть примерно 16,7 млн. цветов. Белый цвет в этой модели представляется как (1,1,1), чёрный – (0,0,0); красный – (1,0,0), синий – (0,0,1). Жёлтый цвет является комбинацией красного и зелёного и потому представляется как (1,1,0).
|
|
|
Цветовая модель RGB (Red-Green-Blue) была стандартизирована в 1931 году и впервые использована в цветном телевидении. Модель RGB является аддитивной (от англ. addition – сложение) моделью, то есть цвет получается в результате сложения базовых цветов. Существуют и другие цветовые модели, которые для ряда задач оказываются более предпочтительными, чем RGB-модель. Например, для представления цвета в принтере используется субтрактивная CMY-модель (Cyan-Magenta-Yellow), цвет в которой получается в результате вычитания базовых цветов из белого цвета. Белому цвету в этой модели соответствует (0,0,0), чёрному – (1,1,1), голубому – (1,0,0), сиреневому – (0,1,0), жёлтому – (0,0,1).
В цветовой модели HSV (Hue-Saturation-Value) цвет представляется через непосредственно цвет, насыщенность и значение, а в модели HLS (Hue-Lightness-Saturation) через оттенок, яркость и насыщенность.
|
|
|
Современные графические редакторы, как правило, могут работать с несколькими цветовыми моделями.
| (10) |
V = M · N ∙ K (бит).
Видеопамять–частьоперативной памяти, отведённая для хранения данных, используемых для формирования изображения на экране монитора.
| (11) |
V = I · X ∙ Y,
гдеI – глубина цвета отдельной точки,
X, Y–размеры экрана по горизонтали и по вертикали (произведение X∙Y – разрешающая способность экрана).
Экран дисплея может работать в двух основных режимах: текстовом и графическом.
В графическом режиме экран разделяется на отдельные светящиеся точки (пиксели), количество которых зависит от типа дисплея, например, 1280 по горизонтали и 1024 по вертикали. Яркость пикселей может меняться. В этом режиме на мониторе компьютера появляются все сложные графические изображения, создаваемыми специальными программами, управляющими параметрами каждого пикселя.
Графический режим характеризуется следующими показателями:
|
|
|
– разрешающая способность (количество точек, с помощью которых на экране воспроизводится изображение). Она зависит от размера экрана и текущего разрешения видеокарты.
| (12) |
K=2I ,
где K – количество цветов,
I – глубина цвета или битовая глубина.
– палитра (количество цветов, которые используются для воспроизведения изображения).
Итак, совокупность пикселей образует изображение.
Разрешение растрового изображения – это величина, которая определяет количество элементов изображения (пикселей) на единицу размера изображения.
Разрешение измеряется в dpi (dot per inch – число точек на дюйм), т.е. показывает, какое количество точек приходится на один дюйм данного изображения.
| (13) |
| (13) |
| (13) |
| (13) |
где R – разрешение,
P – размер в пикселях,
D – физический размер.
Пример 3.2.1 Определить требуемый объем видеопамяти для различных графических режимов экрана монитора 640 * 480 , если известна глубина цвета на одну точку – 4 бит.
|
|
|
Решение:Всего точек на экране (разрешающая способность): 640 * 480 = 307200. Следовательно, необходимый объем видеопамяти V= 4 * 307200 = 1228800 (бит) = = 153600 (байт) = 150 (Кбайт).
Пример 3.2.2Определить требуемый объем видеопамяти для различных графических режимов экрана монитора, если известна глубина цвета на одну точку (таблица 4).
Таблица 4 – Режимы экрана монитора
| Режим экрана | Глубина цвета | ||||
| 4 | 8 | 16 | 24 | 32 | |
| 640 на 480 | |||||
| 800 на 600 | |||||
| 1024 на 768 | |||||
| 1280 на 1024 | |||||
Результаты решения приведены в таблице 5. Попробуйте обосновать его самостоятельно.
Таблица 5 – Результаты решения примера 3.2.2
| Режим экрана | Глубина цвета | ||||
| 4 | 8 | 16 | 24 | 32 | |
| 640 на 480 | 150 Кб | 300 Кб | 600 Кб | 900 Кб | 1,2 Мб |
| 800 на 600 | 234 Кб | 469 Кб | 938 Кб | 1,4 Мб | 1,8 Мб |
| 1024 на 768 | 384 Кб | 768 Кб | 1,5 Мб | 2,25 Мб | 3 Мб |
| 1280 на 1024 | 640 Кб | 1,25 Мб | 2,5 Мб | 3,75 Мб | 5 Мб |
ЗАДАЧИ
1. Сколько цветов можно закодировать с помощью 1, 2, 3, 4 бит?
2. Вы хотите работать с экраном 800*600 точек, используя одновременно 65 536 цветов (режим High Color). В магазине продаются видеокарты с видеопамятью 256 Кб, 512 Кб, 1 Мб, 2 Мб, 4 Мб. Какие карты можно покупать для вашей работы?
3. Экран дисплея имеет разрешение 1024*512 точек. Каждая точка может иметь любой из 128 цветов. Сколько бит (байт, Кбайт, Мбайт) необходимо для хранения изображения одного экрана?
4. Сколько байт памяти необходимо для кодирования изображения с экрана монитора, который может отображать 1280 точек по горизонтали и 1024 точек по вертикали при 256 цветах?
5. Укажите минимальный объем памяти (в килобайтах), достаточный для хранения любого растрового изображения размером 64´64 пикселя, если известно, что в изображении используется палитра из 256 цветов. Саму палитру хранить не нужно.
6. Сколько секунд потребуется модему, передающему сообщения со скоростью 28 800 бит/с, чтобы передать цветное растровое изображение размером 640х480 пикселей, при условии, что цвет каждого пикселя кодируется тремя байтами?
7. Какой объем информации потребуется, чтобы закодировать картинку, состоящую из 128*256 черно-белых точек?
8. Какой объем информации потребуется, чтобы закодировать картинку, состоящую из 64*128 цветных точек, если цвет точки формируется тремя цветами с 8 градациями яркости?
9. Черно-белое (без градаций серого) растровое графическое изображение имеет размер 10 ´10 точек. Какой объем памяти займет это изображение?
10. Для хранения растрового изображения размером 128 x 128 пикселей отвели 4 Кб памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения.
11. Сколько бит видеопамяти занимает информация об одном пикселе на черно-белом экране (без полутонов)?
12. Какой объем видеопамяти необходим для хранения четырех страниц изображения, если битовая глубина равна 24, а разрешающая способность дисплея –800 х 600 пикселей?
13. Определить объем видеопамяти компьютера, который необходим для реализации графического режима монитора High Color с разрешающей способностью 1024 х 768 пикселей и палитрой из 65 536 цветов?
14. В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов уменьшилось с 65 536 до 16. Во сколько раз уменьшится объем занимаемой им памяти?
15. Достаточно ли видеопамяти объемом 256 Кбайт для работы монитора в режиме 640 ´ 480 и палитрой из 16 цветов?
16. Укажите минимальный объем памяти (в килобайтах), достаточный для хранения любого растрового изображения размером 256 х 256 пикселей, если известно, что в изображении используется палитра из 216 цветов. Саму палитру хранить не нужно.
17. Используются графические режимы с глубинами цвета 8, 16. 24, 32 бита. Вычислить объем видеопамяти, необходимый для реализации данных глубин цвета при различных разрешающих способностях экрана.
18. Сколько секунд потребуется модему, передающему сообщения со скоростью 28 800 бит/с, чтобы передать цветное растровое изображение размером 640 х 480 пикселей, при условии, что цвет каждого пикселя кодируется тремя байтами?
19. Сколько секунд потребуется модему, передающему сообщения со скоростью 14 400 бит/сек, чтобы передать цветное растровое изображение размером 800 х 600 пикселей, при условии, что в палитре 16 миллионов цветов?
20. Современный монитор позволяет получать на экране 16 777 216 различных цветов. Сколько бит памяти занимает 1 пиксель?
21. Каков минимальный объем памяти (в байтах), достаточный для хранения черно-белого растрового изображения размером 32 х 32 пикселя, если известно, что в изображении используется не более 16 градаций серого цвета
22. Монитор работает с 16-цветной палитрой в режиме 640 х 400 пикселей. Для кодирования изображения требуется 1 250 Кбайт. Сколько страниц видеопамяти оно занимает?
23. Страница видеопамяти составляет 16 000 байт. Дисплей работает в режиме 320 х 400 пикселей. Сколько цветов в палитре?
24. Сканируется цветное изображение размером 10 ´ 10 см. Разрешающая способность сканера 600 dpi, глубина цвета – 32 бит. Какой информационный объем будет иметь полученный графический файл?
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 1339; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!