Кодирование графической информации – 2.5. Кодирование графической информации

2.5. Кодирование графической информации

Существует 2 подхода к представлению (оцифровке) графических данных:

- растровый;

- векторный.

Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения. Экран монитора можно представить в виде ячеек матрицы или элементов растра.

Ячейка растра состоит из определенного количества точек – пикселей.

Размер пикселя варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения или разрешающей способности (максимального количества пикселей по вертикали и горизонтали монитора).

Примеры стандартных разрешений современных мониторов: 800×600, 1024 × 768, 1280 × 1024 и т.п.

Цветные изображения на экране формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждого пикселя, информация о которых хранится в видеопамяти. Глубина цвета изображения определяется количеством битов, необходимым для кодирования цвета пикселя.

Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8, 16, 24 или 32 бита. Если каждый цвет пикселя рассматривать как возможное состояние, то количество цветов, может быть вычислено по формуле

N = 2К,

где К – глубина цвета в битах.

Например, для получения черно-белого изображения (без полутонов) пиксель может принимать только два состояния: светится (белый) – не светится (черный). Для его кодировки достаточно одного бита, например, 1 – белый, 0 – черный (21 = 2).

Для кодировки 4-цветного изображения требуется два бита на пиксель, например: 00 – черный, 01 – красный, 10 – зеленый, 11 – коричневый (22 = 4).

Недостатком растровой графики является большой объем памяти, требуемый для хранения изображения.

При векторном представлении графических данных задается и сохраняется математическое описание каждого графического примитива – геометрического объекта, из которых формируется изображение.

Недостатком векторной графики является невозможность работы с высококачественными художественными изображениями, фотографиями и фильмами. Поэтому основной сферой применения является представление в электронном виде чертежей, схем, диаграмм и т. д.

Программы для работы с графическими данными подразделяются:

- растровые графические редакторы – Paint, Photoshop;

- векторные графические редакторы - Visio, Corel Draw.

2.6. Кодирование звуковой информации

Звук представляет собой волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем звук громче для человека. Высота тона определяется частотой сигнала.

Для компьютерной обработки непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов, т.е. закодирован. В процессе кодирования производится временная дискретизация звукового сигнала, т. е. разбиение продолжительности звуковой волны на отдельные временные участки. Для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды, которой присваивается код уровня громкости.

Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний. Следовательно, с ростом кодированного количества уровней громкости воспроизводимое звучание будет более качественным.

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. Количество различных уровней (состояний) сигнала можно рассчитать по формуле:

где I – глубина звука.

studfile.net

Кодирование графической информации

Считается, что глаз человека способен различать около $16$ млн. оттенков цвета. Но как объяснить, к примеру, компьютеру, что один объект красного цвета, а другой розового? В чем между этими двумя цветами разница, которую мы в отличие от устройства хорошо различаем на глаз. Для формального описания цвета разработали несколько цветовых моделей и соответствующих им способов кодирования.

Цветовая модель RGB

Определение 1

Название данной модели происходит от названий трех базовых цветов, используемых в модели — Red, Green, Blue, а точнее их первых букв. Эта цветовая модель описывает способ получения цвета на экране монитора или телевизора, т.е. устройства, содержащего электронно-лучевую трубку. Модель аддитивная (цвет получается при сложении точек трех базовых цветов, каждая своей яркости). Причем яркость каждого базового цвета может принимать значения от $0$ до $255$ ($256$ значений), таким образом, модель позволяет кодировать $2563$ или около $16,7$ млн. цветов. Эти тройки базовых цветов (светящиеся точки) расположены очень близко друг к другу, так, когда мы смотрим на эти триады из светящихся точек, то каждая тройка сливается для нас в большую точку определенного цвета. Чем выше яркость цветной точки, тем большее количество этого цвета добавится к результирующей (тройной) точке.

Рисунок 1.

При минимальной совокупной яркости базовых точек, а точнее равной нулю, получим черную точку. В противном случае, когда яркость максимальна ($255$), при сложении базовых точек получим белую точку. Когда все яркости базовых цветов одинаковы, получаем серую точку (чем выше значение яркостей, тем светлее точка). Точку любого красивого насыщенного цвета можно получить, если при смешении базовых цветов одного цвета гораздо меньше, чем двух других. Например, сиреневый цвет получается, если при этом взять максимальное равное количество красного и синего цветов и не станем брать зеленого, а желтый цвет — достигается смешением красного и зеленого.

Устройства ввода графической информации такие, как сканер, цифровая камера, и устройство вывода (монитор) работают в этой модели. RGB-кодирование лучше всего помогает описать цвет, излучаемый некоторым устройством, например, монитором. Когда же мы смотрим на изображение, отпечатанное на бумаге, ситуация совершенно иная. Мы воспринимаем не прямые лучи источника, которые попадают нам в глаза, а лучи, отраженные от поверхности. Белый свет, излучаемый определенным источником (например, солнцем или лампочкой) и содержащий волны всего видимого спектра, попадает на бумагу с нанесенной на нее краской. Краска при этом словно впитывает часть лучей (их энергия уходит на нагрев), а оставшиеся воспринимают наши глаза, это и есть тот цвет, который мы видим.

Рисунок 2.

Пример 1

Например, если краска поглотит красные лучи, при этом останутся только синие и зеленые – мы, в свою очередь, порадуем себя созерцанием голубого цвета. В этом случае красный и голубой цвета дополнят друг друга, так же, как и зеленый с фиолетовым и синий с желтым. Действительно, если из белого цвета (его RGB - код #FFFFFF) удалить зеленую составляющую, то получим цвет #FF00FF (фиолетовый, пурпурный), а если удалить синюю составляющую, то получим цвет #FFFF00 (желтый).

Цветовая модель CMY

Данная модель строится при использовании 3 дополнительных цветов – голубого, фиолетового и желтого (англ. Cyan – голубой, Magenta – фиолетовый,Yellow – желтый), и применяется при выводе изображения на печать. Значения $C=M=Y=0$ соответствуют белому цвету, так как на белую бумагу не наносится никакая краска и все лучи при этом отражаются.

Рисунок 3.

Когда будем добавлять голубой цвет, красные лучи станут поглощаться, останутся лишь синие и зеленые. А если сверху все покроем еще и желтой краской, она, в свою очередь, поглотит синие лучи, останется только зеленый.

При смешении голубой, фиолетовой и желтой красок теоретически должен получить черный цвет, поскольку все лучи поглотятся. Но на практике так не получается. Краски по своей структуре не всегда идеальны, возможно небольшое наличие некоторых примесей, поэтому вместо черного цвета зачастую получается грязно-коричневый. Кроме того, при печати черных областей увеличивается расход краски. Нужно также учитывать, что обычно на принтерах часто распечатывают черный текст, а цветные чернила более дорогостоящие, чем черные.

Чтобы разрешить эту проблему, в набор красок добавили черный, так называемый ключевой цвет (англ. Key color), поэтому получившуюся модель обозначили CMYK. Изображение, которое печатает большинство принтеров, состоит из точек этих $4$ цветов, которые расположены в виде узора очень близко друг к другу. Это позволяет создать зрительное ощущение того, что рисунок состоит из разных цветов.

Окрашенные несветящиеся объекты поглощают часть спектра белого света, освещающего их, и отражают оставшееся излучение. В зависимости от области спектра, в которой происходит поглощение, объекты отражают разные цвета (окрашены в них). Цвета, которые используют белый свет, удаляя из него определенные участки спектра, называются субтрактивными. Для их описания используется субтрактивная модель CMY (Cyan, Magenta, Yellow). В этой модели основные цвета образуются путем вычитания из белого цвета основных аддитивных цветов модели RGB. То есть основных субтрактивных цветов будет три: голубой (белый минус красный), пурпурный (белый минус зеленый), желтый (белый минус синий). При смешении двух субтрактивных составляющих результирующий цвет затемняется (поглощено больше света, положено больше краски). Таким образом, при смешении максимальных значений всех трех компонентов должен получиться черный цвет. При полном отсутствии краски (нулевые значения составляющих) получится белый цвет (белая бумага). Смещение равных значений трех компонентов позволит получить нам оттенки серого цвета.

Данная модель используется в полиграфии и является там основной. Пурпурный, голубой, желтый цвета составляют так называемую полиграфическую триаду, и при печати красками этих цветов большая часть видимого цветового спектра воспроизводится на бумаге. Однако реальные краски имеют примеси, их цвет может быть не идеальным, и смешение трех основных красок, которое должно давать черный цвет, дат в результате неопределенный грязно-коричневый. Кроме того, для получения интенсивного черного цвета необходимо увеличить количество краски каждого цвета, поступающей в процессе печати на бумагу, что приведет к переувлажнению бумаги, которое повлечет за собой снижение качества печати. К тому же использовать много краски – это достаточно неэкономно.

Для повышения качества отпечатка в число основных полиграфических красок (и в модель) внесена черная. Именно это позволило добавить последнюю букву в название модели CMYK, хотя и не совсем обычно: $C$ - это Cyan (Голубой), $M$ - это Magenta (Пурпурный), $Y$ - Yellow (Желтый). Черный компонент сокращается до буквы $K$, ведь эта краска является основной, ключевой (Key) в процессе цветной печати. Таким образом, число компонентов увеличилось до $4$. Как и для модели RGB, количество каждого компонента может быть выражено в процентах или градациях от $0$ до $255$, но для кодирования цвета одного пикселя потребуется $32$ бита ($4$ байта).

Замечание 1

Любое компьютерное изображение характеризуется помимо геометрических размеров и разрешения (количество точек на один дюйм), максимальным числом вероятных относительно использования цветов. Максимальное количество цветов, которое может быть использовано в изображении данного типа, называется глубиной цвета. Кроме полноцветных, существуют типы изображений с различной глубиной цвета — черно-белые штриховые, в оттенках серого, с индексированным цветом. Некоторые типы изображений имеют одинаковую глубину цвета, но различаются по цветовой модели. Для описания черно-белого штрихового рисунка достаточно всего $1$ бита на каждый пиксель изображения.

Растровая и векторная графика

Описанная выше техника формирования изображений из точек различных цветов является наиболее распространенной и называется растровой. Но кроме растровой графики, в компьютерах используется еще и так называемая векторная графика.

Векторные изображения создаются только при помощи компьютера и формируются не из пикселей, а из графических примитивов (линий, многоугольников, окружностей и др.).

Векторная графика - это чертежная графика. Она очень удобна для компьютерного «рисования» и широко используется дизайнерами при графическом оформлении печатной продукции, в том числе создании огромных рекламных баннеров.

Векторное изображение в двоичном коде записывается как совокупность примитивов с указанием их размеров, цвета заливки, места расположения на холсте и некоторых других свойств.

Пример 2

Например, чтобы записать на запоминающем устройстве векторное изображение круга, компьютеру достаточно в двоичный код закодировать тип объекта (окружность), координаты его центра на холсте, длину радиуса, толщину и цвет линии, цвет заливки.

В растровой системе пришлось бы кодировать цвет каждого пикселя. И если размер изображения большой, для его хранения понадобилось бы значительно больше места на запоминающем устройстве.

Тем не менее, векторный способ кодирования не позволяет записывать в двоичном коде реалистичные фото. Поэтому все фотокамеры работают только по принципу растровой графики. Рядовому пользователю иметь дело с векторной графикой в повседневной жизни приходится не часто.

spravochnick.ru

Кодирование информации

Общие понятия

Определение 1

Кодирование — это преобразование информации из одной ее формы представления в другую, наиболее удобную для её хранения, передачи или обработки.

Определение 2

Кодом называют правило отображения одного набора знаков в другом.

Определение 3

Двоичный код – это способ представления информации с помощью двух символов - $0$ и $1$.

Определение 4

Длина кода – количество знаков, используемых для представления кодируемой информации.

Определение 5

Бит - это одна двоичная цифра $0$ или $1$. Одним битом можно закодировать два значения: $1$ или $0$. Двумя битами можно закодировать уже четыре значения: $00$, $01$, $10$, $11$. Тремя битами кодируются $8$ разных значений. Добавление одного бита удваивает количество значений, которое можно закодировать.

Рисунок 1.

Виды кодирования информации

Различают кодирование информации следующих видов:

Кодирование текстовой информации

Любой текст состоит из последовательности символов. Символами могут быть буквы, цифры, знаки препинания, знаки математических действий, круглые и квадратные скобки и т.д.

Текстовая информация, как и любая другая, хранится в памяти компьютера в двоичном виде. Для этого каждому ставится в соответствии некоторое неотрицательное число, называемое кодом символа, и это число записывается в память ЭВМ в двоичном виде. Конкретное соотношение между символами и их кодами называется системой кодировки. В персональных компьютерах обычно используется система кодировки ASCII (American Standard Code for Informational Interchange – Американский стандартный код для информационного обмена).

Замечание 1

Разработчики программного обеспечения создали собственные $8$-битные стандарты кодировки текста. За счет дополнительного бита диапазон кодирования в них был расширен до $256$ символов. Чтобы не было путаницы, первые $128$ символов в таких кодировках, как правило, соответствуют стандарту ASCII. Оставшиеся $128$ - реализуют региональные языковые особенности.

Замечание 2

Восьмибитными кодировками, распространенными в нашей стране, являются KOI8, UTF8, Windows-1251 и некоторые другие.

Кодирование цвета

Чтобы сохранить в двоичном коде фотографию, ее сначала виртуально разделяют на множество мелких цветных точек, называемых пикселями (что-то на подобии мозаики). После разбивки на точки цвет каждого пикселя кодируется в бинарный код и записывается на запоминающем устройстве.

Пример 1

Если говорят, что размер изображения составляет, например, $512 х 512$ точек, это значит, что оно представляет собой матрицу, сформированную из $262144$ пикселей (количество пикселей по вертикали, умноженное на количество пикселей по горизонтали).

Пример 2

Прибором, "разбивающим" изображения на пиксели, является любая современная фотокамера (в том числе веб-камера, камера телефона) или сканер. И если в характеристиках камеры значится, например, "$10$ Mega Pixels", значит количество пикселей, на которые эта камера разбивает изображение для записи в двоичном коде, - 10 миллионов. Чем на большее количество пикселей разделено изображение, тем реалистичнее выглядит фотография в декодированном виде (на мониторе или после распечатывания).

Однако качество кодирования фотографий в бинарный код зависит не только от количества пикселей, но также и от их цветового разнообразия. Алгоритмов записи цвета в двоичном коде существует несколько. Самым распространенным из них является RGB. Эта аббревиатура – первые буквы названий трех основных цветов: красного – англ.Red, зеленого – англ. Green, синего – англ. Blue. Смешивая эти три цвета в разных пропорциях, можно получить любой другой цвет или оттенок.

На этом и построен алгоритм RGB. Каждый пиксель записывается в двоичном коде путем указания количества красного, зеленого и синего цвета, участвующего в его формировании.

Чем больше битов выделяется для кодирования пикселя, тем больше вариантов смешивания этих трех каналов можно использовать и тем значительнее будет цветовая насыщенность изображения.

Определение 6

Цветовое разнообразие пикселей, из которых состоит изображение, называется глубиной цвета.

Кодирование графической информации

Описанная выше техника формирования изображений из мелких точек является наиболее распространенной и называется растровой. Но кроме растровой графики, в компьютерах используется еще и так называемая векторная графика.

Векторные изображения создаются только при помощи компьютера и формируются не из пикселей, а из графических примитивов (линий, многоугольников, окружностей и др.).

Векторная графика - это чертежная графика. Она очень удобна для компьютерного «рисования» и широко используется дизайнерами при графическом оформлении печатной продукции, в том числе создании огромных рекламных плакатов, а также в других подобных ситуациях. Векторное изображение в двоичном коде записывается как совокупность примитивов с указанием их размеров, цвета заливки, места расположения на холсте и некоторых других свойств.

Пример 3

Чтобы записать на запоминающем устройстве векторное изображение круга, компьютеру достаточно в двоичный код закодировать тип объекта (окружность), координаты его центра на холсте, длину радиуса, толщину и цвет линии, цвет заливки.

В растровой системе пришлось бы кодировать цвет каждого пикселя. И если размер изображения большой, для его хранения понадобилось бы значительно больше места на запоминающем устройстве.

Тем не менее, векторный способ кодирования не позволяет записывать в двоичном коде реалистичные фото. Поэтому все фотокамеры работают только по принципу растровой графики. Рядовому пользователю иметь дело с векторной графикой в повседневной жизни приходится не часто.

Кодирование числовой информации

При кодировании чисел учитывается цель, с которой цифра была введена в систему: для арифметических вычислений или просто для вывода. Все данные, кодируемые в двоичной системе, шифруются с помощью единиц и нолей. Эти символы еще называют битами. Этот метод кодировки является наиболее популярным, ведь его легче всего организовать в технологическом плане: присутствие сигнала – $1$, отсутствие – $0$. У двоичного шифрования есть лишь один недостаток – это длина комбинаций из символов. Но с технической точки зрения легче орудовать кучей простых, однотипных компонентов, чем малым числом более сложных.

Замечание 3

Целые числа кодируются просто переводом чисел из одной системы счисления в другую. Для кодирования действительных чисел используют $80$-разрядное кодирование. При этом число преобразуют в стандартный вид.

Кодирование звуковой информации

Определение 7

Любой звук, слышимый человеком, является колебанием воздуха, которое характеризируется двумя основными показателями: частотой и амплитудой. Амплитуда колебаний - это степень отклонения состояния воздуха от начального при каждом колебании. Она воспринимается нами как громкость звука. Частота колебаний - это количество отклонений состояний воздуха от начального за единицу времени. Она воспринимается как высота звука.

Пример 4

Так, тихий комариный писк - это звук с высокой частотой, но с небольшой амплитудой. Звук грозы наоборот имеет большую амплитуду, но низкую частоту.

Схему работы компьютера со звуком в общих чертах можно описать так. Микрофон превращает колебания воздуха в аналогичные по характеристикам электрических колебаний. Звуковая карта компьютера преобразовывает электрические колебания в двоичный код, который записывается на запоминающем устройстве. При воспроизведении такой записи происходит обратный процесс (декодирование) - двоичный код преобразуется в электрические колебания, которые поступают в аудиосистему или наушники. Динамики акустической системы или наушников имеют противоположное микрофону действие. Они превращают электрические колебания в колебания воздуха.

Принцип разделения звуковой волны на мелкие участки лежит в основе двоичного кодирования звука. Аудиокарта компьютера разделяет звук на очень мелкие временные участки и кодирует степень интенсивности каждого из них в двоичный код. Такое дробление звука на части называется дискретизацией. Чем выше частота дискретизации, тем точнее фиксируется геометрия звуковой волны и тем качественней получается запись.

Определение 8

Качество записи сильно зависит также от количества битов, используемых компьютером для кодирования каждого участка звука, полученного в результате дискретизации. Количество битов, используемых для кодирования каждого участка звука, полученного при дискретизации, называется глубиной звука.

Кодирование видеозаписи

Видеозапись состоит из двух компонентов: звукового и графического.

Кодирование звуковой дорожки видеофайла в двоичный код осуществляется по тем же алгоритмам, что и кодирование обычных звуковых данных. Принципы кодирования видеоизображения схожи с кодированием растровой графики (рассмотрено выше), хотя и имеют некоторые особенности. Как известно, видеозапись - это последовательность быстро меняющихся статических изображений (кадров). Одна секунда видео может состоять из $25$ и больше картинок. При этом, каждый следующий кадр лишь незначительно отличается от предыдущего.

Учитывая эту особенность, алгоритмы кодирования видео, как правило, предусматривают запись лишь первого (базового) кадра. Каждый же последующий кадр формируются путем записи его отличий от предыдущего.

spravochnick.ru

Кодирование графической информации

Тема урока: Кодирование графической информации.

Предмет: информатика

9 класс

информатика, лекция, урок, конспект, рисунки

Цель урока: дать учащимся понятие о графике и её кодировке, палитре цветов

ХОД УРОКА.

  1. Оргмомент.

Отсутствующие, приготовить тетради ручки

  1. Работа над темой урока

Теоретическая часть.

Пространственная Дискретизация. Графическая информация может быть представлена в аналоговой и дискретной формах.

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

Графические изображения из аналоговой формы в цифровую преобразуются путем пространственной дискретизации. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики. Изображение разбивается на отдельные маленькие элементы (точки, или пиксели), причем каждый элемент может иметь свой цвет (красный, зеленый, синий и т. д.).

Пиксельминимальны участок изображения, для которого независимым образом можно задать цвет.

В результате пространственной дискретизации графическая информация представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, содержащих, в свою очередь, определенное количество точек.

Важнейшей характеристикой качества растрового изображения является разрешающая способность.

Разрешающая способность растрового изображения определяется количеством точек как по горизонтали, так и по вертикали на единицу длины изображения.

Чем меньше размер точки, тем больше разрешающая способность (больше строк растра и точек в строке) и, соответственно, выше качество изображения.

Величина разрешающей способности обычно выражается в (точек на дюйм), т. е. в количестве точек в полоске изображения длиной один дюйм (1 дюйм = 2,54 см).

Глубина цвета. В процессе дискретизации могут использоваться различные палитры цветов, т. е. наборы цветов, в которые могут быть окрашены точки изображения. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки. Количество цветов N в палитре и количество информации I, необходимое для кодирования цвета каждой точки, связаны между собой и могут быть вычислены по формуле: N=2I

В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) палитра цветов состоит всего из двух цветов (черного и белого). Каждая точка экрана может принимать одно из двух состояний — «черная» или «белая», следовательно, по формуле можно вычислить, какое количество информации необходимо, чтобы закодировать цвет каждой точки.

В двоичной системе 1 пиксель = 1 бит

Количество информации или информационный объем, которое используется для кодирования цвета точки изображения, называется глубиной цвета.

Глубина цвета и количество цветов в палитре

Глубина цвета, I (битов)

Количество цветов в палитре, N

1пиксель = 8 бит

28 = 256

1пиксель = 16 бит

216 = 65 536

1пиксель = 24 бит

224 = 16 777 216

Задание:

Черно-белое растровое изображение имеет размер 10*10 точек. Какой информационный объем имеет изображение?

Решение:

1точка = 1 бит

100 точек = 100 бит

I=100бит

Графические режимы монитора.

Качество изображения на экране монитора зависит от величины пространственного разрешения и глубины цвета.

Пространственное разрешение экрана монитора определяется как произведение количества строк изображения на количество точек в строке. Монитор может отображать информацию с различными пространственными разрешениями (800(строк) х 600(количество точек в строке), 1024 х 768, 1152 х 864 и выше).

Глубина цвета измеряется в битах на точку и характеризует количество цветов, в которые могут быть окрашены точки изображения.

Количество отображаемых цветов также может изменяться в широком диапазоне, от 256 (глубина цвета 8 битов) до более чем 16 миллионов (глубина цвета 24 бита).

Чем больше пространственное разрешение и глубина цвета, тем выше качество изображения.

Периодически, с определенной частотой, коды цветов точек считываются из видеопамяти и точки отображаются на экране монитора. Частота считывания изображения влияет на стабильность изображения на экране. В современных мониторах обновление изображения происходит с видеокарты частотой 75 и более раз в секунду, что обеспечивает комфортность восприятия изображения пользователем компьютера (человек не замечает мерцания изображения). Для сравнения можно напомнить, что частота смены кадров в кино составляет 24 кадра в секунду.

Палитры цветов в системах цветопередачи RGB и CMYK

Белый свет может быть разложен с помощью оптических приборов (например, призмы) или природных явлений (радуги) на различные цвета спектра: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.


Порядок расположения цветов просто запомнить по аббревиатуре слов: каждый человек воспринимает свет с помощью цветовых рецеп­торов, так называемых колбочек, находящихся на сетчатке глаза. Наибольшая чувствительность колбочек приходится на красный, зеленый и синий цвета, которые являются ба­зовыми для человеческого восприятия.

Сумма красного, зе­леного и синего цветов воспринимается человеком как бе­лый цвет, их отсутствие — как черный, а различные их сочетания — как многочисленные оттенки цветов.

Палитра цветов в системе цветопередачи RGB.

С экра­на монитора человек воспринимает цвет как сумму излуче­ния трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Та­кая система цветопередачи называется RGB, по первым буквам английских названий цветов:

(Red — красный, Green — зеленый, Blue — синий).

Цвета в палитре RGB формируются путем сложения ба­зовых цветов, каждый из которых может иметь различную интенсивность. Цвет палитры Color можно определить с по­мощью формулы

Сolor = R+G+B

где 0≤RRmax; 0≤G Gmax; 0≤В≤ Втax

При минимальных интенсивностях всех базовых цветов получается черный цвет, при максимальных интенсивнос­тях — белый цвет. При максимальной интенсивности одно­го цвета и минимальной двух других — красный, зеленый и синий цвета. Наложение зеленого и синего цветов образует голубой цвет (Cyan), наложение красного и зеленого цветов — желтый цвет (Yellow), наложение красного и синего цветов — пурпурный цвет (Magenta) (табл. 1).

Таблица 1. Формирование цветов в системе цветопередачи RGB

Цвет

Формирование цвета

Черный

Black = 0 + 0 + 0

Белый

White = Rmax + Gmax + Вт ax

Красный

Red = Rmax + 0 + 0

Зеленый

Green = 0 + Gmax + 0

Синий

Blue = 0 + 0 + Bmax

Голубой

Cyan = 0 + Gmax + Bmax

Пурпурный

Magenta = Rmax + 0 + Bmax

Желтый

Yellow = Rmax + Gmax + 0

В системе цветопередачи RGB палитра цветов формируется путем сложения красного, зеленого и синего цветов.

При глубине цвета в 24 бита на кодирование каждого из базовых цветов выделяется по 8 битов. В этом случае для каждого из цветов возможны N = 2 = 256 уровней интенсив­ности.

Уровни интенсивности задаются десятичными (от минимального — 0 до максимального — 255) или двоичны­ми (от 00000000 до 11111111) кодами (табл. 1.3).

Таблица 2. Кодировка цветов при глубине цвета 24 бита

Цвет

Двоичный и десятичный коды интенсивности

базовых цветов

Красный

Зеленый

Синий

Черный

00000000

0

00000000

0

00000000

0

Красный

11111111

255

00000000

0

00000000

0

Зеленый

00000000

0

11111111

255

00000000

0

Синий

00000000

0

00000000

0

11111111

255

Голубой

00000000

0

11111111

255

11111111

255

Пурпурный

11111111

255

00000000

0

11111111

255

Желтый

11111111

255

11111111

255

00000000

0

Белый

11111111

255

11111111

255

11111111

255

Палитра цветов в системе цветопередачи CMYK.

При пе­чати изображений на принтерах используется палитра цветов в системе CMY. Основными красками в ней являются:

Cyan голубая, Magenta — пурпурная и Yellow — желтая.

Цвета в палитре CMY формируются путем наложения красок базовых цветов. Цвет палитры Color можно опреде­лить с помощью формулы, в которой интенсивность каждой краски задается в процентах:

Color = С+ М + Y,

где 0% Y100%.

Напечатанное на бумаге изображение человек воспри­нимает в отраженном свете. Если на бумагу краски не нане­сены, то падающий белый свет полностью отражается и мы видим белый лист бумаги. Если краски нанесены, то они по­глощают определенные цвета спектра.

Цвета в палитре CMY формируются путем вычитания из белого света опре­деленных цветов.

Смешение трех красок — голубой, желтой и пурпурной — должно приводить к полному поглощению света, и мы должны увидеть черный цвет. Однако на практике вместо черного цвета получается грязно-бурый цвет. Поэтому в цве­товую модель добавляют еще один, истинно черный цвет. Так как буква В уже используется для обозначения синего цвета, для обозначения черного цвета принята последняя буква в английском названии черного цвета Black, т. е. К. Расши­ренная палитра получила название CMYK (табл.3).

Таблица 3. Формирование цветов в системе цветопередачи CMYK


Цвет

Формирование цвета

Черный

Black = K=C + M+Y=W-G-B-R

Белый

White = W = (С = 0, M = 0, Y= 0)

Красный

Red =R=Y+M=W-B~G

Зеленый

Green = G= Y+C~W-B-R

Синий

Blue = В = М+ C= W-G-R

Голубой

Cyan = C= W-R = G +B

Пурпурный

Magenta = M =W-G = R +B

Желтый

Yellow = Y = W - В = R +G

В системе цветопередачи CMYK палитра цветов формируется путем наложения голубой, пурпурной, желтой и черной красок.

Применение.

Система цветопередачи RGB применяется в мониторах компьютеров, в телевизорах и других излучающих свет технических устройствах.

Система цветопередачи CMYK применяется в полигра­фии, так как напечатанные документы воспринимают­ся человеком в отраженном свете. В струйных принте­рах для получения изображений высокого качества используются четыре картриджа, содержащие базо­вые краски системы цветопередачи CMYK.

Задания для выполнения.

  1. В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов уменьшилось с 65 536 до 16. Во сколько раз уменьшился его информационный объем?

Решение:

65 536 =216

16 = 24

16:4=4раза

Ответ: в 4 раза.

  1. Цветное растровое графическое изображение с палитрой из 256 цветов имеет размер 10*10 точек. Какой информационный объем имеет изображение?

Решение:

256=28

8 бит - это количество информации на одну точку в палитре из 256 цветов

10*10=100 точек

1 точка = 8 бит

100 точек=800бит

Переведем биты в байты

1 байт = 8 бит

100 байт = 800 бит

  1. Определить цвета, если заданы интенсивности базовых цветов в двоичной системе, в системе цветопередачи RGB.

Цвет

Интенсивность базовых цветов

Красный

Зеленый

Синий

Чёрный

00000000

00000000

00000000

Красный

11111111

00000000

00000000

Зеленый

00000000

11111111

00000000

Синий

00000000

00000000

11111111

Голубой

00000000

11111111

11111111

Пурпурный

11111111

00000000

11111111

Жёлтый

11111111

11111111

00000000

Белый

11111111

11111111

11111111

Вопросы для закрепления.

  1. Как связаны между собой количество цветов в палитре и глубина цвета?

Ответ:

Связаны формулой N=2I

N –количество цветов

I – глубина цвета, т.е. количество информации необходимое для кодирования 1 точки.

  1. Какова частота обновлений на экране монитора? (Ответ: 75 и более раз в секунду).

Почему частота обновлений должна быть больше чем частота кадров в кино?

  1. Как формируется палитра цветов в системе цветопередачи RGB? (Ответ: путём сложения базовых цветов - красный, зелёный, синий)

Домашнее задание:

Повторить §1.1.1; 1.1.2;1.1.3. подготовиться к практической работе.

Источники:

  1. Гейн А.Г., Сенокосов А.И., Шолохович В.Ф. Информатика: 7–9 кл. Учебник для общеобразовательных учебных заведений. М.: Дрофа, 1998.

  2. Кушниренко А.Г., Лебедев Г.В., Сворень Р.А. Основы информатики и вычислительной техники: Учебник для средних учебных заведений. М.: Просвещение, 1993.

  3. Угринович Н. Информатика и информационные технологии. Учебное пособие для общеобразовательных учреждений. М.: БИНОМ, 2001

videouroki.net

Урок "Кодирование графической информации"

Урок по теме: «Кодирование графической информации. 9 класс»

Тип урока: ознакомление с новым материалом
Вид урока: смешанный
Технология: личностно-ориентированная, развивающая

На момент проведения урока учащиеся должны
знать:
-
единицы измерения информации
- устройства ввода и вывода графической информации
уметь:
- осуществлять перевод единиц информации
- кратко конспектировать основные моменты лекции
- работать в группах

Цели урока:
- формирование у учащихся понимание принципа кодирования графической информации и ее хранения в памяти ЭВМ
- формирование умений решать задачи на расчет объема памяти, необходимого для хранения графической информации
- демонстрация различных видов кодирования информации

Задачи урока:

образовательная: познакомить учащихся с видами графической информации; ввести понятия «пространственная дискретизация», «растровая графика», «аналоговая и дискретная форма», «пиксель»; расширить представление о видах задач по вычислению количества информации.

воспитательная: формирование общекультурных навыков работы с графической информацией, формирование информационной  культуры.

развивающая: развитие эстетического мышления, памяти, внимательности.

В результате изучения данной темы учащиеся должны

знать:

- как кодируется цвет

- формы представления графической информации

- основные палитры цветов

- взаимосвязь между глубиной цвета и количеством цветов в палитре

уметь:

- определять информационный объем изображения

- определять максимальное количество цветов для заданной глубины цвета

- определять необходимую глубину цвета для заданной палитры цветов

- рассчитывать объем памяти, необходимый для кодирования изображения

Ход урока:

1.Организационный момент:
- приветствие, доклад дежурного об отсутствующих.

2.Проверка домашнего задания:
- «мозговой штурм» - фронтальный опрос: «единицы измерения информации»
- визуальная проверка домашнего задания.

3.Мотивация:
Девиз урока: «Надо много учиться, чтобы знать хоть немного». Ш. Монтескье
Скажите пожалуйста, как кодируется информация в компьютере? (ответ учеников – в двоичном коде). А как же можно представить в цифровом виде графическую информацию? Вот этим мы и займемся сегодня на уроке. А тема нашего урока «Кодирование графической информации» (слайд 1).

4.Изучение нового материала.
Что вы понимаете под «графической информацией»? (фотографии, рисунки, картинки). Давайте разберемся в какой форме может быть представлена графическая информация. Существует две формы представления – аналоговая и дискретная (слайд 2). Примером аналоговой формы может служить живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно (слайд 3). Дискретное изображение состоит из отдельных точек. Примером может служить изображение, распечатанное на принтере (слайд 4). Преобразование изображения из аналоговой (непрерывной) в цифровую (дискретную) форму, называется пространственной дискретизацией (слайд 5). Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением мозаики. Изображение разбивается на отдельные фрагменты, точки (пиксели) (слайд 6). Думаю, все вы не раз наблюдали такую картину при увеличении изображения на экране монитора или в сотовом телефоне (слайд 7). Пиксель – это минимальный участок изображения, для которого независимым образом можно задать цвет. В результате пространственной дискретизации графическая информация представляется в виде растрового изображения.
А замечали ли вы, что одна и та же фотография может быть разного качества на сотовом телефоне и цифровом фотоаппарате? От чего это зависит? Это зависит от количества точек на экране и называется разрешающей способностью (слайд 8).
Разрешающая способность – важнейшая характеристика растрового изображения. Чем меньше размер точки, тем выше разрешающая способность, а значит, и качество изображения (слайд 9).
Каждая точка изображения закодирована. А количество информации, необходимое для кодирования каждой точки изображения, называется глубиной цвета. Количество цветов в палитре и количество информации, необходимое для кодирования одной точки изображения, можно вычислить по формуле N=2I (слайд 10).
Рассмотрим пример кодирования точки черно-белого изображения (без градации серого) (слайд 11). Используя формулу, можно рассчитать, что одна точка такого изображения несет 1 бит информации.
Зная глубину цвета, можно рассчитать количество цветов в палитре (слайд 12).
А теперь решаем задачи в тетради. (слайд 13). Проверяем, меняясь тетрадями.
Растровые изображения на экране монитора.
Качество растровых изображений, полученных в результате сканирования, зависит от разрешающей способности сканера, которую производители указывают двумя числами – например, 1200х2400 (слайд 14).
Качество изображения на экране монитора зависит от величины пространственного разрешения и глубины цвета (слайд 15). Пространственное разрешение экрана монитора определяется как произведение количества строк изображения на количество точек в строке. Двоичные коды цветов всех точек хранятся в видеопамяти компьютера, которая храниться на видеокарте (слайд 16).
Палитры цветов в системах цветопередачи RGB, CMYK.
Белый свет может быть разложен с помощью оптических приборов (например, призмы) или природных явлений (радуги) на цвета спектра (слайд 17). С экрана монитора человек воспринимает цвет как сумму трех базовых цветов – красный (red), зеленый (green), голубой (blue) (слайд 18). В системе цветопередачи RGB палитра цветов формируется путем сложения красного, зеленого, голубого (слайд 19). Цвет палитры можно определить с помощью формулы Цвет = R + G + B (слайд 20). При этом надо учитывать глубину цвета – количество битов, отводимое в компьютере для кодирования цвета. В таблице (слайд 21) хорошо видно, как формируются цвета в системе RGB. Система цветопередачи RGB применяется в мониторах компьютеров, телевиизорах и других излучающих свет устройствах (слайд 22).
В системе цветопередачи CMYK палитра цветов формируется путем наложения голубой, пурпурной, желтой и черной красок (слайд 23). Из таблицы (слайд 24) видно, что цвета в палитре CMYK формируются путем вычитания из белого цвета определенных цветов. Исходя из вышесказанного можно понять, что цвет палитры определяется с помощью формулы Цвет = С + M + Y (слайд 25). Но при смешении этих трех красок вместо черного цвета получается грязно-черный цвет. Поэтому в цветовую модель добавили еще один, истинно черный цвет blak. Для обозначения цвета была взята последняя буква слова.
Система цветопередачи CMYK приметяется в полиграфии (слайд 26).
А теперь давайте решим задачи (слайд 27) (на выбор учителя: учащиеся работают в тетрадях или выходят к доске).
5. Прохождение теста на компьютере
Для проверки усвоения материала учащиеся проходят тест на компьютере в программе «Знак».
Приложение 1
6. Подведение итогов урока
Выставление оценок, запись домашнего задания (слайд 28)

infourok.ru

Презентация к уроку по информатике и икт (9 класс) на тему: Кодирование графической и мультимедийной информации

Слайд 1

Кодирование графической информации Орлова Елена Альбертовна учитель информатики и ИКТ ГОУ СОШ №451 Санкт-Петербург

Слайд 2

Графическая информация может быть представлена в аналоговой и дискретной форме живописное полотно цифровая фотография

Слайд 3

Примером аналогового представления информации может служить живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно

Слайд 4

Дискретное изображение состоит из отдельных точек лазерный принтер струйный принтер

Слайд 5

Преобразование изображения из аналоговой (непрерывной) в цифровую (дискретную) форму называется пространственной дискретизацией Аналоговая форма Дискретная форма сканирование

Слайд 6

В процессе пространственной дискретизации изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты, точки - пиксели пиксель

Слайд 7

Пиксель – минимальный участок изображения, для которого независимым образом можно задать цвет. В результате пространственной дискретизации графическая информация представляется в виде растрового изображения.

Слайд 8

Разрешающая способность растрового изображения определяется количеством точек по горизонтали и вертикали на единицу длины изображения.

Слайд 9

Чем меньше размер точки, тем больше разрешающая способность, а значит, выше качество изображения. Величина разрешающей способности выражается в dpi ( dot per inch – точек на дюйм), т.е. количество точек в полоске изображения длиной один дюйм (1 дюйм=2,54 см.)

Слайд 10

В процессе дискретизации используются различные палитры цветов (наборы цветов, которые могут принять точки изображения). Количество информации, которое используется для кодирования цвета точки изображения, называется глубиной цвета . Количество цветов N в палитре и количество информации I , необходимое для кодирования цвета каждой точки, могут быть вычислены по формуле: N = 2 I

Слайд 11

Пример: Для кодирования черно-белого изображения (без градации серого) используются всего два цвета – черный и белый. По формуле N=2 можно вычислить, какое количество информации необходимо, чтобы закодировать цвет каждой точки: I 2=2 I 2=2 1 I = 1 бит Для кодирования одной точки черно-белого изображения достаточно 1 бита.

Слайд 12

Зная глубину цвета, можно вычислить количество цветов в палитре. Глубина цвета, I (битов) Количество цветов в палитре, N 8 2 = 256 16 2 = 65 536 24 2 = 16 777 216 8 16 24 Глубина цвета и количество цветов в палитре

Слайд 13

1. Растровый графический файл содержит черно-белое изображение с 16 градациями серого цвета размером 10х10 пикселей. Каков информационный объем этого файла? Задачи: Решение: 16 = 2 ; 10*10*4 = 400 бит 2. 256-цветный рисунок содержит 120 байт информации. Из скольких точек он состоит? Решение : 120 байт = 120*8 бит; 265 = 2 (8 бит – 1 точка). 120*8/8 = 120 8 4

Слайд 14

Качество растровых изображений, полученных в результате сканирования, зависит от разрешающей способности сканера. Оптическое разрешение – количество светочувствительных элементов на одном дюйме полоски Аппаратное разрешение – количество « микрошагов » светочувствительной полоски на 1 дюйм изображения например, 1200 dpi например, 2400 dpi

Слайд 15

Растровые изображения на экране монитора Качество изображения на экране монитора зависит от величины пространственного разрешения и глубины цвета. определяется как произведение количества строк изображения на количество точек в строке характеризует количество цветов, которое могут принимать точки изображения (измеряется в битах)

Слайд 16

Формирование растрового изображения на экране монитора 1 2 3 4 ………………………………….. 800 2 3 600 ….………. Всего 480 000 точек Видеопамять Номер точки Двоичный код цвета точки 1 01010101 2 10101010 ….. 800 11110000 ….. 480 000 11111111

Слайд 17

Белый свет может быть разложен при помощи природных явлений или оптических приборов на различные цвета спектра: - красный - оранжевый - желтый - зеленый - голубой - синий - фиолетовый

Слайд 18

Человек воспринимает цвет с помощью цветовых рецепторов (колбочек), находящихся на сетчатке глаза. Колбочки наиболее чувствительны к красному , зеленому и синему цветам.

Слайд 19

Палитра цветов в системе цветопередачи RGB В системе цветопередачи RGB палитра цветов формируется путём сложения красного , зеленого и синего цветов.

Слайд 20

Цвет палитры Color можно определить с помощью формулы: Color = R + G + В При этом надо учитывать глубину цвета — количество битов, отводимое в компьютере для кодирования цвета. Для глубины цвета 24 бита (8 бит на каждый цвет ): 0 ≤ R ≤ 255, 0 ≤ G ≤ 255, 0 ≤ B ≤ 255

Слайд 21

Формирование цветов в системе цветопередачи RGB Цвета в палитре RGB формируются путём сложения базовых цветов, каждый из которых может иметь различную интенсивность. Цвет Формирование цвета Черный Black = 0 + 0 + 0 Белый While = R max + G max + B max Красный Red = R max + 0 +0 Зеленый Green = 0 + G max + 0 Синий Blue = 0 + 0 + B max Голубой Cyan = 0+ G max + B max Пурпурный Magenta = R max + 0 + B max Желтый Yellow = R max + G max + 0

Слайд 22

Система цветопередачи RGB применяется в мониторах компьютеров, в телевизорах и других излучающих свет технических устройствах.

Слайд 23

Палитра цветов в системе цветопередачи CMYK В системе цветопередачи CMYK палитра цветов формируется путём наложения голубой , пурпурной , жёлтой и черной красок .

Слайд 24

Формирование цветов в системе цветопередачи С MYK Цвет Формирование цвета Черный Black = C + M + Y = W – G – B – R = K Белый While = (C = 0, M = 0, Y = 0) Красный Red = Y + M = W – G – B = R Зеленый Green = Y + C = W – R – B = G Синий Blue = M + C = W – R – G = B Голубой Cyan = C = W – R = G + B Пурпурный Magenta = M = W – G = R + B Желтый Yellow = Y = W – B = R + G Цвета в палитре CMYK формируются путем вычитания из белого цвета определенных цветов.

Слайд 25

Цвет палитры Color можно определить с помощью формулы: Color = С + M + Y Интенсивность каждой краски задается в процентах: 0% ≤ С ≤ 100%, 0% ≤ М ≤ 100%, 0% ≤ Y ≤ 100% Смешение трех красок – голубой, желтой и пурпурной – должно приводить к полному поглощению света, и мы должны увидеть черный цвет. Однако на практике вместо черного цвета получается грязно-бурый цвет. Поэтому в цветовую модель добавляют еще один, истинно черный цвет – bla К. Расширенная палитра получила название CMYK .

Слайд 26

Система цветопередачи CMYK применяется в полиграфии.

Слайд 27

Задачи: Рассчитайте объём памяти, необходимый для кодирования рисунка, построенного при графическом разрешении монитора 800х600 с палитрой 32 цвета. 2. Какой объем видеопамяти необходим для хранения четырех страниц изображения при условии, что разрешающая способность дисплея 640х480 точек, а глубина цвета 32? Решение : 800*600*5 бит = 2400000 бит : 8 : 1024 = 293 Кбайт Решение: 640*480*5*4 = 6144000 бит : 8 : 1024 = 750 Кбайт

Слайд 28

Домашнее задание: Учебник Н.Д.Угринович , 9 класс § 1.1.1, § 1.1.2 , § 1.1.3 задания 1.1 – 1.7

nsportal.ru

Задачи "Кодирование графической информации"

Самостоятельная работа

«Кодирование графической информации»

1. В цветовой модели RGB для кодирования одного пикселя используется 3 байта. Фотографию размером 2048x1536 пикселей сохранили в виде несжатого файла с использованием RGB-кодирования. Определите размер получившегося файла.   

2. Для хранения растрового изображения размером 128*128 пикселей отвели 4 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

3. 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.

4. Для хранения растрового изображения размером 64*64 пикселя отвели 512 байтов памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

5. Дисплей работает с 256-цветной палитрой в режиме 640*400 пикселей. Для кодирования изображения требуется 1250 Кбайт. Сколько страниц видеопамяти оно занимает?

6. Какой объем видеопамяти необходим для хранения двух страниц изображения при условии, что разрешающая способность дисплея равна 640 * 350 пикселей, а количество используемых цветов – 16?

Ответы и решения:

1. В цветовой модели RGB для кодирования одного пикселя используется 3 байта. Фотографию размером 2048x1536 пикселей сохранили в виде несжатого файла с использованием RGB-кодирования. Определите размер получившегося файла.   

Дано:                       Решение:

х*у=2048*1536       V= x*y*i=2048*1536*3байта= 9437184 байта=9216 Кбайт = 9 Мбайт
i=3 байта 
V – ?

2. Для хранения растрового изображения размером 128*128 пикселей отвели 4 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

Решение: i=V/x*y=4*1024*8/(128*128)=2  N=4

3. 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.

V= 64*64*8=32768 бит = 4096 байт = 4 Кбайт

Ответ: 4 Кбайт

4. Для хранения растрового изображения размером 64*64 пикселя отвели 512 байтов памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

Дано:                      Решение:

х*у= 64*64             V=x*y*i;      i=V/(x*y)=512*8 бит/(64*64)= 4096 бит/4096=1бит
V= 512 байтов        N=2i =2
N – ?                           Ответ: 2 цвета

5. Дисплей работает с 256-цветной палитрой в режиме 640*400 пикселей. Для кодирования изображения требуется 1250 Кбайт. Сколько страниц видеопамяти оно занимает?

Дано:                           Решение:

640*400                      N=256,      i=8 бит,      V=1250*1024*8бит=10240000 бит; 
V= 1250 Кбайт          V/(640*400*8)=10240000 бит/(640*400*8)бит = 5 стр.
N=256                         Ответ: 5 стр.
Сколько стр?

6. Какой объем видеопамяти необходим для хранения двух страниц изображения при условии, что разрешающая способность дисплея равна 640 * 350 пикселей, а количество используемых цветов – 16?

Решение: N=16,  i=4 бит, V= 640*350*4*2 бит= 179200бит=224000байт=218,75 Кбайт

Ответ:  2)  218,75 Кбайт

infourok.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о