Кодирование графической информации

Графические изображения, хранящиеся в аналоговой (непрерывной) форме на бумаге, фото- и кинопленке, могут быть преобразованы в цифровой компьютерный формат путем пространственной дискретизации. Это реализуется путем сканирования, результатом которого является растровое изображение. Растровое изображение состоит из отдельных точек (пикселей - англ. pixel образовано от словосочетания picture element, что означает элемент изображения), каждая из которых может иметь свой цвет.

Качество растрового изображения определяется его разрешением (количеством точек по вертикали и по горизонтали) и используемой палитрой цветов (16, 256, 65536 цветов и более). Из формулы 2.2 можно определить какое количество бит информации необходимо выделить для хранения цвета точки (глубину цвета) для каждой палитры цветов.

Пример 2.48. Определить глубину цвета в графическом режиме True Color, в котором палитра состоит из более чем 4 миллиардов (4 294 967 296) цветов.

I = log₂42 949 67 296 = 32 бит

В современных компьютерах используются различные графические режимы экрана монитора, каждый из которых характеризуется разрешающей способностью и глубиной цвета. Для реализации каждого графического режима требуется определенный объем видеопамяти компьютера.

Пример 2.49. Определить объем видеопамяти компьютера, который необходим для реализации графического режима монитора High Color с разрешающей способностью 1024´768 точек и палитрой из 65536 цветов.

Глубина цвета составляет:

I = log₂65 536 = 16 бит

Количество точек изображения равно:

1024´768 = 786 432

Требуемый объем видеопамяти равен:

16 бит ´ 786 432 =  12 582 912 бит » 1,2 Мбайта

Важнейшими характеристиками монитора являются размеры его экрана, которые задаются величиной его диагонали в дюймах (15”, 17”, 21” и т.д.) и размером точки экрана (0,25 мм или 0,28 мм), а разрешающая способность экрана монитора задается количеством точек по вертикали и горизонтали (640´480, 800´600 и т.д.). Следовательно, для каждого монитора существует физически максимально возможная разрешающая способность экрана.

Пример 2.50. Определить максимально возможную разрешающую способность экрана для монитора с диагональю 15” и размером точки экрана 0,28 мм.

Выразим размер диагонали в сантиметрах:

2,54 см ´ 15 = 38,1 см

Определим соотношение между высотой и шириной экрана для режима 1024´768 точек:

768 : 1024 = 0,75

Определим ширину экрана. Пусть ширина экрана равна L, тогда высота равна 0,75L. По теореме Пифагора имеем:

L² + (0,75L)² = 38,1²

1,5625L² = 1451,61

L²  » 929

L »  30,5 см

Количество точек по ширине экрана равно:

305 мм : 0,28 мм = 1089

Максимально возможным разрешением экрана монитора является 1024´768.

Пример 2.51. Установить графический режим экрана монитора, исходя из объема установленной видеопамяти и параметров монитора.

Цветное растровое изображение формируется в соответствие с цветовой моделью RGB, в которой тремя базовыми цветами являются Red (красный), Green (зеленый) и Blue (синий). В режиме True Color (24 бита) интенсивность каждого цвета задается 8-битным двоичным кодом, который часто для удобства выражают в шестнадцатеричной системе счисления. В этом случае используется следующий формат записи RRGGBB.

Пример 2.52. Запишите код красного цвета в двоичном, шестнадцатеричном и десятичном представлении.

Красный цвет соответствует максимальному значению интенсивности красного и минимальным значениям интенсивностей зеленого и синего базовых цветов. Таким образом, числовой код красного цвета следующий:

Пример 2.53. 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.

Разрешающая способность сканера 600 dpi (dot per inch – точек на дюйм) означает, что на отрезке длиной 1 дюйм сканер способен различить 600 точек.

Переведем разрешающую способность сканера из точек на дюйм (1 дюйм = 2,54 см) в точки на сантиметр:

600 dpi : 2,54 » 236 точек/см

Следовательно, размер изображения в точках составит 2360´2360 точек.

Общее количество точек изображения равно:

2360´2360 = 5 569 600

Информационный объем файла равен:

32 бит ´ 5569600 = 178 227 200 бит » 21 Мбайт

Задания для самостоятельного выполнения (Ответы)

2.67.   Определите количество цветов в палитре при глубине цвета 4, 8, 16, 24, 32 бита.

2.68.   Черно-белое (без градаций серого) растровое графическое изображение имеет размер 10*10 точек. Какой объем памяти займет это изображение?

2.69.   Цветное (с палитрой из 256 цветов) растровое графическое изображение имеет размер 10*10 точек. Какой объем памяти займет это изображение?

2.70.   В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов уменьшилось с 65536 до 16. Во сколько раз уменьшится  объем занимаемый им памяти?

2.71.   В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов увеличилось с 16 до 42 949 67 296. Во сколько раз увеличился  объем, занимаемый им в памяти?

2.72.   256-цветный рисунок содержит 120 байт информации. Из скольких точек он состоит?

2.73.   Для хранения изображения размером 64 ´ 32 точек выделено 64 Кбайт  памяти. Определите, какое максимальное число цветов допустимо использовать в этом случае.

2.74.   Определить соотношение между высотой и шириной экрана монитора для различных графических режимов. Различается ли это соотношение для различных режимов?

а) 640´480;  б) 800´600;  в) 1024´768;  а) 1152´864;  а) 1280´1024. 

2.75.   Определить максимально возможную разрешающую способность экрана для монитора с диагональю 17” и размером точки экрана 0,25 мм.

2.76.   Определите требуемый объем видеопамяти для различных графических режимов экрана монитора. Заполните таблицу.

2.77.   Достаточно ли видеопамяти объемом 256 Кбайт для работы монитора в режиме 640 ´ 480 и палитрой из 16 цветов?

2.78.   Какие графические режимы работы монитора может обеспечить видеопамять объемом в 1 Мбайт?

2.79.   Установить различные графические режимы экрана монитора вашего компьютера:

а) режим с максимально возможной глубиной цвета;

б) режим с максимально возможной разрешающей способностью;

в) оптимальный режим. 

2.80.   Заполните таблицу цветов при 24-битной глубине цвета в шестнадцатеричном представлении.

2.81.   Сканируется цветное изображение стандартного размера A4 (21´29,7 см). Разрешающая способность сканера 1200 dpi и глубина цвета 24 бита. Какой информационный объем будет иметь полученный графический файл.

Ответы

2.67.   16, 256, 65536, 16777216, 4294967296 цветов.

2.68.   100 бит

2.69.   100 байт

2.70.   в 4 раза

2.71.   в 8 раз

2.72.   120.

2.73    256 цветов.

2.74.   а) 0,75;  б) 0,75;  в) 0,75;  г) 0,75;  д) 0,8. 

2.75.   1280´1024

2.76.

2.77.   Достаточно.

2.78.   640´480 (4, 8, 16, 24 бит), 800´600 (4, 8, 16 бит), 1024´768 (4, 8 бит), 1280´1024 (4 бит).

2.80.

2.81.   » 398 Мбайт.