Способы кодирования графических объектов

Методы кодирования графической информации

Кодирование ГИ определяется как задача преобразования визуальных изображений в форму, пригодную для ввода, хранения и обработки этой информации в ЭВМ.

Процесс кодирования ГИ в координатной сетке состоит в задании соответствия между элементами изображения в дискретных точках отсчета.

Отдельный отсчет – выборочная точка элемента изображения, наз. пикселем.

Различные методы кодирования ГИ отличаются способом задания такого соответствия. От правильности выбора метода кодирования во многом зависит и эффективность использования ГС.

Выбор метода кодирования производится на этапе проектирования ГС с учетом следующих факторов:

Перечня и содержания функций по обработке ГИ (какие геометрические преобразования будут применены к ГИ – сдвиг, поворот, отсечение).

Статистических особенностей класса изображения, на обработку которых ориентирована ГС (графики, рисунки, цветные изображения и т.д.).

Формы представления ГИ в устройствах ввода, отображения и регистрации ГИ (структура данных).

Позиционные методы кодирования ги. Рецепторный метод кодирования

Визуальная информация должна с определенной степенью точности отражать состояние яркости и цвета для каждой точки зрительно воспринимаемой картины. Для представления ГИ в цифровой форме необходимо дискретизировать плоскость (пространство) и проквантовать значение яркости и цвета в каждой дискретной точке.

Такое представление ГИ наз. рецепторным, матричным или поэлементным. Метод наиболее удобно описывает процессы ввода/вывода изображений и позволяет легко установить однозначное соответствие между ГИ и его представлением в памяти ЭВМ.

Растрэлемент – элементарное поле (размером x x y) части изображения. В этом поле производятся дискретные отсчеты в двоичном коде.

а) Исходное изображение б) Рецепторная матрица

(таких матриц – три – по числу оттенков)

Полное графическое изображение содержит множество растрэлементов и может быть задано кортежем

k – значение атрибутов растрэлемента.

Изменяя размеры растрэлемента можно кодировать ГИ с высокой степенью точности.

Основной недостаток метода:

– большой объем требуемой оперативной памяти для преобразования рецепторных матриц,

— большая избыточность при малом изображении на рабочем поле.

Метод тетрарного дерева

Пирамиды, или тетрарные деревья, представляют собой структуру данных, которая широко используется и в машинной графике, и в обработке изображений. Ее применение дает наилучшие результаты в случаях, когда изображение представляет собой некоторую квадратную матрицу А, размеры которой определяются некоторой степенью числа 2, скажем, 2 n .

Матрицу А можно разбить на четыре квадратные матрицы: А₀, А₁, А₂, A₃, размеры которых в два раза меньше размеров матрицы А. Процесс такого разбиения можно рекурсивно повторить n раз до тех пор, пока не будет достигнут уровень выделения одного пиксела. Эти уровни можно пронумеровать, начиная с нуля, которым обозначается изображение в целом, вплоть до n, соответствующего отдельным пикселам. Каждый выделяемый квадрат можно пометить одним из четырех символов — О, 1, 2 или 3, приписываемых посредством конкатенации к метке породившего его квадрата. В результате отдельные пикселы будут снабжены метками, состоящими из n символов.

Эту конструкцию можно представить в виде дерева, вершины которого соответствуют отдельным квадратам. Вершины дерева соединяются, если квадрат, соответствующий одной из них, непосредственно содержится в квадрате, соответствующем другой.

Корень дерева соответствует изображению в целом, листья — отдельным пикселам, а все остальные вершины характеризуются степенью исхода, равной 4. Дерево такого вида обычно называют деревом четвертой степени или тетрарным деревом. Такое дерево изображено на Рис.

000 001 002 003 010 011 012 013 020 021 022 023 030 031 032 033

Рис. Тетрарное дерево

В Таблице приведена система адресации для изображения размером 8 х 8

Источник

Кодирование графической информации

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 271.

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 271.

Графическая информация может представлять в растровом и векторном виде. Для кодирования цвета изображения используются разные модели. Кратко о кодировании графической информации можно прочитать в данной статье.

Кодирование графической информации

Графическая информация, хранящаяся на бумажных или иных физически существующих носителях, носит аналоговый характер. Для представления графики в ЭВМ используют дискретный формат.

Как известно, изображения создаются в двух форматах:

Растровое изображение состоит из большого количества точек, которые расположены строго по строкам и столбцам, причем каждой точке свойственно иметь свои координаты расположения на экране, цветовой оттенок и степень яркости. Чем больше таких точек, тем точнее и качественнее изображение. Сколько точек помещается на экране монитора, показывает его характеристика – пространственное разрешение. Параметр разрешения состоит из двух величин: число строк и число пикселей в каждой строке.

Векторное изображение строится из совокупности геометрических фигур, характеристики которых представлены в числовом формате. Так, кодируются размеры геометрических объектов, координаты их вершин, толщина контуров объектов, цвет заливки.

Цветовые модели

Из школьного курса физики известно об электромагнитной природе света, который представляет собой спектр излучения с длиной волны от 400 до 700 нанометров. Тема, в которой раскрывается зависимость цвета от длины волны видимого спектра, изучается в 9 классе.

Изучением вопросов физической природы цвета ученые занимаются уже давно. Исаак Ньютон первым обнаружил, что белый свет при преломлении через призму раскладывается на семь цветов. М. В. Ломоносов обратил внимание, что добиться любого цветового оттенка можно посредством комбинирования в разных соотношениях только трех цветов: синего, желтого и красного. Теория цвета как отдельная дисциплина изучается будущими дизайнерами.

В технике реализуются три цветовые модели, используемые при кодировании графической информации:

Цветовая модель RGB

Модель RGB получила называние от английского названия цветов:

• RED – красный;
• GREEN – зеленый;
• BLUE – синий.

В основе выбора базовых цветов лежит свойство глаза человека, которое заключается в наличии в глазной сетчатке колбочек, наиболее чувствительных к красному, синему и зеленому цветам. Не следует выбор базовых цветов модели RGB путать с основными цветами в изобразительном искусстве: желтый – синий – красный.

В данной модели цвет пикселя формируется из трех элементов в порядке: R, G, B. Для черной точки компоненты цвета равны нулю, то есть (0, 0, 0). Белый цвет кодируется единицами (1, 1, 1). Для красного, зеленого и синего цветов в отдельности работают только по одной компоненте, соответственно: (1, 0, 0), (0, 1, 0) и (0, 0, 1).

Сочетание двух элементов позволяет получить другие оттенки. Например, красный и зеленый дают желтый цвет . (1, 1, 0) Красный и синий (1, 0, 1) – это пурпурный. Зеленый и синий (0, 1, 1) позволяют получить голубой оттенок.

Хранение информации в модели RGB возможно в режимах:

• True Color – цвет кодируется 3 байтами;
• High Color – цвет кодируется 2 байтами.

Палитры цветов в этих режимах очень большие и включают до нескольких десятков тысяч оттенков.

Количество битов для кодирования цветового решения изображения, называется глубиной цвета. Если цвет кодируется тремя битами как в режиме True Color, то глубина цвета будет составлять 3 * 8 = 24 бита. А количество цветовых оттенков будет составлять 2 24 = 16777216.

Для двухбайтового режима High Color глубина цвета составляет 16 бит, а палитра включает 2 16 = 65536 оттенков.

Цветовая модель HSB

• HUE – цветовой оттенок – задается величиной угла на цветовом круге.
• SATURATION – насыщенность – регулируется путем добавления белого цвета к основному оттенку. При увеличении количества белого цвета степень насыщенности снижается.
• BRIGHTNES – яркость – меняется в зависимости от количества черного цвета, разбавляющего основной оттенок. Чем больше черного, тем меньше яркость.

Рис. 3. Цветовая модель HSB.

Цветовая модель CMYK

В отличие от модели RGB, которая реализуется в устройствах отображения информации где свет излученный, модель CMYK ориентирована на отраженный свет, который человеческий глаз видит при просмотре бумажных изображений.

Название модели исходит от английских названий цветов:

• C – Cyan – голубой;
• M – Magenta – пурпурный;
• Y – Yellow – желтый;
• K – black – черный.

Что мы узнали?

Существуют растровые и векторные форматы изображений. Для кодирования цвета также используются разные механизмы. Модель RGB используется в мониторах, модель CMYK реализуется в устройствах печати.

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;

i — глубина цвета.

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.

Поскольку именно модель RGB соответствовала основному механизму формирования цветного изображения на экране, большинство графических файлов хранят изображение именно в этой кодировке. Если же используется другая модель, например в JPEG , то приходится при выводе информации на экран преобразовывать данные.

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