Способы кодировки графической информации

Кодирование информации

Информация бывает разного вида, например:

— запах, вкус, звук;

— символы и знаки.

В разных отраслях науки, культуры и техники разработаны специальные формы для записи информации.

Код — это группа обозначений, которую можно использовать для отображения информации.

Процесс преобразования сообщения в комбинацию символов в соответствии с кодом называется кодированием .

• Числовой способ — с помощью чисел.
• Символьный способ — информация кодируется с помощью символов того же алфавита, что и исходящий текст.
• Графический способ — информация кодируется с помощью рисунков или значков.

Примеры кодирования информации:

— для отображения звуков русского алфавита используют буквы (АБВГДЕЁЖ…ЭЮЯ);

— для отображения чисел используют цифры (0123456789);

— звуки записывают нотами и другими символами;

— слепые используют азбуку Брайля, где буква состоит из шести элементов: дырочек и бугорков.

Надо учитывать, что не зная принципы кодирования информации, один и тот же код, можно понять по-разному, например, число 300522005 можно посчитать за число, номер телефона или за количество населения.

В компьютере кодируют введённую информацию: текст, изображения и звуки. В закодированном виде компьютер обрабатывает, хранит и пересылает информацию. Чтобы вывести информацию из компьютера в понятной для человека форме, её надо декодировать .

Методами шифрования занимается специальная наука — криптография .

В компьютере для кодирования любой информации используются только два символа: 0 и 1 , так как компьютерной технике проще реализовывать два состояния:

0 — сигнала нет (нету напряжения или не течёт ток);

1 — сигнал есть (есть напряжение или течёт ток).

Создание кода.

Одним битов можно кодировать два состояния: 0 и 1 (да и нет, чёрный и белый). При увеличении количества битов на один получится в два раза больше кодов.

Пример:

Два бита создают 4 разных кода: 00, 01, 10 и 11;

три бита создают 8 разных кодов: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, и 111.

Кодирование различных видов информации

Кодирование текстов

При кодировании текста каждому символу присваивается какое-то значение, например, порядковый номер.

Первый популярный компьютерный стандарт кодирования текста имеет название ASCII (American Standart Code for Information Interchange), в котором для кодирования каждого символа используются 7 бит.

7-ю битами можно закодировать 128 символов: большие и маленькие латинские буквы, цифры, знаки препинания, а так же специальные символы, например, «§».

Стандарту создавали разные варианты, дополняя код до 8 бит (256 символов), чтобы можно было кодировать национальные символы, например, латышскую букву ā.

Но 256 символов не хватило, чтобы кодировать все символы разных алфавитов, поэтому создали новые стандарты. Один из самых популярных в наше время, это UNICODE. В котором каждый символ кодируют 2-мя байтами, получается в итоге 62536 разных кодов.

Кодирования графических данных

Почти все созданные и обработанные изображения, хранящиеся в компьютере, можно поделить на две группы:

Любое изображение созданное в растровой графике состоит их цветных точек. Эти точки называют пикселями (pixel) .

Для кодирования не цветных изображений обычно используют 256 оттенков серого, начиная от белого, заканчивая чёрным. Для кодирования всех цветов надо 8 битов (1 байт).

Для кодирования цветных изображений обычно используют три цвета: красный, зелёный и синий. Цветной тон получается при смешивании этих трёх цветов.

Размер изображения можно посчитать, умножив его ширину на длину в пикселях. Например, изображение размером 200⋅100 пикселей, занимает 60000 байт.

Кодирование звуков

Звуки появляются из-за колебаний воздуха. У звука есть две величины:

— амплитуда колебания, которая указывает на громкость звука;

— частота колебания, которая указывает на тональность звука.

Звук можно переделать в электрический сигнал, например, микрофоном.

Звук кодируют, после точного интервала времени измеряя размер сигнала и присваивая ему бинарную величину. Чем чаще проводятся эти измерения, тем лучше качество звука.

Пример:

На одном компакт диске, с объемом 700 Мб, может вместиться 80 минут звука CD качества.

Кодирование видео

Фильм состоит из кадров, которые быстро меняются. Кодированный фильм содержит информацию о размере кадра, используемых цветах, и количество кадров в секунду (обычно 30), как и способ записи звука — каждому кадру отдельно или всему фильму сразу.

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

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