Кодирование графической информации.

Для рассмотрения общих принципов кодирования графической информации выберем изображения на экране монитора компьютера. Оно состоит из некоторого количества горизонтальных линий – строк. Причём каждая строка содержит элементарные мельчайшие единицы изображения – точки (пиксели от англ. аббревиатуры «picsel» означающей словосочетание PICtureS ELement – элемент картинки). Массив элементарных единиц изображения называют растром (лат. «rastrum» – грабли). Степень чёткости изображения зависит от количества строк и точек в строке на всём экране, называемых разрешающей способностью экрана или просто разрешением. Чем больше строк и точек, тем чётче и лучше изображение. Каждая строка представляет собой последовательность пикселов, а всё вытянутое в линию изображение можно считать линейной последовательностью элементарных точек.

Для кодирования реалистичных монохромных изображений используется один байт, позволяющий передавать 256 различных оттенков серого цвета (от полностью белого до полностью чёрного). При этом для передачи всего растра из 640x480 пикселов потребуется не 38400, а 307200 байтов.

Цветное изображение можно формировать различным образом. Общеизвестен метод RGB (от англ. слов «Red», «Green» и «Blue» – красный, зелёный и синий). Он опирается на свойстве человеческого глаза воспринимать все цвета как сумму трёх данных цветов, например, сиреневый цвет представляет сумму красного и синего, а жёлтый цвет – сумму красного и зелёного и т. д. Следовательно, для получения цветного пикселя нужен не один, а сразу три цветных луча. Упрощая ситуацию, будем считать, что для кодирования каждого из цветов достаточно одного бита. Значит, для кодирования одного цветного пиксела потребуется 3 бита.

При таком кодировании каждый пиксел может иметь один из восьми возможных цветов. Если каждый из цветов кодировать с помощью одного байта, как в реалистическом монохромном изображении, то можно передавать по 256 оттенков каждого из основных цветов, то есть 256x256x256=16 777 216 различных цветов, что достаточно близко к реальной чувствительности человеческого глаза. Таким образом, при данной схеме кодирования цвета на изображение одного пикселя потребуется 3 байта или 24 бита памяти. Данный способ представления цветной графики называют режимом True Color (англ. «true color» означает истинный цвет) или полноцветным режимом. Этот режим требуют много памяти, например, для растра 640x480 точек с использованием RGB потребуется 921600 байтов памяти.

При записи изображения в память компьютера кроме цвета отдельных точек требуется использовать дополнительную информацию (размеры рисунка, яркость точек и др.). Конкретный способ кодирования всей информации об изображении называют графическим форматом. Для кодирования графической информации, основанной на передаче цвета каждого отдельного пикселя, из которого состоит изображение, используются растровые «BitMap» форматы (англ. «bit map» означает битовая карта), например, BMP, GIF и JPEG форматы. Формат BMP (от «BitMaP») требует много памяти. В нём задаётся цветность всех пикселов изображения, при этом можно выбрать монохромный режим с 256 градациями или цветной с 16 256 или 16 777 216 цветами. В формате GIF (англ. «Graphics Interchange Format» – графический формат обмена) используются специальные методы сжатия кода с поддержкой только 256 цветов. Качество изображения немного хуже, чем в формате BMP, но код занимает в десятки раз меньше памяти. Формат JPEG (англ. «Joint Photographic Experts Group» – объединенная группа экспертов по фотографии) использует методы сжатия, приводящие к потерям некоторых деталей. Он поддерживает 16 777 216 цветов, обеспечивающих высокое качество изображения и занимает промежуточное положение между форматами BMP и GIF по их требованиям к памяти.

Растровая графика обладает существенным недостатком – изображение, закодированное в одном из растровых форматов, очень плохо переносит увеличение или уменьшение его размеров – масштабирование. Для решения задач, в которых приходится часто выполнять эту операцию, были разработаны методы, так называемой векторной графики.

Векторное изображение представляет совокупность графических примитивов (точек, отрезков, эллипсов и др.). Каждый примитив описывается математическими формулами. Кодирование зависти от прикладной среды.

В векторной графике базовым объектом является линия. Изображение формируется из описываемых математическим способом отдельных отрезков прямых или кривых линий, а также геометрических фигур – прямоугольников, окружностей и т. д. Для её реализации в компьютерных технологиях фирмой Adobe разработан специальный язык PostScript (от англ. «poster script» – сценарий плакатов, объявлений, афиш).

Кроме растровой и векторной графики существует фрактальная графика, в которой формирование изображений основано на математических формулах, уравнениях, описывающих те или иные фигуры, поверхности, тела. При этом само изображение в памяти компьютера фактически не хранится, а получается в результате обработки некоторых данных. Таким способом моно получать довольно реалистичные изображения, например, природных ландшафтов.