Информационный объем графического изображения

В наше время уже не найдешь школьника, который бы не играл в компьютерные игры, или не пытался с помощью компьютера нарисовать простейший рисунок. С помощью специальных программ можно редактировать фотографии или рисунки, создавать видеофильмы. Раздел информатики, занимающийся работой на компьютере с графическими изображениями, называется компьютерной графикой.

Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Результатом работы этих компьютеров были длинные колонки цифр, напечатанных на бумаге. Инженерам самим приходилось расшифровывать эти расчеты, затем чертить графики и схемы. Довольно быстро пришла идея поручить эту работу компьютеру.

Сейчас все типы ПК оснащены графическими дисплеями, причем качество цветного изображения монитора бывает лучше, чем у телевизора.

Одна точка на экране монитора носит название видеопиксель или просто пиксель.Растр – это прямоугольная сетка пикселей на экране. Чем гуще сетка пикселей на экране, тем лучше изображение. Размер графической сетки обычно представляется в форме произведения числа точек в горизонтальной строке на число строк (МхL), эту величину мы будем называть разрешающей способностью экрана или просто - разрешением экрана.

Современные мониторы имеют разрешение экрана: 640 х480 1024 х 768 1280 х 1024

M

 

L

 

Существуют черно-белые и цветные мониторы. На черно-белом экране пиксель может светиться либо белым, либо черным цветом. При изменении интенсивности света получаются промежуточные серые тона (оттенки).

А как получается цветное изображение? Каждый пиксель на цветном экране это совокупность трех точек разного цвета: красного, зеленого и синего (RGB). Эти точки расположены так близко, что нам они кажутся слившимися в одну точку. Из сочетания этих трех цветов и складывается вся красочная палитра на экране.

Работой монитора управляет специальное устройство - видеоконтроллер, который состоит из двух частей: видеопамяти и дисплейного процессора.

Видеопамять предназначена для хранения видеоинформации – двоичного кода изображения, выводимого на экран. В видеопамяти содержится информация о состоянии каждого пикселя экрана. Видеопамять – это электронное энергозависимое запоминающее устройство, которое может хранить одновременно несколько страниц высококачественного графического изображения.

Дисплейный процессор читает содержимое видеопамяти и в соответствии с ним управляет работой монитора.

Теперь перейдем к тому, как нам определить информационный объем графического изображения или объем видеопамяти?

Мы уже знаем, что прежде, чем измерить информацию, ее нужно закодировать. Так мы поступали в случае с текстовым сообщением. Мы кодировали каждый символ в тексте (т.е. определяли вес одного символа), затем количество символов умножали на код одного символа.

А как мы поступим с графическим изображением? Что будем кодировать? Правильно! Мы будем кодировать каждый пиксель, затем код одного пикселя будем умножать на количество пикселей на экране и, таким образом, определим ИО графического изображения.

Но от чего зависит код пикселя, другими словами как нам определить, сколько бит понадобится для кодирования одной точки на экране монитора? От чего зависел код одного символа в тексте? От мощности алфавита, с помощью которого написан текст. А код одного пикселя зависит от количества использованных цветов.

Если изображение черно-белое, то каждая точка на экране монитора может быть либо белой, либо черной. Другими словами, для кодирования одной точки на ч/б мониторе достаточно 1 бита. Если используется 4 цвета, то код одного пикселя – 2 бита; при использовании 8 цветов для кодирования одной точки на экране монитора уже потребуется 3 бита и т.д. Количество бит, необходимых для кодирования одного пикселя мы будем называть глубиной цвета. Получилась уже знакомая нам таблица:

 

Количество бит или глубина цвета
Количество вариантов или количество используемых цветов

И знакомые нам формулы:

I = K*i

 

 

где I – информационный объем графического изображения;

K –количествопикселей на экране монитора или разрешение экрана;

i -информационный объем одного пикселя или глубина цвета (это количество бит, необходимых для кодирования одного пикселя);

 

 

Глубина цвета связана с количеством используемых цветов:

N = 2^i

 

где N – количество используемых цветов.

Пример 1. Какой объем видеопамяти необходим для хранения двух страниц изображения при условии, что разрешающая способность экрана 640х350 пикселей, а количество используемых цветов – 16?

Дано: K = 640x350 N = 16 _____________ I -?

Решение: 1) Найдем количество пикселей на экране монитора: K = 640x350 = 224 000 пикселей; 2) Найдем глубину цвета: N = 2^i; 16 = 2^i => i=4 бита; 3) Теперь мы можем найти объем видеопамяти: I = K * i; I = 224 000 * 4*2 = 1792 000 бит = 224 000 байт = = 218, 8 Кбайта. Ответ: I = 218,8 Кбайта.

 

Пример 2. Объем видеопамяти равен 1 Мбайт. Разрешающая способность экрана – 800х600. Какое максимальное количество цветов можно использовать при условии, что видеопамять делится на две страницы?

 

Дано: К = 800х600 Кстраниц= 2 I=1Мбайт _____________ N -?

Решение: 1) Найдем количество пикселей на экране монитора: K = 800x600 = 480 000 пикселей; 2) Найдем количество пикселей на двух страницах: 480 000 х 2 = 960 000 пикселей; 3) Для того, чтобы определить количество используемых цветов, нам необходимо найти глубину цвета. Из формулы I= K * i найдем, что i = I/K i = ≈ 9 бит; 4) Теперь мы можем определить количество используемых цветов: N = 2^i = 2^9 = 512 цветов. Ответ: N = 512 цветов.

Вопросы для повторения и задания:

1. Что изучает компьютерная графика?

2. Как называется одна точка на экране монитора?

3. Что такое растр?

4. Смешением каких цветов получается цветное изображение?

5. Какое устройство управляет работой монитора?

6. Для чего предназначена видеопамять?

7. Какие функции выполняет дисплейный процессор?

8. Что такое глубина цвета и как она связана с количеством используемых

цветов?

9. Как найти информационный объем графического изображения?

10. Растровый файл, содержащий черно-белый рисунок, имеет объем 300

байт. Какой размер может иметь рисунок в пикселях?

11. Сколько информации содержится в картинке экрана с разрешающей

способностью 800х600 пикселей и 16 цветами?

12. Определить объем видеопамяти компьютера, который необходим для

реализации графического режима монитора с разрешающей способностью 1024х768 точек и палитрой из 1024 цветов.

13. Достаточно ли видеопамяти объемом 256 Кб для работы монитора в

режиме 640х480 и палитрой из 16 цветов?

14. Сканируется цветное изображение размером см. Разрешающая

способность сканера 600 dpi и глубина цвета 32 бита. Какой информационный объем будет иметь полученный графический файл?

Решение: 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: 600dpi / 2,54 ≈ 236 точек/см.

Следовательно, размер изображения в точках составит 2360х2360 точек.

Общее количество точек изображения равно: 2360 х 2360 = 5 569 600.

Информационный объем файла равен:

32 бита * 5569600 = 178 227 200 бит = 22278400 б = 21756 Кб ≈ 21 Мб

 

15. После изменения свойств рабочего стола монитор приобрел

разрешение 1024х768 точек и получил возможность отображать 65 536 цветов. Какой объем видеопамяти занимает текущее изображение рабочего стола?

16. Фотография размером 10х10 была отсканирована с разрешением 40

dpi при глубине цвета, равной 24 бита. Определите информационную емкость полученного растрового файла.

17. На цифровой фотокамере установлено разрешение 768 х 576 точек

при глубине цвета 24 бита. Для записи и хранения отснятых изображений используется сжатие видеоданных в среднем в 16 раз. Сколько кадров может хранить встроенная память фотокамеры объемом 2 Мбайта?