Кодирование графической информации

В виде двоичного кода можно закодировать и графическую информацию.

Различают три вида компьютерной графики: растровую, векторную и фрактальную.

Рассмотрим наиболее часто используемую при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий растровую графику.

На изображение накладывают прямоугольную сетку, состоящую из большого числа мельчайших точек – пикселей (от английского picture element – элемент изображения). Такая сетка называется растром и позволяет разбить рисунок на конечное количество элементов. Каждая такая точка изображения имеет свой цвет, который как раз и можно закодировать двоичным кодом. Записав код каждой точки, тем самым можно получить код всего изображения. Для кодирования цвета применяется принцип разложения цвета на основные составляющие: красный (Red, R), зеленый (Green,G) и синий (Blue,B) (кодировка RGB). Смешивая эти составляющие, можно получить разные оттенки и цвета – от белого до черного.  

В современных компьютерах для кодирования цвета одной точки используется 3 байта.

Первый байт определяет интенсивность красной составляющей, второй — зеленой, третий — синей.

Белый цвет кодируется полными тремя байтами (255, 255, 255) или в двоичной системе (11111111, 11111111, 11111111). Черный цвет — отсутствие всех цветов — (0,0,0). Красный цвет может быть темным — (120,0,0) или ярко-красным (255,0,0). Такая система кодирования цветной графической информации называется системой RGB (Red, Green, Blue) и обеспечивает однозначное определение 16,5 млн. раз­

личных цветов и оттенков (224). Количество цветов можно вычислить по формуле: Z=2ⁱ, где I – глубина цвета.

От количества точек зависит качество изображения. Оно тем выше, чем меньше размер точки и соответственно большее их количество составляет изображение. Такое количество точек называют разрешающей способностью. Обычно существуют 4 основных значения этого параметра: 640*480; 800*600; 1024*768; 1280*1024.

Расчет объема графической информации сводится к вычислению произведения количества точек на изображении на количество разрядов, необходимых для кодирования цвета одной точки.

Например, для цветной картинки, составленной из 256 цветов в графическом режиме монитора 640 х 480, требуется объем видеопамяти, равный:

8 • 640 • 480 = 2457600 бит = 307200 байт = 300 Кбайт.

V=K*N*I, где

К – количество кадров или страниц изображения, хранящихся в видеопамяти (по умолчанию К=1, если рисунок большой, то К>1);

N – количество точек (пикселей) рисунка;

I – глубина цвета (разрядность) - количество бит, необходимых для кодирования цвета одной точки.

 Кодирование звуковой информации

В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его дискретизация по времени (временная дискретизация). Звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временнее участки и для каждого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

Данный метод называется импульсно-амплитудной модуляцией PCM (Pulse Code Modulation). Чем больше таких временных участков, тем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, и тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и более качественным будет звучание.

Качество звука зависит от двух характеристик – глубины кодирования звука и частоты дискретизации.

Глубина кодирования звука – это количество бит, используемое для кодирования различных уровней сигнала или состояний. Тогда общее количество таких состояний или уровней может быть вычислено по формуле: N=2ⁱ , где I – глубина кодирования звука. Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука, и тогда общее количество различных уровней будет: N=2¹⁶ =65536.

Частота дискретизации – это количество измерений уровня звукового сигнала в единицу времени. Эта характеристика показывает качество звучания и точность процедуры двоичного кодирования. Измеряется в герцах. Одно измерение в секунду соответствует частоте 1 Герц. 1000 измерений за одну секунду – 1 килогерц(КГц).

Для того, чтобы найти объем звуковой информации, необходимо воспользоваться следующей формулой: V=M*I*t, где M – частота дискретизации, I – глубина кодирования, t – время звучания (в секундах).

Пример:

Звук воспроизводится в течение 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 КГц и глубине звука 8 бит. Определить его размер.

Решение:

М = 22,05КГц = 22,05*1000=220500 Гц

T=10 с;

V=220500*10*1 байт=220500 байт.

Практическое задание 1:

1. Определить объем памяти для хранения аудиофайла, время звучания которого составляет 5 минут при частоте дискретизации 44 КГц и глубине кодирования 16 бит.

2. Какой должна быть частота дискретизации и глубина кодирования для записи звуковой информации длительностью 2 минуты, если в распоряжении пользователя имеется память объемом 5,1 Кбайт.

3. Одна минута записи звуковой информации занимает на диске место1,3 Кб, глубина кодирования =16 бит. С какой частотой дискретизации записан звук?

4. Какова длительность звучания звукозаписи низкого качества при объеме 120 Кб?

5. Какой объем видеопамяти необходим для хранения 4-х страниц изображения при условии, что разрешающая способность монитора равна 640*480 точек, а используемых цветов – 32?

6. Какой объем видеопамяти необходим для хранения двух страниц изображения при условии, что разрешающая способность монитора равна 640*480 точек, а глубина цвета равна 24?

7. Объем видеопамяти равен 1875 Кбайтам и она разделена на 2 страницы. Какое максимальное количество цветов можно использовать при условии, что разрешающая способность экрана монитора 800*600 точек?

8. Объем видеопамяти равен 2,5 Мб, глубина цвета – 16, разрешающая способность экрана монитора – 640*480 точек. Найти максимальное количество страниц, которое можно сохранить в памяти.

9. В памяти хранится 8-цветное изображение размером 640*350 точек. Какого размера изображение можно хранить в том же объеме видеопамяти, если использовать 512-цветную палитру?

10. 256цветный рисунок содержит 1 Кб информации. Из скольких точек он состоит?

11. После преобразования графического изображения количество цветов увеличилось с 256 до 65536. Во сколько раз увеличился объем занимаемой им памяти?

Вопросы и задания для контроля знаний. 1. Какова сущность растрового кодирования графической информации? 2. Сформулируйте принцип разложения цвета на основные составляющие. 3. Как найти объем растрового графического файла? 4. Какова сущность кодирования звуковой информации? 5. Какие основные характеристики кодирования звуковой информации вы знаете? 6. Как найти объем звукового файла?

 

Тема 5 «Составление линейных алгоритмов»

Цель - формирование практических умений и навыков составления линейных алгоритмов для решения задач.

План