Кодирование графической информации

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами - как растровое изображение или как векторное изображение. Для каждого типа изображения используется свой способ кодирования.

Растровое изображение представляет собой совокупность точек или пикселей (от англ. picture element – элемент рисунка), используемых для его отображения на экране монитора. Объем растрового изображения определяется умножением количества точек на информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов.

Для черно-белого изображения (без полутонов) информационный объем одной точки равен 1 биту, так как она может быть либо черной – 0, либо белой – 1.

Для кодирования всех возможных значений яркости одного цвета достаточно 8 бит или 1 байта. В этом случае для черно-белого изображения с градациями серого информационный объем одной точки составляет 8 бит, а значение яркости цвета будет изменятся в диапазоне от 0 до 255 (2⁸=256).

Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Такая цветовая модель называется RGB-моделью по первым буквам английских названий цветов Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий). Так как для кодирования яркости одного цвета достаточно 8 бит или 1 байта, то для трех компонент (трех базовых цветов) необходимо будет 24 бита или 3 байта.

Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемым для кодирования цвета точки. Глубина цвета может принимать значения 8, 16, 24 или 32 бита.

Количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле:

N = 2 ^I,

где I - глубина цвета точки изображения.

В табл. 4 приведены значения количества отображаемых цветов в зависимости от глубины цвета точки изображения.

Таблица 4

Глубина цвета и количество отображаемых цветов

Глубина цвета, I	Количество отображаемых цветов, N
	2^8 = 256
16 (High Color)	2^16=65 536
24 (True Color)	2^24= 16 777 216
32 (True Color)	2^32 = 4 294 967 296

Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора. Разрешающая способность монитора – это количество точек выводимых на экран по горизонтали и вертикали. Чем больше разрешающая способность, тем меньше размер каждой отдельной точки (пикселя) и тем выше качество изображения. Стандартные значения разрешающей способности современных мониторов следующие: 800×600, 1024×768, 1280×1024 и др.

Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой его точке (код цвета точки) должна храниться в видеопамяти компьютера. Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов, например, с разрешением 800×600 точек и глубиной цвета 24 бита на точку.

Количество точек изображения: 800 × 600 = 480000.

Необходимый объем видеопамяти:

24 бит × 480000 = 11520000 бит = 1440000 байт = 1406,25 Кбайт» 1,37 Мбайт.

Рассмотрим следующим пример. Определить объем видеопамяти компьютера, который необходим для реализации графического режима монитора High Color с разрешающей способностью 1024×768 точек и палитрой из 65536 цветов.

Глубина цвета: I = log ₂ 65536 = 16 бит, 2¹⁶ = 65536.

Количество точек изображения равно: 1024 × 768 = 786432.

Необходимый объем видеопамяти:

16 бит × 786432 = 12582912 бит = 1572864 байт = 1536 Кбайт = 1,5 Мбайт.

Векторное изображение - это графический объект, состоящий из линий. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (пунктирная, сплошная). Замкнутые линии имеют свойство заполнения (или другими объектами, или выбранным цветом). Так как линия описывается математически как единый объект, то и объем данных для отображения объекта средствами векторной графики значительно меньше, чем в растровой графике. Информация о векторном изображении кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами.

Задания для самостоятельного решения

1. Записать последовательность пятнадцати чисел натурального ряда, начиная от нуля, для позиционных систем с основанием 3, 5, 8. Оформить результаты в виде таблицы:

р =10

р =3

р =5

р =8

2. При угадывании целого числа в диапазоне от 1 до N было получено 7 бит информации. Найдите число N. (Ответ: 128).

3. Какое количество информации несет в себе сообщение о том, что нужная нам книга находится на одной из восьми полок. (Ответ: 3 бита).

4. В рулетке общее количество лунок равно 32. Какое количество информации мы получим в зрительном сообщении об остановке шарика в одной из лунок? (Ответ: 5 бит).

5. В детской игре "Угадай число" первый участник загадал целое число в промежутке от 1 до 8. Второй участник задает вопросы: "Загаданное число больше числа...?" Какое количество вопросов при правильной стратегии (интервал чисел в каждом вопросе делится пополам) гарантирует угадывание? (Ответ: 3).

6. В ящике лежат 8 черных шаров и 24 белых. Сколько информации содержит сообщение о том, что из ящика достали белый шар. (Ответ: 0,415 бит).

7. Расположите в порядке возрастания величины: 10 бит, 1 байт, 1 Кбайт, 10000бит, 1020 Кбайт, 1 Мбайт.

8. Переведите число 221 из десятичной системы счисления в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления. (Ответ: 11011101, 335, DD).

9. Число в шестнадцатеричной системе счисления имеет вид ABC₁₆. В двоичной и восьмеричной системе счисления это число будет иметь значения ___ и ___. (Ответ: 101010111100 и 5274).

10. Дано десятичное число 11₁₀ и двоичное число 111₂. Их произведение в десятичной системе равно ___. (Ответ: 77).

11. Дано восьмеричное число 101 и двоичное число 101. Их сумма в десятичной системе равна ___.(Ответ: 70).

12. Числа в восьмеричной системе счисления имеют вид 65₈ и 56₈. Их разность в десятичной системе счисления имеет значение ___. (Ответ: 7).

13. Результат вычисления выражения 2⁵+2³+1 имеет в двоичной системе счисления вид ___. (Ответ: 101001).

14. Сообщение, записанное буквами 64-символьного алфавита, содержит 20 символов. Какой объем информации оно содержит. (Ответ: 120 бит).

15. Для хранения в памяти компьютера слова "кодировщик" необходимо ___ бит. (Ответ: 80 бит).

16. В кодируемом тексте используется 28 букв и 4 знака пунктуации. Если текст состоит из 500 символов, то его можно сжать без потерь информации до размера ___ бит. (Ответ: 2500 бит).

17. Пользователь компьютера может вводить в минуту 100 символов. Общее количество символов в алфавите 256. Какое количество информации в байтах может ввести пользователь в компьютер за минуту? (Ответ: 100 байт).

18. Определите количество цветов в палитре при глубине цвета 4 бита. (Ответ: 16).

19. В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов уменьшилось с 65536 до 16. Во сколько раз уменьшится объем занимаемый им памяти? (Ответ: уменьшится в 4 раза).

20. 8-цветный рисунок содержит 120 байт информации. Из скольких точек он состоит? (Ответ: 320).

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные подходы к измерению информации.

2. Что такое энтропия?

3. В каком случае используется формула Хартли для измерения количества информации?

4. В каком случае используется формула Шеннона для измерения количества информации?

5. Энтропия как мера информации максимальна, если …?

6. Сколько бит необходимо для кодировки любого символа клавиатуры компьютера?

7. Перечислите единицы измерения информации.

8. Как подсчитать количество информации в сообщении?

9. Что такое система счисления?

10. Какие системы счисления существуют? Чем они различаются?

11. Что называется основанием системы счисления?

12. Какие системы счисления применяются в ЭВМ?

13. Как выполнить перевод числа из десятичной системы счисления в недесятичную?

14. Как выполнить перевод из любой позиционной системы счисления в десятичную?

15. Как выполнить перевод из восьмеричной системы счисления в шестнадцатеричную и обратно?

16. Как выполняются арифметические действия над двоичными числами?

17. Каков размер алфавита, используемого в компьютерах для представления символьной информации?

18. Как называется таблица кодировки символов, используемая в персональных компьютерах? Из каких частей она состоит и в чем их отличие?

19. Какой способ используется для кодирования растровых изображений?

20. Сколько бит используется для кодирования яркости любой точки черно-белого изображения?

21. Сколько бит используется для кодирования яркости любой точки цветного изображения?

22. Что такое глубина цвета точки изображения?

23. Как вычислить количество цветов, отображаемых на экране монитора?

24. Как вычислить необходимый объем видеопамяти для графического изображения?

25.

Используемая литература

1. Могилев А.В. Информатика: учебное пособие. / А.В.Могилев, Н.И.Пак, Е.К.Хеннер. – М.: Издательский центр "Академия", 2004. – 848 с.

2. Могилев А.В. Практикум по информатике. / А.В.Могилев, Н.И.Пак, Е.К.Хеннер. – М.: Издательский центр "Академия", 2004. – 608 с.

3. Симонович С.В. Информатика: базовый курс. / С.В.Симонович. – СПб.: Питер, 2007. – 640 с.

4. Акулов О.А. Информатика: базовый курс. Учебное пособие. / О.А. Акулов, Н.В. Медведев. – М.: Омега-Л, 2005. 552 с.

Приложение

Таблица сложения для 8-й системы счисления

Таблица сложения для 16-й системы счисления

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

E

F

A

A

B

C

D

E

F

B

B

C

D

E

F

1A

C

C

D

E

F

1A

1B

D

D

E

F

1A

1B

1C

E

E

F

1A

1B

1C

1D

F

F

1A

1B

1C

1D

1E

Составитель М.Г.Юдина

Корректор Н.В.Шиляева

Подписано в печать 30.04.2008

Формат 60´90/16. Усл.печ.л. 1.

Тираж 50. Заказ 98/2008.

Отпечатано в ООО "Типограф".

Адрес: г.Соликамск, Соликамское шоссе, 17.

Дата добавления: 2015-05-10