Кодирование графической информации

Кодирование текстовой информации.

Кодирование информации.

Текстовая информация состоит из различных символов. Множество всех символов, с помощью которых записывается текст, называется алфавитом, а число символов в алфавите – его мощность. Информационный вес символа в алфавите рассчитывается по формуле:

i =log₂ N

Для представления текстовой информации в компьютере используется алфавит мощностью 256 символов. Следовательно, один символ несет 8 бит информации, т.е. 1 байт. Или, иначе, чтобы закодировать один символ потребуется 1 байт. В символы пронумерованы от 0 до 255, что в двоичном коде от 00000000 до 11111111.

Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие порядковые номера, называется таблицей кодировки.

Для компьютеров IBM PC международным стандартом стала таблица кодировки ASCII (American Standart Code for Information Interchange) – Американский стандартный код для информационного обмена. Символы в таблице располагаются в алфавитном порядке, по возрастанию – это принцип последовательного кодирования алфавитов. Например, слово file:

требуется 4 байта

f – 102₁₀ - 01100110₂

I – 105₁₀ - 01101001₂

l – 108₁₀ - 01101100₂

e – 101₁₀ - 01100101₂

На экране монитора изображение состоит из точек – т.е. изображение дискретно. Точки называют пикселями.

В видеопамяти находится двоичная информация об изображении, выводимом на экран. Эта информация состоит из двоичных кодов каждого видеопикселя. Код пикселя — это информация о цвете пикселя.

Для получения черно-белого изображения (без полутонов) пиксель может принимать только два состояния: светится — не светится (белый — черный). Тогда для его кодирования достаточно одного бита памяти: 1 — белый, 0 — черный.

Пиксель на цветном дисплее может иметь различную окраску. Поэтому одного бита на пиксель — недостаточно.

Для кодирования 4-цветного изображения требуется два бита на пиксель, поскольку два бита могут принимать 4 различных состояния. Может использоваться, например, такой вариант кодировки цветов:

0 — черный 10 — зеленый

1 — красный 11 — коричневый.

На цветном экране все разнообразие красок получается из сочетаний трех базовых цветов: красного, зеленого, синего. Из трех цветов можно получить восемь комбинаций:

---	черный	к--	красный
--с	синий	к-с	розовый
-з-	зеленый	к-з	коричневый
-зс	голубой	кзс	белый

Здесь каждый базовый цвет обозначается первой буквой, а черточкой — отсутствие цвета.

Следовательно, для кодирования 8-цветного изображения требуется три бита памяти на один видеопиксель. Если наличие базового цвета обозначить единицей, а отсутствие нулем, то получается следующая таблица кодировки восьмицветной палитры:

К		С	Цвет
			черный
			синий
			зеленый
			голубой
			красный
			розовый
			коричневый
			белый

Если иметь возможность управлять интенсивностью (яр­костью) свечения базовых цветов, то количество различных вариантов их сочетаний, дающих разные краски и оттенки, увеличивается.

Шестнадцатицветная палитра получается при использовании четырехразрядной кодировки пикселя: к трем битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно (интенсивностью трех электронных пучков).

И	К	З	С	Цвет
				черный
				синий
				зеленый
				голубой
				красный
				розовый
				коричневый
				серый (или белый)
				темно-серый
				ярко-синий
				ярко-зеленый
				ярко-голубой
				ярко-красный
				ярко-розовый
				ярко-желтый
				ярко-белый

Большее количество цветов получается при раздельном управлении интенсивностью базовых цветов. Причем интенсивность может иметь более двух уровней, если для кодирования каждого из базовых цветов выделять больше одного бита.

Количество различных цветов К и количество битов для их кодировки b (битовая глубина) связаны между собой формулой: К = 2^b.

Для получения цветовой гаммы из 256 цветов требуется 8 бит = 1 байт на пиксель, так как 2⁸ = 256.

Объем необходимой видеопамяти определяется размером графической сетки дисплея и количеством цветов. Мини­мальный объем видеопамяти должен быть таким, чтобы в него помещался один кадр (одна страница) изображения. Например, для сетки 640 х 200 и черно-белого изображения минимальный объем видеопамяти должен быть таким:

640 х 200 х 1 = 128000 бит = 16000 байт.

Для четырехцветной гаммы и той же графической сетки видеопамять должна быть в два раза больше — 32 Кбайта; для восьмицветной — 48 Кбайт.

На современных высококачественных дисплеях используется палитра более чем из 16 миллионов цветов. Требуемый размер видеопамяти в этом случае — несколько мегабайт.

Качество изображения еще зависит от размера экрана монитора - диагональ, разрешения экрана – измеряется в точках на дюйм dpi. При печати на бумаге разрешение должно быть существенно выше, чем на экране. В компьютерной графике используются разные цветовые модели для изображения на экране, получаемого путем излучения света, и изображения на бумаге, формируемого с помощью отражения света. Рассмотрим основные модели.

Цветовая модель CIE Lab.

В 1920 году была разработана цветовая пространственная модель CIE Lab (Communication Internationale de I'Eclairage — международная комиссия по освеще­нию; L,a,b — обозначения осей координат в этой системе). Система является аппа-ратно независимой и потому часто применяется для переноса данных между устрой­ствами. В модели CIE Lab любой цвет определяется светлотой (L) и хроматическими компонентами: параметром а, изменяющимся в диапазоне от зеленого до красного, и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синего до желтого. Цветовой охват модели CIE Lab значительно превосходит возможности мониторов и печатных устройств, поэтому перед выводом изображения, представленного в этой модели, его приходится преобразовывать. Данная модель была разработана для согласова­ния цветных фотохимических процессов с полиграфическими. Сегодня она явля­ется принятым по умолчанию стандартом для программы Adobe Photoshop.

Цветовая модель RGB.

Цветовая модель RGB является аддитивной, то есть любой цвет представляет собой сочетание в различной пропорции трех основных цветов — красного (Red), зеле­ного (Green), синего (Blue). Она служит основой при создании и обработке компью­терной графики, предназначенной для электронного воспроизведения (на мони­торе, телевизоре). При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается. Совмещение трех компонентов одинаковой яркости дает ахроматический серый цвет, который при увеличении яркости приближается к белому цвету. При 256 градационных уровнях тона чер­ному цвету соответствуют нулевые значения RGB, а белому — максимальные, с координатами (255,255, 255).

Цветовая модель HSB.

Цветовая модель HSB разработана с максимальным учетом особенностей воспри­ятия цвета человеком. Она построена на основе цветового круга Манселла. Цвет описывается тремя компонентами: оттенком (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness). Значение цвета выбирается как вектор, исходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по периметру окружности — чистым спектральным цветам. Направление вектора задается в градусах и определяет цветовой оттенок. Длина вектора определяет насыщенность цвета. На отдельной оси, называемой ахроматической, задается яркость, при этом нулевая точка соответствует черному цвету. Цветовой охват модели HSB перекрывает все известные значения реальных цветов.

Модель HSB принято использовать при создании изображений на компьютере с имитацией приемов работы и инструментария художников. Существуют специальные программы, имитирующие кисти, перья, карандаши. Обеспечивается имитация работы с красками и различными полотнами. После создания изображения его рекомендуется преобразовать в другую цветовую модель, в зависимости от предполагаемого способа публикации.

Цветовая модель CMYK, цветоделение.

Цветовая модель CMYK используется при подготовке публикаций к печати. Цветовыми компонентами CMY служат цвета, полученные вычитанием основных из белого:

голубой (cyan) = белый - красный = зеленый + синий;

пурпурный (magenta) = белый - зеленый = красный + синий;

желтый (yellow) = белый - синий = красный + зеленый.

Такой метод соответствует физической сущности восприятия отраженных от печатных оригиналов лучей. Голубой, пурпурный и желтый цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета до белого. Отсюда вытекает и главная проблема цветовой модели CMY— наложение друг на друга дополнительных цветов на практике не дает чистого черного цвета. Поэтому в цветовую модель был включен компонент чистого черного цвета. Так появилась четвертая буква в аббревиатуре цветовой модели CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blасК).

Для печати на полиграфическом оборудовании цветное компьютерное изображение необходимо разделить на составляющие, соответствующие компонентам цветовой модели CMYK. Этот процесс называют цветоделением. В итоге получают 4 изображения, содержащих одноцветное содержимое каждого компонента в оригинале. Затем в типографии с форм, созданных на основе цветоделенных пленок печатают многоцветное изображение, полученное наложением цветов CMYK.

Кроме названных моделей существует еще несколько.

Растровая и векторная графика

В растровой графике графическая информация — это совокупность данных о цвете каждого пикселя на экране. В векторной графике графическая информация — это данные, математически описывающие графические примитивы, составляющие рисунок: прямые, дуги, прямоугольники, овалы и пр. Положение и форма графических примитивов представляются в системе экранных координат.

Растровую графику (редакторы растрового типа) применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Растровые иллюстрации редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще для этой цели используют сканированные иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. Для ввода растровых изображений в компьютер применяются цифровые фото- и видеокамеры. Большинство графических редакторов растрового типа в большей мере ориентированы не на создание изображений, а на их обработку.

Достоинство растровой графики — эффективное представление изображений фотографического качества. Основной недостаток растрового способа представления изображения — большой объем занимаемой памяти. Для его сокращения приходится применять различные способы сжатия данных. Другой недостаток растровых изображений связан с искажением изображения при его масштабировании. Поскольку изображение состоит из фиксированного числа точек, то увеличение изображения приводит к тому, что эти точки становятся крупнее. Увеличение размера точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает ее грубой.

Векторные графические редакторы предназначены, в первую очередь, для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки.

Достоинства векторной графики — сравнительно небольшой объем памяти, занимаемой векторными файлами, масштабирование изображения без потери качества. Однако средствами векторной графики проблематично получить высококачественное художественное изображение. Обычно средства векторной графики используют не для создания художественных композиций, а для оформительских, чертежных и проектно-конструкторских работ.

Графическая информация сохраняется в файлах на диске. Существуют разнообразные форматы графических файлов. Они делятся на растровые и векторные. Растровые графические файлы (форматы JPEG, BMP, TIFF и другие) хранят информацию о цвете каждого пикселя изображения на экране. В графических файлах векторного формата (например, WMF, CJM) содержатся описания графических примитивов, составляющих рисунок.

Следует понимать, что графические данные, помещаемые в видеопамять и выводимые на экран, имеют растровый формат вне зависимости от того, с помощью каких программных средств (растровых или векторных) они получены.

Дата добавления: 2014-12-17