Кодирование графической информации

Графическая информация, представленная в виде рисунков, фотографий, слайдов, подвижных изображений (анимация, видео), схем, чертежей, может создаваться и редактироваться с помощью компьютера, при этом она соответствующим образом кодируется. В настоящее время существует достаточно большое количество прикладных программ для обработки графической информации, но все они реализуют три вида компьютерной графики: растровую, векторную и фрактальную.

Если более пристально рассмотреть графическое изображение на экране монитора компьютера, то можно увидеть большое коли­чество разноцветных точек (пикселов — от англ. pixel, образован­ного от picture element — элемент изображения), которые, будучи собраны вместе, и образуют данное графическое изображение. Из этого можно сделать вывод: графическое изображение в компью­тере определенным образом кодируется и должно быть представ­лено в виде графического файла. Файл является основной струк­турной единицей организации и хранения данных в компьютере и в данном случае должен содержать информацию о том, как пред­ставить этот набор точек на экране монитора.

Файлы, созданные на основе векторной графики, содержат ин­формацию в виде математических зависимостей (математических функций, описывающих линейные зависимости) и соответству­ющих данных о том, как построить изображение объекта с по­мощью отрезков линий (векторов) при выводе его на экран мони­тора компьютера.

Файлы, созданные на основе растровой графики, предполагают хранение данных о каждой отдельной точке изображения. Для отображения растровой графики не требуется сложных математи­ческих расчетов, достаточно лишь получить данные о каждой точ­ке изображения (ее координаты и цвет) и отобразить их на экране монитора компьютера.

В процессе кодирования изображения производится его про­странственная дискретизация, т.е. изображение разбивается на отдельные точки и каждой точке задается код цвета (желтый, крас­ный, синий и т.д.). Для кодирования каждой точки цветного гра­фического изображения применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные его составляющие, в качестве которых используют три основных цвета: красный (английское слово Red, обозначают буквой R), зеленый (Green, обозначают бук­вой G), синий (Blue, обозначают букой B). Любой цвет точки, вос­принимаемый человеческим глазом, можно получить путем адди­тивного (пропорционального) сложения (смешения) трех основ­ных цветов — красного, зеленого и синего. Такая система кодирования называется цветовой системой RGB. Файлы графи­ческих изображений, в которых применяется цветовая система RGB, представляют каждую точку изображения в виде цветового триплета — трех числовых величин R, G и B, соответствующих интенсивностям красного, зеленого и синего цветов. Процесс ко­дирования графического изображения осуществляется с помощью различных технических средств (сканера, цифрового фотоаппара­та, цифровой видеокамеры и т.д.); в результате получается растро­вое изображение. При воспроизведении цветных графических изображений на экране цветного монитора компьютера цвет каж­дой точки (пикселя) такого изображения получается путем смеше­ния трех основных цветов R, G и B.

Качество растрового изображения определяется двумя основ­ными параметрами — разрешением (количеством точек по гори­зонтали и вертикали) и используемой палитрой цветов (количест­вом задаваемых цветов для каждой точки изображения). Разреше­ние задается указанием числа точек по горизонтали и по вертикали, например 800 на 600 точек.

Между количеством цветов, задаваемых точке растрового изоб­ражения, и количеством информации, которое необходимо выде­лить для хранения цвета точки, существует зависимость, опреде­ляемая соотношением (формула Р. Хартли):

I = log₂N, (3.1)

где I — количество информации; N — количество цветов, задава­емых точке.

Количество информации, необходимое для хранения цвета точ­ки, называют также глубиной цвета, или качеством цветопередачи.

Так, если количество цветов, задаваемых для точки изображе­ния, N = 256, то количество информации необходимое для ее хра­нения (глубина цвета) в соответствии с формулой (3.1) будет равно I = 8 бит.

В компьютерах для отображения графической информации используются различные графические режимы работы монитора. Здесь необходимо отметить, что кроме графического режима ра­боты монитора есть также текстовый режим, при котором экран монитора условно разбивается на 25 строк по 80 символов в строке. Эти графические режимы характеризуются разрешением экрана монитора и качеством цветопередачи (глубиной цвета). Для уста­новки графического режима экрана монитора в операционной системе MS Windows ХР необходимо выполнить команду: [Кнопка | Пуск | — Настройка — Панель управления — Экран]. В появив­шемся диалоговом окне «Свойства: Экран» (рис. 3.12) необходимо выбрать вкладку «Параметры» и с помощью ползунка «Разрешение экрана» выбрать соответствующее разрешение экрана (800 на 600 точек, 1024 на 768 точек и т.д.). С помощью раскрывающегося списка «Качество цветопередачи» можно выбрать глубину цве­та — «Самое высокое (32 бита)», «Среднее (16 бит)» и т.д., при этом количество цветов, задаваемых каждой точке изображения, будет соответственно равно 2³² (4 294 967 296), 2¹⁶ (65 536) и т.д.

Для реализации каждого из графических режимов экрана мо­нитора необходим определенный информационный объем видео­ памяти компьютера. Необходимый информационный объем виде­опамяти (V) определяется из соотношения

V = K ∙ I, (3.2)

где K — количество точек изображения на экране монитора (K = =A ∙ B); А — количество точек по горизонтали на экране монитора; В — количество точек по вертикали на экране монитора; I — коли­чество информации (глубина цвета).

Так, если экран монитора имеет разрешающую способность 1024 на 768 точек и палитру, состоящую из 65 536 цветов, то глуби­на цвета в соответствии с формулой (3.1) составит I = log₂65 538 = 16 бит, количество точек изображения будет равно: К = 1024 ∙ 768 = 786 432, и требуемый информационный объем видеопамяти в соответствии с (3.2) будет равен

V= 786 432 ∙ 16 бит = 12 582 912 бит = 1 572 864 байт = = 1536 Кбайт = 1,5 Мбайт.