Кодирование изображений

Информация о состоянии каждого пикселя хранится в закодированном виде в памяти компьютера. Код может быть однобитовым, двухбитовым и т.д.

Код пикселя - это информация о цвете пикселя.

Кодирование черно-белого изображения

Для получения черно-белого изображения пиксель может находится в одном из двух состояний: светится – не светится. Тогда для его кодирования достаточно 1 бита памяти: 1 – белый, 0 – черный.

Задача 1

Сколько бит памяти требуется для хранения черно-белого изображения буквы К?

Дано: Растровая сетка размером 10 х 10 с изображением буквы Сколько бит памяти требуется для хранения информации?

Решение:

1. Количество пикселов, требующихся для хранения: 10×10=100.

2. Т.к. для хранения 1 пикселя требуется 1 бит памяти, объем памяти = 100 бит.

Ответ: Для хранения информации требуется 100 бит памяти.

Задача 2

Изменится ли объем памяти, необходимой для хранения рисунка, если будет изображена другая картинка?

Дано: Растровая сетка размером 10 х 10 с изображением буквы Сколько бит памяти требуется для хранения информации?

Решение:

1. Количество пикселов, требующихся для хранения: 10×10=100.

2. Т.к. для хранения 1 пикселя требуется 1 бит памяти, объем памяти = 100 бит.

Ответ: Для хранения информации требуется 100 бит памяти. Объем памяти не изменится.

Задача 3

Черно-белая картинка построена на экране монитора с разрешением 800 х 600. Какой объем памяти она занимает?

Дано: Растровая сетка размером 800 х 600 с изображением картинки. Какой объем памяти требуется для хранения картинки?

Решение:

1. Количество пикселов, требующихся для хранения: 800 х 600 = 480 000.

2. Т.к. для хранения 1 пикселя требуется 1 бит памяти, объем памяти равен: 800 х 600 бит = 100*600 байт = 58,6 Кбайт

Ответ: Для хранения информации требуется 58,6 Кбайт памяти.

Как получается цветное изображение на экране?

Каждый пиксел на цветном экране - это совокупность трех точек разного цвета: красного, зеленого и синего. Эти точки расположены так близко друг к другу, что нам они кажутся слившимися в ожну точку. Из сочетания красного, зеленого и синего цветов складывается вся красочная палитра на экране. Электронная пушка цветного монитора испускает три луча. Каждый луч вызывает свечение точки только одного цвета. Для этого в мониторе используется специальная фокусирующая система.

Кодирование цветного изображения

Как рассчитать объем памяти для хранения цветного изображения? Можно ли в 1 бит записать информацию о цветах палитры? Сколько бит нужно для кодирования одного пикселя на цветном дисплее?

Попробуем ответить на эти вопросы.

Мы знаем, что любой цвет на экране получается смешиванием трёх цветов: красного, зелёного и синего. Кодирование цвета в компьютере при помощи трёх составляющих (красной, зелёной и синей) называется RGB (от Red — красный, Green — зелёный, Blue — синий). Белый цвет получается при смешивании 100% красного, зеленого и синего цвета. Желтый цвет - это 100% красного и зеленого и 0% синего цвета.

Для хранения цвета, состоящего из трех составляющих, требуется трехбитовый двоичный код.

Из трех базовых цветов для трехбитового кода можно получить восемь комбинаций.

Цвет R (красный) G (зеленый) B (синий)   0 0 0   0 0 1   0 1 0   0 1 1   1 0 0   1 0 1   1 1 0   1 1 1

Вывод: для кодирования восьмицветного изображения требуются 3 бита памяти на 1 видеопиксель.

Из сказанного, казалось бы, следует вывод: с помощью трех базовых цветов нельзя получить палитру, содержащую больше восьми цветов. Однако, на экранах современных компьютеров получают цветные изображения, составленные из сотен, тысяч и даже миллионов различных красок и оттенков. Как это достигается?

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

Если к трем битам базовых цветов добавить один бит интенсивности, который управляет яркостью всех трех цветов одновременно, то получится шестнадцатицветная палитра.

Большое количество цветов получается при раздельном управлении интенсивностью базовых цветов. Причем для интенсивности каждого из базовых цветов можно выделять больше одного бита.

Из всего сказанного можно сделать вывод: для кодирования цветного изображения можно использовать более 3 бит памяти на 1 видеопиксель.

Количество бит, выделенных для записи цвета одного пикселя, называется глубиной цвета.

Максимальное количество цветов зависит от глубины цвета.

Количество цветов (K), и глубина цвета (b) связаны между собой формулой:   K = 2^b

Например, для получения цветовой гаммы в 256 цветов требуется 8 битов = 1 байт на каждый пиксель, так как   256 = 2⁸

Объем видеопамяти

Объем необходимой видеопамяти определяется размером графической сетки дисплея и количеством цветов. Минимальный объем видеопамяти должен быть таким, чтобы в нее помещался один кадр (одна страница) изображения.

Задача 4

Рисунок построен с использованием палитры 256 цветов на экране монитора с графическим разрешением 1024 х 768. Рассчитать объем памяти, необходимый для хранения этого рисунка.

Дано: Растровая сетка размером 1024 х 768. Количество цветов К = 256 Рассчитать объем видеопамяти.

Решение:

1. По формуле K = 2^b определяем глубину цвета. 256 = 2⁸. Значит, глубина цвета b = 8 бит.

2. Количество пикселей на экране: 1024 х 768 = 786432.

3. 786432 * 8 бит = 786432 байт = 768 Кбайт

Ответ: Объем видеопамяти - 768 Кбайт.

Задача 5

Какая минимальная глубина цвета требуется для кодирования 20 цветов?

Дано: Количество цветов К = 20 Какова глубина цвета?

Решение:

1. По формуле K = 2^b определяем глубину цвета.
16 = 2⁴ - это слишком мало.
32 = 2⁵ - этого более чем достаточно. Значит, глубина цвета b = 5 бит.

Ответ: Глубина цвета b = 5 бит.