Определение объёма памяти, необходимого для хранения графической информации
Различают три вида компьютерной графики:
- растровая графика;
- векторная графика;
- фрактальная графика.
Они различаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге. Наименьшим элементом растрового изображения является точка (пиксель), векторное изображение строится из геометрических примитивов, фрактальная графика задаётся математическими уравнениями.
Расчёт информационного объёма растрового графического изображения основан на подсчёте количества пикселей в этом изображении и на определении глубины цвета (информационного веса одного пикселя).
Глубина цвета зависит от количества цветов в палитре:
N=2i
.
(N) — это количество цветов в палитре,
(i) — глубина цвета (или информационный вес одной точки, измеряется в битах).
Чтобы найти информационный объём растрового графического изображения (I) (измеряется в битах), воспользуемся формулой
I=i⋅k
.
(k) — количество пикселей (точек) в изображении;
(i) — глубина цвета (бит).
Пример:
Полина увлекается компьютерной графикой. Для конкурса она создала рисунок размером (1024*768) пикселей, на диске он занял (900) Кбайт. Найди максимально возможное количество цветов в палитре изображения.
Дано
(k=1024*768);
(I=900) Кбайт.
Найти: (N).
Решение
Чтобы найти (N), необходимо знать (i):
N=2i
.
Из формулы
I=i⋅k
выразим
i=Ik
, подставим числовые значения. Не забудем перевести (I) в биты.
Получим
i=900∗1024∗81024∗768≈9,3
.
Возьмём (i=9) битам. Обрати внимание, нельзя взять (i=10) битам, так как в этом случае объём файла (I) превысит (900) Кбайт. Тогда
N=29=512.
Ответ: (512) цветов.
На качество изображения влияет также разрешение монитора, сканера или принтера.
Разрешение — величина, определяющая количество точек растрового изображения на единицу длины.
Получается, если увеличить разрешение в (3) раза, то увеличится в (3) раза количество пикселей по горизонтали и увеличится в (3) раза количество пикселей по вертикали, т. е. количество пикселей в изображении увеличится в (9) раз.
Параметры PPI и DPI определяют разрешение или чёткость изображения, но каждый относится к отдельным носителям:
• цифровой (монитор) — PPI;
• печать (бумага) — DPI.
При решении задач величины PPI и DPI имеют одинаковый смысл.
При расчётах используется формула
I=k⋅i⋅ppi2
.
(I) — это информационный объём растрового графического изображения (бит);
(k) — количество пикселей (точек) в изображении;
(i) — глубина цвета (бит),
ppi (или dpi) — разрешение.
Пример:
для обучения нейросети распознаванию изображений фотографии сканируются с разрешением (600) ppi и цветовой системой, содержащей (16 777 216) цветов. Методы сжатия изображений не используются. Средний размер отсканированного документа составляет (18) Мбайт. В целях экономии было решено перейти на разрешение (300) ppi и цветовую систему, содержащую (65 536) цветов. Сколько Мбайт будет составлять средний размер документа, отсканированного с изменёнными параметрами?
Решение
Заметим, что
16777216=224
, значит,
i1=24
бита.
, значит,
i2=16
бит.
Воспользуемся формулой
I=k⋅i⋅ppi2
.
I1=24⋅k⋅6002;I2=16⋅k⋅3002;I1I2=24⋅k⋅600216⋅k⋅3002=6;18I2=6;I2=186=3.
Ответ: (3) Мбайта.
Определение объёма памяти, необходимого для хранения звуковой информации
Звук — это распространяющиеся в воздухе, воде или другой среде волны с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой.
Чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму. Для этого его подвергают временной дискретизации и квантованию: параметры звукового сигнала измеряются не непрерывно, а через определённые промежутки времени (временная дискретизация); результаты измерений записываются в цифровом виде с ограниченной точностью (квантование).
Сущность временной дискретизации заключается в том, что через равные промежутки времени мы измеряем уровень аналогового сигнала. Количество таких измерений за одну секунду называется частотой дискретизации.
Частота дискретизации ((H)) — это количество измерений громкости звука за одну секунду.
Частота дискретизации измеряется в герцах (Гц) и килогерцах (кГц). (1) кГц (=) (1000) Гц. Частота дискретизации, равная (100) Гц, означает, что за одну секунду проводилось (100) измерений громкости звука.
Качество звукозаписи зависит не только от частоты дискретизации, но также и от глубины кодирования звука.
Глубина кодирования звука или разрешение ((i)) — это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.
В результате измерений звукового сигнала будет получено некоторое значение громкости, при этом все результаты измерений будут лежать в некотором диапазоне — количество уровней дискретизации.
Обозначим за (N) количество уровней дискретизации, тогда глубину кодирования можно найти по формуле:
N=2i
.
Для решения задач на нахождение объёма памяти, необходимого для хранения звуковой информации, воспользуемся формулой:
I=H⋅i⋅t⋅k
, где
(I) — информационный объём звукового файла (бит);
(H) — частота дискретизации (Гц);
(i) — глубина кодирования информации (бит);
(k) — количество каналов (моно — (1) канал, стерео — (2) канала, квадро — (4) канала).
Пример:
для распределения птиц по категориям обучают нейросеть. Для этого загружают звуки, издаваемые птицами. Каждый файл записан в формате монозвукозаписи с частотой дискретизации (128) Гц. При записи используется (64) уровня дискретизации. Запись длится (6) минут (24) секунды. Определи размер загружаемого файла в килобайтах.
Дано
(k=1);
(H=128) Гц;
(N=64);
(t=384) секунды.
Найти: (I) (Кбайт).
Решение
Воспользуемся формулой
N=2i
, (i=6) бит.
Подставим числовые значения в формулу
I=H⋅i⋅t⋅k
и переведём биты в килобайты:
Ответ: (36) килобайт.
Любой файл может быть передан по каналу связи, тогда объём переданной информации вычисляется по формуле:
I=V⋅t
, где
(I) — объём информации (бит);
(V) — пропускная способность канала связи (бит/секунду);
(t) — время передачи (секунды).
Пример:
в дельте Волги орнитологи оцифровывают звуки птиц и записывают их в виде файлов без использования сжатия данных. Получившийся файл передают в Астраханский биосферный заповедник по каналу связи за (56) секунд. Затем тот же файл оцифровывают повторно с разрешением в (8) раз ниже и частотой дискретизации в (3) раза выше, чем в первый раз. Сжатие данных не производится. Полученный файл передают в Кавказский природный заповедник; пропускная способность канала связи с Кавказским заповедником в (2) раза ниже, чем канала связи с Астраханским заповедником. Сколько секунд длилась передача файла в Кавказский заповедник?
Решение
Воспользуемся формулой
I=H⋅i⋅t⋅k
.
I1=k⋅i⋅t⋅H;I2=k⋅i8⋅t⋅3⋅H;I2I1=38.По условиюV2=V12.
Выразим (V) из формулы
I=V⋅t
, получим
V=It
, учтём, что
t1=56 секунд.Тогда I2t2=I156⋅2;t2=56⋅2⋅I2I1=56⋅2⋅38=42.
Ответ: (42) секунды.
Обрати внимание!
1 Мбайт=220 байт=223 бит.1 Кбайт=210 байт=213 бит.
Информатика, 10 класс. Урок № 17.
Тема — Кодирование графической и звуковой информации
Большую часть информации человек получает с помощью зрения и слуха. Важность этих органов чувств обусловлена развитием человека как биологического вида, поэтому человеческий мозг с большой скоростью способен обрабатывать огромное количество графической и звуковой информации.
С появлением компьютеров возникла огромная потребность научить их обрабатывать такую информацию. Как же такую информацию может обработать компьютер?
Итак, кодирование графической информации осуществляется двумя различными способами: векторным и растровым
|
Программы, работающие с векторной графикой, хранят информацию об объектах, составляющих изображение в виде графических примитивов: прямых линий, дуг окружностей, прямоугольников, закрасок и т.д. Достоинства векторной графики: — Преобразования без искажений. — Маленький графический файл. — Рисовать быстро и просто. — Независимое редактирование частей рисунка. — Высокая точность прорисовки. — Редактор быстро выполняет операции. Недостатки векторной графики: — Векторные изображения выглядят искусственно. — Ограниченность в живописных средствах. |
Программы растровой графики работают с точками экрана (пикселями). Это называется пространственной дискретизацией. |
КОДИРОВАНИЕ РАСТРОВОЙ ГРАФИКИ
Давайте более подробно рассмотрим растровое кодирование информации.
Компьютер запоминает цвет каждой точки, а пользователь из таких точек собирает рисунок.
При этом зная количество пикселей по вертикале и горизонтали, мы сможем найти — разрешающую способность изображения.
Разрешающая способность находится по формуле:
P=n*m,
где n, m — количество пикселей в изображении по вертикали и горизонтали.
В процессе дискретизации каждый пиксель может принимать различные цвета из палитры цветов. При этом зная количество цветов, которые можно использовать в палитре и воспользовавшись формулой Хартли, мы сможем найти количество информации, которое используется для кодирования цвета точки, что мы будем называть глубиной цвета.
N=2i
где N — количество цветов в палитре;
i — глубина цвета.
Таким образом, чтобы найти вес изображения достаточно перемножить разрешающую способность изображения на глубину цвета: L=P*i.
Каким именно образом возможно закодировать пиксель? Для этого используются кодировочные палитры.
КОДИРОВОЧНАЯ ПАЛИТРА RGB
Когда художник рисует картину, цвета он выбирает по своему вкусу. Но цвет в компьютере надо стандартизировать, чтобы его можно было распознать. Поэтому надо определить, что такое каждый цвет.
В экспериментах по производству цветных стекол М. В. Ломоносов показал, что получить любой цвет возможно, используя три различных цвета.
Этот факт был обобщен Германом Грассманом в виде законов аддитивного синтеза цвета.
Давайте рассмотрим два из этих законов:
— Закон трехмерности. С помощью трех независимых цветов можно, смешивая их в однозначно определенной пропорции, выразить любой цвет.
— Закон непрерывности. При непрерывном изменении пропорции, в которой взяты компоненты цветовой смеси, получаемый цвет также меняется непрерывно.
Из биологии вы знаете, что рецепторы человеческого глаза делятся на две группы: палочки и колбочки. Палочки более чувствительны к интенсивности поступаемого света, а колбочки — к длине волны.
Если посмотреть, как распределяется количество колбочек по тому, на какую длину волны они «настроены», то количество колбочек «настроенных» на синий, красный и зеленый цвета окажется больше.
Поэтому такие цвета были взяты основными для построения цветовой модели, которая получила название RGB (Red, Green, Blue). То есть задавая количество любого из этих трех цветов, можно получить любой другой. Для кодирования каждого цвета было выделено 8 бит (режим True-Color). Таким образом, количество каждого цвета может изменяться от 0 до 255, часто это количество выражается в шестнадцатеричной системе счисления (от 0 до FF).
Так как описание цвета происходит определением трех величин, то это наводит на мысль считать их координатами точки в пространстве. Получается, что координаты цветов заполняют куб.
При этом яркость цвета определяется тем насколько близка к максимальному значению хотя бы одна координата из трех.
Поскольку именно модель RGB соответствовала основному механизму формирования цветного изображения на экране, большинство графических файлов хранят изображение именно в этой кодировке. Если же используется другая модель, например в JPEG , то приходится при выводе информации на экран преобразовывать данные.
КОДИРОВАНИЕ ЗВУКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
Давайте перейдем к кодированию звуковой информации.
Из курса физики вам всем известно, что звук — это непрерывная волна с изменяющейся амплитудой и частотой.
Для того, чтобы компьютер мог обрабатывать непрерывный звуковой сигнал, он должен быть дискретизирован, т. е. превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).
Для этого звуковая волна разбивается на отдельные временные участки.
Гладкая кривая заменяется последовательностью «ступенек». Каждой «ступеньке» присваивается значение громкости звука. Чем больше количество уровней громкости, тем больше количество информации будет нести значение каждого уровня и более качественным будет звучание. Причем, чем больше будет количество измерений уровня звукового сигнала в единицу времени, тем качественнее будет звучание. Эта характеристика называется частотой дискретизации Данная характеристика измеряется в Гц.
При этом на каждое измерение выделяется одинаковое количество бит. Такая характеристика называется — глубина кодирования.
Таким образом, чтобы подсчитать вес звуковой волны достаточно перемножить частоту дискретизации, глубины кодирования и времени звучания такого звука. При этом, рассматривая современное звучание, количество звуковых волн может быть различное, например, для стереозвука — это 2, а для квадрозвука — 4.
Для успешного решения задания ЕГЭ по информатике №7 потребуется знания и понимание некоторых терминов. А также полезные формулы для нахождения искомой величины. В заданиях участвуют следующие темы: архивация, кодирование звуковых файлов, кодирование графических файлов. Неплохо ещё бы знать, как переводить единицы измерения по таблице СИ (международная система единиц).
Кодирование графических файлов
Разберёмся с этими темами по порядку. Начнём с темы кодирования графических файлов. Для начала стоит знать формулу нахождения объема информации изображений.
В этой формуле находятся три переменные:
- I — объём информации изображения (сколько весит изображение, измеряется в бит);
- K — размер изображения (ширина и высота изображения, измеряется в px, dpi и т.д.);
- i — глубина цвета (сколько памяти выделяется на один пиксель, измеряется в бит);
- N — количество цветов (измеряется в единицах).
В данной формуле отсутствует переменная, отвечающая за количество цветов – это нормально. Ведь для полноценного решения задач потребуется знания второй формулы.
Здесь все переменные уже знакомы. Используется она для нахождения количества цветов или глубины цвета (в зависимости от того, что дано в самой задаче).
Кодирование звуковых файлов
Кодирование звуковых файлов состоит из многих вещей, в отличие от кодирования текстовой или графической информации. Используются следующие термины: каналы записи, частота дискретизации, разрешение (глубина кодирования), время записи. Для подробного изучения рассмотрим формулу.
В данной формуле уже пять переменных, но они достаточно простые, да и сама формула является произведением переменных.
- I — объём информации звукового файла (сколько весит файл, измеряется в бит);
- i — глубина кодирования (измеряется в бит);
- v — частота дискретизации (как и другая любая другая частота измеряется в Гц);
- k — количество каналов записи (измеряется в единицах);
- t — время записи (измеряется в секундах)
Чем выше параметры частоты дискретизации, количества каналов и глубины кодирования, тем выше качество звукового файла.
Архивация
Вся суть архивации в уменьшении объёма файла для дальнейшей передачи/хранения. В задачах обычно задают вопрос: “какой способ передачи будет быстрее, с использованием архивации или нет?”.
Казалось бы, чем меньше вес файла, тем быстрее будет передача (после архивации). Но всё не так просто, ведь на архивацию и разархивацию тоже уходит определённое время. Соответственно придётся просчитать оба способа и найти оптимальный.
Задание
С большей части теории разобрались, теперь можно использоваться полученные знания на практике.
В информационной системе хранятся изображения размером 224 x 128 пикселей, содержащие не более 64 различных цветов. Коды пикселей записываются подряд, никакая дополнительная информация об изображении не сохраняется, данные не сжимаются. Сколько Кбайт нужно выделить для хранения одного изображения? В ответе укажите только целое число — количество Кбайт, единицу измерения указывать не надо.
Прочитав условие задачи, можно подметить следующие важные моменты:
- K = 224 x 128px;
- N = 64;
- Дополнительной информации об изображении отсутствует — добавлять к весу файла ничего не надо;
- Объём изображения необходимо найти.
Теперь можно приступить к решению задачи.
Музыкальный фрагмент был записан в формате стерео (двухканальная запись), оцифрован с частотой дискретизации 44 кГц и разрешением 16 бит и сохранён без использования сжатия данных. Получился файл размером 120 Мбайт. Затем тот же фрагмент был записан в формате квадро (четырёхканальная запись) с частотой дискретизации 88 кГц и тоже сохранён без сжатия, при этом получился файл размером 720 Мбайт. С каким разрешением проводилась вторая запись? В ответе укажите целое число — разрешение в битах, единицу измерения писать не нужно.
Прочитав условия задачи, можно также записать дано:
- v1 = 44 кГц;
- k1 = 2 (двухканальная запись);
- i1 = 16 бит;
- I1= 120 Мбайт;
- v2 = 88 кГц;
- k2 = 4 (четырёхканальная запись);
- I2 = 720 Мбайт;
- i2 – ?
Тут можно пойти разными путями. К примеру, можно сначала найти время аудиофайла или же составить сразу уравнение. Тут уже дело вкуса, кому что больше нравится. Распишем задачу и найдём сначала время.
Опять же, тут может напугать получившаяся дробь, но ответ в любом случае получился целый без всякого округления. Сделано это, потому что в данной задаче самое простое решение сводится к уравнению. Там всё получается без огромных чисел.
Заметим, что вторая глубина цвета — неизвестная. Запишем уравнение с учётом этой информации. И продолжим решение.
Здесь останется сократить всё лишнее и получить искомое число.
Понравилась статья? Хочешь разбираться в информатике, программировании и уметь работать в разных программах? Тогда ставь лайк, подпишись на канал и поделись статьей с друзьями! Остались или появились вопросы — спроси в комментариях!
Читайте также:
Описание презентации по отдельным слайдам:
-
1 слайд
Расчет информационного объема
-
2 слайд
Расчет информационного объема графики
для расчёта информационного объёма растрового графического изображения используется формула V=K*i, где V – это информационный объём растрового графического изображения, измеряющийся в байтах, килобайтах, мегабайтах; K – количество пикселей (точек) в изображении, определяющееся разрешающей способностью носителя информации (экрана монитора, сканера, принтера); i – глубина цвета, которая измеряется в битах на один пиксель. -
3 слайд
практика
А) Видеопамять компьютера имеет объем 512Кб, размер графической сетки 640´200, в палитре 16 цветов. Какое количество страниц экрана может одновременно разместиться в видеопамяти компьютера? -
4 слайд
решение
Решение:
Используем формулы
V=K*i; N=2i; m= Vвп/V, где m – это количество страниц экрана
16=24 Þ i=4 бита/пиксель;
K=640´200=128000пикселей
V=128000*4=512000бит=64000байт=62,5Кб на один экран
M=512/62,5=8 страниц -
5 слайд
Расчет информационного объема текста
V=K*i, где V – это информационный объём текстового сообщения, измеряющийся в байтах, килобайтах, мегабайтах; K – количество символов в сообщении, i – информационный вес одного символа, который измеряется в битах на один символ. -
6 слайд
Информационный вес символа
При алфавитном подходе считается, что каждый символ текста имеет определенный информационный вес, Информационный вес символа зависит от мощности алфавита. А каким может быть наименьшее число символов в алфавите? Оно равно двум! Скоро вы узнаете, что такой алфавит используется в компьютере. Он содержит всего 2 символа, которые обозначаются цифрами «0» и «1». Его называют двоичным алфавитом. Информационный вес символа двоичного алфавита принят за единицу информации и называется 1 бит. -
7 слайд
Информационный вес символа
Информационный вес i символа алфавита и мощность N алфавита связаны между собой соотношением: N = 2i. Мощность алфавита = число символов -
8 слайд
Информационный вес изображения
Вычисляется по форммуле
V=k*I
V – информационный объем
K- число пикселей изображения
I – глубина цвета (объем палитры) -
9 слайд
пример
Изображение размером 800*600 пикселей при 16-битном цвете будет занимать 800*600*16=7680000 байт=7500 КБайт -
10 слайд
Задание
Расчитать объем каритнки размером 200*200 при глубине цвета 16 бит
ТЕМА «Кодирование графической информации»
Кодирование изображений
Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования.
Кодирование векторных изображений
Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов (точка, отрезок, эллипс…). Каждый примитив описывается математическими формулами. Кодирование зависит от прикладной среды.
Достоинством векторной графики является то, что файлы, хранящие векторные графические изображения, имеют сравнительно небольшой объем.
Важно также, что векторные графические изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества.
Кодирование растровых изображений
Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. Пиксель – минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом.
Экран дисплея может работать в двух основных режимах: текстовом и графическом.
В графическом режиме экран разделяется на отдельные светящиеся точки, количество которых зависит от типа дисплея, например 1920 по горизонтали и 1080 по вертикали. Светящиеся точки на экране называют пикселями, их цвет и яркость может меняться.
Каждому пикселю, формирующему изображение, назначается определенный цвет. Система растровых изображений использует RGB матрицу, т.е. три цвета: красный, зеленый и синий.
Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).
Для четырех цветного – 2 бита.
Для 8 цветов необходимо – 3 бита.
Для 16 цветов – 4 бита.
Для 256 цветов – 8 бит (1 байт).
Качество изображения зависит от количества точек (чем меньше размер точки и, соответственно, больше их количество, тем лучше качество) и количества используемых цветов (чем больше цветов, тем качественнее кодируется изображение).
Для представления цвета в виде числового кода используются две обратных друг другу цветовые модели: RGB или CMYK. Модель RGB используется в телевизорах, мониторах, проекторах, сканерах, цифровых фотоаппаратах… Основные цвета в этой модели: красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). Цветовая модель CMYK используется в полиграфии при формировании изображений, предназначенных для печати на бумаге.
Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемых для кодирования цвета точки.
Если кодировать цвет одной точки изображения тремя битами (по одному биту на каждый цвет RGB), то мы получим все восемь различных цветов.
В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета (красный, зеленый, синий и так далее).
Кодировочная палитра для 8 битного изображения.
|
Яркость цветов |
Цвет |
Код |
||
|
Красный |
Зеленый |
Синий |
||
|
0 |
0 |
0 |
Черный |
000 |
|
0 |
0 |
1 |
Синий |
001 |
|
0 |
1 |
0 |
Зеленый |
010 |
|
0 |
1 |
1 |
Голубой |
011 |
|
1 |
0 |
0 |
Красный |
100 |
|
1 |
0 |
1 |
Пурпурный |
101 |
|
1 |
1 |
0 |
Желтый |
110 |
|
1 |
1 |
1 |
Белый |
111 |
На практике же, для сохранения информации о цвете каждой точки цветного изображения в модели RGB обычно отводится 3 байта (то есть 24 бита) – по 1 байту (то есть по 8 бит) под значение цвета каждой составляющей. Таким образом, каждая RGB-составляющая может принимать значение в диапазоне от 0 до 255 (всего 28=256 значений), а каждая точка изображения, при такой системе кодирования может быть окрашена в один из 16 777 216 цветов. Такой набор цветов принято называть True Color (правдивые цвета), потому что человеческий глаз все равно не в состоянии различить большего разнообразия.
Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой точке (код цвета точки) должна храниться в видеопамяти компьютера.
Видеопамять – это электронное энергозависимое запоминающее устройство. Размер видеопамяти зависит от разрешающей способности дисплея и количества цветов. Но ее минимальный объем определяется так, чтобы поместился один кадр (одна страница) изображения, т.е. как результат произведения разрешающей способности монитора на число битов, отводимых на 1 пиксель.
Растровые изображения очень чувствительны к масштабированию (увеличению или уменьшению). При уменьшении растрового изображения несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется различимость мелких деталей изображения. При увеличении изображения увеличивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, который можно увидеть невооруженным глазом.
Качество растрового изображения зависит от двух параметров – количество пикселей и количество цветов в палитре.
Графические режимы характеризуются такими показателями как:
– разрешающая способность (количество точек, с помощью которых на экране воспроизводится изображение).
– глубина цвета (количество бит, используемых для кодирования цвета точки), например, 8, 16, 24, 32 бита. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, Тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора может быть вычислено по формуле N=2I , где N – количество цветов, I – глубина цвета или битовая глубина.
– палитра (количество цветов, которые используются для воспроизведения изображения), например 4 цвета, 16 цветов, 256 цветов, 256 оттенков серого цвета.
Формула для определения количества информации в изображении:
L = H*W*i
Где
L – информационный объём изображения;
H и W – высота и ширина изображения в пикселях;
i – глубина цвета (т.е. количество бит, выделенных на кодирование цвета)
или другими словами, Чтобы найти вес изображения достаточно перемножить разрешающую способность изображения на глубину цвета: L=P*i.
А количество использованных цветов в изображении, можно найти по формуле:
N = 2i
Где
N – количество цветов в палитре;
i – глубина цвета (бит), длина двоичного кода, который используется для кодирования цвета пикселя
Согласно этой формуле
|
Количество цветов в палитре |
2 |
4 |
8 |
16 |
32 |
64 |
128 |
256 |
65536 |
16 млн |
|
Глубина цвета (бит) |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
16 |
24 |
Графические форматы файлов
Форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле (растровый или векторный), а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия).
|
BMP |
GIF |
JPEG |
TIFF |
PNG |
Наиболее популярные растровые форматы:
Bit MaP image (BMP)– универсальный формат растровых графических файлов, используется в операционной системе Windows. Этот формат поддерживается многими графическими редакторами, в том числе редактором Paint. Рекомендуется для хранения и обмена данными с другими приложениями.
Tagged Image File Format (TIFF)– формат растровых графических файлов, поддерживается всеми основными графическими редакторами и компьютерными платформами. Включает в себя алгоритм сжатия без потерь информации. Используется для обмена документами между различными программами. Рекомендуется для использования при работе с издательскими системами.
Graphics Interchange Format (GIF)– формат растровых графических файлов, поддерживается приложениями для различных операционных систем. Включает алгоритм сжатия без потерь информации, позволяющий уменьшить объем файла в несколько раз. Рекомендуется для хранения изображений, создаваемых программным путем (диаграмм, графиков и так далее) и рисунков (типа аппликации) с ограниченным количеством цветов (до 256). Используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.
Portable Network Graphic (PNG)– формат растровых графических файлов, аналогичный формату GIF. Рекомендуется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.
Joint Photographic Expert Group (JPEG)– формат растровых графических файлов, который реализует эффективный алгоритм сжатия (метод JPEG) для отсканированных фотографий и иллюстраций. Алгоритм сжатия позволяет уменьшить объем файла в десятки раз, однако приводит к необратимой потере части информации. Поддерживается приложениями для различных операционных систем. Используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.
Разбор и решение задач
Задача 1
Для хранения произвольного растрового изображения размером 1024 × 1024 пикселей отведено 512 Кбайт памяти, при этом для каждого пикселя хранится двоичное число – код цвета этого пикселя. Для каждого пикселя для хранения кода выделено одинаковое количество бит. Сжатие данных не производится. Какое максимальное количество цветов можно использовать в изображении?
Решение.
Всего 1024 * 1024 = 210 * 210 = 220 пикселей.
512 Кбайт памяти = 512 * 210 байт
Объём растрового изображения находится как произведение количества пикселей в изображении на объём памяти x, необходимый для хранения цвета одного пикселя: 1024 * 1024 * x = 512 * 210 * 23 бит, откуда x = 29 * 210 * 23/(220) = 22 бит = 4 бита. Значит, в изображении можно использовать не более 24 = 16 цветов.
Ответ: 16.
Задача 2
Какой минимальный объём памяти (в Кбайт) нужно зарезервировать, чтобы можно было сохранить любое растровое изображение размером 128×128 пикселей при условии, что в изображении могут использоваться 256 различных цветов? В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.
Решение.
Один пиксель кодируется 8 битами памяти, так как 256 = 28.
Всего 128 * 128 = 27 * 27 = 214 пикселей.
Тогда объем памяти, занимаемый изображением 214* 8 = 217 бит = 214 байт = 24 Кбайт = 16 Кбайт.
Ответ: 16.
Задача 3. Сканируется цветное изображение размером 20×30 см. В программе сканирования установлены следующие параметры: разрешающая способность 300 dpi и глубина цвета 24 бита. Какой информационный объем будет иметь полученный графический файл? Результат представить в Мбайтах, округлить до сотых, один дюйм принять равным 2,5 см.
|
Дано: X=20 см Y=30 см 1дюйм = 2,5 см Раз. cпос.=300 dpi (точек на дюйм) I=24 бита=3 байта |
Решение: Сначала переведем см в пиксели: X1=20/2,5=8 дюймов Y1=30/2,5=12 дюймов Найдем разрешающую способность экрана: P = X1*Y1·*(Раз.спос.) 2 = 8*12*3002 = 8640000 Теперь чтобы найти информационный объём изображения умножим разрешающую способность экрана на глубину цвета в пикселе V(Инфор)= P * I = 8640000 *3= 25920000 байт Определяем объем изображения в Мбайтах: V(Инфор)=25920000 /(1024*1024) = 24,72 Мбайт Ответ: V(Инфор)= 24,72 Мбайт |
|
Найти: V(Инфор. объём)-? |
ЗАКРЕПЛЕНИЕ МАТЕРИАЛА.
Задача 1: Найдите глубину цвета изображения, если количество цветов в палитре 8.
Задача 2: Найдите количество цветов в палитре, если глубина цвета изображения 7.
Задача 3: Какой объём информации занимает растровое изображение размером 1024 × 512 пикселей с глубиной цвета 8 бит.
Задача 4: Размеры растрового графического изображения 800 × 600 точек. Количество цветов в палитре 16 млн. Определить информационный объём изображения.
Задача 5: Определить информационный объем фотографии (10 × 15 см) отсканированной с разрешением в 300 DPI и с использованием 256 цветовой палитры.
Справочный материал:
Таблица степеней по основанию 2
Соотношение размера двоичных кодов
1 байт = 23 бит = 8 бит
1 Кбайт = 210 байт = 1024 байт
1 Кбайт = 210 байт = 210 * 23 бит = 213 бит = 8192 бит
DPI – это аббревиатура от «Dots Per Inch» и означает точек на дюйм.
1DPI = 1PPI (пикселей на дюйм).
Дюйм – единица длины равная 2,541 см.
Пиксель – «picture element» – это точка (минимальная частичка) цифрового изображения. Все, что вы видите на экране монитора или дисплее цифровой фотокамеры, состоит из пикселей.
1
