Binární kódování grafické informace. Vysvětlení nového materiálu. Kódování obrázků. velká celá čísla a čísla se znaménkem

S jakými obtížemi jste se setkali? Jak je lze překonat?

2. Sestrojte černobílý výkres o šířce 8 pixelů, zakódovaný pomocí hexadecimální sekvence 2466FF6624 16 .

3. Vytvořte černobílou kresbu o šířce 5 pixelů zakódovanou hexadecimální sekvencí 3A53F88 16 .

4. Obrázek o rozměrech 10x15 cm je kódován s rozlišením 300 ppi. Odhadněte počet pixelů v tomto výkresu. (Odpověď: asi 2 megapixely)

5. Sestavte hexadecimální kód pro barvy s RGB kódy (100,200,200), (30,50,200), (60,180, 20), (220, 150, 30). (Odpověď: #64C8C8, #1E32C8, #3CB414, #DC961E)

6. Jak byste nazvali barvu uvedenou na webové stránce jako kód: #CCCCCC, #FFCCCC, #CCCCFF, #000066, #FF66FF, #CCFFFF, #992299, #999900, #99FF99? Najděte desetinné hodnoty složek kódu RGB. (Odpověď: (204,204,204), (255,204,204), (204,204,255), (0,0,102), (255,255,102), (104,255,255), (153,34,153), (153,34,153), (3103,21), (153,25)

7. Co je barevná hloubka? Jak souvisí barevná hloubka a velikost souboru?

8. Jaká je barevná hloubka, pokud kresba používá 65536 barev? 256 barev? 16 barev? (Odpověď: 16 bitů; 8 bitů; 4 bity)

9. Pro žlutou barvu najděte červenou, zelenou a modrou složku pomocí 12bitového kódování. (Odpověď: R=G=15, B=0)

10. Kolik místa zabere paleta v souboru, který používá 64 barev? 128 barev?

11. Kolik bajtů zabere kód pro obrázek 40x50 pixelů v režimu skutečných barev? při kódování s paletou 256 barev? při kódování s paletou 16 barev? v černé a bílé (dvě barvy)? (Odpověď: 6000, 2000, 1000, 250)

12. Kolik bajtů zabere kód obrázku 80x100 pixelů, když je kódován s barevnou hloubkou 12 bitů na pixel? (Odpověď: 12 000)

13. Pro uložení rastrového obrázku 32x32 pixelů bylo přiděleno 512 bajtů paměti. Jaký je maximální možný počet barev v paletě obrázků? (Odpověď: 16)

14. Pro uložení rastrového obrázku o rozměrech 128 x 128 pixelů byly přiděleny 4 kilobajty paměti. Jaký je maximální možný počet barev v paletě obrázků? (Odpověď: 4)

15. V procesu převodu rastrového grafického souboru se počet barev snížil z 1024 na 32. Kolikrát se snížil informační objem souboru? (Odpověď: 2x)

16. V procesu převodu rastrového grafického souboru se počet barev snížil z 512 na 8. Kolikrát se snížil informační objem souboru (odpověď: 3x)

17. Rozlišení obrazovky monitoru je 1024 x 768 pixelů, barevná hloubka je 16 bitů. Jaká je požadovaná velikost video paměti pro tento grafický režim? (Odpověď: 1,5 MB)

18. Po převodu 256barevného rastrového grafického souboru na černobílý (2 barvy) se jeho velikost zmenšila o 70 bajtů. Jaká byla velikost původního souboru? (Odpověď: 80 bajtů)

19. Kolik paměti je potřeba k uložení bitmapové grafiky s 64 barvami a 32 x 128 pixely? (Odpověď: 3 KB)

20. Jaká je šířka (v pixelech) obdélníkové 64barevné rozbalené bitmapy, která zabírá 1,5 MB místa na disku, pokud je její výška poloviční než šířka? (Odpověď: 2048)

21. Jaká je šířka (v pixelech) obdélníkového 16barevného rozbaleného bitmapového obrázku, který zabírá 1 MB místa na disku, pokud je jeho výška dvojnásobkem šířky? (Odpověď: 1024)

^

Tabulka 20.1 - Binární kód osmibarevné palety

NA	Z	S	Barva
0	0	0	Černá
0	0	1	Modrý
0	1	0	Zelená
0	1	1	Modrý
1	0	0	Červené
1	0	1	Nachový
1	1	0	Žlutá nebo hnědá
1	1	1	Bílý

Proto kódování 8barevného obrázku vyžaduje tři bity paměti na pixel.

Polotónové obrázky široce používané pro ukládání černobílých fotografií a v případech, kdy se lze obejít bez barvy. Každý bod takového obrázku může mít jeden z 256 odstínů (gradací) šedé s jasem od černé (0) po bílou (255). Tento rozsah hodnot se nazývá stupnice šedé(stupně šedi). Pro zakódování jednoho pixelu v odstínech šedé je vyžadováno 8 bitů (8 bitů = 1 bajt). Barevná hloubka polotónového obrázku je tedy 8 bitů, což znamená 256 možných hodnot pro každý jeho pixel.

Před rozšířeným používáním moderních počítačů byla většina počítačů schopna zobrazovat na obrazovce současně ne více než 256 barev. Nejracionálnějším způsobem kódování v takových podmínkách bylo jejich indexování. Během indexování bylo každé barvě v obrázku přiřazeno sériové číslo, které bylo použito k popisu všech pixelů, které mají danou barvu. Protože pro různé obrázky sada barev byla jiná, byla uložena v paměti počítače spolu s obrázkem. Sada barev použitých v obrázku se nazývá paleta.

Barevná paleta je datová tabulka, která ukládá informace o tom, jakým kódem je konkrétní barva zakódována.

Barevná hloubka indexovaných obrázků závisí na počtu prvků v jejich barevné tabulce a může se pohybovat od 2 do 8 bitů. K popisu 64 barev potřebujete 6 bitů, na 16 barev potřebujete 4 bity. Obrázek skládající se z 256 barev vyžaduje 1 bajt. Množství paměti obsazené indexovaným obrázkem se také odpovídajícím způsobem změní. Obrázek s paletou 256 barev vyžaduje stejné množství paměti jako obrázek ve stupních šedi. S menší barevnou tabulkou bude paměťová stopa ještě nižší. Skutečnost, že obrázek je barevný s velmi malými velikostmi souborů, dala indexovaným obrázkům druhý život s rozvojem webového designu, protože velikosti souborů jsou pro přenos po síti kritické.

Pro plnobarevné obrázky je zapotřebí ještě více zdrojů. Obrázky lze obvykle vytvořit a uložit v jednom z barevných modelů. Digitální plnobarevný obraz se skládá z kanálů odpovídajících základním barvám obrazového modelu. Každý kanál je polotónový obraz, jehož jas pixelů je určen množstvím odpovídající základní barvy ve složeném obrazu. Kanál je kódován 8 bity, což znamená, že počet barevných gradací v něm je 256.

Velikost paměti, kterou plnobarevný obrázek zabere, závisí na počtu kanálů, které obsahuje. RGB obrázky zahrnují tři kanály, z nichž každý vyžaduje 8 bitů k popisu. Barevná hloubka těchto obrázků je tedy 24 bitů. Obrazy CMYK mají čtyři kanály a barevná hloubka je pak 8x4=32 bitů.

Dva bajty (16 bitů) umožňují definovat 65536 různé barvy. Tento režim se nazývá Vysoká barva . Pokud se pro kódování barev použijí tři bajty (24 bitů), lze současně zobrazit 16,5 milionu barev. Tento režim se nazývá Pravdivá barva .

Objem rastrového obrázku je tedy určen vynásobením počtu bodů informačním objemem jednoho bodu, který závisí na počtu možných barev.

Informace o vektorovém obrázku jsou zakódovány jako běžné alfanumerické a zpracovány speciálními programy.

^ 20.1.5 Formáty grafických souborů

V počítačové grafice se pro ukládání obrázků používají nejméně tři desítky formátů souborů. Formáty grafických souborů určují způsob ukládání informací do souboru (rastrový, vektorový) a také formu ukládání informací (použitý kompresní algoritmus).

Komprese se používá pro soubory rastrové grafiky, protože... mají poměrně velký objem. Existují různé kompresní algoritmy a pro různé typy obrázků je vhodné použít vhodné typy kompresních algoritmů.

Podle typu úložiště grafické informace formáty souborů pro ukládání obrázků se dělí na

 rastr (TIFF, GIF, BMP, JPEG);

 vektor (AI, CDR, FH7, DXF);

 smíšené (univerzální) (EPS, PDF).

Je třeba vzít v úvahu, že soubory téměř jakéhokoli vektorového formátu mohou také ukládat rastrovou grafiku. To však často vede ke zkreslení reprodukce barev, a proto, pokud obrázek neobsahuje vektorové objekty, je vhodnější použít rastrové formáty.

Podívejme se blíže na nejoblíbenější formáty grafických souborů.

^ Formát GIF (Graphics Interchange Format) byl představen společností CompuServe jako první formát pro přenos a zobrazování grafiky přes modem.

Barva každého pixelu je kódována v osmi bitech, takže soubor GIF může obsahovat až 256 barev. Barvy použité v obrázku GIF jsou uloženy v samotném souboru indexovaná paleta .

Soubory GIF mohou také obsahovat různé odstíny šedé. Existují dvě hlavní verze formát GIF: GIF87 a GIF89a - jsou pojmenovány podle roku standardizace. Obě verze podporují prokládaný způsob reprezentace grafického souboru. Novější verze GIF89a umožňuje určit jednu barvu jako průhlednou.

Průhlednost znamená, že jednu barvu obrázku (obvykle barvu pozadí) lze prohlásit za průhlednou. Díky tomu bude obrázek na stránce vypadat přirozeněji.

Střídání linek znamená, že zatímco je obraz přijímán po síti, jeho detaily jsou vykreslovány postupně. Efekt je podobný tomu, co se stane, když se rozostřený snímek postupně zaostří. Díky střídání linek mohou uživatelé s pomalými modemy obvykle hned na začátku příjmu obrazu vyhodnotit jeho obsah a dobu potřebnou k úplnému přenosu a rozhodnout se tak, zda se vyplatí v příjmu pokračovat, nebo zda je možné odmítnout to.

GIF lze také použít k vytvoření jednoduchých animací na obrazovce.

Hlavním omezením souborů GIF je jejich neschopnost ukládat a zobrazovat neindexované obrázky vykreslené v True Color nebo High Color. Jinými slovy, obrázky GIF musí mít 256 nebo méně barev.

Komprese souborů GIF je bezztrátová komprese. To znamená, že zabalení obrázku nijak neovlivňuje jeho kvalitu. V tomto případě je komprese nejúčinnější v případech, kdy obrázek obsahuje velké plochy jednotné barvy s jasně definovanými hranicemi. Naopak komprese GIF je krajně neúčinná, pokud se vyskytují oblasti s přechodovým zbarvením nebo náhodným rozložením barevných tónů, ke kterému dochází při použití různých metod úpravy rastru nebo vyhlazování okrajů oblasti obrázku.

Formát GIF se používá k ukládání všech malých grafických prvků: ikon odkazů, nápisů a miniatur a k ukládání obrázků libovolné velikosti, zpočátku sestávajících z velkých ploch jednotné barvy.

^ Formát JPEG(Joint Photographic Experts Group) byl navržen pro efektivní ukládání a přenos barevných fotografií s celou řadou barevných tónů. Formát JPEG byl původně používán k tomu, aby umožnil fotoreportérům specializujícím se na publikování zpráv komprimovat své soubory digitální fotografie na velikost vhodnou pro přenos z místa nakladatelství přes modem.

Formát JPEG je vhodný pro ukládání obrázků bez indexu barev vygenerovaných v režimu RGB s barevnou hloubkou True Color. Barva je kódována rychlostí 24 bitů na pixel, a tak dokáže současně vnímat více než 16 milionů barev. Stupeň komprese souboru lze změnit podle uvážení uživatele. Kompresní algoritmus není založen na vyhledávání identické prvky, ale na rozdílu mezi pixely. JPEG hledá hladký barevné přechody ve čtvercích 99 pixelů. Místo skutečných hodnot JPEG ukládá rychlost změny z pixelu na pixel. Barevné informace, které jsou z jeho pohledu zbytečné, zahazuje zprůměrováním některých hodnot. Čím vyšší je úroveň komprese, tím více dat je zahozeno a tím nižší je kvalita

Formát JPEG má schopnost reprezentovat grafický soubor podobným "prokládaným" způsobem jako formát GIF. Toto se nazývá z hlediska formátu JPEG - " progresivní skenování " Obě metody umožňují prohlížeči nejprve vykreslit obrázek v nízkém rozlišení a poté zvýšit jeho kvalitu při výměně souboru, čímž se výrazně zkrátí zdánlivá doba načítání grafiky.

Formát JPEG má dvě významné nevýhody:

1) Opakované ukládání souboru v tomto formátu vede ke zhoršení kvality obrazu. Proto byste neměli archivovat obrázek ve formátu JPEG, pokud nemluvíte o médiích pouze pro čtení. Kromě toho se zkreslení také objeví, pokud je fotografie JPEG kombinována s obrázkem jiného formátu a poté zaznamenána s kompresí.

2) Obrázky uložené ve formátu JPEG nemohou mít průhledné oblasti.

Tento formát se používá ve všech případech, kdy velikost obrázku na každé souřadnici přesahuje 200 pixelů a samotný obrázek je plnohodnotnou fotografií nebo ukázkou umělecké grafiky včetně jemných odstínů barev.

Formát BMP (Zařízení Windows Independent Bitmap) je podporována všemi programy kompatibilními s Windows. Strukturu souborů BMP používá systém Windows k ukládání bitmapových obrázků. Tento formát ukládá obrázky na pozadí, ikony a další rastrové obrázky. obrázky windows. Tento formát minimalizuje možnost chyb nebo chybné interpretace rastrových dat.

Formát BMP zobrazuje data správně bez ohledu na hardwarová a softwarová zařízení (monitor počítače, grafická karta a ovladač displeje). Tato nezávislost na zařízení je zajištěna použitím systémových palet. nicméně tento formát má i své nevýhody. Komprimovatelné jsou pouze 4bitové a 8bitové barevné verze formátu, což znamená, že 24bitové soubory BMP budou velmi velké. Kromě toho je použití souborů BMP omezeno na operační systémy Windows a OS/2.

^ Formát TIFF(Tagget Image File Format) ukládá mnoho obrazových dat do označených polí, odtud pochází její název (Tagged Image File Format). Každé označené pole obsahuje bitmapové informace nebo odkaz na jiná pole. Program, který soubor čte, může přeskočit pole, která jsou pro něj neznámá nebo nepotřebná. Tato všestrannost umožňuje formátu najít uplatnění v různých počítačové systémy. Kromě toho může formát TIFF ukládat řadu dalších dat o rastrovém obrázku, včetně: korekční křivky pro obrázek ve stupních šedi; pole podrobných informací o obrázku (název programu, autor, datum vytvoření a komentáře); velikost a rozlišení obrazu; podrobné informace o barvě originálu.

Většina programů, které čtou soubor TIFF, může snadno číst soubory tohoto formátu vytvořené na jiných systémech. Struktura ve formátu TIFF je měnitelný, což mu umožňuje ukládat různé typy obrázků.

Kromě tradičních barev CMY formát podporuje barevné separace s velký počet barvy Nejvhodnější pro tisk.

^ Formát PDF(Portable Document Format) je navržen společností Adobe jako formát nezávislý na platformě, ve kterém lze ukládat ilustrace (vektorové a rastrové) i text s řadou písem a hypertextových odkazů. K dosažení přenositelnosti deklarované v názvu musí být velikost souboru PDF malá. K tomuto účelu se používá komprese – pro každý typ objektu se používá jiná metoda. Například bitmapové obrázky jsou zapsány ve formátu JPEG. Společnost Adobe vydala balíček Acrobat pro práci s tímto formátem. Bezplatná utilita Acrobat Reader umožňuje číst dokumenty a tisknout je na tiskárně, ale neumožňuje je vytvářet ani upravovat. Acrobat Distiller převádí soubory PostScript do tohoto formátu. PostScript je jazyk pro popis stránek určený pro generování obrázků libovolné složitosti a jejich tisk. Mnoho programů (Adobe PageMaker, CorelDraw, FreeHand) umožňuje exportovat dokumenty do PDF a některé umožňují také upravovat grafiku zaznamenanou v tomto formátu. V tomto formátu jsou obvykle uloženy dokumenty, které jsou pouze pro čtení a nejsou upravovány. Soubor PDF obsahuje všechna potřebná písma. To je pohodlné a umožňuje vám to vyhnout se přenosu písem pro výstup (přenos písem není zcela legální z hlediska autorských práv).

Důležitá je tedy znalost vlastností formátů grafických souborů efektivní skladování obrázky a organizování výměny dat mezi různými aplikacemi.

Při přípravě souborů pro zveřejnění na internetu musíte čelit problému převodu grafických souborů z jednoho formátu do druhého.

Převod formátů grafických souborů lze provést pomocí grafických editorů, které soubory přijímají různé formáty. Pro tyto účely můžete použít grafický editor Editor fotek součástí sady Microsoft Office. Tento editor umí pracovat s téměř všemi běžnými formáty grafických souborů: TIFF, PCX, GIF, JPEG atd. Zároveň umožňuje převádět soubory z jednoho formátu do druhého pomocí jednoduché operace Uložit jako…(Uložit jako...). Při převodu souborů můžete zadat požadované parametry. Například převeďte z barevného na černobílý, vyberte počet barev, stupeň komprese souboru nebo faktor kvality – velký soubor a lepší kvalita obrázku nebo malý soubor s nižší kvalitou obrázku.

^ 20.2 Zobrazovací zařízení

20.2.1 Počítač pro práci s obrázky

Matematika a software počítačová grafika nelze brát v úvahu odděleně od hardwaru použitého na různé fáze práci s obrázky. Všechny tyto fondy jsou obvykle rozděleny do tří velké skupiny:

 vstupní zařízení (skenery, digitizéry, digitální fotografie a videokamery);

 výstupní zařízení (monitory, tiskárny, plotry, digitální projektory);

 zpracovatelská zařízení (grafické akcelerátory).

Podívejme se blíže na hardware poslední skupiny, protože hrají důležitou roli při práci s obrázky.

Nejjednodušší počítačové modely první poloviny 80. let, které zobrazovaly grafické obrázky na běžné obrazovce domácí televizi, často zvládal bez použití speciálního hardwaru pro práci s grafikou. Tyto funkce prováděl běžný procesor. Jak se počítače vyvíjely a škála úloh pro práci s grafikou a barvami se rozšiřovala, mikroprocesor již nezvládal zpracování grafické obrázky, a tyto funkce byly převedeny na speciál video systém počítač.

Jak již bylo uvedeno výše, videosystém osobního počítače se skládá z monitoru (displeje), grafického adaptéru (grafické karty) a softwaru.

Obrazovka je obdélníková matice pixelů, které díky luminoforům, které pokrývají obrazovku, mají vlastnost svítivosti při dopadu elektronového paprsku, který prochází přes obrazovku řádek po řádku zleva doprava a shora dolů. , mění jeho jas a barvu.

Každý pixel odpovídá určitému počtu bitů v paměti RAM. Část paměti, která ukládá informace o stavu každého pixelu na obrazovce, definuje video paměť počítače.

Video paměť - jedná se o elektronické, energeticky závislé paměťové zařízení určené k ukládání video informací - binárního kódu obrazu zobrazeného na obrazovce.

Grafický adaptér řídí provoz monitoru. Součástí grafického adaptéru je také videopaměť. Adaptér zajišťuje čtení této paměti.

Konstrukčně je grafický adaptér samostatnou deskou připojenou k centrálnímu procesoru prostřednictvím společné sběrnice, proto je také video adaptér tzv. grafická karta (grafická karta). Grafická karta se vkládá do slotu (PCI nebo AGP) na základní desce. Na zadní straně grafické karty je konektor, ke kterému je monitor připojen pomocí kabelu.

S nárůstem složitosti trojrozměrné grafiky, tedy s nárůstem počtu polygonů v trojrozměrných scénách, jejichž obraz se zobrazuje na monitoru, je součástí práce na konstrukci a zpracování 3D obrázky bylo potřeba převést z centrální procesor na grafickou kartu. Za tímto účelem na něj umístili specializovaný čip grafický procesor, který přebírá většinu práce s generováním a zpracováním trojrozměrných obrázků a tím odlehčuje centrálnímu procesoru. Taková grafická karta (obrázek 20.7) se později stala známou jako grafický akcelerátor (plynový pedál).

Popularita grafických aplikací a zejména multimediálních aplikací učinila grafické akcelerátory nejen běžným doplňkem grafického adaptéru, ale také nutností.

Mezi hlavní vlastnosti grafických akcelerátorů patří:

 sběrnice: každý grafický akcelerátor je určen pro určitý typ video autobusy. Většina grafických akcelerátorů je navržena pro sběrnici PCI;

 šířka datového registru: čím větší je šířka registru, tím více dat může procesor s každým příkazem zpracovat.

Obrázek 20.7. Grafický akcelerátor

Osobní počítače používají různé typy grafických adaptérů. Téměř všechny mohou pracovat v několika režimech, nazývaných také video mody . Tyto režimy se liší rozlišením, počtem barev, paletou, počtem stránek videa a způsobem, jakým jsou adresovány.

Existují dva hlavní typy video režimů: textový a grafický. V textový režim Videopaměť obsahuje kódy znaků a jejich atributy, které se zobrazují na obrazovce monitoru z tabulky symbolů. V režimu grafického videa ukládá videopaměť barevný kód pro každý pixel zobrazený na obrazovce. Pro konkrétní režim některé monitory poskytují různá rozlišení. S nižším rozlišením dokáže monitor zobrazit více barev.

První modely IBM PC používaly barevný grafický režim C.G.A. . Výstupní obraz byl docela nízká kvalita. Rozlišení 620200 se čtyřbarevnou paletou 16 možných barev nebo 640200 s dvoubarevnou paletou.

Později (v roce 1984) vylepšený grafický adaptér E.G.A. , což vám umožní pracovat v rozlišení 640350 s 16-ti barevnou paletou 64 barev, dvěma video stránkami a v monochromatickém režimu s 8 video stránkami při nízkém rozlišení 320200.

V roce 1987 začala IBM vyrábět počítače vybavené grafickými adaptéry VGA (video pole). Adaptéry VGA se vyznačují schopností pracovat v jednom z několika grafických režimů, které se liší počtem bodů reprodukovaných na obrazovce a počtem barev. Zvláště rozšířené uplatnění našly například dva režimy, které poskytují práci s 256 barvami z palety milionu barevných odstínů v rozlišení 320200 a s paletou 16 barev v rozlišení 640480.

Jednou z cenných vlastností standardu VGA je, že je „otevřený nahoře“, například zvýšením množství video paměti na desce grafického adaptéru můžete dosáhnout vyšší hodnoty grafické rozšíření a/nebo zvýšení počtu současně reprodukovaných barev. Tyto režimy se nazývají SVGA . Modifikace SVGA umožňuje použití 256 barev při rozlišení 12801024 a 16 milionů barev při rozlišení 1024768.

Každý z pozdějších uvedených adaptérů podporoval všechny režimy předchozích. V minulé roky IBM navrhla adaptér XGA jako standard pro vysoce výkonné počítače.

Obraz, který se vytváří grafický akcelerátor, řízený instrukcemi z centrálního procesoru, je umístěn ve video paměti. Volají se úplné informace o všech obrazových bodech uložených ve videopaměti bitmapa obrázku .

Pojďme si spočítat potřebné množství video paměti pro jeden z aktuálně nejrozšířenějších grafických režimů s paletou 65536 barev v rozlišení 800 x 600 bodů.

Celkový počet bodů na obrazovce: 800  600 = 480 000. Pro kódování 65536 různých barev jsou zapotřebí dva bajty (16 bitů) paměti. Požadované množství video paměti je tedy: 16 bitů  480 000 = 7680 000 bitů = 960 000 bajtů = 937,5 KB.

Požadované množství video paměti pro ostatní grafické režimy se vypočítá podobně (tabulka 20.2).

Tabulka 20.2. - Kapacita video paměti pro různé grafické režimy

Režim obrazovky	Barevná hloubka (bity na bod)
	4	8	16	24
640  480	150 kB	300 kB	600 kB	900 kB
800  600	234 kB	469 kB	938 kB	1,4 MB
1024  768	384 kB	768 kB	1,5 MB	2,25 MB
1280  1024	640 kB	1,25 MB	2,5 MB	3,75 MB

Na tento moment Společnosti vyrábějící video adaptéry jsou ABIT, ASUS, AOpen, ATI, Chaintech, Creative Labs, Gigabyte, InnoVision Multimedia, Leadtek, Matrox, Microstar International (MSI), Sapphire atd.

^ 20.2.3 Zařízení pro zadávání grafických informací do počítače

Existují různé technické prostředky, které provádějí proces převodu obrázků do digitální podoby, například skenery, digitizéry ( grafické tablety), digitální fotoaparáty a videokamery. V každém konkrétním případě je důležité vybrat správné zařízení, vedené jeho technická charakteristika, abyste získali digitalizovaný obrázek s požadovanými detaily a barevným rozsahem.

Skener  jedná se o zařízení pro vkládání barevných nebo černobílých obrázků do osobního počítače.

Princip fungování téměř všech typů skenerů je stejný. Vychází z toho, že jednotlivé body původního obrazu (originálu) jsou osvětleny nasměrovaným paprskem a výsledný paprsek je vnímán fotocitlivým přijímačem, kde je informace o „barvě“ bodu interpretována jako konkrétní číselná hodnota. , který je přenášen do počítače přes určité rozhraní.

Fotocitlivé prvky jsou zpravidla kombinovány do matice, aby bylo možné současně skenovat celou oblast originálu.

Podle způsobu vnímání barev se skenery dělí na černobílé a barevné.

Černobílé skenery v nejjednodušším případě dokážou rozlišit pouze dvě hodnoty - černou a bílou, což je pro čtení docela dost čárový kód. Sofistikovanější skenery rozlišují mezi odstíny šedé.

Barevné skenery Fungují na principu sčítání barev, kdy se barevný obraz získá smícháním tří barev: červené, zelené a modré.

Na základě mechanismu pohybu matrice fotocitlivých prvků vůči originálu se rozlišují tyto typy skenerů: ruční, bubnové, archové, ploché.

Ruční skenery - jedná se o relativně levná zařízení malá velikost, jsou vhodné pro rychlé skenování obrázků z knih a časopisů. Skenování se provádí ručním pohybem skeneru po předloze. Šířka pásma skenování obvykle nepřesahuje 15 cm Nevýhody ruční skener To může zahrnovat závislost kvality skenování na dovednostech uživatele a nemožnost současného skenování relativně velkých obrázků.

V bubnový skener Skenovaný originál je umístěn na rotující válec. V tomto případě je naskenována bodová oblast obrazu a skenovací hlava se pohybuje podél válce ve velmi malé vzdálenosti od originálu. V současné době se takové skenery používají pouze v tiskové výrobě.

V archové skenery Nosič s obrázkem je tažen po pravítku, na kterém jsou umístěny fotocitlivé prvky. Šířka obrázku je obvykle formátu A4 a délka je omezena možnostmi použitého počítače (čím větší obrázek, tím více větší velikost soubor, kde je uložena jeho digitální kopie).

Ploché skenery skenovat automaticky. Předloha se umístí do skeneru na skleněnou desku, pod kterou se pomocí pohyblivé lineární matrice snímá obraz řádek po řádku rovnoměrnou rychlostí (obrázek 20.8). Velikost naskenovaných obrázků závisí na velikosti skeneru a může dosáhnout velikosti velkého listu výkresu (A0). Rozměry matrice a zaostřovacího systému jsou voleny tak, aby snímaly celou šířku listu. Speciální nástavec na diapozitivy umožňuje skenovat diapozitivy a negativy.

Obrázek 20.8. Plochý skener

Skenery se k osobnímu počítači připojují přes speciální řadič (u plochých skenerů je to nejčastěji řadič SCSI). Skener musí mít vždy příslušný ovladač, protože pouze omezený počet softwarových aplikací má vestavěné ovladače pro komunikaci s určitá třída skenery.

Při výběru konkrétního modelu skeneru je třeba vzít v úvahu řadu vlastností, které jsou s ním spojeny technické možnosti modely.

Povolení - počet bodů nebo rastrových buněk, ze kterých je obraz vytvořen, na jednotku délky nebo plochy. Čím vyšší rozlišení zařízení, tím více malé části lze reprodukovat.

Hardwarové/optické rozlišení skeneru  je to jedna z hlavních charakteristik skeneru, přímo související s hustotou umístění citlivých prvků na matrici skeneru. Měřeno v počtu pixelů na čtvereční palec obrázku.

Interpolované rozlišení  rozlišení obrazu získaného pomocí matematické zpracování původní obrázek. Se zlepšováním kvality to nemá moc společného. Často slouží reklamní trik pro netrénované uživatele.

Barevná hloubka - počet číslic každého pixelu v digitální obraz, vč. vydaný skenerem.

Na světovém trhu se jich prezentuje dostatek velké číslo výrobci skenerů. Většina oblíbené modely vyrábí Hewlett-Packard, Agfa, Canon, Mustek.

Skenování bytu grafické dokumenty věc je poměrně jednoduchá: předloha se položí na skleněnou desku plochého skeneru, zavře se víko a zařízení se spustí. Ale skenování ve třech dimenzích, které definují náš svět, je mnohem složitější a vyžaduje hodně práce, takže až dosud byl tento úkol pro uživatele PC téměř nemožný.

Dnes však byla vyvinuta řada přístrojů, které umožňují zobrazovat malé a středně velké objekty ve formě přesných trojrozměrných souborů. Příkladem je digitizér 3D objektů MicroScribe-3D společnosti Immersion, který využívá moderní výdobytky v různých odvětvích technického pokroku.

Obrázek 20.9. Zařízení pro digitalizaci trojrozměrných objektů MicroScribe-3D

Immersion vyvinul unikátní technologie mechanické digitalizace , který je kompaktní, cenově dostupný a snadno se používá. Zařízení je stolní zařízení, které vypadá jako miniaturní zubní vrtačka (obrázek 20.9). Každé připojení MicroScribe-3D využívá digitální optické senzory, jejichž provoz je nezávislý na jakýchkoliv okolních vlivech. Výsledkem je univerzální systém, který dokáže fungovat prakticky v jakémkoli prostředí a skenovat objekty z jakéhokoli materiálu.

Ale kromě toho existují další technologie trojrozměrného skenování: ultrazvukové skenování, magnetické skenování, laserové skenování.

Kvalita kódování obrazu závisí na dvou parametrech. Za prvé, kvalita kódování obrazu je vyšší menší velikost tečky a podle toho větší počet teček tvoří obrázek.

Za druhé, čím větší počet barev, to znamená čím větší počet možných stavů obrazového bodu, je použit, tím lepší je kvalita obrazu zakódována (každý bod nese větší množství informací). Kombinace barev použitých v sestavě formy barevná paleta.

Tvorba rastrového obrázku. Grafické informace na obrazovce monitoru jsou prezentovány ve formuláři bitmapa, který je tvořen z určitého počtu řádků, které zase obsahují určité množství body (pixely).

Kvalita obrazu je dána rozlišením monitoru, tzn. počet bodů, ze kterých se skládá. Čím větší je rozlišení, tím větší je více množství rastrové řádky a body na řádek, tím vyšší je kvalita obrazu. Moderní osobní počítače obvykle používají tři hlavní rozlišení obrazovky: 800 × 600, 1024 × 768 a 1280 × 1024 pixelů.

Uvažujme vytvoření rastrového obrázku na obrazovce monitoru, který se skládá z 600 řádků po 800 bodech v každém řádku (celkem 480 000 bodů). V nejjednodušším případě (černobílý obrázek bez stupňů šedi) může mít každý bod na obrazovce jeden ze dvou stavů – „černý“ nebo „bílý“, to znamená, že k uložení jeho stavu je potřeba 1 bit.

Barevné obrázky jsou tvořeny v souladu s binárním barevným kódem každého bodu uloženého ve video paměti (obr. 1.8). Barevné obrázky se mohou lišit barevná hloubka, který je určen počtem bitů použitých ke kódování barvy bodu. Nejběžnější barevné hloubky jsou 8, 16, 24 nebo 32 bitů.

Rýže. 1.8. Tvorba rastrového obrázku

Určuje se kvalita binárního kódování obrázku rozlišení obrazovka a barevná hloubka .

Každou barvu lze považovat za možný stav bodu, poté lze počet barev zobrazených na obrazovce monitoru vypočítat pomocí vzorce (2.1):

N = 2 I, kde I je barevná hloubka (tab. 1.4).

Barevný obraz na obrazovce monitoru vzniká smícháním tří základních barev: červené, zelené a modré. Tento barevný model se nazývá RGB model podle prvních písmen anglických názvů barev (Red, Green, Blue).

Pro získání bohaté palety barev lze základním barvám dát různé intenzity. Například s barevnou hloubkou 24 bitů je pro každou barvu přiděleno 8 bitů, to znamená, že pro každou barvu je možných N = 2 8 = 256 úrovní intenzity, specifikovaných v binárních kódech (od minima - 00000000 po maximum - 11111111) - tabulka. 1.5.

Tabulka 1.5. Tvorba barev při 24bitové barevné hloubce

Název barvy Intenzita Červené Zelená Modrý Černá 00000000 00000000 00000000 Červené 11111111 00000000 00000000 Zelená 00000000 11111111 00000000 Modrý 00000000 00000000 11111111 Modrý 00000000 11111111 11111111 Žlutá 11111111 11111111 00000000 Bílý 11111111 11111111 11111111

Grafický režim. Grafický režim zobrazení obrazu na obrazovce monitoru je určen rozlišením a barevnou hloubkou. Aby se na obrazovce monitoru vytvořil obraz, musí být informace o každém z jeho bodů (barevný kód bodu) uloženy ve video paměti počítače. Spočítejme si potřebné množství video paměti pro některý z grafických režimů, například s rozlišením 800 x 600 pixelů a barevnou hloubkou 24 bitů na pixel.

Celkový počet bodů na obrazovce: 800 × 600 = 480 000.

Požadované množství video paměti:

24 bitů × 480 000 = 11 520 000 bitů = 1 440 000 bajtů = 1 406,25 KB = 1,37 MB.

Potřebné množství video paměti pro ostatní grafické režimy se vypočítává stejným způsobem.

Systém Windows poskytuje možnost vybrat grafický režim a nakonfigurovat nastavení pro videosystém počítače, který zahrnuje monitor a grafický adaptér.

Nastavení grafického režimu

1. Klikněte na indikátor Obrazovka na Hlavní panely, objeví se dialogové okno Vlastnosti: Obrazovka. Vyberte kartu Nastavení, která nás o značce informuje nainstalované monitory a video adaptér a poskytuje možnost nastavit grafický režim obrazovky (barevnou hloubku a rozlišení).

2. Klepněte na tlačítko dodatečně, zobrazí se dialogové okno, kde můžete vybrat kartu Adaptér. Karta obsahuje informace o výrobci, značce grafického adaptéru, množství video paměti atd. Pomocí rozevíracího seznamu můžete vybrat optimální frekvence aktualizace obrazovky.

Otázky ke zvážení

1. Co je podstatou metody prostorového vzorkování?

2. Vysvětlete princip tvorby rastrového obrázku.

3. Jaké parametry nastavují grafický režim, ve kterém se snímky zobrazují na obrazovce monitoru?

Úkoly

1.32. Jsou používány grafické režimy s barevnou hloubkou 8, 16, 24 a 32 bitů. Vypočítejte množství video paměti potřebné k implementaci těchto barevných hloubek při různých rozlišeních obrazovky.

V této části probereme metody počítačového kódování textu, grafiky a zvukové informace. Designéři „učili“ počítače, jak pracovat s textovými a grafickými informacemi, počínaje třetí generací (70. léta). Ale pouze stroje čtvrté generace, moderní osobní počítače, „zvládly“ práci se zvukem. Od tohoto okamžiku se začalo šířit multimediální technologie.

Jaké zásadně nové věci se objevily v konstrukci počítačů s vývojem nových typů informací? Hlavně tohle periferie pro vstup a výstup textů, grafiky, videa, zvuku. Procesor a RAM jejich funkce se změnily jen málo. Výrazně se zvýšil jejich výkon a kapacita paměti. Ale jak tomu bylo u prvních generací počítačů, zůstává to stejné i na moderních PC – hlavní dovedností procesoru při zpracování dat je schopnost provádět výpočty s binárními čísly. Zpracování textu, grafiky a zvuku je také zpracováním číselných dat. Abych to řekl ještě přesněji, je to tak zpracování celých čísel. Z tohoto důvodu Počítačové technologie tzv. digitální technologie.

Jak jsou text, grafika a zvuk redukovány na celá čísla, bude diskutováno později. Nejprve poznamenejme, že se zde opět setkáme s hlavní vzorec informatiky:

Význam zde zahrnutých množství je následující: i- šířka paměťové buňky (v bitech), N- počet různých kladných celých čísel, která lze zapsat do této buňky.

Textové informace

Zásadně důležité je, že textová informace je již diskrétní – skládá se z jednotlivých znaků. Proto pouze technická otázka- jak jej umístit do paměti počítače.

Připomeňme bajtový princip organizace počítačové paměti, probíraný v kurzu informatiky na základní škole. Vraťme se k Obr. 1.5. Každá buňka na něm představuje kousek paměti. Osm po sobě jdoucích bitů tvoří bajt paměti. Byty jsou očíslovány. Pořadové číslo bytu určuje jeho adresu v paměti počítače. Právě na adresách procesor přistupuje k datům, čte je nebo je zapisuje do paměti (obr. 1.10).

Model pro reprezentaci textu v paměti je velmi jednoduchý. Každé písmeno abecedy, číslo, interpunkční znaménko a další symbol obecně přijímaný při psaní textu je přiřazen specifický binární kód, jehož délka je pevná. V populárních kódovacích systémech (Windows-1251, KOI8 atd.) je každý znak nahrazen 8bitovým kladným celým číslem binární číslo; je uložen v jednom bajtu paměti. Toto číslo je pořadové číslo znaku v tabulka kódů. Podle hlavního vzorce počítačové vědy určíme, že velikost abecedy, kterou lze zakódovat, je: 2 8 = 256. Toto množství je dostačující k tomu, aby se do něj vešly dvě abecedy přirozených jazyků (angličtina a ruština) a všechny potřebné další znaky.

Protože na světě existuje mnoho jazyků a mnoho abeced, přechod na mezinárodní systém Kódování Unicode, které používá vícebajtové kódy. Pokud například znakový kód trvá 2 bajty, lze jej použít ke kódování 2 16 = 65 536 různých znaků.

Při práci s emailem poštovní program někdy se nás ptá, zda chceme pro přeposílané zprávy používat kódování Unicode. Tímto způsobem se můžete vyhnout problému s nesouladem kódování, který někdy znemožňuje čtení ruského textu.

Textový dokument uložený v paměti počítače se skládá z více než jen symbolických abecedních kódů. Obsahuje také kódy, které řídí formáty textu při zobrazení na monitoru nebo v tisku: typ a velikost písma, umístění řádku, okraje a odsazení atd. Kromě toho textové procesory (např. Microsoft Word) umožňují zahrnout do dokumentu a upravit takové „nelineární“ objekty, jako jsou tabulky, obsahy, odkazy a hypertextové odkazy, historie provedených změn atd. To vše je také reprezentováno jako sekvence bajtových kódů.

Grafické informace

Z kurzu informatiky pro 7. - 9. ročník, který znáte obecné zásady počítačová grafika s grafickými technologiemi. Zde si vezmeme trochu více podrobností, než tomu bylo dříve, podíváme se na způsoby reprezentace grafických obrázků v paměti počítače.

Zásada diskrétnosti počítačových dat platí i pro grafiku. Zde můžeme hovořit o diskrétní reprezentaci obrázku (kresba, fotografie, video rámeček) a diskrétní barvě.

Diskrétní zobrazení obrazu

Obraz na obrazovce monitoru je diskrétní. Skládá se z jednotlivých bodů nazývaných pixely (obrázkové prvky). Je to spojeno s technické vlastnosti obrazovky zařízení, bez ohledu na jeho fyzické provedení ať už jde o katodovou trubici, tekuté krystaly nebo plazmový monitor. Tyto „tečky“ jsou tak blízko u sebe, že oko nerozlišuje mezery mezi nimi, takže obraz je vnímán jako spojitý, celistvý. Pokud je obrazový výstup z počítače tvořen na papíře (tiskárnou nebo plotrem), pak se čáry na něm také zdají souvislé. Stále je však založen na tisku bodů, které jsou blízko u sebe.

Podle toho, jaké rozlišení grafické obrazovky je nakonfigurováno operační systém počítač může obrazovka zobrazovat obrázky o rozměrech 800 x 600, 1024 x 768 nebo více pixelů. Takováto obdélníková matice pixelů na obrazovce počítače se nazývá rastr.

Kvalita obrazu závisí nejen na velikosti rastru, ale také na velikosti obrazovky monitoru, která se obvykle vyznačuje délkou úhlopříčky. K dispozici je možnost rozlišení obrazovky. Tento parametr se měří v bodech na palec (v angličtině dots per inch - dpi). U monitoru s úhlopříčkou 15 palců je velikost obrazu na obrazovce přibližně 28 x 21 cm S vědomím, že v jednom palci je 25,4 mm, můžeme vypočítat, že když monitor pracuje v režimu 800 x 600 pixelů, rozlišení obrazu na obrazovce. je 72 dpi.

Při tisku na papír musí být rozlišení mnohem vyšší. Polygrafický tisk plnobarevného obrázku vyžaduje rozlišení 200-300 dpi. Standardní fotografie o rozměrech 10 x 15 cm by měla obsahovat přibližně 1000 x 1500 pixelů.

Diskrétní zobrazení barev

Pojďme obnovit vaše znalosti o barevném kódování, získané z kurzu informatiky na základní škole. Základní pravidlo je toto: jakákoliv barva bodu na obrazovce počítače se získá smícháním tří základních barev: červená, zelená, modrá. Tento princip se nazývá barevný model RGB (Red, Green, Blue).

Binární barevný kód určuje poměr intenzit tří základních barev. Pokud jsou všechny smíchány ve stejném poměru, výsledek je takový bílá barva. Pokud jsou všechny tři komponenty „vypnuty“, je barva pixelu černá. Všechny ostatní barvy leží mezi bílou a černou.

Diskrétnost barev znamená, že intenzity základních barev mohou nabývat konečného počtu diskrétních hodnot.

Nechť je například velikost barevného kódu pixelu 8 bitů - 1 bajt. Mohou být rozděleny mezi základní barvy takto:

2 bity - pro červenou, 3 bity - pro zelenou a 3 bity - pro modrou.

Intenzita červené barvy může nabývat 2 2 = 4 hodnot, intenzita zelené a modré barvy- 2 3 = 8 hodnot. Celkový počet barev, které jsou kódovány 8bitovými kódy, je: 4 - 8 - 8 = 256 = 2 8. Hlavní vzorec informatiky opět funguje.

Z popsaného pravidla zejména vyplývá:

Zobecnění těchto konkrétních příkladů vede k následujícímu pravidlu. Pokud je velikost barevného kódu b bitů, pak se počet barev (velikost palety) vypočítá podle vzorce:

Velikost b v počítačové grafice tzv bitová barevná hloubka.

Ještě jeden příklad. Bitová hloubka barvy je 24. Velikost palety bude:

K = 224 = 16 777 216.

Počítačová grafika používá různé barevné modely pro obraz na obrazovce vytvořený vyzařováním světla a obraz na papíře vytvořený odrazem světla. Již jsme zvažovali první model - tento RGB model. Druhý model se nazývá CMYK.

Barva, kterou vidíme na kousku papíru, je odrazem bílého (slunečního) světla. Barva nanesená na papír absorbuje část palety, která tvoří bílou barvu, a odráží druhou část. Požadovaná barva na papíře se tedy získá „odečtením“ od bílé světlo"zbytečné barvy" V barevném tisku tedy není pravidlem přidávání barev (jako na obrazovce počítače), ale pravidlem odečítání. Nebudeme se pouštět do mechanismu tohoto způsobu tvorby barev.

Dešifrujme pouze zkratku CMYK: Cyan - blue, Magenta - magenta, Yellow - yellow, black - black.

Rastrová a vektorová grafika

O dvou technologiích počítačové grafiky - rastrové a vektorové - víte z kurzu informatiky na základní škole.

V rastrové grafice Grafická informace je soubor dat o barvě každého pixelu na obrazovce. To je to, co bylo zmíněno výše. Ve vektorové grafice jsou grafickou informací data, která matematicky popisují grafická primitiva tvořící kresbu: rovné čáry, oblouky, obdélníky, elipsy atd. Poloha a tvar grafických primitiv jsou reprezentovány v souřadnicovém systému obrazovky.

Rastrová grafika(editory rastrového typu) se používají při vývoji elektronických (multimediálních) a tištěných publikací. Rastrové ilustrace zřídka vytvořené ručně pomocí počítačové programy. Častěji se k tomuto účelu používají naskenované ilustrace připravené umělcem na papíře nebo fotografie. Digitální fotoaparáty a videokamery se používají pro vkládání rastrových obrázků do počítače. Většina grafických editorů rastrového typu se více nezaměřuje na vytváření obrázků, ale na jejich zpracování.

Výhodou rastrové grafiky je efektivní prezentace obrázků fotografické kvality. Hlavní nevýhodou metody reprezentace rastrového obrázku je velké množství paměti, které zabírá. Chcete-li jej snížit, musíte použít různé metody komprese dat. Další nevýhoda rastrových obrázků souvisí s deformací obrázku při jeho změně měřítka. Protože se obrázek skládá z pevného počtu bodů, zvětšení obrázku způsobí, že se body zvětší. Zvětšením velikosti rastrových bodů se ilustrace vizuálně deformuje a vypadá hrubě.

Vektorová grafika editory jsou určeny především pro tvorbu ilustrací a v menší míře pro jejich zpracování.

Výhody vektorové grafiky jsou relativně malé množství paměti zabrané vektorovými soubory, škálování obrazu bez ztráty kvality. Při použití vektorové grafiky je však problematické získat vysoce kvalitní umělecký obraz. Nástroje vektorové grafiky se obvykle nepoužívají pro vytváření uměleckých kompozic, ale pro design, kreslení a designové práce.

Grafické informace jsou uloženy v souborech na disku. Existuje celá řada formátů grafických souborů. Dělí se na rastrové a vektorové. Soubory rastrové grafiky (formáty JPEG, BMP, TIFF a další) ukládají informace o barvě každého pixelu obrazu na obrazovce. V grafické soubory vektorový formát (například WMF, CGM) obsahuje popisy grafických primitiv, které tvoří výkres.

Mělo by být zřejmé, že grafická data umístěná ve video paměti a zobrazená na obrazovce jsou v rastrovém formátu, bez ohledu na to, jaký software(rastr nebo vektor) jsou získány.

Zvukové informace

Principy vzorkování zvuku („digitalizace“ zvuku) jsou na Obr. 1.11.

Vstup zvuku do počítače se provádí pomocí zvukové zařízení(mikrofon, rádio atd.), jehož výstup je připojen k portu zvuková karta . Úkolem zvukové karty je měřit úroveň zvukového signálu (převedeno na elektrické vibrace) a zaznamenejte výsledky měření do paměti počítače. Tento proces se nazývá digitalizace zvuku.

Časový interval mezi dvěma měřeními se nazývá perioda měření - τ S. Reciproční se nazývá vzorkovací frekvence - 1/τ (hertz). Čím vyšší je frekvence měření, tím vyšší je kvalita digitálního zvuku.

Výsledky takových měření jsou reprezentovány jako kladná celá čísla s konečným počtem číslic. Už víte, že v tomto případě získáte diskrétní konečnou množinu hodnot v omezeném rozsahu. Velikost tohoto rozsahu závisí na šířce buňky – registru paměti zvukové karty. Opět funguje vzorec 2 i, kde i je kapacita registru. Číslo i se také nazývá vzorkovací bit. Zaznamenaná data se ukládají do souborů speciálních zvukových formátů.

Existují programy pro zpracování zvuku – zvukové editory, které umožňují vytvářet různé hudební efekty, čistit zvuk od šumu, koordinovat s obrázky při vytváření multimediálních produktů atd. Použití speciální zařízení, generující zvuk, lze zvukové soubory převést na zvukové vlny vnímané lidským uchem.

Při ukládání digitalizovaného zvuku musíte vyřešit problém se snížením hlasitosti zvukové soubory. K tomuto účelu se kromě bezztrátového kódování dat, které umožňuje 100% obnovu dat z komprimovaného streamu, používá ztrátové kódování dat. Účelem takového kódování je, aby byl zvuk obnoveného signálu podobný původnímu maximální komprese data. Toho je dosaženo použitím různé algoritmy, komprimuje původní signál tím, že z něj vyhodí neslyšící prvky. Existuje mnoho kompresních metod a také programů, které tyto metody implementují.

Pro zachování bezeztrátového zvuku, univerzální zvukový formát WAV soubory. Většina známý formát„komprimovaný“ zvuk (ztrátový) - MP3. Poskytuje kompresi dat 10krát nebo více.

Otázky a úkoly

1. Kdy začaly počítače pracovat s textem, grafikou a zvukem?
2. Co je kódovací tabulka? Jaké kódovací tabulky existují?
3. Na čem je založeno zobrazení diskrétního obrazu?
4. Jaký je barevný model RGB?
5. Napište 8bitový kód pro jasně modrou, jasně žlutou (směs červené a zelené), světle žlutou.
6. Proč se při tisku nepoužívá model RGB?
7. Co je CMYK?
8. Jaké zařízení v počítači digitalizuje vstupní zvukový signál?
9. Jak (kvalitativně) závisí kvalita digitálního zvuku na vzorkovací frekvenci a bitové hloubce vzorku?
10. Proč je formát MP3 vhodný?

Dílna

Praktická práce č. 1.4 "Reprezentace textů. Komprese textů"

Cíl práce: praktické upevnění znalostí o reprezentaci textových dat v počítači.

Cvičení 1

Zjistěte, které znaky jsou kódovány ASCII tabulkou (DOS), která odpovídá všem velká písmena Ruská abeceda v tabulce kódování ANSI (Windows). Chcete-li úkol dokončit, vytvořte v poznámkovém bloku text s ruskou abecedou a poté jej otevřete v režimu zobrazení (klávesa F3) v libovolném správce souborů(Windows Commander, Far, Total Commander, velitel Norton) a převést na jiné kódování. Po dokončení úkolu vyplňte tabulku.

Úkol 2

Kódovat text Šťastné narozeniny!! pomocí znakové sady ASCII

Zapište si binární a hexadecimální reprezentaci kódu (k zápisu hexadecimálního kódu použijte prohlížeč souborů libovolného správce souborů).

Úkol 3

Dekódujte text zapsaný v mezinárodní znakové sadě ASCII (je uvedeno v desítkové soustavě).

72 101 108 108 111 44 32 109 121 32 102 114 105 101 110 100 33

Úkol 4

Pomocí tabulky kódování ASCII dešifrujte text prezentovaný ve formě kódů binárních znaků.

01010000 01100101 01110010 01101101 00100000 01010101

01101110 01101001 01110110 01100101 01110010 01110011

01101001 01110100 01111001

Úkol 5

Využívat kódová stránka Tabulka kódování ASCII Windows-1251, získejte hexadecimální kód slova INFORMACE.

Úkol 6

Kolikrát se zvýší množství paměti potřebné k uložení textu, pokud bude převeden z kódování KOI8-R na kódování Unicode?

Úkol 7

Pomocí tabulky Excel procesor vytvořte tabulku kódování ASCII, ve které se znaky budou automaticky zobrazovat na obrazovce podle jejich daného desetinného čísla (použijte příslušnou textovou funkci).

referenční informace

Huffmanův algoritmus. Komprese informace v paměti počítače je transformace informace, která vede ke snížení množství uložené paměti při zachování zakódovaného obsahu. Uvažujme jeden ze způsobů komprimace textových informací – Huffmanův algoritmus. Pomocí tohoto algoritmu je sestaven binární strom, který umožňuje jednoznačně dekódovat binární kód sestávající z kódů znaků různých délek. Binární strom je strom, který má dvě větve vycházející z každého vrcholu. Obrázek ukazuje příklad takového stromu, postaveného pro anglickou abecedu, s přihlédnutím k frekvenci výskytu jeho písmen.

Pojďme kódovat pomocí tohoto stromu slovo "ahoj":
0101 100 01111 01111 1110

Při umístění tohoto kódu do paměti bit po bitu bude mít tvar:
010110001111011111110

Text, který zabírá 5 bajtů v kódování ASCII, bude mít v kódování Huffman 3 bajty.

Úkol 8

Pomocí Huffmanovy kompresní metody zakódujte následující slova:
a) správce
b) revoluce
c) ekonomika
d) oddělení

Úkol 9

Pomocí Huffmanova stromu dekódujte následující slova:
a) 01110011 11001001 10010110 10010111 100000
b) 00010110 01010110 10011001 01101101 01000100 000

Praktická práce č. 1.5 "Zobrazení obrazu a zvuku"

Účel práce: praktické upevnění znalostí o reprezentaci grafických dat a zvuku v počítači.

referenční informace

V některých úlohách je použita modelová (tréninková) verze monitoru s velikostí rastru 10x10 pixelů.
S vektorovým přístupem je obrázek považován za sbírku jednoduché prvky: rovné čáry, oblouky, kružnice, elipsy,
obdélníky, odstíny atd., kterým se říká grafická primitiva. Grafické informace jsou data, jasně
definování všech grafických primitiv, které tvoří výkres.
Poloha a tvar grafických primitiv jsou specifikovány v systému grafických souřadnic souvisejících s obrazovkou. Obvykle původ
umístěný v levém horním rohu obrazovky. Pixelová mřížka se shoduje se souřadnicovou mřížkou. Horizontální osa X směřuje zleva doprava; Svislá osa Y je shora dolů.
Úsek přímky je jednoznačně určen uvedením souřadnic jeho konců; kružnice - souřadnice středu a poloměru; mnohoúhelník - podle souřadnic jeho rohů, stínovaná oblast - podle hraniční čáry a barvy stínování atd.

Tréninkový systém vektorových příkazů je uveden v tabulce.

Například musíte napsat sekvenci pro získání obrázku písmene K:

Obrázek písmene „K“ na obrázku je popsán třemi vektorovými příkazy:
Řádek(4, 2, 4, 8)
Řádek (5, 5, 8, 2)
Řádek (5, 5, 8, 8)

Cvičení 1

Sestrojte binární kód daného černobílého rastrového obrázku získaného na monitoru o velikosti rastru 10x10.

Úkol 2

Určete, kolik paměti je potřeba k uložení 1 bitu obrazu na vašem počítači (k tomu je třeba použít Vlastnosti obrazovky určit barevnou bitovou hloubku).

Úkol 3

Bitová hloubka barev je 24. Kolik různých odstínů šedé lze zobrazit na obrazovce ( šedá barva co se stane, když jsou úrovně jasu všech tří základních barev stejné)?

Úkol 4

Je dán binární kód 8barevného obrázku. Velikost monitoru je 10 x 10 pixelů. Co je na obrázku (nakreslení)?

110 011 111 111 110 110 111 111 011 110
111 011 111 111 111 111 111 111 011 111
111 111 011 111 111 111 111 011 111 111
111 111 111 011 011 011 011 111 111 111
001 111 111 111 010 010 111 111 111 001

Úkol 5

Pomocí vektorových příkazů popište následující obrázky (barva výplně je libovolná).

Úkol 6

Získejte rastrové a vektorové reprezentace všech čísel od 0 do 9.

Úkol 7

Pomocí sady vektorových příkazů uvedených níže určete, co je znázorněno na obrázku (nakreslete).

Barva kresby Modrá
Obdélník 12, 2, 18, 8
Obdélník 10, 1, 20, 21
Obdélník 20, 6, 50, 21
Barva kresby Žlutá
Barva výplně Zelená
Kruh 20, 24, 3
Kruh 40, 24, 3
Odstín 20, 24, Žlutá
Odstín 40, 24, Žlutá
Barva výplně Modrá
Odstín 30, 10, Modrá
Odstín 15, 15, Modrá
Barva výplně růžová
Odstín 16, 6, Modrá

Úkol 8

Zjistěte, kolik má 1 stránka video paměti ve vašem počítači (za tímto účelem zjistěte, jaké rozlišení má počítač a bitová hloubka barvy). Napište odpověď v megabajtech.

Úkol 9

Nakreslete v editoru Malovat obrázek slunce, drž to uvnitř formát BMP a poté jej pomocí Photoshopu převeďte do formátů JPEG (nejvyšší kvalita), JPEG (nejnižší kvalita), GIF, TIFF.
Porovnejte účinnost komprese každého formátu vyplněním tabulky.

Úkol 10

Bitová hloubka barev je 32. Video paměť je rozdělena na dvě stránky. Rozlišení displeje 800x600. Vypočítejte velikost video paměti.

Úkol 11

V počítači je nainstalována 2 MB grafická karta. Jaký maximální možný počet barev je teoreticky povolen v paletě při práci s monitorem s rozlišením 1280x1024?

Úkol 12

Kolik video paměti v kilobajtech je potřeba k uložení obrázku 600 x 350 pixelů pomocí 8barevné palety?

Úkol 13

Zelená barva na počítači s velikostí stránky videopaměti 125 KB je kódována kódem 0010. Jaké může být rozlišení monitoru?

Úkol 14

Monitor pracuje s 16-ti barevnou paletou v režimu 640 x 400 pixelů. Kódování obrázku vyžaduje 1250 kB. Kolik stránek video paměti to zabírá?

Úkol 15

Kolik barev lze maximálně použít pro uložení obrázku 350x200 pixelů, pokud je velikost stránky videopaměti 65 KB?

Úkol 16

Určete velikost paměti pro uložení digitálního zvukového souboru, jehož doba přehrávání je 5 minut při vzorkovací frekvenci 44,1 KHz a hloubce kódování 16 bitů.

Úkol 17

Záznam s standardní aplikace„Nahrávka zvuku“ je 1 minuta zvuku se vzorkovací frekvencí 22,050 kHz a hloubkou kódování 8 bitů (mono) a poté stejný zvuk se vzorkovací frekvencí 44,1 kHz a hloubkou kódování 16 bitů (mono). Porovnejte objemy přijatých souborů.

Úkol 18

Jedna minuta záznamu digitálního zvukového souboru zabere 1,3 MB místa na disku a bitová kapacita zvukové karty je 8. Při jaké vzorkovací frekvenci se zvuk nahrává?

Úkol 19

Dvě minuty záznamu digitálního zvukového souboru zaberou 5,1 MB místa na disku. Vzorkovací frekvence - 22 050 Hz. Jaká je bitová hloubka audio adaptéru?

Úkol 20

Velikost volné paměti na disku je 0,01 GB, bitová hloubka zvukové karty je 16. Jaká bude doba trvání zvuku digitálního zvukového souboru, pokud je nahrán se vzorkovací frekvencí 44 100 Hz?

Cíle lekce:

• zopakovat si základní principy prezentace dat v paměti počítače, naučit se vypočítat množství grafické informace;
• rozvíjet kognitivní zájmy studentů;
• pěstovat smysl pro krásu.

Plán lekce

• Organizace času.
• Zahřát se.
• Řešení problému s opakováním. Algebra logiky.
• Doplňkový materiál.
• Řešení problému s opakováním. Kódování textových informací.
• Vysvětlení nového materiálu.
• Řešení problémů s konsolidací.
• Doplňkový materiál.
• Shrnutí lekce.

BĚHEM lekcí

Org moment.

Dnes ve třídě budeme mluvit o výtvarném umění. Tento druh umění je vnímán vizuálně (malba, sochařství, grafika, fotografie). Od starověku existovaly dva hlavní pohledy na umění: jsou to obrazy skutečného světa, kontemplací, které divákovi přinášejí potěšení (Aristide); umění je inspirováno vyššími silami a vyjadřuje pocity a vjemy člověka (Platón) Naučíme se také počítat množství grafických informací.

Zahřát

.

Učitel čte otázky a studenti rychle odpovídají.

• Typy počítačové grafiky. (Vektor a rastr)
• Předmět ve školním kurzu přímo souvisí s grafikou. (IZO)
• Umělcovo zobrazení sebe sama. (Autoportrét)
• Kombinace barev tvoří celou barevnou paletu na obrazovce. (Červená, zelená, modrá)
• Slavný obraz, o kterém každý slyšel, ale ještě ho nikdo neviděl... (Repinovo "Plaují")
• Pozitivní obraz, který ztělesňuje morální hodnoty. (Hrdina)
• Čemu se rovná 1 megabajt? (1024 kilobajtů)
• Jakékoli osoby, předměty a jevy, které jsou před umělcem, když je zobrazuje. (Příroda)
• Hlavní postava díla. (Hrdina)
• Jedna tečka na monitoru. (Pixel)
• Jak převést z kilobajtů na bajty? (Vynásobte 1024)
• Portrét záměrně zkreslený pro humorné nebo satirické účely. (Kreslená pohádka)
• Ruský malíř, zobrazoval moře, námořní bitvy a boj proti živlům moře (1817-1900). (Aivazovský Ivan Konstantinovič)
• Co je 1 palec? (2,54 cm)
• Zeleninový smutek. (cibulový smutek)

Řešení problému s opakováním. Algebra logiky

U kterého z následujících jmen je tvrzení nepravdivé: NE((písmena ve slově 5) A(Poslední písmeno je N))?

1) Serov; 2) Repin; 3) Levitan; 4) Shishkin.

Řešení. A = písmena ve slově 5, B = poslední písmeno N.

Odpověď: Repin.

Doplňkový materiál z oblasti umění

Iljam Efimmovič Rempin (24. července 1844 – 29. září 1930) – ruský umělec-malíř, mistr portrétů, historických a každodenních scén. Akademik Císařské akademie umění.

Memoárista, autor řady esejů, které tvořily knihu vzpomínek „Distant Close“. Učitel, byl profesorem - vedoucím dílny (1894-1907) a rektorem (1898-1899) Akademie umění, zároveň učil na Tenishevově školní dílně; mezi jeho studenty byli B. M. Kustodiev, I. E. Grabar, I. S. Kulikov, F. A. Malyavin, A. P. Ostroumova-Lebedeva a také dával soukromé hodiny V. A. Serovovi.

Jedním ze slavných obrazů je „Kozáci píšící dopis tureckému sultánovi“ (1880-1891). Přečtěte si příběh o tomto obrazu. Na základě textu určete postavy na tomto obrázku. Upozorněte studenty na umělcovu vytrvalost při práci na díle a jeho triky při dosahování cíle. Jak často vzdáváme řešení určitých problémů, které se nám nepovedly v prvních minutách práce.

„V roce 1878 slyšel Repin od hosta z Abramceva příběh od ukrajinského historika o tom, jak turecký sultán psal Záporožským kozákům a požadoval jejich podrobení. Odpověď kozáků byla smělá, troufalá a plná výsměchu sultánovi. Repin byl touto zprávou potěšen a okamžitě vytvořil náčrt tužkou. Poté se k tomuto tématu neustále vracel a na obraze pracoval více než deset let. Dokončena byla až v roce 1891. Obraz má 3 seznamy (bez skici). První dal Repin svému příteli, historikovi Dmitriji Javornickému, a ten dal Pavlu Treťjakovovi. Většina modelů pro něj byla převzata z Jekatěrinoslavské gubernie, úředníkem je Yavornitsky, Ivan Sirko je kyjevský generální guvernér Michail Dragomirov, kozák zraněný do hlavy je umělec Nikolaj Kuzněcov; vojenský soudce v černém klobouku - Vasilij Tarnovskij; mladý kozák v kulatém klobouku je jeho syn, majitel rozsáhlé pleše - Georgij Aleksejev, vůdce šlechty Jekatěrinoslavské provincie, vrchní komorník dvora Jeho Veličenstva, čestný občan Jekatěrinoslavie a vášnivý numismatik. Nejprve odmítal pózovat zezadu na hlavě. Musel jsem použít trik. Yavornitsky ho pozval, aby se podíval na jeho sbírku, a tajně posadil umělce za sebe, a zatímco vůdce obdivoval mince, Repin rychle načrtl portrét. Georgij Petrovič se poznal už v Treťjakovské galerii a byl uražen."

Řešení problému s opakováním. Kódování textových informací.

Studenti dostanou kartičky s textem.

Určete informační objem příběhu v kódování KOI-8, ve kterém je každý znak zakódován 8 bity.

Řešení. Spočítejme, kolik řádků je v textu a kolik znaků je v každém řádku (in prezentace). Řádky – 22, znaků na řádek – 64.

Odpověď: 1,4 kB.

Vysvětlení nového materiálu. Kódování obrázku

.

Jak měřit objem grafických informací?

Aplikujme na obrázek jemnou mřížku – rastr. V důsledku toho byl obraz rozdělen na buňky. Každá buňka je obarvena jednou barvou a nazývá se tečka (nebo pixel). Barvu lze zakódovat, to znamená, že jí lze přiřadit jedinečné celé číslo. A pak se obrázek změní na sadu celých čísel. Takto zakódovaný obrázek se nazývá rastrový obrázek.

Představme si následující zápis:

N – množství rozdílné barvy, používané při kódování obrázků;

i – počet bitů potřebných k zakódování barvy jednoho obrazového bodu ( barevná hloubka).

Mezi těmito veličinami existuje souvislost N=2 i.

Příklady typů obrázků a jejich kódování

Veškerá rozmanitost barev na obrazovce se získá smícháním tří základních barev: červené, modré, zelené. Každý pixel na obrazovce se skládá ze tří blízko sebe umístěných prvků, které září těmito barvami.

Binární kód osmi palety barev
			barva
			Černá
			Modrý
			Zelená
			Modrý
			Červené
			Růžový
			Hnědý
			Bílý

Úkol 1. Sestrojte binární kód pro daný černobílý rastrový obrázek získaný na monitoru o velikosti rastru 10*10.

Úkol 2. Zadaný binární kód 8barevného obrázku. Velikost monitoru – 10*10 pixelů. Co je na obrázku (nakreslení)?

Chcete-li uložit jeden snímek obrazovky, budete potřebovat množství paměti rovné produktu šířka obrazovky (v pixelech) za výška obrazovky (v pixelech) a dále i (barevná hloubka).

I=Š*V*i (bity)

W – šířka obrázku v bodech (pixelech);

H – výška obrazu v bodech (pixelech).

Řešení problémů s konsolidací.

Úkol 1. Vypočítejte množství video paměti potřebné k uložení rastrového obrázku, který zabírá celou obrazovku monitoru s rozlišením 640*480 pixelů, pokud je použita paleta 65536 barev.

Odpověď: 600 kB.

Problém 2. Pro uložení rastrového obrázku o velikosti 320*400 pixelů bylo zapotřebí 125 KB paměti. Určete počet barev v paletě.

Odpověď: 256 barev.

Doplňkový materiál

.

Pojďme se seznámit s dalším dílem Ilji Repina.

„Ivan Hrozný a jeho syn Ivan 16. listopadu 1581“ (také známý jako „Ivan Hrozný zabije svého syna“) - obraz namalovaný v letech 1883-1885. Vyobrazuje epizodu ze života Ivana Hrozného, ​​kdy v návalu hněvu zasadil smrtelnou ránu svému synovi careviči Ivanovi. Obraz ukazuje agónii pokání na tváři Ivana Hrozného a mírnost umírajícího prince, se slzami v očích odpouštějícího otci, rozrušeného žalem. Uchováváno ve sbírce Státní Treťjakovské galerie v Moskvě.

Stává se, že v návalu hněvu lidé nezaslouženě urážejí své příbuzné, lidi jejich srdci blízké i cizí. V dnešní době se na internetu často umisťují videa o krutém vzájemném zacházení. A pak litují toho, co se stalo. Je dobré, když je příležitost si uvědomit a omluvit se, napravit situaci. Ale může se to stát, jako na tomto obrázku, a nebude možné situaci napravit. Proto se snažme být tolerantní a naučme se „ovládat se“.

Shrnutí lekce

.

Doufám, že se vám lekce líbila. Naučili jste se, jak se kódují obrázky a jak zjistit množství grafických informací. A také jsme se během lekce seznámili s dílem Ilji Repina a ti, kteří jsou obeznámeni s jeho tvorbou, se opět ponořili do světa krásy.

Literatura:

1. Mendelev V.A. Encyklopedie potřebných znalostí. – Kh.: Knižní klub, 2007.
2. Vovk E.T. Informatika: příručka pro přípravu na jednotnou státní zkoušku. – M.: KUDITS-PRESS, 2009.
3. Semakin I.G. Dílna. Informatika a ICT. – M.: Binom. Vědomostní laboratoř, 2009.
4. Zdroje: Internet.