«Анализ методов кодирования данных»

2.3. Кодирование графических данных

Способ, которым телевидение выражает визуальную информацию, также оказывает важное влияние на принципы выражения графической информации на компьютере. Одна из основных концепций телевидения — это создание изображения на основе системы точек, которые "обводятся" одна за другой с помощью электронных лучей или других средств. Такая точечная система обычно называется линзовым экраном. Если вы посмотрите на экран телевизора или фотографию под лупой, вы увидите множество точек разных цветов, которые образуют растр (см. рис. 2.2).


Рис. 2.2. Растровое изображение под увеличением

Рис. 2.3. Цифровое представление чёрно-белого изображения
Поскольку линейные координаты каждой точки (яркости) и отдельных черт могут быть выражены целыми числами, можно сказать, что растровое кодирование может представлять графические данные в двоичном коде. Кодируя каждый цвет числом, изображение можно представить в виде серии чисел. Для черно-белых изображений достаточно одного бита на точку. Как показано на рисунке 2.3, белый цвет обозначается 1, а черный – 0.
В настоящее время принято считать, что черно-белые изображения представлены комбинацией 256 точек градации серого, поэтому яркость каждой точки обычно кодируется в виде восьмиразрядного двоичного числа.
Если изображение имеет оттенки серого, каждый цветовой тон должен быть закодирован. Конечно, чем больше оттенков, тем большее количество битов требуется для каждой точки изображения. Общая формула такова:
N = 2ⁱ,
где N есть число цветов, а i — необ­ходимое количество битов информации
Например, для 256 оттенков серого требуется 8 бит, т.е. 1 байт. В этом случае 0 представляет черный цвет, 255 - белый, а 1-254 - оттенки серого с различной яркостью.
Цветные изображения сложнее кодировать. Трехбайтовые коды часто используются для кодирования цвета, где каждый байт представляет интенсивность одного из трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Это связано с присущей человеческому глазу чувствительностью к цвету. Смешивая эти три основных цвета, можно получить практически любой цвет, который может распознать глаз. Например, фиолетовый цвет может быть получен путем смешивания красного и синего, а желтый - путем смешивания красного и зеленого. Изменяя пропорции, можно получить различные оттенки цветов: смешивание трех основных цветов в равных пропорциях дает серый цвет. Это называется RGB (Red, Green, Blue).

Если яркость каждого основного цвета кодируется как число от 0 до 255, то на каждую точку требуется три байта (= 24 бита). Белый цвет кодируется тремя числами (255, 255, 255), а черный - (0, 0, 0). Код (255, 255, 200) будет представлять светло-желтый цвет, а (100, 0, 100) - темно-фиолетовый.

Режим, в котором цветовая графика представлена 24-разрядным двоичным числом, называется True Colour.
Для каждого основного цвета можно включить дополнительные цвета, например, цвет, дополняющий основной цвет - белый. Легко видеть, что для каждого основного цвета добавляется дополнительный цвет, образованный суммой пар других основных цветов. Таким образом, дополнительными цветами являются голубой, пурпурный и желтый. Принцип разложения произвольного цвета на составляющие можно применять не только к основным, но и к дополнительным цветам. Другими словами, произвольный цвет может быть выражен как сумма компонентов синего, пурпурного и желтого. Этот метод разделения цветов допускается и в полиграфах, хотя четвертый цвет, черный, также используется в полиграфах. Таким образом, эта система кодирования представлена четырьмя символами CMYK (черный цвет представлен буквой K, так как буква B уже занята синим цветом), а для представления цветовой карты таким образом требуется 32 двоичных разряда. Этот режим также называют полноцветным.
Сокращение количества двоичных цифр для кодирования цвета каждой точки уменьшает объем данных, но диапазон цветов, которые могут быть закодированы, значительно сокращается. Кодирование цветового графика 16-битными двоичными цифрами называется режимом высокой цветности.
Отдельный элемент графического изображения обычно называют пикселем (от picture element). Чем плотнее сетка пикселей на экране, тем выше качество изображения. Размер графической сетки обычно выражается как произведение количества горизонтальных пикселей и количества линий, MxN. Например, можно настроить режим отображения: 800x600 или 1024x768 пикселей.
Цветовой код каждого пикселя в основном такой же, как и у текстовых символов. Таблица цветовой нумерации — это тип алфавита, используемый компьютерами для записи графической информации. В результате получается последовательность целых чисел, которая, как и текст, хранится в памяти стандартным образом.
С практической точки зрения важно понимать, что количество цветов, используемых в изображении, существенно влияет на размер графического файла. Черно-белая фотография высотой 100 и шириной 100 требует 100 x 100 = 10000 бит (1250 байт); изображение того же размера, но с 256 цветами, требует 100x100x8 = 80000 бит (10000 байт); для изображений, использующих 24 бита, необходимо.
100x100x24 = 240 000 бит (30 000 байт).