Как закодировать рисунок двоичным кодом

Содержание урока

§ 12. Кодирование рисунков: растровый метод

Что такое растровое кодирование?

§ 13. Кодирование рисунков: другие методы

§ 12. Кодирование рисунков: растровый метод

Что такое растровое кодирование?

Ключевые слова:

Рисунок состоит из линий и закрашенных областей. В идеале нам нужно закодировать все особенности этого изображения так, чтобы его можно было в точности восстановить из кода (например, распечатать на принтере).

И линия, и область состоят из бесконечного числа точек. Цвет каждой из этих точек нам нужно как-то закодировать. Так как точек бесконечно много, для этого нужно бесконечно много памяти, поэтому таким способом изображение закодировать не удастся. Однако «поточечную» идею всё-таки можно использовать.

Начнём с чёрно-белого рисунка. Представим себе, что на изображение ромба наложена сетка, которая разбивает его на квадратики. Такая сетка называется растром. Теперь каждый квадратик внутри ромба зальём чёрным цветом, а каждый квадратик вне ромба — белым. Для тех квадратиков, в которых часть оказалась закрашена чёрным цветом, а часть — белым, выберем цвет в зависимости от того, какая часть (чёрная или белая) больше (рис. 2.19).

У нас получился растровый рисунок, состоящий из квадратиков-пикселей.

Пиксель (англ. pixel: picture element — элемент рисунка) — это наименьший элемент рисунка, для которого можно задать свой цвет.

Разбив рисунок на квадратики, мы выполнили его дискретизацию. Действительно, у нас был непрерывный рисунок — изображение ромба. В результате мы получили дискретный объект — набор пикселей.

Двоичный код для чёрно-белого рисунка, полученного в результате дискретизации, можно построить следующим образом:

1) кодируем белые пиксели нулями, а чёрные — единицами 1) ;
2) выписываем строки полученной таблицы одну за другой.

1) Можно сделать и наоборот, чёрные пиксели обозначить нулями, а белые — единицами.

Покажем это на простом примере (рис. 2.20).

Ширина этого рисунка — 8 пикселей, поэтому каждая строка таблицы состоит из 8 двоичных разрядов — битов. Чтобы не писать очень длинную цепочку нулей и единиц, удобно использовать шестнадцатеричную систему счисления, закодировав 4 соседних бита (тетраду) одной шестнадцатеричной цифрой. Например, для первой строки получаем код 1А16:

1 1 1
1 A

а для всего рисунка: 1A2642FF425A5A7E16.

Используя полученный шестнадцатеричный код картинки, подсчитайте её информационный объём в битах и байтах.

Очень важно понять, что мы приобрели и что потеряли в результате дискретизации. Самое главное — мы смогли закодировать изображение в двоичном коде. Однако при этом рисунок исказился — вместо ромба мы получили набор квадратиков. Причина искажения в том, что в некоторых квадратиках части исходного рисунка были закрашены разными цветами, а в закодированном изображении каждый пиксель обязательно имеет один цвет. Таким образом, часть исходной информации при кодировании была потеряна. Это проявится, например, при увеличении рисунка — квадратики увеличиваются и рисунок ещё больше искажается. Чтобы уменьшить потери информации, нужно уменьшать размер пикселя, т. е. увеличивать разрешение.

Разрешение — это количество пикселей, приходящихся на единицу линейного размера изображения (чаще всего — на 1 дюйм).

Разрешение обычно измеряется в пикселях на дюйм (используется английское обозначение ppi: — pixels per inch). Например, разрешение 254 ppi означает, что на дюйм приходится 254 пикселя.

Чем больше разрешение, тем точнее кодируется рисунок (меньше информации теряется), однако одновременно растёт и объём файла.

Одна и та же картинка была отсканирована дважды: в первый раз с разрешением 300 ppi, а второй раз — с разрешением 600 ppi. Что можно сказать о размерах полученных файлов?

Существуют два основных способа получения растровых изображений:

Читайте также:  Построение точек на графике

1) ввод с помощью какого-либо устройства, например сканера, цифрового фотоаппарата или веб-камеры; напомним, что при сканировании происходит преобразование информации в компьютерные данные (оцифровка);

2) создание рисунка с помощью какой-либо программы.

Используя дополнительные источники, найдите ответы на вопросы.

— Чему равен один дюйм в миллиметрах?
— Если отсканировать рисунок с разрешением 254 ppi, какой размер будет иметь изображение одного пикселя?
— Какие размеры в пикселях будет иметь изображение рисунка размером 10 х 15 см, если отсканировать его с разрешением 254 ppi?

Следующая страница Как кодируется цвет?

Cкачать материалы урока

Двоичное кодирование информации.

Вся информация, которую обрабатывает компьютер должна быть представлена двоичным кодом с помощью двух цифр 0 и 1. Эти два символа принято называть двоичными цифрами или битами. С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать любое сообщение. Это явилось причиной того, что в компьютере обязательно должно быть организованно два важных процесса: кодирование и декодирование.

Кодирование – преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, т.е. двоичный код.

Декодирование – преобразование данных из двоичного кода в форму, понятную человеку.

Система счисления — способ записи чисел с помощью набора специальных знаков, называемых цифрами.

Система счисления Основание Алфавит цифр
Десятичная 10 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
Двоичная 2 0, 1
Восьмеричная 8 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
Шестнадцатеричная 16 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F

Десятичная система счисления — позиционная система счисления по основанию 10. Предполагается, что основание 10 связано с количеством пальцев рук у человека. Наиболее распространённая система счисления в мире. Для записи чисел используются символы 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, называемые арабскими цифрами.

Двоичная система счисления — позиционная система счисления с основанием 2. Используются цифры 0 и 1. Двоичная система используется в цифровых устройствах, поскольку является наиболее простой.

Двоичная система счисления обладает такими же свойствами, что и десятичная, только для представления чисел используются не 10 цифр, а всего две. Соответственно и разряд числа называют не десятичным, а двоичным.

Перевод из десятичной системы счисления в систему счисления с основанием p осуществляется последовательным делением десятичного числа и его десятичных частных на p, а затем выписыванием последнего частного и остатков в обратном порядке.

Переведем десятичное число 20 в двоичную систем счисления (основание системы счисления p=2).

В итоге получили 2010 = 101002.

Двоичное кодирование текстовой информации

Начиная с 60-х годов, компьютеры все больше стали использовать для обработки текстовой информации и в настоящее время большая часть ПК в мире занято обработкой именно текстовой информации.

Традиционно для кодирования одного символа используется количество информации = 1 байту (1 байт = 8 битов).

Для кодирования одного символа требуется один байт информации.

Учитывая, что каждый бит принимает значение 1 или 0, получаем, что с помощью 1 байта можно закодировать 256 различных символов. (28 = 256)

Кодирование заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный двоичный код от 00000000 до 11111111 (или десятичный код от 0 до 255).

Важно, что присвоение символу конкретного кода – это вопрос соглашения, которое фиксируется кодовой таблицей.

Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие порядковые номера (коды), называется таблицей кодировки.

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 растровых изображений

Читайте также:  Приложение hp recovery manager

Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. Пиксель – минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом.

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).

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). 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.

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.

Цели урока:

  • повторить основные принципы представления данных в памяти компьютера, научить вычислять объем графической информации;
  • развивать познавательные интересы учащихся;
  • воспитывать чувства прекрасного.
  • План урока

  • Организационный момент.
  • Разминка.
  • Решение задачи на повторение. Алгебра логики.
  • Дополнительный материал.
  • Решение задачи на повторение. Кодирование текстовой информации.
  • Объяснение нового материала.
  • Решение задач на закрепление.
  • Дополнительный материал.
  • Итог урока.
  • ХОД УРОКА

    Оргмомент.

    Сегодня на уроке мы с вами поговорим обизобразительном искусстве. Этот вид искусства воспринимается зрительно (живопись, скульптура, графика, фотоискусство). С древности существуют два основных взгляда на искусство: это образы реального мира, созерцая которые зритель получает наслаждение (Аристид); искусство вдохновляется высшими силами и выражает чувства и ощущения человека (Платон).А также научимся вычислять объем графической информации.

    Разминка.

    Учитель читает вопросы, ученики быстро отвечают.

    • Виды компьютерной графики. (Векторный и растровый)
    • Предмет в школьном курсе непосредственно связанный с графикой. (ИЗО)
    • Изображение художником самого себя. (Автопортрет)
    • Из сочетания, каких цветов складывается вся красочная палитра на экране. (Красного, зеленого, синего)
    • Знаменитая картина, о которой все слышали, но еще никто не видел. (Репина “Приплыли”)
    • Положительный образ, воплощающий нравственные ценности. (Герой)
    • Чему равен 1 Мегабайт? (1024 Килобайт)
    • Любые люди, предметы и явления, находящиеся перед художником, когда он их изображает. (Натура)
    • Главное действующее лицо произведения. (Герой)
    • Одна точка на мониторе. (Пиксель)
    • Как из Килобайт перейти в байты? (Умножить на 1024)
    • Намеренно искаженный с юмористической или сатирической целью портрет. (Шарж)
    • Российский живописец, изображал море, морские сражения, борьбу с морской стихией (1817-1900). (Айвазовский Иван Константинович)
    • Чему равен 1 дюйм? (2,54 см)
    • Горе овощное. (Горе луковое)

    Решение задачи на повторение. Алгебра логики

    Для какого из приведенных фамилий ложно высказывание: НЕ ((Букв в слове 5) И (Последняя буква Н))?

    1) Серов; 2) Репин; 3) Левитан; 4) Шишкин.

    Решение. А = Букв в слове 5, В = Последняя буква Н.

    Дополнительный материал из области искусства

    Ильям Ефиммович Ремпин (24 июля [5 августа] 1844 — 29 сентября 1930) — русский художник-живописец, мастер портрета, исторических и бытовых сцен. Академик Императорской Академии Художеств.

    Мемуарист, автор ряда очерков, составивших книгу воспоминаний “Далёкое близкое”. Преподаватель, был профессором — руководителем мастерской (1894—1907) и ректором (1898—1899) Академии художеств, одновременно преподавал в школе-мастерской Тенишевой; среди его учеников — Б. М. Кустодиев, И. Э. Грабарь, И. С. Куликов, Ф. А. Малявин, А. П. Остроумова-Лебедева, давал также частные уроки В. А. Серову.

    Читайте также:  Как построить эмпирическую функцию распределения в excel

    Одной из известных картин является “Запорожцы пишут письмо турецкому султану” (1880—1891). Прочитать рассказ о данной картине. По тексту определить героев данной картины. Обратить внимание учащихся на упорство художника в работе над произведением, и его ухищрения в достижении цели. Как часто, мы бросаем решать те или иные задачи, которые нам не удались в первые минуты работы.

    “В 1878 году, от гостя в Абрамцеве, Репин услышал рассказ украинского историка о том, как турецкий султан писал к запорожским казакам и требовал от них покорности. Ответ запорожцев был смел, дерзок, полон издёвок над султаном. Репин пришёл в восторг от этого послания и сразу сделал карандашный эскиз. После этого он постоянно возвращался к этой теме, работая над картиной более десяти лет. Она была закончена только в 1891 году. Картина имеет 3 списка (не считая этюда). Первый Репин подарил другу, историку Дмитрию Яворницкому, а тот — Павлу Третьякову. Большая часть моделей для него взята из Екатеринославской губернии.Писарь — Яворницкий, Иван Сирко — киевский генерал-губернатор Михаил Драгомиров, раненый в голову казак — художник Николай Кузнецов; войсковой судья в чёрной шапке — Василий Тарновский; молодой казачок в круглой шапке — его сын, обладатель обширной лысины — Георгий Алексеев, предводитель дворянства Екатеринославской губернии, обер-гофмейстер двора его Величества, почётный гражданин Екатеринослава и страстный нумизмат. Поначалу он отказался позировать с затылка. Пришлось пойти на хитрость. Яворницкий пригласил его посмотреть свою коллекцию, а позади тайком усадил художника, и пока предводитель любовался монетами, Репин быстро набросал портрет. Георгий Петрович узнал себя уже в Третьяковке и обиделся.”

    Решение задачи на повторение. Кодирование текстовой информации.

    Учащимся раздаются карточки с текстом.

    Определитеинформационный объём рассказа в кодировке КОИ-8, в которойкаждый символ кодируется 8 битами.

    Решение. Посчитаем сколько строк в тексте и сколько символов в каждом ряду (в презентации). Строк – 22, символов в строке – 64.

    Объяснение нового материала. Кодирование изображений.

    Как измерить объем графической информации?

    Наложим на изображение мелкую сетку – растр. В результате картинка разбилась на ячейки. Каждая ячейка окрашена в один цвет и называется точкой (или пикселом). Цвет можно закодировать, то есть поставить ему в соответствие уникальное целое число. И тогда изображение превращается в набор целых чисел. Закодированное таким образом изображение, называется растровым.

    N – количество разных цветов, используемых при кодировании изображения;

    i – число битов, необходимых для кодирования цвета одной точки изображения (глубина цвета).

    Между данными величинами существует связь N=2 i .

    Примеры типов изображений и их кодирования

    Тип изображения

    Количество цветов

    Кодирование

    Черно-белое изображение N=2: черный, белый 2 i =2, т.е. i=1, что означает: для кодирования цвета достаточно одного бита. Например: 0 – черный, 1 – белый Изображение из 3-х цветов N=3: например, черный, белый, серый 2 i =3. одного бита недостаточно для кодирования трех цветов, поэтому берем ближайшее целое с избытком – 2. Например: 00, 01, 11 Изображение из 4-х цветов N=4, например, черный, темно-серый, светло-серый, белый 2 i =4, т.е. i=2. Например: 00, 01, 10, 11

    Все многообразие красок на экране получается путем смешивания трех базовых цветов: красного, синего, зеленого. Каждый пиксель на экране состоит из трех близко расположенных элементов, светящихся этими цветами.

    “>

    Оцените статью
    ПК Знаток
    Добавить комментарий

    Adblock detector