Question

Как кодируется изображение на компьютере

Answer 1

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

Код пикселя — это информация о цвете пикселя.   

Для получения черно-белого изображения (без полутонов) пиксель может находиться в одном из двух состояний: светится — не светится (белый — черный). Тогда для его кодирования достаточно одного бита памяти:

1 — белый, 
0 — черный.

Пиксель на цветном дисплее может иметь различную окраску. Поэтому одного бита на пиксель недостаточно.

Для кодирования четырехцветного изображения требуется двухбитовый код, поскольку с помощью двух битов можно выразить 4 различных значения (отобразить 4 различных состояния). Может использоваться, например такой вариант кодирования цветов:

00 — черный,      10 — зеленый,
01 — красный,    11 — коричневый.

Из трех базовых цветов — зеленого, красного, синего — можно получить восемь комбинаций трехбитового кода:
---       черный,            к --          красный,
-- с      синий,              к - с        розовый,
- з -     зеленый,          к з -        коричневый,
- з с     голубой,           к з с       белый.

В этом коде каждый базовый цвет обозначается его первой буквой (к — красный, с — синий, з — зеленый). Черточка означает отсутствие цвета.

Следовательно, для кодирования восьмицветного изображения требуются 3 бита памяти на один видеопиксель. Если наличие базового цвета обозначить единицей, а отсутствие — нулем, то получается таблица кодировки восьмицветной палитры (табл. 4.1).

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

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

Шестнадцатицветная палитра получается при использовании четырехразрядной кодировки пикселя; к трем битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно (интенсивностью трех электронных пучков) (табл. 4.2).

Большее количество цветов получается при раздельном управлении интенсивностью базовых цветов. Причем интенсивность может иметь более двух уровней, если для кодирования интенсивности каждого из базовых цветов выделять больше одного бита.

Из сказанного можно вывести правило:

Количество различных цветов К и количество битов для их кодирования b связаны между собой формулой: К = 2b.   

21 = 2, 22= 4, 23 = 8, 24 = 16 и т. д. Для получения цветовой гаммы из 256 цветов требуется 8 битов = 1 байт на каждый пиксель, так как 28 = 256.

Объем видеопамяти

Объем необходимой видеопамяти определяется размером графической сетки дисплея и количеством цветов. Минимальный объем видеопамяти должен быть таким, чтобы в него помещался один кадр (одна страница) изображения. Например, для сетки 640 х 480 и черно-белого изображения минимальный объем видеопамяти должен быть таким:

640 · 480 · 1 бит = 307 200 бит = 38 400 байт.

Это составляет 37,5 Кбайт.

Для четырехцветной гаммы и той же графической сетки видеопамять должна быть в два раза больше — 75 Кбайт; для восьмицветной — 112,5 Кбайт.

На современных высококачественных дисплеях используется палитра более чем из 16 миллионов цветов. Требуемый размер видеопамяти в этом случае — несколько мегабайтов.

Коротко о главном

Информация в видеопамяти — это двоичные коды, обозначающие цвета пикселей на экране.

Для кодирования двух цветов достаточно 1 бита на пиксель; четырех цветов — 2 битов; восьми цветов — 3 битов; шестнадцати цветов — 4 битов и т. д. Количество цветов К и размер кода в битах b связаны формулой: К — 2b.

Из трех базовых цветов можно получить 8 различных цветов, Большее число цветов получается путем управления интенсивностью базовых цветов.

Минимально необходимый объем видеопамяти зависит от размера сетки пикселей и от количества цветов. Обычно в видеопамяти помещается несколько страниц (кадров) изображения одновременно.

Answer 2

Кодирование изображений на компьютере

Кодирование изображений на компьютере включает в себя процесс преобразования графической информации в цифровой формат, который может быть хранен и обработан компьютером. Это позволяет компьютерам работать с изображениями, отображать их на экране, редактировать и передавать по сети.

Цифровое представление изображений

Изображения на компьютере представляются в виде матрицы пикселей, где каждый пиксель содержит информацию о цвете или яркости. Цифровое представление изображений основано на дискретизации и квантовании, где аналоговое изображение разбивается на множество дискретных точек и значения цвета или яркости квантуется в определенный диапазон значений.

Цветовые модели

Для кодирования цвета изображений используются различные цветовые модели, такие как RGB (Red, Green, Blue), CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Key), HSV (Hue, Saturation, Value) и другие. В модели RGB каждый пиксель представлен комбинацией трех основных цветов - красного, зеленого и синего. Каждый цвет представлен числом от 0 до 255, где 0 означает отсутствие цвета, а 255 - максимальную интенсивность цвета.

Форматы файлов изображений

На компьютере изображения обычно хранятся в различных форматах файлов, таких как JPEG, PNG, GIF и других. Каждый формат имеет свои особенности и применение. Например, формат JPEG обеспечивает хорошее сжатие изображений с некоторой потерей качества, в то время как формат PNG обеспечивает без потерь сжатие и поддерживает прозрачность.

Кодирование и декодирование изображений

Кодирование изображений включает в себя преобразование цветовой информации и структуры изображения в последовательность битов, которая может быть сохранена в файле или передана по сети. Декодирование, с другой стороны, включает восстановление цветовой информации и структуры изображения из последовательности битов.

Программное обеспечение для работы с изображениями

Существует множество программ и библиотек для работы с изображениями на компьютере. Некоторые из них предоставляют возможности для кодирования, декодирования, редактирования и обработки изображений. Некоторые популярные программы включают Adobe Photoshop, GIMP, Paint.NET и другие.

Заключение

Кодирование изображений на компьютере включает преобразование графической информации в цифровой формат, который может быть обработан и отображен компьютером. Цифровое представление изображений основано на матрице пикселей, где каждый пиксель содержит информацию о цвете или яркости. Различные цветовые модели и форматы файлов используются для представления цвета и хранения изображений. Программное обеспечение позволяет работать с изображениями, включая их кодирование и декодирование, редактирование и обработку.