Кодирование информации. Количество информации.

Кодирование графической информации.
Определение объема графического файла.

Методы кодирования графической информации.

Векторное кодирование.

Векторное кодирование по сути есть создание математической модели графического объекта, при котором графический объект представляют в виде набора математических фигур - точек, отрезков, правильных выпуклых многоугольников, окружностей, и дуг.
Все объекты характеризуются свойствами.

Свойства объекта ТОЧКА:
- координата;
- толщина;
-цвет.

Свойства объекта ЛИНИЯ:
- координата начальной точки;
- координата конечной точки;
- толщина;
- тип;
-цвет.

Свойства объекта ПРАВИЛЬНЫЙ ВЫПУКЛЫЙ МНОГОУГОЛЬНИК:
- центр описанной окружности;
- радиус описанной окружности;
- количество сторон;
- толщина;
- тип;
- цвет.

Свойства объекта ОКРУЖНОСТЬ:
- центр окружности;
- радиус окружности;
- толщина;
- тип;
- цвет.

Свойства объекта ДУГА:
- центр окружности;
- радиус окружности;
- координата начальной точки;
- координата конечной точки;
- толщина;
- тип;
- цвет.

При увеличении рисунок фактически заново перерисовывается, благодаря чему векторный рисунок можно масштабировать без потери качества и не изменяется размер файла.

Перевод сложной фотокомпозиции или художественной картины в векторный вид является крайне трудозатратной задачей, и в любом случае векторизация предполагает некоторое упрощение такой фотографии или картины.
Для работы с векторными файлами требуется специальное программное обеспечение: CorelDraw, Adobe Illustrator, Macromeda FreeHand, Inkscape и др.

Растровое кодирование.

Изображение, состоящее из отдельных точек, каждая из которых имеет свой цвет, называется растровым изображением. Минимальный элемент такого изображения в полиграфии называется растр, а при отображении графики на мониторе минимальный элемент изображения называют пиксель (pix).


Растровая графика – это формат изображения, который содержит информацию о расположении, количестве и цвете пикселей. Этот метод позволяет закодировать практически любой рисунок, вне зависимости от сложности.
Важнейшей характеристикой качества растрового изображения является разрешающая способность - количество пикселей как по горизонтали, так и по вертикали на единицу длины изображения.
Чем меньше размер пикселя, тем больше разрешающая способность и, соответственно, выше качество изображения.
Величина разрешающей способности обычно выражается в dpi (dot per inch - точек на дюйм), т. е. в количестве пикселей в полоске изображения длиной один дюйм (1 дюйм = 2,54см).
Сами пиксели имеют, как правило, квадратную форму. В этом легко убедиться, увеличив масштаб изображения до максимума, в любом графическом редакторе, например: Paint.



Каждый пиксель может быть только одного цвета.
Таким образом:
- растровое изображение есть прямоугольная матрица пикселей, каждый из которых имеет свой цвет.
- пиксель есть минимальный участок изображения, для которого независимым образом задан цвет.

Кодирование цвета.
Для кодировании цвета пикселя выделяется объем памяти, зависящий от цветовой палитры - количества доступных цветов.
При этом, для черно-белой палитры, имеющей только два цвета черный и белый, достаточно 1[bit/pix] в соответствии с формулой:
N=2I,
где N - количество независимых кодируемых событий (здесь - количество цветов в палитре);
I - разрядность двоичного кода.

Код Цвет
0 Черный
1 Белый

У человека в центральной части сетчатки расположены цветочувствительные рецепторы — нервные клетки, которые называются колбочки. Каждый из трёх видов колбочек имеет свой тип цветочувствительного пигмента белкового происхождения. Один тип пигмента чувствителен к красному цвету, другой — к зелёному, третий — к синему.
Поэтому базовыми для кодирования цвета являются цвета КРАСНЫЙ, ЗЕЛЕНЫЙ, СИНИЙ.
Другие цвета образовываются при помощи смешения базовых цветов. Тогда получаем следующий набор цветов:


Таким образом, для восьмицветной палитры необходимо 3[bit/pix].
Шестнадцатицветная палитра требует 4[bit/pix] - 3 бита основных цветов + 1 бит интенсивности. Последний управляет яркостью трех базовых цветов одновременно.

Цвет Код
Красный Зеленый Синий Интенсивность
Черный 0 0 0 0
Красный 1 0 0 0
Зеленый 0 1 0 0
Синий 0 0 1 0
Желтый 1 1 0 0
Голубой 0 1 1 0
Пурпурный 1 0 1 0
Темно-серый 0 0 0 1
Ярко-красный 1 0 0 1
Ярко-зеленый 0 1 0 1
Ярко-синий 0 0 1 1
Ярко-желтый 1 1 0 1
Ярко-голубой 0 1 1 1
Ярко-пурпурный 1 0 1 1
Ярко-белый 1 1 1 1

При 8 битном кодировании цвета I=8 и в соответствии с формулой
N=28=256,
получаем 256-цветную палитру.
При раздельном управлении интенсивностью основных цветов на каждый цвет выделяется по 8 бит, то есть получаем 24-битную палитру и в соответствии с формулой:
N=224=16777216,
Значит в палитре 16777216 цветов.

Цвет Код
2 16
Красный Зеленый Синий Красный Зеленый Синий
Черный 00000000 00000000 00000000 00 00 00
Красный 11111111 00000000 00000000 FF 00 00
Зеленый 00000000 11111111 00000000 00 FF 00
Синий 00000000 00000000 11111111 00 00 FF
Желтый 11111111 11111111 00000000 FF FF 00
Голубой 00000000 11111111 11111111 00 FF FF
Пурпурный 11111111 00000000 11111111 FF 00 FF
Белый 11111111 11111111 11111111 FF FF FF

При уменьшении (масштабировании) растрового изображения теряется часть информаци о цвете и количестве пикселей, при увеличении растрового изображения укрупняются пиксели, а изображение огрубляется.
Наиболее распространенные форматы растровой графики: GIF, JPG, PNG, TIF, BMP

Отличие векторной графики от растровой.

1 При масштабировании изменяется качество растрового изображения. Масштабирование векторных изображений не изменяет качества изображения.
2 Перевод сложной фотокомпозиции или художественной картины в векторный вид является крайне трудозатратной задачей, и в любом случае векторизация предполагает некоторое упрощение такой фотографии или картины.
3 Перевести векторный рисунок в растровый не составляет никаких проблем, обратный же процесс фактически требует ручной перерисовки контуров рисунка. Существующие автоматические программы-трассировщики (вроде Corel Trace или Adobe StreamLine) пока успешно справляются только с относительно простыми рисунками с четкими линиями-границами между оттенками.
4 Сферы применения растровых и векторных рисунков несколько различаются, и нельзя сказать, что векторный рисунок во всем лучше растрового.

Информационный объем графического файла

Для определения объема растрового графического изображения Vгф необходимо умножить количество пикселей в изображении Kпикс на информационный объем одного пикселя (число бит на пиксель) V1п:

Vгф = Kпикс * V1п

Задача 1

Определите информационный объем изображения при растровом кодировании черно-белого рисунка, содержащего 120 пикселей

Дано:
V1п = 1[Бит]
Kпикс = 120
Vгф = ? 		Решение:
1. Объем растрового графического файла определяем по формуле:
Vгф = Kпикс * V1п
Vгф = 120 * 1 = 120 [Бит]
Биты необходимо перевести в байты:
104 [Бит] = 120 : 8 = 15 [Байт]
Ответ: 15 байт

Задача 2

Определите информационный объем изображения при растровом кодировании 16-цветного рисунка, размером 15х10см и разрешением 100 пикселей на дюйм

Дано:
Палитра= 16 цветов
Размер=15х10см
Разрешение=100[pix/d] Kпикс = ?
Vгф = ? 		Решение:
1. Для 16 красок требуется 4[bit/pix] так как:
16=24,
Значит:
V1п = 4[Бит]
2. Определим количество пикселей в изображении.
1д = 2,5см - в 1 дюйме 2,5см
15/2,5 = 6 - количество дюймов по ширине
6 * 100 = 600 - количество пикселей по ширине
10/2,5 = 4 - количество дюймов по высоте
4 * 100 = 400 - количество пикселей по высоте
400 * 600 = 250000 - количество пикселей в изображении
3. Объем растрового графического файла определяем по формуле:
Vгф = Kпикс * V1п
Vгф = 240000 * 4 = 960000 [Бит]
Биты необходимо перевести в байты:
960000 [Бит] = 960000 : 8 = 120000 [Байт]
120000[Байт] = 120000 : 1024 = 117,1875[КБайт]
Округлить в большую сторону до 3-х знаков после запятой
Ответ: 117,188[КБайт]

Задача 3

Определить количество красок в палитре, если файл с информацией о фотографии размером 10х15[см], отсканированный с разрешением 56[pix/d] имеет объем 147[КБайт].

Дано:
Размер=15х10см
Разрешение=56[pix/d]
Vгф = 147[КБайт]
Kпикс = ?
Палитра= ?
 		Решение:
1. Определим количество пикселей в изображении.
1д = 2,5см - в 1 дюйме 2,5см
15/2,5 = 6 - количество дюймов по ширине
6 * 56 = 336 - количество пикселей по ширине
10/2,5 = 4 - количество дюймов по высоте
4 * 56 = 224 - количество пикселей по высоте
336 * 224 = 75264 - количество пикселей в изображении
2. Определим объем одного пикселя.
Объем растрового графического файла определяют по формуле:
Vгф = Kпикс * V1п
Vгф - известен, Kпикс - известно, значит, можно найти V1п
V1п = Vгф / Kпикс
V1п = 147[КБайт] / 75264[пикс]
но объем необходимо из [КБайт] перевести в [Бит]
V1п = 147*1024*8[Бит] /V1п = 1204224[Бит] / 75264[пикс] = 16[Бит/пикс]
3. При 16-битном кодировании в палитре будет:
N=216=65356[красок],
Ответ: 65356[красок]

Домашнее задание

1 Определить объем растрового графического файла, имеющего размер (дд x мм)[см] при разрешении(гг)[пикс/дюйм] для 24-х битного кодирования.
Где (дд) - дата вашего рождения, (мм) - месяц вашего рождения, (гг) - год вашего рождения.
2 Определить размер в [см] квадратного растрового изображения, имеющего объем, равный (гг) [КБайт], при разрешении (мм)[пикс/дюйм], для(дд)-битного кодирования.
Где (дд) - дата вашего рождения, (мм) - месяц вашего рождения, (гг) - год вашего рождения.