Добавлен: 31.03.2023
Просмотров: 195
Скачиваний: 1
Основные характеристики растрового изображения:
линейное разрешение - количество точек (пикселей) на единицу площади
цветовое разрешение - количество точечных градаций цвета
Параметры точек, яркость и цвет, должны быть измерены, то есть представлены в числовой форме. Эти характеристики могут непрерывно изменяться, а это значит, что они должны выражаться в действительных числах. Однако в этом случае возникают проблемы с точностью представления значений в компьютере. Поэтому непрерывные параметры (например, яркость и цвет точек изображения или громкость звука) квантуются.
Квантование - это процедура преобразования непрерывного диапазона всех возможных входных значений измеряемой величины в дискретный набор значений.
Следует отметить, что определенное количество информации всегда теряется во время дискретизации и квантования. Степень различия оригинала и цифрового изображения зависит от качества компьютерного изображения.
Считается, что человеческий глаз способен различать около 16 миллионов оттенков цвета. Но как объяснить, например, компьютеру, что один объект красный, а другой розовый? В чем разница между этими двумя цветами, которые мы, в отличие от устройства, хорошо различаем на глаз. Для формального описания цвета были разработаны несколько цветовых моделей и связанных с ними методов кодирования.
Название этой модели происходит от названий трех основных цветов, используемых в модели - красного, зеленого, синего, а точнее их первых букв. Эта цветовая модель описывает, как цвет воспроизводится на экране монитора или телевизора, то есть на устройстве, содержащем электронно-лучевую трубку. Модель аддитивная (цвет получается сложением точек трех основных цветов, каждый со своей яркостью). Причем яркость каждого основного цвета может принимать значения от 0 до 255 (256 значений), таким образом, модель может кодировать 2563 или около 16,7 миллиона цветов. Эти триады основных цветов (светящиеся точки) расположены очень близко друг к другу, поэтому, когда мы смотрим на эти триады светящихся точек, каждая тройка сливается для нас в большую точку определенного цвета. Чем выше яркость цветной точки, тем больше этого цвета будет добавлено к получившейся (тройной) точке.
При минимальной совокупной яркости базовых точек, а точнее равной нулю, мы получаем черную точку. В противном случае, когда яркость будет максимальной (255), мы получим белую точку при добавлении базовых точек. Когда все яркости основных цветов одинаковы, мы получаем серую точку (чем выше значение яркости, тем светлее точка). Точку любого красивого насыщенного цвета можно получить, смешивая базовые цвета одного цвета гораздо реже, чем двух других. Например, сиреневый цвет получается, если мы возьмем максимально равное количество красного и синего цветов и не возьмем зеленый, а желтый - путем смешивания красного и зеленого. В этой модели используются устройства графического ввода, такие как сканер, цифровая камера и устройство вывода (монитор). Кодирование RGB - лучший способ описать цвет, излучаемый таким устройством, как монитор. Когда мы смотрим на изображение, напечатанное на бумаге, ситуация совершенно иная. Мы воспринимаем не прямые лучи источника, которые попадают нам в глаза, а лучи, отраженные от поверхности. Белый свет, излучаемый определенным источником (например, солнцем или лампочкой) и содержащий волны всего видимого спектра, попадает на бумагу, покрытую чернилами. В этом случае краска как бы поглощает часть лучей (их энергия расходуется на нагрев), а остальные воспринимаются нашими глазами, это тот цвет, который мы видим.
Цветовая модель CMY
Эта модель построена с использованием 3 дополнительных цветов - голубого, фиолетового и желтого (англ. Cyan - голубой, Magenta - фиолетовый, Yellow - желтый) и используется при печати изображения. Значения C = M = Y = 0 соответствуют белому цвету, поскольку чернила не наносятся на белую бумагу и все лучи отражаются. Когда мы добавляем синий, красные лучи поглощаются, оставляя только синий и зеленый. А если сверху все покрыть желтой краской, она, в свою очередь, поглотит синие лучи, останется только зеленый. При смешивании синей, фиолетовой и желтой красок, по идее, она должна получиться черной, так как все лучи поглощаются. Но на практике так не получается. Структура красок не всегда идеальна, может быть небольшое присутствие каких-то примесей, поэтому вместо черного часто получается грязно-коричневый. Он также использует больше чернил при печати черных областей. Также следует учитывать, что обычно принтеры часто печатают черный текст, а цветные чернила дороже черных. Для решения этой проблемы в набор цветов был добавлен черный цвет, так называемый ключевой цвет (English Key color), поэтому получившаяся модель получила обозначение CMYK. Изображение, которое печатают большинство принтеров, состоит из точек этих 4 цветов, которые очень близки друг к другу. Это создает визуальное впечатление, что узор состоит из разных цветов. Цветные несветящиеся объекты поглощают часть спектра белого света, который их освещает, и отражают остальную часть излучения. В зависимости от области спектра, в которой происходит поглощение, объекты отражают разные цвета (окрашенные в них). Цвета, в которых белый свет используется для удаления определенных частей спектра, называются субтрактивными. Для их описания используется субтрактивная модель CMY (голубой, пурпурный, желтый). В этой модели основные цвета формируются путем вычитания аддитивных основных цветов модели RGB из белого. То есть будет три основных субтрактивных цвета: голубой (белый минус красный), пурпурный (белый минус зеленый), желтый (белый минус синий). При смешивании двух субтрактивных компонентов полученный цвет темнеет (поглощается больше света, наносится больше краски). Таким образом, смешивание максимальных значений всех трех компонентов должно привести к черному цвету. Если чернил совсем нет (нулевые значения компонентов), цвет будет белым (белая бумага). Смещение равных значений трех компонентов даст нам оттенки серого. Эта модель используется в полиграфии и является там основной. Пурпурный, голубой, желтый составляют так называемую триаду печати, и при печати чернилами этих цветов большая часть видимого цветового спектра воспроизводится на бумаге. Однако настоящие краски имеют примеси, их цвет может быть не идеальным, и смешивание трех базовых красок, которые должны давать черный цвет, приводит к неопределенному грязно-коричневому цвету. Кроме того, для достижения интенсивных оттенков черного необходимо увеличить количество чернил каждого цвета, наносимого на бумагу во время печати, что приведет к заболачиванию бумаги и ухудшению качества печати. Кроме того, использование большого количества краски неэкономично. В базовые чернила (и в модель) был добавлен черный цвет для улучшения качества печати. Это позволило добавить к названию модели CMYK последнюю букву, пусть и не совсем обычную: C для голубого, M для пурпурного, Y для желтого. Черная составляющая сводится к букве К, потому что эти чернила - главный, ключевой (ключ) в процессе цветной печати. Таким образом, количество компонентов увеличилось до 4. Как и в модели RGB, количество каждого компонента может быть выражено в процентах или градациях от 0 до 255, но для кодирования цвета одного пикселя требуется 32 бита (4 байта). , , Примечание 1 Любое компьютерное изображение, помимо своих геометрических размеров и разрешения (точек на дюйм), характеризуется максимально возможным количеством цветов в зависимости от использования цветов. Максимальное количество цветов, которое можно использовать в этом типе изображения, называется глубиной цвета. Помимо полноцветного, существуют типы изображений с разной глубиной цвета - черно-белая линия, оттенки серого, индексированный цвет. Некоторые типы изображений имеют одинаковую глубину цвета, но различаются цветовой моделью. Для описания черно-белой штриховой графики на каждый пиксель изображения достаточно 1 бита.
Растровая и векторная графика
Техника формирования изображения из точек разного цвета является наиболее распространенной и называется растровой. Но помимо растровой графики в компьютерах используется еще и так называемая векторная графика. Векторные изображения создаются только на компьютере и формируются не из пикселей, а из графических примитивов (линий, многоугольников, окружностей и т. Д.). Векторная графика - это рисованная графика. Он очень удобен для компьютерного «рисования» и широко используется дизайнерами при графическом дизайне полиграфической продукции, в том числе при создании огромных рекламных баннеров. Векторное изображение в двоичном коде записывается как набор примитивов с указанием их размера, цвета заливки, расположения.
Кодирование чисел
Числовую информацию компьютер обрабатывает в двоичной системе счисления. Таким образом, числа в компьютере представлены последовательностью цифр 0 и 1, называемых битами (бит – один разряд двоичного числа). В начале 1980-х гг. процессоры для персональных компьютеров были 8-разрядными, и за один такт работы процессора компьютер мог обработать 8 бит, т.е. максимально обрабатываемое десятичное число не могло превышать 111111112 (или 25510). Последовательность из 8-ми бит называют байтом, т.е. 1 байт = 8 бит. Затем разрядность процессоров росла, появились 16-, 32- и, наконец, 64-разрядные процессоры для персональных компьютеров, соответственно возросла и величина максимального числа, обрабатываемого за один такт.
Использование двоичной системы для кодирования целых и действительных чисел позволяет с помощью 8 разрядов кодировать целые числа от 0 до 255, 16 бит дает возможность закодировать более 65 тыс. значений.
В ЭВМ применяются две формы представления чисел:
Естественная форма, или форма с фиксированной запятой. В этой форме числа изображаются в виде последовательности цифр с постоянным для всех чисел положением запятой, отделяющей целую часть от дробной, например +00456,78800; +00000,00786; -0786,34287. Эта форма неудобна для вычислений и применяется только как вспомогательная для целых чисел;
Нормальная форма, или форма с плавающей точкой. В этой форме число выражается с помощью мантиссы и порядка как N = ±Μ • Р±r, где Μ – мантисса числа (|M| < 1), r – порядок числа (целое число), Р – основание системы счисления. Приведенные выше числа в нормальной форме будут представлены как +0,456788 • 103, +0,786 102, -0,3078634287 • 105.
Нормальная форма представления обеспечивает большой диапазон отображения чисел и является основной в современных ЭВМ. Все числа с плавающей запятой хранятся в ЭВМ в нормализованном виде. Нормализованным называют такое число, старший разряд мантиссы которого больше нуля.
В памяти ЭВМ для хранения чисел предусмотрены форматы: слово – длиной 4 байта, полуслово – 2 байта, двойное слово – 8 байт.
Разрядная сетка для чисел с плавающей запятой имеет следующую структуру:
1) нулевой разряд – это знак числа;
2)с 1-го по 7-й разряд – записывается порядок в двоичном коде;
3)с 8-го по 31-й – указывается мантисса.
Кодирование звука
Цифровой код - это аналоговый звуковой сигнал, представленный дискретными числовыми значениями его амплитуды.
Оцифровка звука - это технология с разделенными временными шагами и последующей записью полученных значений в числовой форме. Другое название оцифровки звука - аналого-цифровое преобразование звука. Оцифровка звука включает два процесса. Выборка сигнала с течением времени и процесс амплитудного квантования. Основная трудность при оцифровке - невозможность записать измеренные значения сигнала с идеальной точностью (хотя, согласно теореме Шеннона и Котельникова, это возможно).
Количество измерений величины сигнала, выполняемых за единицу времени, называется частотой дискретизации или частотой дискретизации, или частотой дискретизации (от английского «sampling» - «выборка»). Чем меньше шаг дискретизации, тем выше частота дискретизации и тем более точное представление сигнала мы получим.Кодирование или оцифровка, в результате чего значение каждой квантованной выборки представляется в виде числа, соответствующего порядковому номеру уровня квантования.Происходит это так: непрерывный аналоговый сигнал «разрезается» на участки с частотой дискретизации, получается цифровой дискретный сигнал, который проходит процесс квантования с определенной битовой глубиной, а затем кодируется, то есть заменяется последовательностью кодовых символов. Для записи звука в полосе частот 20-20 000 Гц требуется частота дискретизации 44,1 и выше (в настоящее время существуют АЦП и ЦАП с частотой дискретизации 192 и даже 384 кГц). Для получения качественной записи достаточно 16 бит, но для расширения динамического диапазона и улучшения качества записи звука используется 24 (реже 32) бит.
Есть много разных способов хранения цифрового звука. Оцифрованный звук - это набор значений амплитуды сигнала, измеряемых через равные промежутки времени.Блок оцифрованной звуковой информации можно записать в файл без изменений, то есть с последовательностью чисел - значений амплитуды. В этом случае есть два способа хранения информации;
Первый - это ИКМ (импульсно-кодовая модуляция), метод цифрового кодирования сигнала путем записи абсолютных значений амплитуд. (Так записываются данные на всех аудио компакт-дисках.)
Второй - ADPCM (Adaptive Delta PCM - адаптивная относительная импульсно-кодовая модуляция) - запись значений сигнала не в абсолютных, а в относительных изменениях амплитуд (приращений).Вы можете сжать свои данные, чтобы они занимали меньше памяти, чем в исходном состоянии. Здесь также есть два пути.
Кодирование без потерь - это метод кодирования звука, который позволяет полностью восстанавливать данные из сжатого потока. Он используется, когда особенно важно сохранить исходное качество данных. Существующие сегодня алгоритмы кодирования без потерь (например, Monkeys Audio) позволяют уменьшить объем занимаемых данных на 20-50%, но при этом обеспечить стопроцентное восстановление исходных данных, полученных после сжатия.
Кодирование с потерями-здесь цель добиться схожести звучания восстановленного сигнала с оригиналом при минимально возможном размере сжатого файла. Это достигается за счет использования алгоритмов, которые «упрощают» исходный сигнал (удаляют из него «второстепенные» слышимые детали). Это приводит к тому, что декодированный сигнал перестает быть идентичным оригиналу, а только «звучит как». Существует множество методов сжатия, а также программ, реализующих эти методы. Самые известные из них - MPEG-1 Layer I, II, III (последний - всем известный MP3), MPEG-2 AAC (расширенное кодирование звука), Ogg Vorbis, Windows Media Audio (WMA), TwinVQ (VQF)., MPEGPlus., ТАС и другие. В среднем степень сжатия, обеспечиваемая такими кодировщиками, находится в диапазоне 10-14 (раз). Все кодеры с потерями основаны на так называемой психоакустической модели. Именно этим «упрощением» исходного сигнала она занимается. Степень его «упрощения» зависит от степени сжатия исходного сигнала - сильная компрессия достигается за счет «воинственного упрощения» (когда кодировщик игнорирует многие нюансы). Такое сжатие приводит к значительной потере качества, поскольку могут быть удалены не только едва различимые, но и важные детали звука.
Заключение
Для современного периода характерно новое соотношение двух сторон информационного общества - информационных ресурсов и информационных потребностей. На основе анализа этих сторон показана динамика и возможные сценарии дальнейшего развития общества в период информационного взрыва. Сделан вывод, что инерционное саморазвитие информационных ресурсов должно быть уравновешенно научно-обоснованной информатизацией образования, направляющей информационное общество на стабильный путь. Рост количества информации и повышение ее значения во всех сторонах жизнедеятельности человека привел к вложению огромных средств и сил в развитие возможностей информационно-компьютерных инфраструктур в обществе. Научный поиск дал стимул техническому перевооружению этой сферы и привел к столь стремительному возрастанию информационно-компьютерных возможностей и к новому витку роста количества информации, что подавляющее большинство из них остается не востребованным. Множество информационных структур, пронизывая систему образования составляет единую информационно-компьютерную и научную инфраструктуру системы образования, которая в настоящее время активно развивается. Интенсивный рост возможностей компьютерной техники и явное запаздывание ее теоретического осмысления в педагогике привели к тому, что преобладание бытового понимания и использования информационно-компьютерных систем в настоящее время вызвало стихийный перекос основ информационного общества, опасную однобокость и извращение самой идеи информатизации. Выравнивание сложившейся ситуации должно осуществляться на прочном научно-обоснованном фундаменте информационно-компьютерной подготовки современного человека.