Як закодувати двійковим кодом художнє полотно?

Складно уявити сучасні цифрові пристрої без графічного інтерфейсу та звукового супроводу. Комп'ютери допомагають створювати, змінювати, зберігати та поширювати різноманітні зображення. Більшість людей постійно обмінюються світлинами, поширюють їх у соціальних мережах тощо. Тобто величезна частка інформації зберігається, опрацьовується та передається в графічному вигляді. Те саме стосується і звукових даних.

Завдання № 1

1. Опрацюй інформацію.

Сканер — це пристрій, за допомогою якого можна ввести будь-яку графічну інформацію із паперового носія в пам'ять комп'ютера.

Принцип роботи сканера

Під склом розміщуються кілька дзеркал, спрямованих під певним кутом (2), світлочутливі датчики (4), лінзи (3) і невелике джерело світла (1), яке прикріплене на рухому візку. Цей візок рухається вздовж всього документа. Світло відбивається від аркуша, що сканується, і, пройшовши через систему дзеркал і лінз, спрямовується на світлочутливі датчики.

Інформація про колір, який відбиває кожна точка в документі, передається на основний пристрій, перетворюється та надсилається на комп'ютеру вигляді цифрової копії щойно відсканованого документа.

2. Зроби висновки.

Під час сканування суцільне зображення_променями світла

на маленькі_. Кожна_має свій_, інформація

про який зберігається у комп'ютері за допомогою_коду.

Завдання № 2

1. Запропонуй свою таблицю кодування для кожного зображення. У ній потрібно вказати двійкові коди для всіх кольорів, які є на зображенні.

2. Спробуй визначити, скільки бітів знадобиться для зберігання кожного малюнка за допомогою запропонованих кодів.

Завдання № З

Розглянь зображення. Поміркуй і дай відповіді:

• У якій системі числення подано коди кольорів?

• Скільки бітів використовується для збереження інформації про кожен колір?

• Скільки всього кольорів можна закодувати за допомогою такої кількості бітів?

• Дізнайся з рубрики «Запитання-відповіді» про кодування кольорів і назви колірну модель, яку використано для кодування. Інтенсивність якого кольору в кожному коді позначено першою парою символів, другою та третьою?

Завдання № 4

Об'єднайтесь у пари. Перегляньте вміст за QR-кодами і спробуйте здогадатися, яке з трьох інформаційних повідомлень має найменший обсяг, яке — середній, а яке — найбільший. Відповідь аргументуйте.

Завдання № 5

Запропонуй таблицю двійкового коду для кодування ось такого повідомлення:

Запиши це повідомлення за допомогою твого коду.

Завдання № 6

1. Намалюй на окремому аркуші паперу або втексто-вому/табличному процесорі таблицю за зразком.

2. Відкрий графічний редактор, наприклад Paint, та дізнайся, який колір буде отримано, якщо встановити вказану в таблиці інтенсивність складових кольору.

Завдання № 7

1. Відкрий графічний редактор Paint, створи зображення, подібне до поданого, та збережи його в трьох різних форматах:

• «Зберегти як...» — 24-розряд-ний малюнок bmp

• «Зберегти як...» — 1б-колірний малюнок bmp

• «Зберегти як...» — монохромний малюнок bmp

2. Переглянь та порівняй обсяги отриманих файлів.

3. Зроби висновки: чим більше кольорів у зображенні, тим _, оскільки

на кодування кожного пікселя

BMP — bitmap-формат — формат файлу зображень растрової графіки, в якому зображення зберігається у вигляді набору чисел, що кодують колір кожного пікселя.

ЗАПИТАННЯ-ВІДПОВІДІ

Як кодуються графічні дані?

Основними форматами збереження зображень є растровий і векторний.

У найпростішому растровому форматі BMP (від англ. Bitmap — бітова карта) зображення під час кодування поділяється на прямокутну матрицю маленьких точок (пікселів), яку називають растром. Кожен піксель растру кодується послідовністю бітів. Довжина коду кожного пікселя залежить від кількості кольорів у зображенні.

У форматі BMP зображення кодується без втрат даних. В інших популярних форматах, наприклад)РЕО або PNG, система кодування є складнішою й деяка інформація про зображення може втрачатися (часто — непомітно для ока). Однак обсяг файлів зображень у цих форматах, як правило, значно менший за обсяг ВМР-файлу.

Векторний метод кодування графічноїінформаціїбазується на математичному описі графічних примітивів (квадрат, прямокутник, трикутник тощо) та їхніх властивостей (зафарбування, контур, товщина контуру тощо).

Як кодуються кольори в зображенні?

Будь-який колір визначається як комбінація кількох (найчастіше — трьох) параметрів. Які саме це будуть параметри, визначає колірна модель. Розглянемо найуживаніші колірні моделі.

RGB — Red (червоний). Green (зелений). Blue (блакитний). Ця модель базується на тому факті, що будь-який колір можна подати як поєднання в різних пропорціях трьох основних кольорів, що випромінюються, — червоного, зеленого та синього. Використовується для відтворення зображень на екрані.

CMYK — Cyan (блакитний). Magenta (пурпуровий). Yellow (жовтий), blacK (чорний). Такий метод кодування кольору прийнятий у поліграфії, адже майже кожен колір поверхні (тобто колір, що відбивається) можна подати як поєднання в різних пропорціях блакитного, пурпурового та жовтого. Однак чистого чорного кольору в такий спосіб не отримати, й тому він вводиться як окрема компонента.

HSB — Hue (відтінок). Saturation (насиченість). Brightness (яскравість).

Ця модель найбільше відповідає способу сприйняття кольорів людським оком. Регулюючи відтінок, насиченість та яскравість, можна отримати багато довільних кольорів, як і при роботі з іншими моделями. Колірна модель HSB зручна для застосування в тих графічних редакторах, які орієнтовані не на обробку готових зображень, а на створення їх власноруч.

Кількість бітів, які використовуються для кодування одного пікселя, називається глибиною кольору.

Палітра — набір кольорів, які можуть бути використані у зображенні.

Наприклад, для подання чорно-білих ілюстрацій використовується палітра з 256 градацій сірого кольору.

Глибина кольору та кількість кольорів у палітрі взаємопов'язані: якщо глибина кольору становить п бітів, то палітра містить 2" кольорів.

Глибину кольору, палітру та колірну модель можна вибрати в графічному редакторі під час створення чи збереження зображення:

Найпоширенішими режимами опрацювання повноколірних зображень є True Color та High Color. Вони відрізняються кількістю бітів, які призначено для кодування одного пікселя, та, відповідно, кількістю можливих кольорів у зображенні.

Як кодується звук?

Звук є хвилею, яка характеризується амплітудою (висотою хвилі) та частотою коливань. Ці показники постійно змінюються. Чим більшою є амплітуда, тим звук голосніший, а зі зростанням частоти підвищується звуковий тон. І хоча звукові хвилі в нашому довкіллі абсолютно різноманітні, навіть складні сигнали досить точно можна подати у вигляді простих коливань.

Відтворення комп'ютером реальної звукової хвилі

Звукові хвилі, що нас оточують, є неперервними, тобто з плином часу змінюються плавно. А в комп'ютері неперервних величин не існує, адже значення бітів не змінюється плавно; воно може тільки «стрибати» з 0 на 1 чи навпаки. Величини, що можуть набувати лише скінченну кількість значень, називаються дискретними. Усі величини в комп'ютері — дискретні і цим комп'ютер не схожий на життя.

Неперервні сигнали, що існують в довкіллі, називають також аналоговими, а дискретні сигнали в комп'ютерних пристроях — цифровими. Таким чином, щоб справжні звукові хвилі опрацьовувати на комп'ютері, їх потрібно перетворити з аналогової форми на цифрову, тобто оцифрувати. Таке перетворення полягає в поділі часу на маленькі проміжки, на кожному з яких визначається один рівень гучності (амплітуда). Кількість таких проміжків протягом 1 секунди називається частотою дискретизації.

У разі двійкового кодування звуку за допомогою послідовності з п бітів можна закодувати 2" рівнів гучності в діапазоні від нульового (звук відсутній) до найгучнішого. Кількість бітів, що призначені для кодування одного рівня гучності, називається глибиною звуку. Сучасні звукові карти забезпечують, наприклад, 1 б-бітну глибину кодування звуку, тобто 2¹⁶ = 65536 рівнів гучності, і навіть 24-бітну.

Обсяг звукового файлу можна визначити за формулою

де Т — тривалість звучання в секундах,

F— частота дискретизації в Гц,

N — глибина звуку в бітах,

+ R — режим запису (R = 1 для монозапису, R = 2 для стереозапису).

Чим вищі частота дискретизації і глибина звуку, тим точніше будуть перетворені звукові сигнали. При цьому пропорційно збільшуватиметься і розмір звукового файлу.

Замість кількох показників, якість звуку найчастіше вимірюється одним, що дорівнює добутку F*N*R. Його називають бітрейтом і вимірюють в кілобітах на секунду (1 кбіт = 1000 бітів). Бітрейт 192 кбіт/с вважається прийнятним серед невибагливих любителів музики.

Схема кодування та декодування звуку

ЦАП — цифро-анало-говий перетворювач

АЦП — аналогово-цифровий перетворювач

ПЕРЕВІР СЕБЕ

1. Продовж фразу.

• Для виведення зображення на екран використовують колірну модель _, а для друку — модель_.

• Якщо кожен піксель растрового зображення кодують 1 байтом,

а розмір растру у пікселях становить 800 х 600, то файл зображення у форматі BMP матиме обсяг_Мбайт.

• Чим більшою є палітра зображення, тим більше_використовується для кодування кольору кожного_.

• Обсяг звукового файлу залежить від_.

• Файл однохвилинного звукозапису з бітрейтом 192 кбіт/с займатиме _Мбайт.

2. Вкажи, які твердження є істинними.

• Для кодування звуку період звучання ділиться на дрібні відрізки і для кожного зберігається амплітуда звуку.

• Існують лише двійкова, вісімкова, десяткова та шістнадцяткова система числення.

• Для кодування будь-якої інформації в комп'ютері використовують десяткову систему числення.

• Під час кодування зображення поділяється на пікселі, кожний із яких має тільки один колір, що позначається унікальним кодом.

3. Розглянь фрагмент одного із діалогових вікон відомого графічного редактора. Які властивості зображення можна змінити у цьому діалоговому вікні? Як ці налаштування пов'язані з обсягом файлу зображення?

4. На аркуші в клітинку намалюйте два зображення, які будуть різні за розмірами та кількістю кольорів, але рівні за обсягом файлу, якщо їх зберігати у форматі BMP. Вважай, що кожному пікселю відповідає

1 клітинка, а для кодування кольорів використовується мінімально необхідна кількість бітів.

5. Які переваги та недоліки має растрова графіка порівняно з векторною?

 

 

Це матеріал з підручника Інформатика 8 клас Коршунова (2021)