Билет № 4

1. Дискретное представление информации: кодирование цветного изображения в компьютере (растровый подход). Представление и обработка звука и видеоизображения. Понятие мультимедиа.

Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. В компьютере информация хранится в дискретной форме. Графическая и звуковая информация из аналоговой формы в дискретную преобразуется путем дискретизации, т.е разбиения непрерывного графического изображения и непрерывного звукового сигнала на отдельные элементы.

Кодирование цветного изображения в компьютере(растровый подход).

В результате процесса дискретизации, графическую информацию можно хранить в памяти компьютера в виде двоичных кодов (в цифровом виде). При оцифровке изображения оно делится на такие крошечные ячейки, что глаз человека их не видит, воспринимая все изображение как целое. Сама сетка получила название растровой карты (или растра), а ее единичный элемент называется пикселем. Пиксели подобны зернам фотографии и при значительном увеличении они становятся заметными. Качество изображения на экране монитора определяется количеством точек, из которых оно складывается. Этот показатель называется разрешающей способностью. Чем больше разрешающая способность, т. е. чем большее количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения. В современных персональных компьютерах обычно используются следующие разрешающие способности экрана: 800 х 600, 1024 х 768, 1280 х 1024 точки.

Для черно-белого изображения пиксель может принимать только два значения: белый и черный (светится – не светится), а для его кодирования достаточно одного бита памяти: 1 - белый, 0 - черный. Такое изображение называют монохромным (черно-белым).

Пиксель на цветном изображении может иметь различную окраску. Если для кодировки одной точки (пикселя) отвести четыре бита, то можно закодировать 2⁴=16 различных цветов, отвечающих комбинациям битов от 0000 до 1111. Если отвести 8 битов - то такой рисунок может содержать 2⁸=256 различных цветов (от 00000000 до 11111111), 16 битов - 2¹⁶= 65 536 различных цветов. И, наконец, если отвести 24 бита, то потенциально рисунок может содержать 2²⁴= 16 777 216 различных цветов и оттенков.

Количество различных цветов - К и количество битов для их кодировки - i связаны между собой простой формулой: 2ⁱ = К.

Количество битов, используемых для кодирования цвета точки, называется глубиной цвета.

Ясно, что качество кодирования изображения определяется разрешающей способностью экрана и глубиной цвета.

Совокупность всех используемых цветов называется палитрой цветов. Цветное изображение на экране формируется за счет смешивания трех базовых компонентов. Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью. В компьютерной графике применяются три цветовые модели RGB, CMYK, HSB.

Цветовая модель RGB используется для излучаемого цвета, т.е. при подготовке экранных документов. Любой цвет можно представить в виде комбинации трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Эти цвета называются цветовыми составляющими. Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем ярче этот цвет.

Цветовая модель CMYK используется при работе с отраженным светом, т.е. для подготовки печатных документов. Цветовыми составляющими этой модели являются цвета: голубой (Cyan), лиловый (Magenta), желтый (Yellow) и черный (BlacK).

Cоставляющими модели HSB являются: тон (Hue) - конкретный оттенок цвета, насыщенность (Saturation) – интенсивность или чистота цвета, яркость цвета (Brightness). Модель HSB хорошо согласуется с моделью восприятия цвета человеком, поэтому её удобно применять при создании изображения, а по окончании работы изображение можно преобразовать в модель RGB или CMYK.

Представление и обработка звука и видеоизображения.

В основе кодирования звука с использованием ПК лежит – процесс преобразования колебаний воздуха в колебания электрического тока и последующая дискретизация аналогового электрического сигнала. Кодирование и воспроизведение звуковой информации осуществляется с помощью специальных программ (редактор звукозаписи).

Качество кодирования звука зависит от:

1) глубины кодирования звука - количество уровней звука

2) частоты дискретизации – количество изменений уровня сигнала в единицу времени (как правило, за 1 сек).

Представление видеоинформации

В последнее время компьютер все чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей такой работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов. Следует четко представлять, что обработка видеоинформации требует очень высокого быстродействия компьютерной системы. Что представляет собой фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Кроме того, для создания на экране эффекта движения используется дискретная по своей сути технология быстрой смены статических картинок. Исследования показали, что если за одну секунду сменяется более 10-12 кадров, то человеческий глаз воспринимает изменения на них как непрерывные.

Казалось бы, если проблемы кодирования статистической графики и звука решены, то сохранить видеоизображение уже не составит труда. Но это только на первый взгляд, поскольку, при использовании традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получается слишком большой. Достаточно очевидное усовершенствование состоит в том, чтобы первый кадр запомнить целиком (в литературе его принято называть ключевым), а в следующих сохранять только отличия от начального кадра (разностные кадры).

Существует множество различных форматов представления видеоданных.

В среде Windows, например, уже боле 10 лет (начиная с версии 3.1) применятся формат Video for Windows, базирующийся на универсальных файлах с расширением AVI (Audio Video Interleave - чередование аудио и видео). Большое распространение получила технология под названием DivX (происходит от сокращения слова Digital Video Express). Благодаря DivX удалось достигнуть степени сжатия, позволившей вместить качественную запись полнометражного фильма на один компакт диск - сжать 4,7 Гб DVD-фильма до 650 Мб.

Понятие мультимедиа.

Мультимедиа – это собирательное понятие для различных компьютерных технологий, использующих динамические (движущиеся) изображения и звуковые эффекты. Само слово “мультимедиа“ происходит от двух латинских корней multi – много и media – средство. Использование видео- и аудиоэффектов обеспечивает наглядность представления информации, позволяет преподносить ее в более привлекательном с эстетической точки зрения виде. Примерами программных систем, широко использующих средства мультимедиа, являются системы подготовки презентаций, обучающие системы, в том числе компьютерные тренажеры и виртуальные лаборатории, компьютерные энциклопедии, фоно- и видеотеки, игры.

Основными объектами мультимедиа в настоящее время являются записи звука и динамических изображений, представленные в различных цифровых форматах.

Практически все программные системы, использующие мультимедиа-объекты, являются интерактивными, то есть ведущими интенсивный диалог с пользователем, поэтому для них очень важна возможность не только качественного, но и быстрого воспроизведения звука и изображений.

Широко распространены программы, служащие для воспроизведения объектов мультимедиа. Такие программы называются проигрывателями или плеерами (от английского «player»).