Кодирование графической информации

Под графической информацией понимают рисунок, чертеж, фотографию и т.д. Впервые двоичное преставление графических данных было реализовано для больших ЭВМ в середине 50-х годов. Особенно интенсивно компьютерные технологии обработки графической информации начали развиваться с появлением персональных компьютеров. Появилась специальная область информатики – компьютерная графика, которая занимается разработкой методов и средств создания и обработки графических изображений.

Двоичная информация об изображении, выводимом на экран компьютера, хранится в видеопамяти компьютера. Создание и хранение графических объектов возможно в нескольких видах – в виде растрового, векторного и фрактального изображения. Отдельным видом считается 3D (трехмерная) графика, в которой сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

В графическом режиме экран монитора разделяется на мельчайшие точки, называемые пикселями (pixel, picture element), количество которых определяет разрешающую способность монитора и зависит от его типа и режима. Разрешающая способность экрана или разрешение – это произведение количества точек в строке на количество строк на экране. Чем выше разрешающая способность, тем выше качество изображения.

Любое графическое изображение хранится в видеопамяти как информация о каждой точке на экране. Такую форму представления графических изображений называют растровой. Каждая точка на экране может быть описана линейными координатами и такими свойствами, как яркость, цвет. Эти характеристики можно выразить с помощью целых чисел в двоичном коде.

Если на экран выводятся только черно-белые иллюстрации (без полутонов), то пиксель будет принимать одно из двух состояний: светится (белый) и не светится (черный). Два состояния пикселя можно закодировать одним двоичным разрядом (1 бит). Если же используются точки с 256 градациями серого цвета, то для кодирования яркости каждой точки потребуется уже восьмиразрядное двоичное число (8 бит).

В компьютерной графике важной характеристикой является цвет. Способы задания цвета пикселя могут быть различными. Для кодирования цвета используют несколько систем: RGB, HSB и CMYK.

На RGB-мониторах все разнообразие цветов получается сочетанием базовых цветов – красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue). Изменяя интенсивность (яркость) свечения базовых цветов, можно получить большое разнообразие оттенков.

При 256 градациях каждого основного цвета получим передачу 256 х 256 х 256 = 16 777 216 различных цветов. При этом цвет каждой точки кодируется 8 битами (1байтом), а на кодирование каждого цвета потребуется 24 бита = 3 байта. Например, черному цвету будет соответствовать минимальное значение (0, 0, 0), а белому – максимальное с координатами (255, 255, 255). Этот способ принято называть True Color, или полноцветным режимом.

Модель HSB характеризуется тремя компонентами: оттенок цвета (Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Регулируя эти компоненты, можно получить большое количество произвольных цветов. Данная цветовая модель используется в графических редакторах для создания изображений.

Цветовая модель CMYK используется при подготовке публикаций к печати, в которой каждому из основных цветов ставится в соответствие дополнительный цвет, дополняющий его до белого. Например, для красного является сочетание зеленого и синего, то есть голубой цвет и т.д. Таким образом, в этой системе основными цветами являются голубой (Cyan), пурпурный (Magenta), желтый (Yellow) и черный (blacK). Режим CMYK является полноцветным, но для кодирования цвета каждого пикселя в этом режиме требуется 32 бита (4 байта) памяти.

При записи изображения в память компьютера кроме цвета каждой точки необходимо хранить большое количество дополнительной информации: размеры рисунка, яркость точек и т.д. Способ кодирования необходимой информации при записи изображения образует графический формат. Наиболее известны растровые форматы, это BMP, GIF и JPEG.

Векторное изображение является многослойным и представляет собой совокупность графических примитивов, таких как точка, линия, прямоугольник, окружность, дуга и т.д. Базовым элементом изображения является линия. Каждый объект описывается математическими формулами, поэтому и объем данных для отображения объекта средствами векторной графики значительно меньше, чем в растровой графике. Информация о векторном изображении кодируется как символьно-цифровая и обрабатывается специальными программами.

Объекты векторного изображения, в отличие от растровой графики, могут изменять свои размеры без потери качества. При увеличении растрового изображения появляется эффект «зернистости».

Принцип кодирования фрактальной графики так же, как и векторной, основывается на математических вычислениях. Но в отличие от векторной ее базовым элементом является сама математическая формула. Это приводит к тому, что в памяти компьютера не хранится никаких объектов и изображение строится только по уравнениям. При помощи этого способа можно строить простейшие регулярные структуры, а также сложные иллюстрации.