Лекция: Двоичный код восьмицветной палитры

Биты в таком коде распределены по принципу «КЗС», т.е. первый бит отвечает за красную составляющую, второй – за зеленую, третий – за синюю. По этой теме ученики должны уметь отвечать на вопросы такого типа:

Смешиванием каких цветов получается розовый цвет?

Известно, что коричневый цвет получается смешиванием красного и зеленого цветов. Какой код у коричневого цвета?

При программировании цветных изображений принято каждому цвету ставить в соответствие десятичный номер. Получить номер цвета очень просто. Для этого его двоичный код, рассматривая как целое двоичное число, следует перевести в десятичную систему счисления. Тогда, согласно таблице, номер черного цвета – 0, синего – 1, зеленого – 2, и т.д. Белый цвет имеет номер 7. Полезными, с точки зрения закрепления знаний двоичной системы счисления, являются вопросы такого рода:

Не глядя в таблицу, назвать десятичный номер красного цвета.

Только после того, как ученики разобрались с восьмицветной палитрой, можно переходить к рассмотрению кодирования большего числа цветов. Таблица кодов 16-цветной палитры приведена в учебнике [12]. Это те же восемь цветов, но имеющие два уровня яркости. Управляет яркостью дополнительный четвертый бит – бит интенсивности. Структура 16-цветного кода «ИКЗС». Здесь И – бит интенсивности. Например, если в 8-цветной палитре код 100 обозначает красный цвет, то в 16-цветной палитре: 0100 – красный, 1100 – ярко-красный цвет; 0110 – коричневый, 1110 – ярко-коричневый (желтый).

Палитры большего размера получаются путем раздельного управления интенсивностью каждого из трех базовых цветов. Для этого в коде цвета под каждый базовый цвет выделяется более одного бита. Например, структура восьмибитового кода для палитры из 256 цветов такая: «КККЗЗЗСС», т.е по 3 бита кодируют красную и зеленую составляющие и 2 бита – синюю. В результате красная и синяя составляющие имеют по 8 (23) уровней интенсивности, а синяя – 4 (22). Всего: 8´8´4 = 256 цветов.

Связь между разрядностью кода цвета – b и количеством цветов – K (размером палитры) выражается формулой: K = 2b. В литературе по компьютерной графике величину b принято называть битовой глубиной цвета. Так называемая, естественная палитра цветов получается при b=24. Для такой битовой глубины палитра включает более 16 миллионов цветов.

При изучении данной темы следует раскрыть связь между величинами битовой глубины, разрешающей способностью графической сетки (размером растра) и объемом видеопамяти. Если обозначить минимальный объем видеопамяти в битах через Vm, разрешающую способность дисплея – M´N (M точек по горизонтали и N точек по вертикали), то связь между ними выразится формулой:

Vm = b´M´N

Полученная величина – это объем видеопамяти, необходимый для хранения одного кадра, одной страницы изображения. Практически всегда в современных компьютерах в видеопамяти помещается одновременно несколько страниц изображения.

При векторном подходе изображение рассматривается как совокупность простых элементов: прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, закрасок и пр., которые называются графическими примитивами. Графическая информация — это данные, однозначно определяющие все графические примитивы, составляющие рисунок.

Положение и форма графических примитивов задаются в системе графических координат, связанных с экраном. Обычно начало координат расположено в верхнем левом углу экрана. Сетка пикселей совпадает с координатной сеткой. Горизонтальная ось Х направлена слева направо; вертикальная ось Y — сверху вниз.

Отрезок прямой линии однозначно определяется указанием координат его концов; окружность — координатами центра и радиусом; многоугольник — координатами его углов, закрашенная область — граничной линией и цветом закраски и пр. Подробнее о векторной графике см. учебник [5], часть 2, а также [6].

Векторный формат изображения создается в результате использования графических редакторов векторного типа, например CorelDrow. Получаемая таким образом информация сохраняется в графических файлах векторного типа. Графические файлы растровых типов получаются при работе с растровыми графическими редакторами (Paint, Adobe Photoshop), а также в результате сканирования изображений. Следует понимать, что различие в представлении графической информации в растровом и векторном форматах существует лишь для графических файлов. При выводе на экран любого изображения, в видеопамяти формируется информация растрового типа, содержащая сведения о цвете каждого пикселя.

Представление звука. Современные компьютеры «умеют» сохранять и воспроизводить звук (речь, музыку и пр.). Звук, как и любая другая информация, представляется в памяти ЭВМ в форме двоичного кода.

В существующих учебниках по базовому курсу информатики тема представления звука в компьютере практически не освещена (этот материал имеется в некоторых пособиях для профильных курсов). В то же время, в требованиях обязательного минимума в последнее время стали включаться вопросы технологии мультимедиа. Как известно, звук является обязательной компонентой мультимедиа-продуктов. Поэтому дальнейшее развитие базового курса потребует включения в него темы представления звука. Кратко обсудим этот вопрос.

Основной принцип кодирования звука, так же, как и кодирования изображения, выражается словом “дискретизация”.

Для кодирования изображения дискретизация – это разбиение рисунка на конечное число одноцветных элементов – пикселей.И чем меньше эти элементы, тем меньше наше зрение замечает дискретность рисунка.

Физическая природа звука — колебания в определенном диапазоне частот, передаваемые звуковой волной через воздух (или другую упругую среду). Процесс преобразования звуковых волн в двоичный код в памяти компьютера:

звуковая волна МИКРОФОНпеременный электрический ток

АУДИОАДАПТЕР двоичный код ПАМЯТЬ ЭВМ

Процесс воспроизведения звуковой информации, сохраненной в памяти ЭВМ:

ПАМЯТЬ ЭВМ двоичный код АУДИОАДАПТЕР

электрический сигнал АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА звуковая волна

Аудиоадаптер(звуковая плата) – специальное устройство, подключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.

В процессе записи звука аудиоадаптер с определенным периодом измеряет амплитуду электрического тока и заносит в регистр двоичный код полученной величины. Затем полученный код из регистра переписывается в оперативную память компьютера. Качество компьютерного звука определяется характеристиками аудиоадаптера: частотой дискретизации и разрядностью.

Частота дискретизации – это количество измерений входного сигнала за 1 секунду. Частота измеряется в герцах (Гц). Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц. 1000 измерений за 1 секунду – 1 килогерц (кГц). Характерные частоты дискретизации аудиоадаптеров: 11кГц, 22кГц, 44,1 кГц. И др.

Разрядность регистра–число бит в регистре аудиоадаптера. Разрядность определяет точность измерения входного сигнала. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического сигнала в число и обратно. Если разрядность равна 8 (16), то при измерении входного сигнала может быть получено 28=256 (216=65536) различных значений. Очевидно, 16-разрядный аудиоадаптер точнее кодирует и воспроизводит звук, чем 8-разрядный.

Звуковой файл – файл, хранящий звуковую информацию в числовой двоичной форме. Как правило, информация в звуковых файлах подвергается сжатию.

Пример. Определить размер ( в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22.05КГц и разрешении 8 бит. Файл сжатию не подвержен.

Решение.

Формула для расчёта размера (в байтах) цифрового аудиофайла (монофоническое звучание): (частота дискретизации в Гц) ´( время записи в сек) ´ (разрешение в битах)/8

Таким образом, размер файла вычисляется так:

22050 ´ 10 ´ 8 / 8 = 220500 байт.