Представление изображений.

В современных компьютерных системах хранится не только текстовая и числовая информация, но и графическая, звуковая и видеоинформация. По сравнению с методами хранения символов и чисел способы представления этих данных находятся в развитии и, следовательно, не настолько стандартизированы.

Графическая и звуковая информация в ЭВМ представляется в дискретной форме. Преобразование информации из аналоговой формы в дискретную называется дискретизацией, при этом графическое изображение или звуковой сигнал разбивается на отдельные элементы и каждому элементу присваивается значение в виде кода.

В соответствии с методами, применяемыми для представления изображений, их можно разделить на две категории: растровые и векторные. Растровое изображение представляет собой набор точек (элементов изображения), которые называются пикселями. Самое простое представление такого изображения имеет вид длинной последовательности битов, каждый из которых равен 0 или 1 в зависимости от того, белого или черного цвета пиксель. Цветные изображения немного сложнее, так как каждый пиксель должен быть представлен комбинацией битов, обозначающей его цвет.

Многие современные внешние устройства компьютера, такие как факсы, видеокамеры и сканеры, конвертируют изображения в растровый формат. Эти устройства обычно представляют цвет пикселя в виде комбинации трех составляющих: красной, зеленой и синей, соответствующих трем основным цветам. Для представления интенсивности каждого цвета используется один байт, в то время как для представления целого пикселя изображения требуется три байта. Этот подход с использованием трех составляющих цвета используется также в мониторе компьютера, который отображает миллиарды пикселей, каждый из которых состоит из трех компонентов: красного, зеленого и синего. Качество графического изображения зависит от количества точек (пикселей) на единице площади. Этот параметр называется разрешением и измеряется в точках на дюйм — dpi. Расчет объема графической информации сводится к вычислению произведения количества точек на изображении на количество разрядов, необходимых для кодирования цвета одной точки. Например, для цветной картинки, составленной из 256 цветов в графическом режиме монитора 640 х 480, требуется объем видеопамяти, равный: 8 • 640 • 480 = 2457600 бит = 307200 байт = 300 Кбайт.

Формат, в котором одному пикселю соответствуют три байта, подразумевает, что для изображения, состоящего из 1024 рядов, содержащих 1024 пикселя каждый, потребуется несколько мегабайтов памяти. Используются методы GIF, JPEG для сжатия изображений до более приемлемого размера (например, пикселю могут быть приписаны 256 цветов, следовательно, значение каждого пикселя можно представить с помощью только одного байта, а не трех).

Растровые изображения выглядят реалистично, но при увеличении изображения появляется зернистость, требуется большой объем памяти для хранения изображений.

Векторное изображение представляет собой набор линий и дуг. Изображение строится с помощью математических описаний объектов (например, прямая описывается уравнением, окружность – координатами центра и радиусом). Все объекты имеют свойства: толщина, цвет, тип линий. Такое описание заставляет устройство само рисовать изображение, а не воспроизводить комбинацию пикселей. Информация о векторном изображении кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами. Различные шрифты, доступные в современных принтерах и мониторах, часто закодированы именно таким способом, для того чтобы сделать размер символа более гибким. Такие шрифты называются масштабируемыми шрифтами. Например, шрифт ТruеТуре представляет собой систему описания того, как следует рисовать символы в тексте. Векторный формат распространен в автоматизированном проектировании. Он позволяет создавать трехмерные объекты и управлять их отображением на мониторе. Однако векторный формат не обеспечивает фотографического качества изображений, которое доступно в растровом формате. Именно поэтому растровый формат используется в современных цифровых камерах, а основной сферой применения векторной графики является выполнение чертежей, схем, диаграмм и т.п.

Графические файлы могут иметь следующие форматы: .bmp – хранит информации о каждой точке изображения, .gif , .jpg, .tif – используется сжатие файла. [1, 2]

Представление звука.Звук представляет собой волну с непрерывно меняющимися амплитудой (характеризует громкость звука) и частотой (характеризует высоту звука). Тембр звука зависит от формы колебаний.

При наиболее распространенном способе кодирования звуковой информации амплитуда сигнала измеряется через равные промежутки времени, и записываются полученные значения. Этот способ кодирования, в котором частота дискретизации составляет от 8000 до 48000 отсчетов в секунду (от 8 до 48кГц), используется не первый год в дальней телефонной связи. Голос на одном конце канала кодируется в виде числовых значений, отражающих амплитуду звукового сигнала, восемь тысяч раз в секунду. Эти значения затем передаются по каналам связи.

Чем выше частота дискретизации, тем выше качество кодирования звука. Чтобы не было потерь на высоких частотах, частота дискретизации должна не менее чем в два раза превышать частоту верхней границы звукового диапазона. Поэтому для получения качественного звучания на современных музыкальных компакт-дисках используется частота дискретизации, равная 44 100 Гц (человек слышит звуки с частотой до 20кГц). Для данных, полученных при каждом отсчете, отводится 8 (256 уровней звукового сигнала), 16, 20 бит памяти. Следовательно, для хранения одной секунды звучания может потребоваться более миллиона битов.

Широко используется и более экономная система кодирования – цифровой интерфейс музыкальных инструментов (MIDI). В таком звуковом файле хранятся описания высоты и длительность звучания музыкальных инструментов. Система кодирует указания, как следует порождать музыку (т.е. какой инструмент должен играть, какую ноту и какой продолжительности). Музыка, записанная в этой системе, может звучать по-разному в исполнении различных синтезаторов.