Кодирование графических данных

С 80-х годов интенсивно развивается технология обработки на компьютере графических данных. Компьютерная графика позволяет создавать и редактировать рисунки, схемы, чертежи, преобразовывать изображения (фотографии, слайды и т.д.), представлять статистические данные в форме деловой графики, создавать анимационные модели (научные, игровые и т.д.), обрабатывать «живое видео».

Графика на экране монитора представляется в виде изображения, которое формируется из точек (пикселей), образующих характерный узор называемый растром. Объем растрового изображения определяется умножением количества пикселей на информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов. Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора. Чем она выше, то есть больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения. В современных ПК в основном используют следующие разрешающие способности экрана: 640 на 480, 800 на 600, 1024 на 768 и 1280 на 1024 точки.

Поскольку линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных. В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) каждая точка экрана может иметь лишь два состояния — «черная» или «белая», т.е. для хранения ее состояния необходим 1 бит.

Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета (бит на точку: 4, 8, 16, 24). Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, и тогда по формуле N = 2^I может быть вычислено количество цветов, отображаемых на экране монитора.

Все многообразие красок на экране получается путем смешения трех основных цветов: красного (Red R), зеленого (Green G) и синего (Blue B) – принцип декомпозиции. Такая система кодирования называется системой RGB.

Каждый пиксель на экране состоит из трех близко расположенных элементов, светящихся этими цветами. Код цвета пикселя содержит информацию о доле каждого базового цвета. Если все три составляющие имеют одинаковую интенсивность (яркость), то из их сочетаний можно получить 8 различных цветов (2³).

Кодировка 8-цветной палитры с помощью трехразрядного двоичного кода. Наличие базового цвета обозначено единицей, а отсутствие нулем:

Шестнадцатицветная палитра получается при использовании 4-разрядной кодировки пикселя: к трем битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трёх цветов одновременно. 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).

Еще большее количество цветов получается при раздельном управлении интенсивностью каждого базового цвета. Причем интенсивность может иметь более двух уровней, если для кодирования каждого из базовых цветов выделять больше одного бита.

Если для кодирования яркости каждой из основных составляющих использовать по 256 значений, то для кодирования одной точки необходимо 24 разряда. Такой режим называется полноцветным (true color), он обеспечивает 16,5 млн. цветов.

Общепринятым на сегодняшний день считается представление черно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета, значит для кодирования точки любой яркости достаточно 8 бит.

При кодировании цветных изображений с помощью 8 бит можно передать только 256 цветовых оттенков. Такой метод называется индексным. Код каждой точки представляет не сам цвет, а его номер (индекс) в справочной таблице, называемой палитрой, которая прикладывается к графическим данным.

Каждому из основных цветов можно поставить в соответствие дополнительный цвет, дополняющий основной до белого. Такими цветами являются: голубой (Cyan C), пурпурный (Magenta M) и желтый (Yellow Y). К ним также можно применить принцип декомпозиции. Такой метод кодирования принят в полиграфии, но при этом используется еще один цвет – черный (Black K). Данная система кодирования обозначается буквами CMYK. Для кодирования одной точки необходимо уже 32 разряда. Такой режим также называется полноцветным (true color).

При уменьшении количества двоичных разрядов до 16, можно сократить объем данных, но и диапазон кодируемых цветов заметно сократиться. Такой режим называется (High Color).

Двоичный код изображения, выводимого на экран, хранится в видеопамяти. Видеопамять – это электронное энергозависимое запоминающее устройство. Размер видеопамяти зависит от разрешающей способности дисплея и количества цветов. Но ее минимальный объем определяется так, чтобы поместился один кадр (одна страница) изображения, т.е. как результат произведения разрешающей способности монитора на число битов, отводимых на 1 пиксель.