Домашнє завдання. Опрацювати параграф 2.1 - 2.2

Кодування графічної інформації

З появою графічних станцій у вигляді комп'ютера розпочався новий етап в освоєнні ПК -машини як засобу обробки графічної інформації. Адже комп'ютер здатний не тільки вирішувати обчислювальні завдання, але і показувати, візулізувати будь-які процеси на дисплеї. Графічний інтерфейс користувача став стандартом програмного забезпечення різних програмних областей. Можливо, це пов'язане з людською психікою: наочність сприяє швидкому вивченню і розумінню.

Кодування - це перетворення символів однієї знакової системи в іншу. Всі комп'ютерні зображення розділяють на два основні типи: растрові і векторні.

Відповідно розрізняють растровий і векторний формати графічних файлів, що містять інформацію графічного зображення. Растрові формати добре підходять для зображень зі складними гамами кольорів, відтінків і форм (фотографії, малюнки, відскановані дані). Векторні формати добре застосовні для креслень і зображень з простими формами, тінями і забарвленням.

Растрова графіка.

Растр, або растровий масив (bitmap), являє сукупність бітів, розташованих на сітчастому полі-канві. Біт може бути включений (одиничний стан) або вимкнений (нульовий стан). Растрове зображення нагадує аркуш картатій паперу, на якому кожна клітинка зафарбована чорним або білим кольором, в сукупності формуючи малюнок.

Основним елементом растрового зображення є піксел (pixel):

- Піксель - окремий елемент растрового зображення;

- Відеопіксел - елемент зображення на екрані монітора;

- Точка - окрема точка, створювана принтером.

Колір кожного пікселя растрового зображення - чорний, білий, сірий або будь-який з спектра - запам'ятовується за допомогою комбінації бітів. Чим більше бітів використовується для цього, тим більша кількість відтінків кольору для кожного пікселя можна отримати. Число бітів, використовуваних комп'ютером для зберігання інформації про кожному пікселі, називається бітової глибиною або глибиною кольору.

Найбільш простий тип растрового зображення складається з пікселів, що мають два можливих кольори - чорний і білий. Для зберігання такого типу пікселів потрібно один біт в пам'яті комп'ютера (1-бітові зображення). Для відображення більшої кількості кольорів використовується більше бітів інформації. 24 біта забезпечують більше 16 мільйонів квітів. 16 розрядів - High Color, 32 - True Color.

Основний недолік растрової графіки - кожне зображення вимагає для свого зберігання велику кількість пам'яті. Для вирішення проблеми обробки об'ємних (за витратами пам'яті) зображень використовується два основних способи: збільшення пам'яті комп'ютера і стиснення зображень. Інший недолік - зниження якості зображень при масштабуванні.

Векторна графіка.

Векторне подання визначає опис зображень у вигляді ліній і фігур, можливо, з зафарбованими областями. Для опису об'єктів використовуються комбінації комп'ютерних команд і математичних формул. Це дозволяє різним пристроям комп'ютера (монітор або принтер) при малюванні обчислювати, де необхідно поміщати реальні точки.

Векторну графіку часто називають об'єктно-орієнтованої чи креслярською графікою. Є ряд найпростіших об'єктів (примітивів): еліпс, прямокутник, лінія. Ці примітиви і їх комбінації використовуються для створення більш складних зображень. Якщо подивитися зміст файлу векторної графіки, виявляється схожість з програмою. Він може містити команди, схожі на слова, і дані в коді ASCII, тому векторний файл можна відредагувати за допомогою текстового редактора.

Опис окружності (у спрощеному вигляді):

· - Об'єкт - коло;

· - Центр - 50, 70; радіус - 40;

· - Лінія: колір - чорний, товщина - 0.50;

· - Заливка - немає.

Даний приклад показує основна перевага векторної графіки - опис об'єкта є простим і займає мало пам'яті. Для опису цієї ж кола засобами растрової графіки треба було б запам'ятати кожну окрему точку зображення, що зайняло б набагато більше пам'яті.

Переваги в порівнянні з растровою:

· Простота масштабування зображення без погіршення його якості;

· Незалежність обсягу пам'яті, необхідної для зберігання зображення, від обраної колірної моделі.

Недолік: деяка штучність - будь-яке зображення необхідно розбити на кінцеве безліч складових його примітивів. Векторні малюнки можуть включати в себе і растрові зображення. Векторні і растрові зображення можуть бути перетворені одна в одну (конвертація графічних файлів в інші формати). Векторний > растровий - просто, навпаки - складніше і не завжди (растрова картинка повинна містити лінії, які можуть бути ідентифіковані програмою конвертації як векторні примітиви).

Колірні моделі

Підготовлені комп'ютерні зображення використовуються людиною у різний спосіб - одні будуть надруковані на папері, другі - на прозорій плівці, треті будуть проектуватися на великий екран за допомогою муль­тимедійного проектора, четверті - розглядатися на екрані монітора тощо.

Усі пристрої по-різному утворюють кольорові зображення: на прин­тері - змішуванням фарб, на проекційному екрані - накладанням про­менів світла різного кольору.

У зв'язку з цим виникає проблема: яким чином закодувати в комп'ютері різні кольори зображення, щоб при відтворенні їх на різних пристроях отримати саме такі кольори, як на оригіналі. Для розв'язання цієї проблеми були розроблені так звані колірні моделі, кожна з яких враховує особливості роботи тих чи інших пристроїв виведення.

Для подання кольорів у колірних моделях використовують деякий набір базових компонентів (у різних моделях вони різні). Упорядкований набір чисел, які є значеннями відповідних базових компонентів, одно­значно визначає деякий колір спектра.

Найчастіше в комп'ютерній графіці використовуються колірні моделі RGB і СМУК. Це пов'язано з тим, що вони повністю моделюють спосіб отримання кольору на екрані монітора і при друці на принтері.

У колірній моделі RGB базовими компонентами є три кольори спектра - червоний, зелений і синій, які отри­мали назву основні кольори. Значення інтенсивності кожного компонента задається цілим числом від 0 до 255. Модель RGB застосовується в тих випадках, коли готується комп'ютерне зображення, що призначене для перегляду на екрані монітора або телевізора.

Для тих комп'ютерних зображень, які в подальшому планується дру­кувати на принтері або переглядати на проекційному екрані у відбитому світлі, використовується колірна модель СМУК. У цій моделі використо­вують чотири базові компоненти: блакитний, пурпурний, жовтий і чорни й кольори. Блакитний, пурпурний і жовтий кольори отримали назву додаткові кольори тому, що вони доповнюють основні кольори до білого. Частка кожного з базових компонентів у моделі СМУК задається у відсотках (цілим числом від 0 до 100).

Колірна модель — це спосіб подання різних кольорів спектра у вигляді набору числових характеристик певних базових компонентів.

Зазначені вище колірні моделі знайшли ши­роке застосування в техніці та поліграфії. Однак ближчою до сприйняття кольору людиною е колірна модель НSВ.

У моделі НSВ кожний колір харак­теризується трьома базовими компонентами: відтінок, насиченість, яскравість.

Відтінок Н визначає колір у спектральній палітрі (рожевий, блакитний, фіолетовий тощо) і задається цілим числом від 0 до 360. Мінімаль­не і максимальне значення відповідає червоному кольору, а проміжні - іншим кольорам спектра.

Насиченість S характеризує частку білого кольору, доданого до вибра­ного відтінку. Задається значення насиченості у відсотках від 0 до 100. При мінімальній насиченості будь-який відтінок кольору стає сірим.

Яскравість В визначається домішкою чорного кольору до вибраного відтінку. Задається значення яскравості у відсотках від 0 до 100. Будь-який відтінок при мінімальній яскравості стає чорним.

Колірну модель НSВ широко використовують художники при ство­ренні комп'ютерних зображень, моделюючи потрібний колір на «вірту­альному мольберті» графічного редактора.

Колірна модель обирається користувачем при створенні зображення та є однією з основних властивостей і растрового, і векторного зображення. Вибір тієї чи іншої колірної моделі залежить від того, як в подальшому використовуватиметься це зображення, за допомогою яких пристроїв ви­ведення буде демонструватися.

При кодуванні кольору відбувається його розкладання на основні складові - їх три (червоний, синій, зелений). Змішуючи ці кольори виходять різні відтінки.

У процесі дискретизації використовуються різні палітри.Кожний колір розглядається як майбутній стан крапки. Кількість кольорів N і кількість інформації I, зв'язані між собою і обчислюються по формулі: N=2i. Такі вихідні дані необхідні для кодування кольору кожної окремо крапки.

Наприклад, у найпростішому випадку палітра кольорів складається із двох - чорного і білого.Значить кожна крапка на екрані приймає або «чорне» або «біле» стан.

По заданій формулі можна обчислити кількість інформації, необхідну для кодування кольору кожної крапки. Кількість біт, необхідних для кодування кольору пікселя - це глибина кольору. Кольорові зображення будуються із двійковим кодом кольору кожної крапки. Ця інформація зберігається у відеопам'яті. Такі зображення змінюють глибини кольору - 8, 16, 24 і 32 біта.

Понад 90 % інформації з навколишнього середовища людина сприймає за допомогою зору і слуху, тому відео- й аудіоматеріали є і найбільш інформативними. Для зберігання усіх кадрів одного художнього фільму середньої тривалості потрібно сотні гігабайт пам’яті, а це десятки DVD-дисків.

Завдяки сучасним технологіям відеофайли можна «стискати» практично без втрати якості, що робить їх обсяг у сотні разів меншим, ніж при збереженні фільму в покадровому режимі. Для стиснення і відтворення такого відео потрібні спеціальні програми — кодеки (від слів кодувати — декодувати).

Які існують формати файлів звукозапису?

Формати аудіо- та відеофайлів визначають їхні структу¬ру та способи кодування. Способи кодування звукових та відеоданих у різних форматах визначають якість звуку чи відтворення ві-део та ступінь стиснення даних, що впливає на обсяг файлів.

Існують такі найпоширеніші формати звукозапису

Формати аудіо без стиснення:

• CDDA (англійською Compact Disc Digital Audio), CD-Audio, Audio-CD — найпоширеніший стандарт цифрового запису звуку на компакт-диск без стиснення;

• WAV (англійською waveform audio format), розроблений компаніями Microsoft та IBM;

зі стисненням: без втрат:

• WMA — Windows Media Audio 9.1 Lossless — ліцензований формат файла, розроблений компанією Microsoft для зберігання і трансляції аудіо-інформації;

з втратами:

• AAC (.m4a, .mp4, .m4p, .aac) — Advanced Audio Coding — стандартна схема стиснення із втратами для аудіоданих, розроблена у 1997 році Fraunhofer IIS як альтернатива форматам mp3. Наразі поширена менше ніж mp3 і ogg vorbis;

• MP3 (MPEG Layer 3) — найпоширеніший і найпопулярніший формат, що відтворює звук наблежено до реального при сильному стисканні;

• WMA — Windows Media Audio — ліцензований формат файла компанії Microsoft для зберігання і трансляції аудіо-інформації;

• MIDI — Musical Instrument Digital Interface — для обміну даними між музичними інструментами;

Які формати відеофайлів є найбільш поширеними?

Формати відео є медіа-контейнерами, тобто можуть містити дані різних типів, стиснені різними кодеками, і дають змогу зберігати аудіо-, відео- і текстові дані (зокрема, субтитри) в одному файлі. Медіа-контейнер не лише надає можливість зберігати аудіо- й відеозаписи, а й забезпечує синхронізацію аудіо- та відеопотоків під час відтворення.

Відео може бути збережене на різних носіях. Як правило, відео високої якості має значний обсяг. Наприклад, музична комедія «Сорочинський ярмарок», записана на DVD, має обсяг 6,71 Гб.

Як і формати звукозапису, різні формати відеофайлів передбачають різні способи кодування даних, що визначають якість відео, ступінь стиснення даних та обсяг файлу. Деякі формати можуть містити потокове відео, що використовується для передавання даних через Інтернет у режимі реального часу.

Існують такі поширені формати відео:

• 3gp — мультимедійний контейнер, невеликі розміри файлів з неякісним відео;
• flv — використовують для передавання відео мережею;
• avi — мультимедійний контейнер для аудіо-відео даних, впроваджений 1992 року компанією Microsoft для пристосування системи Windows для обслуговування мультимедіа як складова технології Video for Windows;
• mpg — стандарт цифрового стиснення і забезпечення якісного відео;
• mov — формат для считування програмою QuickTime;
• swf — невеликий розмір відеофайлів з гарною якістю і швидким завантаженням, використовують найчастіше в Інтернеті;
• asf — потокове відео і аудіо, є частиною Windows Media;
• mp4 — уможливлює контроль швидкості пересилання і положення спектру сигналу, а також виправлення помилок;
• wmv — для збереження і трансляції відеоінформації у форматах Microsoft.

За допомогою яких програм можна перетворити звукозаписи та відеофайли з одного формату в інший?

На практиці часто виникає потреба перетворити аудіо- чи відеофайли в інший формат. Наприклад, відеозаписи, зняті на мобільний телефон у форматі Зgp, для подальшого опрацювання можуть бути перетворені у формат АVI або WMV.

Для перетворення файлів з одного формату в інший використовують спеціальні програми — конвертери, вибір яких залежить від вихідного формату файла та формату, в який його потрібно перетворити.

Конвертер — програма, яка перетворює у файлі дані з одного формату в інший. Зміни і втрати даних, які можуть виникнути під час перетворення, залежать від форматів початкового та кінцевого файлів і від застосованої програми перетворення.

Існують різні програми, призначені для перетворення аудіо- чи відеофайл, деякі з них є безкоштовними. Такі програми можна завантажити з Інтернету.

Switch Sound Converter — зручний і потужний конвертор аудіо.

Format Factory — безкоштовна універсальна програма для конвертування файлів відео, аудіо та зображень.

F2 ImageResizer — безкоштовна програма для швидкої і якісної зміни розмірів, конвертації формату та оптимізації фотографій.

UniConvertor — універсальний перетворювач форматів векторної графіки. Проект базований на коді редактора векторної графіки sK1.

SUPER — потужна програма для конвертації (перетворення) різноманітних форматів файлів аудіо і відео.

Media Converter SA Edition — конвертор швидкої дії, що легко конвертує документи, аудіо і відео файли.

Pazera Video Converters Suite — набір відеоконверторів.

Після вибору одного з посилань на програми-конвертери, як правило, ві­дображається опис програми та пропо­нується посилання для завантаження файла, за допомогою якого відбувається встановлення програми на комп’ютер.