Кодирование изображений

1. Кодирование изображений

1) Растровая графика
BMP (bit map)
GIF
TIF
JPG
1 бит на пиксель (2 цвета)
2 бита на пиксель (4 цвета)
Кодирование растрового изображения

2.

Суть растрового подхода заключается в том,
что всякое изображение рассматривается как
совокупность точек разного цвета и,
следовательно, представление в цифровом виде
растрового изображения сводится к кодированию
информации о цвете каждого пикселя.
Растровые (точечные) формируется из
строк, содержащее определённое
количество точек (пикселей).
Пиксель (точка) - минимальный участок
изображения, имеющий свой цвет.

3.

Чтобы увеличить изображение, приходится
увеличивать размер пикселей-квадратиков. В итоге
изображение получается ступенчатым, зернистым.
Для уменьшения изображения приходится несколько
соседних точек преобразовывать в одну или
выбрасывать лишние точки. В результате
изображение искажается: его мелкие детали
становятся неразборчивыми (или могут вообще
исчезнуть), картинка теряет четкость.

4. Кодирование изображений

True Type
2) Векторная графика
CAD
*.WMF
*.EPS
*.PDF
Графические примитивы

5.

Векторный подход представляет изображение
как совокупность простых элементов: прямых
линий, дуг, окружностей, эллипсов,
прямоугольников и других, которые
называются графическими
примитивами. Кодирование векторного
изображения предполагает однозначное
определение (задание) положения, формы, а
также цветовых характеристик всех
графических примитивов, составляющих
рисунок.
Векторные файлы имеют сравнительно небольшой размер,
т.к. компьютер запоминает только начальные и конечные
координаты элементов изображения - этого достаточно для
описания элементов в виде математических формул.
Графическая программа вынуждена строить заново все
изображение всякий раз, когда пользователь изменит
масштаб отображения или прокрутит документ.

6.

Основным недостатком векторной графики является
невозможность работы с высококачественными
художественными изображениями, фотографиями и фильмами.
природа избегает прямых линий, правильных окружностей и дуг.

7.

Фрактальные изображения
Фрактальная графика - одна из быстроразвивающихся и
перспективных видов компьютерной графики.
Математическая основа - фрактальная геометрия. Фрактал –
структура, состоящая из частей, подобных целому. Одним из
основных свойств является самоподобие.
Объекты называются самоподобными, когда увеличенные
части объекта походят на сам объект. Небольшая часть
фрактала содержит информацию о всем фрактале.
В центре находится простейший элемент – равносторонний
треугольник, который получил название- фрактальный.

8.

Фрактальная графика, как и векторная — вычисляемая, но
отличается от нее тем, что никакие объекты в памяти
компьютера не хранятся. Изображение строится по уравнению
(или по системе уравнений), поэтому ничего, кроме формулы,
хранить не надо.
Простейшим фрактальным объектом является фрактальный
треугольник, который получается следующим образом.
Вначале строится обычный равносторонний треугольник со
стороной а. Далее каждая из его сторон разделяется на три
отрезка. На средних отрезках сторон строятся равносторонние
треугольники со стороной, равной 1/3 стороны исходного
треугольника. С полученными треугольниками повторяются те
же операции. Треугольники можно достраивать аналогичным
образом до бесконечности.

9.

Построение фрактального треугольника («снежинка Коха»)
Треугольники последующих поколений наследуют свойства своих
родительских структур. Так рождается фрактальная фигура.
Описать такой объект можно всего лишь несколькими
математическими уравнениями.
Фрактальными свойствами обладают многие объекты живой и
неживой природы. Обычная снежинка, многократно увеличенная,
оказывается фрактальным объектом. Фрактальные алгоритмы
лежат в основе роста кристаллов и растений.

10.

фрактальное
изображение
«металлический
коралл»

11. Изображения в модели RGB (аддитивная модель)

Цветовые схемы
Изображения в модели RGB (аддитивная
модель)
Название модели RGB представляет собой аббревиатуру,
составленную из начальных букв английских слов:
красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue)
Эти слова соответствуют трем базовым цветам. Выбор
именно этих базовых цветов обусловлен физиологией
человеческого зрения, непосредственно воспринимающего
только эти цвета. Все остальные цвета в этой модели
образуются за счет смешения базовых цветов в различных
пропорциях.

12.

Схема RGB
R
G
B
цвет
R
G
B
цвет
0
0
0
черный
1
0
0
красный
0
0
1
синий
1
0
1
розовый
0
1
0
зеленый
1
1
0
коричневый
0
1
1
голубой
1
1
1
белый
Аддитивная цветовая модель RGB

13.

Модель RGB можно назвать базовой
моделью компьютерного дизайна.
При сложении (смешении) лучей основных цветов этой
модели (красный, зеленый, синий) образуется новый цветовой
тон.
Цвета подобного типа (излучаемые цвета)
называют аддитивными (от англ, add — складывать), а
цветовую модель, основанную на сложении цветов (RGB).
Цветовая схема позволяет закодировать более 16 миллионов
цветов.

14. Изображения в модели CMYK (субтрактивная модель)

Модель CMYK предназначена для описания цвета
изображений, выводимых на печать.
Название модели является аббревиатурой, составленной
из букв, соответствующих названиям основных цветов:
С (Cyan) — голубой,
М (Magenta) — пурпурный,
Y (Yellow) — желтый,
К (Black) — черный.

15.

Модель носит название субтрактивной поскольку
базовые цвета данной модели являются результатом
вычитания, цветов.
голубой (Cyan),
пурпурный (Magenta),
жёлтый (Yellow),
(Key) - черный
Особенность модели CMYK в том,
что она полностью ориентирована
на процесс печати и именно этим
объясняется введение в модель
CMY четвертого дополнительного
канала черного цвета (К).
Несмотря на увеличение
количества базовых цветов в CMYK
по сравнению с RGB, стоит
отметить, что цветовой охват CMYK
значительно меньше цветового
охвата RGB.

16. Сравнительная характеристика

Растровое
изображение
Кодирование
изображений:
составляется
из
мельчайших
точек
пикселов) – цветных
квадратиков
одинакового размера.
Векторное
изображение
состоит из
контуров
элементов
(прямых, кривых
линий,
геометрических
фигур), которые
могут быть залиты
цветом
Фрактальное
изображение
Базовым
элементом
является
сама
математическая
формула,
хранится
изображение и строится
по уравнениям.

17.

Растровое
изображение
Применение
для обработки изображений,
требующей высокой точности
передачи оттенков цветов и
плавного перетекания полутонов.
Например, для:
ретуширования,
реставрирования фотографий;
создания и обработки
фотомонтажа, коллажей;
применения к изображениям
различных спецэффектов;
после сканирования
изображения получаются в
растровом виде
Векторное
изображение
для создания вывесок,
этикеток, логотипов,
эмблем и пр.
символьных
изображений;
для построения
чертежей, диаграмм,
графиков, схем;
для рисованных
изображений с
четкими контурами,
не обладающих
большим спектром
оттенков цветов;
для моделирования
объектов изображения;
для создания 3-х
мерных изображений;
Фрактальное
изображение
В математике,
изобразительном
искусстве

18.

Растровое
изображение
Масштабирование масштабируется
с потерей
качества
Реалистичность
Векторное
изображение
масштабируется без
потери качества
реалистичны,
более схематичны,
обладают
менее реалистичны
высокой
точностью
передачи
градаций цветов и
полутонов
Фрактальное
изображение
масштабируется
без потери
качества
реалистичны

19.

Растровое
изображение
Векторное
изображение
Фрактальное
изображение
Программны Paint
е продукты
Microsoft Photo Editor
Adobe Photo Shop
Fractal Design Painter
Micrografx Picture
Publisher
Corel Draw
Adobe Illustrator
Fractal Design Expression
Macromedia Freehand
AutoCAD
RMRDraw
Фрактальная
вселенная 4.0
Fracplanet
The Fractory
Аналоги
близкими аналогами
являются слайды
мультфильмов,
представление
математических
функций на графике
близкими
являются
кристалл
близкими
аналогами являются
живопись,
фотография
аналогами
снежинка,

20.

Растровое
изображение
Форматы BMP-Windows
Bitmap
TIF-Tagged Image
File Format
PCX- PC Paintbrush
PSD - Photoshop
PCT-Macintosh P1CT
GIF-CompuServe
GIF
PCD-Kodak Photo
CD
TGA-True Vision
Targa
DIB-Windows DIB
PMG-Portable
Network Graphics
JPEG - JPEG
Векторное
изображение
Фрактальное
изображение
VMF- Windows Metafile EMF Windows Enhanced Metafile
CGM - Computer Graphics Metafile
EPS - Encapsulated PostScript
DRW - Micrografx Desiner/Draw
DXF - AutoCadformat 2-OT
CDR - CorelDraw
WPG - DrawPerfect
PIC - Lotus 1-2-3 Graphics
HGL - HP Graphics Language
POV-Ray

21.

ЗВУК
Аналоговый
Дискретный
принимает бесконечное множество
значений из некоторого диапазона
принимает конечное число значений

22. Кодирование звуковой информации

1) Метод FM (Frequency Modulation) Частотная модуляция
Методы кодирования звука основаны на том, что теоретически любой
сложный звук можно разложить на последовательность простейших
гармонических сигналов разных частот, каждый из которых
представляет собой синусоиду.
Задачей кодирования звука является представление его в форме
другого аналогового или цифрового сигнала, более удобного для
передачи или хранения в каждом конкретном случае.
Представление аналогового сигнала в виде другого аналогового
сигнала обычно называется модуляцией, а представление в
цифровом виде - кодировкой.
Для получения цифрового кода аналоговой величины применяют
специальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи
(АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука,
закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые
преобразователи (ЦАП).

23.

Временная дискретизация
Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук,
аналоговый звуковой сигнал должен быть
преобразован в цифровую дискретную форму с
помощью временной дискретизации.
A
Непрерывная зависимость громкости звука от времени
A(t) заменяется на дискретную последовательность
уровней громкости.
t
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

24.

Оцифровка звука
Процесс получения цифровой формы звука
называется оцифровкой.
Устройство, выполняющее оцифровку звука
называется АЦП - аналого-цифровой
преобразователь (ACD);
Устройство, выполняющее обратное
преобразование – ЦАП – цифро-аналоговый
преобразователь (DAC);

25.

26.

Двоичное кодирование
звуковой информации
Схема записи звука:
звуковая волна микрофон переменный
электрический ток аудиоадаптер (звуковая карта)
двоичный код память ПК
Схема воспроизведения звука:
память ПК двоичный код аудиоадаптер (звуковая
карта) переменный электрический ток динамик
звуковая волна

27.

Звуковая плата
Состав:
АЦП;
ЦАП;
сигнальный процессор (DSP) - специальная
микросхема для обработки оцифрованного звука,
выполняющий значительную часть рутинных
расчетов при обработке звука:
смешение звуков;
наложение спецэффектов;
расчет формы выходного сигнала;
микросхема с набором «самплов» - образцов
звуков для синтеза звуковых файлов формата MIDI.

28. Частота дискретизации звука - это количество измерений уровней громкости звука за одну секунду.

Характеристики цифрового звука:
• частота;
• глубина.
Частота дискретизации звука - это количество
измерений уровней громкости звука за одну
секунду.
Частота дискретизации звука может лежать в
диапазоне от 8000 до 48 000 измерений громкости
звука за одну секунду (измеряется в Гц).
Глубина кодирования звука - это количество
информации, которое необходимо для кодирования
дискретных уровней громкости цифрового звука.

29.

Качество оцифрованного звука
Самое низкое качество оцифрованного звука,
соответствующее качеству телефонной связи,
получается при частоте дискретизации 8000 раз в
секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи
одной звуковой дорожки (режим "моно").
Самое высокое качество оцифрованного звука,
соответствующее качеству аудио-CD, достигается при
частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине
дискретизации 16 битов и записи двух звуковых
дорожек (режим "стерео").
Необходимо помнить, что чем выше качество
цифрового звука, тем больше информационный
объем звукового файла.

30.

Режимы
воспроизведения
моно-, стерео-, квадро-

31.

Моно- и стерео режим воспроизведения:

32. Форматы звуковых файлов:

MIDI - запись музыкальных произведений в виде команд
синтезатору, компактны, голос человека не воспроизводят,
(соответствуют векторному представлению в графике).
WAV – универсальный звуковой формат, в нем хранится
полная информация об оцифрованном звуке (соответствует
формату bmp в графике). Занимает очень большой объем
памяти (15 Мбайт на 1 минуту звучания).
MP3 – формат сжатия аудиоинформации с регулируемой
потерей информации, позволяет сжимать файлы в
несколько раз в зависимости от заданного битрейта
(количество бит, используемых для передачи/обработки
данных в единицу времени).
Даже при самом высоком битрейте – 320 кбит/сек –
обеспечивает 4-кратное сжатие по сравнению с компактдисками.
APE – формат сжатия аудиоинформации без потери
информации (а следовательно – качества) , коэффициент
сжатия около 2.

33.

2) Метод таблично-волнового синтеза (Wave-Table)
Метод таблично-волнового (Wave-Table) синтеза лучше
соответствует современному уровню развития техники. Если
говорить упрощенно, то можно сказать, что где-то в заранее
подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для
множества различных музыкальных инструментов (хотя не
только для них). В технике такие образцы называют семплами.
Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели,
высоту тона, продолжительность и интенсивность звука,
динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой
происходит звучание, а также прочие параметры,
характеризующие особенности звука.
Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки,
то качество звука, полученного в результате синтеза, получается
очень высоким и приближается к качеству звучания реальных
музыкальных инструментов.