Характеристика основных форматов изображений

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Экономический факультет

Кафедра Прикладная информатика

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ

КОНТРОЛИРУЕМАЯ РАБОТА

по дисциплине «Мультимедиа»

Тема «Характеристика основных форматов изображений»

Выполнил:

студент группы 2ПО

В.И. Новаков

Проверил:

доцент кафедры ПИ,

к.т.н., доцент В.Е. Рачков

Ставрополь 2011

Цель работы: Изучить характеристики основных форматов изображений на компьютере.

Объект: Изображения основных форматов.

Предмет: Мультимедиа продукты, созданные при помощи кодирования и обработки графической информации в компьютере.

Практическая значимость и актуальность: Графическая информация имеет огромное значение в сетях массовой информации.

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………...4

1. Общие параметры графических форм………………………………………5

Вывод………………………………………………………………………………5

2. Общие параметры графических форматов………………………………....6

Вывод……………………………………………………………………………..13

3. Представление графической информации в компьютере………………..14

3.1 Кодирование графической информации………………………………..20

3.2 Устройство ввода графической информации…………………………..22

3.3 Устройство вывода графической информации…………………………24

Вывод……………………………………………………………………………..31

4. Характеристики основных форматов изображений………………………32

Вывод……………………………………………………………………………..37

Заключение……………………………………………………………………….38

Список используемой литературы……………………………………………..40

Введение

Цифровое изображение - модель реального или синтезированного изображения, хранящаяся на машинном носителе в виде совокупности цифровых кодов. В интернете в настоящее время используют в основном растровые модели изображений.

В своем введении я хочу дать ответы на самые распространенные вопросы, возникающие при работе с цифровыми изображениями на компьютере.

Что такое пиксель?

Пиксель (англ. pixel – picture element – элемент картинки) – неделимый прямоугольный элемент растровой модели, параметры которого описывают соответствующий ему участок реального или синтезированного изображения.

Каковы параметры растровых изображений?

Размер – произведение ширины на высоту в пикселях.

Разрешение – количество информации на единицу длины. Измеряется в ppi (pixels per inch ≈ пиксели на дюйм) и dpi (dots per inch – точки на дюйм). Имеет смысл только, если известны реальные размеры изображения или отпечатка.

Модель – способ описания элементов изображения в цифровом виде. Например, Bitmap, Grayscale, Indexed, RGB, HLS, Lab, CMYK. В WWW используются модели Grayscale, Indexed, RGB.

Цветовая модель RGB – естественный язык цвета сканнеров, мониторов и других электронных устройств.

Глубина цвета – количество бит памяти, выделяемых для описания тоновых или цветовых характеристик каждого пикселя в соответствие с моделью. Например, 1бит/пикс. (Bitmap, Halftone), 8 бит/пикс. (Grayscale, Indexed), 24 бит/пикс. (RGB).

Какое разрешение требуется для публикации изображений в интернете?

Так как информация представляется на экране монитора, то при сканировании в масштабе 1:1 следует задавать разрешение 72 ppi – типовое значение разрешающей способности большинства мониторов PC и 95 ppi – для MAC.

Что такое формат файла?

Формат – способ организации информации в файле. Графические файлы служат для хранения изображений между сеансами работы с графическими программами и переноса изображений между программами и компьютерами. Графическая информация в файлах кодируется несколько иначе, чем в памяти компьютера. Более того, способов кодирования, называемых форматами, существует множество. Сосуществование большого числа форматов графических файлов обусловлено специфическими сферами их применения. Для интернета используются следующие основные форматы со сжатием информации:

GIF – для хранения рисунков и анимаций (недеструктивное сжатие)

JPEG – для хранения фотографий (деструктивное сжатие)

PNG8 – для рисунков и фотографий в моделях Grayscale и Indexed (недеструктивное сжатие)

PNG24 – для рисунков и фотографий в модели RGB (недеструктивное сжатие)

Вывод

Всякое изображение на компьютере представлено в цифровом виде. Каждое изображение имеет свой формат, а так же количество пикселей. В наше время на компьютере можно менять формат изображений на тот, который считает нужным их хозяин. В интернете используются изображения со сжатием информации.

Общие параметры графических форматов:

Распространенность

Многие приложения имеют собственные форматы файлов. Они поддерживают особые возможности конкретных программ, но могут оказаться несовместимыми с другими приложениями. Программы иллюстрирования и издательские системы могут не уметь импортировать такие форматы или делать это некорректно. Вопрос распространенности касается не только собственных форматов программ. Некоторые форматы разрабатывались специально под аппаратное обеспечение (например, форматы Scitex, Targa, Amiga IFF). Если вы не располагаете этой аппаратурой, не используйте подобных форматов. Сохраняя изображения в малораспространенных форматах, вы создаете потенциальные проблемы при переносе их на другие компьютеры.

Соответствие сфере применения.

Большинство графических форматов ориентировано на конкретные области применения. В случае ошибки при выборе формата изображение может оказаться непригодным для использования. Например, сохранив изображение в формате JPEG с большим коэффициентом сжатия, вы сделаете его непригодным для печати из-за потери качества. При этом повторное открытие и сохранение в другом формате не исправит допущенную ошибку.

Поддерживаемые типы точечных изображений и цветовые модели.

Выбирайте формат файлов, поддерживающий заданные сферой применения типы изображений. Например, формат BMP не поддерживает изображений в модели CMYK, требующейся в полиграфии, и, следовательно, не может использоваться в этой сфере. Тем не менее, следует учитывать возможность последующего преобразования типов и цветовых моделей, требуемых в выбранной сфере применения.

Возможность хранения дополнительных цветовых каналов.

Если вам требуются дополнительные цветовые каналы (например, для плашечных цветов), то это существенно ограничивает свободу выбора формата.

Возможность хранения масок.

Чаще всего маски нужны только в процессе редактирования. Если вы не завершили редактирование изображения или планируете вернуться к нему через некоторое время, сохраняйте изображение вместе со всеми созданными масками. Хранение масок в виде альфа-каналов поддерживается далеко не всеми форматами.

Возможность хранения обтравочных контуров.

Обтравочные контуры создаются и используются для маскирования фрагментов изображения в программах иллюстрирования и издательских системах. Если вы готовите изображения для верстки, то лучше выбирать форматы, поддерживающие обтравочные контуры. Разумеется, необходимо предварительно убедиться, что импорт обтравочных контуров в издательскую систему из выбранного формата возможен и осуществляется корректно.

Возможность сжатия графической информации.

Для уменьшения размеров графических файлов многие форматы предполагают сжатие данных. Выбор одного из таких форматов сэкономит место на вашем жестком диске и тех носителях, которые вы, возможно, используете для передачи файлов заказчикам или подрядчикам.

Способ сжатия.

Форматы файлов, поддерживающие сжатие, используют для этого различные алгоритмы. Все алгоритмы сжатия делятся на те, что не приводят к потерям качества, и те, что снижают качество изображений. Последние позволяют достичь на порядок более высоких коэффициентов сжатия. Выбирайте формат, алгоритм сжатия в котором полностью соответствует сфере применения изображений. Если вы планируете использовать их только для экранного просмотра, то можете пожертвовать качеством изображения. Подготовка изображений для типографской печати не допускает снижения качества.

Возможность хранения калибровочной информации.

Для точного воспроизведения цветов в полиграфии используются системы управления цветом. В рамках сквозного управления цветом цветовые профили встраиваются в файлы изображений. Если ваш производственный процесс использует управление цветом, то при сохранении файлов следует выбирать форматы, поддерживающие внедрение цветовых профилей.

Возможность хранения параметров растрирования.

Если вы готовите изображения для полиграфического тиражирования и используете особые параметры растрирования, то выбирайте форматы файлов, поддерживающие хранение этой информации.

В чем заключается оптимизация файлов изображений для интернета?

Основной критерий – минимизация объема файла, а значит времени его передачи по сети при допустимом уровне качества. Достигается использованием соответствующего формата файла (GIF, JPEG или PNG) и подбором совокупности параметров, определяющих наилучшее соотношение качество/размер.

Любое изображение на компьютере может быть представлено в двух графических режимах:

1. в векторном виде

2. в растровом виде (в интернете поддерживается только растр)

Векторная графика (Vector drawing)

Вид кодировки графических изображений, основанный на геометрии, но не точек (как в растровой графике), а кривых. В качестве сплайнов выбраны кривые Безье. (Пьер Безье – французский математик, рассчитывал сплайны корпуса автомобилей).

Сплайн – основное понятие векторной графики. Линейные картинки – это сплайны. На сплайнах построены современные шрифты TryeType и PostScript. Суть сплайна: любую элементарную кривую можно построить, зная четыре коэффициента P0, P1, P2 и P3, соответствующие четырем точкам на плоскости. Перемещая эти точки, меняем форму кривой.

Примером векторной графики служат работы, созданные в графическом редакторе CorelDraw. В отличии от растра векторное изображение состоит из отдельных линий-направляющих (векторов) которые образуют изображение. В файле хранится информация не о каждой точке, а об элементах, из которых состоит изображение, т.е. о направляющих из которых она создана. Векторные изображения занимают сравнительно небольшой объем и легки в редактировании. Любой элемент картинки может быть изменен отдельно от других. Изображение легко меняет размер не теряя качества и сохраняя первоначальную композицию (расположение элементов) Вектор пластичен, что позволяет отображать его на устройствах с различной разрешающей способностью одинаково качественно. Но изображения векторной графики просты по визуальному восприятию и в основном выглядят «нарисованными».

Достоинства векторной графики:

1. Малый объем памяти. При кодировании векторного изображения хранится не само изображение объекта, а координаты четырех точек, поэтому объем памяти очень мал по сравнению с точечной графикой. Вывод: Векторная графика – очень экономичный способ кодирования. Она экономна в плане объемов дискового пространства, необходимого для хранения изображений: это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, используя которые программа всякий раз воссоздает изображение заново. Кроме того, описание цветовых характеристик несильно увеличивает размер файла.

2. Свобода трансформации. Векторное изображение можно вращать, масштабировать без потери качества изображения. Объекты векторной графики просто трансформируются и ими легко манипулировать, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения.

3.Аппаратная независимость. Векторная графика «работает» с идеальными объектами, которые сами приноравливаются к изменениям: можно не знать, для каких устройств делается тот или иной документ. Векторная графика максимально использует возможности разрешающей способности любого выводного устройства: изображение всегда будет настолько качественным, на сколько способно данное устройство.

Недостатки векторной графики:

1. Программная зависимость. Каждая программа строит кривые Безье по своим алгоритмам. (Например, формат .cdr программы Corel Draw не описан и является нестандартным). Часто необходимо конвертирование. Каждая программа сохраняет данные в своем собственном формате, поэтому изображение, созданное в одном векторном редакторе, как правило, не конвертируется в формат другой программы без погрешностей.

2. Сложность векторного принципа описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации и сконструировать устройство подобное сканеру для растровой графики.

3. Векторная графика действительно ограничена в чисто живописных средствах и не предназначена для создания фотореалистических изображений.

Растровая графика (Raster drawing)

Изображения в растровой графике состоят из отдельных точек различных цветов, образующих цельную картину (наподобие мозаики) Типичным примером растровой графики служат отсканированные фотографии или изображения созданные в графическом редакторе PhotoShop. Применение растровой графики позволяет добиться изображения высочайшего фотореалистичного качества. Но такие файлы очень объемны и трудноредактируемы (каждую точку приходиться подправлять вручную) При изменении размеров качество изображения ухудшается. Так при уменьшении исчезают мелкие детали, а при увеличении картинка превращается в набор пикселей при печати растрового изображения или при просмотре его на устройствах, имеющих недостаточную разрешающую способность значительно ухудшается восприятие образа.

Изображение (объект) может быть монохромным (штриховым), черно-белой фотографией (в градациях серого) и цветным. Любой рисунок можно представить набором мозаичных точек.

Суть принципа точечной графики: если надо закодировать какой-то объект, то на него «накладываем» сетку и создаем матрицу (таблицу) той же размерности, заполняя единицами ячейки, наложенные на обект, и нулями вне объекта. Если границы оригинального объекта параллельны границам ячеек сетки, получается идеальная матрица (bitmap) из нулевых и единичных битов, которая представляет закодированное изображение объекта. Если эту матрицу вывести на экран или принтер или на диск для хранения, то получим оттиск объекта. Таким образом, с помощью отдельных блоков можно закодировать объект – известный древний способ рисования по клеточкам!

Но идеальный случай, когда границы объекта совпадают с направляющими линиями матрицы, реализуется редко. Ясно, что, если имеем полностью пустые и полностью заполненные квадратики – это биты 0 и 1. А если не полностью заполненные и не полностью пустые? Очевидно, что в общем случае нужно установить порог: Ниже этого порога – нолики? а выше – единицы. Например, если порог меньше 1/2, то 0, если больше, то 1.

Разрешение измеряется в единицах:

ppi (pixel per inch – пиксель на инч (дюйм)) – количество пикселей на единицу длины в 1 дюйм

dpi (dots per inch – точки на дюйм) – количество точек на единицу длины в 1 дюйм

1 дюйм = 25,4 мм.

Достоинства растровой графики:

1. Каждый пиксель независим друг от друга.

2. Техническая реализуемость автоматизации ввода (оцифровки) изобразительной информации. Существует развитая система внешних устройств для ввода изображений (к ним относятся сканеры, видеокамеры, цифровые фотокамеры, графические планшеты).

3. Фотореалистичность (можно получать живописные эффекты, например, туман или дымку, добиваться тончайшей нюансировки цвета, создавать перспективную глубину и не резкость, размытость и т.д.)

4. Форматы файлов, предназначенные для сохранения точечных изображений, являются стандартными, поэтому не имеет решающего значения, в каком графическом редакторе создано то или иное изображение.

5. Можно использовать в Web-дизайне

Недостатки растровой графики:

1. Объём файла точечной графики однозначно определяется произведением площади изображения на разрешение и на глубину цвета (если они приведены к единой размерности). При этом совершенно неважно, что отображено на фотографии: белый снежный пейзаж с одиноким столбом вдалеке, или сцена рок- концерта с обилием цвета и форм. Если три параметра одинаковы, размер файла будет практически одинаковым.

2. При попытке слегка повернуть на небольшой угол изображение, например, с чёткими тонкими вертикальными линиями, чёткие линии превращаются в чёткие «ступеньки» (это означает, что при любых трансформациях: поворотах, наклонах и т.д. в точечной графике невозможно обойтись без искажений).

3. Невозможность увеличения изображений для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то увеличение изображения приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее. Никаких дополнительных деталей при увеличении растрового изображения рассмотреть не удаётся. Более того, увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает её грубой (пикселизация).

Растровые форматы: GIF, BMP, WBMP, PCX, PCD, PSD, FLM, IFF, PXR, PNG, SCT/PICT, PCT, RAW, TIF/TIFF, BMP, JPEG , TGA, FPX, GIF , PhotoCD, MNG, ICO, FLA/SWF

Вывод

Существуют два основных способа цифрового представления изображений:

Растровая графика
Векторная графика

В интернете используется только растровая графика.

Любое изображение можно редактировать, в него можно добавлять нужные элементы. Так же изображения имеют место для хранения дополнительных цветовых каналов, масок. Так же изображение можно калибровать, и сжимать. Чем больше изображение сжато, тем меньше его маштаб, и качество.

Представление графической информации в компьютере

Видеокарта играет очень важную роль в компьютере. Ее главная функция - это преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в формат, который воспринимается электроникой монитора, для создания изображения на экране. Монитор обычно является неотъемлемой частью любой системы, с помощью которого пользователь получает визуальную информацию.

Все создаваемые с помощью компьютера изображения можно разделить на две большие части – растровую и векторную графику. Растровые изображения представляют собой однослойную сетку точек, называемых пикселями, каждая из которых может иметь определенный цвет. Диапазон доступных цветов определяется текущей палитрой. Так например для черно-белого изображения в палитре два цвета - черный и белый, для цветных изображений палитра может состоять из 16, 256, 65536, 16777216 т.е. 21,24,28,216,224 а также 232.

В противоположность этому векторное изображение многослойно. Каждый элемент этого изображения - линия, прямоугольник, окружность или фрагмент текста - располагается в своем собственном слое, пиксели которого устанавливаются совершенно независимо от других слоёв. Каждый элемент векторного изображения является объектом, который описывается с помощью специального языка (мат. уравнения линий, дуг, окружности и т.д.). Кроме того, сложные объекты (ломанные линии, различные геометрические фигуры) описываются как совокупность элементарных графических объектов (линий, дуг и т.д.).

Такое векторное изображение представляет собой совокупность слоев содержащих различные графические объекты. Слои накладываясь друг на друга формируют цельное изображение.

Объекты векторного изображения, могут произвольно без потери качества изменять свои размеры.

При изменении размеров объектов растрового изображения происходит потеря качества. Например при увеличении растрового изображения увеличивается зернистость.

Графические редакторы.

В настоящее время имеется множество программ для редактирования графических изображений. Эти программы в соответствии с делением графики на растровую и векторную можно условно разделить на два класса:

Программ для работы с растровой графикой.

Программ для работы с векторной графикой.

Также имеются программы, которые совмещают возможности программ этих двух классов. Т.е. позволяют создавать изображения состоящие из растровой и векторной графики.

Среди программ первого класса отметим :

Графический редактор Paint — простой однооконный графический редактор, который позволяет создавать и редактировать достаточно сложные рисунки.

Photoshop фирмы Adobe многооконный графический редактор позволяет создавать и редактировать сложные рисунки, а также обрабатывать графические изображения (фотографии). Содержит множество фильтров для обработки фотографий (изменение яркости, контрастности и т.д.).

Среди программ второго класса отметим:

Программа Microsoft Draw — входящая в комплект MS Office. Эта программа служит для создания различных рисунков, схем. Обычно вызывается из MS Word. Adobe Illustrator, Corel Draw — программы используются в издательском деле, позволяет создавать сложные векторные изображения.

Как правило программы первого класса позволяют сохранять изображения в файлах стандартных форматов: bmp, pcx, gif, tif, а программы второго класса используют для этих целей свои форматы.

Форматы файлов для хранения растровых графических изображений.

Как правило файлы для хранения растровых графических изображений логически состоят из двух частей: заголовка и области данных. В заголовке указаны данные о формате файла, изображения по горизонтали, по вертикали: количество цветов, палитра и т.д. В области данных закладываются цвета пикселей.

В настоящее время наиболее распространенные следующие форматы файлов.

bmp (bit map) — битовая карта. Формат распространен в Windows (Paint). В этом формате файл состоит из двух частей.

1- заголовок в котором указывается разрешение изображения и количество бит которыми кодируется цвет пиксела.

2- область данных (битовая карта) в которой хранятся в виде последовательности бит цвета пикселя изображений.

pcx. Формат pcx использует простейший способ сжатия изображений, позволяющий выполнять быструю перезапись изображения из файла в видеопамять и обратно. Данный формат использует в своей работе многие графические редакторы, в частности Paint. Вместе с форматом tif формат pcx является одним из наиболее распространённых форматов, которые используют сканеры.

В заголовке файлов этого формата указывается информация о версии формата pcx, информация о том — используется сжатие информации или нет, информация о цветах изображения, размерах изображения, разрешения сканера, разрешение дисплея.

Для сжатия в файле изображения формата Pcx используется метод группового кодирования, в котором группа повторяющихся байт заменяется двумя байтовыми: байтом повторителем и повторяющимся байтом.

Байт повторитель имеет уникальный код и содержит в себе число повторяющихся байт.

Формат GIF, при достаточно простой структуре файла и наличии наибольшего числа атрибутов изображения используют более эффективный чем в pcx алгоритм сжатия. Этот формат в настоящее время используется при размещении графической информации в гипертекстовых документах Internet.]

TIF (Tiff - Tag Image File Format). Основной областью применения данного формата является настольная издательская деятельность и связанные с ней приложения. Этот формат имеет множество атрибутов, позволяющих точно описать сложение изображения. Часто этот формат используется, для хранения отсканированных изображений.

Форматы GIF и TIF в основном используют lzw сжатие. Название этого алгоритма произошло от фамилии его разработчиков Lampel, Ziv и Welch.

jpg - формат, который использует специальный алгоритм сжатия изображения, позволяющее сжать изображение до требуемого размера и качества. При этом качество изображения теряется. Формат распространен для размещения графической информации в гипертекстовых документах Internet.

Графика рассматривается как язык визуальной культуры и грамотности человека, как язык проектирования (дизайна), как язык техники и технологии, как самое простое и естественное для человека средство осмысления и познания окружающего его мира и как язык профессионального (технического и художественно-технического) и непрофессионального общения между людьми.

Графика является средством развития творческих способностей учащегося, его пространственных представлений, воображения и мышления, глазомера, зрительной памяти, смекалки и догадки, средством развития политехнического и образного мышления, эстетического вкуса и проектного мышления, средством выражения его идей и замыслов.

Активизация деятельности обучаемого в процессе обучения с использованием возможностей средств графических программных средств обеспечивается за счет использования следующих методов, форм, средств и приемов:

1. Улучшения наглядности за счет применения видео, мультипликации, технологии мультимедиа и "виртуальная реальность", позволяющих моделировать сложные явления и процессы, имитировать работу сложно организованных систем, осуществлять аудио-сопровождение учебной информации.

2. Повышения эффективности восприятия комментариев к учебному материалу, который параллельно демонстрируется на экране компьютера, за счет сочетания зрительной наглядности и слухового сопровождения.

3. Моделирования, наблюдения и изучения математических моделей различных явлений и процессов, что способствует формированию у обучаемых:

умения принимать решения в экстремальных ситуациях;
активизации творческих возможностей;
развитию навыков самостоятельной работы;
развитию навыков исследовательской деятельности;
развитию наглядно-действенного;
наглядно-образного;
творческого мышления;
формированию информационной культуры.

1. Улучшения методов оценки знаний за счет автоматизации контроля, что позволяет получить более полную и объективную информацию о ходе процесса обучения, об уровне подготовленности обучаемых, способствует развитию творческого начала мыслительного акта, повышает интенсивность обучения.

2. Реализации проблемного обучения в “интеллектуальных” обучающих программах, что позволяет осуществить, во-первых, моделирование проблемных ситуаций для выполнения тренировочных упражнений, развивающих и закрепляющих навыки осваиваемой деятельности; во-вторых, последовательное наращивание умственных и психологических нагрузок, рефлексивное управление учебной деятельностью.

Создания условий для самостоятельного приобретения обучаемыми большей части знаний, что позволяет им удовлетворить свои потребности в свободе выбора, свободе действий, поступков, формирует у них ответственность за результаты своего труда, развивает способности к творчеству, способствует активному вовлечению в учебный процесс каждого обучаемого, формирует психологическую, теоретическую и практическую готовность обучаемых к саморазвитию и самообразованию

Кодирование графической информации

С 80-х годов интенсивно развивается технология обработки на компьютере графической информации.

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».

Графическая информация на экране монитора представляется в виде (изображения, которое формируется из точек (пикселей). 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 = 21 может быть вычислено количество цветов, отображаемых на экране монитора.

количество отображаемых цветов при определенной глубине цвета

Изображение может иметь различный размер, который определяется количеством точек по горизонтали и по вертикали. В современных персональных компьютерах обычно используются четыре основных размера изображения или разрешающих способностей экрана: 640*480, 800*600, 1024*768 и 1280*1024 точки.

Графический режим вывода изображения на экран определяется разрешающей способностью экрана и глубиной цвета. Полная информация о всех точках изображения, хранящаяся в видеопамяти, называется битовой картой изображения.

Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой его точке (цвет точки) должна храниться в видеопамяти компьютера. Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для наиболее распространенного в настоящее время графического режима (800*600 точек, 16 бит на точку).

Всего точек на экране: 800 * 600 = 480000

Необходимый объем видеопамяти: 16 бит * 480000 = 7680000 бит = 960000 байт = 937,5 Кбайт.

Аналогично рассчитывается необходимый объем видеопамяти для других графических режимов.

Таблица . Объем видеопамяти для различных графических режимов

таблица объема видеопамяти для различных графических режимов

Современные компьютеры обладают такими техническими характеристиками, которые позволяют обрабатывать и выводить на экран, так называемое «живое видео», т.е. видеоизображение естественных объектов. Видеоизображение формируется из отдельных кадров, которые сменяют друг друга с высокой частотой (не воспринимаемой глазом). Обычно частота кадров составляет 25 Гц, т.е. за 1 секунду сменяется 25 кадров.

Устройство ввода графической информации

Компьютерные технологии с каждым днем находят все более широкое применение в обработке изобразительного материала. Цветоделение, произведенное при помощи репродукционных фотоаппаратов, неизбежно приводило к субъективным оценкам цветопередачи оригинала. В типографиях появились весьма дорогостоящие цветокорректоры, способные считывать графическую информацию, преобразовывать ее в цифровую в системе CMYK и производить цветоделение уже на этапе сканирования. Управляли этими устройствами очень квалифицированные инженеры, причем работа контролировалась цветными пробами, по качеству максимально приближенными к тиражным оттискам. При необходимости фотоформы корректировались. Подобные системы получили название «закрытых» и были по карману только процветающим типографиям. Цветокорректоры обеспечивали прекрасное качество фотоформ, но оказались несовместимыми с современным цифровым оборудованием. Таким образом, «закрытость» систем оказалась для них губительной.

Развитие настольно-издательских систем и повышение качества небольших сканирующих устройств позволили редакциям самостоятельно обрабатывать графическую информацию. Количество фирм — производителей компьютеров, сканеров, мониторов, выводных устройств постоянно увеличивается, разрабатывается программное обеспечение для взаимодействия аппаратных средств, такие системы называются «открытыми». Цены на подобные аппаратные средства постоянно снижаются, а качество неуклонно растет. Большинство редакций в настоящее время оснащено «открытыми» системами, этому способствует, конечно же, и фактор повышения оперативности обработки графической информации. Но, как правило, различные аппаратные и программные средства в пределах одного редакционного коллектива работают в различных цветовых системах. Поэтому основные проблемы связаны с правильным воспроизведением цвета.

В редакциях газет и журналов применяются различные типы сканеров (англ, scan — поле зрения) — устройств для ввода графической информации в память компьютера. Характеристики сканирующих устройств существенно влияют на качество периодических изданий. Здесь важно учитывать разрешающую способность сканера, диапазон его оптических плотностей, точность фокусировки как один из важнейших параметров, позволяющих получить достаточную резкость изображения, а также количество воспроизводимых цветов и диапазон цветовых искажений, если издание цветное.

По типам сканеры делятся на:

планшетные — для сканирования фотографий или рисунков в отраженном свете. Многие модели этого типа комплектуются слайд-модулями для работы в проходящем свете;

слайд-сканеры — применяются для цифровки негативов и позитивов;

барабанные — обеспечивают наиболее высокое качество сканирования любого материала.

Устройства вывода графической информации.

По назначению графические регистрирующие устройства ГРУ делятся на графопостроители, координатографы и графознакорегистрирующие устройства.

Графопостроители предназначены для автоматического вычерчивания на бумажном носителе графиков, схем, чертежей и других документов.

Координатографы применяются при изготовлении фотооригиналов печатных плат, а так же для экспонирования, гравирования, вырезания. Отличаются высокой точностью: погрешность регистрации не более 0,05 мм, а в устройствах используемых для получения фотошаблонов интегральных схем погрешность не превышает 0,025 мм. Скорость более 100 мм/с.

Графознакорегистрирующие ГРУ совмещают функции графопостроителя и печатающего устройства. Они обладают высоким быстродействием и позволяют оперативно получать готовые эскизы графических изображений

По способу связи с ЭВМ ГРУ подразделяют на автономные, непосредственно подключаемые к ЭВМ и универсальные. Автономные связаны с ЭВМ через промежуточный носитель (МД, МЛ).

По способу регистрации информации ГРУ подразделяются на две группы: электромеханические и немеханические.

Электромеханические ГРУ включают, как правило, двухкоординатные регистрирующие приборы ДРП, обеспечивающие перемещение РО. В качестве РО используются перья, фломастеры, графические стержни и др. Автоматическая смена РО обеспечивает получение многоцветного графического изображения. Электромеханические ГРУ по способу относительного перемещения РО и носителя информации подразделяются на планшетные и рулонные.

Немеханические ГРУ используют немеханические способы регистрации информации; фотографический, электростатический, электротермический и др. Рабочими оригиналами являются электроды, электронный и лазерный лучи.

Во всех ГРУ используются два метода графопостроения: следящий (функциональный) и развертывающий (растровый).

Следящий метод может быть однокоординатный и двухкоординатный; а развертывающий - с последовательной или параллельной разверткой строки разложения.

Следящий метод используется в так называемых контурных АПГ, в которых регистрирующий орган совершает по поверхности носителя движение, адекватное той функциональной зависимости, которая выводится на график. Различают однокоординатное и двухкоординатное графопостроение следящим методом.

При однокоординатном методе регистрирующий орган совершает возвратно-поступательное движение по отношению к носителю только по одной координате, находясь по другой координате в поступательном движении.

При двухкоординатном методе регистрирующий орган может совершать возвратно-поступательное движение по двум координатам. Однокоординатный метод позволяет изображать только однозначные функции, в том числе функции времени, двухкоординатным методом воспроизводится как однозначные, так и многозначные функции.

При развертывающем методе рабочее поле носителя разбивают (квантуют) на отдельные строки и элементы за счет взаимного перемещения регистрирующего органа и носителя. В момент совпадения значений текущих координат регистрирующего органа и регистрируемой функции в данном месте носителя записывается точка.

Развертывающее графопостроение может быть последовательным – при этом элементы одной строки разложения записываются поочередно во времени, и параллельным – при этом элементы одной строки записываются одновременно.

Очевидно, что скорость регистрации выше при параллельном методе.

Автоматические построители графиков контурного типа.

АПГ контурного типа позволяет вычерчивать произвольные функции y=f(x) в плоскости координат (x,y).

Их исполнительным устройством являются двухкоординатные регистрирующие приборы (ДРП), в которых регистрирующий орган перемещается независимыми приводами по двум координатам.

Х

У

Х

У

Х

Варианты механических рабочих систем ДРП показаны на рис.

ДРП с неподвижным носителем называют планшетом.

С помощью таких приборов можно получить изображение графиков как точечные, так и в виде непрерывной линии. В первом случае регистрирующий орган наносит только опорные, т.е. вычисленные точки, во втором случае – производит нанесение изображения на всем пути своего движения.

Траектория его перемещения в этом случае приобретает первостепенное значение, так как она должна соответствовать вычерчиваемой функции. Это соответствие достигается обеспечением перемещения регистрирующего органа по контуру графика функции (отсюда название – контурные АПГ).

Электрическая схема каждой координаты АПГ представляет собой преобразователь двоичного кода в перемещение с определенным законом скорости движения. В зависимости от типа преобразователя контурные АПГ делятся на:

а) АПГ с промежуточным преобразованием кода в аналоговую величину;

б) АПГ с цифровыми следящими системами;

в) АПГ с шаговыми системами (используется суммирование единичных приращений).

АПГ с промежуточным преобразованием кода в аналоговую величину.

В АПГ этого типа полученные в результате расчета цифровые коды предварительно преобразуются в аналоговую форму. Получаемый аналоговый сигнал воздействует на электрическое приводное устройство исполнительного прибора.

Электрические схемы исполнительных регистрирующих приборов весьма разнообразны. Широкое применение нашли приборы, схемы которых основаны на компенсационном принципе. На рис. показана принципиальная схема двухкоординатного самописца, оба канала которого представляют собой компенсационные системы.

СД

R1

R2

R3

R4

R0

R

R3

R4

R0

R1

R2

E

Ux

Uy

Uк

y

x

R0

E
На одну из диагоналей моста последовательно со входом усилителя подается регистрируемая величина Ux. Разность потенциалов на концах диагонали моста является компенсирующим напряжением Uк. Мост питается стабилизированным источником питания Е. Если Ux и Uк не равны, их разность усиливается операционным усилителем и поступает на серводвигатель СД, который передвигая движок потенциометра R уравновешивает мост. Вместе с движком потенциометра передвигается регистрирующий орган.

Эти приборы можно использовать в качестве исполнительных устройств в АПГ для ЦВМ. Ограничивающим фактором здесь является требование к величине выходного сопротивления источника напряжения Ux, которая влияет на точность компенсации.

Существует большое количество двухкоординатных приборов, схемы которых выполнены в виде следящих систем. Структура следящих систем определяется видом сигнала рассогласования на входе системы. Таким сигналом может быть амплитудно- частотно- или фазо- модулированный сигнал.

U₂
Структурная схема следящей системы приведена на рис.

С

У

Д

Р

Н

Rос

U₁

+ U

U_ос

U

Входная величина U поступает на один из входов операционного усилителя (сумматора С). На другой его вход поступает сигнал обратной связи Uос.

При U  Uос на выходе сумматора образуется сигнал рассогласования U, который через усилитель У воздействует на исполнительный двигатель Д. Электродвигатель отрабатывает угол, пропорциональный сигналу рассогласования. Через редуктор Р двигатель приводит в движение нагрузку Н (механическую систему регистрирующего прибора). На валу редуктора укреплен движок потенциометра обратной связи, с помощью которого сигнал рассогласования после отработки входной величины уменьшается до нуля.

При автоматическом вычерчивании графиков важным критерием для выбора систем преобразования данных и скорости передачи информации является требуемая качество графика.

Критерием его считается показатель «гладкости» линии графика, который можно характеризовать величиной помехи, наложенной на идеализированную линию графика. Эта помеха обуславливается погрешностями устройства, основными из которых являются:
1 – величина погрешности графика, образующаяся за счет переменного момента трения механизмов;

2 – величина погрешности графика за счет дискретности входного сигнала;

3 – величина погрешности, зависящая от степени перерегулирования системы.

Суммарная погрешность устройства равна :

=1+2+3

Для рассмотренных выше АПГ 0,25%

АПГ с цифровыми следящими системами.

Х_ц

_ц

U_

U



Z

ЦСУ

Ц/А

У

Д

Р

Н

А/Ц

Z_ц

Использование в АПГ цифровой следящей системы (ЦСС) облегчает их связь с ЦВМ, кроме того увеличивается их точность, быстродействие и надежность. Последнее обстоятельство объясняется в основном тем, что в их системах используются стандартные элементы и узлы цифровых устройств, которые в настоящее время достаточно хорошо отработаны и поэтому надежны и долговечны. Блок- схема ЦСС для одного канала приведена на рис.

Работает она следующим образом. Входной сигнал Х_ц в определенном коде поступает на цифровое сравнивающее устройство (ЦСУ) и сравнивается с кодом, поступающим по цепи обратной связи Z_ц, являющимся результатом цифрового измерения угла поворота выходной оси Z. Измерение осуществляется аналого-цифровым преобразователем (А/Ц). ЦСУ производит вычитание числа Z_ц из числа Х_ц. Цифровая ошибка рассогласования (ЦОР) _ц = Х_ц - Z_ц поступает на цифро-аналоговый преобразователь (Ц/А), на выходе которого получается также сигнал ошибки, но уже в аналоговой форме U_, как правило в виде электрической величины. После усиления усилителем У сигнала ошибки U подается на исполнительный двигатель Д, последний через редуктор Р вращает выходную ось ЦСС так, чтобы уменьшить рассогласование. В результате выходная величина Z “следит” за входной величиной Х_ц.

Цифровые следящие системы характеризуются большими скоростями отработки входного сигнала и повышенной точностью. Однако они сложны, имеют высокую стоимость и потому применяются преимущественно в ответственных разработках.

В автоматических построителях графиков большое распространение получили системы с суммированием единичных приращений. Они близки к цифровым следящим системам. Однако выполнены по схеме разомкнутой системы регулирования.

Вывод

Большую роль для построения изображения на компьютере является видеокарта. Она выводит графическую информацию на экран.

Для редактирования изображений используются графические редакторы. Они делятся на два класса:

Программы для работы с растровой графикой(Paint, Photoshop)
Программы для работы с векторной графикой(Microsoft Draw)

Каждое изображение формируется из точек(пикселей) и каждую точку компьютер кодирует по своему.

Устройств ввода – вывода в наше время существует очень много. Самым простым примером является – носитель- видеокарта-монитор.

Характеристики основных форматов изображений

Основными форматами изображений являются JPG, GIF, PNG.

Характеристика формата JPG

Наименование: JPG (JPEG) — Joint Photographic Experts Group.

Алгоритм сжатия: JPEG.

Палитра: 24 bit/pic.

Прогрессивный вывод изображений на экран.

Рекомендуемое использование: для фотографических изображений.

Владелец: Joint Photographics Experts Group.

На самом деле не существует формата JPG, как такового. В большинстве случаев это файлы форматов JFIF и JPTG-TIFF сжатые по JPEG технологиям сжатия. Однако для практики это не имеет особого значения, поэтому будем придерживаться общепринятой терминологии.

Алгоритм сжатия JPEG не очень хорошо обрабатывает изображения с небольшим количеством цветов и резкими границами их перехода. Например, нарисованную в графическом редакторе картинку или текст. Для таких изображений более эффективным может оказаться их представление в GIF-формате. В то же время он незаменим при подготовке фотографий к передаче по сети.

Алгоритм сжатия JPEG достаточно сложен, поэтому работает медленнее большинства других. Кроме того, к этому типу сжатия относится несколько близких по своим свойствам JPEG технологий. Основным параметром, присутствующим у всех них является качество изображения (Q-параметр) измеряемое в процентах. Размер выходного JPG-файла находится в прямой зависимости от этого параметра, т.е. при уменьшении "Q", уменьшается размер файла. Опытный глаз, конечно, увидит искажения изображения, вносимые алгоритмом, но т.к. web-графика в подавляющем своем большинстве носит иллюстративный характер, то наблюдателем эти искажения не воспринимаются как критичные.

Приведенные ниже примеры характеризуют влияние Q-параметра на размер выходного JPG-файла. Все картинки были записаны при прочих равных условиях.

Q = 12% 1,94 Кб Q = 25% 2,56 Кб Q = 50% 4,08 Кб Q = 100% 17,2 Кб

В некоторых статьях по оптимизации JPEG, попадавшихся мне в Интернете, авторы все-таки пытаются пойти дальше параметров Quality и Progressive и описывают такой важный показатель, как цвет. Однако все рекомендации на этот счет стандартны: «поменьше цветов» и «добавьте немного размытия».

Характеристика формата GIF

Наименование: GIF — Graphic Interchange Format.

Алгоритм сжатия LZW (сжатие данных без потерь).

Палитра: 8 bit/pic. (256 цветов)

Поддержка прозрачности.

Возможность включения нескольких изображений (анимация).

Чересстрочный вывод изображений на экран (в GIF89a).

Включение текстовых блоков (комментариев).

Рекомендуемое использование: для рисованных изображений, чертежей, графиков.

Владелец: CompuServe.

Формат GIF был разработан в 1987 году компьютерной информационной службой CompuServe. Сейчас этот формат является наиболее используемым форматом в сети Интернет. GIF использует мощный 12-разрядный алгоритм сжатия LZW, он предназначается для работы на различных платформах и, кроме того, данный формат позволяет во время получения данных сразу же выводить их на экран.

Формат GIF предназначен в основном для “рисованных” изображений: чертежей, графиков и т. д.

В нём используется так называемая индексированная цветовая палитра. Максимальное количество цветов в ней — 256.

Так что не стоит сохранять в формате GIF, например, многоцветные фотографии — размер файла будет довольно большим, а качество изображения заметно ухудшится за счет уменьшения количества цветов. Зато файлы, содержащие много одноцветных точек, расположенных рядом, сжимаются с помощью формата GIF до небольших размеров. Кроме того, формат GIF имеет еще ряд достоинств.

Во-первых, GIF-рисунок может быть “прозрачным”. То есть, можно один цвет удалить из палитры GIF, определив его как прозрачный. Тогда при отображении, сквозь точки, окрашенные в этот цвет, на рисунке будет виден фон веб-страницы. Это очень помогает при создании рисунков фигурной формы. Например, этим приемом можно поместить на веб-страницу круглую фотографию. На самом-то деле она, конечно, прямоугольная, просто края ее сделаны прозрачными. Этим приемом иногда оживляют окна программ, заставки.

Другое достоинство GIF-рисунков — возможность загружать их чересстрочным методом. Если графический файл имеет большой размер и грузится из Интернета долго, пользователь увидит сначала как бы нечеткие контуры будущего рисунка, а по мере загрузки изображение будет постепенно “проявляться”, что достигается очень простым приемом — изменением порядка загрузки строк изображения. Для этого необходимо при сохранении GIF-файла не забыть включить режим Interlaced (Чересстрочный).

И, наконец, еще одно достоинство GIF-файлов — они могут содержать не только статичные рисунки, но и целые анимационные фрагменты!

На самом деле эти фрагменты представляют собой последовательности нескольких статичных кадров, а также информацию о том, сколько времени каждый кадр должен задерживаться на экране. Для создания анимации существуют специальные программы. В такую программу можно загрузить несколько графических файлов подряд, а также использовать некоторые встроенные эффекты. Однако помните, что каждый лишний кадр ведет к увеличению размера файла, и если сделать анимированный GIF-файл, например из 500 кадров, очень мало кто сможет дождаться окончания его загрузки.

GIF стал одним из наиболее используемых графических форматов, но технический прогресс движется и поэтому 8 битов на пиксель оказывается слишком мало. И еще один немаловажный фактор, то, что алгоритм сжатия LZW формата GIF запатентован. Владельцем патента с 1994 года является фирма Unisys, и она начала брать плату с разработчиков, использующих формат GIF. Поэтому был создан формат PNG (“пнг”). В отличие от GIF формата PNG поддерживает до 64 битов на пиксель, и на него не накладываются никакие патенты.

Характеристика формата PNG

Наименование: PNG - Portable Network Graphics.

Алгоритм сжатия - LZ7 (сжатие изображения без потерь).

Палитра: 48 bit/pic.

Хранение монохромных изображений (до 16 битов на пиксель).

Поддержка переменной прозрачности — до 256 градаций (в формате GIF каждый пиксель или прозрачен, или нет).

Использование фильтрации для оптимизации сжатия (в GIF отсутствует).

Возможность чересстрочного вывода изображений на экран.

Встроенные средства обнаружения ошибок передачи данных (в GIF отсутствует).

Средства цветокоррекции (в GIF отсутствуют).

Сохранение уменьшенной копии изображения.

Формат PNG самый «младший» среди популярных форматов web-графики. Поэтому он пока не достаточно широко распространен. Но его возможности позволяют предположить, что в будущем производители программного обеспечения и разработчики web-страниц уделят ему больше внимания.

По своим характеристикам этот формат похож на GIF, что неудивительно — ведь PNG разрабатывался как его альтернатива.

В отличие от GIF, формат PNG является свободно распространяемым для использования. Это значит, что его поддержку в программном обеспечении можно вводить без оплаты каких-либо лицензий. Для сжатия изображения в формате PNG используется алгоритм LZ78 — предшественник LZW, используемого в формате GIF. К недостаткам PNG по сравнению с GIF можно отнести невозможность сохранения в одном файле нескольких изображений и создания анимации.

Глубина цвета может быть любой, вплоть до 48 бит (RGB, для сравнения, - 24), поддерживается плавно переходящая прозрачность. В файл формата PNG записывается информация о гамма-коррекции. Гамма представляет собой некое число, характеризующее зависимость яркости свечения экрана вашего монитора от напряжения на электродах кинескопа. Это число, считанное из файла, позволяет ввести поправку яркости при отображении. Таким образом, эта особенность помогает реализации основной идеи WWW - одинакового отображения информации независимо от аппаратуры пользователя.

Сетевая графика представлена преимущественно двумя форматами файлов - GIF (Graphics Interchange Format) и JPG (Joint Photographics Experts Group). Оба этих формата являются компрессионными, то есть данные в них уже находятся в сжатом виде.

Каждый из этих форматов имеет ряд настраиваемых параметров, позволяющих управлять соотношением качество-размер файла, таким образом, за счет сознательного снижения качества изображения, зачастую практически не влияющего на восприятие, добиваться уменьшения объема графического файла, иногда в значительной степени.

Вывод

Каждый из этих трех форматов изображений распространен, и имеет свои достоинства и недостатки. Эти три формата очень удобны при работе в интернете.

JPG – имеет небольшое количество цветов

GIF – формат анимации, а так же для чертежей, графиков, и рисованных изображений

PNG – насыщенный цвет.

Заключение

Список используемой литературы

1. Методические указания по курсовому проектированию.

Издательство МЭИ, 1991.

2. Микропроцессорные средства и системы. Издательство

“ Учебный центр “, 1988.

3. “ Средства отображения информации ”. М.: Высш. Шк., 1985.

4. Курс лекций по дисциплине “ Техническое обеспечение и внешние устройства ЭВС ”. Талыков М.Б.

5. Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта https://referat.ru