Векторное кодирование. 
Методы кодирования графической информации

Для чертежей, схем, карт применяется другой способ кодирования, который позволяет не терять качество при изменении размеров изображения. Рисунок хранится как набор простейших геометрических фигур (графических примитивов): линий, многоугольников, сглаженных кривых, окружностей, эллипсов. Такой рисунок называется векторным.

Векторный рисунок — это рисунок, который закодирован в виде набора простейших геометрических фигур, параметры которых (размеры, координаты вершин, углы наклона, цвет контура и заливки) хранятся в виде чисел.

Векторный рисунок можно «разобрать» на части, растащив мышкой его элементы, а потом снова собрать полное изображение:

При векторном кодировании для отрезка хранятся координаты его концов, для прямоугольников и ломаных — координаты вершин. Окружность и эллипс можно задать координатами прямоугольника, в который вписана фигура. Сложнее обстоит дело со сглаженными кривыми. На рисунке изображена линия с опорными точками.

У каждой из этих точек есть «рукоятки» (управляющие линии), перемещая концы этих рукояток можно регулировать наклон касательной и кривизну всех участков кривой. Если обе рукоятки находятся на одной прямой, получается сглаженный узел, если нет — то угловой узел. Таким образом, форма этой кривой полностью задается координатами опорных точек и координатами рукояток. Кривые, заданные таким образом, называют кривыми Безье в честь их изобретателя французского инженера Пьера Безье.

Векторный способ кодирования рисунки обладает значительными преимуществами в сравнении с растровым тогда, когда изображение может быть полностью разложено на простейшие геометрические фигуры (например, чертеж, схема, карта, диаграмма). В этом случае при кодировании нет потери информации.

Объем файлов напрямую зависит от сложности рисунка — чем меньше элементов, тем меньше места занимает файл. Как правило, векторные рисунки значительно меньше по объему, чем растровые. При изменении размера векторного рисунка не происходит никакого искажения формы элементов, при увеличении наклонных линий не появляются «ступеньки», как при растровом кодировании:

Самый главный недостаток этого метода — он практически непригоден для кодирования размытых изображений, например, фотографий.

Среди форматов векторных рисунков отметим следующие:

WMF (англ. WindowsMetafile — метафайл Windows, файлы с расширением .wmf и. emf) — стандартный формат векторных рисунков в операционной системе Windows;

CDR (файлы с расширением .cdr) — формат векторных рисунков программыCorelDRAW;

AI (файлы с расширением .ai) — формат векторных рисунков программы AdobeIllustrator;

SVG (англ. ScalableVectorGraphics — масштабируемые векторные изображения, файлы с расширением .svg) — векторная графика для веб-страниц.

Вопросы и задания.

• 1. Постройте двоичные коды для черно-белых рисунков и запишите их в шестнадцатеричной системе счисления:
• 2.
• а)

• б)
• в)

Какие сложности у вас возникли? Как их можно преодолеть?

• 2. Рисунок размером 10Ч15 см кодируется с разрешением 300 ppi. Оцените количество пикселей в этом рисунке. (Ответ: около 2 мегапикселей)
• 3. Постройте шестнадцатеричный код для цветов, имеющих RGB-коды (100,200,200), (30,50,200), (60,180, 20), (220, 150, 30). (Ответ: #64C8C8, #1E32C8, #3CB414, #DC961E)
• 4. Как бы вы назвали цвет, заданный на веб-странице в виде кода: #CCCCCC, #FFCCCC, #CCCCFF, #66, #FF66FF, #CCFFFF, #992 299, #999 900, #99FF99? Найдите десятичные значения составляющих RGB-кода. (Ответ: (204,204,204), (255,204,204), (204,204,255), (0,0,102), (255.255,102), (104,255,255), (153,34,153), (153,153,0), (153,255,153))
• 5. Что такое глубина цвета? Как связаны глубина цвета и объем файла?
• 6. Какова глубина цвета, если в рисунке используется 65 536 цветов? 256 цветов? 16 цветов? (Ответ: 16 бит; 8 бит; 4 бита)
• 7. Для желтого цвета найдите красную, зеленую и синюю составляющие при 12-битном кодировании. (Ответ: R=G=15, B=0)
• 8. Сколько места занимает палитра в файле, где используются 64 цвета? 128 цветов?
• 9. Сколько байт будет занимать код рисунка размером 40Ч50 пикселей в режиме истинного цвета? при кодировании с палитрой 256 цветов? при кодировании с палитрой 16 цветов? в черно-белом варианте (два цвета)? (Ответ: 6000, 2000, 1000, 250)
• 10. Сколько байт будет занимать код рисунка размером 80Ч100 пикселей в кодировании с глубиной цвета 12 бит на пиксель? (Ответ: 12 000)
• 11. Для хранения растрового изображения размером 32Ч32 пикселя отвели 512 байтов памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения? (Ответ: 16)
• 12. Для хранения растрового изображения размером 128×128 пикселей отвели 4 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения? (Ответ: 4)
• 13. В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 1024 до 32. Во сколько раз уменьшился информационный объем файла? (Ответ: в 2 раза)
• 14. В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 512 до 8. Во сколько раз уменьшился информационный объем файла? (Ответ: в 3 раза)
• 15. Разрешение экрана монитора — 1024×768 точек, глубина цвета — 16 бит. Каков необходимый объем видеопамяти для данного графического режима? (Ответ: 1,5 Мбайт)
• 16. После преобразования растрового 256-цветного графического файла в черно-белый формат (2 цвета) его размер уменьшился на 70 байт. Каков был размер исходного файла? (Ответ: 80 байт)
• 17. Сколько памяти нужно для хранения 64-цветного растрового графического изображения размером 32 на 128 точек? (Ответ: 3 Кбайта)
• 18. Какова ширина (в пикселях) прямоугольного 64-цветного неупакованного растрового изображения, занимающего на диске 1,5 Мбайт, если его высота вдвое меньше ширины? (Ответ: 2048)
• 19. Какова ширина (в пикселях) прямоугольного 16-цветного неупакованного растрового изображения, занимающего на диске 1 Мбайт, если его высота вдвое больше ширины? (Ответ: 1024)

Лабораторная работа. Кодирование графической информации.

Цель: научиться кодировать растровые графические файлы; научиться измерять информационный объем графических файлов.

Методические указания.

Графическая информация на экране дисплея представляется в виде изображения, которое формируется из точек (пикселей). Всмотритесь в газетную фотографию, и вы увидите, что она тоже состоит из мельчайших точек. Если это только чёрные и белые точки, то каждую из них можно закодировать 1 битом. Но если на фотографии оттенки, то два бита позволяет закодировать 4 оттенка точек: 00 — белый цвет, 01 — светло-серый, 10 — тёмно-серый, 11 — чёрный. Три бита позволяют закодировать 8 оттенков и т. д.

Количество бит, необходимое для кодирования одного оттенка цвета, называется глубиной цвета.

В современных компьютерах разрешающая способность (количество точек на экране), а также количество цветов зависит от видеоадаптера и может изменяться программно.

Цветные изображения могут иметь различные режимы: 16 цветов, 256 цветов, 65 536 цветов (high color), 16 777 216 цветов (true color). На одну точку для режима high color необходимо 16 бит или 2 байта.

Наиболее распространённой разрешающей способностью экрана является разрешение 800 на 600 точек, т. е. 480 000 точек. Рассчитаем необходимый для режима high color объём видеопамяти: 2 байт.

*480 000=960000 байт.

Для измерения объёма информации используются и более крупные единицы:

Следовательно, 960 000 байт приблизительно равно 937,5 Кбайт. Если человек говорит по восемь часов в день без перерыва, то за 70 лет жизни он наговорит около 10 гигабайт информации (это 5 миллионов страниц — стопка бумаги высотой 500 метров).

Скорость передачи информации — это количество битов, передаваемых в 1 секунду. Скорость передачи 1 бит в 1 секунду называется 1 бод.

В видеопамяти компьютера хранится битовая карта, являющаяся двоичным кодом изображения, откуда она считывается процессором (не реже 50 раз в секунду) и отображается на экран.

Задачи:

• 1. Известно, что видеопамять компьютера имеет объем 512 Кбайт. Разрешающая способность экрана 640 на 200. Сколько страниц экрана одновременно разместится в видеопамяти при палитре: а) из 8 цветов, б) 16 цветов; в) 256 цветов?
• 2. Сколько бит требуется, чтобы закодировать информацию о 130

оттенках?

3. Подумайте, как уплотнить информацию о рисунке при его записи в файл, если известно, что: а) в рисунке одновременно содержится только 16 цветовых оттенков из 138 возможных; б) в рисунке присутствуют все 130 оттенков одновременно, но количество точек, закрашенных разными оттенками, сильно различаются.

• 4. Найдите в сети Интернет информацию на тему «Цветовые модели HSB, RGB, CMYK» и создайте на эту тему презентацию. В ней отобразите положительные и отрицательные стороны каждой цветовой модели, принцип ее функционирования и применение.
• 5. В приложении «Точечный рисунок» создайте файл размером (по

вариантам):

А) 200*300, (№ по списку 1, 8, 15, 22, 29) Б) 590*350, (№ по списку 2, 9, 16, 23, 30) В) 478*472, (№ по списку 3, 10, 17, 24, 31) Г)190*367, (№ по списку 4, 11, 18, 25, 32) Д) 288*577; (№ по списку 5, 12, 19, 26, 33) Е) 100*466, (№ по списку 5, 13, 20, 27, 34) Ж) 390*277. (№ по списку 6, 14, 21, 28).

Сохраните его под следующими расширениями:

• · монохромный рисунок,
• · 16-цветный рисунок,
• · 256-цветный рисунок,
• · 24-битный рисунок,
• · формат JPG.

Используя информацию о размере каждого из полученных файлов, вычислите количество используемых цветов в каждом из файлов, проверьте с полученным на практике. Объясните, почему формула расчета количества цветов не подходит для формата JPG. Для этого воспользуйтесь информацией из сети Интернет.

6. На бумаге в клетку (или в приложении Excel) нарисуйте произвольный рисунок 10*10 клеток. Закодируйте его двоичным кодом (закрашена клетка — 1, не закрашена — 0). Полученный код отдайте одногруппнику для раскодирования и получения изображения.

Дополнительная мультимедийная информация.

• 1. Презентация на темы «Кодирование графической информации» http://nsportal.ru/shkola/informatika-i-ikt/library/2016/04/01/kodirovanie-graficheskoy-informatsii-informatika-10
• 2. Видео проект на темы «Кодирование графической информации» https://www.youtube.com/watch?v=tF0E6gzLxMs