Глубина кодирования цвета это: Что такое глубина цвета? — ответ на Uchi.ru

5. Задание 7. Кодирование информации

Кодирование звуковой информации

При оцифровке звука в памяти запоминаются только отдельные значения сигнала. Чем чаще записывается сигнал, тем лучше качество записи.
Частота дискретизации f – это количество раз в секунду, которое происходит преобразование аналогового звукового сигнала в цифровой. Измеряется в Герцах (Гц).
Глубина кодирования (а также, разрешение) – это количество бит, выделяемое на одно преобразование сигнала. Измеряется в битах (Бит).
Возможна запись нескольких каналов: одного (моно), двух (стерео), четырех (квадро).
Обозначим частоту дискретизации – f (Гц), глубину кодирования – B(бит), количество каналов – k, время записи – t(Сек).
Количество уровней дискретизации d можно рассчитать по формуле: d = 2^B.
Тогда объем записанного файла V(бит) = f * B * k * t.
Или, если нам дано количество уровней дискретизации, V(бит) = f * log₂d * k * t.
Единицы измерения объемов информации:
1 б (байт) = 8 бит
1 Кб (килобайт) = 210 б
1 Мб (мегабайт) = 220 б
1 Гб (гигабайт) = 230 б
1 Тб (терабайт) = 240 б
1 Пб (петабайт) = 250 б

Задача 1

1) Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и глубиной кодирования 32 бит. Запись длится 12 минут, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?
1) 30 2) 45 3) 75 4) 90

Решение:
V(бит) = f(Гц)* B(бит) * k * t(Сек),
где V – размер файла, f – частота дискретизации, B – глубина кодирования, k – количество каналов, t – время.
Значит, V(Мб) = (f * B * k * t ) / 2²³
Переведем все величины в требуемые единицы измерения:
V(Мб) = (16*1000 * 32 * 2 * 12 * 60 ) / 2²³
Представим все возможные числа, как степени двойки:
V(Мб) = (2⁴ * 2³ * 125 * 2⁵ * 2 * 2² * 3 * 15 * 2²) / 2²³ = (5625 * 2¹⁷) / 2²³ = 5625 / 2⁶ = 5625 / 64 ≈ 90.
Ответ: 4
!!! Без представления чисел через степени двойки вычисления становятся намного сложнее.
!!! Частота – это физическая величина, а потому 16 кГц = 16 * 1000 Гц, а не 16 * 210. Иногда этой разницей можно пренебречь, но на последних диагностических работах она влияла на правильность ответа.

Задача 2

Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 128 Гц. При записи использовались 64 уровня дискретизации. Запись длится 6 минут 24 секунд, её результаты записываются в файл, причём каждый сигнал кодируется минимально возможным и одинаковым количеством битов. Какое из приведённых ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в килобайтах?
1) 24 2) 36 3) 128 4) 384

Решение:
V(бит) = f * log2d * k * t, где V – размер файла, f – частота дискретизации, d – количество уровней дискретизации, k – количество каналов, t – время.
Переведем все величины в требуемые единицы измерения и представим все возможные числа, как степени двойки:
V(Кб) = (f * log₂d * k * t) / 2¹³ = (128 * log₂64 * 1 * 384) / 2¹³ = (2⁷ * 6 * 3 * 2⁷) / 2¹³ = 9 * 4 = 36
Ответ: 2

Задача 3

В те­че­ние трех минут про­из­во­ди­лась четырёхка­наль­ная (квад­ро) зву­ко­за­пись с ча­сто­той дис­кре­ти­за­ции 16 КГц и 24-бит­ным раз­ре­ше­ни­ем. Сжа­тие дан­ных не про­из­во­ди­лось. Какая из при­ве­ден­ных ниже ве­ли­чин наи­бо­лее близ­ка к раз­ме­ру по­лу­чен­но­го файла?

1) 25 Мбайт
2) 35 Мбайт
3) 45 Мбайт
4) 55 Мбайт

Решение:
V(бит) = f(Гц)* B(бит) * k * t(Сек),
где V – размер файла, f – частота дискретизации, B – глубина кодирования (или разрешение), k – количество каналов, t – время.
Значит, V(Мб) = (f * B * k * t ) / 2²³ = (16 * 1000 * 24 * 4 * 3 * 60) / 2²³ = (2⁴ * 2³ * 125 * 3 * 2³ * 2² * 3 * 15 * 2²) / 2²³ = (125 * 9 * 15 * 2¹⁴) / 2²³ = 16875 / 2⁹ = 32, 96 ≈ 35
Ответ: 2

Задача 4

Ана­ло­го­вый зву­ко­вой сиг­нал был записан сна­ча­ла с ис­поль­зо­ва­ни­ем 64 уров­ней дис­кре­ти­за­ции сиг­на­ла, а затем с ис­поль­зо­ва­ни­ем 4096 уров­ней дис­кре­ти­за­ции сиг­на­ла. Во сколь­ко раз уве­ли­чил­ся ин­фор­ма­ци­он­ный объем оциф­ро­ван­но­го звука?
1) 64
2) 8
3) 2
4) 12

Решение:
V(бит) = f * log₂d * k * t, где V – размер файла, f – частота дискретизации, d – количество уровней дискретизации, k – количество каналов, t – время.
V1 = f * log₂64 * k * t = f * 6 * k * t
V2 = f * log₂4096 * k * t = f * 12 * k * t
V2 / V1 = 2
Пра­виль­ный ответ ука­зан под но­ме­ром 3.
Ответ: 3

Задача 5

Проводилась одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 24-битным разрешением. В результате был получен файл размером 3 Мбайт, сжатие данных не производилось. Какая из приведенных ниже величин наиболее близка к времени, в течение которого проводилась запись?
1) 30 сек 2) 60 сек 3) 90 сек 4) 120 сек

Решение:
V(бит) = f(Гц)* B(бит) * k * t(Сек),
где V – размер файла, f – частота дискретизации, B – глубина кодирования, k – количество каналов, t – время.
Значит, время t = V / (f * B * k) = (3 * 2²³) / (2⁴ * 1000 * 3 * 2³ * 1) = (3 * 2²³) / (2⁴ *2³ * 125 * 3 * 2³ * 1) = 2¹³ / 125 = 65,5 ≈ 60 сек.
Ответ: 2

Кодирование графической информации

При оцифровке графического изображения качество картинки зависит от количества точек и количества цветов, в которые можно раскрасить точку.
Если X – количество точек по горизонтали,
Y – количество точек по вертикали,
P – глубина цвета (количество бит, отводимых для кодирования одной точки), то количество различных цветов в палитре N = 2^I. Соответственно, I = log₂N.
Тогда объем файла, содержащего изображение, V(бит) = X * Y * P.
Или, если нам дано количество цветов в палитре, V(бит) = X * Y * log₂N.

Задача 6

Какой минимальный объём памяти (в Кбайт) нужно зарезервировать, чтобы можно было сохранить любое растровое изображение размером 64×64 пикселей при условии, что в изображении могут использоваться 256 различных цветов? В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.
Решение:
V(бит) = X * Y * log₂N, где V – объем памяти, X,Y – количество пикселей по горизонтали и вертикали, N – количество цветов.
V (Кб) = (64 * 64 * log₂256) / 2¹³ = 2¹² * 8 / 2¹³ = 4
Ответ: 4

Задача 7

Для хранения растрового изображения размером 64×32 пикселя отвели 1 килобайт памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

Решение:
V(бит) = X * Y * log₂N, где V – объем памяти, X,Y – количество пикселей по горизонтали и вертикали, N – количество цветов.
log₂N = V /( X*Y) = 2¹³ / (2⁶ * 2⁵) = 4
N = 16
Ответ: 16

Задача 8

Цвет пикселя монитора определяется тремя составляющими: зеленой, синей и красной. Под красную и синюю составляющие одного пикселя отвели по пять бит. Сколько бит отвели под зеленую составляющую одного пикселя, если растровое изображение размером 8×8 пикселей занимает 128 байт памяти?

Решение:
Изображение 8х8 = 64 пикселя занимает 128 байт, значит, один пиксель занимает 2 байта = 16 бит. Под красную и синюю составляющую отвели по 5 бит, значит под зеленую осталось 6 бит.
Ответ: 6

Задача 9

Цвет пикселя, формируемого принтером, определяется тремя составляющими: голубой, пурпурной и желтой. Под каждую составляющую одного пикселя отвели по четыре бита. В какое количество цветов можно раскрасить пиксель?

Решение:
Раз под каждую из трех составляющих отвели по 4 бита, значит, под пиксель отведено всего 12 бит. Количество цветов, в которое можно раскрасить пиксель = 2¹² = 4096.
Ответ: 4096

Задача 10

В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов уменьшилось с 65536 до 16. Во сколько раз уменьшится информационный объем графического файла?

Решение:
V(бит) = X * Y * log₂N, где V – объем памяти, X,Y – количество пикселей по горизонтали и вертикали, N – количество цветов.
V₁ = X * Y * log₂65536 = X * Y * 16
V₂ = X * Y * log₂16 = X * Y * 4
V₁ / V₂ = 4
Ответ: 4

Передача данных

Скорость передачи информации по каналу связи (пропускная способность канала) вычисляется как количество информации в битах, переданное за 1 секунду (бит/с).
Объем переданной информации вычисляется по формуле V = q * t, где q – пропускная способность канала, а t – время передачи.

Задача 11

До­ку­мент объ­е­мом 5 Мбайт можно пе­ре­дать с од­но­го ком­пью­те­ра на дру­гой двумя спо­со­ба­ми:
А) Сжать ар­хи­ва­то­ром, пе­ре­дать архив по ка­на­лу связи, рас­па­ко­вать.
Б) Пе­ре­дать по ка­на­лу связи без ис­поль­зо­ва­ния ар­хи­ва­то­ра.
Какой спо­соб быст­рее и на­сколь­ко, если
– сред­няя ско­рость пе­ре­да­чи дан­ных по ка­на­лу связи со­став­ля­ет 2¹⁸ бит в се­кун­ду,
– объем сжа­то­го ар­хи­ва­то­ром до­ку­мен­та равен 80% от ис­ход­но­го,
– время, тре­бу­е­мое на сжа­тие до­ку­мен­та – 35 се­кунд, на рас­па­ков­ку – 3 се­кун­ды?

В от­ве­те на­пи­ши­те букву А, если спо­соб А быст­рее или Б, если быст­рее спо­соб Б. Сразу после буквы на­пи­ши­те ко­ли­че­ство се­кунд, на­сколь­ко один спо­соб быст­рее дру­го­го. Так, на­при­мер, если спо­соб Б быст­рее спо­со­ба А на 23 се­кун­ды, в от­ве­те нужно на­пи­сать Б23. Слов «се­кунд», «сек.», «с.» к от­ве­ту до­бав­лять не нужно.

Решение:
Спо­соб А. Общее время скла­ды­ва­ет­ся из вре­ме­ни сжа­тия, рас­па­ков­ки и пе­ре­да­чи. Время пе­ре­да­чи t рас­счи­ты­ва­ет­ся по фор­му­ле t = V / q, где V — объём ин­фор­ма­ции, q — скорость пе­ре­да­чи дан­ных.
Объем сжатого документа: 5 * 0,8 = 4 Мб =4 * 2²³ бит.
Найдём общее время: t = 35 с + 3 с + 4 * 2²³ бит / 2¹⁸ бит/с = 38 + 2⁷ с = 166 с.
Спо­соб Б. Общее время сов­па­да­ет с вре­ме­нем пе­ре­да­чи: t = 5 * 2

23 бит / 2¹⁸ бит/с = 5 * 2⁵ с = 160 с.
Спо­соб Б быст­рее на 166 — 160 = 6 с.
Ответ: Б6

Задача 12

Ско­рость пе­ре­да­чи дан­ных через ADSL─со­еди­не­ние равна 128000 бит/c. Через дан­ное со­еди­не­ние пе­ре­да­ют файл раз­ме­ром 625 Кбайт. Опре­де­ли­те время пе­ре­да­чи файла в се­кун­дах.

Решение:
Время t = V / q, где V — объем файла, q — скорость пе­ре­да­чи дан­ных.
t = 625 * 2¹⁰ байт / (2⁷ * 1000) бит/c = 625 * 2¹³ бит / (125 * 2¹⁰) бит/c = 5 * 2³ с = 40 с.
Ответ: 40

Задача 13

Сколько секунд потребуется модему, передающему сообщения со скоростью 28800 бит/с, чтобы передать 100 страниц текста в 30 строк по 60 символов каждая, при условии, что каждый символ кодируется 1 байтом?

Решение:
Время t = V / q, где V — объем файла, q — скорость пе­ре­да­чи дан­ных.
t = (100 * 30 * 60 * 8 бит) / (28800 бит/с) = 50 с.
Ответ: 50

Задача 14

Сколько секунд потребуется модему, передающему сообщения со скоростью 19200 бит/с, чтобы передать цветное растровое изображение размером 1280 на 800 пикселей, при условии, что цвет каждого пикселя кодируется 24 битами?

Решение:
Время t = V / q, где V — объем файла, q — скорость пе­ре­да­чи дан­ных.
V = X * Y * I, где X, Y – количество пикселей по горизонтали и вертикали, I – количество бит, выделяемое под один пиксель.
t = (1280 * 800 * 24 бит) / (19200 бит/с) = 1280 с.
Ответ: 1280

Благодарим за то, что пользуйтесь нашими публикациями. Информация на странице «5. Задание 7. Кодирование информации» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к экзаменам. Чтобы успешно сдать необходимые и поступить в ВУЗ или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий. Также вы можете воспользоваться другими статьями из разделов нашего сайта.

Публикация обновлена: 07.01.2023

Кодирование растровых изображений

Зорина Ольга Александровна

Учитель информатики

МБОУ «СШ №7» г.Новый Уренгой

Кодирование растровых изображений

• Для хранения растрового изображения нужно выделить в памяти I = n · i битов,

где n – количество пикселей,

i – глубина цвета (разрядность кодирования)

• Количество пикселей изображения n вычисляется как произведение ширины рисунка на высоту (в пикселях).
• Глубина кодирования – это количество бит, которые выделяются на хранение цвета одного пикселя.
• При глубине кодирования i битов на пиксель код каждого пикселя выбирается из 2 i возможных вариантов, поэтому можно использовать не более 2 i различных цветов

1 Мбайт = 2 20  байт = 2 23 бит,

1 Кбайт = 2 10  байт = 2 13 бит

• Рисунок размером 512 на 256 пикселей занимает в памяти 64 Кбайт (без учёта сжатия). Найдите максимально возможное количество цветов в палитре изображения.

Решение

Дано:

n = 512 * 256

I = 64 Кбайт

N = ?

N = 2 i

I = i*n  i = I / n

N = 2 i = 2 4 = 16

Ответ: максимальное возможное количество цветов 16 .

• После преобразования растрового 256-цветного графического

файла в черно-белый формат (2 цвета) его размер уменьшился

на 7 Кбайт. Каков был размер исходного файла в Кбайтах?

Решение

Дано:

N1 = 256

N2 = 2

I 1- I 2 = 7 Кбайт

I 1= ?

N = 2 i

I = i*n

N = 256 = 2 i = 2 8  i = 8 бит

N = 2 = 2 i = 2 1  i = 1 бит

I = 8 бит* 64*64 = 2 3 *2 6 *2 6 бит = 2 15 бит = 2 15 : 2 13 Кбайт = 2 2 Кбайт = 4 Кбайт

Ответ: 4 Кбайт.

Какой минимальный объём памяти (в Кбайт) нужно зарезервировать,

чтобы можно было сохранить любое растровое изображение размером

128 на 128 пикселов при условии, что в изображении могут использоваться

32 различных цвета? В ответе запишите только целое число, единицу

измерения писать не нужно.

Решение

Дано:

n = 128*128

N = 32

I (Кбайт) = ?

N = 2 i

I = i*n

N = 32 = 2 i = 2 5  i = 5 бит

I = 5 бит* 128*128 = 5*2 7 *2 7 бит = 5*2 14 бит = 5*2 14 : 2 13 Кбайт = 10 Кбайт

Ответ: 10.

Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 8 кГц и глубиной кодирования 24 бит. Запись длится 4 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?

1) 11 2) 12 3) 13 4) 15

Дано:

n = 2

f = 8 кГц = 8000 Гц

B = 24 бит

t = 4 мин=240 с

I (Мбайт) = ?

Решение

I = n*B*f*t

I = 2*8000 Гц*24 бит*240 с = 10,98 Мбайт

Ответ: 1.

1) Какой минимальный объём памяти (в Кбайт) нужно зарезервировать,

чтобы можно было сохранить любое растровое изображение размером

128 на 128 пикселов при условии, что в изображении могут использоваться

32 различных цвета? В ответе запишите только целое число, единицу

измерения писать не нужно.

2) Какой минимальный объём памяти (в Кбайт) нужно зарезервировать, чтобы

можно было сохранить любое растровое изображение размером 64 на 128

пикселов при условии, что в изображении могут использоваться 128 различных цветов? В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.

3) Какой минимальный объём памяти (в Кбайт) нужно зарезервировать, чтобы можно было сохранить любое растровое изображение размером 64 на 256 пикселов при условии, что в изображении могут использоваться 256 различных цветов? В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.

4) Какой минимальный объём памяти (в Кбайт) нужно зарезервировать, чтобы можно было сохранить любое растровое изображение размером 32 на 1024 пикселов при условии, что в изображении могут использоваться 128 различных цветов? В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.

5) Какой минимальный объём памяти (в Кбайт) нужно зарезервировать, чтобы можно было сохранить любое растровое изображение размером 1024 на 512 пикселов при условии, что в изображении могут использоваться 64 различных цвета? В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.

• Рисунок размером 128 на 256 пикселей занимает в

памяти 24 Кбайт (без учёта сжатия). Найдите максимально возможное количество цветов в палитре изображения.

2) Рисунок размером 128 на 128 пикселей занимает в памяти 10 Кбайт (без учёта сжатия). Найдите максимально возможное количество цветов в палитре изображения.

3) Рисунок размером 64 на 128 пикселей занимает в памяти 7 Кбайт (без учёта сжатия). Найдите максимально возможное количество цветов в палитре изображения.

4) Рисунок размером 64 на 256 пикселей занимает в памяти 16 Кбайт (без учёта сжатия). Найдите максимально возможное количество цветов в палитре изображения.

5) Рисунок размером 32 на 1024 пикселей занимает в памяти 28 Кбайт (без учёта сжатия). Найдите максимально возможное количество цветов в палитре изображения.

• После преобразования растрового 256-цветного графического

файла в черно-белый формат (2 цвета) его размер уменьшился

на 7 Кбайт. Каков был размер исходного файла в Кбайтах?

2) После преобразования растрового 16-цветного графического файла в черно-белый формат (2 цвета) его размер уменьшился на 21 Кбайт. Каков был размер исходного файла в Кбайтах?

3) После преобразования растрового 256-цветного графического файла в 16-цветный формат его размер уменьшился на 15 Кбайт. Каков был размер исходного файла в Кбайтах?

4) После преобразования растрового 256-цветного графического файла в 4-цветный формат его размер уменьшился на 18 Кбайт. Каков был размер исходного файла в Кбайтах?

5)После преобразования растрового графического файла его объем уменьшился в 2 раза. Сколько цветов было в палитре первоначально, если после преобразования было получено растровое изображение того же разрешения в 16-цветной палитре?

После преобразования растрового 16-цветного графического файла в черно-белый формат (2 цвета) его размер уменьшился на 21 Кбайт. Каков был размер исходного файла в Кбайтах?

Решение

N = 2 i

I = i*n

Дано:

N1 = 16

N2 = 2

I 1- I 2 = 21 Кбайт

I 1= ?

N1 = 16 = 2 i = 2 4  i1 = 4 бит

N2 = 2 = 2 i = 2 1  i2 = 1 бит

I 1- I 2 = 21 Кбайт,

4n – n = 21  1024  8

3n = 21  1024  8, n = 21  1024  8:7 = 7*1024*8

I = 4 бит* 7*1024*8 = 7*2 2 *2 10 *2 3 бит = 28 Кбайт

Ответ: 28 Кбайт.

После преобразования растрового 256-цветного графического файла в 16-цветный формат его размер уменьшился на 15 Кбайт. Каков был размер исходного файла в Кбайтах?

Дано:

N1 = 256

N2 = 16

I 1- I 2 = 15 Кбайт

I 1= ?

Решение

N = 2 i

I = i*n

N1 = 256 = 2 i = 2 8  i1 = 8 бит

N2 = 16 = 2 i = 2 4  i2 = 4 бит

I 1- I 2 = 15 Кбайт,

8n – 4n = 15  1024  8

4n = 15  1024  8, n = 15  1024  8:4 = 30720

I = 8 бит* 30720 = 245760 бит = 245760:8:1024 Кбайт = 30 Кбайт

Ответ: 30 Кбайт.

• Камера делает фотоснимки размером 1600  1200 пикселей.

На хранение одного кадра отводится 3800 Кбайт. Определите

максимальную глубину цвета (в битах на пиксель), которую можно использовать при фотосъёмке.

2) Камера делает фотоснимки размером 1280  960 пикселей. На хранение одного кадра отводится 160 Кбайт. Найдите максимально возможное количество цветов в палитре изображения.

3) Камера делает фотоснимки размером 3200  1800 пикселей. На хранение одного кадра отводится 3 Мбайт. Найдите максимально возможное количество цветов в палитре изображения.

4) Камера делает фотоснимки размером 640  480 пикселей. На хранение одного кадра отводится 250 Кбайт. Найдите максимально возможное количество цветов в палитре изображения.

5) Камера делает фотоснимки размером 1600  1200 пикселей. На хранение одного кадра отводится 1 Мбайт. Найдите максимально возможное количество цветов в палитре изображения.

Глубина цвета | Adobe Wiki

Глубина цвета определяет, сколько уникальных цветов или уровней серого может быть воспроизведено в изображении. Глубина указывает, сколько битов данных используется для представления отдельного значения цвета или сколько назначено каждому компонентному каналу, обычно красному, зеленому и синему (RGB) в компьютерном видео. Однако профессионально используются и другие цветовые модели, такие как CMYK, HSL и YUV.

Содержание

• 1 История
• 2 формата
• 3 Каталожные номера
• 4 Внешние ссылки

История[]

Из-за прошлых ограничений памяти ранние компьютерные мониторы имели одиночную 1-битную глубину цвета, где пиксель был либо включен, либо выключен (черный или белый). Ранние цветные мониторы были ограничены 2, 4 или 8 битами на пиксель, что позволяло отображать до 4, 16 или 256 оттенков серого или отдельных цветов. В 8-битных цветных дисплеях будет использоваться индексированная таблица поиска цветов (CLUT), чтобы максимизировать внешний вид цветного изображения путем выборочного назначения 256 доступных цветов (из более широкого диапазона). ^[1]

16-битные цветные мониторы еще больше улучшили качество цветопередачи с возможностью отображения от 4096 до 65 536 цветов. ^{[2] [3]} На компьютерах с Windows это называлось «high color». ^[4]

24-битные цветные мониторы (8 бит на канал) позволяли отображать 16 777 216 уникальных цветов для достаточного отображения видимого спектра, так что типичные потребительские устройства не выходят за пределы этой глубины. 32-битные цветовые режимы фактически используют 24-битный цвет, а оставшиеся 8 бит назначаются для прозрачности. Однако устройства высокого класса могут отображать большую глубину цвета, известную как «глубокий цвет», в диапазоне от 30 до 64 бит.

Formats[]

Форматы изображений GIF и PNG могут быть закодированы с глубиной цвета до 8 бит (с дополнительной 1-битной прозрачностью, без сглаживания). Однако формат PNG также поддерживает 24-битный цвет (без прозрачности) или 32-битный цвет (с 8-битной прозрачностью, что позволяет использовать 256 уровней непрозрачности). Формат изображения JPEG всегда кодируется 24-битным цветом с учетом прозрачности. Формат файла TIFF можно кодировать без потерь с глубиной цвета 32 бита и выше, а также с другими цветовыми моделями, такими как CMYK.

Ранние устройства вывода были ограничены 8 битами (256 уровней яркости) на канал, но современные устройства, начиная с камер и сканеров, могут выйти за эти пределы. Формат RAW, используемый в камерах, использует максимально доступную глубину цвета, например 16 бит на канал. Дополнительная глубина позволяет выполнять более тщательное редактирование, сводя к минимуму возможную потерю данных изображения, которая более заметна в 8-битных изображениях на канал.

Ссылки[]

1. ↑ Цветовые палитры (PDF) Марка Джонсона, Школа искусств Колумбийского университета. 2020.
2. ↑ The NeXT Generation М. Кейт Томпсон, PC Magazine стр.161. 1992-05-12.
3. ↑ Programming the XGA Direct Color Mode by Julio Sanchez, Maria P. Canton, The PC Graphics Handbook . 2013-10-29.
4. ↑ Глубина цвета: 15 бит (32 768 цветов), MobyGames. Проверено 19 февраля 2020 г.

Внешние ссылки[]

• Colorizer Выбор цвета и конвертер
• Глубина цвета в Computer Hope
• Глубина цвета при Магазин ПК
• Глубина цвета в Photoshop Wiki
• Глубина цвета в Википедии

Контент сообщества доступен по лицензии CC-BY-SA, если не указано иное.

CS101 — Кодирование изображения

Цифровое изображение разбивается на крошечные элементы, называемые пикселей. (На самом деле это слово было придумано как сокращение от «элемент изображения».) Пиксель воспринимается как сплошной цвет, а соседние пиксели могут быть разных цветов.

Когда мы обращаемся к разрешение изображения или устройства отображения, мы могли бы говорить о двух разных вещах:

• Число пикселей в изображении. Например, типичный экран компьютера с низким разрешением может иметь разрешение 1024×768. Всего это 786 432 пикселя, или около трех четвертей мегапикселя. Видеоизображение высокой четкости (HD) имеет размер 1920×1080 или около 2 мегапикселей. Цифровые камеры могут производить 5 или 10 мегапикселей или около того, что означает, что изображение больше, чем вы можете разместить на большинстве экранов.

• Разрешение также может относиться к плотности пикселей на дисплее — обычно это пикселей на дюйм (PPI) или точек на дюйм (DPI). Компьютерные экраны, как правило, имеют разрешение около 100 пикселей на дюйм, но некоторые из них больше. Дисплеи марки Apple Retina находятся в диапазоне 220–320 пикселей на дюйм. Мы можем добиться гораздо большей плотности, используя печать на бумаге: высококачественная лазерная печать может иметь разрешение 1200 dpi или даже выше. Проекционные экраны, вероятно, имеют очень низкую плотность только потому, что одинаковое количество пикселей растянуто на несколько футов. По моим оценкам, плотность нашего проекционного экрана в классе составляет менее 20 пикселей на дюйм (около 1024 пикселей на 1,5 м).

Так как же нам кодировать пиксели как биты? Самый простой случай, когда изображение полностью черно-белое. То есть каждый пиксель либо включен, либо выключен. Тогда мы можем представить каждый пиксель как ровно один бит.

На бумаге или доске разумно оставить 0=выкл.=белый (цвет фона по умолчанию) и 1=вкл.=черный (цвет пера). Итак, давайте нарисуем сетку 8×8 пикселей. Мы заполним некоторые пиксели и оставим другие пустыми. На этой конкретной сетке изображен инопланетянин из ранней аркадной игры 9.0079 Космические захватчики.

183C7EDBFF245AA5

Поскольку каждый пиксель представляет собой ровно один бит, представить это как двоичное число тривиально. Верхний ряд — 00011000 , сразу за ним следует следующий ряд 00111100 и так далее. Вам нужно заранее знать, что эти биты представляют изображение, которое помещается в сетку 8×8. В противном случае мы могли бы поставить перед ним два байта, чтобы указать размер сетки.

Опять же, двоичные строки длинные, поэтому хорошо иметь возможность сокращать их, используя шестнадцатеричные числа. Это приводит к очень естественному кодированию, где вы пишете 8,2,4,1 над каждой группой из 4 пикселей, а затем преобразовать результаты. Вы можете увидеть шестнадцатеричную кодировку справа от изображения. Фактически, поиск в Google этой шестнадцатеричной строки — 183C7EDBFF245AA5 — в настоящее время приводит вас к одной странице: моему сообщению в блоге на эту тему!

Вам следует попрактиковаться в кодировании и декодировании таких значков. Вот один пример, который вы можете расшифровать из шестнадцатеричного кода.

Пример проблемы с декодированием

Доступно мое решение; это символ растрового шрифта 8×8. Для дальнейшей практики расшифруйте эти дополнительные символы из этого шрифта:

• 3C66703C0E663C00
• 7E607C0606663C00
• C6CCD8F0D8CCC600
• 00663CFF3C660000
• 0066ACD8366ACC00

Вы также можете кодировать символы в шестнадцатеричном формате на основе этого изображения шрифта (увеличьте масштаб, нажав Ctrl-плюс, чтобы увидеть сетки 8×8 над каждым символом).

Вы также можете использовать кодирование 1 бит на пиксель с цветом , если каждое закодированное изображение имеет один сплошной цвет. Например, в старых версиях игры Pac-Man главный герой и каждый призрак имеют сплошной цвет, хотя все цвета разные. Эти формы все еще могут быть закодированы как 1 бит на пиксель. (На уроке мы будем использовать мой мастер-класс по работе с шестнадцатеричными изображениями, который добавляет цвет к методу кодирования 1 бит на пиксель другим способом.)

Игра Pac-Man — каждый движущийся персонаж окрашен в один сплошной цвет

Отображение 1 бит на пиксель в кампусе

Дальнейшее исследование:

• Это растровое сообщение было передано в космос радиотелескопом Аресибо в Пуэрто-Рико в 1974 году
• Значок Марио из жидкостей в чашках
• Альбом Сьюзен Кэр, художницы, которая помогла вычислить человеческое лицо Стива Зильбермана

Как бы мы объединили несколько цветов в одно изображение? В качестве краткого экскурса давайте рассмотрим, что мы подразумеваем под цветом.

Что такое цвет?

Цвет относится к длине волны света. Мы воспринимаем короткие волны как фиолетовые, а длинные как красные. Между ними находится обычный спектр цветов: оранжевый, желтый, зеленый, синий и т. д. Этот диапазон охватывает видимых лучей, , но есть и «цвета» (другие длины волн), которые мы вообще не можем воспринимать. Свет с большей длиной волны, чем красный, является инфракрасным , а с более короткой длиной волны, чем фиолетовый, — ультрафиолетовым.

из Как мы видим цвет

Помимо спектра длин волн, анатомия наших глаз дает еще один способ объяснить цвет. Ваша сетчатка содержит светочувствительные клетки, известные как палочек и колбочек. Палочки в значительной степени не различают цвета, но чувствительны к небольшому количеству света, поэтому они помогают с ночным видением. Колбочки бывают трех видов, чувствительные к разным длинам волн. Длины волн, которые генерируют отклик, перекрываются, поэтому «промежуточные» цвета воспринимаются как комбинации нескольких колбочек.

из Цветочувствительных колбочек

Когда вы рисовали в начальной школе, вы, возможно, узнали о трех основных цветах: красном, желтом и синем. Красный и желтый дают оранжевый, желтый и синий дают зеленый и т. д.

из теории цвета — нажмите, чтобы узнать, почему это обозначено как «вводящее в заблуждение». Однако большинство компьютерных дисплеев основаны на аддитивном цвете. В этой модели мы смешиваем красный, зеленый, и синие огни, чтобы получить разные цвета.

снова из Color Theory

Субпиксели

Пиксель в большинстве технологий отображения на самом деле состоит из трех разных ламп. Они настолько плотно упакованы, что мы обычно не можем различить их по отдельности, поэтому они активируют наши колбочки, как если бы они производили единственную длину волны. Ниже фото двух вариантов дисплея iPad под микроскопом (iPad 3 слева — дисплей Retina от Apple).

На некоторых больших дисплеях эти «субпиксели» можно увидеть невооруженным глазом, если стоять достаточно близко. Ниже показан крупный план экспозиции возле Бруклинской музыкальной академии на Флэтбуш-авеню. Хорошо видно, что пиксели имеют шесть лампочек: две красных в центре, а также зеленую и синюю по противоположным углам.

Я написал небольшую программу для рендеринга изображений в симуляции субпиксельного макета знака БАМ. Если вы щелкните правой кнопкой мыши ниже и откроете Барта в новой вкладке, вы можете увеличить масштаб (control-плюс). Вы увидите, что то, что вы воспринимаете как желтое на расстоянии, на самом деле просто красное и зеленое; белки глаз Барта просто красно-зелено-голубые.

Кодирование цвета

Теперь вернемся к кодированию цветных изображений в виде битов. Представьте, что вы используете 3 бита на пиксель. (количество битов, используемых для представления цвета одного пикселя, мы называем глубиной цвета изображения.) Мы бы сопоставили каждый бит с одной из красных-зеленых-синих первичных ламп. Это приводит к этим восьми цветам:

• 0 = 000 = черный
• 1 = 001 = синий
• 2 = 010 = зеленый
• 3 = 011 = голубой
• 4 = 100 = красный
• 5 = 101 = пурпурный
• 6 = 110 = желтый
• 7 = 111 = белый

Некоторые системы расширили это до 4-битного цвета, с использованием 4-го бита для обозначения дополнительной яркости всех ламп одновременно. Это дает 16 цветов, как показано ниже. См. также мою демонстрацию 4-битного цвета.

из Википедии на IBM Color Graphics Adapter (1981)

Теперь давайте расширим до 6-битного цвета. Так как он кратен 3, мы можем управлять яркостью каждой лампы независимо: 2 бита для красного, 2 бита для зеленого, 2 бита для синего. Мы интерпретируем эти два бита как:

• 0 = 00 = выключено
• 1 = 01 = низкий уровень
• 2 = 10 = средний
• 3 = 11 = высокий

Затем цвет 110110 сочетает в себе ярко-красный, темно-зеленый и средний синий. Когда все три лампы имеют одинаковую яркость, мы получаем оттенки серого. таким образом, 000000 — черный, 010101 — темно-серый, 101010 — светло-серый, а 111111 — белый. Всего существует 2⁶ = 64 возможных цвета с 6 битами.

Мы можем применить этот метод к любому кратному трем: 9-битному цвету (512 возможных цветов), 12-битному цвету (4096) и так далее. Пропустив их, нашей следующей остановкой будет 24-битного цвета. Он также известен как истинный цвет, , так как считается, что он содержит больше цветов (16 миллионов!), чем любой человек может воспринять в любом случае. Используя 8 бит (один байт) для каждой лампы, мы получаем яркость от 0 до 255. Если представить эти 8 бит в виде двух шестнадцатеричных цифр, то получится диапазон от 00 до FF.

Таким образом, истинные цвета — это шестизначные шестнадцатеричные числа, например 9.0109 6B1CC6 . Разложим это на биты:

 6 B 1 C C 6
 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0
 <-----Красный------> <----Зеленый-----> <-----Синий-----> 

С этим цветом у нас есть красная лампа при \(6B_{16} = 107_{10}\) (из 255, или 42%) яркости. Зеленая лампа имеет \(1C = 28\) из 255 или 11% яркости. Синяя лампа имеет \(C6 = 198\) из 255, или 78% яркости. Очевидно, что синий является доминирующим цветом, за ним следует красный. Вот пример 6B1CC6 :

Вы можете играть с шестнадцатеричными истинными цветами, регулируя ползунки в моей демонстрации 24-битных цветов, и есть цветовая викторина под названием «Что за шестнадцатеричный?»

Дополнительная информация:

• Magenta не существует — вот почему (прекрасное демонстрационное видео со Стивом Молдом)
• Пример остаточного изображения физиологического цвета из программы BBC Four «Спектр науки» [видео] и физика Хелен Черски: False color / B&W

Представления, которые мы исследовали до сих пор — просто запись битов, представляющих цвета пикселей — неофициально известны как 9. растровое изображение 0079. На его основе существует формат изображения BMP, но он содержит дополнительные биты для указания глубины цвета, размера изображения и некоторых других возможностей. Мы сосредоточимся на трех форматах: PNG, JPEG и GIF.

PNG (Portable Network Graphics) — формат сжатого изображения, поддерживающий 24-битный цвет. Это отличный выбор для комиксов, рисунков, логотипов и значков.

JPEG (Joint Photographic Experts Group) также сжат, но он разработан специально для фотографий. В отличие от PNG, сжатие в JPEG составляет с потерями — фактически отбрасывает часть информации в исходном изображении, поэтому можно получить меньший размер файла. На фотографиях потери в основном незаметны, хотя если вы собираетесь обрезать и редактировать свои фотографии, лучше сжимать только один раз, в самом конце. Каждый раз, когда вы редактируете и сохраняете файл JPEG, теряется больше информации.

Взгляд (слегка преувеличенный) на использование JPEG для линейных рисунков, автор Louis Brandy

Формат GIF (Graphic Interchange Format) относительно старый, но он остается популярным в некоторых приложениях главным образом потому, что поддерживает простую анимацию. Формат может содержать последовательность изображений, которые затем отображаются в быстрой последовательности и обычно циклически. Содержимое пикселей сжимается с использованием алгоритма LZW без потерь.

GIF-анимация

Большой недостаток GIF заключается в том, что каждое изображение может использовать не более 256 цветов. Это связано с тем, что данные пикселей кодируются с использованием 8 бит на пиксель. Программа, которая создает GIF, может выбрать , какие 256 цветов из полных 16 миллионов 24-битных цветов для использования, так что это немного помогает. Но он остается плохим выбором для фотографий, которые обычно имеют тонкие цветовые градации в светах и ​​тенях.

В этом разделе мы более подробно рассмотрим один метод сжатия изображений без потерь. Этот метод известен как кодирование длины цикла (RLE). Мы будем использовать это изображение флага размером 16×11 пикселей в качестве примера. Он показан увеличенным слева, поэтому все пиксели видны независимо друг от друга, а затем уменьшенным справа. Желтые полосы и затемненные края призваны придать ему слегка трехмерный вид.

В изображении используются красный, белый, синий, желтый, темно-красный и темно-белый (светло-серый) цвета. Давайте представим цвета, используя 4 бита, где четвертый (самый левый) бит указывает яркость, как на изображении CGA 1981 года выше или в моей демонстрации 4-битного цвета.

 НАСТРОЙКИ ЦВЕТНЫЕ ШЕСТИГРАННЫЕ
красный 1100 С
белый 1111 Ф
синий 1001 9
желтый 1110 Е
темно-красный 0100 4
темно-белый 0111 7 

Простейшее (растровое) кодирование состоит в записи четырех битов для каждого пикселя в порядке слева направо и сверху вниз. Таким образом, в одном байте мы можем представить два пикселя. Общее количество пикселей 16×11 = 176, то есть 176÷2 = 88 байт. Первые несколько строк будут закодированы как эти байты (шестнадцатеричная запись):

 99 99 99 99 9C CC CC C4
9F 9F 9F 9F 9F FF FF E7
99 99 99 99 9C CC CC E4 

Чтобы сжать это изображение с использованием кодирования длин серий, мы должны указать сначала цвет, а затем количество пикселей по горизонтали, которые нужно закрасить этим цветом. Например, в первой строке будет написано «9 пикселей красного цвета, затем 6 пикселей белого, затем 1 пиксель темно-красного». Каждая инструкция может быть закодирована как один байт: первые четыре бита для количества пикселей (до 15), а затем еще четыре бита для цвета этих пикселей. Таким образом, первая строка будет представлена ​​только этими тремя байтами:

 99 6C 14 

Второй ряд потребует гораздо больше инструкций, потому что он сильно меняет цвета:

 19 1F 19 1F 19 1F 19 1F 19 5F 1E 17 

Затем третий ряд:

9 91546

Если каждая строка не содержит большого количества чередований, это поможет сэкономить довольно много байтов. Моя оценка:

 Строка 1: 3 байта
  Строка 2: 12 байт
  Строка 3: 4 байта
  Строка 4: 10 байт
  Строка 5: 4 байта
  Строка 6: 12 байт
  Строка 7: 4 байта
  Строка 8: 3 байта
  Ряд 9: 3 байта
  Строка 10: 3 байта
  Строка 11: 2 байта
   ВСЕГО: 60 байт (уменьшение ~32%) 

Дальнейшее чтение:

• Как JPEG обрабатывает цвета и сжатие (с видео от Computerphile)

Стеганография — это способ отправки секретного сообщения кому-либо, когда сообщение «спрятано на виду». Если вы не знаете, что искать, вы никогда не заметите, что это там.

В этом разделе демонстрируется написанная мной программа стеганографии изображений. Он берет обычное изображение в реальном цвете и манипулирует младшие два бита каждого байта цвета, где хранится вторичное 6-битное цветное изображение. Изменения, которые это влечет за собой, настолько незначительны, что вы даже не заметите их. (Это работает только со сжатием без потерь; если вы храните фотографию как обычный JPEG, ее сжатие с потерями нарушит скрытое изображение.) Вы можете открыть скрытое изображение, нажав кнопку сдвига влево (<<) шесть раз.

Сдвиг 0: образец пикселя 727F1F         = 01110010 01111111 00011111

 

Техника стеганографии «изображение в изображении» лучше всего работает с фотографиями, где везде присутствуют тонкие градации цвета. Если вы начнете с изображения в мультяшном стиле, с большими сплошными блоками неизменного цвета, будет легче увидеть намек на внутреннее изображение.