Определение объёма памяти, необходимого для хранения графической информации
Различают три вида компьютерной графики:
- растровая графика;
- векторная графика;
- фрактальная графика.
Они различаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге. Наименьшим элементом растрового изображения является точка (пиксель), векторное изображение строится из геометрических примитивов, фрактальная графика задаётся математическими уравнениями.
Расчёт информационного объёма растрового графического изображения основан на подсчёте количества пикселей в этом изображении и на определении глубины цвета (информационного веса одного пикселя).
Глубина цвета зависит от количества цветов в палитре:
N=2i
.
(N) — это количество цветов в палитре,
(i) — глубина цвета (или информационный вес одной точки, измеряется в битах).
Чтобы найти информационный объём растрового графического изображения (I) (измеряется в битах), воспользуемся формулой
I=i⋅k
.
(k) — количество пикселей (точек) в изображении;
(i) — глубина цвета (бит).
Пример:
Полина увлекается компьютерной графикой. Для конкурса она создала рисунок размером (1024*768) пикселей, на диске он занял (900) Кбайт. Найди максимально возможное количество цветов в палитре изображения.
Дано
(k=1024*768);
(I=900) Кбайт.
Найти: (N).
Решение
Чтобы найти (N), необходимо знать (i):
N=2i
.
Из формулы
I=i⋅k
выразим
i=Ik
, подставим числовые значения. Не забудем перевести (I) в биты.
Получим
i=900∗1024∗81024∗768≈9,3
.
Возьмём (i=9) битам. Обрати внимание, нельзя взять (i=10) битам, так как в этом случае объём файла (I) превысит (900) Кбайт. Тогда
N=29=512.
Ответ: (512) цветов.
На качество изображения влияет также разрешение монитора, сканера или принтера.
Разрешение — величина, определяющая количество точек растрового изображения на единицу длины.
Получается, если увеличить разрешение в (3) раза, то увеличится в (3) раза количество пикселей по горизонтали и увеличится в (3) раза количество пикселей по вертикали, т. е. количество пикселей в изображении увеличится в (9) раз.
Параметры PPI и DPI определяют разрешение или чёткость изображения, но каждый относится к отдельным носителям:
• цифровой (монитор) — PPI;
• печать (бумага) — DPI.
При решении задач величины PPI и DPI имеют одинаковый смысл.
При расчётах используется формула
I=k⋅i⋅ppi2
.
(I) — это информационный объём растрового графического изображения (бит);
(k) — количество пикселей (точек) в изображении;
(i) — глубина цвета (бит),
ppi (или dpi) — разрешение.
Пример:
для обучения нейросети распознаванию изображений фотографии сканируются с разрешением (600) ppi и цветовой системой, содержащей (16 777 216) цветов. Методы сжатия изображений не используются. Средний размер отсканированного документа составляет (18) Мбайт. В целях экономии было решено перейти на разрешение (300) ppi и цветовую систему, содержащую (65 536) цветов. Сколько Мбайт будет составлять средний размер документа, отсканированного с изменёнными параметрами?
Решение
Заметим, что
16777216=224
, значит,
i1=24
бита.
, значит,
i2=16
бит.
Воспользуемся формулой
I=k⋅i⋅ppi2
.
I1=24⋅k⋅6002;I2=16⋅k⋅3002;I1I2=24⋅k⋅600216⋅k⋅3002=6;18I2=6;I2=186=3.
Ответ: (3) Мбайта.
Определение объёма памяти, необходимого для хранения звуковой информации
Звук — это распространяющиеся в воздухе, воде или другой среде волны с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой.
Чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму. Для этого его подвергают временной дискретизации и квантованию: параметры звукового сигнала измеряются не непрерывно, а через определённые промежутки времени (временная дискретизация); результаты измерений записываются в цифровом виде с ограниченной точностью (квантование).
Сущность временной дискретизации заключается в том, что через равные промежутки времени мы измеряем уровень аналогового сигнала. Количество таких измерений за одну секунду называется частотой дискретизации.
Частота дискретизации ((H)) — это количество измерений громкости звука за одну секунду.
Частота дискретизации измеряется в герцах (Гц) и килогерцах (кГц). (1) кГц (=) (1000) Гц. Частота дискретизации, равная (100) Гц, означает, что за одну секунду проводилось (100) измерений громкости звука.
Качество звукозаписи зависит не только от частоты дискретизации, но также и от глубины кодирования звука.
Глубина кодирования звука или разрешение ((i)) — это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.
В результате измерений звукового сигнала будет получено некоторое значение громкости, при этом все результаты измерений будут лежать в некотором диапазоне — количество уровней дискретизации.
Обозначим за (N) количество уровней дискретизации, тогда глубину кодирования можно найти по формуле:
N=2i
.
Для решения задач на нахождение объёма памяти, необходимого для хранения звуковой информации, воспользуемся формулой:
I=H⋅i⋅t⋅k
, где
(I) — информационный объём звукового файла (бит);
(H) — частота дискретизации (Гц);
(i) — глубина кодирования информации (бит);
(k) — количество каналов (моно — (1) канал, стерео — (2) канала, квадро — (4) канала).
Пример:
для распределения птиц по категориям обучают нейросеть. Для этого загружают звуки, издаваемые птицами. Каждый файл записан в формате монозвукозаписи с частотой дискретизации (128) Гц. При записи используется (64) уровня дискретизации. Запись длится (6) минут (24) секунды. Определи размер загружаемого файла в килобайтах.
Дано
(k=1);
(H=128) Гц;
(N=64);
(t=384) секунды.
Найти: (I) (Кбайт).
Решение
Воспользуемся формулой
N=2i
, (i=6) бит.
Подставим числовые значения в формулу
I=H⋅i⋅t⋅k
и переведём биты в килобайты:
Ответ: (36) килобайт.
Любой файл может быть передан по каналу связи, тогда объём переданной информации вычисляется по формуле:
I=V⋅t
, где
(I) — объём информации (бит);
(V) — пропускная способность канала связи (бит/секунду);
(t) — время передачи (секунды).
Пример:
в дельте Волги орнитологи оцифровывают звуки птиц и записывают их в виде файлов без использования сжатия данных. Получившийся файл передают в Астраханский биосферный заповедник по каналу связи за (56) секунд. Затем тот же файл оцифровывают повторно с разрешением в (8) раз ниже и частотой дискретизации в (3) раза выше, чем в первый раз. Сжатие данных не производится. Полученный файл передают в Кавказский природный заповедник; пропускная способность канала связи с Кавказским заповедником в (2) раза ниже, чем канала связи с Астраханским заповедником. Сколько секунд длилась передача файла в Кавказский заповедник?
Решение
Воспользуемся формулой
I=H⋅i⋅t⋅k
.
I1=k⋅i⋅t⋅H;I2=k⋅i8⋅t⋅3⋅H;I2I1=38.По условиюV2=V12.
Выразим (V) из формулы
I=V⋅t
, получим
V=It
, учтём, что
t1=56 секунд.Тогда I2t2=I156⋅2;t2=56⋅2⋅I2I1=56⋅2⋅38=42.
Ответ: (42) секунды.
Обрати внимание!
1 Мбайт=220 байт=223 бит.1 Кбайт=210 байт=213 бит.
Расчёт иформационного объема текстового сообщения
Расчёт
информационного объёма текстового
сообщения (количества информации,
содержащейся в информационном сообщении)
основан на подсчёте количества символов
в этом сообщении, включая пробелы, и на
определении информационного веса одного
символа, который зависит от кодировки,
используемой при передаче и хранении
данного сообщения.
В
традиционной кодировке (Windows,
ASCII)
для кодирования одного символа
используется 1 байт (8 бит). Эта величина
и является информационным весом одного
символа. Такой 8-ми разрядный код позволяет
закодировать 256 различных
символов, т.к. 28=256.
В
настоящее время широкое распространение
получил новый международный стандарт
Unicode,
который отводит на каждый символ два
байта (16 бит). С его помощью можно
закодировать 216
=
65536 различных символов.
Итак,
для расчёта информационного объёма
текстового сообщения используется
формула
Vtext
=
nсимв*i
/ kсжатия
, (2)
где
Vtext
–
это информационный объём текстового
сообщения, измеряющийся в байтах,
килобайтах, мегабайтах; nсимв
–
количество символов в сообщении, i
–
информационный вес одного символа,
который измеряется в битах на один
символ; kсжатия
– коэффициент сжатия данных, без сжатия
он равен 1.
Примеры.
Информация
в кодировке Unicode
передается
со скоростью 128 знаков в секунду в течение
32 минут. Какую часть дискеты ёмкостью
1,44Мб займёт переданная информация?
Дано:
v
=
128 символов/сек;
t
=
32 минуты=1920сек;
i
=
16 бит/символ
Решение:
nсимв
=
v*t
=
245760 символов
V=nсимв*i
=
245760*16 = 3932160 бит = 491520 байт = 480 Кб = 0,469Мб,
что составляет 0,469Мб*100%/1,44Мб = 33% объёма
дискеты
Ответ:
33%
объёма дискеты будет занято переданным
сообщением
Расчёт иформационного объема растрового изображения
Расчёт
информационного объёма растрового
графического изображения (количества
информации, содержащейся в графическом
изображении) основан на подсчёте
количества пикселей в этом изображении
и на определении глубины цвета
(информационного веса одного пикселя).
Итак,
для расчёта информационного объёма
растрового графического изображения
используется формула (3):
Vpic
=
K
*
nсимв
*
i
/ kсжатия
, (3)
где
Vpic
–
это информационный объём растрового
графического изображения, измеряющийся
в байтах, килобайтах, мегабайтах; K
–
количество пикселей (точек) в изображении,
определяющееся разрешающей способностью
носителя информации (экрана монитора,
сканера, принтера); i
–
глубина цвета, которая измеряется в
битах на один пиксель; kсжатия
– коэффициент сжатия данных, без сжатия
он равен 1.
Глубина
цвета задаётся количеством битов,
используемым для кодирования цвета
точки. Глубина
цвета связана с количеством отображаемых
цветов формулой
N=2i,
где N
–
это количество цветов в палитре, i
–
глубина цвета в битах на один пиксель.
Примеры.
1)
В результате преобразования растрового
графического изображения количество
цветов уменьшилось с 256 до 16. Как при
этом изменится объем видеопамяти,
занимаемой изображением?
Дано:
N1
=
256 цветов;
N2
=
16 цветов;
Решение:
Используем
формулы
V1
=
K*i1;
N1
=
2i1;
V2
=
K*i2;
N2
=
2i2;
N1
=
256 = 28;
i1
=
8 бит/пиксель
N2
=
16 = 24;
i2
=
4 бит/пиксель
V1
=
K*8;
V2
=
K*4;
V2/V1
=
4/8 = 1/2
Ответ:
объём графического изображения уменьшится
в два раза.
2)
Сканируется цветное изображение
стандартного размера А4 (21*29,7 см).
Разрешающая способность сканера 1200dpi
и
глубина цвета 24 бита. Какой информационный
объём будет иметь полученный графический
файл?
Дано:
i
=
24 бита на пиксель;
S
=
21см*29,7 см
D
=
1200 dpi
(точек
на один дюйм)
Решение:
Используем
формулы
V
=
K*i;
1дюйм
= 2,54 см
S
=
(21/2,54)*(29,7/2,54) = 8,3дюймов*11,7дюймов
K
=
1200*8,3*1200*11,7 = 139210118 пикселей
V
=
139210118*24 = 3341042842бита = 417630355байт = 407842Кб =
398Мб
Ответ:
объём сканированного графического
изображения равен 398 Мегабайт
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
06.03.20161.42 Mб33ОТИ практическая 5.docx
- #
С появлением графических станций в виде компьютера начался новый этап в освоении ПК-машины как средства обработки графической информации. Потому, что компьютер способен не только решать вычислительные задачи, но и представлять любые процессы на экране монитора.
Графический интерфейс пользователя стал стандартом программного обеспечения разных областей. Возможно, это связано с человеческой психикой: наглядность способствует быстрому изучению и пониманию
Любая графика представляется в аналоговой или дискретных формах.
Аналоговая форма — это живописное полотно, дискретное изображение – рисунок, напечатанный на струйном принтере, то есть состоящий из множеств разноцветных маленьких точек.
Изображения из аналоговой формы (бумага, фото-, кинопленка) в цифровую (дискретную) форматируется путем дискретизации – например, путем сканирования.
Кодирование — это преобразования символов одной знаковой системы в другую.
Все компьютерные изображения разделяют на два основных типа: растровые и векторные
В растровой графике изображение в процессе кодирования разбивается на маленькие точки или пиксели. Каждому пикселю присваивается код его цвета вместе. Информация о каждой такой точке содержит компьютерная видеопамять.
Пиксель — минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом
Векторная графика создается из примитивных объектов таких как линия, кривая, точка, прямоугольник, треугольник, окружность. Эти элементы и их объём описываются с помощью математических формул.
Качество кодирования изображения зависит от:
1) частотой дискретизации, т.е. размером фрагментов, на которые делится изображение. Качество кодирования изображения тем выше, чем меньше размер точки и соответственно большее количество точек составляет изображение.
2) глубиной кодирования, т.е. количество цветов. Чем большее количество цветов, то есть большее количество возможных состояний точки изображения, используется, тем более качественно кодируется изображение (каждая точка несет большее количество информации). Совокупность используемых в наборе цветов образует палитру цветов.
Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк.
Графический режим вывода изображения на экран монитора определяется величиной разрешающей способности и глубиной цвета.
Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора, т.е. количеством точек, из которых оно складывается. Чем больше разрешающая способность, то есть чем больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения.
В современных персональных компьютерах обычно используются три основные разрешающие способности экрана:
1) 800 х 600
2) 1024 х 768
3) 1280 х 1024
Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Такая цветовая модель называется RGB-моделью по первым буквам английских названий цветов (Red, Green, Вluе).
Для получения богатой палитры цветов базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности.