Двоичное кодирование графической информации. большие целые числа и числа со знаком

Цели урока:

• повторить основные принципы представления данных в памяти компьютера, научить вычислять объем графической информации;
• развивать познавательные интересы учащихся;
• воспитывать чувства прекрасного.

План урока

• Организационный момент.
• Разминка.
• Решение задачи на повторение. Алгебра логики.
• Дополнительный материал.
• Решение задачи на повторение. Кодирование текстовой информации.
• Объяснение нового материала.
• Решение задач на закрепление.
• Дополнительный материал.
• Итог урока.

Сегодня на уроке мы с вами поговорим обизобразительном искусстве. Этот вид искусства воспринимается зрительно (живопись, скульптура, графика, фотоискусство). С древности существуют два основных взгляда на искусство: это образы реального мира, созерцая которые зритель получает наслаждение (Аристид); искусство вдохновляется высшими силами и выражает чувства и ощущения человека (Платон).А также научимся вычислять объем графической информации.

Учитель читает вопросы, ученики быстро отвечают.

• Виды компьютерной графики. (Векторный и растровый)
• Предмет в школьном курсе непосредственно связанный с графикой. (ИЗО)
• Изображение художником самого себя. (Автопортрет)
• Из сочетания, каких цветов складывается вся красочная палитра на экране. (Красного, зеленого, синего)
• Знаменитая картина, о которой все слышали, но еще никто не видел... (Репина "Приплыли")
• Положительный образ, воплощающий нравственные ценности. (Герой)
• Чему равен 1 Мегабайт? (1024 Килобайт)
• Любые люди, предметы и явления, находящиеся перед художником, когда он их изображает. (Натура)
• Главное действующее лицо произведения. (Герой)
• Одна точка на мониторе. (Пиксель)
• Как из Килобайт перейти в байты? (Умножить на 1024)
• Намеренно искаженный с юмористической или сатирической целью портрет. (Шарж)
• Российский живописец, изображал море, морские сражения, борьбу с морской стихией (1817-1900). (Айвазовский Иван Константинович)
• Чему равен 1 дюйм? (2,54 см)
• Горе овощное. (Горе луковое)

Для какого из приведенных фамилий ложно высказывание: НЕ ((Букв в слове 5) И (Последняя буква Н))?

1) Серов; 2) Репин; 3) Левитан; 4) Шишкин.

Решение. А = Букв в слове 5, В = Последняя буква Н.

Ответ: Репин.

Ильям Ефиммович Ремпин (24 июля 1844 - 29 сентября 1930) - русский художник-живописец, мастер портрета, исторических и бытовых сцен. Академик Императорской Академии Художеств.

Мемуарист, автор ряда очерков, составивших книгу воспоминаний “Далёкое близкое”. Преподаватель, был профессором - руководителем мастерской (1894-1907) и ректором (1898-1899) Академии художеств, одновременно преподавал в школе-мастерской Тенишевой; среди его учеников - Б. М. Кустодиев, И. Э. Грабарь, И. С. Куликов, Ф. А. Малявин, А. П. Остроумова-Лебедева, давал также частные уроки В. А. Серову.

Одной из известных картин является “Запорожцы пишут письмо турецкому султану” (1880-1891). Прочитать рассказ о данной картине. По тексту определить героев данной картины. Обратить внимание учащихся на упорство художника в работе над произведением, и его ухищрения в достижении цели. Как часто, мы бросаем решать те или иные задачи, которые нам не удались в первые минуты работы.

“В 1878 году, от гостя в Абрамцеве, Репин услышал рассказ украинского историка о том, как турецкий султан писал к запорожским казакам и требовал от них покорности. Ответ запорожцев был смел, дерзок, полон издёвок над султаном. Репин пришёл в восторг от этого послания и сразу сделал карандашный эскиз. После этого он постоянно возвращался к этой теме, работая над картиной более десяти лет. Она была закончена только в 1891 году. Картина имеет 3 списка (не считая этюда). Первый Репин подарил другу, историку Дмитрию Яворницкому, а тот - Павлу Третьякову. Большая часть моделей для него взята из Екатеринославской губернии.Писарь - Яворницкий, Иван Сирко - киевский генерал-губернатор Михаил Драгомиров, раненый в голову казак - художник Николай Кузнецов; войсковой судья в чёрной шапке - Василий Тарновский; молодой казачок в круглой шапке - его сын, обладатель обширной лысины - Георгий Алексеев, предводитель дворянства Екатеринославской губернии, обер-гофмейстер двора его Величества, почётный гражданин Екатеринослава и страстный нумизмат. Поначалу он отказался позировать с затылка. Пришлось пойти на хитрость. Яворницкий пригласил его посмотреть свою коллекцию, а позади тайком усадил художника, и пока предводитель любовался монетами, Репин быстро набросал портрет. Георгий Петрович узнал себя уже в Третьяковке и обиделся.”

Учащимся раздаются карточки с текстом.

Определитеинформационный объём рассказа в кодировке КОИ-8, в которойкаждый символ кодируется 8 битами.

Решение. Посчитаем сколько строк в тексте и сколько символов в каждом ряду (в презентации ). Строк – 22, символов в строке – 64.

Ответ: 1,4 Кбайт.

Как измерить объем графической информации?

Наложим на изображение мелкую сетку – растр. В результате картинка разбилась на ячейки. Каждая ячейка окрашена в один цвет и называется точкой (или пикселом). Цвет можно закодировать, то есть поставить ему в соответствие уникальное целое число. И тогда изображение превращается в набор целых чисел. Закодированное таким образом изображение, называется растровым.

Введем обозначения:

N – количество разных цветов, используемых при кодировании изображения;

i – число битов, необходимых для кодирования цвета одной точки изображения (глубина цвета ).

Между данными величинами существует связь N=2 i .

Примеры типов изображений и их кодирования

Все многообразие красок на экране получается путем смешивания трех базовых цветов: красного, синего, зеленого. Каждый пиксель на экране состоит из трех близко расположенных элементов, светящихся этими цветами.

Задание 1. Построить двоичный код приведенного черно – белого растрового изображения, полученного на мониторе с размером растра 10*10.

Задание 2. Дан двоичный код 8-цветного изображения. Размер монитора – 10*10 пикселей. Что изображено на рисунке (зарисовать)?

Для хранения одного образа экрана потребуется объем памяти, равный произведению ширины экрана (в пикселях) на высоту экрана (в пикселях) и на i (глубину цвета).

I=W*H*i(битов)

W – ширина изображения в точках (пикселях);

H – высота изображения в точках (пикселях).

Задача 1. Рассчитайте объем видеопамяти, необходимой для хранения растрового изображения, занимающего весь экран монитора с разрешающей способностью 640*480 пикселов, если используется палитра из 65536 цветов.

Ответ: 600 Кбайт.

Задача 2. Для хранения растрового изображения размером 320*400 пикселов потребовалось 125 Кбайт памяти. Определите количество цветов в палитре.

Ответ: 256 цветов.

Познакомимся ещё с одним произведением Ильи Репина.

“Иван Грозный и сын его Иван 16 ноября 1581 года” (также известна под названием “Иван Грозный убивает своего сына” ) - картина, написанная в 1883-1885 годы. Изображает эпизод из жизни Ивана Грозного, когда он в припадке гнева нанёс смертельный удар своему сыну царевичу Ивану. Картина показывает муку раскаяния на лице Грозного и кротость умирающего царевича, со слезами на глазах прощающего обезумевшего от горя отца. Хранится в собрании Государственной Третьяковской галереи в Москве.

Бывает так, что в порыве гнева люди незаслуженно обижают своих родных, близких сердцу людей, да и чужих людей тоже. Сейчас в Интернет часто выкладывают ролики об жестоком отношении друг к другу. А потом жалеют о случившемся. Хорошо, когда есть возможность осознать и извиниться, исправить положение. Но может случиться, как в данной картине, и исправить ситуацию будет невозможно. Поэтому, постараемся быть терпимыми, научимся “держать себя в руках”.

Я надеюсь, что урок вам понравился. Вы узнали, как кодируются изображения и как найти объем графической информации. А также, на уроке познакомились с творчеством Ильи Репина, а те, кто знаком с его творчеством, еще раз окунулись в мир прекрасного.

Литература:

1. Менделев В.А. Энциклопедия необходимых знаний. – Х.: Книжный клуб, 2007.
2. Вовк Е.Т. Информатика: пособие для подготовки к ЕГЭ. – М.:КУДИЦ-ПРЕСС, 2009.
3. Семакин И.Г. Практикум. Информатика и ИКТ. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2009.
4. Ресурсы: Интернет.

Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления - для этого обычно используется прием кодирования, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа. Естественные человеческие языки - это не что иное, как системы кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи. К языкам близко примыкают азбуки (системы кодирования компонентов языка с помощью графических символов). История знает интересные, хотя и безуспешные попытки создания «универсальных» языков и азбук. По-видимому, безуспешность попыток их внедрения связана с тем, что национальные и социальные образования естественным образом понимают, что изменение системы кодирования общественных данных непременно приводит к изменению общественных методов (то есть норм права и морали), а это может быть связано с социальными потрясениями.

Та же проблема универсального средства кодирования достаточно успешно реализуется в отдельных отраслях техники, науки и культуры. В качестве примеров можно привести систему записи математических выражений, телеграфную азбуку, морскую флажковую азбуку, систему Брайля для слепых и многое другое.

Своя система существует и в вычислительной технике - она называется двоичным кодированием и основана на представлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по-английски - binary digit или сокращенно hit (бит).

Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и т. п.). Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:

Тремя битами можно закодировать восемь различных значений:

000 001 010 011 100 101 110 111

Увеличивая на единицу количество разрядов в системе двоичного кодирования, мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе, то есть общая формула имеет вид:

где N- количество независимых кодируемых значений;

т - разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе.

Кодирование целых и действительных чисел

Целые числа кодируются двоичным кодом достаточно просто - достаточно взять целое число и делить его пополам до тех пор, пока частное не будет равно единице. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справа налево вместе с последним частным, и образует двоичный аналог десятичного числа.

Таким образом, 19= 10011;.

Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). Шестнадцать бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65 535, а 24 бита - уже более 16,5 миллионов разных значений.

Для кодирования действительных чисел используют 80-разрядное кодирование. При этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму:

3,1415926 =0,31415926-10"

300 000 = 0,3 10 6

123 456 789 = 0,123456789 10 10

Первая часть числа называется мантиссой, а вторая - характеристикой. Большую часть из 80 бит отводят для хранения мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количество разрядов отводят для хранения характеристики (тоже со знаком).

Кодирование текстовых данных

Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию. Восьми двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Этого хватит, чтобы выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков, как строчные, так и прописные, а также знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы, например символ «§».

Технически это выглядит очень просто, однако всегда существовали достаточно веские организационные сложности. В первые годы развития вычислительной техники они были связаны с отсутствием необходимых стандартов, а в настоящее время вызваны, наоборот, изобилием одновременно действующих и противоречивых стандартов. Для того чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые таблицы кодирования, а это пока невозможно из-за противоречий между символами национальных алфавитов, а также противоречий корпоративного характера.

Для английского языка, захватившего де-факто нишу международного средства общения, противоречия уже сняты. Институт стандартизации США (ANSI - American National Standard Institute) ввел в действие систему кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange - стандартный код информационного обмена США). В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования - базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255.

Первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого, отданы производителям аппаратных средств (в первую очередь производителям компьютеров и печатающих устройств). В этой области размещаются так называемые управляющие коды, которым не соответствуют никакие символы языков, и, соответственно, эти коды, не выводятся ни на экран, ни на устройства печати, но ими можно управлять тем, как производится вывод прочих данных.

Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов.

Аналогичные системы кодирования текстовых данных были разработаны и в других странах. Так, например, в СССР в этой области действовала система кодирования КОИ-7 (код обмена информацией, семизначный). Однако поддержка производителей оборудования и программ вывела американский код ASCII на уровень международного стандарта, и национальным системам кодирования пришлось «отступить» во вторую, расширенную часть системы кодирования, определяющую значения кодов со 128 по 255. Отсутствие единого стандарта в этой области привело к множественности одновременно действующих кодировок. Только в России можно указать три действующих стандарта кодировки и еще два устаревших.

Так, например, кодировка символов русского языка, известная как кодировка Windows-1251, была введена «извне» - компанией Microsoft, но, учитывая широкое распространение операционных систем и других продуктов этой компании в России, она глубоко закрепилась и нашла широкое распространение. Эта кодировка используется на большинстве локальных компьютеров, работающих на платформе Windows.

Другая распространенная кодировка носит название КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизначный) - ее происхождение относится ко временам действия Совета Экономической Взаимопомощи государств Восточной Европы. Сегодня кодировка КОИ-8 имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России и в российском секторе Интернета.

Международный стандарт, в котором предусмотрена кодировка символов русского алфавита, носит название кодировки ISO (International Standard Organization - Международный институт стандартизации). На практике данная кодировка используется редко.

На компьютерах, работающих в операционных системах MS-DOS, могут действовать еще две кодировки (кодировка ГОСТ и кодировка ГОСТ-альтернативная). Первая из них считалась устаревшей даже в первые годы появления персональной вычислительной техники, но вторая используется и по сей день.

В связи с изобилием систем кодирования текстовых данных, действующих в России, возникает задача межсистемного преобразования данных - это одна из распространенных задач информатики.

Универсальная система кодирования текстовых данных

Если проанализировать организационные трудности, связанные с созданием единой системы кодирования текстовых данных, то можно прийти к выводу, что они вызваны ограниченным набором кодов (256). В то же время очевидно, что если, например, кодировать символы не восьмиразрядными двоичными числами, а числами с большим количеством разрядов, то и диапазон возможных значений кодов станет намного больше. Такая система, основанная на 16-разрядном кодировании символов, получила название универсальной - UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65 536 различных символов - этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.

Несмотря на тривиальную очевидность такого подхода, простой механический переход на данную систему долгое время сдерживался из-за недостаточных ресурсов средств вычислительной техники (в системе кодирования UNICODE все текстовые документы автоматически становятся вдвое длиннее). Во второй половине 90-х годов технические средства достигли необходимого уровня обеспеченности ресурсами, и сегодня мы наблюдаем постепенный перевод документов и программных средств на универсальную систему кодирования. Для индивидуальных пользователей это еще больше добавило забот по согласованию документов, выполненных в разных системах кодирования, с программными средствами, но это надо понимать как трудности переходного периода.

Кодирование графических данных

Если рассмотреть с помощью увеличительного стекла черно-белое графическое изображение, напечатанное в газете или книге, то можно увидеть, что оно состоит из мельчайших точек, образующих характерный узор, называемый растром (рис.1).

Рис. 1. Растр - это метод кодирования графической информации, издавна принятый в полиграфии

Поскольку линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных. Общепринятым на сегодняшний день считается представление черно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета, и, таким образом, для кодирования яркости любой точки обычно достаточно восьмиразрядного двоичного числа.

Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основные цвета: красный (Red, R), зеленый (Green, G) и синий (Blue, В). На практике считается (хотя теоретически это не совсем так), что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем механического смешения этих трех основных цветов. Такая система кодирования называется системой RGB по первым буквам названий основных цветов.

Если для кодирования яркости каждой из основных составляющих использовать по 256 значений (восемь двоичных разрядов), как это принято для полутоновых черно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда. При этом система, кодирования обеспечивает однозначное определение 16,5 млн различных цветов, что на самом деле близко к чувствительности человеческого глаза. Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полноцветным (True Color).

Каждому из основных цветов можно поставить в соответствие дополнительный цвет, то есть цвет, дополняющий основной цвет до белого. Нетрудно заметить, что для любого из основных цветов дополнительным будет цвет, образованный суммой пары остальных основных цветов. Соответственно, дополнительными цветами являются: голубой (Cyan, С), пурпурный (Magenta, М) и желтый (Yellow, Y). Принцип декомпозиции произвольного цвета на составляющие компоненты можно применять не только для основных цветов, но и для дополнительных, то есть любой цвет можно представить в виде суммы голубой, пурпурной и желтой составляющей. Такой метод кодирования цвета принят в полиграфии, но в полиграфии используется еще и четвертая краска - черная (Black, К). Поэтому данная система кодирования обозначается четырьмя буквами CMYK (черный цвет обозначается буквой К, потому, что буква В уже занята синим цветом), и для представления цветной графики в этой системе надо иметь 32 двоичных разряда. Такой режим тоже называется полноцветным. (True Color).

Если уменьшить количество двоичных разрядов, используемых для кодирования цвета каждой точки, то можно сократить объем данных, но при этом диапазон кодируемых цветов заметно сокращается. Кодирование цветной графики 16-разрядными двоичными числами называется режимом High Color.

При кодировании информации о цвете с помощью восьми бит данных можно передать только 256 цветовых оттенков. Такой метод кодирования цвета называется индексным. Смысл названия в том, что, поскольку 256 значений совершенно недостаточно, чтобы передать весь диапазон цветов, доступный человеческому глазу, код каждой точки растра выражает не цвет сам по себе, а только его номер (индекс) в некоей справочной таблице, называемой палитрой. Разумеется, эта палитра должна прикладываться к графическим данным - без нее нельзя воспользоваться методами воспроизведения информации на экране или бумаге (то есть, воспользоваться, конечно, можно, но из-за неполноты данных полученная информация не будет адекватной: листва на деревьях может оказаться красной, а небо - зеленым).

Кодирование звуковой информации

Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно. К тому же, в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей не было столь же длительной и проверенной истории кодирования. В итоге методы кодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но если говорить обобщенно, то можно выделить два основных направления.

Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а следовательно, может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства - аналогово-иифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифра-аналоговые преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом, характерным для электронной музыки. В то же время данный метод кодирования обеспечивает весьма компактный код, и потому он нашел применение еще в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны.

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

Основные структуры данных

Работа с большими наборами данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены, то есть образуют заданную структуру. Существует три основных типа структур данных: линейная, иерархическая и табличная. Их можно рассмотреть на примере обычной книги.

Если разобрать книгу на отдельные листы и перемешать их, книга потеряет свое назначение. Она по-прежнему будет представлять набор данных, но подобрать адекватный метод для получения из нее информации весьма непросто. (Еще хуже дело будет обстоять, если из книги вырезать каждую букву отдельно - в этом случае вряд ли вообще найдется адекватный метод для ее прочтения.)

Если же собрать все листы книги в правильной последовательности, мы получим простейшую структуру данных - линейную. Такую книгу уже можно читать, хотя для поиска нужных данных ее придется прочитать подряд, начиная с самого начала, что не всегда удобно.

Для быстрого поиска данных существует иерархическая структура. Так, например, книги разбивают на части, разделы, главы, параграфы и т, п. Элементы структуры более низкого уровня входят в элементы структуры более высокого уровня: разделы состоят из глав, главы из параграфов и т. д.

Для больших массивов поиск данных в иерархической структуре намного проще, чем в линейной, однако и здесь необходима навигация, связанная с необходимостью просмотра. На практике задачу упрощают тем, что в большинстве книг есть вспомогательная перекрестная таблица, связывающая элементы иерархической структуры с элементами линейной структуры, то есть связывающая разделы, главы и, параграфы с номерами страниц. В книгах с простой иерархической структурой, рассчитанных на последовательное чтение, эту таблицу принято называть оглавлением, а в книгах со сложной структурой, допускающей выборочное чтение, ее называют содержанием.

Содержание: 1. Понятие кода пикселя Понятие кода пикселя Содержание:Понятие кода пикселя Содержание: 2. Виды кодов пикселей Виды кодов пикселя Содержание:Виды кодов пикселя Содержание: 3.Таблица: двоичный код восьми цветной палитры Таблица: двоичный код восьми цветной палитры Содержание: Таблица: двоичный код восьми цветной палитры Содержание: 4. Таблица: двоичный код шестнадцати цветной палитры Таблица: двоичный код шестнадцати цветной палитры Содержание: Таблица: двоичный код шестнадцати цветной палитры Содержание: 5. Получение других цветов Получение других цветов Содержание:Получение других цветов Содержание: 6. Объём видеопамяти Объём видеопамяти Содержание:Объём видеопамяти Содержание: 7. Задача Задача Содержание:Задача Содержание:

Виды кодов пикселя Содержание:Содержание: Для получения чёрно-белого изображения (без полутонов) используются два состояния пикселя: светится – не светится (белый – чёрный). Для кодирования цвета пикселя достаточно одного бита памяти: 1 – белый, 0 – чёрный. Для кодирования четырёхцветного изображения требуется двух битовый код. Может использоваться, например, такой вариант кодирования цветов: 00 – чёрный; 10 - зелёный; 01 – красный; 11 – коричневый. Из трёх базовых цветов – зелёного, красного, синего – можно получить восемь комбинаций трёхбитового кода: чёрный; к - - красный; - - с синий; к – с розовый; - з – зелёный; к з - коричневый; - з с голубой; к з с белый. В этом коде каждый базовый цвет обозначается его первой буквой (к – красный, с – синий, з – зелёный). Чёрточка означает отсутствие цвета.

Таблица: двоичный код восьми цветной палитры Содержание:Содержание: Для кодирования восьми цветного изображения требуются три бита памяти на один видеопиксель. Если наличие базового цвета обозначить единицей, а отсутствие – нулём, то получается таблица кодировки восьми цветной палитры: где, к – красный, з – зелёный, с - синий кзс Цвет 000Чёрный 001Синий 010Зелёный 011Голубой 100Красный 101Розовый 110Коричневый 111Белый

Таблица: двоичный код шестнадцати цветной палитры Содержание:Содержание: Шестнадцатицветная палитра получается при использовании четырёхзарядной кодировки пикселя: к трём битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трёх цветов одновременно (интенсивностью трёх электронных пучков): где, к – красный, з - зелёный, с – синий, и – один бит интенсивности икзс Цвет 0000Чёрный 0001Синий 0010Зелёный 0011Голубой 0100Красный 0101Розовый 0110Коричневый 0111Белый 1000Тёмно - серый 1001Ярко - синий 1010Ярко - зелёный 1011Ярко - голубой 1100Ярко- красный 1101Ярко - розовый 1110Ярко - жёлтый 1111Ярко - белый

Получение других цветов Содержание:Содержание: Большое количество цветов получается при раздельном управлении интенсивностью базовых цветов. Причём интенсивность может иметь более двух уровней, если для кодирования интенсивности каждого из базовых цветов выделять больше одного бита. Правило: Для получения цветной гаммы из 256 цветов требуется 8 битов = 1 байт на каждый пиксель, так как 2 = 256. Количество различных цветов К и количество битов для их кодирования b связаны между собой формулой:, где K – количество цвета, b – длина кода цвета (в битах).

Объём видеопамяти Содержание:Содержание: Видеопамять - это электронное энергозависимое запоминающее устройство. Размер видеопамяти зависит от разрешающей способности дисплея и количества цветов. Её минимальный объем определяется так, чтобы поместился один кадр (одна страница) изображения, т.е. как результат произведения разрешающей способности на размер кода пикселя. Объём видеопамяти вычисляется по формуле: где: M – число столбцов, N – число строк, b – длина кода цвета (в битах).

Задача Содержание:Содержание: Задача 1: для сетки 640 х 480 и чёрно- белого изображения минимальный объём видеопамяти должен быть таким: 640 * 480 * 1 бит = битов/8 = байтов/1024 = 37,5 Кбайтов Ответ: 37,5 Кбайт.

Качество кодирования изображения зависит от двух параметров. Во-первых, качество кодирования изображения тем выше, чем меньше размер точки и соответственно большее количество точек составляет изображение.

Во-вторых, 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 .

Формирование растрового изображения. Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения , которое формируется из определенного количества строк, которые в свою очередь содержат определенное количество точек (пикселей).

Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора, т.е. количеством точек, из которых оно складывается. Чем болыпе 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: 800 × 600, 1024 × 768 и 1280 × 1024 точки.

Рассмотрим формирование на экране монитора растрового изображения, состоящего из 600 строк по 800 точек в каждой строке (всего 480 000 точек). В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) каждая точка экрана может иметь одно из двух состояний - "черная" или "белая", то есть для хранения ее состояния необходим 1 бит.

Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки, хранящимся в видеопамяти (рис. 1.8). Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета , которая задается количеством битов, используемым для кодирования цвета точки. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8, 16, 24 или 32 бита.

Рис. 1.8. Формирование растрового изображения

Качество двоичного кодирования изображения определяется разрешающей способностью экрана и глубиной цвета .

Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле (2.1):

N = 2 I , где I - глубина цвета (табл. 1.4).

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, Blue).

Для получения богатой палитры цветов базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности. Например, при глубине цвета в 24 бита на каждый из цветов выделяется по 8 бит, то есть для каждого из цветов возможны N = 2 8 = 256 уровней интенсивности, заданные двоичными кодами (от минимальной - 00000000 до максимальной - 11111111) - табл. 1.5.

Графический режим. Графический режим вывода изображения на экран монитора определяется величиной разрешающей способности и глубиной цвета. Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой его точке (код цвета точки) должна храниться в видеопамяти компьютера. Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов, например, с разрешением 800 х 600 точек и глубиной цвета 24 бита на точку.

Всего точек на экране: 800 × 600 = 480 000.

Необходимый объем видеопамяти:

24 бит × 480 000 = 11 520 000 бит = 1 440 000 байт = 1406,25 Кбайт = 1,37 Мбайт.

Аналогично рассчитывается необходимый объем видеопамяти для других графических режимов.

В Windows предусмотрена возможность выбора графического режима и настройки параметров видеосистемы компьютера, включающей монитор и видеоадаптер.

Установка графического режима

1. Щелкнуть по индикатору Экран на Панели задач , появится диалоговая панель Свойства: Экран . Выбрать вкладку Настройка , которая информирует нас о марке установленных монитора и видеоадаптера и предоставляет возможность установить графический режим экрана (глубину цвета и разрешающую способность).

2. Щелкнуть по кнопке Дополнительно , появится диалоговая панель, на которой выбрать вкладку Адаптер . На вкладке имеется информация о фирме-производителе, марке видеоадаптера, объеме видеопамяти и др. С помощью раскрывающегося списка можно выбрать оптимальную частоту обновления экрана.

Вопросы для размышления

1. В чем состоит суть метода пространственной дискретизации?

2. Объясните принцип формирования растрового изображения.

3. Какими параметрами задается графический режим, в котором изображения выводятся на экран монитора?

Задания

1.32. Используются графические режимы с глубинами цвета 8, 16, 24 и 32 бита. Вычислить объемы видеопамяти, необходимые для реализации данных глубин цвета при различных разрешающих способностях экрана.

Цели урока:

повторить основные принципы представления данных в памяти компьютера, научить вычислять объем графической информации;

развивать познавательные интересы учащихся;

воспитывать чувства прекрасного.

План урока

Организационный момент.

Разминка.

Решение задачи на повторение. Алгебра логики.

Дополнительный материал.

Объяснение нового материала.

Дополнительный материал.

Итог урока.

ХОД УРОКА

Оргмомент.

Сегодня на уроке мы с вами поговорим об изобразительном искусстве. Этот вид искусства воспринимается зрительно (живопись, скульптура, графика, фотоискусство). С древности существуют два основных взгляда на искусство: это образы реального мира, созерцая которые зритель получает наслаждение (Аристид); искусство вдохновляется высшими силами и выражает чувства и ощущения человека (Платон).А также научимся вычислять объем графической информации.

Разминка .

Учитель читает вопросы, ученики быстро отвечают.

Виды компьютерной графики. (Векторный и растровый)

Предмет в школьном курсе непосредственно связанный с графикой. (ИЗО)

Изображение художником самого себя. (Автопортрет)

Из сочетания, каких цветов складывается вся красочная палитра на экране. (Красного, зеленого, синего)

Знаменитая картина, о которой все слышали, но еще никто не видел... (Репина "Приплыли")

Положительный образ, воплощающий нравственные ценности. (Герой)

Чему равен 1 Мегабайт? (1024 Килобайт)

Любые люди, предметы и явления, находящиеся перед художником, когда он их изображает. (Натура)

Главное действующее лицо произведения. (Герой)

Одна точка на мониторе. (Пиксель)

Как из Килобайт перейти в байты? (Умножить на 1024)

Намеренно искаженный с юмористической или сатирической целью портрет. (Шарж)

Российский живописец, изображал море, морские сражения, борьбу с морской стихией (1817-1900). (Айвазовский Иван Константинович)

Чему равен 1 дюйм? (2,54 см)

Горе овощное. (Горе луковое)

Решение задачи на повторение. Алгебра логики

Для какого из приведенных фамилий ложно высказывание: НЕ ((Букв в слове 5) И (Последняя буква Н))?

1) Серов; 2) Репин; 3) Левитан; 4) Шишкин.

Решение. А = Букв в слове 5, В = Последняя буква Н.

Ответ: Репин.

Дополнительный материал из области искусства

Ильям Ефиммович Ремпин (24 июля 1844 - 29 сентября 1930) - русский художник-живописец, мастер портрета, исторических и бытовых сцен. Академик Императорской Академии Художеств.

Мемуарист, автор ряда очерков, составивших книгу воспоминаний “Далёкое близкое”. Преподаватель, был профессором - руководителем мастерской (1894-1907) и ректором (1898-1899) Академии художеств, одновременно преподавал в школе-мастерской Тенишевой; среди его учеников - Б. М. Кустодиев, И. Э. Грабарь, И. С. Куликов, Ф. А. Малявин, А. П. Остроумова-Лебедева, давал также частные уроки В. А. Серову.

Одной из известных картин является “Запорожцы пишут письмо турецкому султану” (1880-1891). Прочитать рассказ о данной картине. По тексту определить героев данной картины. Обратить внимание учащихся на упорство художника в работе над произведением, и его ухищрения в достижении цели. Как часто, мы бросаем решать те или иные задачи, которые нам не удались в первые минуты работы.

“В 1878 году, от гостя в Абрамцеве, Репин услышал рассказ украинского историка о том, как турецкий султан писал к запорожским казакам и требовал от них покорности. Ответ запорожцев был смел, дерзок, полон издёвок над султаном. Репин пришёл в восторг от этого послания и сразу сделал карандашный эскиз. После этого он постоянно возвращался к этой теме, работая над картиной более десяти лет. Она была закончена только в 1891 году. Картина имеет 3 списка (не считая этюда). Первый Репин подарил другу, историку Дмитрию Яворницкому, а тот - Павлу Третьякову. Большая часть моделей для него взята из Екатеринославской губернии.Писарь - Яворницкий, Иван Сирко - киевский генерал-губернатор Михаил Драгомиров, раненый в голову казак - художник Николай Кузнецов; войсковой судья в чёрной шапке - Василий Тарновский; молодой казачок в круглой шапке - его сын, обладатель обширной лысины - Георгий Алексеев, предводитель дворянства Екатеринославской губернии, обер-гофмейстер двора его Величества, почётный гражданин Екатеринослава и страстный нумизмат. Поначалу он отказался позировать с затылка. Пришлось пойти на хитрость. Яворницкий пригласил его посмотреть свою коллекцию, а позади тайком усадил художника, и пока предводитель любовался монетами, Репин быстро набросал портрет. Георгий Петрович узнал себя уже в Третьяковке и обиделся.”

Решение задачи на повторение. Кодирование текстовой информации.

Учащимся раздаются карточки с текстом.

Определите информационный объём рассказа в кодировке КОИ-8, в которой каждый символ кодируется 8 битами.

Решение. Посчитаем сколько строк в тексте и сколько символов в каждом ряду (в ). Строк – 22, символов в строке – 64.

Ответ: 1,4 Кбайт.

Объяснение нового материала. Кодирование изображений .

Как измерить объем графической информации?

Наложим на изображение мелкую сетку – растр. В результате картинка разбилась на ячейки. Каждая ячейка окрашена в один цвет и называется точкой (или пикселом). Цвет можно закодировать, то есть поставить ему в соответствие уникальное целое число. И тогда изображение превращается в набор целых чисел. Закодированное таким образом изображение, называется растровым.

Введем обозначения:

N – количество разных цветов, используемых при кодировании изображения;

i – число битов, необходимых для кодирования цвета одной точки изображения (глубина цвета ).

Между данными величинами существует связь N=2 i .

Примеры типов изображений и их кодирования

Изображение из 3-х цветов

2 i =3. одного бита недостаточно для кодирования трех цветов, поэтому берем ближайшее целое с избытком – 2. Например: 00, 01, 11

Изображение из 4-х цветов

2 i =4, т.е. i=2. Например: 00, 01, 10, 11

Все многообразие красок на экране получается путем смешивания трех базовых цветов: красного, синего, зеленого. Каждый пиксель на экране состоит из трех близко расположенных элементов, светящихся этими цветами.

Задание 2. Дан двоичный код 8-цветного изображения. Размер монитора – 10*10 пикселей. Что изображено на рисунке (зарисовать)?

Решение.

Для хранения одного образа экрана потребуется объем памяти, равный произведению ширины экрана (в пикселях) на высоту экрана (в пикселях) и на i (глубину цвета).

I=W*H*i (битов)

W – ширина изображения в точках (пикселях);

H – высота изображения в точках (пикселях).

Решение задач на закрепление.

Задача 1. Рассчитайте объем видеопамяти, необходимой для хранения растрового изображения, занимающего весь экран монитора с разрешающей способностью 640*480 пикселов, если используется палитра из 65536 цветов.

Ответ: 600 Кбайт.

Задача 2. Для хранения растрового изображения размером 320*400 пикселов потребовалось 125 Кбайт памяти. Определите количество цветов в палитре.

Ответ: 256 цветов.

Дополнительный материал .

Познакомимся ещё с одним произведением Ильи Репина.

“Иван Грозный и сын его Иван 16 ноября 1581 года” (также известна под названием “Иван Грозный убивает своего сына” ) - картина, написанная в 1883-1885 годы. Изображает эпизод из жизни Ивана Грозного, когда он в припадке гнева нанёс смертельный удар своему сыну царевичу Ивану. Картина показывает муку раскаяния на лице Грозного и кротость умирающего царевича, со слезами на глазах прощающего обезумевшего от горя отца. Хранится в собрании Государственной Третьяковской галереи в Москве.

Бывает так, что в порыве гнева люди незаслуженно обижают своих родных, близких сердцу людей, да и чужих людей тоже. Сейчас в Интернет часто выкладывают ролики об жестоком отношении друг к другу. А потом жалеют о случившемся. Хорошо, когда есть возможность осознать и извиниться, исправить положение. Но может случиться, как в данной картине, и исправить ситуацию будет невозможно. Поэтому, постараемся быть терпимыми, научимся “держать себя в руках”.

Итог урока .

Я надеюсь, что урок вам понравился. Вы узнали, как кодируются изображения и как найти объем графической информации. А также, на уроке познакомились с творчеством Ильи Репина, а те, кто знаком с его творчеством, еще раз окунулись в мир прекрасного.

Литература:

Менделев В.А. Энциклопедия необходимых знаний. – Х.: Книжный клуб, 2007.

Вовк Е.Т. Информатика: пособие для подготовки к ЕГЭ. – М.:КУДИЦ-ПРЕСС, 2009.

Семакин И.Г. Практикум. Информатика и ИКТ. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2009.

Ресурсы: Интернет.