Представление изображений

 

В компьютерных системах кроме текстовой и число­вой информации хранится графическая, звуковая и видео­информация. Способы представления этих данных находятся только в начале своего развития и, следовательно, не настолько стандартизированы.

Все изоб­ражения делят на две категории: растровые (bitmap techniques) и векторные (vector techniques).

Растровое изображение представляет собой набор точек, элементов изображения, которые называются пикселами (pixel). Самое про­стое представление имеет вид длинной последовательности битов, каждый из которых равен 0 или 1 в зависимости от того, белого или черного цвета пиксел. Цветные изображения отображать немного сложнее, так как необходимо каждый пиксел представлять комбинацией битов, обозначающей его цвет.

Многие внешние устройства компьютера (факсы, ви­деокамеры и сканеры) конвертируют изображения в растровый формат. Эти уст­ройства кодируют цвет пиксела в виде комбинации трех составляю­щих: красной, зеленой и синей, соответствующих трем основным цветам. Для представления интенсивности каждого цвета используется один байт, в то время как для представления целого пиксела изображения требуется три байта. Этот подход с использованием трех составляющих цвета используется также в мониторе компьютера, который отображает миллиарды пикселов, каждый из которых состоит из трех компонентов: красного, зеленого и синего, что можно заметить, рассмотрев экран поближе (через увели­чительное стекло).

Таким образом, для изображения, состоящего из 1024 рядов, содержащих 1024 пиксела каж­дый, потребуется такой объём памяти, который превысит емкость обычно­го гибкого диска.

Изображение в растровом формате имеет один недостаток: размер изображения нельзя произвольно увеличить. Так как, един­ственный способ увеличения изображения — увеличить размер пикселов. Но это приводит к зернистому изображению — явлению, которое часто наблюдается в цифровых фотоаппаратах.

Векторный формат представления изображений пре­одолевает эту проблему. Векторное изображение - это набор ли­ний и дуг. Такое описание заставляет само устройство рисовать изображение, а не воспроизводить комбинацию пикселов.

Различные шрифты, в со­временных принтерах и мониторах, часто кодируются именно таким способом, для того чтобы размер символа сделать более гибким.

Такие шрифты называют масштабируемыми шрифтами. Например, шрифт TrueType (разработанный ком­паниями Microsoft и Apple Computer) представляет собой описание того, как следует рисовать символы в тексте. Или шрифт PostScript (разработанный корпорацией Adobe Systems), который предоставляет средства для описания сим­волов как графических данных.

Векторный формат распространен в авто­матизированном проектировании. Он позволяет создавать трехмерные объекты и управлять их отображением на мониторе.

Однако, векторный формат не обеспе­чивает высокого фотографического качества изображений, которое доступно в растровом формате. Именно поэтому растровый формат используется в современных циф­ровых камерах.

Представление звука

Способ кодирования звуковой информации состоит в том, что измеряется амплитуда сигнала через равные промежутки времени и записывают­ся полученные значения. Например, последовательность 0, 1.5, 2.0, 1.8, 2.1, 2.5, 4.0, 3.0, 0 описывает волну звука, амплитуда которой сначала увеличивается, за­тем немного уменьшается, затем снова повышается и, наконец, падает до 0.

Звуковая волна

 

                               0 1.5 2.0 1.8 2.1 2.5 4.0 3.0 0

Амплитуда

Рис. 1.7. Звуковая волна

Такой способ кодирования, в котором частота дискретизации состав­ляет 8000 отсчетов в секунду, используется уже давно в дальней телефонной связи. Голос на одном конце канала кодируется в виде числовых значений, от­ражающих амплитуду звукового сигнала, восемь тысяч раз в секунду. Эти значе­ния затем передаются по каналам связи и используются для воспроизведения звука на приемном конце канала связи.

Может показаться, что 8000 отсчетов в секунду — это большая частота дискретизации, но для высокой точности воспроизведения музыки эта частота недостаточна. Для получения качественного звучания на современных музыкальных компакт-дисках используется частота дискретизации, равная 44 100 отсчетов в секунду.

Для данных, получаемых при каждом отсчете, отводится 16 битов памя­ти (или 32 бита для стереозаписей). Таким образом, для хранения одной секунды звучания требуется более миллиона битов.

Для кодирования звуков в музыкальных синтезаторах, компьютерных играх и звуках сопровождающих веб-страницы используется более экономная система кодирования, которая называется цифровым интерфейсом музыкальных инструментов (MIDI — Musical Instrument Digital Interface).

При использовании стандарта MIDI не требуется столько места в памяти, как при дискретизации звукового сигнала, так как эта система кодирует указания, как следует порождать музыку, а не сам звуковой сигнал. Точнее, MIDI кодирует информацию о том, какой инструмент должен играть, какую ноту и какова продолжительность звучания этой ноты. Это означает, что для кларнета, играющего ноту ре в течение двух секунд, потребуются три байта, а не более двух миллионов битов, как в случае дискретизации сигнала с частотой 44 100 отсчетов.

Из вышесказанного видно, что стандарт MIDI более похож на нотную запись, которую чита­ет исполнитель, чем на само исполнение. Недостатком метода является то, что музыкальная за­пись в стандарте MIDI может звучать по-разному в исполнении различных му­зыкальных синтезаторов.