Орбита

Меню

гость

Войти
← К списку тем

Информатика · 7 класс · Информатика ФГОС · урок 18 · только теория

Кодирование цвета. Оценка информационного объёма графических данных для растрового изображения

Тема рассказывает, как цвет каждой точки растрового изображения превращается в числовой код и как по этим кодам вычислить, сколько места на компьютере займёт картинка. Мы узнаем, что глубина цвета и количество цветов связаны простой формулой, и научимся оценивать размер файла до его сохранения.

Чему учимся понимать

Научиться понимать, как кодируется цвет в компьютере и как по характеристикам изображения (ширина, высота, глубина цвета) вычислить его информационный объём.

Зачем это нужно

Это знание помогает понять, почему одни картинки занимают мало места, а другие — много, и как выбирать настройки при сохранении изображений (например, для интернета или печати), чтобы получить нужное качество при разумном размере файла.

Опорные понятия

Растровое изображениеПиксельГлубина цветаПалитра цветовИнформационный объёмКодирование цветаRGBФормула N = 2^iБайт и бит

Главные тезисы

  • Растровое изображение состоит из множества точек (пикселей), каждая из которых имеет свой цвет.
  • Цвет каждой точки кодируется двоичным числом, а количество возможных цветов зависит от длины этого кода (глубины цвета).
  • Глубина цвета измеряется в битах и показывает, сколько бит информации нужно для хранения цвета одного пикселя.
  • Количество цветов N, которое можно закодировать, вычисляется по формуле N = 2^i, где i — глубина цвета в битах.
  • Информационный объём растрового изображения равен произведению количества пикселей на глубину цвета.
  • Чем больше глубина цвета, тем больше возможных оттенков и тем больше размер файла.
  • Для кодирования цвета в компьютере чаще всего используется модель RGB, где цвет получается смешением красного, зелёного и синего.

Определения

Растровое изображение
Изображение, состоящее из множества точек (пикселей), каждая из которых имеет свой цвет. При увеличении такого изображения видны квадратики — пиксели.
Пиксель
Минимальный элемент растрового изображения, точка, цвет которой задаётся отдельно.
Глубина цвета
Количество бит, которое используется для кодирования цвета одного пикселя. Например, глубина 8 бит означает, что цвет кодируется 8 битами.
Палитра
Набор цветов, которые могут быть использованы в изображении. Количество цветов в палитре зависит от глубины цвета.
Информационный объём изображения
Количество памяти (в битах или байтах), необходимое для хранения всего изображения. Вычисляется как произведение числа пикселей на глубину цвета.
Модель RGB
Способ кодирования цвета, при котором любой цвет получается смешением трёх базовых: красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue). Каждый из них кодируется отдельно.

Ключевые факты и правила

  • Формула для количества цветов: N = 2^i, где i — глубина цвета в битах. Например, при i = 4 можно закодировать 16 цветов.
  • Информационный объём I = K * i, где K — общее число пикселей, i — глубина цвета в битах. Результат получается в битах, затем его можно перевести в байты (1 байт = 8 бит).
  • В модели RGB для каждого цвета (красного, зелёного, синего) обычно отводится 8 бит, поэтому глубина цвета 24 бита (8*3) позволяет отобразить более 16 миллионов цветов (2^24 = 16 777 216).
  • Если изображение чёрно-белое (без оттенков серого), то для кодирования каждого пикселя достаточно 1 бита (0 — чёрный, 1 — белый).
  • Для перевода объёма из битов в байты нужно разделить на 8, а в килобайты — ещё на 1024.
  • При увеличении глубины цвета в 2 раза количество возможных цветов увеличивается в 2^i раз, а размер файла — в 2 раза.

Теория

Понять, что растровое изображение — это сетка пикселей, каждый пиксель имеет свой цвет.

Осознать, что цвет каждого пикселя кодируется двоичным числом, а длина этого числа (в битах) называется глубиной цвета.

Выучить формулу N = 2^i, чтобы по глубине цвета определять, сколько разных цветов можно закодировать.

Научиться вычислять информационный объём: умножить количество пикселей (ширина × высота) на глубину цвета.

Переводить результат в удобные единицы (байты, килобайты, мегабайты), помня, что 1 байт = 8 бит, 1 Кбайт = 1024 байта.

Примеры

  1. Пример 1расчёт
    • Если изображение имеет размер 100×100 пикселей и глубину цвета 8 бит
    • то его информационный объём равен 100*100*8 = 80 000 бит = 10 000 байт ≈ 9,8 Кбайт
  2. Пример 2расчёт
    • Для кодирования 256 цветов требуется глубина цвета 8 бит
    • так как 2^8 = 256
  3. Пример 3случай
    • Фотография с глубиной цвета 24 бита и размером 1920×1080 пикселей занимает 1920*1080*24 = 49 766 400 бит ≈ 5,9 Мбайт (без сжатия)
  4. Пример 4случай
    • Если в изображении используется только 2 цвета (например, чёрный и белый), то глубина цвета равна 1 биту, и размер файла будет минимальным

Интересно знать

  • Человеческий глаз различает около 10 миллионов цветов, поэтому 24-битного кодирования (16,7 млн цветов) достаточно для фотореалистичных изображений.
  • В первых цветных мониторах использовалась глубина цвета 4 бита (16 цветов), и изображения выглядели как плакаты, а не как фотографии.
  • Формат GIF использует палитру максимум из 256 цветов (8 бит), поэтому он хорошо подходит для простых картинок, но не для фотографий.
  • В некоторых системах для экономии памяти используют 16-битное кодирование (65 536 цветов), которое глаз почти не отличает от 24-битного.

Связанные темы

  • Измерение информации (бит, байт)
  • Дискретизация и кодирование информации
  • Компьютерная графика: растровая и векторная
  • Форматы графических файлов