Как кодируется графическое изображение
методическая разработка по информатике и икт (8 класс) по теме

Урок: " Кодирование графической информации"

Цель:  

1. раскрыть способы кодирования графической информации;
2. сформировать у учащихся представление о том, как кодируется в компьютере графическая информация;
3. научить находить информационный объем графического изображения,  решать задачи;
4. использовать изученный новый материал на практике.

Тип урока: Урок изучения и первичного закрепления новых знаний

Используемые учебники и учебные пособия: 

1.Семакин И. Г., Залогова Л. А., Русаков С. В., Шестакова Л. В.  Информатика: Базовый курс для 8—9.М.: БИНОМ, Лаборатория Знаний, 2008.

2. Задачник-практикум по информатике: Учебное пособие для средней школы под ред. И. Семакина, Е. Хеннера. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1999.

3. Семакин И. Г., Шеина Т. Ю. Преподавание базового курса информатики в средней школе. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2004.

Задачи урока:

 Обучающие:

1. сформировать у учащихся представление о том, как кодируется в компьютере графическая информация;
2. находить информационный объем графического изображения;
3. научиться решать задачи; (из материалов ЕГЭ);
4. использовать изученный новый материал на практике.

Развивающие:

1. развитие компьютерного кругозора и умения рационально планировать свою деятельность;
2. развивать навыки решения задач учащихся по кодированию изображения;
3.  развитие познавательного интереса у учащихся, повышение творческой активности;

Воспитательные:

1. воспитание информационной культуры у учащихся и интерес к учению;
2. формировать навыки внимательности, аккуратности и самостоятельности;
3. стремление добиваться успехов в учебе за счет добросовестного отношения к своему труду.

Оборудование: компьютер, экран, проектор, ПО Paint, презентация по теме «Кодирование изображения»  в Power Point.

План урока:

1. Организационный момент (2 мин)
2.  Проверка знаний учащихся по теме «Технические средства компьютерной графики» ( 5мин).
3. Объяснение нового материала(15 мин).
4. Практическая часть.                    (20мин).
5. Итоги урока и домашнее задание. (3 мин.)

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

Приветствие, проверка присутствующих. Объяснение хода урока 

II. Повторение изученного на предыдущем уроке ( технические средства компьютерной графики)

Ответить на вопросы:

1. Что такое пиксель? Что такое растр?
2. Как работает ЭЛТ-монитор?
3. В чем преимущества ЖК-монитора по сравнению с ЭЛТ-монитором?
4. Из каких трех цветов получаются все остальные краски на цветном дисплее?
5. Какие устройства входят в состав видеоадаптера?
6. Для чего нужна видеопамять?
7. Что такое дисплейный процессор? Какую работу он выполняет?
8. Какие устройства используются для ввода изображения в компьютер?
9. Какие устройства имеют доступ к видеопамяти?
10. Что хранится в видеопамяти?

3. Изложение нового материала

          Как мы уже знаем из предыдущего параграфа,  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). И сегодня на уроке мы погорим о том, как кодируется изображение.

             Графическая информация может быть представлена в виде аналоговой и дискретной формах. Примером аналогового (непрерывного) изображения может служить живописное полотно, в котором цвет меняется непрерывно; в качестве дискретного можно рассматривать картинку, распечатанную на принтере и состоящее из отдельных точек. Графические изображения преобразуются из аналоговой (непрерывной) формы в цифровую (дискретную) преобразуются методом пространственной дискретизацией.

Графическая информация представляет собой изображение, сформированного из определенного числа точек – пикселей.

Информация о состоянии каждого пикселя хранится в закодированном виде в памяти компьютера.

1. Кодирование черно-белых изображений

       Как же закодировать цвет? Если говорить о черно-белом изображении, используется два состояния пикселя: светится-не светится(белый – черный (1-0)).

        За частую даже в черно-белом рисунке используются оттенки серого. Здесь можно использовать частоту чередования черных и белых пикселей. Например, серый цвет можно получить, если из каждых двух соседних пикселей сделаем один белый, а другой черный. Глазу будет казаться, что эта часть картинки имеет серый цвет. Если количество черных пикселей в таком чередовании уменьшить, то получится серый цвет более светлого оттенка:

 Итак, характеристика цвета сводится к яркости. Она описывается одним числом. Для кодирования яркости пикселей отводятся ячейки фиксированного размера, чаще всего от 1 до 8 бит. Черный цвет кодируется нулем, а белый - максимальным числом N, которое может быть записано в ячейку. Для одноразрядной ячейки N=1, для 8-разрядной - N=255. Для практического применения 8-разрядных ячеек вполне достаточно, потому что как раз не более 200 оттенков серого цвета способен различить человеческий глаз.

2. Кодирование цветных изображений

      Каждый цвет - это сумма 3-х основных цветов: красного, зеленого и синего. Поэтому цвет пикселя можно закодировать тремя числами: яркостью красной, зеленой и синей составляющих (RGB (red - красный, green - зеленый, blue - синий)).

           Для кодирования четырехцветного изображения требуется двухбитовый код, поскольку с помощью двух битов можно выразить 4 различных значения (отобразить 4 различных состояния). Может использоваться, например, такой вариант кодирования цветов:

Из трех базовых цветов — зеленого, красного, синего — можно получить восемь комбинаций трехбитового кода:

В этом коде каждый базовый цвет обозначается его первой буквой (к — красный, с — синий, з — зеленый). Черточка означает отсутствие цвета Следовательно, для кодирования восьмицветного изображения требуются 3 бита памяти на один видеопиксель. Если наличие базового цвета обозначить единицей, а отсутствие — нулем, то получается таблица кодировки восьмицветной палитры.

Итак,  для кодирования цвета применяется принцип разложения цвета на основные составляющие.(красный, синий, зеленый) и смешивая их можно получать различные цвета.

   В процессе дискретизации могут использоваться различные палитры цветов. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки.

Из сказанного можно вывести правило:

 В простейшем случае палитра цветов состоит всего из двух цветов (черного и белого). Каждая точка экрана может принимать одно из двух состояний – «черная» или «белая».

 По данной формуле можно вычислить какое, количество информации необходимо, чтобы закодировать цвет каждой точки: 2=2i ;   21=2i    ; I=1 бит,

где  I – глубина цвета; N – количество цветов.

 Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 4, 8, 16, и 24 бита на точку.

 Глубина цвета и количество цветов в палитре.

 Из всего сказанного выше, можно сделать вывод:

1. Графическая информация представляет собой изображение, сформированное из определенного числа точек – пикселей. Процесс разбиения изображения на отдельные маленькие фрагменты (точки) называется пространственной дискретизацией. При этом каждой точке присваивается код цвета.
2. От количества точек зависит качество изображения. Чем меньше размер точки, тем больше разрешающая способность (больше строк, растра и точек в строке) и, соответственно, выше качество изображения. 
3. Качество изображения зависит также так же от количества цветов, т.е. от количества возможных состояний точек изображения , т.к. при этом каждая точка несет большее количество информации. используемый набор цветов образует палитру цветов.

Объем видеопамяти

Объём требуемой видеопамяти можно рассчитать по формуле:

                                    V =I * X * Y, 

Где V - информационный объём видеопамяти в битах;
X * Y - количество точек изображения;
 I - глубина цвета в битах на точку.

4. Практическая часть

1. Сколько цветов будет содержать палитра, если каждый базовый цвет кодировать в 2 битах?

Решение.

В формулу    N=2i  подставляем значение I,  получаем   N=22  ,  следовательно, N=4 цвета.  

2. Пусть видеопамять ПК имеет объем 512 Кбайт. Размер графической сетки 640*200. Сколько страниц экрана одновременно разместится в видеопамяти при палитре из 16 цветов; 256 цветов?

Дано:                         Решение    

V=512Кбайт          Vэ=I*X*Y;  К=V/Vэ

Х*Y=640*200         N=2I;               16=2I                     I=4 бит

N=16                       Vэ=4*640*200=512000бит=64000байт=62,5 Кбайт            

              K=?                     К=512/64,5≈8 страниц  

Важнейшими характеристиками монитора являются размеры его экрана, которые задаются величиной его диагонали в дюймах (15”, 17”, 21” и т.д.) и размером точки экрана (0,25 мм или 0,28 мм), а разрешающая способность экрана монитора задается количеством точек по вертикали и горизонтали (640´480, 800´600 и т.д.). Следовательно, для каждого монитора существует физически максимально возможная разрешающая способность экрана.

 3. Определить максимально возможную разрешающую способность экрана для монитора с диагональю 15” и размером точки экрана 0,28 мм.

Выразим размер диагонали в сантиметрах:

2,54 см ´ 15 = 38,1 см

Определим соотношение между высотой и шириной экрана для режима 1024´768 точек:

768 : 1024 = 0,75

Определим ширину экрана. Пусть ширина экрана равна L, тогда высота равна 0,75L. По теореме Пифагора имеем:

L2 + (0,75L)2 = 38,12

1,5625L2 = 1451,61

L2 = 929

L = 30,5 см

Количество точек по ширине экрана равно:

305 мм : 0,28 мм = 1089

Максимально возможным разрешением экрана монитора является 1024´768.

Задания для самостоятельного выполнения.

1.Какой объем видеопамяти необходим для хранения четырех страниц изображения при условии, разрешающая способность дисплея равна 640х480 точек, а используемых цветов– 32?

1. В процессе преобразования растрового изображения количество цветов уменьшилось с 65 536 до 16. Во сколько уменьшился его информационный объём.
2. Черно-белое (без градаций серого) растровое изображение имеет размер 10 х 10 точек. Какой информационный объём имеет изображение?
3.  Цветное (с палитрой из 256  цветов) растровое изображение имеет размер 10 х 10 точек. Какой информационный объём имеет изображение?
4. Сканируется цветое изображение размером 10х10 см. Разрешающая способность сканера - 1200х1200 dpi, глубина цвета - 24 бита. Какой информационный объём будет иметь графический файл?
5.   Достаточно ли видеопамяти объемом 256 Кбайт для работы монитора в режиме 640 *480 и палитрой из 16 цветов?
6.  Какие графические режимы работы монитора может обеспечить видеопамять объемом в 1 Мбайт?
7. 256-цветный рисунок содержит 120 байт информации. Из скольких точек он состоит?
8. Для хранения изображения размером 64 * 32 точек выделено 64 Кбайт памяти. Определите, какое максимальное число цветов допустимо использовать в этом случае.
9. Определить соотношение между высотой и шириной экрана монитора для различных режимов. Различается ли это соотношение для различных режимов?

                                    а) 640*480; б) 800*600; в) 1024*768; а) 1152*864; а) 1280*1024.

11.  Определить максимально возможную разрешающую способность экрана для монитора с диагональю 17” и размером точки экрана 0,25 мм.

12. Установить различные графические режимы экрана монитора вашего компьютера:

           а) режим с максимально возможной глубиной цвета;

          б) режим с максимально возможной разрешающей способностью;

          в) оптимальный режим.

V. Итоги урока

Мы разобрались сегодня с вопросом кодирования графической информации.

VI. Домашнее задание §20, вопросы и задания (4, 6 – письменно)

1. Графическое изображение размером 100 на 150 пикселей из 256 цветной палитры преобразовали в 16 цветную. Как изменился информационный объём изображения? Во сколько и на сколько?

Процесс разбиения изображения на отдельные маленькие фрагменты (точки) называется пространственной дискретизацией

Код пикселя — это информация о цвете пикселя

Количество цветов N в палитре и количество информации I, необходимое для кодирования цвета каждой точки, связаны между собой и могут быть вычислены по формуле:

N=2i

Количество бит, необходимое для кодирования цвета точки называется глубиной цвета.