Представление изображений при помощи цифровых методов отображения. Основные аспекты, используемая техника и технологии.

Представление изображений при помощи цифровых методов отображения. Основные аспекты, используемая техника и технологии.

Что такое цифровое изображение (ЦИ)?

 ЦИ - модель реального или синтезированного изображения, хранящаяся на машинном носителе в виде совокупности цифровых кодов. Для Web в настоящее время используют в основном растровые модели изображений.

Все известные форматы представления изображений (как неподвижных, так и движущихся) можно разделить на растровые, векторные и трехмерные.

Наиболее широко используемые цветовые модели — это RGB (Red, Green, Blue — красный, зеленый, синий, соответствующие максимумам частотной характеристики светочувствительных пигментов человеческого глаза), CMY (Cyan, Magenta, Yellow — голубой, пурпурный, желтый, дополнительные к RGB) и CMYG — те же цвета, но с добавлением градаций серого. Цветовая модель RGB используется в цветных кинескопах и видеоадаптерах, CMYG — в цветной полиграфии.

 В различных графических форматах используется разный способ хранения пикселов. Два основных подхода — хранить числа, соответствующие пикселам, одно за другим, или разбивать изображение на битовые плоскости -сначала хранятся младшие биты всех пикселов, потом — вторые и так далее. Обычно растровое изображение снабжается заголовком, в котором указано его разрешение, глубина пиксела и, нередко, используемая цветовая модель.

Что такое дискретизация изображений? Методы построения изображений в цифровой технике.

Дискретизация - процесс превращения непрерывного сигнала в цифровой, путем измерения числовых значений амплитуды сигнала через равные интервалы времени.

Используется в гибридных вычислительных системах и цифровых устройствах при импульсно-кодовой модуляции сигналов в системах передачи данных. При передаче изображения используют для преобразования непрерывного аналогового сигнала в дискретный или дискретно-непрерывный сигнал.

Обратный процесс называется восстановлением. При дискретизации только по времени, непрерывный аналоговый сигнал заменяется последовательностью отсчётов, величина которых может быть равна значению сигнала в данный момент времени. Возможность точного воспроизведения такого представления зависит от интервала времени между отсчётами Δt.

Не следует путать квантование с дискретизацией (и, соответственно, шаг квантования с частотой дискретизации). При дискретизации изменяющаяся во времени величина (сигнал) замеряется с заданной частотой (частотой дискретизации), таким образом, дискретизация разбивает сигнал по временной составляющей (на графике — по горизонтали). Квантование же приводит сигнал к заданным значениям, то есть, разбивает по уровню сигнала (на графике — по вертикали). Сигнал, к которому применены дискретизация и квантование, называется цифровым.

 

Какие бывают дефекты фотографических, сканированных и телевизионных изображений?

Фото:

шум (случайные погрешности цвета в каждой точке изображения)

недостаточная или избыточная яркость

недостаточная или избыточная контрастность (вуаль или избыточный динамический диапазон изображения)

неправильный цветовой тон

нерезкость (расфокусировка)

пыль, царапины, «битые пиксели»

дисторсия и виньетирование объектива.

Сканы:

Плавное преобразование изображения с полутонами серого в монохромное точечное изображение (сглаживание).

Удаление сетки с изображений из журналов и газет.

Уменьшение фоновых помех (от царапин и дефектов) на цветных документах в большей или меньшей степени.

Классификация сигналов

По физической природе носителя информации:

· электрические;

· электромагнитные;

· оптические;

· акустические

· и др.;

 

По способу задания сигнала:

· регулярные (детерминированные), заданные аналитической функцией;

· нерегулярные (случайные), принимающие произвольные значения в любой момент времени. Для описания таких сигналов используется аппарат теории вероятностей.

 

В зависимости от функции, описывающей параметры сигнала, выделяют аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы:

· непрерывные (аналоговые), описываемые непрерывной функцией;

· дискретные, описываемые функцией отсчётов, взятых в определённые моменты времени;

· квантованные по уровню;

· дискретные сигналы, квантованные по уровню (цифровые).

 

Кодирование звука

В основе кодирования звука с использованием ПК лежит процесс преобразования колебаний воздуха в колебания электрического тока и последующая дискретизация аналогового электрического сигнала. Кодирование и воспроизведение звуковой информации осуществляется с помощью специальных программ (редактор звукозаписи). Качество воспроизведения закодированного звука зависит от частоты дискретизации и её разрешения (глубины кодирования звука - количество уровней).

Цифровой звук – это аналоговый звуковой сигнал, представленный посредством дискретных численных значений его амплитуды.

Оцифровка звука — технология поделенным временным шагом и последующей записи полученных значений в численном виде.

Другое название оцифровки звука — аналогово-цифровое преобразование звука.

Оцифровка звука включает в себя два процесса:

· процесс дискретизации (осуществление выборки) сигнала по времени

· процесс квантования по амплитуде.

Процесс дискретизации по времени - процесс получения значений сигнала, который преобразуется, с определенным временным шагом - шагом дискретизации. Количество замеров величины сигнала, осуществляемых в одну секунду, называют частотой дискретизации или частотой выборки, или частотой сэмплирования (от англ. «sampling» – «выборка»). Чем меньше шаг дискретизации, тем выше частота дискретизации и тем более точное представление о сигнале нами будет получено.

Квантование по амплитуде – процесс замены реальных значений амплитуды сигнала значениями, приближенными с некоторой точностью.

 

Кодирование видео

Изображение в видео состоит из отдельных кадров, которые меняются с определенной частотой. Кадр кодируется как обычное растровое изображение, то есть разбивается на множество пикселей. Закодировав отдельные кадры и собрав их вместе, мы сможем описать все видео.

Отметим то, что видеоданные характеризуются частотой кадров и экранным разрешением. Скорость воспроизведения видеосигнала составляет 30 или 25 кадров в секунду, в зависимости от телевизионного стандарта. Наиболее известными из таких стандартов являются: SECAM, принятый в России и Франции, PAL, используемый в Европе, и NTSC, распространенный в Северной Америке и Японии.

Если представить каждый кадр изображения как отдельный рисунок, то видеоизображение будет занимать очень большой объем, например, одна секунда записи в системе PAL будет занимать 25 Мбайт, а одна минута – уже 1,5 Гбайт. Поэтому на практике используются различные алгоритмы сжатия для уменьшения скорости и объема потока видеоинформации.

Если использовать сжатие без потерь, то самые эффективные алгоритмы позволяют уменьшить поток информации не более чем в два раза. Для более существенного снижения объемов видеоинформации используют сжатие с потерями.

Среди алгоритмов с потерями одним из наиболее известных является MotionJPEG или MJPEG. Приставка Motion говорит, что алгоритм JPEG используется для сжатия не одного, а нескольких кадров. При кодировании видео принято, что качеству VHS соответствует кодирование MJPEG с потоком около 2 Мбит/с, S-VHS – 4 Мбит/с.

Еще одним методом сжатия видеосигнала является MPEG. Поскольку видеосигнал транслируется в реальном времени, то нет возможности обработать все кадры одновременно. В алгоритме MPEG запоминается несколько кадров. Основной принцип состоит в предположении того, что соседние кадры мало отличаются друг от друга. Поэтому можно сохранить один кадр, который называют исходным, а затем сохраняются только изменения от исходного кадра, называемые предсказуемыми кадрами.

Представление изображений при помощи цифровых методов отображения. Основные аспекты, используемая техника и технологии.

Что такое цифровое изображение (ЦИ)?

 ЦИ - модель реального или синтезированного изображения, хранящаяся на машинном носителе в виде совокупности цифровых кодов. Для Web в настоящее время используют в основном растровые модели изображений.

Все известные форматы представления изображений (как неподвижных, так и движущихся) можно разделить на растровые, векторные и трехмерные.

Наиболее широко используемые цветовые модели — это RGB (Red, Green, Blue — красный, зеленый, синий, соответствующие максимумам частотной характеристики светочувствительных пигментов человеческого глаза), CMY (Cyan, Magenta, Yellow — голубой, пурпурный, желтый, дополнительные к RGB) и CMYG — те же цвета, но с добавлением градаций серого. Цветовая модель RGB используется в цветных кинескопах и видеоадаптерах, CMYG — в цветной полиграфии.

 В различных графических форматах используется разный способ хранения пикселов. Два основных подхода — хранить числа, соответствующие пикселам, одно за другим, или разбивать изображение на битовые плоскости -сначала хранятся младшие биты всех пикселов, потом — вторые и так далее. Обычно растровое изображение снабжается заголовком, в котором указано его разрешение, глубина пиксела и, нередко, используемая цветовая модель.