В онези времена, когато компютрите все още не бяха толкова мощни, както сега, не можеше да се говори за превод на изображение на хартия или филм. Сега се приема, че такива обекти съответстват на аналоговата форма. С появата на нови технологии стана възможно да се дигитализира (например с помощта на скенери). Това доведе до т.нар. Дискретна форма на изображения. Но как е превода на графики от една форма в друга? Накратко за същността на тези методи и по-нататък ще бъдат описани подробно и просто, така че всеки потребител да разбере какво се обсъжда.

Какво е пространственото вземане на проби в компютърните науки?

Като начало разгледайте общата концепция, като я обясните на най-простия език. От една форма на друга графично изображение се трансформира чрез пространствено вземане на проби. За да разберете какво е това, помислете за прост пример.


Ако вземете някаква картина, написана на акварелни бои, лесно е да се види, че всички преходи са гладки (непрекъснати). Но в сканираното изображение, което е отпечатано на мастилено-струйния принтер, няма такива преходи, тъй като се състои от набор от малки точки, наречени пиксели. Оказва се, че пикселът е вид строителна тухла, която има определени свойства (например, има собствен цвят или оттенък). От тези тухли се оформя пълно изображение.

Каква е същността на пространствения метод за вземане на проби?

Говорейки заСъщността на метода на графичната трансформация с помощта на такива технологии е друг пример, който ще помогне да се разбере как работи всичко това. Цифровизирани изображения, които при сканиране, които при извеждане на екрана на компютърен монитор, които при печат, могат да бъдат сравнени с външния вид на мозайка. Само тук, като парче мозайка стои пиксел. Това е една от основните характеристики на всички модерни устройства. Както можете да си представите, колкото повече такива точки, колкото по-малък е размерът на всеки от тях, толкова по-плавни са преходите. В крайна сметка, тяхното число за всяко отделно устройство определя неговата резолюция. В компютърната наука за такава характеристика се приема, че се броят броят на пикселите (точки на инч), както във вертикална, така и в хоризонтална посока.

По този начин се създава двумерна пространствена решетка, нещо подобно на обичайната координатна система. За всяка точка в такава система можете да зададете свои собствени параметри, които ще бъдат различни от съседните точки.

Фактори, влияещи върху качеството на кодирането

Но не само горните примери отразяват напълно начина на работа на пространствената извадка. Кодирането на графична информация отчита няколко други важни параметри, които зависят от качеството на цифровизираното изображение. Те се отнасят не само за самите образи, но и за графиките на възпроизвеждащите устройства. На първо място, тук са следните характеристики:

честотата на вземане на проби;

резолюция;

дълбочина на цвета.

Честота на вземане на проби

Честотата на вземане на проби се отнася до размера на фрагментите, от които е съставено изображението. Този параметър може да се открие и в характеристиките на цифровизирани изображения, скенери, принтери, монитори и графични карти. Вярно е, че има един улов. Факт е, че когато увеличите общия брой точки, можете да получите по-висока честота. Но с това, съответно, се променя по-голямата страна и размерът на файла се съхранява в оригиналния обект. За да се избегне това, в момента се прилага изкуствено поддържане на ниво на едно постоянно ниво.

Понятие за резолюция

Този параметър вече беше споменат. Ако обаче погледнете устройството за извеждане на изображения, картината е малко по-различна. Като пример за параметри, които използват пространствено вземане на проби, ще разгледаме скенерите. Например в спецификациите на устройството резолюцията е 1200 x 1400 dpi. Сканирането се извършва чрез преместване на лентата от фоточувствителни елементи по сканираното изображение. Но първото число показва оптичната разделителна способност на самото устройство (броят на сканиращите елементи в ленти от един инч), а втората се отнася до хардуерната резолюция и определя броя на микро-преместванията на лентата чрез сканиране на елементи в изображението при преминаване на един инч от картината.

Дълбочина на цвета

Имаме друг важен параметър, без който можем напълно да разберем какво е пространственото вземане на проби. Дълбочина на цвета (или дълбочина на кодиране)обикновено се изразява в битове (същото нещо, между другото, може да се дължи на дълбочината на звука) и определя броя на цветовете, които са били използвани при конструирането на изображението, но в крайна сметка се отнася до палитри (комплекти от цветове). Например, ако разглеждате черно-бяла палитра, съдържаща само два цвята (без нива на сивото в сивата гама), количеството информация, кодирана във всяка точка, може да се изчисли съгласно дадената формула, като се има предвид, че N е общият брой цветове (в нашия случай N = 2), а I е броят на състоянията, които всяка точка може да поеме (в нашия случай I = 1, тъй като има само два варианта: черно или бяло). По този начин, Nj = 2 1 = 1 бит.

Квантуване

Пространственото вземане на проби може също да вземе предвид параметъра, наречен квантуване. Какво е това? В някои отношения тя прилича на техниката на интерполация. Същността на процеса е, че стойността на броя на сигналите се заменя с най-близката съседна фиксирана стойност, която е списък от нива на квантуване. За да разберете по-добре как се преобразува графичната информация, погледнете изображението по-горе. Тя представя графиката на изхода (аналогова форма), образа на квантуване и изкривяване, наречен шум. На втората снимка по-горе можете да видите особени преходи. Те се наричат ​​квантова скала. Ако всички преходи са еднакви, скалата се нарича еднородна.

Цифрово кодиране

При преобразуването на графична информация трябва да се вземе предвид товаЗа разлика от аналоговия сигнал, квантовият сигнал може да приеме единствено напълно определен фиксиран брой стойности. Това им позволява да бъдат преобразувани в набор от символи и символи, чиято последователност се нарича код. Крайната последователност се нарича кодова дума. Всяка кодова дума съответства на един интервал на квантуване, а за кодиране се използва двоичен код. В този случай понякога е необходимо да се вземе предвид скоростта на данните, която е произведението на честотата на дискретизация по дължината на кодовата дума и изразена в битове в секунда (bps). Грубо казано, това не е нищо повече от максималния възможен брой двоични знаци, предавани за единица време.

Пример за изчисляване на видеопамет за показване на растерно изображение на монитор

И накрая, друг важен аспект е, че е пространствено вземане на проби. Растерните изображения на монитора се възпроизвеждат според определени правила и изискват потребление на паметта. Например, мониторът има графичен режим с разделителна способност 800 x 600 dpi и 24-битова цветова дълбочина. Общият брой точки ще бъде 800 x 600 x 24 бита = 11520000 бита, което съответства на 1440000 байта или 140625 kB или 137 MB.

Техники за компресиране на видеоклипове

Технологията на пространственото вземане на проби, както вече е ясно, се отнася не само до графиките, но и до видеоизображенията, които в известен смисъл могат да бъдат приписани и на графична (визуална) информация. Вярно е, че цифровизацията на такъв материал до известна степен е извършена с ограничени възможности, тъй като окончателните файловебяха толкова огромни, че не е подходящо да се съхраняват на компютърен диск (помнете поне изходния формат на AVI, в един момент разработен от специалисти на Microsoft). С появата на алгоритми M-JPEG, MPEG-4 и H. 64 стана възможно да се намалят крайните файлове с редуциращ фактор от 10-400 пъти. Много от тях могат да възразят, че компресираните видео изображения ще бъдат с по-ниско качество от оригинала. В известен смисъл това е. Въпреки това, в такива технологии, намаляване на размера може да се направи с загуба и загуба. Съществуват два основни метода, чрез които се извършва компресия: вътрекорабитен и интераксиден. И двата варианта се основават на отстраняване от образа на повтарящи се елементи, но не засягат, например, промени в яркостта, цвета и т.н. В първия, във втория случай, разликата между сцените в един кадър или между две съседни е незначителна, така че разликата в окото не е особено забележимо. Но когато изтриете файл от горните елементи, разликата в размера между изхода и крайното изображение е много важна. Един от най-интересните, макар и доста сложни методи, който използва пространствено вземане на проби за компресия на изображения, е технология, наречена дискретна косинусна трансформация, предложена от чл. Чен през 1981 година. Тя се основава на матрица, в която за разлика от изхода, който описва само референтните стойности, са представени стойностите на скоростта на тяхната промяна. По този начин, тя може да се разглежда като вид мрежа от промени на скоростта във вертикална и хоризонтална посока. Размерът на всеки блоксе определя от JPEG технологията и има размер 8 x 8 пиксела. Но компресията се прилага за всеки отделен блок, а не за цялото изображение. Така разликата между източника и крайния материал става още по-малко забележима. Понякога в компютърната терминология тази техника се нарича поддисплей. На следващо място, за яркостта и цвета, описаното по-горе квантуване може да бъде приложено, при което всяка косинусна трансформираща стойност е разделена на коефициента на квантуване, който може да бъде намерен в специални таблици, получени от така наречените психофизични тестове. Самите таблици съответстват на определени класове блокове, групирани по активност (еднообразно изображение, неструктурирано изображение, хоризонтален или вертикален градиент и т.н.). С други думи, всеки блок има свои стойности, които не са приложими за съседни или различни класове. И накрая, след квантуване на базата на кода на Huffman, се извършва отстраняване на излишните коефициенти (намаляване на излишъка), което позволява получаването на кодова дума по-малка от един бит за всеки коефициент (VLC) за последващо кодиране. След това се формира линейна последователност, за която се използва зигзагообразния метод, който групира стойността на крайната матрица под формата на числови стойности и последователности от нули. Но те могат да бъдат премахнати. Други комбинации са компресирани по стандартния начин. Като цяло експертите не препоръчват кодирането на графична информацияJPEG технологии, защото те имат редица недостатъци. Първо, многократното запазване на файловете неизменно води до влошаване на качеството. Второ, поради факта, че обекти, кодирани с JPEG, не могат да съдържат прозрачни области, е възможно да се прилагат такива методи за графични изображения или обекти на сцени на художествени графики, само ако са вертикално и хоризонталата не превишава 200 пиксела. В противен случай, влошаването на качеството на крайния образ ще бъде изразено много ясно. Вярно е, че JPEG алгоритмите са станали основа за MPEG технологията за компресиране, както и за многото стандарти на конференцията на извадката H. 26X и H32X.

Вместо следсловица

Ето кратко резюме на всичко, свързано с разбирането на въпросите, свързани с превръщането на аналоговата форма на графиката и видеото в дискретна (по аналогия тези техники се използват за звук). Описаните технологии са доста сложни за разбиране от средния потребител, но някои важни компоненти на основните техники все още могат да бъдат разбрани. Той не разглежда въпроса за създаването на монитори, за да се получи най-доброто качество на картината. От интересен въпрос към нас обаче може да се отбележи, че задаването на максимално разрешение не винаги е възможно, тъй като надценените параметри могат да доведат до повреда на устройството. Същото се отнася и за честотата на опресняване на екрана. По-добре е да използвате стойностите, препоръчани от производителя, или тези, които операционната система предлага след инсталиране на подходящите драйвери и контролен софтуер.използвайте по подразбиране Що се отнася до само сканиране или прекодиране на информация от един формат в друг, трябва да се използват специални програми и конвертори, но за да се избегне влошаване на качеството, най-добре е да не се привлича максимално възможната компресия, за да се намали размерът на крайните файлове. Тези методи могат да се използват само в случаите, когато информацията трябва да се съхранява на носители с ограничен капацитет (например CD /DVD). Но ако има достатъчно място на твърдия диск или създадете презентация за предавания на голям екран или отпечатате снимки на модерно оборудване (фотопринтери не са в сметката), качеството не трябва да се пренебрегва.