Разрешение экрана 640x480 пикселей, сколько видеопамяти займет изображение с глубиной цвета 24 бита
Обновлено: 21.11.2024
Основы работы с цифровыми изображениями
Содержание:
1) Мотивы использования цифровых изображений.
2) Требования к генерации и хранению цвета (RGB).
3) Апплет для смешивания цветов.
4) Дизеринг.
5) Расчет места для хранения.
6) Уменьшение глубины цвета
7) Стандартные отраслевые форматы (GIF, JPEG, TIFF, BMP, PICT).
Носители для хранения и срок годности
Традиционно визуальная информация записывалась художником с использованием различных носителей или фотографами с помощью фотопленки. Каждый носитель имеет свой набор преимуществ, привлекательных для конкретного художника или фотографа. Каждая среда также имеет свой собственный набор ограничений. Например, камень, используемый скульптором, ограничен в цветовой гамме. В меньшей степени пленка и краска не всегда могут иметь желаемый цветовой диапазон. Однако скульптура продлевает жизнь, если ее должным образом защитить от непогоды. И краска, и фотопленка более подвержены разрушительному действию времени, теряя яркость цвета и четкость изображения. В частности, кинематографические изображения со временем исчезают до неузнаваемости. Срок службы черно-белой фотографии обычно составляет от 100 до 150 лет, если отпечатки и негативы хранятся в темноте при контролируемой температуре и влажности, когда их не просматривают. Большинство красок и пленок разлагаются (выцветают) в присутствии света. Срок годности цветной фотографии гораздо короче, возможно, всего от 40 до 80 лет. Большая часть ранних цветных фотодокументов эпохи президента Джона Ф. Кеннеди (1961–1963) была утеряна. Эти разрушительные действия можно предотвратить, если хранить носители (отпечатки, негативы, картины, письменные документы) в условиях с контролируемым освещением, температурой и влажностью, но не предотвращать их.
С другой стороны, цифровые изображения не подвержены старению в смысле потери цвета или резкости. Однажды записанный, он существует без потери качества в течение всего срока службы носителя. Кроме того, в отличие от других носителей, возможно изготовление точных копий. Возможность делать копии без потери качества — важная характеристика цифровых носителей. Если бы потолок Сикстинской капеллы работы Микеланджело был записан в цифровом виде после завершения, его реставраторам не пришлось бы сегодня задаваться вопросом, восстановили ли они его в точных цветах и линиях, созданных художником.
Вернуться к содержанию.
Требования к цвету и памяти
Традиционные телевизоры используют аналоговые сигналы для отображения изображений (синусоидальные сигналы). Компьютерные мониторы цифровые по своей природе. Изображение на мониторе состоит из рядов маленьких точек, называемых пикселями. С каждым пикселем связан цвет. с этим. Когда точки достаточно малы и расположены достаточно близко друг к другу, глаз воспринимает не точки, а непрерывное изображение. Типичная плотность записи для мониторов персональных компьютеров (ПК) включает 640 (по горизонтали) на 480 (по вертикали, стандартный VGA), 800 на 600 и 1024 на 768 (SVGA). Как правило, чем больше вы платите, тем выше разрешение и потенциальное качество изображения. Еще одним важным соображением является количество цветов, связанных с каждым пикселем. Монохромные экраны, например черно-белые или янтарно-черные, ассоциируют только два цвета с каждым пикселем. Другие распространенные ассоциации: 256 цветов на пиксель; 32 768 цветов; 65 536 цветов и 16 777 216 цветов на пиксель. Диапазон доступных цветов называется палитрой. Основное ограничение на размер палитры (количество цветов) традиционно было связано с объемом памяти, необходимой для хранения и/или отображения изображения. Компьютеры используют двоичную систему счисления для записи информации. Базовой единицей информации является «бит», который может хранить только два значения. Таким образом, для монохромных экранов требуется только один бит на пиксель. Для хранения более двух цветов на пиксель используются группы связанных битов. Например, чтобы связать 256 цветов с пикселем, требуется 8 бит (2**8 = 2 * 2 * 2 * 2 * 2 * 2 * 2 * 2 = 256); Для 32 766 цветов требуется 16 бит. На самом деле ситуация немного сложнее. Для представления цвета на экране каждый пиксель фактически состоит из трех цветовых компонентов: красного, зеленого и синего. Их часто называют значением RGB пикселя. Например, предположим, что значение (интенсивность) красного, зеленого и синего может принимать 256 значений (от 0 до 255) для пикселя. Значение RGB (255, 0, 0) будет означать красный пиксель, значение RGB (0, 255, 0) будет зеленым, а значение RGB (0, 0, 255) будет синим. RGB (255, 255, 255) — белый, (0, 0, 0) — черный. Изменение значения RGB трех цветовых элементов заставляет глаз воспринимать широкий диапазон цветов. Это означает, что (3 цвета) * (8 бит на цвет) = 24 бита для записи цвета для каждого пикселя. Общий диапазон цветов при 24 битах на пиксель (8 на значение RGB) составляет 256 * 256 * 256 = 16 777 216 цветов.Кроме того, многие мониторы сохраняют значение непрозрачности изображения, для которого требуется еще больше битов (обычно 8 бит). Непрозрачность указывает, какая часть изображения ниже текущего изображения может просвечиваться. В дополнение к предоставлению художнику свободы выражения, непрозрачность позволяет использовать цифровые водяные знаки для защиты материала от интеллектуальной кражи.
Вернуться к содержанию.
Вы можете поэкспериментировать со смешением цветов со следующим апплетом Java. Ваш дисплей может не поддерживать 16 777 216. Если он поддерживает меньше максимального количества цветов, он сопоставит указанный вами цвет с ближайшим цветом в его ограниченной палитре. Квадрат на экране должен быть розовым (RGB = 255, 175, 175), если ваш монитор настроен правильно и розовый цвет находится в палитре. Введите нужные значения для красного, зеленого и синего (от 0 до 255), а затем нажмите клавишу возврата, чтобы обновить экран.
Вернуться к содержанию.
Дизеринг
Многие программные пакеты используют процесс, называемый дизерингом, для создания большего количества цветов, чем позволяет текущая цветовая палитра. Основной процесс заключается в смешивании блоков пикселей разных цветов на вкус в чередующихся узорах. Вблизи эффект кажется лоскутным. На расстоянии глаз смешивает цвета, создавая эффект желания. Например, предположим, что монитор поддерживает только черный и белый цвета, а нам нужен серый. Чередование пикселей черного и белого может повлиять на желаемый оттенок серого. Больше черных пикселей для темно-серого, больше белых пикселей для более светлых оттенков серого. Если смотреть с достаточного расстояния, следующий рисунок будет казаться серым.
Вернуться к содержанию.
Разрешение и место для хранения
Вернемся к идее хранилища, необходимого для изображения. Старые компьютерные мониторы допускают всего 256 цветов в палитре. Предположим, у вас монитор с разрешением 640 на 480 пикселей и 256 цветами на пиксель. Отсюда следует 640 * 480 = 307 200 пикселей. Напомним, что для 256 значений требуется 8 бит памяти компьютера. Следовательно (307 200 пикселей) * (8 бит на пиксель) = 2 457 600 бит памяти. Обычный метод продажи компьютерной памяти — 8-битные группы, называемые байтами. Следовательно, для изображения потребуется (2 457 600 бит) / (8 бит на байт) = 307 200 байт компьютерной памяти. Если предположить, что 24 бита на пиксель (часто называемый истинным цветом), то для разрешения 800 на 600 потребуется 24 * 800 * 600 = 11 520 000 бит памяти или 11 520 000 / 8 = 1 440 000 байт памяти. Изображение, отображаемое или сохраняемое с разрешением 1024 на 768 и 24-битным цветом, потребует 2 359 296 байт памяти. Поскольку для отображения изображения требуется дополнительная информация, компьютерным графическим картам обычно требуется минимум 4 мегабайта памяти для получения удовлетворительных изображений. Высокопроизводительным системам может потребоваться 8 или даже 16 мегабайт памяти на изображение. Чем выше качество желаемого изображения, тем больше требуется места для хранения и, следовательно, выше стоимость записи изображения. В большинстве цифровых камер низкой и средней стоимости используется разрешение 640 * 480 = 307 200 пикселей или 800 * 600 = 480 000 пикселей с 24 битами на пиксель для записи цвета. Сканеры и принтеры обычно оцениваются по количеству точек (пикселей) на дюйм, которое они поддерживают.
Обратите внимание, что разрешение экрана (количество пикселей и цветов) определяет объем памяти, необходимый для "снимка экрана" из Интернета. Окончательный размер документа, содержащего изображения из Интернета, цифровых камер и сканеров, зависит от того, на какой скорости был снят или создан материал. Эти же аргументы применимы к определению требований к памяти для цифровых камер. Что происходит, когда изображение, первоначально снятое с разрешением 800 на 600 и 32 766 цветов, отображается на экране с разрешением 1024 на 768 и 16 777 216 цветов. Компьютер расширяет изображение, чтобы заполнить необходимое пространство. Как правило, более крупное изображение несколько теряет в качестве. Аналогичный эффект наблюдается при увеличении фотографии за пределами качества негатива.
Вернуться к содержанию.
Уменьшение глубины
-
Многие художественные программы позволяют пользователю уменьшить «глубину» изображения. В качестве типичного примера изображение из 16 777 216 цветов может быть уменьшено до изображения, содержащего 32 766 цветов или 256 цветов. В зависимости от изображения пользователь может не заметить разницу в качестве изображения. Это часто делается для уменьшения размера хранимого изображения или уменьшения объема информации, которая должна быть передана в удаленное место по средству связи. Обратите внимание, что после уменьшения и сохранения качество исходного изображения невозможно восстановить. В качестве примера рассмотрим две версии приведенной выше картинки. Картинка слева содержит 128 246 уникальных цветов. Изображение справа было получено путем сохранения исходного изображения с использованием палитры из 256 цветов. Программное обеспечение пыталось сопоставить каждый пиксель в палитре из 128 246 цветов с ближайшим соответствием в палитре из 256 цветов. Потеря цвета (детали) наиболее заметна на лепестках в правом нижнем углу изображения.При необходимости измените размер изображений, чтобы они располагались рядом в окне просмотра для сравнения.
Вернуться к содержанию.
Стандартные отраслевые форматы хранения
Файлы изображений хранятся на компьютерах в универсальных форматах, поэтому их можно передавать и интерпретировать различными типами аппаратного и программного обеспечения. Наиболее популярными форматами, используемыми в настоящее время в Интернете, являются формат обмена графикой (GIF или .jpg), Объединенная группа экспертов по фотографии (JPEG или .jpg) и формат файла изображения с тегами (TIFF или .tif). JPEG и GIF особенно популярны в Интернете. Как в формате GIF, так и в формате JPEG существует несколько вариантов хранения информации. Также существуют специальные форматы поставщиков, такие как BMP (битовое отображение, .bmp) на компьютерах с Microsoft Windows и PICT (.pic) на компьютерах Apple. Целью большинства форматов записи является уменьшение размера сохраняемого изображения. Например, многие программные пакеты, работающие под Microsoft Windows, поддерживают RLE (кодирование длин серий). В качестве конкретного примера (если вы позволите несколько вольностей с техническими деталями), строка или 20 красных пикселей в строке могут быть сохранены как 20R, а не как RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR. Чем больше избыточности в изображении, тем больше места можно сэкономить. Многие методы кодирования зависят от числовых процедур для уменьшения памяти. Хотя эти числовые процедуры намного эффективнее уменьшают размер хранимого изображения, они часто делают это за счет точности. Как показано на приведенных выше изображениях, потерю точности может быть трудно предсказать. Если бит время от времени теряется, человеческий глаз может не заметить эту потерю. Обратите внимание, что уменьшение количества цветов в изображении для экономии места не всегда может помочь. Изображение с количеством цветов менее или равным 256 можно сохранить в формате BMP, используя только 8 бит на пиксель. Если 0 < количество цветов < 16 777 216, BMP использует 24 бита на пиксель. Однако JPEG имеет тенденцию использовать 24 бита на пиксель независимо от количества сохраненных цветов. Однако вам может потребоваться меньше места для хранения, поскольку алгоритм сжатия работает с уменьшенным количеством цветов.
Основы компьютерной графики
На вашем компьютере можно настроить различные разрешения экрана и глубину цвета, но то, как вы это сделаете, зависит от того, какой компьютер вы используете (Windows95/NT: Пуск: Настройки/Панель управления/Дисплей/Настройки), (Amiga: Система:Prefs/ScreenMode ), (Mac: 'TheApple' /ControlPanels /Monitors)
Существует простая зависимость между объемом графической памяти и максимальным разрешением/глубиной цвета, которые вы можете использовать. Таким образом, если вы знаете, сколько графической памяти у вас есть на вашем компьютере, вы также можете рассчитать, какое разрешение/глубину цвета вы должны иметь возможность отображать.
Память компьютера "измеряется" в "байтах". например килобайты (кБ), мегабайты (МБ); Один байт = 8 бит.
Это то, что актуально для компьютеров в наши дни. В прошлом, например, были компьютеры, в которых один "байт" составлял всего 4 бита.
Поэтому, если у вас всего 1 мегабайт графической памяти на вашей старой карте GFX, вы сможете отображать 800*600 в 16-битном, но не в 24-битном (16,8 миллионов цветов). Однако в реальной жизни другие факторы могут оказаться решающими, например ваша ОС (операционная система).
Здесь ниже я составил таблицу со всеми наиболее распространенными разрешениями и объемом памяти, который им требуется для соответствующей глубины цвета.
В качестве альтернативы вы можете использовать эту таблицу, чтобы узнать, сколько памяти требуется дисплею из общего объема графической памяти. Если вы, например, играете в 3D-игры, в которых используется много текстур, вы можете рассчитать, сколько памяти у вас осталось для текстур. [общая память]-[память дисплея]=[доступная память для текстур].
Что такое «Частота обновления»?
Большинство людей (пользователей компьютеров) знакомы с термином "частота обновления". Это просто скорость, с которой обновляется ваш экран; обновленный.
Для стабильного изображения без мерцания рекомендуется не менее 70 обновлений в секунду. (При каждом «обновлении» изображение на вашем мониторе перерисовывается) Частота обновления 50 обновлений в секунду дает вам более «мерцающий» дисплей, а чем меньше — тем хуже.. (Помните, однако, что это относится только к тип мониторов, в которых используется технология "электронно-лучевая трубка" (ЭЛТ). В основном это все неплоские мониторы)
Частота обновления измеряется в Гц (Герц); 1 Гц = 1 раз/сек.
В рекламе компьютерных мониторов иногда можно увидеть что-то под названием "Частота горизонтальной развертки". Ниже я объясню, что это такое.
RefreshRate показывает, как часто обновляется экран.
Частота горизонтальной развертки, однако, представляет собой количество горизонтальных «пиксельных линий», которые монитор может выводить за единицу времени. например разрешение 640 (ширина) * 480 (высота) означает, что экран состоит из 480 горизонтальных строк шириной 640 пикселей каждая. Частота горизонтальной развертки (измеряется в кГц = килогерц) говорит вам, сколько из этих горизонтальных линий монитор «рисует» каждую секунду.Эту работу выполняет не ваша видеокарта, а сам монитор, поэтому, даже если в вашем компьютере установлена очень дорогая видеокарта, именно монитор устанавливает верхний предел качества вашего изображения.
Пример из жизни:
Если вы используете разрешение 800*600 пикселей, это означает, что у вас есть 600 линий по горизонтали и 800 пикселей по ширине. Допустим, вы хотите, чтобы частота обновления составляла 76 Гц. (Что дало бы вам хороший дисплей без мерцания).
Для монитора это означает, что он должен "рисовать" 600 горизонтальных линий 76 раз в секунду! 600*76= 45600
45600 по горизонтали -800 пикселей по ширине - линии - это то, что монитор должен «рисовать» каждую секунду. 45600 Гц это то же самое, что и 45,6 кГц.
Подводя итог:
45,6 кГц — это «частота горизонтальной развертки», которой ваш монитор должен «управлять», если вы хотите отображать 800*600 при 76 Гц!
Вот и все, было не очень странно, не так ли?
Здесь ниже вы можете увидеть таблицу, содержащую наиболее распространенные разрешения, частоты обновления и требуемые HSF. (Горизонтально. )
Так, например. если вы покупаете монитор и хотите использовать 1600x1200 @ 85 Гц, убедитесь, что он поддерживает частоту горизонтальной развертки не менее 102 кГц. (Имейте в виду, что это относится только к мониторам с CTR (электронно-лучевой трубкой). Если вы покупаете плоский TFT-экран, это не имеет значения.)
| Разрешение | Частота обновления | H. Частота развертки |
|---|---|---|
| 640*480 | 60 Гц | 28,8 кГц |
| 640*480 | 76 Гц | 36,5 кГц |
| 640*480 | 85 Гц | 40,8 кГц |
| 640*480 | 100 Гц | 48 кГц |
| 800*600 | 60 Гц | 36 кГц |
| 800*600 | 76 Гц | 45,6 кГц |
| 800*600 | 85 Гц | 51 кГц | 800*600 | 100 Гц | 60 кГц |
| 1024*768 | 60 Гц | 46 кГц |
| 1024*768 | 76 Гц | 58,4 кГц |
| 1024*768 | 85 Гц | 65,3 кГц |
| 1024*768 | 100 Гц | < TD WIDTH="140" ALIGN="CENTER" VALIGN="MIDDLE">76,8 кГц|
| 1280*1024 | 60 Гц | 61 ,4 кГц |
| 1280*1024 | 76 Гц | 77,8 кГц |
| 1280*1024 | 85 Гц | 87 кГц |
| 1280*1024 | 100 Гц | < TD WIDTH="140" ALIGN="CENTER" VALIGN="MIDDLE">102,4 кГц|
| Обратите внимание, что разрешение 1280x1024 не имеет такое же соотношение пикселей, как и в других разрешениях. (Пиксельное соотношение = ширина/высота. В данном случае это 1,25 вместо стандартного 1,33). Хотя это само по себе не является проблемой, оно может вызвать некоторые искажения на ЖК-экранах, поскольку экран должен быть масштабирован неравномерно. | ||
| 1600*1200 | 60 Гц | 72 кГц |
| 1600*1200 | 76 Гц | 91,2 кГц |
| 1600*1200 | 85 Гц | 102 кГц |
| 1600*1200 | 100 Гц | 120 кГц |
| 2048*1536 | 60 Гц | 92,2 кГц |
| 2048*1536 | 76 Гц | 116,7 кГц |
| 2048*1536 | 85 Гц | 130,5 кГц |
| 2048*1536 | 100 Гц< /TD> | 153,6 кГц |
Эволюция мегапикселейМы говорили о разрешениях экрана, а в предыдущих разделах также обсуждали, как создаются компьютерные изображения. Очевидно, что если вам нужно изображение с мелкими деталями, потребуется огромное количество отдельных элементов изображения (пикселей), чтобы предоставить вам эту точную детальную информацию. Растровое изображение сохраняется так же, как содержимое монитора компьютера хранится в видеопамяти. Изображение на экране монитора состоит из пикселей, подобно точкам на фотографии в газете. Количество пикселей, составляющих изображение на мониторе, определяет качество изображения (разрешение). Чем больше пикселей (например, 640 X 480; указано как число по горизонтали X по вертикали), тем выше разрешение. Пиксели изображения на экране представлены по-разному в зависимости от типа изображения/дисплея монитора. Растровые монохромные изображенияВ монохромном (черно-белом) изображении (как в примере слева) обычно требуется, чтобы каждый пиксель сохранялся как значение от 0 до 255 (байт). Где значение представляет оттенок серого пикселя. Для изображения в градациях серого 640 X 480 потребуется 307.2 КБ для хранения. Артефакты растрового изображения Одна из главных проблем представления растрового изображения заключается в том, что изображение нельзя легко масштабировать без появления артефактов изображения. Наиболее заметным артефактом является зубчатый эффект «вырезания печенья» или «ступенчатости» по краям объектов на изображениях. Этот побочный эффект, возникающий при масштабировании растровых изображений, называется алиасингом или ступенчатостью. Чтобы увидеть применение этих эффектов (зубчатость, сглаживание и дизеринг), щелкните правой кнопкой мыши изображение в градациях серого выше и выберите "Сохранить изображение как" из всплывающее меню для сохранения изображения на жесткий диск. [Загрузите и установите условно-бесплатную программу Paint Shop Pro, если она у вас еще не установлена.] Найдите приложение для обработки изображений Paint Shop Pro в меню Программа. Откройте сохраненный файл изображения в градациях серого в Paint Shop Pro. В меню Масштаб (расположенном под меню Файл) выберите коэффициент масштабирования 3:1. Изучите края, чтобы увидеть влияние неровностей, сглаживания и дизеринга, которое произошло из-за масштабирования. (Если вы не можете найти Paint Shop Pro, нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение в масштабе 250% в новом окне браузера.) Растровые изображения в градациях серогоВ цветном изображении каждый пиксель представлен тремя значениями, по одному для каждого из основных цветов (красного, зеленого и синего — R G B ). На самом деле это аддитивные основные цвета; в то время как существуют другие системы представления цветов, мы будем обсуждать только систему RGB.> Размер цветного изображения зависит от количества оттенков каждого сохраненного основного цвета. 24-битные растровые цветные изображения Еще один полустандарт, обеспечивающий фотографическое качество цвета, — это 24-битный цвет. Каждое значение пикселя представлено тремя байтами (по одному для каждого основного цвета RGB). Таким образом, для каждого пикселя возможно 256 различных оттенков красного, зеленого и синего; что дает 256 X 256 X 256 возможных комбинированных цветов (16 777 216). Для 24-битного цветного изображения с разрешением 640 X 480 потребуется 921,6 КБ памяти. (На самом деле большинство 24-битных изображений являются 32-битными. Дополнительный байт данных для каждого пикселя используется для хранения значения альфа-канала, представляющего информацию о специальном эффекте.)
|