Разработка урока "Кодирование графической информации"

• 1 слайд

  Тема:
  Двоичное кодирование графической информации
  
  Цель:
  Сформировать у учащихся понимание процесса кодирования графической информации.
  Познакомить с принципами формирования растрового изображения.
  Формирование умений решать задачи на расчет объема памяти, необходимого для хранения цветного изображения.
  
  

• 2 слайд

  Впервые представление данных в графическом виде было реализовано в середине 50-х годов ХХ века для больших ЭВМ, которые применялись в научных и военных исследованиях.
  
  Особенно интенсивно технология обработки графической информации с помощью компьютера стала развиваться в 80-х годах.
  
  
  

• 3 слайд

  
  
  Компьютерная графика позволяет создавать и редактировать рисунки, схемы, чертежи, преобразовывать изображения (фотографии, слайды и т.д.),
  
  

• 4 слайд

  Графическую информацию, можно представить в
  аналоговой или дискретной форме.
  При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.
  При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно.
  
  

• 5 слайд

  Графические изображения, хранящиеся в аналоговой (непрерывной) форме на бумаге, фото-и кинопленке, могут быть преобразованы в цифровой (дискретный) компьютерный формат
  

• 6 слайд

  Дискретизация - это преобразование непрерывных изображений в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается определенный код      
  
  

• 7 слайд

  Дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики. Изображение разбивается на маленькие фрагменты (точки), причем каждому элементу изображения присваивается его код
  11100001
  В процессе дискретизации производится кодирование,
  т.е. присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.
  
  

• 8 слайд

  Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно в виде –
  
  растрового изображения, векторного изображения.
  
  
  
  
  
  
  
  Для каждого типа изображения используется свой способ кодирования.
  

• 9 слайд

  Растровое изображение
  

• 10 слайд

  Растровое изображение формируется из определенного количеств строк, каждая из которых содержит определенное количество точек (пикселов)
  

• 11 слайд

  Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора.
  
  Разрешающая способность монитора определяется максимальным количеством отдельных точек, которые он может генерировать.
  Она измеряется числом точек в одной горизонтальной строке и числом горизонтальных строк по вертикали.
  Чем она выше, то есть больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения.
  
  
  

• 12 слайд

  В современных ПК в основном используют следующие разрешающие способности экрана:
  640 на 480,
  800 на 600,
  1024 на 768,
  1280 на 1024 точки.
  
  Разрешающая способность дисплея не определяется монитором вообще, она определяется видеокартой и программным обеспечением, работающим с этим устройством.
  

• 13 слайд

  Объем растрового изображения определяется умножением количества точек на информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов. 
  

• 14 слайд

  Наиболее простое растровое изображение состоит из пикселов имеющих только два возможных цвета черный и белый
  Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен 1 биту, т.к. она может быть либо черной, либо белой, что можно закодировать двумя цифрами - 0 или 1. 
  
  0
  1
  

• 15 слайд

  1
  2
  2
  3
  3
  4
  4
  5
  5
  6
  6
  7
  7
  8
  8
  9
  9
  10
  10
  Растровая сетка 10×10 с изображением буквы К
  Для кодирования изображения на таком экране требуется 100 бит (1бит на пиксель)видеопамяти
  Содержимое видеопамяти в виде битовой матрицы будет иметь вид:
  

• 16 слайд

  Цветное изображение на экране получается путем смешивания трех базовых цветов : красного, синего и зеленого
  

• 17 слайд

  Каждый пиксель на экране состоит из трех близко расположенных элементов, светящихся этими цветами
  Цветные дисплеи, использующие такой принцип называются RGB -мониторами
  Код цвета пикселя содержит информацию о доле каждого базового цвета
  

• 18 слайд

  Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки, который хранится в видеопамяти. Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задаётся количеством битов, используемым для кодировния цвета точки. (пиксела)
  Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле:
  
  Где I – глубина цвета
  N – количество цветов (палитра)
  N = 2I
  

• 19 слайд

• 20 слайд

  Если все три составляющих имеют одинаковую интенсивность (яркость), то из их сочетаний можно получить 8 различных цветов (23)
  

• 21 слайд

  Примеры решения задач на расчет объема памяти, необходимого для хранения цветного растрового изображения
  
  N = 2I
  
  Где I – глубина цвета, которая задаётся количеством битов, используемым для кодирования цвета точки. (пиксела)
  
  N – количество цветов (палитра)
  
  

• 22 слайд

  1. На экране с разрешающей способностью 640×200 высвечивается только черно-белое изображение
  Какой минимальный объем видеопамяти необходим для хранения изображения на экране монитора?
  
  
  Решение:
  N=2 (черный, белый)
  N=2I
  
  I=1 бит на пиксель
  Для изображения, размером 640×200
  объем видеопамяти равен:
  1 × 640×200 =128000 бит =16000 байт = 15,625 Кбайт≈16 Кбайт
  Ответ: 16 Кбайт.
  640
  200
  

• 23 слайд

  2. Определить объем видеопамяти компьютера, который необходим для реализации графического режима монитора с разрешающей способностью 1024×768 и палитрой 65536 цветов.
  65536 = 216 Глубина цвета – 16 (т.е., на 1 пиксель приходится 16 бит информации
  Количество точек изображения равно:
  1024×768=786432
  16 бит ×786432=12582912 бита=15728641Байт=1536 Кбайт = 1,5 Мбайта
  Ответ: 1,5 Мбайт.
  Решение:
  N=2I N = 65536
  
  

• 24 слайд

  3. Укажите минимальный объём памяти (в килобайтах), достаточный для хранения любого растрового изображения размером 64x64 пикселя, если известно, что в изображении используется палитра из 256 цветов. Саму палитру хранить не нужно.
  1) 128 2) 2 3) 256 4) 4
  Размер: 64x64=26x26 = 212 пикселей
  N=256 N=2I I = 8 бит = 1 байт (глубина цвета)
  Объём памяти: 1x212 байт/210 = 22 Кбайта = 4 Кбайта
  Ответ: 4
  Решение:
  

• 25 слайд

  4. Для хранения растрового изображения размером 16x32 пикселя отвели 2048 байта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?
  1) 2048 2) 256 3) 16 4) 4
  Размер: 16x32 = 211 пикселей
  Объём памяти: 2048 байт = 211 байт =214 бит
  
  На один пиксель:
  214 бит/211 пикселей = 23 бита =8 бит (глубина цвета)
  
  N=2I N=28 = 256 (палитра)
  Ответ: 2
  Решение:
  
  

• 26 слайд

  5. В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 1024 до 32. Во сколько раз уменьшился объём файла?
  1) 2 2) 3 3) 4 4) 5
  N1=2I N2=2I
  1024=210 32=25
  I1=10 бит I2=5 бит
  Ответ: 1
  

• 27 слайд

  6. Скорость передачи данных через ADSL-соединение равна 128Кбит/с. Через данное соединение передаётся графический файл, содержащий чёрно-белое растровое изображение размером 512x1024. Определите время передачи файла в секундах.
  Решение:
  Размер: 512x1024=29x210 = 219 пикселей
  I=1 (изображение чёрно-белое)
  Объём – 219 бит.
  219 бит/128 Кбит/с.=219 бит/217 бит/с.=22 с.=4с.
  Ответ: 4
  

• 28 слайд

  Задачи для самостоятельной работы работы
  
  1. Сколько памяти нужно для хранения 64-цветного растрового графического изображения размером 32 на 128 точек?
  32 Кбайта; 2) 64 байта; 3) 4096 байт; 4) 3 Кбайта
  
  2. Для хранения растрового изображения размером 128x128 пикселей отвели 4 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?
  8 2)2 3) 16 4) 4
  
  3. В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 512 до 8. Во сколько раз уменьшился информационный объем файла?
  52) 23) 34) 4
  
  4. После преобразования растрового 256-цветного графического файла в черно-белый формат (2 цвета) его размер уменьшился на 70 байт. Каков был размер исходного файла?
  70 байт2) 640 бит3) 80 бит4) 560 бит
  
  5. Сколько минут потребуется модему, передающему сообщения со скоростью 32 Кбит/с, чтобы передать цветное растровое изображение размером 640x480 пикселей, при условии, что цвет каждого пикселя кодируется четырьмя байтами?
  

Тема:

Двоичное кодирование графической  информации

Цель:

·        Сформировать у учащихся понимание процесса кодирования графической информации.

·        Познакомить с принципами формирования растрового изображения.

·        Формирование умений решать задачи на расчет объема памяти, необходимого для хранения цветного изображения.

План

1 Изучение  теоретического материала

2. Примеры решение задач

3. Итог урока

Ход урока

1.     Объяснение новой темы (Презентация)

Впервые представление данных в графическом виде было реализовано в середине 50-х годов ХХ века для больших ЭВМ, которые применялись в научных и военных исследованиях.

    Особенно интенсивно технология обработки графической информации с помощью компьютера стала развиваться в 80-х годах. (слайд 2)

Компьютерная графика позволяет создавать и редактировать рисунки, схемы, чертежи, преобразовывать изображения (фотографии, слайды и т.д.),

                                                                                              (слайд 3)

     Графическую информацию, можно представить в аналоговой или дискретной форме.

При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно.

При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.

                                                                                              (слайд 4)

Графические изображения, хранящиеся в аналоговой (непрерывной) форме на бумаге, фото и кинопленке, могут быть преобразованы в цифровой (дискретный) компьютерный формат.                               (слайд 5)

Графическая информация из аналоговой формы в дискретную преобразуется путем дискретизации, т. е. разбиения непрерывного графического изображения на отдельные элементы.        (слайд 6)

В процессе дискретизации производится кодирование,
 т.е. присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.

Дискретизацию  изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики. Изображение разбивается на маленькие фрагменты (точки), причем каждому элементу изображения присваивается его код.  (слайд 7)

Дискретизация - это преобразование непрерывных изображений в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается определенный код                                                                                                      (слайд 8)

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно в виде

     растрового  или   векторного изображения. (слайд 9)

Для каждого типа изображения используется свой способ кодирования.

Сегодня мы рассмотрим принцип формирования растрового изображения.                                                      (слайд 10)

Растровое изображение формируется из определенного количеств строк, каждая из которых содержит определенное количество точек (пикселов)

                                                                           (слайд 11)

Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора.

Разрешающая способность монитора определяется максимальным количеством отдельных точек, которые он может генерировать.
Она измеряется числом точек в одной горизонтальной строке и числом горизонтальных строк по вертикали.

Чем она выше, то есть больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения.                         (слайд 12)

В современных ПК в основном используют следующие разрешающие способности экрана:

640 на 480,

800 на 600,

1024 на 768,

1280 на 1024 точки.

Разрешающая способность дисплея не определяется монитором вообще, она определяется видеокартой и программным обеспечением, работающим с этим устройством.                                                   (слайд 13)

Объем растрового изображения определяется умножением количества точек на информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов.                                 (слайд 14)

Наиболее простое растровое изображение состоит из пикселов имеющих только два возможных цвета черный и белый

Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен 1 биту, т.к. она может быть либо черной, либо белой, что можно закодировать двумя цифрами - 0 или 1.                                              (слайд 15)

Цветное изображение на экране получается путем смешивания трех базовых цветов : красного, синего и зеленого              (слайд 17)

Каждый пиксель на экране состоит из трех близко расположенных  элементов, светящихся этими цветами

Цветные дисплеи, использующие такой принцип называются

RGB -мониторами

Код цвета пикселя содержит информацию о доле каждого базового цвета

                                                                                           (слайд 18)

Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки, который хранится в видеопамяти. Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задаётся количеством битов, используемым для кодировния цвета точки.

Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле: 

 N = 2^I

 Где I –  глубина цвета,     N – количество цветов (палитра) (слайд 19)

2.     Примеры решения задач.

 1. На экране с разрешающей способностью 640×200 высвечивается только  черно-белое изображение

Какой минимальный объем видеопамяти необходим для хранения изображения на экране монитора?

Решение:

N=2  (черный, белый)

N=2^I               I=1 бит на пиксель

Для изображения,  размером  640×200 объем видеопамяти равен:

1 × 640×200 =128000 бит =16000 байт = 15,625 Кбайт≈16 Кбайт

Ответ: 16 Кбайт.

2.                Определить объем видеопамяти компьютера, который необходим для реализации графического режима монитора с разрешающей способностью  1024×768 и палитрой 65536 цветов.

Решение:

N=2^I          N = 65536

65536 = 2¹⁶ ;   Глубина цвета – 16 (т.е., на 1 пиксель приходится 16 бит  информации)

Количество точек изображения равно:

1024×768=786432

Объём памяти:

16 бит ×786432=12582912 бита=15728641 Байт=1536 Кбайт = 1,5 М байта

Ответ: 1,5 Мбайта.

3. Укажите минимальный объём памяти (в килобайтах), достаточный для хранения любого растрового изображения размером 64x64 пикселя, если известно, что в изображении используется палитра из 256 цветов. Саму палитру хранить не нужно.

     1) 128                 2) 2                             3) 256                 4) 4

Решение:

Размер: 64x64=2⁶x2⁶ = 2¹² пикселей

N=256     N=2^I     I = 8 бит = 1байт (глубина цвета)

Объём памяти: 1x2¹² байт/2¹⁰ = 2² Кбайта  = 4 Кбайта

Ответ:   4

4. Для хранения растрового изображения размером 32x64 пикселя отвели 512 байт памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

     1) 2048              2) 1024                     3) 16                     4) 4

Решение:

Размер: 32x64 = 2¹¹ пикселей

Объём памяти:  512 байт = 2⁹ байт =2¹² бит

На один пиксель: 212 бит/211 пикселей =  бита (глубина цвета)

N=2^I             N=2² = 4 (палитра)

Ответ: 4

5. В процессе  преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 1024 до 32.Во сколько раз уменьшился объём файла?

  1)  2                    2) 3                       3) 4                   4) 5

Решение:

N₁=2^I                               N₂=2^I          

1024=2¹⁰                                   32=2⁵

I₁=10 бит                                 I₂=5 бит

Ответ: 1

6. Скорость передачи данных через  ADSL-соединение равна 128Кбит/с. Через данное соединение передаётся графический файл, содержащий чёрно-белое растровое изображение размером 512x1024.Определите время передачи файла в секундах.

Решение:

Размер: 512x1024=2⁹x2¹⁰ = 2¹⁹ пикселей

I=1 (изображение чёрно-белое)

Объём – 2¹⁹ бит.

2¹⁹ бит/128 Кбит/с.=2¹⁹ бит/2¹⁷ бит/с.=2² с.=4с

Ответ: 4

3. Итог урока.

Подведение итога урока.

Домашнее задание: Карточки с заданиями.

Задачи для домашней работы

1)    Сколько памяти нужно для хранения 64-цветного растрового графического изображения размером  32 на 128 точек?

1) 32 Кбайта;        2) 64 байта;     3) 4096 байт;   4) 3 Кбайта

2)    Для хранения растрового изображения размером 128x128 пикселей отвели 4 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

1) 8         2)2         3) 16      4) 4

3)    В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 512 до 8. Во сколько раз уменьшился информационный объем файла?

1) 5         2) 2         3) 3         4) 4

4)    После преобразования растрового 256-цветного графического файла в черно-белый формат (2 цвета) его размер уменьшился на 70 байт. Каков был размер исходного файла?

1) 70 байт              2) 640 бит      3) 80 бит     4) 560 бит

5) Сколько минут потребуется модему, передающему сообщения со скоростью  32 Кбит/с, чтобы передать цветное растровое изображение размером 640x480 пикселей, при условии, что цвет каждого пикселя кодируется четырьмя байтами?

Задачи к уроку «Двоичное кодирование графической  информации»

1. На экране с разрешающей способностью 640×200 высвечивается только  черно-белое изображение

Какой минимальный объем видеопамяти необходим для хранения изображения на экране монитора?

Решение:

N=2  (черный, белый)

N=2^I               I=1 бит на пиксель

Для изображения,  размером  640×200 объем видеопамяти равен:

1 × 640×200 =128000 бит =16000 байт = 15,625 Кбайт≈16 Кбайт

Ответ: 16 Кбайт.

2.                Определить объем видеопамяти компьютера, который необходим для реализации графического режима монитора с разрешающей способностью  1024×768 и палитрой 65536 цветов.

Решение:

N=2^I          N = 65536

65536 = 2¹⁶ ;   Глубина цвета – 16 (т.е., на 1 пиксель приходится 16 бит  информации)

Количество точек изображения равно:

1024×768=786432

Объём памяти:

16 бит ×786432=12582912 бита=15728641 Байт=1536 Кбайт = 1,5 М байта

Ответ: 1,5 Мбайта.

3. Укажите минимальный объём памяти (в килобайтах), достаточный для хранения любого растрового изображения размером 64x64 пикселя, если известно, что в изображении используется палитра из 256 цветов. Саму палитру хранить не нужно.

     1) 128                 2) 2                             3) 256                 4) 4

4. Для хранения растрового изображения размером 32x64 пикселя отвели 512 байт памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

     1) 2048              2) 1024                     3) 16                     4) 4

5. В процессе  преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 1024 до 32.Во сколько раз уменьшился объём файла?

  1)  2                    2) 3                       3) 4                   4) 5

6. Скорость передачи данных через  ADSL-соединение равна 128Кбит/с. Через данное соединение передаётся графический файл, содержащий чёрно-белое растровое изображение размером 512x1024.Определите время передачи файла в секундах.

Задачи для домашней работы

1)    Сколько памяти нужно для хранения 64-цветного растрового графического изображения размером  32 на 128 точек?

1) 32 Кбайта;        2) 64 байта;     3) 4096 байт;   4) 3 Кбайта

2)    Для хранения растрового изображения размером 128x128 пикселей отвели 4 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

1) 8         2)2         3) 16      4) 4

3)    В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 512 до 8. Во сколько раз уменьшился информационный объем файла?

1) 5         2) 2         3) 3         4) 4

4)    После преобразования растрового 256-цветного графического файла в черно-белый формат (2 цвета) его размер уменьшился на 70 байт. Каков был размер исходного файла?

1) 70 байт              2) 640 бит      3) 80 бит     4) 560 бит

5) Сколько минут потребуется модему, передающему сообщения со скоростью  32 Кбит/с, чтобы передать цветное растровое изображение размером 640x480 пикселей, при условии, что цвет каждого пикселя кодируется четырьмя байтами?