U vrijeme kad računala još nisu bila tako snažna kao sada, nije se moglo govoriti o prijevodu slike na papir ili film. Sada se pretpostavlja da takvi objekti odgovaraju analognom obliku. Pojavom novih tehnologija postalo je moguće digitalizirati (na primjer, uz pomoć skenera). To je rezultiralo tzv. Diskretnim oblikom slika. Ali kako je prijevod grafike iz jednog oblika u drugi? Ukratko o biti takvih metoda i dalje će biti detaljno i jednostavno opisano, tako da svaki korisnik razumije što se raspravlja.
Što je prostorno uzorkovanje u računalnoj znanosti?
Za početak, razmotrite opći pojam, objašnjavajući ga na najjednostavnijem jeziku. Iz jednog obrasca u drugi grafička slika se transformira prostornim uzorkovanjem. Da bismo razumjeli što je to, razmislite o jednostavnom primjeru.
Ako snimite bilo koju sliku napisanu akvarelom, lako je vidjeti da su svi prijelazi glatki (kontinuirani). No, u skeniranoj slici koja je bila ispisana na inkjet pisaču, nema takvih prijelaza, jer se sastoji od skupa malih točaka zvanih pikseli. Ispada da je piksel vrsta građevinske opeke koja ima određena svojstva (na primjer, ima svoju boju ili nijansu). Od tih opeka i cjelovite slike nastaje.
Koja je bit metode prostornog uzorkovanja?
Govoreći o tomeSuština metode grafičke transformacije uz pomoć takvih tehnologija je još jedan primjer, koji će pomoći da shvatimo kako sve to funkcionira. Digitalizirane slike koje se skeniraju, a kada se prikažu na zaslonu monitora računala, koje se pri ispisu mogu usporediti s izgledom mozaika. Samo ovdje, kao dio mozaika stoji piksel. To je jedna od glavnih značajki svih modernih uređaja. Kao što možete zamisliti, što je više takvih točaka, a što je svaka od njih manja, to su prijelazi glatkiji. Konačno, njihov broj za svaki pojedini uređaj određuje njegovu razlučivost. U računalnoj znanosti za takvu karakteristiku pretpostavlja se da broji broj piksela (točaka po inču), u vertikalnom i horizontalnom smjeru.
Tako se stvara dvodimenzionalna prostorna rešetka, nešto nalik na uobičajeni koordinatni sustav. Za svaku točku u takvom sustavu možete postaviti vlastite parametre koji će biti različiti od susjednih točaka.
Čimbenici koji utječu na kvalitetu kodiranja
Ali ne samo gore navedeni primjeri u potpunosti odražavaju način na koji prostorno uzorkovanje funkcionira. Kodiranje grafičkih informacija uzima u obzir nekoliko drugih važnih parametara koji ovise o kvaliteti digitalizirane slike. One se primjenjuju ne samo na slike same, već i na grafike uređaja za reprodukciju. Prije svega, ovdje su sljedeće karakteristike:
brzina uzorkovanja; rezolucija; dubina boje.
Brzina uzorkovanja
Brzina uzorkovanja odnosi se na veličinu fragmenata iz kojih se slika sastoji. Ovaj se parametar može jednako naći u karakteristikama digitaliziranih slika, skenera, pisača, monitora i grafičkih kartica. Istina, postoji jedan ulov. Činjenica je da kada povećate ukupan broj bodova možete dobiti veću frekvenciju. Ali s tim se mijenja veća strana i veličina datoteke pohranjuje se u izvornom objektu. Kako bi se to izbjeglo, umjetno održavanje razine trenutno se primjenjuje na jednoj konstantnoj razini.
Koncept rješavanja
Ovaj je parametar već spomenut. Međutim, ako pogledate uređaj za izlaz slike, slika se ovdje malo razlikuje. Kao primjer parametara koji koriste prostorno uzorkovanje, razmotrit ćemo skenere. Na primjer, u specifikacijama uređaja razlučivost je 1200 x 1400 dpi. Skeniranje se vrši pomicanjem trake fotosenzitivnih elemenata duž skenirane slike. No prvi broj označava optičku razlučivost samog uređaja (broj elemenata skeniranja u trakama od jednog inča), a drugi se odnosi na hardversku rezoluciju i određuje broj mikro-pomaka u pojasu skeniranjem elemenata na slici kada prolazi jedan inč slike.
Dubina boje
Imamo još jedan važan parametar, bez kojeg možemo u potpunosti razumjeti što je prostorno uzorkovanje. Dubina boje (ili dubina kodiranja)obično se izražava u bitovima (ista stvar, usput, može se pripisati dubini zvuka) i određuje broj boja koje su korištene tijekom konstrukcije slike, ali se u konačnici odnosi na palete (setove boja). Na primjer, ako smatrate crno-bijelu paletu koja sadrži samo dvije boje (bez sivih tonova u sivim tonovima), količina informacija kodiranih u svakoj točki može se izračunati prema danoj formuli, s obzirom da je N ukupan broj boja (u našem slučaju N = 2), a I je broj stanja koje svaka točka može uzeti (u našem slučaju I = 1, budući da postoje samo dvije varijante: crne ili bijele). Dakle, N1 = 2 1 = 1 bit.Kvantizacija
Prostorno uzorkovanje može također uzeti u obzir parametar koji se zove kvantizacija. Što je ovo? Na neki način podsjeća na tehniku interpolacije. Suština procesa je da je vrijednost broja signala zamijenjena najbližom susjednom fiksnom vrijednošću, što je popis razina kvantizacije. Da biste bolje razumjeli kako se grafičke informacije pretvaraju, pogledajte gornju sliku. Prikazuje graf izlaznog (analognog) oblika, sliku kvantizacije i izobličenja, nazvanu buka. Na drugoj slici iznad možete vidjeti neobične prijelaze. Oni se nazivaju skala kvantizacije. Ako su svi prijelazi isti, skala se naziva uniformna.
Digitalno kodiranje
Prilikom pretvaranja grafičkih informacija to bi trebalo uzeti u obzir pri tomeZa razliku od analognog signala, kvantni signal može prihvatiti samo potpuno određeni fiksni broj vrijednosti. To im omogućuje da se pretvore u skup znakova i znakova čiji se redoslijed naziva kodom. Završna sekvenca naziva se kodna riječ.
Svaka kodna riječ odgovara jednom intervalu kvantizacije, a binarni kod se koristi za kodiranje. U tom slučaju, ponekad je potrebno uzeti u obzir brzinu prijenosa podataka, koja je rezultat učestalosti uzorkovanja na duljini kodne riječi i izražena u bitovima u sekundi (bps). Grubo rečeno, to nije ništa više od maksimalno mogućeg broja binarnih znakova koji se prenose po jedinici vremena.
Primjer izračunavanja video memorije za prikazivanje rasterske slike na monitoru
Konačno, još jedan važan aspekt je to što je to prostorno uzorkovanje. Rasterske slike na monitoru reproduciraju se prema određenim pravilima i zahtijevaju potrošnju memorije. Na primjer, monitor ima grafički način s razlučivošću 800 x 600 dpi i 24-bitnom dubinom boje. Ukupan broj točaka bit će 800 x 600 x 24 bita = 11520000 bita, što odgovara ili 1440000 bajta ili 140625 kB ili 137 MB.
Tehnike kompresije videa
Tehnologija prostornog uzorkovanja, kao što je već jasno, odnosi se ne samo na grafiku nego i na video slike, koje se u određenom smislu mogu pripisati i grafičkim (vizualnim) informacijama. Istina, digitalizacija takvog materijala u određenoj mjeri provedena je s ograničenim mogućnostima, od konačnih dosjeabili su tako golemi da je bilo neprikladno držati ih na disku računala (sjetite se barem izlaznog formata AVI-ja, u jednom trenutku razvijenog od strane Microsoftovih stručnjaka). S pojavom algoritama M-JPEG, MPEG-4 i H. 64 postalo je moguće smanjiti konačne datoteke s redukcijskim faktorom od 10-400 puta. Mnogi mogu prigovoriti da će komprimirane slike biti slabije kvalitete od izvornika. U određenom smislu, to je ono što je. Međutim, u takvim tehnologijama, smanjenje veličine može biti učinjeno s gubitkom i bez gubitaka. Postoje dvije glavne metode pomoću kojih se vrši kompresija: intrakavitet i interaksid. Obje varijante temelje se na uklanjanju sa slike ponavljajućih elemenata, ali ne utječu, na primjer, na promjene svjetline, boje, itd. U prvom, u drugom slučaju, razlika između scena u jednom kadru ili između dva susjedna je neznatna, tako da razlika oko nije osobito vidljivo. Ali kada izbrišete datoteku gore navedenih elemenata, razlika u veličini između izlaza i konačne slike je vrlo značajna. Jedna od najzanimljivijih, iako prilično kompliciranih metoda, koja koristi prostorno uzorkovanje za kompresiju slika, je tehnologija koja se naziva diskretna kosinusna transformacija, predložena čl. Chen 1981. Temelji se na matrici u kojoj su, za razliku od rezultata koji opisuju samo referentne vrijednosti, prikazane vrijednosti brzine njihove promjene. Dakle, može se smatrati vrstom mreže promjena brzine u vertikalnom i horizontalnom smjeru. Veličina svakog blokaje određena JPEG tehnologijom i ima veličinu 8 x 8 piksela. Ali kompresija se odnosi na svaki pojedini blok, a ne na cijelu sliku. Dakle, razlika između izvora i konačnog materijala postaje još manje vidljiva. Ponekad se u računalnoj terminologiji ova tehnika naziva podslika. Zatim se za svjetlinu i boju može primijeniti gore opisana kvantizacija, pri čemu se svaka kosinusna transformacijska vrijednost dijeli s koeficijentom kvantizacije, koji se može naći u posebnim tablicama izvedenim iz takozvanih psihofizičkih testova. I same tablice odgovaraju određenim klasama blokova grupiranih po aktivnosti (jedinstvena slika, nestrukturirana slika, horizontalni ili vertikalni gradijent, itd.). Drugim riječima, svaki blok ima svoje vrijednosti koje nisu primjenjive na susjedne ili različite klase.
Konačno, nakon kvantizacije koja se temelji na Huffmanovom kodu, vrši se uklanjanje viška koeficijenata (smanjenje redundancije), što omogućuje dobivanje kodne riječi manje od jednog bita za svaki koeficijent (VLC) za naknadno kodiranje. Zatim se formira linearna sekvenca za koju se koristi metoda cik-cak očitanja koja grupira vrijednost konačne matrice u obliku numeričkih vrijednosti i nizova nula. Ali oni se mogu ukloniti. Druge kombinacije su komprimirane na standardni način. Općenito, stručnjaci ne preporučuju posebno kodiranje grafičkih informacija pomoćuJPEG tehnologije jer imaju niz nedostataka. Prvo, višestruko ponovno čuvanje datoteka uvijek dovodi do pogoršanja kvalitete. Drugo, zbog činjenice da objekti kodirani pomoću JPEG ne mogu sadržavati prozirna područja, moguće je primijeniti takve metode na grafičke slike ili objekte scene umjetničkih grafika samo ako su vertikalno i horizontala ne prelazi 200 piksela. Inače će vrlo jasno biti izražena degradacija kvalitete konačne slike. Istina, JPEG algoritmi su postali osnova za MPEG tehnologiju kompresije, kao i za mnoge konferencijske standarde uzorka H. 26X i H32X.
Umjesto pogovora
Slijedi kratak sažetak svega što se odnosi na razumijevanje pitanja vezanih uz transformaciju analognog oblika grafike i videa u diskretno (po analogiji se ove tehnike koriste za zvuk). Opisane tehnologije su prilično komplicirane da bi ih prosječan korisnik razumio, ali neke važne komponente osnovnih tehnika još uvijek se mogu razumjeti. Nije riješeno pitanje postavljanja monitora kako bi se dobila slika najbolje kvalitete. Međutim, iz zanimljivog pitanja za nas, može se primijetiti da postavljanje maksimalne dozvole nije uvijek moguće, jer precijenjeni parametri mogu dovesti do neuspjeha uređaja. Isto vrijedi i za brzinu osvježavanja zaslona. Bolje je koristiti vrijednosti koje preporuča proizvođač ili one koje operativni sustav nudi nakon instalacije odgovarajućih upravljačkih programa i upravljačkog softvera.koristiti zadano Što se tiče samo-skeniranja ili ponovnog kodiranja informacija iz jednog formata u drugi, trebaju se koristiti posebni programi i pretvarači, ali kako bi se izbjegla degradacija kvalitete, najbolje je da se ne privlači maksimalna moguća kompresija da bi se smanjila veličina konačnih datoteka. Ove se metode mogu koristiti samo u slučajevima u kojima se informacije trebaju pohraniti na medijima s ograničenim kapacitetom (na primjer, CD /DVD). Ali ako na tvrdom disku ima dovoljno mjesta ili se napravi prezentacija za emitiranje na velikom ekranu ili ispis fotografija na suvremenoj opremi (foto-pisači nisu na računu), kvalitetu ne treba zanemariti.
