Графічна інформація на екрані монітора представляється у вигляді зображення, яке формується з точок (пікселів).
Зображення, яке ми бачимо на екрані комп'ютера, завжди має своє машинне, двійкове подання в пам'яті ЕОМ. Спочатку розглянемо модель монохромного, двокольорового зображення (іноді говорять чорно-білого зображення). Суть такого зображення в тому, що є деякий фон, на якому іншим кольором нанесено зображення.
Нехай є деякий малюнок. Носієм цього малюнка може бути, наприклад, папір. Помістимо даний малюнок в прямокутну рамку. Виберемо деякий масштаб і проведемо в рамці горизонтальні і вертикальні координатні лінії. Таким чином, на малюнок буде нанесена координатна сітка, що представляє собою сукупність клітин.
Горизонтальний ряд клітин назвемо лінією. Кожна лінія являє собою повідомлення. Після отримання ліній-повідомлень ми починаємо етап перетворення інформації з безперервної форми в дискретну (операцію дискретизації) наступним чином: переглядаючи зліва направо клітини, кожній клітині поставимо у відповідність або нуль, або одиницю. Якщо в клітці є фрагмент зображення, то пріпішем їй одиницю, інакше приписуємо клітці нуль. Якщо зображення знаходиться на кордоні клітин, то можна одній клітці (за вибором) приписати одиницю, а інший - нуль. Відновлення малюнка проводиться в зворотному порядку.
У цьому простому випадку (чорно-біле зображення без градацій сірого кольору) кожна точка екрану може мати лише два стани - «чорна» або «біла», тобто для зберігання її стану необхідно 1 біт.
Розглянемо далі модель кольорового зображення. Кожен колір є світлова хвиля заданої частоти. Такі частоти утворюють безперервний спектр. Серед безлічі всіх кольорів ми повинні вибрати деякий кінцевий підмножина і занумерувати їх. Таким чином, ми виконуємо операцію квантування.
Знову на малюнок наносимо координатну сітку, отримуємо лінії-повідомлення. Кожній клітці пріпішем деякий номер в діапазоні номерів кольорів зображення по деякому відбору. Кожному номеру поставимо у відповідність двійковий набір - таку кількість біт (нулів і одиниць), яке досить для кодування номера кольору. Отриману двійкову запис для всіх клітин вважатимемо машинним кодом кольорового зображення. Наприклад, для моделі 16-кольорового зображення потрібно по чотири біта для кодування кожної клітини. Відновлення малюнка проводиться в зворотному порядку.
Кольорові зображення можуть мати різну глибину кольору (біт на точку: 4, 8, 16. 24). Кожен колір можна розглядати як можливий стан точки, і тоді за формулою N = 21 може бути обчислено кількість кольорів, що відображаються на екрані монітора.
Таблиця 2.4. Кількість відображуваних листів
Глибина кольору (I) Кількість кольорів (N)
16 (High Color) 216 = 65536
24 (True Color) 224 = 16777216
Цілком очевидно, що в більшості випадків в результаті двійкового представлення зображення частина інформації втрачається. Однак при дуже великій кількості клітин, що накладаються на малюнок, людське око практично не в змозі відрізнити різницю між оригіналом і зображенням, відновленим з двійкового коду. Для високої точності представлення кольорового зображення потрібна велика кількість пам'яті ЕОМ.
Зображення може мати різний розмір, який визначається кількістю точок по горизонталі і по вертикалі. У сучасних персональних комп'ютерах зазвичай використовуються чотири основних розміру зображення або дозволяють здібностей екрану: 640 * 480, 800 * 600, 1024 * 768 і 1280 * 1024 пікселів.
Всього точок на екрані: 800 * 600 = 480000
Режим екрану Глибина кольору (біт на точку)
640 на 480 150 Кбайт до 300 Кб 600 Кбайт 900 Кбайт
800 на 600 234 Кбайт 469 Кбайт 938 Кбайт 1,4 Мбайт
1024 на 768 384 Кбайт 768 Кбайт 1,5 Мбайт 2,25 Мбайт
1280 на 1024 640 Кбайт 1,25 Мбайт 2,5 Мбайт 3,75 Мбайт
Оскільки лінійні координати й індивідуальні властивості кожної точки (яскравість) можна виразити за допомогою цілих чисел, то можна сказати, що растрове кодування дозволяє використовувати двійковий код для представлення графічних даних. Загальноприйнятим на сьогоднішній день вважається уявлення чорно-білих ілюстрацій у вигляді комбінації точок з 256 градаціями сірого кольору, і, таким чином, для кодування яскравості будь-якої точки зазвичай досить восьмирозрядного двійкового числа.
Для кодування кольорових графічних зображень застосовується принцип декомпозиції довільного кольору на основні складові. В якості таких складових використовують три основні кольори: червоний (Red, R), зелений (Green, G) і синій (Blue, В). На практиці вважається (хоча теоретично це не зовсім так), що будь-який колір, видимий людським оком, можна отримати шляхом механічного змішування цих трьох основних кольорів. Така система кодування називається системою RGB за першими літерами назв основних кольорів.
Якщо для кодування яскравості кожної з основних складових використовувати по 256 значень (вісім двійкових розрядів), як це прийнято для напівтонових чорно-білих зображень, то на кодування кольору однієї точки треба затратити 24 розряду. При цьому система кодування забезпечує однозначне визначення 16,5 млн різних квітів, що насправді близько до чутливості людського ока. Режим подання кольорової графіки з використанням 24 двійкових розрядів називається повно-кольоровим (True Color).
Кожному з основних кольорів можна поставити у відповідність додатковий колір, тобто колір, що доповнює основний колір до білого. Неважко помітити, що для будь-якого з основних кольорів додатковим буде колір, утворений сумою пари інших основних кольорів. Відповідно, додатковими кольорами є: блакитний (Cyan, З), пурпурний (Magenta, М) і жовтий (Yellow, Y). Принцип декомпозиції довільного кольору на складові компоненти можна застосовувати не тільки для основних кольорів, а й для додаткових, тобто будь-який колір можна представити у вигляді суми блакитної, пурпурової і жовтої складової. Такий метод кодування кольору прийнятий в поліграфії, але в поліграфії використовується ще і четверта фарба - чорна (Black, К). Тому дана система кодування позначається чотирма літерами CMYK (чорний колір позначається літерою К, тому, що буква В уже зайнята синім кольором), і для подання кольорової графіки в цій системі треба мати 32 двійкових розряди. Такий режим теж називається повно-кольоровим (True Color).
Якщо зменшити кількість двійкових розрядів, використовуваних для кодування кольору кожної точки, то можна скоротити обсяг даних, але при цьому діапазон кодованих квітів помітно скорочується. Кодування кольорової графіки 16-розрядних двійковими числами називається режимом High Color.
При кодуванні інформації про колір за допомогою восьми біт даних можна передати лише 256 колірних відтінків. Такий метод кодування кольору називається індексним. Сенс назви у тому, що, оскільки 256 значень зовсім недостатньо, щоб передати весь діапазон квітів, доступний людському оку, код кожної точки растра виражає не колір сам по собі, а тільки його номер (індекс) в якійсь довідковій таблиці, званої палітрою. Зрозуміло, ця палітра повинна прикладатися до графічним даними - без неї не можна скористатися методами відтворення інформації на екрані або папері (тобто, скористатися, звичайно, можна, але через неповноту даних отримана інформація не буде адекватною: листя на деревах може виявитися червоною , а небо - зеленим).