Разрядность двоичного кода это в информатике: Двоичное кодирование — урок. Информатика, 7 класс.

Основное

Напишите на доске следующий двоичный пример и спросите учащихся, как компьютер будет интерпретировать числа.

101001001001101

Примечание:  Вы можете написать на доске любое двоичное число — идея состоит в том, чтобы учащиеся задавали вопросы, например, сколько цветов и т. д.)

Спросите учащихся, что компьютер должен знать, чтобы иметь возможность конвертировать изображение. Объясните, что для того, чтобы компьютер мог интерпретировать файл, ему необходимо знать следующее: 

•   Глубина цвета — сколько бит представляет каждый пиксель

•   Разрешение — ширина и высота (в пикселях)

Наконец, объясните, что мы называем это «метаданные» используя методы Pose, Pause, Pounce и Bounce .

Пример:

Поза  вопрос ко всему классу, например. Объясните, как 16-цветное изображение может быть представлено в двоичном формате

Пауза , чтобы дать учащимся время переварить вопрос и обдумать ответ. Если студенты заняты, попробуйте удерживать паузу еще немного, чтобы создать напряжение.

Pounce:  Быстро выберите учащегося, чтобы ответить на вопрос. т. е. настаивайте на том, чтобы ответ на вопрос исходил от студента А и, возможно, студента Б, прямо и быстро! Очевидно, заранее спланируйте в уме, кому вы собираетесь адресовать вопросы.

Bounce  вопрос или ответ учащегося другому учащемуся (сразу после броска). например Спросите их, согласны ли они с предыдущим ответом учащихся, и объясните, почему.

Для получения дополнительной информации о технике Pose, Pause, Pounce and Bounce посетите: @teachertoolkit — http://teachertoolkit.me/2013/01/04/pppb-version2/ 

Домашнее задание:

Учащиеся могут продолжить работать над своим 8-битным пиксельным изображением и публиковать свою работу, когда они закончат.

Лицензия:

Если не указано иное, на все в этом репозитории распространяется следующая лицензия:

Урок TouchDevelop «8-bit Challenge» находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Теги: GCSE, KS4, Теория, Теория вычислений, Теория CS, Двоичный, Двоичное представление, двоичное 2, двоичное преобразование, как сделать двоичное преобразование, подсчет двоичного числа, двоичное число в десятичное, двоичное 101, 8 двоичных , двоичные цифры, двоичная цифра, значение двоичной

Изображения и цвета.

В школе или на уроках рисования вы можете смешивать разные цвета красок или красителей, чтобы получить новые цвета. В живописи обычно используют красный, желтый и синий как три «основных» цвета, которые можно смешивать, чтобы получить гораздо больше цветов. Смешивание красного и синего дает фиолетовый, красного и желтого — оранжевый и так далее. Смешивая красный, желтый и синий, можно получить много новых цветов.

Для печати принтеры обычно используют три основных цвета, несколько отличающихся друг от друга: голубой, пурпурный и желтый (CMY). Все цвета на печатном документе были получены путем смешивания этих основных цветов.

Оба этих вида смешивания называются «вычитающим смешиванием», потому что они начинаются с белого холста или бумаги и «вычитают» из него цвет. Интерактив ниже позволяет вам поэкспериментировать с CMY, если вы с ним не знакомы или просто любите смешивать цвета.

Смеситель цветов CMY — используется принтерами

Голубой — В настоящее время установлено значение

Пурпурный — В настоящее время установлено значение

Желтый — В настоящее время установлено значение

Шестнадцатеричный

Компьютерные экраны и связанные с ними устройства также основаны на смешении трех цветов, за исключением того, что им нужен другой набор основных цветов, потому что они являются аддитивными , начиная с черного экрана и добавляя к нему цвет. Для аддитивного цвета на компьютерах используются красный, зеленый и синий цвета (RGB). Каждый пиксель на экране обычно состоит из трех крошечных «огонеков»; один красный, один зеленый и один синий. Увеличивая и уменьшая количество света, исходящего от каждого из этих трех, можно получить все различные цвета. Следующий интерактив позволяет вам поиграть с RGB.

RGB Color Mixer — используется на экранах

Red — в настоящее время установлен на

Green — в настоящее время установлен на

Blue — в настоящее время установлен на

Decimal

HexAdecimal

. Посмотрите, что вы можете сделать. с интерактивным RGB . Можете ли вы сделать черный, белый, оттенки серого, желтого, оранжевого и фиолетового?

Если все ползунки находятся в крайних положениях, получится черно-белое изображение, а если все они имеют одинаковое значение, но находятся между ними, изображение будет серым (т. е. между черным и белым).

Желтый — это не то, что вы могли бы ожидать — он сделан из красного и зеленого, без синего.

Есть очень веская причина, по которой мы смешиваем три основных цвета, чтобы определить цвет пикселя. В человеческом глазу миллионы датчиков света, и те из них, которые определяют цвет, называются «колбочками». Существует три различных типа колбочек, которые обнаруживают красный, синий и зеленый свет соответственно. Цвета воспринимаются по количеству красного, синего и зеленого света в них. Пиксели экрана компьютера используют это преимущество, испуская количество красного, синего и зеленого света, которое будет восприниматься вашими глазами как желаемый цвет. Итак, когда вы видите «фиолетовый», это на самом деле стимулируются красные и синие колбочки в ваших глазах, и ваш мозг преобразует это в воспринимаемый цвет. Ученые все еще выясняют, как именно мы воспринимаем цвет, но представления, используемые на компьютерах, кажутся достаточно хорошими, чтобы создать впечатление, будто мы смотрим на реальные изображения.

Дополнительные сведения о дисплеях RGB см. в разделе RGB в Википедии; для получения дополнительной информации о глазе, воспринимающем три цвета, см. Конусную ячейку и трихроматию в Википедии.

5.5.1.

Описание цвета цифрами

Поскольку цвет просто состоит из количества основных цветов (красного, зеленого и синего), можно использовать три числа, чтобы указать, сколько каждого из этих основных цветов необходимо для создания общего цвета.

Слово «пиксель» является сокращением от «элемент изображения». На экранах компьютеров и принтерах изображение почти всегда отображается с помощью сетки пикселей, каждый из которых настроен на необходимый цвет. Размер пикселя обычно составляет долю миллиметра, а изображения могут состоять из миллионов пикселей (один мегапиксель — это миллион пикселей), поэтому отдельные пиксели обычно не видны. Фотографии обычно имеют разрешение в несколько мегапикселей.

Экраны компьютеров нередко имеют миллионы пикселей , и компьютер должен представить цвет для каждого из этих пикселей.

Обычно используется схема с использованием чисел в диапазоне от 0 до 255. Эти числа сообщают компьютеру, насколько полно включить каждый из «светов» основного цвета в отдельном пикселе. Если красный был установлен на 0, это означает, что красный «свет» полностью выключен. Если бы красный «свет» был установлен на 255, это означало бы, что «свет» был полностью включен.

С 256 возможными значениями для каждого из трех основных цветов (не забудьте посчитать 0!), это дает 256 x 256 x 256 = 16 777 216 возможных цветов — больше, чем может обнаружить человеческий глаз!

Вспомните раздел о двоичных числах. Что особенного в числе 255, которое является максимальным значением цвета?

Мы рассмотрим ответ позже в этом разделе, если вы все еще не уверены!

Следующий интерактив позволяет увеличить изображение, чтобы увидеть пиксели, которые используются для его представления. Каждый пиксель представляет собой квадрат сплошного цвета, и компьютер должен хранить цвет для каждого пикселя. Если вы увеличите масштаб достаточно далеко, интерактив покажет вам красно-зелено-синие значения для каждого пикселя. Вы можете выбрать пиксель и установить значения на ползунке выше — он должен получиться того же цвета, что и пиксель.

Пиксельный просмотрщик

5.5.2.

Представление цвета битами

Следующее, на что нам нужно обратить внимание, это то, как биты используются для представления каждого цвета в высококачественном изображении. Во-первых, сколько бит нам нужно? Во-вторых, как нам определить значения каждого из этих битов? В этом разделе мы рассмотрим эти проблемы.

Сколько бит нам понадобится для каждого цвета в изображении?

С 256 различными возможными значениями количества каждого основного цвета это означает, что для представления числа потребуется 8 бит.

Наименьшее число, которое может быть представлено с помощью 8 бит, — это 00000000, то есть 0. И самое большое число, которое может быть представлено с использованием 8 бит, — это 11111111, то есть 255.

Поскольку существует три основных цвета, каждому из которых потребуется 8 бит для представления каждого из его 256 различных возможных значений, нам потребуется 24 бита в всего для представления цвета.

Итак, сколько всего цветов с 24 битами? Мы знаем, что каждый цвет может принимать 256 возможных значений, поэтому самый простой способ его вычисления:

Это то же самое, что и .

Поскольку требуется 24 бита, это представление называется 24-битный цвет . 24-битный цвет иногда упоминается в настройках как «истинный цвет» (потому что он более точен, чем может видеть человеческий глаз). В системах Apple это называется «Миллионы цветов».

Как мы используем биты для представления цвета?

Логичным способом является использование 3 двоичных чисел, представляющих количество красного, зеленого и синего в пикселе. Для этого преобразуйте необходимое количество каждого основного цвета в 8-битное двоичное число, а затем поместите 3 двоичных числа рядом, чтобы получить 24 бита.

Поскольку согласованность важна для того, чтобы компьютер мог понять битовую комбинацию, мы обычно придерживаемся соглашения о том, что двоичное число для красного должно быть помещено первым, затем зеленым и, наконец, синим. Единственная причина, по которой мы ставим красный цвет первым, заключается в том, что это соглашение используется большинством систем. Если бы все согласились, что зеленый должен быть первым, то он был бы первым.

Например, предположим, что у вас есть цвет, красный = 145, зеленый = 50 и синий = 123, который вы хотите представить битами. Если вы поместите эти значения в интерактив, вы получите цвет ниже.

Начните с преобразования каждого из трех чисел в двоичный код, используя для каждого 8 бит.

Вы должны получить: — красный = 10010001, — зеленый = 00110010, — синий = 01111011.

Объединив эти значения, мы получим 100100010011001001111011, что является битовым представлением цвета выше.

нет пробелов между тремя числами, так как это комбинация битов, а не три двоичных числа, и в любом случае у компьютеров нет такой концепции пробела между битовыми комбинациями — все должно быть 0 или 1. Вы могли бы написать его с пробелами, чтобы его было легче читать, и представить идею, что они, вероятно, будут храниться в 3 8-битных байтах, но внутри памяти компьютера есть просто последовательность высоких и низких напряжений, так что даже запись 0 и 1 является произвольной записью.

Кроме того, все ведущие и конечные 0 в каждой части сохраняются — без них число было бы короче. Если бы было 256 различных возможных значений для каждого основного цвета, то окончательное представление должно было бы иметь длину 24 бита.

«Черно-белые» изображения обычно содержат более двух цветов; обычно 256 оттенков серого, представленные 8 битами.

Помните, что оттенки серого можно получить, используя равное количество каждого из 3 основных цветов, например красный = 105, зеленый = 105 и синий = 105.

Таким образом, для монохроматического изображения мы можем просто использовать представление, представляющее собой одно двоичное число от 0 до 255, которое сообщает нам значение, которое должны быть установлены для всех трех основных цветов.

Компьютер никогда не преобразует число в десятичное, так как он работает с двоичным числом напрямую — большая часть процесса, который принимает биты и создает правильные пиксели, обычно выполняется графической картой или принтером. Мы только начали с десятичной дроби, потому что ее легче понять людям. Главное в знании этого представления — понять компромисс между точностью цветопередачи (которая в идеале должна быть за пределами человеческого восприятия) и объемом необходимой памяти (биты) (которой должно быть как можно меньше). .

Если вы еще этого не сделали, прочтите подраздел о шестнадцатеричных числах в разделе чисел, иначе этот раздел может не иметь смысла!

При написании HTML-кода часто требуется указывать цвета для текста, фона и т. д. Один из способов сделать это — указать название цвета, например, «красный», «синий», «фиолетовый» или «золотой». Для некоторых целей это нормально.

Однако использование имен ограничивает количество цветов, которые вы можете представить, и оттенок может быть не таким, как вы хотели. Лучший способ — указать 24-битный цвет напрямую. Поскольку 24 двоичных разряда трудно прочитать, цвета в HTML используют шестнадцатеричные коды как быстрый способ записать 24 бита, например #00FF9E . Знак решетки означает, что его следует интерпретировать как шестнадцатеричное представление, а поскольку каждая шестнадцатеричная цифра соответствует 4 битам, 6 цифр представляют 24 бита информации о цвете.

Этот формат «шестнадцатеричный триплет» используется на HTML-страницах для указания цветов фона страницы, текста и цвета ссылок. Он также используется в CSS, SVG и других приложениях.

В предыдущем примере с 24-битным цветом 24-битный шаблон был 100100010011001001111011 .

Можно разбить на группы по 4 бита: 1001 0001 0011 0010 0111 1011 .

Теперь каждую из этих групп из 4 бит необходимо представить шестнадцатеричной цифрой .

• 1001 -> 9
• 0001 -> 1
• 0011 -> 3
• 0010 -> 2
• 0111 -> 7
• 1011 -> B

Что дает #91327B .

Понимание того, как получаются эти шестнадцатеричные коды цветов, также позволяет вам немного изменить их, не обращаясь к таблице цветов, когда цвет не совсем тот, который вам нужен. Помните, что в 24-битном цветовом коде первые 8 бит определяют количество красного (так что это первые 2 цифры шестнадцатеричного кода), следующие 8 бит определяют количество зеленого (следующие 2 цифры шестнадцатеричного кода). ), а последние 8 бит определяют количество синего (последние 2 цифры шестнадцатеричного кода). Чтобы увеличить количество любого из этих цветов, вы можете изменить соответствующие шестнадцатеричные символы.

Например, #000000 имеет ноль для красного, зеленого и синего, поэтому установка более высокого значения для двух средних цифр (например, #004300 ) добавит немного зеленого к цвету.

Вы можете использовать эту HTML-страницу для экспериментов с шестнадцатеричными цветами. Просто введите цвет в поле ниже:

Изменение цвета фона RGB

5.5.3.

Представление цветов с меньшим количеством битов

Что, если бы мы использовали менее 24 бит для представления каждого цвета? Сколько места будет сэкономлено по сравнению с влиянием на изображение?

Диапазон цветов с меньшим количеством бит

Следующее интерактивное действие позволяет вам попытаться сопоставить определенный цвет, используя 24 бита, а затем 8 бит.

Должна быть возможность получить идеальное совпадение, используя 24-битный цвет. А как насчет 8 бит?

Сопоставитель цветов

Вышеупомянутая система использовала 3 бита для указания количества красного (8 возможных значений), 3 бита для указания количества зеленого (снова 8 возможных значений) и 2 бита для указания количества синего (4 возможных значения). Это дает в общей сложности 8 битов (отсюда и название), которые можно использовать для создания 256 различных битовых комбинаций и, таким образом, могут представлять 256 различных цветов.

Вам может быть интересно, почему синий цвет представлен меньшим количеством битов, чем красный и зеленый. Это связано с тем, что человеческий глаз наименее чувствителен к синему, и, следовательно, это наименее важный цвет в представлении. Представление использует 8 бит, а не 9 бит, потому что компьютеру проще всего работать с полными байтами.

При использовании этой схемы для представления всех пикселей изображения требуется одна треть количества битов, необходимых для 24-битного цвета, но она не так хороша для отображения плавных изменений цветов или тонких оттенков, поскольку существует только 256 возможных вариантов. цветов для каждого пикселя. Это один из важных компромиссов в представлении данных: вы выделяете меньше места (меньше битов) или вам нужно более высокое качество?

Число битов, используемых для представления цветов пикселей в конкретном изображении, иногда называют его «глубиной цвета» или «глубиной в битах». Например, изображение или дисплей с глубиной цвета 8 бит имеет выбор из 256 цветов для каждого пикселя. Больше информации об этом есть в Википедии. Резкое уменьшение битовой глубины изображения может сделать его очень странным; иногда это используется в качестве специального эффекта, называемого «постеризация» (т. е. создание похожего на плакат, напечатанный всего несколькими цветами).

Существует тонкая грань между представлением данных низкого качества (например, 8-битным цветом) и методами сжатия. В принципе, уменьшение изображения до 8-битного цвета — это способ его сжатия, но это очень плохой подход, и правильный метод сжатия, такой как JPEG, сделает эту работу намного лучше.

Какое влияние оказывает меньшее количество битов на общее изображение?

Следующий интерактив показывает, что происходит с изображениями при использовании меньшего диапазона цветов (в том числе вплоть до нуля битов!). Вы можете выбрать изображение с помощью меню или загрузить свое. В каких случаях изменение качества наиболее заметно? В каком нет? В каком из них вы бы действительно заботились о цветах изображения? В каких ситуациях цвет на самом деле не нужен (например, когда нам достаточно двух цветов)?

Сравнение битов изображения

Хотя мы предоставляем простой интерактивный инструмент для уменьшения количества битов в изображении, вы также можете использовать такие программы, как Gimp или Photoshop, для сохранения файлов с разной глубиной цвета.

Вы, наверное, заметили, что 8-битный цвет особенно плохо смотрится на лицах, на которых мы привыкли видеть тонкие тона кожи. Даже 16-битный цвет заметно хуже для лиц.

В других случаях 16-битные изображения почти так же хороши, как 24-битные, если только вы не посмотрите очень внимательно. Они также используют две трети (16/24) пространства по сравнению с 24-битным цветом. Для изображений, которые нужно будет загружать на устройства 3G, где интернет дорогой, об этом стоит тщательно подумать.

Проведите эксперимент со следующим интерактивом, чтобы увидеть, какое влияние оказывает различное количество битов для каждого цвета. Считаете ли вы, что 8-битный цвет был правильным, имея 2 бита для синего, или зеленый или красный должны были иметь только 2 бита?

Сравнение битов изображения

Еще одна интересная вещь, о которой следует подумать, это то, хотим ли мы более 24-битного цвета. Оказывается, человеческий глаз может различать только около 10 миллионов цветов, поэтому ~ 16 миллионов, обеспечиваемые 24-битным цветом, уже находятся за пределами того, что могут различать наши глаза. Однако если изображение будет обрабатываться каким-либо ПО, повышающим контрастность, может оказаться, что 24-битного цвета недостаточно. Выбрать представление не просто!

Сколько места сэкономят низкокачественные изображения?

Изображение, представленное с использованием 24-битного цвета, будет иметь 24 бита на пиксель. В изображении размером 600 x 800 пикселей (что является разумным размером для фотографии) оно будет содержать пиксели и, следовательно, будет использовать биты. Это составляет около 1,44 мегабайта. Если вместо этого мы используем 8-битный цвет, он будет использовать треть памяти, поэтому сэкономит почти мегабайт памяти. Или, если образ загружен, то будет сохранен мегабайт трафика.

8-битный цвет больше не используется, хотя он все еще может быть полезен в таких ситуациях, как удаленный доступ к рабочему столу компьютера при медленном интернет-соединении, поскольку вместо этого изображение рабочего стола может быть отправлено с использованием 8-битного цвета вместо 24-битного. . Несмотря на то, что это может привести к тому, что рабочий стол будет выглядеть немного странно, это не помешает вам получить все, что вам нужно, чтобы сделать, сделать. Видеть свой рабочий стол в 24-битном цвете было бы не очень полезно, если бы вы не могли выполнить свою работу!

В некоторых странах мобильный интернет стоит очень дорого. Каждый сэкономленный мегабайт будет означать экономию средств. Есть также ситуации, когда цвет вообще не имеет значения, например диаграммы и черно-белые печатные изображения.

А на практике?

Если пространство действительно является проблемой, то этот грубый метод сокращения диапазона цветов обычно не используется; вместо этого используются методы сжатия, такие как JPEG, GIF и PNG.

Они предлагают гораздо более умные компромиссы, чтобы уменьшить пространство, которое занимает изображение, не делая его таким уж плохим, включая выбор лучшей палитры цветов для использования, а не просто использование простого представления, описанного выше.