Кодирование цветов и полутонов

 

Цвета или полутона серого цвета могут быть введены в буфер кадра путем использования дополнительных битовых плоскостей.

На рис. 3.15 пока­зана схема буфера кадра с N битовыми плоско­стями для градаций серого цвета. Интенсивность каждого пиксела на ЭЛТ управляется содержимым соответствующих ячеек памяти в каждой из N битовых плоско­стей.

В соответ­ству­ющую позицию регистра загружается бинарная величина (0 или 1) из каждой пло­скости. Двоичное число, получившееся в результате, интерпретиру­ется как уровень интенсивности между 0 (темный экран) и 2^N–1 (максимальная интенсивность свечения), т.е. всего можно получить 2^N уровней интенсивности . С помощью ЦАП это число преобразуется в напряжение.

Рис. 3.15 иллюстриру­ет систему с тремя битовыми плоскостями для 2³ = 8 уровней ин­тенсивности. Для передачи реалистичного черно-белого изобра­же­ния используется большее количество битовых плоскостей — до 8. При этом число уровней интенсивности составляет 2⁸ = 256. Образец полутонового изображения с таким количеством уровней представлен на рис. 3.8.

Рисунок 3.15 – Черно-белый буфер кадра с N-битовыми плоскостями

Для каждой битовой плоскости требуется полный объем памяти при данном разрешении растра: например, буфер кадра с тремя битовыми плоскостями для растра 640×480 занима­ет 640×480×3 = 921600 бит или 112,5 килобайт памяти, а при 8 битовых плоскостях — 300 килобайт.

Поскольку существует три основных цвета, наиболее простой способ реализации цветного изображения — цветной буфер кадра с тремя битовыми плоскостями, по одной для каждого из основных цветов, рис. 3.16. Каждая битовая плоскость управляет индивидуальной электронной пушкой для каждого из трех основных цветов, используемых в видеотехнике. Три основных цвета, комбинируясь на ЭЛТ, дают восемь цветов. Эти цвета и со­ответ­ству­ющие им двоичные коды приведены на рис. 3.17.

 

Рисунок 3.16 – Простой цветной буфер кадра с тремя битовыми плоскостями

 

Рисунок 3.17 – Простое трехбитовое кодирование цвета

 

Изображение, получаемое при таком способе кодирования, имеет весьма низкое визуальное разрешение, рис. 3.19. Вид изображения можно улучшить, применив один из методов аппроксимации полутонов, описанных выше. На рис. 3.20 приведено цветное изображение, полученное методом диффузии восьми цветов.

Число доступных цветов можно увеличить, воспользо­вавшись таблицей цветов, рис. 3.18. После считывания из буфера кадра битовых плоскостей получившееся число используется как индекс в таблице цветов. В этой таблице содержится 2^N элементов, совокупность которых называется палитрой. Каждый ее эле­мент может содержать W бит кодировки цвета, причем W > N. В таком случае можно получить 2^W значений цветов, но одновременно могут быть доступны лишь 2^N из них. Для полу­чения других значений таблицу цветов не­обходимо изменить — загрузить в нее другую палитру.

Рисунок 3.18 – Буфер кадра с N – битовыми плоскостями и W- разрядной таблицей цветов

 

Рисунок 3.19 – Изображение с простым трехбитовым кодированием цвета

 

Рисунок 3.20 – Изображение с трехбитовым кодированием цвета и аппроксимацией полутонов методом диффузии

 

На рис. 3.21 и 3.22 показаны изображения, полученные с помощью 3 битовых плоскостей (8 цветов) и таблицы цветов. Качество изображения на рис. 3.19 улуч­шено использованием метода диффузии.

Рисунок 3.21 – Изображение с трехбитовым кодированием цвета и адаптивной таблицей цветов

 

 

 

Рисунок 3.22 – Изображение с трехбитовым кодированием цвета, адаптивной таблицей цветов и аппроксимацией полутонов методом диффузии

 

Для отображения реалистичных цветных изображений необходимо иметь возможность регулировать интенсивность каждого из трех основных цветов: красного, синего и зеленого. Для этого нужно, чтобы каждой из трех цветовых пушек соответствовало несколько битовых плоскостей.

На рис. 3.23 показан цветной буфер кадра с 8 битовыми плоскостями на каждый цвет, то есть буфер кадра с 8×3 = 24 битовыми плоскостями. Каждая группа битовых плоскостей управляет 8-разрядным ЦАП. Каждая такая группа может генерировать 2⁸ = 256 уровней интенсивностей красного, зеленого или синего цвета. Их можно скомбинировать в 2²⁴ = 256³ = 16 777 216 цветов. Это «полноцветный» бу­фер кадра.

Рисунок 3.23 – Цветной буфер кадра с 24 битовыми плоскостями