Введение

Компьютерная графика, термин цифровой информации

Битовая плоскость цифрового дискретного сигнала (например, изображения или звука) представляет собой набор битов, соответствующих заданной битовой позиции в каждом из двоичных чисел, представляющих сигнал. Например, для 16-битного представления данных существует 16 битовых плоскостей: первая битовая плоскость содержит набор наиболее значащих битов, а 16-я – наименее значащих битов. Можно заметить, что первая битовая плоскость дает наиболее грубое, но наиболее существенное приближение значений среды, и чем выше номер битовой плоскости, тем меньше ее вклад в конечный результат. Таким образом, добавление битовой плоскости обеспечивает более точное приближение. Если бит на n-й битовой плоскости в наборе данных m бит установлен в 1, он вносит значение 2^(m-n), в противном случае – ничего. Следовательно, битовые плоскости могут вносить половину значения предыдущей битовой плоскости. Например, для 8-битного значения 10110101 (181 в десятичной системе) битовые плоскости работают следующим образом:

Битовая плоскость Значение Вклад Кумулятивный итог
1-я 1 1 × 2^7 = 128 128
2-я 0 0 × 2^6 = 0 128
3-я 1 1 × 2^5 = 32 160
4-я 1 1 × 2^4 = 16 176
5-я 0 0 × 2^3 = 0 176
6-я 1 1 × 2^2 = 4 180
7-я 0 0 × 2^1 = 0 180
8-я 1 1 × 2^0 = 1 181

Битовая плоскость иногда используется как синоним к Bitmap; однако, технически первая относится к расположению данных в памяти, а вторая – к самим данным. Один из аспектов использования битовых плоскостей – определение того, является ли битовая плоскость случайным шумом или содержит значимую информацию. Один из методов расчета этого – сравнение каждого пикселя (X, Y) с тремя соседними пикселями (X-1, Y), (X, Y-1) и (X-1, Y-1). Если пиксель совпадает по крайней мере с двумя из трех соседних пикселей, он не является шумом. В зашумленной битовой плоскости будет от 49% до 51% пикселей, представляющих собой шум.

Форматы медиафайлов

В качестве примера, в PCM-кодировании звука первый бит в выборке указывает знак значения, или, другими словами, определяет половину всего диапазона значений амплитуды, а последний бит определяет точное значение. Замена более значащих битов приводит к большим искажениям, чем замена менее значащих битов. В медиа-сжатии с потерями, использующем битовые плоскости, это предоставляет больше свободы при кодировании менее значащих битовых плоскостей и делает сохранение более значащих битовых плоскостей более критичным. Как показано на изображении выше, начальные битовые плоскости, особенно первая, могут содержать длинные последовательности одинаковых битов и, следовательно, могут быть эффективно закодированы кодированием длин серий. Это применяется (в преобразованном домене) в формате изображений Progressive Graphics File, например.

Дисплеи битмапов

Некоторые компьютеры отображали графику в формате бит-плоскостей, наиболее заметно на ПК с графической картой EGA, Amiga и Atari ST, в отличие от более распространенного сжатого формата. Это позволяло выполнять определенные типы операций с изображениями, используя побитовые операции (особенно с помощью чипа блиттера), а также создавать эффекты параллаксной прокрутки.

Оценка движения видео

Некоторые алгоритмы оценки движения могут быть реализованы с использованием битовых плоскостей (например, после применения фильтра для преобразования заметных признаков границ в бинарные значения). Это иногда может обеспечить достаточно точное приближение для операций корреляции с минимальными вычислительными затратами. Это основано на наблюдении, что пространственная информация важнее точных значений. Свертки могут быть сведены к операциям сдвига битов и подсчета установленных битов, или выполняться на специализированном аппаратном обеспечении.

Нейронные сети

Форматы битплейнов могут использоваться для передачи изображений в спайковые нейронные сети или для низкоточных приближений нейронных сетей / свёрточных нейронных сетей.

Программы

Многие пакеты обработки изображений могут разделить изображение на битовые плоскости. Инструменты с открытым исходным кодом, такие как Pamarith из Netpbm и Convert из ImageMagick, могут быть использованы для создания битовых плоскостей.