Görüntü Nedir?

Sayısal dünyada ses ile görüntü verisinin depolanması arasında herhangi bir fark bulunmamaktadır. Ancak deneyimlerime göre insanlar kablosuz olarak ses iletimini bir şekilde anlamlandırılabilirken, konu görüntü iletimine geldiğinde kafalarda soru işaretleri oluşabiliyor. Bugün bu soru işaretlerini gidermek için öncelikle görüntünün bilgisayarımızda nasıl saklandığı üzerinde konuşacağız, sonraki yazıda ise bir görüntü iletim simülasyonu gerçekleştireceğiz.

Bilgisayarlarda her şeyin “0” ve “1” ile temsil edildiğini mutlaka duymuşsunuzdur. Bunu ilk duyduğumda kafamda canlandırmakta oldukça zorlanmıştım. Ancak sayısallaştırma işleminin detaylarını öğrendikçe her şey netleşmeye başladı. Bu nedenle öncelikle herhangi bir sinyalin nasıl sayısala dönüştürüldüğü üzerinde konuşmak istiyorum. Sayısallaştırma (veya analog sayısal dönüşüm) işlemi üç temel adım ile gerçekleştirilmektedir. Bunlar;

• Örnekleme
• Kuantalama
• Kodlama

Örnekleme işlemi, sayısal dönüşümünü gerçekleştireceğimiz sinyalden belirli aralıklarla örnekler alma ve bu değerleri saklama işlemine denir. Örneğin bir ses işaretinin 4,8 kHz ile örneklenmesi mikrofon ile algılanan sinyalden saniyede 4800 adet örnek alındığı anlamına gelir. Böylelikle zaman uzayında sonsuz değere sahip olan analog işaret, örneklenerek sınırlı sayıda değere sahip bir işarete dönüştürülür. Bu konuda örnekleme frekansının uygun olarak belirlenmesi oldukça önemlidir. Ancak bu konunun detaylarına bu yazıda girmek istemiyorum. Merak edenler Nyquist kriteri konusuna ayrıca bakabilir.

Sonraki adım olan kuantalama işlemi ise alınan örneklerin genlik uzayında sınırlı sayıda değer ile temsil edilmesini sağlar. Bu işlem ölçüm aralığının parçalara ayrılması ve örneklerin en yakın olan seviyeye yuvarlanması ile gerçekleştirilir. Yani alınan bir örneğin değeri 1,001254632482282…..222885 olabilir, ancak kuantalama işlemi sonucunda bu değer seçilen hassasiyete göre 1,0 veya 1,001 olarak saklanır. Burada görüldüğü gibi yuvarlama işleminden kaynaklanan bir hata oluşmaktadır. Ancak kuantalama gürültüsü olarak adlandırılan bu konu da bu yazının amacı arasında yer almamaktadır.

Son olarak kodlama işleminde ise kuantalanan örnekler “0” ve “1” değerlerinden oluşan kod dizileri ile temsil edilerek sayısallaştırma işlemi tamamlanır. Yani önceki örnekte bahsettiğimiz 1,001 değerine yuvarlanan örnek artık bir bit dizisi ile yani “01001010” gibi bir değerle bilgisayarımızda saklanır. Şekil 1’de analog sayısal dönüşüm işleminin adımları görselleştirilmiştir.

Burada öncelikle siyah ile gösterilen sinüs işareti örneklenerek kırmızı ile gösterilen işaret elde edilmiştir. Daha sonra kuantalama işlemi sonucunda alınan örnekler mavi ile gösterilen kuantalanmış işarete dönüştürülmektedir. Son olarak kodlama işlemi gerçekleştirilerek sinüs işareti sayısal ortamda saklanmaya hazır hale getirilmiştir. Umarım buraya kadar her şey anlaşılmıştır çünkü buradan sonra işler biraz karmaşıklaşacak.

Şimdi gelelim görüntülerin nasıl sayısal ortama aktarıldığı konusuna. Nasıl ki ses sinyallerini algılayabilmek için mikrofona ihtiyacımız var, görüntüleri algılayabilmek için de kameraların içerisinde bulunan görüntü sensörlerine ihtiyacımız vardır. Görüntü sensörü temel olarak ışık şiddetini algılayan çok sayıda fotodedektörün (photodetector, PD) birleşiminden oluşur. PD’lerin oluşturduğu işaretler yukarıda anlatılan adımlar uygulanarak sayısal ortama aktarılabilir. Bu sayısal dönüşüm işlemi çok hızlı bir şekilde görüntü sensörünün içerisinde bulunan tüm PD’lere uygulandığında görüntünün sayısallaştırılma işlemi tamamlanmış olur. Şekil 2’de bir görüntü sensörünün içerisindeki PD’ler ve bu PD’lerin oluşturduğu sinyallerin sayısala dönüştürülmesi ile oluşan görüntü görülmektedir.

Görüldüğü gibi görüntü sensörünün içerisinde M*N adet PD bulunmaktadır. Bu örnekte “1” numaralı PD sayısala “157” olarak dönüştürülmekte ve bu değer grinin bir tonuna karşılık gelmektedir. Siyah beyaz fotoğraflarda genellikle 256 adet ton bulunmaktadır ve “0” değeri siyaha, “255” değeri ise beyaza karşılık gelir. Bu sayılar da tabii ki temelde “0” ve “1” ile (157’nin karşılığı “10011101”) temsil edilmektedir. Sonuç olarak ses ve görüntünün bilgisayarda aynı şekilde yani belirli sayılar ile saklanmaktadır. Siyah beyaz görüntülerde her bir piksel bir sayı ile temsil edilebilirken, renkli görüntülerde ise her bir piksel üç sayı (kırmızı, yeşil ve mavi ışık miktarı) ile temsil edilmektedir.

Peki nasıl oluyor da biz bu sayıları ekranda görüntü olarak görüyoruz? Bu soruya ekranlara daha yakından bakarak kolaylıkla cevap verebiliriz. Şekil 3’te bir telefon ekranının mikroskop altındaki görüntüsü yer almaktadır.

Şekilde görüldüğü gibi aslında ekranlarda çok küçük boyutlarda kırmızı, yeşil ve mavi renkte ışık yayan LED’ler bulunmaktadır. Her bir RGB LED’in parlaklığı ayarlanarak istenilen renkteki ışığın oluşması sağlanır ve bu işlem tüm RGB LED’ler için tekrarlanarak ekranda istenilen görüntüler oluşturulur.

Sonuç olarak bilgisayarlarımız için görüntü ve sesin sadece farklı sayıların yan yana geldiği diziler olduğunu söyleyebiliriz. Bu bilgilerin ışığında sonraki yazıda basit bir görüntü iletim simülasyonu gerçekleştireceğiz. O zamana kadar kendinize iyi bakın efendim. 🙂