Limbaje de programare: Laborator 6

Reprezentare internă. Operatori pe biţi

Operaţii pe biţi: prelucrare de imagini

Reprezentarea imaginii Folosim pentru simplitate imagini în format bitmap (.bmp) care reprezintă independent culoarea fiecărui pixel din imagine. Varietatea paletei de culori e dată de numărul de biţi utilizaţi. Vom lucra cu imagini care folosesc 24 de biţi pe pixel. Culorile sunt codificate în format RGB: câte un octet (8 biţi) pentru fiecare din cele trei culori de bază, în ordinea: albastru, verde, roşu. Valoarea 0xFF (255) reprezintă intensitate maximă, iar valoarea 0 intensitate zero. Toate trei componentele la maxim dau ca rezultat alb; toate trei valorile zero înseamnă negru. Valoarea 0xFF pentru R şi zero pentru celelalte reprezintă roşu aprins; valoarea 0xFF pentru roşu şi verde, împreună cu 0 pentru albastru dă galben, etc.

Structura unui fişier imagine Un fişier cu o imagine bitmap conţine întâi un antet cu informaţii despre imagine (dimensiune, metodă de codificare, paletă de culori, etc.). Pentru formatul bitmap cu care lucrăm, antetul are 54 de octeţi. După antet urmează imaginea propriu-zisă, reprezentată în acest caz cu câte 3 octeţi pe pixel.
Folosiţi oricare din fişierele .bmp color din acest set de imagini de test.

Citirea şi scrierea imaginilor Pentru simplitate, programele pe care le scriem vor citi şi scrie fişierele de la intrarea standard respectiv la ieşirea standard. Aceasta ne va permite să scriem în continuare programele cu funcţiile simple şi cunoscute getchar şi putchar, care citesc, respectiv scriu câte un octet (un caracter) de la intrarea / la ieşirea standard. Numele fişierelor imagine cu care lucrăm le indicăm din linia de comandă:
./programexecutabil < intrare.bmp > iesire.bmp

Structura programului Întrucât nu vom modifica dimensiunile imaginii, antetul va fi copiat neschimbat în imaginea de ieşire. Programul nostru va avea deci structura:

// copiaza 54 de caractere(octeti) cu getchar/putchar de la intrare la iesire
// cat timp nu s-a terminat intrarea
  // citeste cate un octet (sau cate trei pentru un pixel)
  // modifica octetul conform prelucrarii dorite
  // scrie octetul la iesire

De implementat (partea 1) Codificaţi în program prelucrarea indicată (resetând cei mai puţini semnificativi 4 biţi din fiecare componentă de culoare), şi observaţi efectul. Variaţi apoi numărul de biţi afectaţi (5, 3, 2, ...). Implementaţi varianta în care setaţi biţii respectivi pe 1. Efectul de pete de culoare va fi acelaşi, dar imaginea va deveni mai luminoasă.

De implementat (partea 2) Puteţi efectua şi alte prelucrări care nu ţin de codificare: să inversaţi intensitatea culorilor din imagine (negativ), să o transformaţi în nuanţe de gri (folosind uniform media aritmetică a celor trei componente), să modificaţi luminozitatea, să obţineţi diverse efecte de culoare, etc.

Observaţie Veţi observa că dacă nu modificaţi decât bitul cel mai puţin semnificativ (sau ultimii doi), efectele sunt practic nedetectabile cu ochiul liber. Astfel se pot încorpora în imagine date ascunse fără ca altcineva să suspecteze acest lucru, procedeu numit steganografie.

Alte probleme cu operatori pe biţi

1. Scrieţi o funcţie care ia ca parametru un întreg fără semn şi returnează cea mai semnificativă poziţie pe care se afla un bit de 1.
   Rezolvaţi aceeaşi problemă pentru poziţia cea mai puţin semnificativă.
   Exemplu: 10 = 1010₍₂₎. Cel mai semnificativ bit de 1 e pe poziţia 3; cel mai puţin semnificativ e pe poziţia 1.
2. Scrieţi o funcţie care ia ca parametru un întreg fără semn şi îl scrie în baza 8, folosind operatori pe biţi.
   Indicaţie: O cifră în baza 8 ocupă 3 biţi. Restul la împărţirea cu 8 se obţine prin ŞI cu numărul format din 3 biţi de 1, adică 7. Câtul la împărţirea cu 8 se obţine prin deplasare la dreapta cu 3 biţi.
3. Scrieţi o funcţie care ia ca parametri doi întregi fără semn şi calculează suma lor, făcând adunarea bit cu bit, cu propagarea transportului.
4. Scrieţi o funcţie care ia ca parametru un întreg fără semnşi returnează numărul cu aceiaşi biţi în ordine inversă.