5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 158
Cyfrowa obroacutebka
obrazu i dźwięku
Dr inż Grzegorz Grodzki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 258
Proste i szybkie narzędzia
do projektowania grafiki
Komputer (duże wymagania sprzętowe)
Procesor
Pamięć operacyjna RAM
Dysk twardy
Karta grafikiUrządzenia dodatkowe
skaner ploter
drukarka (wielkoformatowa)
kamera cyfrowa (aparat fotograficzny)
urządzenia do archiwizacji
Oprogramowanie do edycji grafiki wektorowej i bitmapowej
do montażu grafik
do katalogowania i zarządzania grafiką
do archiwizowania grafik
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 358
Karta graficzna
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 458
Karta grafiki S3 Delta Chrom
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 558
Karta grafiki Sparkle SP8836U-PT
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 658
Karta grafiki Power Color Volari V8 DUO
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 758
Rodzaje i zasada działania skaneroacutew
Skaner bębnowy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 858
Skaner płaski CCD
CCD są krzemowymi poacutełprzewodnikowymi
elementami pojemnościowymi (MOS ndash Metal-
Oxide Semiconductor) zdolnymi doprzechowywania gromadzonych ładunkoacutew
elektrycznych
Ilość zgromadzonego ładunku jest proporcjonalna
do natężenia światła oraz czasu ekspozycji
Odczytanie analogowej wartości prądu i
przesłanie jej do wzmacniacza a stamtąd do
przetwornika AC powoduje rozładowanie
detektora dzięki czemu jest on gotowy do
ponownego użycia
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 958
Skaner płaski CIS
Detektory CIS wykorzystują technologię CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) i działają podobnie jak CCD
ale każdy z nich posiada własny wzmacniacz oraz bdquoelektronikęrdquo odpowiedzialną za przetworzenie sygnału i komunikację zmodułem wymiany danych (są więc większe)
Elementy światłoczułe umieszczane są w rzędzie tuż pod szybą (brak jest skomplikowanego układu optycznego) zamiast
lampy z zimną katodą źroacutedłem światła jest zestaw energooszczędnych diod świecących w 3 kolorach podstawowych
Montowane są w tej samej listwie co elementy światłoczułe
Maksymalna odległość sensoroacutew od dokumentu to ~3 mm głębia ostrości 05 mm ogranicza zakres stosowania skaneroacutew
CIS tylko do dokumentoacutew płaskich Charakteryzują się one roacutewnież mniejszą rozdzielczością niż skanery CCD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1058
Budowa i zasada działania drukarek
Drukarka laserowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1158
Drukarka atramentowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1258
Poroacutewnanie klasycznego aparatu
z aparatem cyfrowym
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1358
Zasada działania aparatu cyfrowego
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1458
Ile zmieści się zdjęć na nośniku
format 1280x1024 4MB 8MB 16MB 32MB
ilość zdjęć bez kompresji 5 11 21 42
ilość zdjęć z kompresją JPEG z ma łymi stratami 22 44 86 178
ilość zdjęć z kompresją JPEG z większymi stratami 44 88 172 350
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 258
Proste i szybkie narzędzia
do projektowania grafiki
Komputer (duże wymagania sprzętowe)
Procesor
Pamięć operacyjna RAM
Dysk twardy
Karta grafikiUrządzenia dodatkowe
skaner ploter
drukarka (wielkoformatowa)
kamera cyfrowa (aparat fotograficzny)
urządzenia do archiwizacji
Oprogramowanie do edycji grafiki wektorowej i bitmapowej
do montażu grafik
do katalogowania i zarządzania grafiką
do archiwizowania grafik
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 358
Karta graficzna
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 458
Karta grafiki S3 Delta Chrom
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 558
Karta grafiki Sparkle SP8836U-PT
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 658
Karta grafiki Power Color Volari V8 DUO
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 758
Rodzaje i zasada działania skaneroacutew
Skaner bębnowy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 858
Skaner płaski CCD
CCD są krzemowymi poacutełprzewodnikowymi
elementami pojemnościowymi (MOS ndash Metal-
Oxide Semiconductor) zdolnymi doprzechowywania gromadzonych ładunkoacutew
elektrycznych
Ilość zgromadzonego ładunku jest proporcjonalna
do natężenia światła oraz czasu ekspozycji
Odczytanie analogowej wartości prądu i
przesłanie jej do wzmacniacza a stamtąd do
przetwornika AC powoduje rozładowanie
detektora dzięki czemu jest on gotowy do
ponownego użycia
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 958
Skaner płaski CIS
Detektory CIS wykorzystują technologię CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) i działają podobnie jak CCD
ale każdy z nich posiada własny wzmacniacz oraz bdquoelektronikęrdquo odpowiedzialną za przetworzenie sygnału i komunikację zmodułem wymiany danych (są więc większe)
Elementy światłoczułe umieszczane są w rzędzie tuż pod szybą (brak jest skomplikowanego układu optycznego) zamiast
lampy z zimną katodą źroacutedłem światła jest zestaw energooszczędnych diod świecących w 3 kolorach podstawowych
Montowane są w tej samej listwie co elementy światłoczułe
Maksymalna odległość sensoroacutew od dokumentu to ~3 mm głębia ostrości 05 mm ogranicza zakres stosowania skaneroacutew
CIS tylko do dokumentoacutew płaskich Charakteryzują się one roacutewnież mniejszą rozdzielczością niż skanery CCD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1058
Budowa i zasada działania drukarek
Drukarka laserowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1158
Drukarka atramentowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1258
Poroacutewnanie klasycznego aparatu
z aparatem cyfrowym
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1358
Zasada działania aparatu cyfrowego
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1458
Ile zmieści się zdjęć na nośniku
format 1280x1024 4MB 8MB 16MB 32MB
ilość zdjęć bez kompresji 5 11 21 42
ilość zdjęć z kompresją JPEG z ma łymi stratami 22 44 86 178
ilość zdjęć z kompresją JPEG z większymi stratami 44 88 172 350
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 358
Karta graficzna
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 458
Karta grafiki S3 Delta Chrom
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 558
Karta grafiki Sparkle SP8836U-PT
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 658
Karta grafiki Power Color Volari V8 DUO
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 758
Rodzaje i zasada działania skaneroacutew
Skaner bębnowy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 858
Skaner płaski CCD
CCD są krzemowymi poacutełprzewodnikowymi
elementami pojemnościowymi (MOS ndash Metal-
Oxide Semiconductor) zdolnymi doprzechowywania gromadzonych ładunkoacutew
elektrycznych
Ilość zgromadzonego ładunku jest proporcjonalna
do natężenia światła oraz czasu ekspozycji
Odczytanie analogowej wartości prądu i
przesłanie jej do wzmacniacza a stamtąd do
przetwornika AC powoduje rozładowanie
detektora dzięki czemu jest on gotowy do
ponownego użycia
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 958
Skaner płaski CIS
Detektory CIS wykorzystują technologię CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) i działają podobnie jak CCD
ale każdy z nich posiada własny wzmacniacz oraz bdquoelektronikęrdquo odpowiedzialną za przetworzenie sygnału i komunikację zmodułem wymiany danych (są więc większe)
Elementy światłoczułe umieszczane są w rzędzie tuż pod szybą (brak jest skomplikowanego układu optycznego) zamiast
lampy z zimną katodą źroacutedłem światła jest zestaw energooszczędnych diod świecących w 3 kolorach podstawowych
Montowane są w tej samej listwie co elementy światłoczułe
Maksymalna odległość sensoroacutew od dokumentu to ~3 mm głębia ostrości 05 mm ogranicza zakres stosowania skaneroacutew
CIS tylko do dokumentoacutew płaskich Charakteryzują się one roacutewnież mniejszą rozdzielczością niż skanery CCD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1058
Budowa i zasada działania drukarek
Drukarka laserowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1158
Drukarka atramentowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1258
Poroacutewnanie klasycznego aparatu
z aparatem cyfrowym
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1358
Zasada działania aparatu cyfrowego
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1458
Ile zmieści się zdjęć na nośniku
format 1280x1024 4MB 8MB 16MB 32MB
ilość zdjęć bez kompresji 5 11 21 42
ilość zdjęć z kompresją JPEG z ma łymi stratami 22 44 86 178
ilość zdjęć z kompresją JPEG z większymi stratami 44 88 172 350
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 458
Karta grafiki S3 Delta Chrom
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 558
Karta grafiki Sparkle SP8836U-PT
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 658
Karta grafiki Power Color Volari V8 DUO
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 758
Rodzaje i zasada działania skaneroacutew
Skaner bębnowy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 858
Skaner płaski CCD
CCD są krzemowymi poacutełprzewodnikowymi
elementami pojemnościowymi (MOS ndash Metal-
Oxide Semiconductor) zdolnymi doprzechowywania gromadzonych ładunkoacutew
elektrycznych
Ilość zgromadzonego ładunku jest proporcjonalna
do natężenia światła oraz czasu ekspozycji
Odczytanie analogowej wartości prądu i
przesłanie jej do wzmacniacza a stamtąd do
przetwornika AC powoduje rozładowanie
detektora dzięki czemu jest on gotowy do
ponownego użycia
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 958
Skaner płaski CIS
Detektory CIS wykorzystują technologię CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) i działają podobnie jak CCD
ale każdy z nich posiada własny wzmacniacz oraz bdquoelektronikęrdquo odpowiedzialną za przetworzenie sygnału i komunikację zmodułem wymiany danych (są więc większe)
Elementy światłoczułe umieszczane są w rzędzie tuż pod szybą (brak jest skomplikowanego układu optycznego) zamiast
lampy z zimną katodą źroacutedłem światła jest zestaw energooszczędnych diod świecących w 3 kolorach podstawowych
Montowane są w tej samej listwie co elementy światłoczułe
Maksymalna odległość sensoroacutew od dokumentu to ~3 mm głębia ostrości 05 mm ogranicza zakres stosowania skaneroacutew
CIS tylko do dokumentoacutew płaskich Charakteryzują się one roacutewnież mniejszą rozdzielczością niż skanery CCD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1058
Budowa i zasada działania drukarek
Drukarka laserowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1158
Drukarka atramentowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1258
Poroacutewnanie klasycznego aparatu
z aparatem cyfrowym
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1358
Zasada działania aparatu cyfrowego
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1458
Ile zmieści się zdjęć na nośniku
format 1280x1024 4MB 8MB 16MB 32MB
ilość zdjęć bez kompresji 5 11 21 42
ilość zdjęć z kompresją JPEG z ma łymi stratami 22 44 86 178
ilość zdjęć z kompresją JPEG z większymi stratami 44 88 172 350
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 558
Karta grafiki Sparkle SP8836U-PT
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 658
Karta grafiki Power Color Volari V8 DUO
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 758
Rodzaje i zasada działania skaneroacutew
Skaner bębnowy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 858
Skaner płaski CCD
CCD są krzemowymi poacutełprzewodnikowymi
elementami pojemnościowymi (MOS ndash Metal-
Oxide Semiconductor) zdolnymi doprzechowywania gromadzonych ładunkoacutew
elektrycznych
Ilość zgromadzonego ładunku jest proporcjonalna
do natężenia światła oraz czasu ekspozycji
Odczytanie analogowej wartości prądu i
przesłanie jej do wzmacniacza a stamtąd do
przetwornika AC powoduje rozładowanie
detektora dzięki czemu jest on gotowy do
ponownego użycia
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 958
Skaner płaski CIS
Detektory CIS wykorzystują technologię CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) i działają podobnie jak CCD
ale każdy z nich posiada własny wzmacniacz oraz bdquoelektronikęrdquo odpowiedzialną za przetworzenie sygnału i komunikację zmodułem wymiany danych (są więc większe)
Elementy światłoczułe umieszczane są w rzędzie tuż pod szybą (brak jest skomplikowanego układu optycznego) zamiast
lampy z zimną katodą źroacutedłem światła jest zestaw energooszczędnych diod świecących w 3 kolorach podstawowych
Montowane są w tej samej listwie co elementy światłoczułe
Maksymalna odległość sensoroacutew od dokumentu to ~3 mm głębia ostrości 05 mm ogranicza zakres stosowania skaneroacutew
CIS tylko do dokumentoacutew płaskich Charakteryzują się one roacutewnież mniejszą rozdzielczością niż skanery CCD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1058
Budowa i zasada działania drukarek
Drukarka laserowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1158
Drukarka atramentowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1258
Poroacutewnanie klasycznego aparatu
z aparatem cyfrowym
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1358
Zasada działania aparatu cyfrowego
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1458
Ile zmieści się zdjęć na nośniku
format 1280x1024 4MB 8MB 16MB 32MB
ilość zdjęć bez kompresji 5 11 21 42
ilość zdjęć z kompresją JPEG z ma łymi stratami 22 44 86 178
ilość zdjęć z kompresją JPEG z większymi stratami 44 88 172 350
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 658
Karta grafiki Power Color Volari V8 DUO
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 758
Rodzaje i zasada działania skaneroacutew
Skaner bębnowy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 858
Skaner płaski CCD
CCD są krzemowymi poacutełprzewodnikowymi
elementami pojemnościowymi (MOS ndash Metal-
Oxide Semiconductor) zdolnymi doprzechowywania gromadzonych ładunkoacutew
elektrycznych
Ilość zgromadzonego ładunku jest proporcjonalna
do natężenia światła oraz czasu ekspozycji
Odczytanie analogowej wartości prądu i
przesłanie jej do wzmacniacza a stamtąd do
przetwornika AC powoduje rozładowanie
detektora dzięki czemu jest on gotowy do
ponownego użycia
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 958
Skaner płaski CIS
Detektory CIS wykorzystują technologię CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) i działają podobnie jak CCD
ale każdy z nich posiada własny wzmacniacz oraz bdquoelektronikęrdquo odpowiedzialną za przetworzenie sygnału i komunikację zmodułem wymiany danych (są więc większe)
Elementy światłoczułe umieszczane są w rzędzie tuż pod szybą (brak jest skomplikowanego układu optycznego) zamiast
lampy z zimną katodą źroacutedłem światła jest zestaw energooszczędnych diod świecących w 3 kolorach podstawowych
Montowane są w tej samej listwie co elementy światłoczułe
Maksymalna odległość sensoroacutew od dokumentu to ~3 mm głębia ostrości 05 mm ogranicza zakres stosowania skaneroacutew
CIS tylko do dokumentoacutew płaskich Charakteryzują się one roacutewnież mniejszą rozdzielczością niż skanery CCD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1058
Budowa i zasada działania drukarek
Drukarka laserowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1158
Drukarka atramentowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1258
Poroacutewnanie klasycznego aparatu
z aparatem cyfrowym
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1358
Zasada działania aparatu cyfrowego
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1458
Ile zmieści się zdjęć na nośniku
format 1280x1024 4MB 8MB 16MB 32MB
ilość zdjęć bez kompresji 5 11 21 42
ilość zdjęć z kompresją JPEG z ma łymi stratami 22 44 86 178
ilość zdjęć z kompresją JPEG z większymi stratami 44 88 172 350
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 758
Rodzaje i zasada działania skaneroacutew
Skaner bębnowy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 858
Skaner płaski CCD
CCD są krzemowymi poacutełprzewodnikowymi
elementami pojemnościowymi (MOS ndash Metal-
Oxide Semiconductor) zdolnymi doprzechowywania gromadzonych ładunkoacutew
elektrycznych
Ilość zgromadzonego ładunku jest proporcjonalna
do natężenia światła oraz czasu ekspozycji
Odczytanie analogowej wartości prądu i
przesłanie jej do wzmacniacza a stamtąd do
przetwornika AC powoduje rozładowanie
detektora dzięki czemu jest on gotowy do
ponownego użycia
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 958
Skaner płaski CIS
Detektory CIS wykorzystują technologię CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) i działają podobnie jak CCD
ale każdy z nich posiada własny wzmacniacz oraz bdquoelektronikęrdquo odpowiedzialną za przetworzenie sygnału i komunikację zmodułem wymiany danych (są więc większe)
Elementy światłoczułe umieszczane są w rzędzie tuż pod szybą (brak jest skomplikowanego układu optycznego) zamiast
lampy z zimną katodą źroacutedłem światła jest zestaw energooszczędnych diod świecących w 3 kolorach podstawowych
Montowane są w tej samej listwie co elementy światłoczułe
Maksymalna odległość sensoroacutew od dokumentu to ~3 mm głębia ostrości 05 mm ogranicza zakres stosowania skaneroacutew
CIS tylko do dokumentoacutew płaskich Charakteryzują się one roacutewnież mniejszą rozdzielczością niż skanery CCD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1058
Budowa i zasada działania drukarek
Drukarka laserowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1158
Drukarka atramentowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1258
Poroacutewnanie klasycznego aparatu
z aparatem cyfrowym
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1358
Zasada działania aparatu cyfrowego
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1458
Ile zmieści się zdjęć na nośniku
format 1280x1024 4MB 8MB 16MB 32MB
ilość zdjęć bez kompresji 5 11 21 42
ilość zdjęć z kompresją JPEG z ma łymi stratami 22 44 86 178
ilość zdjęć z kompresją JPEG z większymi stratami 44 88 172 350
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 858
Skaner płaski CCD
CCD są krzemowymi poacutełprzewodnikowymi
elementami pojemnościowymi (MOS ndash Metal-
Oxide Semiconductor) zdolnymi doprzechowywania gromadzonych ładunkoacutew
elektrycznych
Ilość zgromadzonego ładunku jest proporcjonalna
do natężenia światła oraz czasu ekspozycji
Odczytanie analogowej wartości prądu i
przesłanie jej do wzmacniacza a stamtąd do
przetwornika AC powoduje rozładowanie
detektora dzięki czemu jest on gotowy do
ponownego użycia
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 958
Skaner płaski CIS
Detektory CIS wykorzystują technologię CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) i działają podobnie jak CCD
ale każdy z nich posiada własny wzmacniacz oraz bdquoelektronikęrdquo odpowiedzialną za przetworzenie sygnału i komunikację zmodułem wymiany danych (są więc większe)
Elementy światłoczułe umieszczane są w rzędzie tuż pod szybą (brak jest skomplikowanego układu optycznego) zamiast
lampy z zimną katodą źroacutedłem światła jest zestaw energooszczędnych diod świecących w 3 kolorach podstawowych
Montowane są w tej samej listwie co elementy światłoczułe
Maksymalna odległość sensoroacutew od dokumentu to ~3 mm głębia ostrości 05 mm ogranicza zakres stosowania skaneroacutew
CIS tylko do dokumentoacutew płaskich Charakteryzują się one roacutewnież mniejszą rozdzielczością niż skanery CCD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1058
Budowa i zasada działania drukarek
Drukarka laserowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1158
Drukarka atramentowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1258
Poroacutewnanie klasycznego aparatu
z aparatem cyfrowym
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1358
Zasada działania aparatu cyfrowego
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1458
Ile zmieści się zdjęć na nośniku
format 1280x1024 4MB 8MB 16MB 32MB
ilość zdjęć bez kompresji 5 11 21 42
ilość zdjęć z kompresją JPEG z ma łymi stratami 22 44 86 178
ilość zdjęć z kompresją JPEG z większymi stratami 44 88 172 350
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 958
Skaner płaski CIS
Detektory CIS wykorzystują technologię CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) i działają podobnie jak CCD
ale każdy z nich posiada własny wzmacniacz oraz bdquoelektronikęrdquo odpowiedzialną za przetworzenie sygnału i komunikację zmodułem wymiany danych (są więc większe)
Elementy światłoczułe umieszczane są w rzędzie tuż pod szybą (brak jest skomplikowanego układu optycznego) zamiast
lampy z zimną katodą źroacutedłem światła jest zestaw energooszczędnych diod świecących w 3 kolorach podstawowych
Montowane są w tej samej listwie co elementy światłoczułe
Maksymalna odległość sensoroacutew od dokumentu to ~3 mm głębia ostrości 05 mm ogranicza zakres stosowania skaneroacutew
CIS tylko do dokumentoacutew płaskich Charakteryzują się one roacutewnież mniejszą rozdzielczością niż skanery CCD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1058
Budowa i zasada działania drukarek
Drukarka laserowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1158
Drukarka atramentowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1258
Poroacutewnanie klasycznego aparatu
z aparatem cyfrowym
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1358
Zasada działania aparatu cyfrowego
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1458
Ile zmieści się zdjęć na nośniku
format 1280x1024 4MB 8MB 16MB 32MB
ilość zdjęć bez kompresji 5 11 21 42
ilość zdjęć z kompresją JPEG z ma łymi stratami 22 44 86 178
ilość zdjęć z kompresją JPEG z większymi stratami 44 88 172 350
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1058
Budowa i zasada działania drukarek
Drukarka laserowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1158
Drukarka atramentowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1258
Poroacutewnanie klasycznego aparatu
z aparatem cyfrowym
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1358
Zasada działania aparatu cyfrowego
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1458
Ile zmieści się zdjęć na nośniku
format 1280x1024 4MB 8MB 16MB 32MB
ilość zdjęć bez kompresji 5 11 21 42
ilość zdjęć z kompresją JPEG z ma łymi stratami 22 44 86 178
ilość zdjęć z kompresją JPEG z większymi stratami 44 88 172 350
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1158
Drukarka atramentowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1258
Poroacutewnanie klasycznego aparatu
z aparatem cyfrowym
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1358
Zasada działania aparatu cyfrowego
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1458
Ile zmieści się zdjęć na nośniku
format 1280x1024 4MB 8MB 16MB 32MB
ilość zdjęć bez kompresji 5 11 21 42
ilość zdjęć z kompresją JPEG z ma łymi stratami 22 44 86 178
ilość zdjęć z kompresją JPEG z większymi stratami 44 88 172 350
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1258
Poroacutewnanie klasycznego aparatu
z aparatem cyfrowym
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1358
Zasada działania aparatu cyfrowego
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1458
Ile zmieści się zdjęć na nośniku
format 1280x1024 4MB 8MB 16MB 32MB
ilość zdjęć bez kompresji 5 11 21 42
ilość zdjęć z kompresją JPEG z ma łymi stratami 22 44 86 178
ilość zdjęć z kompresją JPEG z większymi stratami 44 88 172 350
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1358
Zasada działania aparatu cyfrowego
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1458
Ile zmieści się zdjęć na nośniku
format 1280x1024 4MB 8MB 16MB 32MB
ilość zdjęć bez kompresji 5 11 21 42
ilość zdjęć z kompresją JPEG z ma łymi stratami 22 44 86 178
ilość zdjęć z kompresją JPEG z większymi stratami 44 88 172 350
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1458
Ile zmieści się zdjęć na nośniku
format 1280x1024 4MB 8MB 16MB 32MB
ilość zdjęć bez kompresji 5 11 21 42
ilość zdjęć z kompresją JPEG z ma łymi stratami 22 44 86 178
ilość zdjęć z kompresją JPEG z większymi stratami 44 88 172 350
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1558
Podstawowe pojęcia fotograficzne
Autofokus ndash układ automatycznego nastawiania ostrości
Ogniskowa - odległość środka optycznego obiektywu od powierzchni na ktoacuterej powstajeobraz gdy obiektyw ustawiony jest na bdquonieskończonośćrdquo Ogniskowa obiektywustandardowego w przybliżeniu roacutewna jest przekątnej kadru w aparatach małoobrazkowych
wynosi około 50mm
Jasność obiektywu ndash stosunek ogniskowej do średnicy optyki Przeciętne obiektywy mają
jasność rzędu 4 najjaśniejsze ndash 11
Obiektyw długoogniskowy ndash ma ogniskową dłuższą niż standardowa i pozornie przybliża
obiekt
Obiektyw szerokokątny ndash obiektyw o ogniskowej kroacutetszej niż standardowa i pozornieoddala obiekt
Paralaksa ndash roacuteżnica między polem widzenia wizjera i obiektywu w aparatach z celownikiem
lunetkowym Może prowadzić do obcięcia goacuternej części kadru
Pierścienie pośrednie ndash tuleje zakładane między obiektywem a korpusem aparatuPozwalają na wykonywanie zdjęć małych obiektoacutew np znaczkoacutew
Teleobiektyw ndash obiektyw długoogniskowy ktoacuterego wymiary zmniejszono specjalnymukładem optycznym
Zoom - obiektyw o zmiennej ogniskowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1658
Istotne drobiazgi
Pamięć wymienna ndash obecnie najczęściej stosowane są karty pamięci
flash umożliwiają wykonywanie większej ilości zdjęć bez koniecznościpodłączania aparatu do komputera i oproacuteżniania pamięci
Tryb bdquoburstrdquo ndash zdolność do wykonywania serii zdjęć w kroacutetkich
odstępach czasu (przydatny w pracy reporterskiej)
Tryb bdquoMakrordquo ndash możliwość realizacji zdjęć z niewielkich odległości
Zoom optyczny i cyfrowy ndash umożliwiający zbliżanie i oddalanie
fotografowanych obiektoacutew W przypadku zoom-a optycznego zadanie torealizowane jest przy wykorzystaniu właściwości układu optycznegoobiektywu (bez straty jakości) W przypadku zoom-a cyfrowego następuje
cyfrowe przetworzenie obrazu uzyskanego przy danej ogniskowej (zestratą jakości obrazu)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1758
Rozdzielczość
Piksel ndash najmniejsza kropka z jakich składa się obraz wyświetlany na
monitorze komputera
dpi ndash (dots per inch) ilość kropek (pikseli) przypadająca na 1 cal
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1858
Rozmiary plikoacutew
Przykładowa zmiana rozmiaroacutew obrazka o wymiarach
348x256 pikseli i rozdzielczości 96dpi
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 1958
Archiwizacja grafiki
Płyty CD (Compact Disc) stały się ostatnio jednym z
najpopularniejszych nośnikoacutew używanych do przechowywaniainformacji nie tylko audio lecz roacutewnież programoacutew i danych Są to jednak nośniki tylko do odczytu
Nośnik ma postać krążka ośrednicy 120 mm i grubości ok
15 mm i wykonany jest zpoliwęglanu Informacjazapisywana jest na spiralnejścieżce o dł ok 55 km
0 i 1 informacji cyfrowej
przedstawione są w postacizagłębień (pitoacutew) i wysepek (landoacutew) o rozmiarach jak narys obok
P oacute i CD ROM DVD
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2058
Poroacutewnanie CD ROM a DVD
Budowa płyty CD ROM Budowa płyty DVD
CD ROM DVD
Pojemność dysku 640-800 MB
47 GB (DVD 5) ndash jednostronny jednowarstwowy85 GB (DVD 9) ndash jednostronny dwuwarstwowy
94 GB (DVD 10) ndash dwustronny jednowarstwowy17 GB (DVD 18) - dwustronny dwuwarstwowy
Średnica dysku 120 mm 120 mm
Grubość płyty 12 mm 12 mm
Ilość warstwinformacyjnych jedna jedna dwie lub cztery
Długość fali laseraodczytu 780 ndash 790 nm 635 ndash 650 nm
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2158
Oprogramowanie do
przetwarzania grafiki
do edycji grafiki wektorowej (Corel Draw Sodi Podi)
do edycji grafiki bitmapowej (Corel Photo Paint Adobe Photoshop Gimp
Paint Paint Shop Pro)
do montażu grafik (Page Maker Xpress)
do katalogowania i zarządzania grafiką (ACDSee IrfanView)
do archiwizowania grafik (Nero CD Creator)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2258
Elementy opisu obrazu
Opis obrazu jaki narzuca się w naturalny sposoacuteb to podział obrazu na punktyPierwsze podejmowanie proacuteby opisu obrazoacutew graficznych charakteryzowały siętakim podejściem Do dziś istnieje bardzo dużo formatoacutew zbioroacutew z opisemgrafiki opartym na koncepcji punktowej Nazywa się je czasem OPISEM
RASTROWANYM czy też MAPĄ BITOWĄ (BITMAPĄ)
Gdy obraz posiada regularne obszary w szczegoacutelności geometryczne to takiobszar obrazu można opisać za pomocą określonej funkcji matematycznejParametry takiej funkcji zajmują mniej miejsca niż lista opisoacutew punktowychobrazu Technika ta jest nazywana TECHNIKĄ WEKTOROWĄ Zaleta tej technikito niezależność od rozdzielczości ekranoacutew wyświetlaczy Wada - trudno jest
opisać tą techniką obraz typu fotografia
Obok techniki rastowej i wektorowej wymienić należy jeszcze technikę ktoacuterą można nazwać PROCEDURALNĄ Charakteryzuje się ona tym że obraz nie jestopisywany jako bierna treść ale jako lista czynności lub jakaś forma programuktoacutery rysuje obraz Ta technika jest stosowana w grafice typu Flash
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2358
Grafika wektorowa
Sposoacuteb opisu obrazu oparty na formułach matematycznych W przeciwieństwie dotradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru i położenia
pojedynczych pikseli) grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących kształty
obiektoacutew liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2458
Grafika bitmapowa
bullSposoacuteb opisu obrazu graficznego polegający na podziale obszaru wyświetlania na
pojedyncze punkty ( piksele) Każdemu pikselowi przyporządkowane jest jego położenie wobrazie oraz kolor Grafika bitmapowa przypomina więc mozaikę złożoną z dużej liczby
oddzielnych płytek
bullZe względu na spore ilości danych do zapamiętania większość formatoacutew graficznych
opierających się na bitmapie (np GIF JPEG) wykorzystuje algorytmy pozwalająceprzechowywać informację w postaci skompresowanej Zamiast zapisywać stan każdego
piksela formaty te analizują zmiany koloru ciągłych zbioroacutew punktoacutew (jeżeli dane oobrazie pobierane są kolejnymi rzędami) Dzięki temu rysunki zawierające duże obszary
wypełnione tą samą barwą (np błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie
mniej miejsca w pliku niż obrazy o skomplikowanej i roacuteżnorodnej treści
bullW przeciwieństwie do grafiki wektorowej grafika bitmapowa jest zależna od
rozdzielczości Obrazy mają ustaloną długość i szerokość w pikselach co sprawia że
rysunek oglądany w rozdzielczości ekranu 800x600 będzie wizualnie mniejszy od swojejkopii wyświetlanej na ekranie o rozdzielczości 640x400
bullEdycja bitmapy polega na modyfikacji poszczegoacutelnych pikseli Niektoacutere operacje (np
skalowanie) poza tym że przebiegają znacznie wolniej niż w przypadku grafiki
wektorowej mogą także przyczynić się do utraty jakości obrazka
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2558
Grafika wektorowa
Grafika bitmapowa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2658
Roacuteżnice między grafiką
wektorową a bitmapową
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2758
Zalety grafiki wektorowej
bull Stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlonyMniejsza w poroacutewnaniu ze standardowymi formatami (JPEG GIF BMP) wielkość
plikoacutew - zaroacutewno w przypadku statycznych obrazoacutew jak i animacji (np prezentacjiFlash)
bull Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektoacutew rysunku Podczas edycjiobrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczegoacutelne obiekty można
modyfikować niezależnie od pozostałych
bull Przed opublikowaniem w Sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki
bitmapowe Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetleniaobiektoacutew graficznych w roacuteżnych systemach Wyjątkiem są tutaj prezentacje Flash iShockwave ktoacutere dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins ) do przeglądarek są rozumianeprzez większość komputeroacutew
Zalety grafiki bitmapowejbull Wierne oddanie rzeczywistości (fotograficzne)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2858
Modele koloroacutew
CMYK RGB
Model CMYK ndash subtraktywny model koloroacutew wykorzystujący trzy kolory składoweniebieskozielony (C) purpurowy (M) i żoacutełty (Y) Model ten tworzy kolor ze światła odbitego od
obiektu lub powierzchni Podczas odbicia barwniki na papierze pochłaniają niektoacutere częściwidma białego światła padającego Wykorzystywany w drukarkach
Model RGB ndash addytywny model mieszania koloroacutew podstawowych czerwonego (R) zielonego(G) niebieskiego (B) Zazwyczaj operuje 24 bitową głębią barw (po 8 bitoacutew na składową)Wykorzystywany w skanerach i monitorach
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 2958
Model przestrzeni RGB
Model RGB jest jednym z pierwszych modeli przestrzeni koloroacutew zawierających
receptę dla tworzenia barw Ten model w sposoacuteb jawny wyłonił się w czasachnarodzin telewizji w 1908 roku Jest to model wynikający z właściwości odbiorczychoka i opiera się na fakcie że w oku można wywołać wrażenia prawie wszystkichbarw
W modelu RGB identyfikacją barwy jest troacutejka składowych R-red G-green B-bluePojedyncza składowa to liczba proporcjonalna do intensywności wiązki falodpowiadającej danej składowej Roacutewnoczesne wyemitowanie trzech wiązek
reprezentujące składowe o odpowiednich proporcjach energii może spowodować
wrażenie odpowiadające prawie światłu białemu- wrażenie odbioru emisjiprzybliżonej do pełnego widma z odcinka fal 400nm-700nm
Model RGB można odnieść do urządzeń ktoacutere emitują światło ale nie dookoliczności związanych z prezentacją obrazu w nośnikach biernych (poligrafia)
Roacuteżnica pomiędzy światłem białym a odbitym (cmy)=(111)-(rgb)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3058
Zapisywanie pliku w trybie CMYK
Tryb CMYK (Cyan Magenta Yellow blacK) przechowujący informacjeo rozseparowanych barwach jest używany do drukowania obrazoacutew
graficznych Należy jednak wiedzieć że zapisanie w nim grafikipowoduje nieodwołalne zmiany koloroacutew Powroacutet do poprzedniego stanutest niemożliwy Jeżeli sproacutebujemy powroacutecić do trybu RGB utraconazostanie część informacji o kolorach
Grafikę można zapisać w trybie CMYK dopiero wtedy gdy jest onagotowa do druku i nie planujemy już przeprowadzania żadnych
zmian
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3158
Luminacja
Luminacja ndash jest cechą intensywności światła ustalona wwarunkach pomiarowych najczęściej w odniesieniu do jednostkipowierzchni W fizyce pojęcie luminacji określa się jako miaręintensywności świecenia źroacutedeł powierzchni odbijających światłow odniesieniu do ustalonych warunkoacutew pomiarowych
RGB(000)-gtCMY (111)
RGB(111)-gtCMY (000)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3258
Rodzaje plikoacutew graficznych
1Mapy bitowe ndash reprezentują obraz jako prostokątną tablicę pikseli
(np standardy PCX BMP Targa TIFF GIF JPEG)
2Pliki wektorowe ndash obraz reprezentowany jako zbioacuter prostych łukoacutew krzywych itp
3Metapliki ndash oproacutecz danych wektorowych zawierają listę poleceń dla systemu graficznego
(np WMF)
4Pliki danych drukarek
Rozszerzone formaty tekstowe ndash włączają informacje graficzne do konwencjonalnego
strumienia danych tekstowych (np PCL)
Języki opisu strony ndash język programowania używany do opisu strony (np PostScript)
Przykład kodu Postscriptu
105 113 moveto przesun pioro bez rysowania
40 536 lineto rysuj linie od biezacej pozycji
showpage renderuj strone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3358
Podział Formatoacutew Plikoacutew Graficznych
Formaty plikoacutew graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz
formaty przechowujące grafikę wektorową Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na
bullstosujące kompresję stratną
bullstosujące kompresję bezstratną
bullnie stosujące kompresji
Formaty grafiki wektorowej
bullSVG (Scalable Vector Graphics ) - format oparty na języku XML promowany jako standardgrafiki wektorowej umożliwia tworzenie animacji
bullMacromedia Flash - prawdopodobnie najpopularniejszy format grafiki wektorowej (szczegoacutelnie
popularny w internecie) umożliwia tworzenia animacji
EPS (Encapsulated PostScript ) - format PostScript
CDR (Corel Draw) ndash format stosowany przez firmę Corel
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3458
Bezstratne
bullPNG (Portable Network Graphics ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany przez
większość przeglądarek WWW obsługuje przezroczystość
bullGIF (Graphics Interchange Format ) - popularny format grafiki (szczegoacutelnie internetowej) obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW może przechowywać wiele obrazkoacutew w jednym pliku tworząc z
nich animację
bullTIFF - patrz wyżej
Bez kompresji
bullBMP (BitMaP ) - zwykła mapa bitowa często używana przez system Windows
bullXCF (eXperimental Computing Facility ) - mapa bitowa programu GIMP może przechowywać wiele
warstw
bullTIFF - patrz wyżej
Stratne
bullJPEG (Joint Photographic Experts Group ) - niewątpliwie najpopularniejszy format plikoacutew graficznych z
kompresją stratną używany zaroacutewno w sieci internet (obsługiwany przez prawie wszystkie przeglądarki)
jak i w aparatach cyfrowych oraz skanerach
bullJPEG 2000 - nowsza wersja formatu JPEG oferująca lepszą kompresję
bullDjVu - format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentoacutew w formie elektronicznej
bullTIFF (Tagged Image File Format ) - popularny format plikoacutew graficznych udostępniający wiele rodzajoacutew
kompresji (zaroacutewno stratnej bezstratnej jak bez kompresji) oraz umożliwiający przechowywanie kanału
alpha
Formaty grafiki rastrowej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3558
Podstawowe Formaty Plikoacutew
BMP - Bitmapa jest formatem aktywnym systemu Windows i standardem systemu DOSFormat ten obsługuje tryb RGB kolory indeksowane skalę szarości nie obsługuje kanałoacutew
alfa Standardowo nie obsługuje żadnej kompresji ale w wypadku ilustracji 4- i 8- bitowychużywających formatu Windows można zastosować bezstratną kompresję RLE obsługiwaną przez formaty Windows
TIFF - Tragged Image File Format - jest formatem uniwersalnym i może być stosowany naplatformach Windows i Macintosh Obsługuje modele CMYK i RGB skalę szarości kolorindeksowany Jest to format stosunkowo wydajny i obraz zapisany w formacie TIFF niezajmuje na dysku wiele miejsca
GIF - Graphic Interchange Format ndash opracowany został w celu rejestrowania grafikistworzonej przez człowieka (napisy ozdobniki oraz animacje) wykorzystującej 256 koloroacutewPierwsza wersja GIF-87 powstała w 1987 roku a dwa lata poacuteźniej stworzono GIFrsquo89 FormatGIF korzysta z bezstratnej kompresji plikoacutew typu LZW Zastosowany algorytm kompresjipozwala nawet czterokrotnie zmniejszyć wielkość pliku
JPEG - Joint Photographic Export Group - rozszerzenie jpgjpegjpe Przeznaczenie ndashobrazy fotograficzne grafiki wielobarwne Ilość koloroacutew - 24 bity Typ kompresji ndash stratnaNie obsługuje przezroczystości
PNG - Portal Network Graphic - rozszerzenie -png Przeznaczony do grafiki ikon sprawdzasię też w przypadku zdjęć Ilość koloroacutew - 24bity Typ kompresji ndash bezstratna Może byćzapisywany z przeplotem obsługuje przezroczystość Stworzony w celu zapisania formatuGIF
Charakterystyka wybranych standardoacutew
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3658
Charakterystyka wybranych standardoacutewGIF ndash Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazoacutew
definiowana przez CompuServe w 1987r GIF89 - Stosowany do animacji
Czym jestGIF
1 Format plikoacutew (gif)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość kodowanych
koloroacutew
Maksymalnie 256 barw Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej
liczby bitoacutew
256 barw ndash 8 bitoacutewpiksel 2 barwy ndash 1 bitpiksel
Kompresja LZW ndash bezstratna średni wspoacutełczynnik kompresji 41
Zastosowanie 1 Skanowane obrazy 2-kolorowe w skali szarości z paletą do 256 koloroacutew z
dużą ilością szczegoacutełoacutew linii krawędzi (wykres siatka szkic diagram logo
napis itp)2 Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw)
z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzoroacutew oraz
z ostrymi krawędziami ktoacutere powinny być zachowane
Uwagi Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany paletą 256 barw przedkodowaniem GIF
mapa bitowa (211x308) 190kB GIF 604 kB
Przeplot - dane zapisywane są w kolejności wierszy co 8-y 4-ty 2-gi nieparzyste Umożliwia to terminalowi
wyświetlanie kolejnych przybliżeń obrazka w trakcie jego ładowania
Animacja ndash przezroczystość jednego koloru obrazka opoacuteźnienia między klatkami do 1100sekundy pętlenieskończone lub nieskończone
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3758
Charakterystyka wybranych standardoacutew
PNG ndash bezpłatny standard ktoacutery powstał w 1995r jako odpowiedź na zapowiedź firm UNISYS i
CompuServe o planowanym pobieraniu opłat za korzystanie z oprogramowania do kompresji plikoacutew GIF
Czym jestPNG
1 Format plikoacutew (png)
2 Format strumienia danych przesyłanych z komputera głoacutewnego do terminala
graficznego
Ilość
kodowanych
koloroacutew
Maksymalna głębia piksela 48 bitoacutew skala szarości do 16 bitoacutew pełny 8-bitowykanał Alfa
Kompresja LZW ndash bezstratna (nie opatentowana wersja lepsza niż w GIF)
Zastosowanie W programach multimedialnych gdy obraz wymaga efektoacutew przezroczystości
maskowania i przechowywania innych informacji
Uwagi 1 Obsługuje dwukierunkowy przeplot korekcję gamma w celu kontroli jasnościobrazka na roacuteżnych platformach sprawdzenie poprawności pliku
2 Pozwala dodać do pliku ilustracji dowolnie określony obszar przeznaczony na
tekstową metainformację włączając w to adres URL i informacje związane z
bazami danych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3858
Charakterystyka wybranych standardoacutew
JPEG ndash (Joint Photographic Experts Group ndash Wspoacutelna Grupa Ekspertoacutew Fotografii) Standardowa
metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi
Czym jest JPEG 1 Format plikoacutew (jpg)
2 Standard wymiany danych w sieci
Kodowaniekoloroacutew
True Color RGB 24 =167 milionoacutew barw
Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie jednego bitu na piksel
(wspoacutełczynniki kompresji od 101 do 1001)
Kompresja Stratna jpeg
Zastosowanie Najpopularniejszy format tonalnych obrazoacutew w skali szarości i pełnokolorowych dla
sieci Internet programoacutew prezentacyjnych i multimedialnych wymagających małych
plikoacutew
Uwagi 1 Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości Z
obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegoacuteły a linie i ostre krawędzie zostaną
rozmyte2 Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym
ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG3 Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o
niskiej rozdzielczości
JPEG - jakość maksymalna JPEG - jakość średnia JPEG ndash kompresja 100
117 kB 255 kB 196 kB
Ch kt t k b h t d doacute
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 3958
Charakterystyka wybranych standardoacutew
TIFF ndash (Tagged Image Format ndash znacznikowy format pliku obrazowego)
Kodowany kolor 1 Obraz 2-kolorowy indeksowana paleta koloroacutew pełnokolorowy RGB lub
CMYK2 YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej) CIE Lab
Kompresja Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresjaLZW
Zastosowanie Najpopularniejszy format obrazoacutew skanowanych przeznaczonych do druku oraz
do prac DTP
Uwagi 1 Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy więc można je
przenosić np między platformami Macintosh i Windows (programy edycjiobrazoacutew powinny otworzyć każdy plik TIFF)
2 Część programoacutew prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje
formatu TIFF
Plik TIFF zawiera katalog IFD (ang Image File Directory) ktoacuterego każda pozycja (o długości
12 bajtoacutew) zawiera znacznik identyfikujący dane
Przykładowe znaczniki
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4058
Nazwa Znacznik OpisTIFFTAG_IMAGEWIDTH 256 Szerokość obrazu w pikselach
TIFFTAG_COMPRESSION 259 Technika kompresji danych
COMPRESSION_LZW 5 Lempel-ZivampWelch
COMPRESSION_JPEG 6 kompresja JPEG
COMPRESSION_PACKBITS 32773 Macintosh RLE
COMPRESSION_NONE 1 tryb bez kompresji
TIFFTAG_PHOTOMETRIC 262 Kolory
PHOTOMETRIC_RGB 2 model RGB
PHOTOMETRIC_PALETTE 3 indeksowana paleta koloroacutew
PHOTOMETRIC_SEPARATED 5 separacja CMYK
PHOTOMETRIC_YCBCR 6 CCIR 601
PHOTOMETRIC_CIELAB 8 1976 CIE Lab
TIFFTAG_THRESHHOLDING 263 Technika rastrowania
THRESHHOLD_BILEVEL 1 dwa poziomy
THRESHHOLD_HALFTONE 2 poacutełtonowanie
THRESHHOLD_ERRORDIFFUSE 3 metoda Floyd-Steinberg
TIFFTAG_XPOSITION 286 pozioma pozycja lewej krawędzi obrazu na stronie
TIFFTAG_INKNAMES 333 nazwa ASCII atramentu
TIFFTAG_DOTRANGE 336 kody punktoacutew 0-100
TIFFTAG_TARGETPRINTER 337 docelowa drukarka
TIFFTAG_MODEL 273 nazwanr modelu skanera
Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny
ciąg bajtoacutew tzw liczbę magiczną (ang magic number) pozwalający na ich identyfikację
Przykładowe znaczniki
Poroacutewnanie efektywności najbardziej
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4158
y j j
znanych formatoacutew graficznych
Format pliku Rozszerzenie Kompresja Rozmiar w MB
Bitmapa BMP tylko jako 8-bitowy bezutraty danych
474
Desktop Color ASCII DCS brak 1305
Encapsulated PostScript ASCIbinarny z 8-bitowym podglądem
EPS brak 1320641
CompuServe Graphics Interchange GIF przy 8-bitach bez utratydanych
130
JPEG (maksśrednimin) JPG zawsze z utratą danych 162023005
Adobe Acrobat Portable Document Format PDF tak 0527
Portable Network Graphics PNG zawsze bez utratydanych
300
Pict PIC zawsze bez utratydanych
379
Photo CD PCD od 1024x1536 z utratą danych wyboacuter sześciurozdzielczości
Adobe Photoshop PSD zawsze bez utratydanych
462
Tagged Image File Format (TIFF)nieskompresowanyskompresowany
TIF do wyboru bez utartydanych
474273
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4258
Kompresja danych
KOMPRESJA DANYCH ndash proces przekształcania pierwotnej reprezentacji zbiorudanych (dane wejściowe) w inną reprezentację o mniejszej liczbie bitoacutew (kodwyjściowy)
Odwrotny proces rekonstrukcji oryginalnego zbioru danych na podstawiereprezentacji skompresowanej (kodu wyjściowego) nazywamy DEKOMPRESJĄ
W kompresji BEZSTRATNEJ zrekonstruowany po kompresji zbioacuter danych jestnumerycznie identyczny ze zbiorem oryginalnym z dokładnością do pojedynczegobitu
W kompresji STRATNEJ zrekonstruowany zbioacuter danych jest jedynie przybliżeniemoryginału - możliwe są roacutewnież znaczne roacuteżnice w poszczegoacutelnych wartościach zzachowaniem jednak ogoacutelnego charakteru danych w wyniku czego możnaosiągnąć znacznie wyższe stopnie kompresji niż w technikach odwracalnych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4358
Przykłady kompresji
Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu
1 Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiekinformacji RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągoacutew i LZW (Lemple-Ziv-Welch)
2 Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 140) kosztem straty części
informacji a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu (JPEG)
Kompresja RLE
Niech a b c d e reprezentują
jednobajtowe wartości pikseli
bdquoaaaaabcdeardquo ndash dane oryginalne
bdquo5abcdeardquo ndash dane skompresowane
Kompresja słownikowa LZW (licencja firmyUnisys Corporation)
Wartościom wejściowym o zmiennej długości
(tzn poziomym ciągom pikseli tworzących
powtarzający się wzoacuter) przypisywane są kody o
stałej długości
Wszystkie obrazki są 8-bitowe rozmiar90 90pikseli (8100 bajtoacutew bez kompresji)
Dłuższe ciągi poziome dają lepszą kompresję
(źroacutedło D Siegel)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4458
Algorytmy kompresji bezstratnejKompresja bezstratna (ang lossless compression ) to ogoacutelna nazwa takich metodupakowywania informacji do postaci zawierającej zmniejszoną liczbę bitoacutew tak aby całą
informację dało się z tej postaci odtworzyć do identycznej postaci pierwotnej
Algorytmy kompresji bezstratnej dobrze kompresują typowe dane czyli takie w ktoacuterych
występuje znaczna nadmiarowość informacji (redundancja)
Pewne rodzaje danych są bardzo trudne lub niemożliwe do skompresowania
bull strumienie liczb losowych (niemożliwe do skompresowania)
bull strumienie liczb pseudolosowych (w praktyce trudne choć teoretycznie bardzo dobrze
kompresowalne)bull dane skompresowane za pomocą tego samego lub innego algorytmu (w praktyce trudne)
Najczęściej używane metody kompresji bezstratnej można podzielić na słownikowe istatystyczne choć wiele metod lokuje się pośrodku
bull metody słownikowe poszukują dokładnych wystąpień danego ciągu znakoacutew np zastępują
the kroacutetszą ilością bitoacutew niż jest potrzebna na zakodowanie 4 niezwiązanych znakoacutewJednak znajomość symbolu the nie pociąga za sobą usprawnień w kompresowaniu theyczy then
bull metody statystyczne używają mniejszej ilości bitoacutew dla częściej występujących symboli wprzypadku praktycznie wszystkich oproacutecz najprostszych metod prawdopodobieństwa
zależą od kontekstu A więc np dla h występującego po t używają mniejszej ilości bitoacutew
niż dla innych znakoacutew w tym kontekście
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4558
Popularne metody kompresji
bezstratnej
bullBZIP2
bullDeflate
bullKodowanie Huffmana
bullGIF
bullKodowanie arytmetyczne
bullLZ77
bullLZW
bullMove To Front
bullPCX
bullPNGbullRLE
bulltransformata Burrowsa-Wheelera
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4658
Kodowanie słownikowe
Słownikowe algorytmy kodowania polegają na kolejnym czytaniu sekwencji danych
wejściowych i przeglądaniu słownika w poszukiwaniu dokładnie takiej samejsekwencji danych W przypadku zakończenia przeglądu sukcesem indeks właściwej
pozycji słownika staje się reprezentacją wyjściową przy czym im dłuższa jestsekwencja tym efektywniejsza jest kompresja
Wyroacuteżnia się następujące algorytmy kodowania
- Ze słownikiem przesuwanym (LZ77)
- Ze słownikiem zewnętrznym
- LZW - modyfikacja algorytmu LZ78 (Lempel-Ziv-Welch)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4758
Kodowanie metodą SHANONA-FANO
1 Określenie prawdopodobieństwa w kodowanym strumieniu danych wszystkich
symboli alfabetu (na podstawie częstości wystąpień tych symboli)
2 Posortowanie listy symboli w zależności od częstości wystąpieńprawdopodobieństw w kolejności od najbardziej prawdopodobnych
3 Podział listy symboli na dwie grupy o możliwie bliskiej liczbie symboli z goacuternej i
dolnej części
4 Przyporządkowanie goacuternej grupie symboli binarnej cyfry 0 a dolnej 1
5 Rekursywne powtarzanie blokoacutew 3 i 4 dla utworzonych przez ostatni podziałobydwu list symboli (goacuternej i dolnej) dodawanie kolejnych cyfr binarnych dokodoacutew poszczegoacutelnych symboli aż do momentu gdy wszystkie grupy utworzonena skutek kolejnych podziałoacutew są jednoelementowe Oznacza to że dotarliśmy dowszystkich liści tworzonego drzewa i każdy z symboli alfabetu ma całkowicieokreślony kod
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4858
Kodowanie metodą Huffmana
1 Określenie wszystkich symboli alfabetu na podstawie częstości tych wystąpień
w strumieniu Symbole te stanowią początkową warstwę węzłoacutew budowanegodrzewa binarnego
2 Posortowanie listy symboli według wag najbardziej prawdopodobne na goacuteręnajmniej na doacuteł listy
3 Odszukanie dwoacutech wolnych węzłoacutew z najniższymi wagami i utworzenie z nichnowego węzła z wagą roacutewną sumie wag węzłoacutew łączonych
4 Dodawanie do nowego węzła (rodzica) do listy węzłoacutew wolnych oraz usunięcia ztej listy dwoacutech węzłoacutew połączonych (dzieci)
5 Przypisanie gałęziom prowadzącym do węzłoacutew rodzicoacutew i dzieci odpowiednichcyfr binarnych 0 i 1
6 Powtarzanie krokoacutew 3-5 aż do momentu gdy pozostanie tylko jeden węzeł ndash jest to korzeń drzewa
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 4958
Algorytmy kompresji stratnej
Kompresja stratna to metody zmniejszania ilości bitoacutew potrzebnych do wyrażeniadanej informacji ktoacutere nie dają gwarancji że odtworzona informacja będzie identycznaz oryginałem Dla niektoacuterych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć
informację w sposoacuteb identyczny
Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposoacuteb działania ludzkich zmysłoacutew tjwyższą wartość pewnych części danych nad innymi Algorytmy kompresji stratnejzazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi psychowizualnymi itd abyodrzucić najmniej istotne dane o dźwięku obrazie pozostawiając dane o wyższej
wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej wizualnej) przez zmysły Ilość
odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji
Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej ktoacutere można stosować dodowolnego typu danych Np kompresja stratna plikoacutew wykonywalnych byłaby
praktycznie niemożliwa do wykonania gdyż nie jest to informacja odczytywana przezzmysły a przez maszynę
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5058
Zastosowanie kompresji stratnej
Zwykle kompresję stratną stosuje się do
obrazkoacutew
dźwiękoacutew
ruchomych obrazoacutew np w filmie
Przy danych audiowizualnych zazwyczaj kompresuje się osobno dźwięk a osobno obraz
Prostym przykładem kompresji stratnej jest np zachowanie tylko co drugiego piksela lub
odrzucenie 2 najmniej istotnych bitoacutew Takie metody jednak nie dają zazwyczaj takzadowalających rezultatoacutew jak oparte na modelach psychozmysłowych
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5158
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
Najbardziej powszechnym algorytmem kompresji obrazoacutew jest JPEG Wiele rozwiązańużytych w JPEG jest używanych także w innych algorytmach więc warto je tutajomoacutewić Kolejne kroki algorytmu JPEG to
zamiana przestrzeni koloroacutew z RGB na kanał jasności i dwa kanały koloru Ludzie
znacznie dokładniej postrzegają drobne roacuteżnice jasności od drobnych roacuteżnic barwy awięc użyteczne jest tutaj użycie roacuteżnych parametroacutew kompresji Krok nie jestobowiązkowy
obniżenie rozdzielczości kanałoacutew koloru zwykle odrzuca się co drugą wartość
wzdłuż osi poziomej i każdą na pionowej (możliwe są też inne ustawienia) Takradykalne cięcie danych nieznacznie wpływa na jakość ponieważ rozdzielczość
postrzegania koloroacutew przez ludzkie oko jest słaba Krok nie jest obowiązkowy podzielenie każdego kanału obrazka na bloki 8x8
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5258
Kompresja obrazoacutew (JPEG)
transformata kosinusowa każdego z blokoacutew Zamiast wartości pikseli mamy terazśrednią wartość wewnątrz bloku oraz częstotliwości zmian wewnątrz bloku obiewyrażone przez liczby zmiennoprzecinkowe Transformata DCT jest odwracalnawięc na razie nie tracimy żadnych danych
Zastąpienie średnich wartości blokoacutew przez roacuteżnice wobec wartości poprzedniejPoprawia to w pewnym stopniu wspoacutełczynnik kompresji
Kwantyzacja czyli zastąpienie danych zmiennoprzecinkowych przez liczbycałkowite To właśnie tutaj występują straty danych Zależnie od parametroacutew
kompresora odrzuca się mniej lub więcej danych Zasadniczo większa dokładność
jest stosowana do danych dotyczących niskich częstotliwości niż wysokich
Kompresja algorytmem bezstratnym w tym przypadku algorytmem Huffmana(użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocnoskompresowanych obrazkoacutew)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5358
Inne metody kompresji obrazoacutew
Najpopularniejsze algorytmy
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5458
Najpopularniejsze algorytmy
kompresji stratnejObraz
JPEG podstawa algorytmu MPEG oparty na DCT i dający relatywnie słabe rezultaty JPEG2000 oparty na falkach dający znacznie lepsze wyniki
Video
DivX XviD przy odpowiednich warunkach może skompresować zawartość płyty DVD nazwykłą CD bez widocznych roacuteżnic
MPEG jedną z jego odmian stosuje się przy filmach na DVD bardzo wysoka jakośćpołączona z większymi objętościowo plikami (100mb DivX = ok350mb MPEG)
Real Video niską jakość obrazu rekompensuje mała objętość dzięki czemuwykorzystywany jest przy transmisjach na żywo
Dźwięk MP3 najpopularniejsze kodowanie stratne audio oparte na MDCT stosuje model
psychoakustyczny Instytutu Fraunhoffera i firmy Tomphson
Ogg Vorbis oparte na MDCT
Real Audio podobnie jak Real Video rekompensuje straty jakości małą objętością jeststosowany głoacutewnie do transmisji na żywo
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5558
Kompresja ruchomych obrazoacutew
Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazoacutew po prostu kompresują wszystkie klatkiosobno Jest to bardzo nieefektywne ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzopodobne
Zazwyczaj używa się zestawu klatek kluczowych ktoacutere kompresuje się tak samo jaksamodzielne obrazki Pozostałe klatki kompresuje się natomiast korzystając z danych z klatek
poprzednich Lepsze wyniki dało by wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przykompresji każdej klatki jednak utrudniało by to znacznie przewijanie
Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie roacuteżnicy
wartości pikseli o tym samym położeniu zamiast samych wartości Tym sposobem można
dobrze skompresować sceny w ktoacuterych kamera jest nieruchoma jednak nie da to znaczących
efektoacutew w scenach z ruchomą kamerą Zwykle wykorzystuje się więc roacuteżne rodzajekompensacji ruchu Np dla każdego bloku podaje się ktoacutery niewielki wektor przesunięcia nplt+2-1gt czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o 2 piksele wprawo i jeden w goacuterę (czy też w lewo i w doacuteł)
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5658
Kompresja ruchomych obrazoacutew
cd
Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji ruchomych obrazoacutew jestzmienna przepływność (variable bitrate) czyli używanie roacuteżnej dokładności dlaroacuteżnych klatek Jest wiele sposoboacutew dobierania takich roacuteżnic algorytmy wyboru
jakości zwykle są cechą bardziej enkodera niż formatu Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebnealgorytmowi zmiennej przepływności a dopiero drugi kompresuje dane
Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane a więc dla kodeka MPEGktoacutery używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej efekty blokowe mogą być
bardzo uciążliwe
Pr e roc stość pr eplot
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5758
Przezroczystość przeplot
antialiasing dithering
PRZEZROCZYSTOŚĆ - GIF pozwala na przyporządkowanie jednemu kolorowiprzezroczystości oznacza to iż jeden kolor w rzeczywistości nie będziewyświetlony ndash będzie bdquoprzepuszczałrdquo to co znajduje się pod obrazkiem
PRZEPLOT ndash wykorzystywany jest w plikach GIF Normalnie obrazekwyświetlany jest w miarę jego ładowania w sieci kolejno od goacutery na doacutełEfektem stosowania przeplotu jest pojawienie się całego obrazka ale jakbyrozmytego po czym kolejno uwydatniane są szczegoacuteły
ANTIALIASING - to sztuczne wygładzanie krawędzi nieprostych Polega ono nadodawaniu koloroacutew pośrednich przechodnich między obrazkiem a tłemAntialiasing zwiększa ilość koloroacutew dla przedstawionego obiektu
DITHERING - wykorzystuje niedoskonałość oka pozwala na symulowaniewiększej ilości koloroacutew niż w rzeczywistości zostało wykorzystane Polega tona wyświetlaniu obok siebie pikseli roacuteżnego koloru
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG
5112018 Cyfrowa Obroacutebka Obrazu - slidepdfcom
httpslidepdfcomreaderfullcyfrowa-obrobka-obrazu 5858
Obrazek podzielony na bloki pikseli i składowa stała dla każdego bloku
Kolor RGB jest zamieniany na kolor YCbCr gdzie Y- luminancja (zapamiętywana
dokładnie) CbCr ndash chrominancje (pamiętane mniej dokładnie)
Obraz dzielony jest na bloki (8 8) pikseli Dla każdego bloku stosuje się szybką dyskretną
transformatę kosinusową FDCT ktoacutera oblicza
bullskładową stałą F(00) reprezentującą stopień niezmienności pikseli (ich jasność i kolor) wbloku
bullskładowe zmienne F(uv) (gdzie uv=17) reprezentujące nagłe zmiany jasności lub
koloru w bloku pikseli
Następnie składowe F dzielone są przez odpowiednie wspoacutełczynniki i zaokrąglane w celu
dokładniejszego zapamiętania niskich harmonicznych i mniej dokładnego zapamiętania lub
wyeliminowania wysokich harmonicznych
Kompresja JPG