58
 Cyfrowa obróbka obrazu i dźwięku Dr inż. Grzegorz Grodzki

Cyfrowa Obróbka Obrazu

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 2: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 3: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 4: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 5: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 6: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 7: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 8: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 9: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 10: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 11: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 12: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 13: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 14: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 15: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 16: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 17: Cyfrowa Obróbka 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

Page 18: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 19: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 20: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 21: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 22: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 23: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 24: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 25: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 26: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 27: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 28: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 29: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 30: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 31: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 32: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 33: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 34: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 35: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 36: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 37: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 38: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 39: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 40: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 41: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 42: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 43: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 44: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 45: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 46: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 47: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 48: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 49: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 50: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 51: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 52: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 53: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 54: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 55: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 56: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 57: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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

Page 58: Cyfrowa Obróbka Obrazu

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