obrazové formáty

Počítačová grafika a vizualizace I
KOMPRESE, GRAFICKÉ FORMÁTY
Mgr. David Frýbert
[email protected]
OSNOVA
 Barva pro TV
 Datový tok
 Bitmapové formáty (JPEG, TIFF, PNG, PPM,…)
 Formáty videa MPEG-1,2,4,7,21
Barva pro TV
Barva pro TV
NTSC x PAL
NTSC (National Television System Committee)
 1953 – 2. verze
 525 řádků – viditelných 480 = rozlišeni 768 x 480
 60Hz, 30 snímků – 60 půlsnímků
 Barevný model YIQ - www
PAL (Phase Alternate Line)
 Vznik z NTSC
 625 řádků – viditelných 576 = 768 x 576
 50Hz, 25 snímků – 25 půsnímků
 Barevný model YUV - www
Barva pro TV
Barevný model YUV
Y – jasová složka
 Kompatibilita s ČB signálem
 Kompozitní video
Barevné prostory – aplikace
http://www.couleur.org/index.php
?page=rgbcube
Barva pro TV - digitalizace
Model - YCbCr
-
Lidské oko rozlišuje změnu ve světelnosti (jasu)
Snížená rozlišovací schopnost pro změnu barevnosti (chromizační složky)
Y – jas, Cb a Cr – chromizační (barvonosné) signály
Cb – modrý
Y – jasová složka
Cr – červený
Barva pro TV
Digitalizace signálu == vzorkování
Barva pro TV
Linearizovaný RGB prostor – sRGB
 Jas 0 – 100%
 Nelinearita interpretace jasu
 Y = 0.2126 R + 0.7152 G + 0.0722 B – lineární
 Y’ = 0.299 √R + 0.587 √G + 0.114 √B – „linearizace“
Barva pro TV – gamma korekce
 Nemění nejtmavší a nejsvětlejší bod obrázku
 Mění rozložení jasů uvnitř celého rozsahu
Barva pro TV – televizní řetězec
OBRAZOVÉ FORMÁTY
 Dle druhu komprese
 Ztrátová komprese
 Neztrátová komprese
 Dle všeobecného užití
 Standardní formát (ISO standard) - html,rtf,jpg,png
 Proprietální formát – word, excel,…
 Dle typu ukládaných dat
 Bitmapový formát
 Vektorový formát
 3D formát
 Video formát
 Audio formát
 •…
OBRAZOVÉ FORMÁTY
redundance obrazové informace
Nadbytečnost
- Opakování informace
Ztráta informace
při kompresi
Míra neurčitosti
OBRAZOVÉ FORMÁTY
Kompresní metody
BEZ ztrátové metory
 Metoda kvadrantového stromu
 RLE – run lenght encoding – proudové kódování
 LZW – GIF, ZIP, ARJ,..
 Huffmanovo kódování
ZTRÁTOVÉ metody
 DCT – diskrétní kosínová transformace - JPG
 Fraktálová komprese
OBRAZOVÉ FORMÁTY
Obecná struktura graf. souboru
OBRAZOVÉ FORMÁTY
BMP – Microsoft Windows Bitmap
 BEZ kompresní formát
 Univerzální – nezávislost na zařízení (DIB)
 datově náročný - při velké bitové hloubce
 Zastaralé
OBRAZOVÉ FORMÁTY
GIF – Graphics Interchange Format
 Jednobitový alfa-kanál, jednoduchá animace
 Pouze 8-bit formát! – 256 barev
 Internetový formát
 BEZztrátová komprese - LZW
 Před příchodem Flash – HTML5
http://mudcu.be/sketchpad/
http://9elements.com/io/projec
ts/html5/canvas/
http://cs.wikipedia.org/wiki/GIF
OBRAZOVÉ FORMÁTY
PPM – Portable Pixel Map
 Textový formát pro snadné použití v aplikacích
 Rozšířen již od dob prvních UNIX počítačů
 Varianty PBM, PGM, PNM, velmi podobné
 Možnost velkého počtu barev = vysoký datový objem!!
 Lze vytvářet obrázky i v textovém editoru
http://www.root.cz/clanky/graficke-formatyve-znameni-unixu/#k06
OBRAZOVÉ FORMÁTY
PNG – Portable Network Graphics
 Nástupce GIF
 BEZztrátová komprese - LZW
 Alfa kanál – 8bit - RGBA
 24bitový rozsah = 16mil barev
 Vhodný pro ostré přechody – písmo,…
http://cs.wikipedia.org/wiki/Portable_Netwo
rk_Graphics
OBRAZOVÉ FORMÁTY
TIFF – Tag Image File Format
 RGB i CMYK
 Vhodný tiskový formát
 Původně pro skenery – sjednocený výstupní formát
 Obsahuje i možné poznámky a speciální data
 Hlavička souboru - TAG
 BEZztrátová komprese – možno i bez
 Vícestránková podpora
http://cs.wikipedia.org/wiki/Tagged_Image_
File_Format
OBRAZOVÉ FORMÁTY
JPEG (JFIF) – JPEG File Image Fomat
 Pro fotografie
 ZTRÁTOVÁ komprese – možnost nastavení
 Standardizovaný formát ISO
 Převeden do prostoru YCbCr – podvzorkování 4:2:0
 Interně dělí obraz na makrobloky 8x8 pixelů, využívá DCT
 Více variant – JPEG2000, JBIG
 Vhodný pro jemné přechody x nevhodný na velké stejnobarevné plochy
 Oblíbený WWW formát – slušná kvalita, malá velikost
http://www.jpeg.org/jpeg/index.html
http://cs.wikipedia.org/wiki/JPEG
OBRAZOVÉ FORMÁTY
JPEG File Image Fomat
OBRAZOVÉ FORMÁTY
JPEG File Image Fomat
Předpoklad nezávislého kódování bloků 8x8 NEplatí, tzv. blocking artefact problem
OBRAZOVÉ FORMÁTY
JPEG2000 – nová verze JPEG formátu
 Nový formát expertů JPEG (Joint Picture Expert Group)
 Navržen pro vysoce kvalitní ukládání fotografií
 Ujal se pro archivaci a v Digital Cinema průmyslu
 Využívá ztrátovou kompresi založenou na Wavelet
kompresní metodě
 Umí i neztrátovou kompresi (loss-less SPIHT
compression)
 Náročné pro dekódování a kódování
 Velmi kvalitní výstupy
 Umí i více než 24-bitů, alfa-kanál aj.
OBRAZOVÉ FORMÁTY
RAW (RAW-TIFF)
 Formát digitálních fotoaparátů
 BEZ ztrátové uložení informace
 BEZ komprese
 Oddělené uložení jasové a barevných složek
 Data přímo z CCD snímače – různé RAW
 Závislé na typu fotoaparátu
OBRAZOVÉ FORMÁTY
HDR – High dynamic range
 Velký dynamický rozsah oproti LDR (klasika)
 Pořizování

Výpočet – rendering

Fotografování
 Zobrazování na LDR – „tone mapping“ (CRT,LCD (24bit), projektory)
 Formáty
 .hdr – RGBE – exponent (radiance)
 .exr – OpenEXR – OpenSource formát (Light & Magic G.Lucas 1975 - SW)
 PFM – analogie PPM – adresy jednotlivých pixelů – bez komprese
OBRAZOVÉ FORMÁTY
HDR – High dynamic range
 Fotografování
 Více násobná expozice
 Statická scéna
 konstantní clona, proměnlivý čas
 sekvence např. od 1/1000s do 2s
 Vestavěný „bracketing“ (–2 EV, 0, +2 EV)
OBRAZOVÉ FORMÁTY
vektorové
 Začleňují i rastrová data
 EPS, PS – textový formát, postscript

Nezávislý na zařízení – nutný překlad

Vývoj firma Adobe 1985

Později částečně nahrazen PDF

Meta-formát, široké použití, interaktivita

http://vosk-praha.cz/cs/reference-pdf
 DXF (Drawing Exchange Format), DWG


Formáty CAD aplikací

Strukturovaný formát – hlavička, tabulka vektorů, bloky, entity,..
WMF,HPG,PLT
OBRAZOVÉ FORMÁTY - HDR
LDR
HDR
OBRAZOVÉ FORMÁTY - HDR
VIDEO – DATOVÉ TOKY
NEKOMPRIMOVANÉ DATOVÉ TOKY
VIDEO – DATOVÉ TOKY
Příklad:
Vypočítejte velikost NEKOMPRIMOVANÉHO videa s těmito parametry:
 rozlišení HD 1080p (1920x1080)
 Frame rate (fps) 30
 Bitů na kanál = 10
 Vzorky 4:2:2
VIDEO – DATOVÉ TOKY
VIDEO – FORMÁTY, komprimace
VIDEO – KONTEJNERY
MULTIMEDIÁLNÍ SOUBOR
KONTEJNER
 VIDEO
 ZVUK
VIDEO
ZVUK
http://cs.wikipedia.org/wiki/Multimedi%C3%
A1ln%C3%AD_kontejner
VIDEO – KONTEJNERY
AVI
 FIRMA MS – WINDOWS 3.1
 POUZE PRO VIDEO – bez titulku, kapitol,atd
 INDEXACE snímků – nepřehraje se, pokud není úplný
MATROSKA
MPEG
 Otevřený kontejner
 Časová synchronizace – bez indexu
 Přípona *.mkv
 Přenos DVB,stream, MPEG-1 a MPEG-2
 Struktura XML
QuickTime

Konkurence pro MS od Apple

Přípona *.mov
RealMEdia
 Přípona *.rm
 Internetové vysílání
 Jakýkoli obsah (audio, video, titulky,menu,..)
 Nevýhoda při editaci
VIDEO – FORMÁTY, komprimace
 MPEG – Motion Picture Expert Group
 MPEG-1
 VideoCD, digitální verze VHS
 MPEG-2
 DVD včetně HDTV verze
 MPEG2-Layer3 (MP3)
 ?MPEG-3
 MPEG-4
 Hyper-obecný formát, neujal se v plné šíři
 H.264/AVC
 Spojení „H“ standardů a MPEG-4 standardů
 AVC == MPEG4 specifikace 10, Audio Video Codec
VIDEO – FORMÁTY, komprimace
DĚKUJI ZA POZORNOST