pixelgrafika 2. · 2012. 10. 8. · bmeepag1202 2005. szeptember 26. bme Építészmérnöki kar...

BMEEPAG1202 2005. szeptember 26.

BME Építészmérnöki karÉpítészeti Ábrázolás Tanszék

BMEEPAG1202 - Számítógépek alkalmazása 1.2. el adás, 2005. szeptember 26.

Pixelgrafika 2.Pixelkép tulajdonságai


AdaptációA fényer t a szem világosságként

érzékeli. A nagyobb fénys r ségfényforrást illetve megvilágított felületet a szemünk világosabbnak látja.

A szem 10-6-104 log cd//m2 nagyságrendfényer változást képes érzékelni, de nem egyidejüleg.

A szabályozás eszközei a pupilla és a két fotoreceptor alaptípus, a pálca és a csap, amelyeknek az érzékenysége az éjszakai és nappali megvilágításra hangolódott.

Adaptáció: A szem a megváltozott fényviszonyokhoz rövidebb vagy hosszabb id alatt alkalmazkodik. Az átállási id sötét fényviszonyokraelérheti a 30 percet is.


KontrasztAz adaptációs mechanizmusnak

köszönhet en a világosság relatív érzet, a szem csak az egymás melletti (vagy az egymás után megjelen ) felületek fénys r ség eltérését érzékeli.

Az eltérés mértéke a kontraszt: L1 és L2tényleges fénys r ség felület között érzett világosság különbség, azaz a két fénys r ség különbségének és összegének a hányadosa:

K=(L1 - L2)/(L1 + L2)Abszolút kontraszt:

K=(L1 - L2)/L2K viszony = L1 / L2

A kontraszt érzékenység egy képen belül is változhat, mert a foveális látás mozgó „ablak”, amely részletr l-részletre haladva rakja össze a látványt. A bal fels képen a gy r egyszín . A jobb fels kép már két önálló részletb l áll, ezért a gy r két része különböz világosságúnak látszik. Az alsó képen az eltolás a két részletet teljesen elkülöníti egymástól, ezért az érzékelt világosságkülönbség még er teljesebb.Koffka gyürük - Kurt Koffka (1886-1941) német pszichológus.

Természet* 100:1

Film, fénykép 80:1Nyomat, újság 10:1Átlagos látvány 5:1

Jellemz kontrasztok

* Két anyag visszaver dési tényez je: fekete bársony ~0.01, hó ~ 0.93.


Gamma korrekció (Gamma Correction)A szem a világosság lépcs ket nem

lineárisan érzékeli. Adott adaptációs szinten a szem a sötét részletekben kevesebb, a világos részletekben több lépcs t különböztet meg.

A képfelvev és megjelenít eszközök világosság lépcs i viszont lineárisan növekednek.

A gamma korrekció a tényleges (fizikai) és az érzékelt (pszichológiai) világosság lépcs k közötti eltérés kiegyenlítésére szolgál.

Az alacsony fotonszám következményei. A négy rajz egyre növekv megvilágítással 400 retina receptort illusztrál. Ahhoz, hogy a körrel jelzett terület világosság különbsége érzékelhet legyen, logaritmikusan növekv számú foton szükséges.

Pirenne (1967) alapján.


Gamma korrekció

Ferenczy Károly (1862-1917) Kavicsdobáló fiuk. Forrás http://www.kfki.hu/~arthp/


Gamma korrekció

Gamma korrekció el tt és után. A folytonos vonal a fizikai mennyiséget (a tényleges fénys r séget), a szaggatott vonal a keletkez világosság-érzetet mutatja.

A gamma korrekció szükséges mértéke függ a megjelenít eszközökt l és annak szokásos háttér-megvilágításától. Például

Diafilm ( ) = 1.25-1.5CRT képerny ( ) = 2.2

Fénysürüség

Inte

nzi

tás (

I)

255

Inte

nzi

tás (

I)

255

I = V

y

I = P1y

10Fénysürüség 10


Kontraszt vagy gamma?CRT monitor Szoftver Gamma

0,0,0

Volt

0,0,0

Volt

0,0,0 0,0,0

0,0,00,0,0

Kontraszt, fényer és a gamma módosítás összehasonlítása. Fels sor: kontraszt növelés és gamma < 1. Alsó sor: fényer csökkentés és gamma > 1.

Fényer (Brightness)tk. feketeszint szabályozás

Kontraszt (Contrast)tk. fényer szabályozás

A kontraszt- és a fényer módosításlineáris, ezért a világos illetve sötét színek feltorlódnak, a kép kiég illetve elfeketedik. Használjuk inkább a nem lineáris gamma korrekciót!

Kontraszt, fényer , gamma módosítható:a) képerny szabályozókkal,b) pixelgrafikus alkalmazásban,c) OP rendszerrel (LUT),d) árnyalás számításokban,e) az elmentett, elküldött az adatcsere

képfájlok színprofil mellékletével.

A Look Up Table (LUT) a grafikus kártya videó-memóriájába betöltött táblázat, amely a kimen RGB értékek képerny specifikus beállítására szolgál. A táblázatot az OP rendszer kezeli. Így azután a kimen RGB értékek módosíthatók a grafikus kártyához mellékeltszoftverrel, ekkor a beállítás a felhasználói felület minden ablakában érvényesül. És módosítható a grafikus program képerny beállításával is, ekkor a beállítás csak a grafikus program ablakaiban érvényesül.


Képdinamika

Dinamika és a világosságfokozatok viszonya: a) Teljes dinamika; b) Széles dinamika, sok fokozat; c) Széles dinamika, kevés fokozat; d) Sz k dinamika, sok fokozat; e) Sz k dinamika, kevés fokozat; f) Sz k dinamika, kevés fokozat.

a) b) c)

d) e) f)


KépdinamikaGeorges de LaTour (1592-1652) Krisztus az ácsm helyben. Forrás http://www.kfki.hu/~arthp/


Fehérpont

A fehérpont (legvilágosabb pont) beállítással kihasználható a képdinamika teljes terjedelme, azaz a legsötétebb és legvilágosabb képpont között rendelkezésre álló lépcs szám. A látvány kiválasztott pontja a képen fehér szín lesz (RGB 1,1,1). A fehérpont beállításra a szkennereknél és professzionális digitális kameráknál van lehet ség. Pixelgrafikus szerkeszt vel a pixelkép legvilágosabb pontja utólag is módosítható. Az Equalize (automatikus kiegyenlítés) parancs a képdinamikát a rendelkezésre álló terjedelmen belül (RGB 0,0,0 – 1,1,1) arányosan széthúzza. Az eredményt az un. hisztogrammalellen rizhet . (A legvilágosabbnak választott színt kör jelöli.)Szinyei-Merse Pál ( 1845-1920) Rózsi, a m vész lánya. Forrás http://www.kfki.hu/~arthp/


HisztogramAnnie Leibowitz: Arnold Swarzenegger, 1988.

A hisztogram statisztikát készít a pixelképben található RGB színek számáról. Az x tengelyen sorakoznak a megjeleníthet színek a sötétt la világos felé haladva, az y ordináták tartalmazzák a pixelek számát. Az

elemzés egyúttal megmutatja az átlagot, a mediánt és a szórást is.


Összeadó és kivonó színkeverésÖsszeadás a szemben:

id ben (pl. Maxwell tárcsa)térben (pl. CRT képerny )szuperpozicióval (pl. egymásra vetítve).Három alapszín:

vörös, zöld és a kék.Kivonás az anyagban:

A visszaver dés lehet felületi,bels szórt, és alsó.Három alapszín:

sárga, cián, magenta,+ fehér,+ fekete.

PapírFesték


Kivonó színkeverésÖsszeadó színkeverésnél a három alapszín színsz r ként viselkedik. Ha a felületet fehér fénnyel világítjuk meg, a fehér fényb l …

a cián a kivonja a vöröset, a visszavert vagy átengedett fény kékes-zöld lesz.

A magenta kivonja a zöldet, a visszavert vagy átengedett fény kékes-vörös (bíbor) lesz.

A sárga kivonja a kéket, a visszavert vagy átengedett fény sárga lesz.

Tehát:Cián + Magenta + Sárga Fekete Cián + Sárga ZöldCián + Magenta KékMagenta + Sárga Vörös

C+S

C+M

S+MC

S

M

C+M+S

- Zöld

- Kék

- Vörös

Cián - Vörös Magenta - Zöld Sárga - Kék


Neugebauer alapszínek

0

RW

()

400 700

1

0

RC

()

400 700

1

0

RM

()

400 700

1

0

RY

()

400 700

1

0

RC

MY

()

400 700

1

0

RM

Y(

)

400 700

1

0

RC

Y(

)

400 700

1

0

RC

M(

)

400 700

1

HP DeskJet 970C nyomtatóval nyomott Neugebauer alapszínek spektrális eloszlása. F.A. Baqai, J.Lee, A.U. Agar, J.P. Allebach: DigitalColor Halftoning, Problems, algorithms, and recent trends. Signal Processing Magazine, 22. köt. 1. sz. 2005. január, 87- 96. o

Fehér Cián Magenta Sárga

Cián + Mag. + SárgaMag. + SárgaCián + SárgaCián + Mag.


Nyomdagépek - nyomtatók

Fekete

Fehér

Fekete

Fehér

Képjel

Képjel

Szita jel

Cella jel

Diteráló jel

Féltónus jel

A nyomdagépek analóg eljárások, a képet – nyomólemezzel –változó méret képpontokból állítják el .A számítógéppel vezérelt nyomtatók nem, vagy csak korlátozott lépcs számmal* képesek változó méretképpontok létrehozására, ezért a képet – on-line vezérléssel – változó számú képpont-csoporttal állítják el .*Egyes nyomtatók 4-5 méret pontot képesek el állítani. A tintasugaras nyomtatók több festékcseppet nyomtatnak ugyanoda (Multi-level Dithering), az elektrografikus nyomtatók megnyújtják az expoziciós id t(Pulse Width Modulation).


Nyomtatás nyomdagéppel

Nyomdagép féltónus technológia (halftone, screen):30º-al (a sárga esetében 15º-al) elforgatott 3+1 rács változó méret képpontokkal.


Nyomtatás nyomtatóval

A változó számú képpont-csoportok az. un cellák pontkiosztó módszereit féltónusnak (halftone) vagy diterálásnak (dithering) nevezik.Az analóg és digitális nyomtatás egyaránt a felbontás csökkentésével növeli a szín- illetve világosságlépcs kszámát.Minél több pontból áll a cella, annál több a tónusok száma.


Mintavétel

Mintavétel, kvantálás1. térben,2. mélységben,3. id ben.

Mintába vett sokaság

Minta Kvantáltminta

A mintavételi gyakoriság (felbontás) és a kvantálási pontosság (kerekítés) szükséges mértéke a látvány részletességét l függ!


Színmélység (Color Mode, Color Depth)Színmélység a kvantálás pontossága. A kvantálás is mintavétel,

mértéke a memóriához igazodik:

• 21 1 bit – 2 szín (pl. fekete-fehér).

• 28 8 bit (1 byte) – 256 szín- vagy világosság fokozat.

• 224 3 x 8 bit (3 byte) – 3 szín x 256 fokozat (16.7 millió szín).

• 248 3 x 16 bit (4 byte) – 3 szín x 65 ezer fokozat.A nagyobb színmélységre a képfelvev eszközöknél (pl. szkenner, videó kamera stb.) van szükség, mert a látvány dinamikája szélesebb mint a megjelenít eszközöké (pl. képerny , nyomat stb.) A továbbított pixelkép színmélysége azonban már 24-bites lesz.

• 1, 8, 16 bit alfa csatorna (1, 256, 65000 átlátszóság fokozat).


Felbontás (Resolution)A felbontás egységnyi területen létrehozható, (rögzíthet , megjeleníthet ,

címezhet stb.) képelemek száma.

Mértékegységei változó képméretnél:

• Sample/inch (minta/hüvelyk) - szkenner• Dot/inch (pont/hüvelyk) –nyomtató• Line/inch (vonal/hüvelyk) – nyomdagép• LinePair/inch (vonalpár/hüvelyk) – nyomdagép

Mértékegységei állandó képméretnél:

• Pixel×pixel – képerny , CCD-CMOS kameracsip(videómemóriához igazodó értékek: 320×200, 640×480, 1024×768, 1280×960, 1600×1200)


MintavételMintavételezés (Sampling):

• 3D modell árnyalt megjelenítése (rendering),

• vektoros alakzatok, pl. bet kraszterizálása,

• adatcsere képfájl tömörítése, elmentése,

• féltónus ill. diteráló cellák mintázata.

Újra-mintavételezés (Resampling):

• pixelkép nagyítása-kicsinyítése, elforgatása,

• pixelkép torzítása (Warp, Morf),

• pixelkép nyomtatása. Mintavételezési hibák elégtelen mintavételi gyakoriság (felbontás) esetén.

1 2


MintavételAz elégtelen mintavételi gyakoriság

az un. alias típusú képhibákhoz vezet. Az alias típusú képhibák:

• fogazottság,• moaré,• hibás képpontok (artefacts).

Megoldás:

• növelni kell a mintavételi gyakoriságot, vagy

• csökkenteni kell a látvány részletességét, vagy

• zajjal elfedni a képhibákat.


Alias jelenségAlias jelenség: Analóg jel minta-vételezése

akkor megfelel , ha a mintavételi gyakoriság (frekvencia) legalább kétszerese a jelben el forduló legmagasabb frekvenciának. Ha a mintavételi frekvencia alacsonyabb, a rekonstruált jelben a magas frekvenciák „álruhában” (alias latinul álruha, álarc) alacsony frekvencián jelennek meg.

Nyquist küszöb=fmax/2

Frekvencia: periódikusan ismétl desemény, pl. hullám gyakorisága id egység alatt.


Fourier transzformáció

Egy pixelsorból létrehozott képfüggvény.

Andy Warhol: Önrarckép

A pixelkép diszkrét RGB adatai analóg jellé (képfüggvénnyé) alakítható, majd a Fourier transzformáció segítségével a képfüggvény növekv frekvenciájú szinusz és koszinusz függvények sorozatára bontható.

A Fourier transzformáció elemz és képmódosító eszköz, alkalmazható:• a mintavételi gyakoriság szükséges

mértékének megállapítására,• a kép magas frekvenciáinak

csökkentésére, az alias típusú képhibák megszüntetéséhez,

• pixelkép tömörítésére (Jpeg).

A Fourier transzformáció 2 dimenziós, diszkrét értékkel dolgozó változatai:• DCT (Discrete Cosinus Transform),• FFT (Fast Fourier Transform).



f (x)

u

Képfüggvény

|F (u)|

Frekvencia spektrum

x

0 0.5 1 1.5 20 0.5 1 1.5 2

I.

/I.

III.

IV.

V.

VI.

VII.

VIII.



Felül: mintakép.Alul: frekvencia spektrumkép: középen az alacsony, a szélen a magas frekvenciákkal.

Felül: mintakép csak a magas frekvenciákkal.Alul: frekvencia spektrumkép az eltávolított alacsony frekvenciákkal.

Felül: mintakép csak az alacsony frekvenciákkal.Alul: frekvencia spektrumkép az eltávolított magas frekvenciákkal.

Alacsony ill. magas frekvenciák eltávolítása gyors Fourier transzformációval (FFT) készített 2D-es spektrum-képen.


Képhibák javítása el sz résselMip Mapping (Multi In Parvo – Sok a

kicsiben) eljárást számítógépes árnyalás (Rendering) számításnál használják. A textúra-képekb lkülönböz felbontású változat készül, hogy a textúra részletessége a változó 3D-s geometria állandó felbontású mintavételezéséhez igazodhasson.Így például a perspektivikusan rövidül k fal közeli képén a nagyfelbontású változat, a távoli képén a kisfelbontású változat szolgáltatja a textúra-képet.


Képhibák javítása túlmintavételezéssel

SuperSamping (Szupermintavételezés) eljárást számítógépes árnyalás (Rendering) számításnál használják.

. Ha mintavételi gyakoriság (felbontás) elégtelen - lásd a felssort -, az eljárás mintavételek számát lokálisan megnöveli, majd az eredményt átlagolja, - lásd az alsó sort.Az eljárás adaptív (alkalmazkodó): akkor indul el, ha a szomszédos pixelek világosság- vagy színkülönbsége meghaladja a felhasználó által beállított küszöbértéket.


Képhibák elfedése zajjalSzürkefokozat szám csökkentés

(kvantálás) zaj nélkül és el kevert zajjal:

a) Mintakép 64 szürkefokozattal,b) 4 szürkefokozatra kvantált kép,c) Zajjal kevert 64 szürkefokozat,d) 4 szürkefokozatra kvantált zajos

kép.


Adatcsere képfájl formátumok

*Metafájl (metafile) Microsoft által fejlesztett fájltípus-család, amely a vektoros és pixeles adatokat a készítési utasítások (graphical-device-interface function calls) egymásutánjaként rögzíti.

Képfájl típusok:• Alkalmazások saját

formátumai: PhotoShop Psd, CorelPaint Cpt.

• Adatcsere képfájl formátumok,

• Videófájl formátumok: Mpeg, Fli/Flc, Avi.

Adatcsere képfájl formátumok:• Raw (feldolgozatlan) bels

adatmozgatáshoz: Dgn (digitális kamerák által létrehozott feldolgozatlan adatok szabványos formátuma - Digital Negativ),

• OP rendszer Copy-Pastem veleteihez: Bmp,

• Webhez: Gif, Jpeg, Png,• Professzionális: Tiff,• Digitális kamerákhoz: Dcf,• Metafájlok*: Vmf, Emf, Cgm.


Választási szempontokKiegészít adatok• El kép (Preview, Thumbnail),• Felbontás el beállítás a nyomtatáshoz,• ICC színprofil, gamma korrekció,

kolorimetriai adatok,• Id pecsét és más a fájllal kapcsolatos adat,• Exif**, IPTC***(digitális kamerával készült

felvételhez csatolt szöveges információk).

Képszerkeszt programok kapcsolódó szolgáltatásai mentés el tt

• Színmélység módosítása,• CMY, CMYK konverzió,• Indexált színpaletta szerkesztése,• Webbiztos színek,• Indexált színek diterálása.

Szolgáltatások• Színmélység:

• fekete-fehér, szürkefokozatú, indexált és valódi színek,

• Tömörítés:• veszteséges ( képmin ség?)• veszteségmentes ( fájlméret? tárolás?

adatátviteli sebesség?)• Színmodell: RGB, CMY, YCC, CIEXYZ…• Létrehozási id (kódolás),• Letöltési id (dekódolás),• Több kép egy fájlban:

• animáció,• alfacsatorna (átlátszóság),• multi-page (Tiff),

• Skálázhatóság (Web):• váltósoros, szekvenciális vagy

progresszív letöltés,• különböz felbontás (Jp2),

• Georeferenciák (pixelek közötti valós távolság, vetítési mód, datum stb.) **Exif - Exchangeable image file format

***IPTC - International Press Telecommunications Council


Tömörítés

Kvantálás 4:4:4, 4:2:2

RLE

Prediktív (delta)LZW

DCT

Wavelet

Indexálás

Huffman

Packbits

Tömörítés (Compression) egymást kiegészít eljárások eredménye. Csökkenti az adatokban található ismétl dést (redundanciát), és ha lehet, eltávolítja a képen nem észrevehet részleteket.


Tömörítések elvei (az érdekl d knek)

RLE - Run Length EncodingKód:CBC5,CAA3,BBC4,AAA2,CCC1,CBC1 (24)

Index Paletta (max. 256 hely):1=AAA, 2=BBC, 3=CAA, 4=CBC, 5=CCC stb.Kód:4,4,4,4,4,3,3,3,2,2,2,2,1,1,5,4 (16)

Huffman Gyakoriság (16 kód alapján):CBC=0.32, BBC=0.25, CAA=0.18, AAA=0.12, CCC=0.06Kódtábla (bináris):0=CBC, 1=BBC, 01=CAA, 10=AAA, 001=CCC stb.Kód:0,0,0,0,0,01,01,01,1,1,1,1,10,10,001,0 (23)

Adat: CBC,CBC,CBC,CBC,CBC,CAA,CAA,CAA,BBC,BBC,BBC,BBC,AAA,AAA,CCC,CBC (48)

4 : 2 : 2Kód (világosság + 2 színcsatorna):C,C,C,C,C,C,C,C,B,B,B,B,A,A,C,C (16)B,B,A,A,B,B,A,C (8)C,C,A,A,C,C,A,C (8) (32)

PrediktívKód:CBC,0,0,0,0,CAA,0,0,BBC,0,0,AAA,0,CCC,CBC (27)

LZW - Lempel, Ziv, WelschKiinduló kódtábla (256):A=1, B=2, C=3 stb.Létrehozott kódtábla (4056), ablak szélesség itt 4 hely:CB=257, CC=258, BC=259, CBC=260, CBCC=261 stb. Kód:261,259,261,259,260….

A tömörítés zárójelbe tett értékei csak a példákat illusztrálják.


GIF - Graphics Interchange FormatSzolgáltatások:

- kis fájlméret,- 1-8 bites színmélység,- 1 bites átlátszóság,- színmodell: RGB,- animáció,- váltósoros kép webletöltéshez,- max. képméret 64K×64K pixel.

Felhasználási terület:- grafika (ha a színhelyesség nem követelmény),- web, egyszer animációk,- vonalas rajzok (ha a kép 8-bites szürke fokozatú).

Tömörítési eljárások:- színindexálás,- LZW.


Gif tömörítés min ségeHa a Gif-ként elmentett kép több mint

256 színt tartalmaz, az indexálás következtében a tömörítés veszteséges lesz!Mentés el tt a képszerkeszt alkalmazások lehet teszik a kép színeinek módosítását, az un. paletta szerkesztését. A paletta összeállítható az OP rendszer 8-bites színei alapján, adaptív módón (a gyakori színek kerülnek a palettába, a többit diteráció közelíti), egyedi választás szerint, szürkeárnyalatos vagy webbiztos (standard) színekkel, stb.A diteráció a köztes színeket a szomszédos pixelszínek módosításával közelíti, így a kép felbontása csökken. Többféle diterációs algoritmus közül választhatunk, pl. Floyd-Steinberg, Stuckí stb.

Diteráló algoritmusok: 2-bites, fehér zaj, Bayer és fürtös.Szerz Robert Ulichney


Png - Portable network graphicsSzolgáltatások:

- veszteségmentes tömörítés, - 1-48 bites színmélység (TrueColor),- 1-16 bites színmélység (Grayscale),- 8 bites színindexálás,- 8/16 bites alfacsatorna,- háttérszín,- színmodell: RGB, CIEXYZ,- váltósoros kép web-letöltéshez,- gamma korrekció, ICC színprofil,- szöveges megjegyzések,- max. képméret: 2G×2G pixel.

Felhasználási terület:- színhelyes grafika, fotó stb,- web.

Tömörítési eljárások:- színindexálás,- el sz rés (prefiltering),- LZ77,- Huffman.

Kék-fekete átmenetes háttér el tt elhelyezett Png képek az átlátszóságot biztosító 8-bites alfa csatornákkal. Az alfa csatornák a képek inverz szürkefokozatú változataiból készültek.Lábasfej ek osztályába tartozó Teuthowenia (140-380 mm).


Tiff - Taged image file formatSzolgáltatások:

- multiplatform (MacOS/Windows),- 1-64 bites színmélység (4×16 bit),- színmodellek: RGB, CMYK, YCC, CIELab,- veszteségmentes tömörítés,- geodéziai adatok (Geotiff),- kolorimetriai adatok,- Exif, IPTC adatok,- max. képméret: 4 GB-os fájl.

Felhasználási terület:- professzionális grafika-fotó, DTP és nyomdai nyomtatáshoz,- szkennelés (48 bit)- térképészet, geodézia.

Tömörítési eljárások:- PackBits (Mac),- LZW,- Jpg,- Zip,- Huffman & RLE (fekete-fehér).

A Tiff címke (tag) szabványos vagy egyedi adat-csoportokhoz un. adatmez khöz tartozó utasítás, amely a képnéz , képszerkeszt , alkalmazások számára meghatározza az adatmez k helyét a fájlban és az adatkezelés módját.Minden adatmez höz - legyen az rgb adattömb vagy akár egysoros képméret - egyedi címke tartozik. Az egyes képszerkeszt k számára az ismeretlen vagy hiányzó címkék és adatmez k csak az utasítás átlépését eredményezik, ezért azután az alkalmazók egyedi címkéket illetve adatmez ket pl. geodéziai információkat illeszthetnek a Tiff fájlba.A Tiff fájl három f részb l áll. Az els a rövid fájl-fejléc (Header), a második a címkéket tartalmazó tartalomjegyzék (IFD - Image File Directory), a harmadik az adatmez kkel (Fields) tagolt adatok.

Fejléc

Tartalomjegyzék

Adatmez

Adatmez

Cimke

Cimke

Cimke

Adatmez


Jpeg - Joint Photographic Experts GroupSzolgáltatások:

- kis fájlméret,- változtatható tömörítési arány,- 1-24 bites színmélység,- színmodell: YCC,- progresszív kép web-letöltéshez,- max. képméret: 64Kx64K pixel.

Jpg - veszteséges tömörítés,Exif - (Exchangeable image file format)

digitális fényképfelvétel un. Exifadatokkal kiegészítve.

Jpg 2000 - választható veszteséges vagy veszteségmentes tömörítés.

Kiterjesztések: jpg, jpeg, jpe, jp2Felhasználási terület:

- fénykép,- folytonos tónusú grafika.

Tömörítési eljárások:- 4:4:4, 4:2:2 és 4:1:1 mintavétel,- DCT (Jpg), vagy WT (Jp2),- RLE & Huffman.

A veszteséges tömörítés két eljárás következménye:1. Az emberi szem a színárnyalatokat kevésbé különbözteti meg mint a világosság eltéréseket, ezért a Jpg fájl az RGB pixel-színeket világosság (Y) és két színességi (Cb, Cr) adatra alakítja át, így azok a felhasználó választása szerint eltér mintavételigyakorisággal tömöríthet k (4:4:4, 4:2:2, 4:1:1).2. A 8x8-as blokkokra osztott Y,Cb,Cr értékeket a DCT (diszkrét koszinusz transzformáció) koszinusz függvények együtthatóiként tárolja. A tömörítés alapja az együtthatók kvantálása: ahogy növeljük a kvantálás mértékét, el bb a magas, majd a közép, végül az alacsony frekvenciák vesznek el, végül marad a 8x8-as blokk pixelszíneinek átlaga. B vebbet lásd a 43-44. dián.


Jpeg min sége

Jpg tömörítés min sége függ a kép tartalmától! Hozzávet leg…T=10 kiváló min ség, fantom kontúrok nem észlelhet k,T=20-30 jó min ség, fantom kontúrok,T=50 gyenge min ség, a 8x8 pixelblokkok láthatók.Vigyázat: a jpg kép minden mentése vesztességet okoz, ezért szerkesztés közben célszer a képet veszteségmentes fájlformátumban menteni!

Fekete vonal képe DCT tömörítéssel.

JPG alkalmatlan vonalas rajzok (line art) mentésére. A hirtelen változások határát a kvantált DCT tömörítés nem képes elég magas frekvenciákkal kezelni, ezért ott alias típusú képalkotási hibák keletkeznek.


Jpeg tömörítés menete – 1. (az érdekl d knek)

0.081 B -0.419 G-0.500 R=Cr0.500 B+0.331 G-0.169 R-=Cb0.114 B +0.587 G+0.299 R=Y

1. A jpg fájl az RGB adatokat az alábbi RGB-YCC videó konverziós képlet szerint világosság (Y) és két színességi (Cb, Cr) adatra alakítja:

2. A következ lépés a kép 8x8-as blokkokra történfelosztása. Ha a formátum 4:2:2 (4 minta világosság, 2-2 minta színesség), a mintavétel a színességi értékeknek 8x8-as blokkok helyett 16x16-os méret blokkokból 4 pixel átlagát veszi.

64 DCT koszinusz bázisfüggvény felülnézeti képe. A bal felskezd F00 konstans függvény kivételével a periódus-szám x és y irányban 0.5 - 4 között változik. Pl. az F10-es x irányban lejt fél-koszinusz görbe, az F01-es pedig y irányban. A jobb alsó sarokban található F77-es frekvenciája a legmagasabb, mindkét irányban négy periódusból áll.

F00 F70

F01

F07

3. A DCT (diszkrét koszinusz transzformáció) a Fouriertranszformáció diszkrét értékekel dolgozó 2 dimenziós változata. A Jpg fájl esetében a 8x8-as blokkok térbeli domborzatát összegz 64 db 3D-s koszinusz bázisfüggvény együtthatóit számítja ki.

A transzformáció eredménye 64 együtthatóból álló frekvenciaspektrum, amelyb l a bal fels sarok az átlagérték, körülötte csoportosulnak a kép lényeges változásait meghatározó alacsony frekvenciák, míg a jobb alsó részen találhatók a finom részleteket tartalmazó magasak. Kisebb kerekítési hibák következményét leltekintve az együtthatókból a kép még veszteségmentesen fejthet vissza.


Jpeg tömörítés menete – 2. (az érdekl d knek)

9910310011298959272

10112012110387786449

921131048164553524

771031096856372218

6280875129221714

5669574024161314

5560582619141212

6151402416101116

9999999999999999

9999999999999999

9999999999999999

9999999999999999

9999999999996647

9999999999562624

9999999966262118

9999999947241817

Y világosság kvantáló tábla CbCr színesség kvantáló tábla

Kvantált adatok jellemz eloszlása

6362585749483635

6159565047373421

6055514638332220

5452453932231910

534440312418119

43413025171283

4229261613742

282715146510

Cikk-cakk tábla

00000000

007-5

6-452

-5-628

00000000

00000000

0000-2050

0000000-2

0000

0030

0000

4. A tulajdonképpeni tömörítés kvantálás, az együtt-hatók osztása az un. világosság és színesség táblá-zatokban tárolt osztók szerint, és az eredmény egész számokra történ kerekítése. A színesség táblázat osztói nagyobb érték ek, így a színesség információk tovább romlanak. A tömörítés mértékét a felhasználó az osztók értékének növelésével (szorzásával) növelheti. A kvantálás mértékét l függ en a 8x8-as blokkok jobb alsó részén csak 0 értékek keletkeznek. Figyeljük meg, hogy a táblázatokban az osztók értéke enyhén aszimmetrikus eloszlású. Ennek célja a moaré jelleg mintázatok kialakulásának megakadályozása.

5. A RLE kódolással a fájl mérete tovább csökken, mert kvantált együtthatók eloszlása olyan, hogy az ismétl d számok, mindenekel tt a 0-ák – cikk-cakk sorrend szerint láncra f zve – a számokhoz rendelt „hosszakkal” jól tömöríthet k.

6. A futóhossz kódolás eredményeként kapott számpárok végs tömörítése Huffman (vagy aritmetikai) kódolással történik. A gyakori számok kódja rövidebb, a ritkábban el fordulóké hosszabb. A futóhossz és a Huffman tömörítés veszteségmentesek.

7. Az elkészült Jpg fájlban a kódolt adatokat megel zia fejléc (File Header), amely az Exif és Web szöveges információkon kívül a két kvantáló és a Huffman kódok táblázatait tartalmazza. A RGB-YCC konverziós mátrix és a cikk-cakk táblázat szabványos.


© BME Építészmérnöki Kar, Építészeti Ábrázolás Tanszék munkaközössége,Peredy József, Szoboszlai Mihály, Kiss Zsolt, Strommer László, Ledneczki Pál, Batta Imre, Juhász Péter, Fejér Tamás, Kovács András, Kovács András Zsolt.

1998-2005.

pixelgrafika 2. · 2012. 10. 8. · bmeepag1202 2005. szeptember 26. bme Építészmérnöki kar...

Documents