Imagem Estática. Imagem Estática BMP BMP BMP GIF TIFF PNG JPEG. Profa. Débora Christina Muchaluat Saade

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1 Departamento de Engenharia de Telecomunicações - UFF Imagem Estática Imagem Estática BMP GIF TIFF PNG Profa. Débora Christina Muchaluat Saade deborams@telecom.uff.br 1 2 BMP BMP Bitmap Usado no Windows Baseado no modelo RGB Profundidade do pixel 1 (preto/branco), 4, 8 e 24 bits Pode usar codificação por carreira (run-length) Tipos de compressão 0 - no compression mais comum 1-8 bit run length encoding 2-4 bit run length encoding 3 - RGB bitmap with mask (transparência) Formato bitmap Uso de uma tabela de cores (palette) 3 4

2 BMP BMP Formato bitmap Sem tabela de cores Formato bitmap Cabeçalho (header + info) informações sobre tamanho, profundidade do pixel e tipo de compressão tabela de cores indica todas as cores usadas no bitmap (exceto para representação de 24 bits por pixel) formato 4 bytes por linha (B, G, R, reservado) Região de dados valor de cada pixel em linhas (múltiplos de 32 bits/4 bytes) Ex.: 6 bytes que representam uma linha em um bitmap: A0 37 F2 8B 31 C4 Devem ser salvos como: A0 37 F2 8B 31 C Arquivo.bmp armazena linhas de baixo para cima 5 6 GIF GIF modo básico de operação Graphics Interchange Format Formato proprietário da CompuServe 24 bits por pixel (8 bits por componente R, G, B) GIF utiliza uma tabela de 256 cores com as cores mais usadas na imagem Global color table Local color table Cada valor na tabela tem 24 bits Utiliza o índice da tabela (8 bits) para representar cada pixel da imagem Reduz o número de cores representadas para 256 Comprime de 24 bits para 8 bits Compressão de 3:1 7 9

3 GIF GIF LZW pode ser usado Tabela de 512 entradas 256 cores mais usadas Mais 256 combinações de 3 índices de 8 bits Tabela de tamanho variável para acomodar mais combinações de 3 índices Extensões permitem definir uma cor transparente animação entrelaçamento GIF GIF Permite que imagem seja transferida por partes modo entrelaçado Útil para transferência em canais de baixa taxa ou com taxa de transmissão variável (Internet) Descompressão pode ser feita de forma progressiva Dados divididos em 4 grupos: 1/8, 1/8, 1/4, 1/

4 TIFF TIFF Tagged Image File Format padrão ANSI Resolução de até 48 bits por pixel (16 bits por componente R, G, B) Usado para Imagens e documentos digitalizados Formato usado é indicado por um código Formato não comprimido (code number = 1) Comprimido com LZW (code number = 5) Códigos 2, 3 e 4 são usados para documentos digitalizados (mesmo formato de fax) Compressão com LZW Mesma do GIF Tabela inicial de 256 cores que pode ser estendida até 4096 entradas (2 12 ) Algumas extensões ao TIFF dão suporte a modo entrelaçado, mas não o padrão PNG PNG x GIF Portable Network Graphics Padrão W3C World-Wide Consortium Padrão ISO 15948:2003 Projetado para substituir GIF e TIFF Vantagens sobre GIF: Alpha channel, usado para especificar transparência GIF só suporta transparência binária (cada pixel é transparente ou opaco) PNG suporta vários níveis de transparência Gamma correction, para corrigir diferenças entre o brilho da imagem em monitores de diferentes plataformas Ex.: imagens editadas em Mac parecem mais escuras em PC Entrelaçamento bidimensional Melhor compressão (diferença de 5% a 25%) Desvantagens: Não suporta animação Representação de imagem única somente Extensão para múltiplas imagens MNG Multiple-Image Network Format 16 17

5 PNG PNG Tipos de imagens: tons de cinza true color (RGB) com tabela de cores (palette) tons de cinza com alpha channel true color (RGB) com alpha channel Profundidade do pixel: 1 a 16 bits por componente Formato de compressão sem perda: Compactação com LZ77 e Huffman Interessante para armazenar estágios intermediários da edição de uma imagem (em comparação com ) Tipos de imagem PNG PNG PNG True color com alpha channel Com tabela de cores (palette) indexed colour 20 21

6 PNG PNG Modo entrelaçado em 7 passos Filtros de Compressão por linha Objetivo: preparar os dados da imagem para compressão ótima PNG PNG Filtros de compressão Aplicados a bytes, não pixels Imagem entrelaçada => cada passo é tratado separadamente Pixel anterior, superior ou superior esquerdo podem ser usados no cálculo do valor do filtro Decodificador precisa guardar linha anterior Tipos de filtros de compressão Tipo Nome None Sub Up Average Paeth Codificação Filt(x) = Orig(x) Filt(x) = Orig(x) - Orig(a) Filt(x) = Orig(x) - Orig(b) Filt(x) = Orig(x) - (Orig(a) + Orig(b)) / 2 Filt(x) = Orig(x) - PaethPredictor(Orig(a), Orig(b), Orig(c)) c a b x 24 25

7 PNG PNG Filtro de Compressão Paeth (Paeth Predictor) Criado por Alan Paeth Codificação Joint Photographic Experts Group Padrão ISO IS Define vários modos de compressão para uso em diversas aplicações Modo seqüencial com perdas modo básico Compressão de imagens monocromáticas e coloridas 5 estágios principais: Preparação da imagem/bloco, DCT, quantização, codificação por entropia, construção dos quadros 28 29

8 Preparação da imagem/bloco Imagens monocromáticas, tons de cinza ou usando tabela de cores 1 matriz Imagem em RGB ou YCrCb 3 matrizes, uma para cada componente Matrizes de Cr e Cb podem ser menores (Ex.: 4:2:0) Cada elemento de uma matriz pode ter 8 ou 12 bits Divisão das matrizes em blocos de 8 x 8 submatrizes Cálculo da transformada para cada posição usa todos os valores da matriz Mais rápido em matrizes menores (8 x 8) Ex.: imagem 640 x 480 => 80x60 (4800) blocos de 8x Cálculo da Transformada Discreta de Co-senos DCT Discrete Cosine Transform Todos os 64 valores na matriz de entrada P[x,y] (f(x,y)) contribuem para cada entrada na matriz transformada F[i,j] (F(u,v)) F[0,0] = coeficiente DC média de todos os 64 valores Outros valores são chamados coeficientes AC Para j=0 (linha) => coeficientes de freqüência horizontal Para i=0 (coluna) => coeficientes de freqüência vertical 32 33

9 Quantização Olho humano é mais sensível ao coeficiente DC e coeficientes de freqüências espaciais mais baixas Freqüências muito altas não são percebidas Coeficientes descartados (setados como zero) na matriz transformada Threshold para cada coeficiente (tabela de quantização) Divisão do coeficiente pelo threshold Quociente da divisão é arredondado para valor inteiro (erro de quantização => perda de informação) Tabela de quantização Padrão tem 2 tabelas defaults (luminância, crominância) Pode usar tabela específica

10 Conclusões sobre a quantização: O cálculo dos coeficientes quantizados envolve arredondamento para o valor inteiro mais próximo Os valores de threshold usados aumentam à medida que as freqüências espaciais aumentam O coeficiente DC é o maior na matriz transformada Muitos dos coeficientes de freqüências mais altas são nulos Últimos 2 pontos são explorados na codificação por entropia (próximo estágio) Codificação por entropia (4 passos) Vetorização (vectoring) Codificação diferencial (preditiva) Codificação por carreira (run-length) Codificação de Huffman Estágio também conhecido como Variable-length coding (VLC) stage Utiliza codewords de tamanho variável Vetorização Transformação da matriz de 2 dimensões em um vetor Coeficientes mais baixos são maiores Varredura da matriz em zig-zag Codificação diferencial Coeficiente DC Codificação por carreira Coeficientes AC 40 41

11 Codificação diferencial Coeficiente DC Como blocos são pequenos, não tem muita variação entre coeficientes DC de blocos sucessivos Valor é codificado como diferença do valor do bloco corrente para o anterior O primeiro em relação a 0 (zero) Ex.: 12, 13, 11, 11, 10,... Diferenças: 12, 1, -2, 0, 1,... Codificação usa o formato (SSS, valor), onde SSS indica o número de bits necessários para codificador o valor Codificação Diferencial Exemplo: 12, 1, -2, 0, 1 Valores negativos são codificados com o complemento do binário (sem sinal) Valor SSS Valor Codificado Regras usadas na codificação diferencial Codificação por carreira 63 Coeficientes AC O vetor contém longas strings de 0 (zero) Coeficientes AC são codificados usando uma string de pares de valores Codificação usa o formato (skip, value) Skip = número de zeros Value = próximo coeficiente não-nulo (0,6)(0,7)(0,3)(0,3)(0,3)(0,2)(0,2)(0,2)(0,2)(0,0) (0,0) indica o final da string (todos os coeficientes restantes são zero - 0) 44 45

12 Codificação do valor (value) usa o formato (SSS, valor), onde SSS indica o número de bits necessários para codificador o valor Exemplo: (0,6)(0,7)(3,3)(0,-1),(0,0) Coef. AC Skip SSS Valor 0, , , , ,0 0 0 Codificação de Huffman Usada para codificar a saída das codificações diferencial e por carreira Para coeficientes DC, o campo SSS é codificado com Huffman Decodificador determina sem dúvidas o primeiro SSS do restante dos bits codificados Tabela de Huffman default ou específica Exemplo: 12, 1, -2, 0, 1 Valor SSS SSS(Huff.) Valor Bitstream Para coeficientes AC, os campos Skip e SSS são tratados em conjunto (como um símbolo composto) Skip varia de 0 a 15 SSS varia de 0 a 10 Tabela de Huffman default ou específica (deve ser enviada junto com o bitstream) 48 49

13 Exemplo: (0,6)(0,7)(3,3)(0,-1),(0,0) Coef. AC Skip/SSS cód. Huff. Valor 0,6 0/ ,7 0/ ,3 3/ ,-1 0/ ,0 0/ (end of block) 50 Bitstream: No exemplo: 30 bits para codificar coeficientes AC, assumindo 7 bits para coeficiente DC = total de 37 bits Suponha que cada pixel da matriz 8x8 original tivesse 8 bits Taxa de compressão resultante: 512/37 => 13,8:1 Construção dos quadros 51 Definição da estrutura do bitstream completo de uma imagem Quadro (frame) Estrutura hierárquica Primeiro nível (level 1) Delimitador de início Cabeçalho Tamanho total da imagem em pixels Número e tipos dos componentes usados na representação Tons de cinza, RGB, YCrCb Formato de digitalização 4:2:2, 4:2:0,... Conteúdo Delimitador de fim 52 53

14 Segundo nível (level 2) conteúdo do quadro componentes chamados scan cabeçalho (scan header) que contém Identidade dos componentes (R, G, B,...) Número de bits usados para digitalizar cada componente Tabelas de quantização utilizadas para codificar cada componente Terceiro nível (level 3) Cada componente consiste de: 1 ou mais segmentos e cabeçalhos Segmento contém um grupo de blocos 8x8 DC, skip/value, skip/value,..., end-of-block Cabeçalho (segment header) Tabelas de Huffman utilizadas na codificação de cada segmento Cada segmento pode ser decodificado de forma independente dos outros impede a propagação de erros em outros segmentos Codificador Decodificador 56 57

15 1. Decodificador de quadros Identifica tabelas utilizadas Decodificador 2. Decodificação de Huffman Usando tabela identificada 3. Decodificação Diferencial (coef. DC) e por Carreira (coef. AC) 4. Desquantização Usando tabela identificada 5. Transformada de Co-senos inversa 6. Construção da imagem final Decodificador Transformada de Co-senos inversa: Descompressão pode ser feita de forma progressiva Modo progressivo Modo hierárquico Modo progressivo Seleção de espectro: Primeiro o coeficiente DC e os coeficientes de baixa freqüência são enviados para cada bloco; depois os coeficientes de alta freqüência 60 61

16 Modo progressivo Aproximação sucessiva: Primeiro o coeficiente DC é enviado para cada bloco; depois os bits dos outros coeficientes do mais significativo para o menos significativo Técnica mais interessante se imagem tem muita variação (coeficientes de alta freqüência altos) Vantagens do modo progressivo: envia os coeficientes mais importantes juntos Quando recebe os coeficientes mais importantes, já começa a mostrar a imagem Efeito: imagem aparece borrada e vai ficando mais nítida conforme vai chegando o resto Modo hierárquico: Filtragem de amostras com redução de resolução pelo fator 2 em múltiplas dimensões Codificação da imagem reduzida Gradativamente envia restante das amostras Efeito no receptor: Melhora gradativa da resolução geométrica Interessante quando dispositivo receptor não tem resolução suficiente para apresentar a imagem Basta mandar a imagem reduzida Novo padrão 2000 ISO/IEC ISO/IEC : Part 1: Core coding system ISO/IEC : Part 3: Motion 2000 ISO/IEC : Part 4: Conformance testing ISO/IEC : Part 6: Compound image file format 64 65

17 Departamento de Engenharia de Telecomunicações - UFF SVG Imagem Gráfica (Vetorial) Profa. Débora Christina Muchaluat Saade deborams@telecom.uff.br Scalable Vector Graphics - versão 1.1 (jan. 2003) Padrão do W3C ( e ISO/IEC 15948:2003 Linguagem declarativa (XML) para descrição de gráficos bidimensionais Página web SVG (<svg>) ou embutido em XHTML Linguagem Modular Perfil XHTML+MathML+SVG Visualizadores SVG (plugins) Adobe SVG Viewer, Corel SVG Viewer Editores que exportam no formato SVG Adobe Illustrator, Corel Draw Características Principais: SVG Lida com objetos geométricos (linhas e curvas) Formas básicas: rect, circle, ellipse, line, polyline, polygon Símbolos definidos pelo usuário <symbol> Inclusão de imagens estáticas (raster) Visualizador deve dar suporte a formatos PNG e no mínimo Formatação de texto (ou usa folhas de estilo CSS) Definição de metadados Características Principais: Suporte a Animação SVG <animate> Interatividade Execução de ações (animações ou scripts) em resposta a eventos como click, mouseover, mousedown... Definição de elos <a href=... > Definição de alternativas de conteúdo basedas em atributos de teste (usuário e plataforma) <switch> 68 69