Technologie cyfrowe semestr letni 2018/2019tkaz/teaching/technologie... · (Joint Photographic...
Transcript of Technologie cyfrowe semestr letni 2018/2019tkaz/teaching/technologie... · (Joint Photographic...
Technologie cyfrowe
semestr letni 2018/2019
Tomasz Kazimierczuk
Wykład 3 (11.03.2019)
Kompresja Kompresja bezstratna: z postaci skompresowanej można
odtworzyć całkowitą informację wejściową. Kompresja polega na zastosowaniu algorytmów usuwających redundantne (=powtarzające się) sekwencje danych.
Najprostszy wariant: kodowanie długości serii (ang. Run Length Encoding, RLE):
Sekwencja oryginalna: wwwwwiiiikkkkkkkiiippppppeeeeeddddiia bajtów: 37x1 = 37
Sekwencja skompresowana: 5w4i7k3i6p5e4d2i1a bajtów: 18x1 = 18 Stopień kompresji: 37/18 = 2
Wykład 3 (11.03.2019)
Kompresja
Sekwencja oryginalna: wwwwwiiiikkkkkkkiiippppppeeeeeddddiia rozmiar: 37Bx1 = 37B = 296bit
RLE: 5w4i7k3i6p5e4d2i1a rozmiar: 18Bx1 = 18B = 144bit Klucze stałej długości (3 bity na literę) rozmiar: 37 x 3bit = 11bit Entropia Shannona:
Litera Krotność
w 5
i 9
k 7
p 6
e 5
d 4
a 1
Wykład 3 (11.03.2019)
Kodowanie Huffmana Sekwencja oryginalna (tekst): wwwwwiiiikkkkkkkiiippppppeeeeeddddiia Słowa kodowe wg. kodowania Huffmana: a – 1100, d – 1101, e – 100, i – 01, k – 00, p – 111, w – 101 Sekwencja skompresowana: 101 101 101 101 101 01 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 01 01 01 111 111 111 111 111 111 100 100 100 100 100 1101 1101 1101 1101 01 01 1100 wynik: 100 bitów
Wizualizacja algorytmu: https://people.ok.ubc.ca/ylucet/DS/Huffman.html
Litera Krotność
w 5
i 9
k 7
p 6
e 5
d 4
a 1
Wykład 3 (11.03.2019)
Kompresja
Sekwencja oryginalna: wwwwwiiiikkkkkkkiiippppppeeeeeddddiia rozmiar: 37Bx1 = 37B = 296bit
RLE: 5w4i7k3i6p5e4d2i1a rozmiar: 18Bx1 = 18B = 144bit Klucze stałej długości (3 bity na literę) rozmiar: 37 x 3bit = 11bit Entropia Shannona: Algorytm Huffmana: Rozmiar: 100bit
Litera Krotność
w 5
i 9
k 7
p 6
e 5
d 4
a 1
Wykład 3 (11.03.2019)
Idea współczesnej fotografii barwnej
1861 - James Clerk Maxwell
zademonstrował projekcję trzech wyciągów
kolorowych przez trzy kolorowe filtry
Wykład 3 (11.03.2019)
Idea współczesnej fotografii barwnej
niebieski Wykład 3 (11.03.2019)
Idea współczesnej fotografii barwnej
niebieski + zielony Wykład 3 (11.03.2019)
Idea współczesnej fotografii barwnej
niebieski + zielony + czerwony Wykład 3 (11.03.2019)
Mechanizm widzenia kolorów
U kręgowców za widzenie barwne odpowiadają
Komórki czopków w siatkówce oka
światło
pręciki
czopki
za charakterystykę widzenia barw odpowiadają
krzywe absorpcji barwników występujących w oku:
opsyn
Wykład 3 (11.03.2019)
Standardowy wykres barwności
kolory służące do
definicji bazy:
700.0 nm R
546.1 nm G
435.8 nm B
Commission Internationale d'Eclairage (CIE) 1931
X
Y
Z
x y z
R=( 0.720; 0.280; 0.000 )
G=( 0.313; 0.681; 0.0055)
B=( 0.162; 0.022; 0.0815)
CIE(1964)
Wykład 3 (11.03.2019)
Przestrzeń barwna przy odtwarzaniu obrazu
X
Y
Z
przykład
RGB:
wyświetlacz
z których 3 kolorów najlepiej składać obraz ?
Wykład 3 (11.03.2019)
Systemy kolorów
Wykład 3 (11.03.2019)
RGB (Red-Green-Blue)
Podstawowy system
w wyświetlaczach
fizyka.umk.pl/~milosz
Systemy kolorów
Wykład 3 (11.03.2019)
CMYK (Cyan-Magenta-Yellow-
blacK)
Najpopularniejszy
system subtraktywny
Drukarki, etc.
Czwarty barwnik (K) dla
zwiększenia kontrastu
fizyka.umk.pl/~milosz
Systemy kolorów
Wykład 3 (11.03.2019)
HSV (Hue-Saturation-Value)
Alternatywna reprezentacja
przestrzeni RGB
odpowiadająca ludzkiej
percepcji (nie mylić z
systemem LAB)
fizyka.umk.pl/~milosz
http://colorizer.org/
Formaty graficzne
Grafika rastrowa (bitmapa): reprezentacja obrazu jako dwuwymiarowej siatki punktów o różnych kolorach.
Kolor każdego piksela jest kodowany jako suma trzech podstawowych kolorów: czerwony, niebieski, zielony (RGB) Zwykle przeznacza się 1 bajt na poziom każdego z kolorów, co daje: 28 = 256 poziomów dla każdego z kolorów (min – 0x0, max – 0xFF) 3x8 = 24 bity na kodowanie kolorów 24 bity koduje 224 = 16777216 kolorów Jakie to kolory? 00 00 00 , 00 FF 00, FF FF FF
Wykład 3 (11.03.2019)
Kompresja bezstratna
Wykład 3 (11.03.2019)
Co jeżeli w obrazie jest mniej kolorów niż
224 = 16 777 216 ?
Np. 16 kolorów jak na rysunku obok?
Krótsze opisy kolorów, np. po 4 bity
zamiast 24 na każdy piksel.
Paleta kolorów standardowa lub
indeksowana
Format GIF (Graphics Interchange Format)
Wykład 3 (11.03.2019)
Format bezstratny
Limit 256 kolorów
Przezroczystość (0/1)
Kompresja
Przeplot (Interlacing)
Ładowanie stopniowe
Animacja
Problemy własnościowo-patentowe
Format PNG (Portable Network Graphics)
Wykład 3 (11.03.2019)
Format bezstratny – „odpowiedź” na problemy
patentowe GIF
Przezroczystość (płynnie)
Pełna paleta RGB
Kompresja
Przeplot (Interlacing)
Animacja
Problemy własnościowo-patentowe
Format JPEG (Joint Photographic Expert Group)
Wykład 3 (11.03.2019)
Format stratny – regulowany stopień kompresji
Brak przezroczystości
Brak możliwości animacji
Działa na blokach 8x8 pikseli
3x8-bitowa głębia koloru
Exif – format standaryzacji metadanych
Wykład 3 (11.03.2019)
Umieszczany standardowo przez aparaty
fotograficzne w plikach JPG
Tag Value
Manufacturer CASIO
Model QV-4000
Orientation (rotation) top-left [8 possible values[22]]
Software Ver1.01
Date and time 2003:08:11 16:45:32
YCbCr positioning centered
Compression JPEG compression
X resolution 72.00
Y resolution 72.00
Resolution unit Inch
Exposure time 1/659 s
F-number f/4.0
Exposure program Normal program
Formaty graficzne Ile miejsca zajmuje rysunek rastrowy o rozdzielczości 1280x1024? 24 bity x 1280 x 1024 / 8 /1024 /1024 = 3.75 MiB Formaty graficzne z kompresją bezstratną: PNG, TIFF, Formaty graficzne z kompresją stratną: JPEG (kompresja JPEG najlepiej odzwierciedla tekstury, najsłabiej krawędzie)
Przykład obok: jakość 100 – kompresja 2.6:1 jakość 50 – kompresja 15:1 jakość 1 – kompresja 144:1
By Toytoy at en.wikipedia
CC BY-SA 3.0 Wykład 3 (11.03.2019)
Formaty graficzne Ile miejsca zajmuje rysunek rastrowy o rozdzielczości 1280x1024? 24 bity x 1280 x 1024 / 8 /1024 /1024 = 3.75 MiB Formaty graficzne z kompresją bezstratną: PNG, TIFF, Formaty graficzne z kompresją stratną: JPEG (kompresja JPEG najlepiej odzwierciedla tekstury, najsłabiej krawędzie)
Przykład obok: jakość 100 – kompresja 2.6:1 jakość 50 – kompresja 15:1 jakość 1 – kompresja 144:1
By Toytoy at en.wikipedia
CC BY-SA 3.0 Wykład 3 (11.03.2019)
Działanie JPEG [rozkład Fouriera]
Wykład 3 (11.03.2019)
http://science4all.com
Analog 2D:
Systemy kolorów
Wykład 3 (11.03.2019)
YPbPr
Składowa luminancji
Dwie różnicowe
chrominancje
wikipedia.org
Formaty rastrowe
Wykład 3 (11.03.2019)
+animacja +przezroczystość
+ostre krawędzie
+jednolite wypełnienia
+zdjęcia
Formaty graficzne RAW: format zapisu zdjęć cyfrowych zachowujący pełną (surową, ang. raw) informację o danych uzyskanych przez matrycę światłoczułą, bez żadnych modyfikacji (i kompresji) które zwykle wykonuje oprogramowanie aparatu zapisując zdjęcie w formatach wyższego poziomu.
Nie wszystkie aparaty cyfrowe pozwalają na zapis zdjęć w formacie RAW.
http://www.studio-progresiv.pl/format-raw-w-fotografii/ ©Kamil Rumiński,
Wykład 3 (11.03.2019)
Wykład 3 (11.03.2019)
Cyfryzacja obrazu
Fotografia cyfrowa: pomiar jasności pikseli (punktów) matrycy, na którą pada światło.
Rozmiar matrycy: rzędu milionów pikseli Rozmiar pojedynczego piksela w matrycach telefonów komórkowych: rzędu 2x2 µm Liczba bitów kodujących natężenie światła: zależy od ADC (ang. Analog to Digital Converter) – zwykle 12 Jak jest rozpoznawany kolor?
Photographs by Jack/The Landingfield and used with permission
Wykład 3 (11.03.2019)
Cyfryzacja obrazu
Fotografia cyfrowa: pomiar jasności pikseli (punktów) matrycy, na którą pada światło.
Rozmiar matrycy: rzędu milionów pikseli Rozmiar pojedynczego piksela w matrycach telefonów komórkowych: rzędu 2x2 µm Liczba bitów kodujących natężenie światła: zależy od ADC (ang. Analog to Digital Converter) – zwykle 12 Jak jest rozpoznawany kolor?
Fotografia cyfrowa: pomiar jasności pikseli (punktów) matrycy, na którą pada światło.
Wykład 3 (11.03.2019)
Rozmiar matrycy: rzędu milionów pikseli Rozmiar pojedynczego piksela w matrycach telefonów komórkowych: rzędu 2x2 µm Liczba bitów kodujących natężenie światła: zależy od ADC (ang. Analog to Digital Converter) – zwykle 12
Photographs by Jack/The Landingfield and used with permission
Cyfryzacja obrazu
Fotografia cyfrowa: pomiar jasności pikseli (punktów) matrycy, na którą pada światło.
Wykład 3 (11.03.2019)
Rozmiar matrycy: rzędu milionów pikseli Rozmiar pojedynczego piksela w matrycach telefonów komórkowych: rzędu 2x2 µm Liczba bitów kodujących natężenie światła: zależy od ADC (ang. Analog to Digital Converter) – zwykle 12
Cyfryzacja obrazu
http://en.wikipedia.org/wiki/Exmor
Weźmy matrycę 10 MP. Ile danych trzeba zapisać dla jednego zdjęcia? 10 · 106 · 12 / 8 / 1024 / 1024 = 14.3 MiB!