Počítačová grafika a vizualizace I

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