Imagem Estática

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Sistemas Multimídia

Imagem Estática

Profa. Débora Christina Muchaluat Saade

[email protected]

Departamento de Ciência da Computação - UFF

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Imagem Estática

ü  BMP

ü  GIF

ü  TIFF

ü  PNG

ü  JPEG

ü  JPEG 2000

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BMP

ü  Bitmap

ü  Usado no Windows

ü  Baseado no modelo RGB

ü  Profundidade do pixel

•  1 (preto/branco), 4, 8 e 24 bits

ü  Pode usar codificação por carreira (run-length)

ü  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)

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BMP

ü  Formato bitmap

•  Uso de uma tabela de cores (palette)

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BMP

•  Sem tabela de cores

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BMP

•  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 C4 00 00

•  Arquivo .bmp armazena linhas de baixo para cima

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GIF

ü  Graphics Interchange Format

•  Formato proprietário da CompuServe

ü  24 bits por pixel (8 bits por componente R, G, B)

ü  GIF utiliza uma tabela de 256 cores com as cores mais usadas na imagem

•  Global color table

•  Local color table

ü  Cada valor na tabela tem 24 bits

ü  Utiliza o índice da tabela (8 bits) para representar cada pixel da imagem

ü  Reduz o número de cores representadas para 256

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GIF – modo básico de operação

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GIF

ü  LZW pode ser usado

ü  Tabela de 512 entradas

•  256 cores mais usadas

•  Mais 256 combinações de 3 índices de 8 bits

ü  Tabela de tamanho variável para acomodar mais combinações de 3 índices

ü  Extensões permitem

•  definir uma cor transparente

•  animação

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GIF

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GIF

ü  Permite que imagem seja transferida por partes

•  modo entrelaçado

ü  Útil para transferência em canais de baixa taxa ou com taxa de transmissão variável (Internet)

ü  Descompressão pode ser feita de forma progressiva

ü  Dados divididos em 4 grupos:

•  1/8, 1/8, 1/4, 1/2

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GIF

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TIFF

ü  Tagged Image File Format – padrão ANSI

ü  Resolução de até 48 bits por pixel (16 bits por componente R, G, B)

ü  Usado para Imagens e documentos digitalizados

ü  Formato usado é indicado por um código

•  Formato não comprimido (code number = 1)

•  Comprimido com LZW (code number = 5)

ü  Códigos 2, 3 e 4 são usados para documentos digitalizados (mesmo formato de fax)

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TIFF

ü  Compressão com LZW

•  Mesma do GIF

•  Tabela inicial de 256 cores que pode ser estendida até 4096 entradas (2¹²)

ü  Algumas extensões ao TIFF dão suporte a modo entrelaçado, mas não o padrão

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PNG

ü  Portable Network Graphics

ü  Padrão W3C – World-Wide Web Consortium

•  Padrão ISO 15948:2003

ü  Projetado para substituir GIF e TIFF

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PNG x GIF

ü  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%)

ü  Desvantagens:

•  Não suporta animação

•  Representação de imagem única somente

•  Extensão para múltiplas imagens

–  MNG – Multiple-Image Network Format

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PNG

ü  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

ü  Profundidade do pixel:

•  1 a 16 bits por componente

ü  Formato de compressão sem perda:

•  Compactação com LZ77 e Huffman

ü  Interessante para armazenar estágios intermediários da

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PNG

ü  Tipos de imagem PNG

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PNG

ü  True color com alpha channel

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PNG

ü  Com tabela de cores (palette) – indexed colour

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PNG

ü  Modo entrelaçado em 7 passos

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PNG

ü  Filtros de Compressão por linha

•  Objetivo: preparar os dados da imagem para compressão ótima

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PNG

ü  Filtros de compressão

•  Aplicados a bytes, não pixels

•  Imagem entrelaçada => cada passo é tratado separadamente

ü  Pixel anterior, superior ou superior esquerdo podem ser usados no cálculo do valor do filtro

ü  Decodificador precisa guardar linha anterior

a b c

x

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PNG

ü  Tipos de filtros de compressão

Tipo Nome Codificação

0 None Filt(x) = Orig(x)

1 Sub Filt(x) = Orig(x) - Orig(a) 2 Up Filt(x) = Orig(x) - Orig(b)

3 Average Filt(x) = Orig(x) - (Orig(a) + Orig(b)) / 2

4 Paeth Filt(x) = Orig(x) - PaethPredictor(Orig(a), Orig(b), Orig(c)) a

b c

x

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PNG

ü  Filtro de Compressão Paeth (Paeth Predictor)

•  Criado por Alan Paeth

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PNG

ü  Codificação

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JPEG

ü  Joint Photographic Experts Group

ü  Padrão ISO – IS 10918

ü  Define vários modos de compressão para uso em diversas aplicações

•  Modo sequencial com perdas – modo básico

– Compressão de imagens monocromáticas e coloridas

ü  5 estágios principais:

•  Preparação da imagem/bloco, DCT, quantização, codificação por entropia, construção dos quadros

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JPEG

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JPEG

ü  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)

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JPEG

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JPEG

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JPEG

ü  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 frequência horizontal

–  Para i=0 (coluna) => coeficientes de frequência vertical

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JPEG

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JPEG

ü  Quantização

•  Olho humano é mais sensível ao coeficiente DC e coeficientes de frequências espaciais mais baixas

•  Frequências 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

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JPEG

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JPEG

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JPEG

ü  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 frequências espaciais aumentam

•  O coeficiente DC é o maior na matriz transformada

•  Muitos dos coeficientes de frequências mais altas são nulos

ü  Últimos 2 pontos são explorados na codificação por entropia (próximo estágio)