Formati Immagini TTC File - e-Learning

FORMATI IMMAGINI
Formati Multimediali
Francesca Gasparini
Formati Grafici
Per formato grafico non si intende la grandezza dell'immagine, ma la
particolare tecnologia utilizzata per memorizzare l'immagine.
Esistono due tipologie di immagini:
• Immagini scalari o raster,
definite su una griglia di
elementi:
pixel = picture element
(tipicamente bitmap)
• Immagini vettoriali, rappresentate da
formule matematiche. Non si lavora con
pixel ma con oggetti.
Immagini raster
• L’immagine è rappresentata pixel per pixel
• La qualità (occupazione di memoria) dell’immagine risultante dipende
da tanti fattori:
• Risoluzione: numero di pixel che costituiscono la griglia
• Quantizzazione: numero di bit utilizzati per ciascun pixel
• algoritmo di compressione usato
• fattore di scaling per la visualizzazione o stampa
Risoluzione
Le immagini non hanno una dimensione “fisica”, le dimensioni sono in
pixel (Es.: 512x512)
• Le dimensioni fisiche di un’immagine dipendono dal dispositivo di
acquisizione (camera, scanner), dispositivo di riproduzione (stampante,
monitor)
• Per legare la dimensione fisica con i pixel si usa esprimere la
risoluzione di una immagine in termini di ppi (pixel per inch) oppure dpi
(dot per inch). Ad es. macchine digitali hanno generalmente 72 ppi,
acquisizione da scanner a 600 dpi.
Qual è l’occupazione in memoria di
un’immagine?
Dipende da:
Dimensioni in pixel
Profondità colore (Quantizzazione cromatica)
UNITA’ DI MISURA DELL’INFORMAZIONE
Unità d'informazione: Bit, byte, parole
•BIT quantità minima di informazione: può valere 0 od 1
•BYTE: unità di misura dell'informazione = 8 bits.
•WORD (Parola): unità di misura dell'informazione; usualmente
corrispondente ad un multiplo di un byte. Valori tipici sono 16, 32, 64, 128
bits.
Quanta informazione sta in un byte?
Dati un certo numero n di bit, la quantità di oggetti numerabili è pari a 2n.
Es con n=4, si possono ottenere 24 = 16 numeri, compresi fra 0 e 15.
0000  0; 00011; 00102; 00113; ... 01015; ... 111115
con un byte si possono ottenere 28 = 256 numeri compresi fra 0 e 255.
UNITA’ DI MISURA
Numeri rappresentabili dato un certo numero di bit disponibili
Numero di bit
Numero di oggetti
8
256
16
65536
32
4.294.967.296
64
1.8x1019
128
3.4x1038
Più in generale si può parlare di numero di oggetti rappresentabili.
Per esempio con la codifica ASCII ad ogni configurazione di bit in un byte
corrisponde un simbolo; poiché i caratteri sono codificati in un byte
possiamo rappresentare un numero massimo di 256 simboli.
UNITA’ DI MISURA
Si utilizzano per lo più i multipli di bit e byte, definiti con le potenze della
base numerica in cui si lavora.
es: il "migliaio di byte" non corrisponde esattamente a 1000 byte bensì
alla potenza di 2 che più si avvicina a 1000 byte =1024.
Multiplo
Numero di byte
KB – KiloByte
210 = 1.024
MB – MegaByte
220 = 1.048.576
GB – GigaByte
230 = 1.073.741.824
TB – TeraByte
240 = 1.09x1012
PB – PetaByte
250 = 1.12x1015
Gli stessi multipli sono applicati ai bit ma si usa in tal caso la lettera "b"
minuscola: Kb, Mb ...
È comune utilizzare questi multipli per le velocità di trasferimento dati.
Qual è la dimensione di un’immagine ?
Un’immagine (bianco/nero, toni di
grigio o a colori) è composta da una
matrice di punti detti pixel.
pixel
Liv. grigio
1 pixel = 1 byte = 8 bit (0..255)
RGB
1 pixel = 3 byte (rosso verde blu) =24 bit
224=16M colori
Qual è la dimensione di un’immagine ?
liv. Grigio 8 bit:
352x288x1 = 101376 Byte = 99 KByte
640x480x1 = 300 KByte
1024x768x1 = 768 KByte
RGB 24 bit (3x8bit):
352x288x3 = 297 KByte
640x480x3 = 900 KByte
1024x768x3 = 2.25 MByte
Quantizzazione cromatica
Il colore è rappresentato come combinazione di colori
primari (RGB, CMYK).
PROFONDITA’ COLORE, "numero di bit per pixel”.
1 bit 2 colori
bianco/nero
8 bit 256 colori
livelli di grigio, colormap
24 bit 16.8 milioni di colori TRUE COLOR
Immagini a colori: “palette”
Risparmio sulla profondità di colore: con l’uso di una ‘tavolozza’ (palette)
che contiene il sottoinsieme dei colori rappresentabili che compare in una
foto
Look up table (LUT)
Compressione e formato
In fase di codifica: necessità di adottare tecniche di
compressione per ottimizzare:
1.occupazione di spazio di memoria
2.velocità di trasmissione
In fase di decodifica: decompressione
Il FORMATO e’ la regola con la quale una descrizione
dell’immagine è memorizzata in un file elettronico.
L’utilità di un formato è determinata da:
•compatibilità
•velocità di trasferimento (dimensione del file)
•qualità dell’immagine
FORMATI
• Formato dei file: comprende sia i dati (es. Immagine)
che le informazioni su come leggere ed interpretare il
file.
• Le proprietà dei formati variano in termini di risoluzione,
profondità colore, capacità di riprodurre il colore, tipi di
compressione e possibilità di supportare meta data.
ALGORITMI DI COMPRESSIONE DELLE IMMAGINI
IMAGE
Raw
Data
Algoritmo di
Compressione
(Direct)
Algoritmo di
Compressione
(Inverse)
IMAGE
Raw
Data
Conservativi (lossless o error free)
Non c’è perdita di informazione  con la decompressione
ottengo un file identico all’originale
Non Conservativi (lossy)
Con perdita di informazione
PRINCIPALI FORMATI
BITMAP
Standard Microsoft
Immagini a colori a 1,4,8 bit per pixel con mappa di colori
o senza mappa a 24 bit per pixel
A livelli di grigio registrati con i tre colori uguali
Formato espanso o compresso (run length encoding)
Immagini memorizzate da in basso a sinistra riga per riga
Contiene
– header
– mappa di colori
– dati
PRINCIPALI FORMATI
GIF (Graphics Interchange Format)
 nato per la trasmissione delle immagini (1987)
(compressione LZW + interlacciamento)
 supporta la trasparenza
 può contenere più immagini  può essere utilizzato per
animazioni
 per immagini su WWW
 solo immagini a colori RGB con colormap con un numero di
bit per pixel non superiore a 8 ( 256 colori)
PRINCIPALI FORMATI
TIFF (Tagged Image File Format)
• formato più versatile, può essere di ogni dimensione (in
pixel) e di ogni profondità di bit
• permette di memorizzare immagini bitmap in bianco e nero,
a scala di grigio, a scala di colore, a colori RGB, CMYK,
YCbCr, Lab
• Può essere salvato con o senza compressione. Adotta una
compressione conservativa (LZW)
PRINCIPALI FORMATI
TIFF (Tagged Image File Format)
•può contenere meta informazioni in locazioni di memoria
chiamate tag. (risoluzione, compressione, il modello di
colore, il profilo ICC...). Alcune applicazioni inseriscono dei
tag proprietari che talvolta impediscono ai file di essere
aperti da altre applicazioni.
•due versioni, una per macchine Windows e una per
macchine Macintosh. i byte sono ordinati in maniera
diversa. I byte nei file per Windows iniziano con le cifre
meno significative, nei file per Macintosh con quelle più
significative.
PRINCIPALI FORMATI
PNG (Portable Network Graphics)
Obiettivi
 standard per lo scambio di immagini su Internet (alternativa al
GIF)
 superare la limitazione a 256 colori del GIF
Caratteristiche
 supporta colori a 24 e 48 bit
 compressione senza perdita di informazione (ZIP)
 immagini a livelli di grigio, RGB con o senza colormap
 alpha-channel per la gestione della trasparenza
 interlacciamento
 file PNG sono di dimensioni inferiori rispetto al TIF LZW
non è possibile l’animazione come nel GIF
Alpha channel
• Assume valori tra 0 e 1, indica come miscelare
(blending) più immagini
• “1” indica un pixel “pieno”, “0” indica un pixel
completamente trasparente
α IA + (1−α ) IB
• Nel GIF la trasparenza è a 1 livello (ON-OFF). Nel PNG
ho 1 byte per definire il livello di trasparenza
PRINCIPALI FORMATI
•JPEG (Joint Photographic Experts Group)
 per immagini fotografiche
 con perdita di informazioni
 RGB, CMYK, scala di grigio
 non supporta la trasparenza
 per immagini su WWW
JPEG tratta solo immagini statiche, ma esiste un altro
standard correlato, MPEG, per i filmati (immagini in
movimento).
Factor: 100 Size=326321 bytes
Factor: 75 Size=70586 bytes
Factor: 50 Size=46295 bytes
Factor: 25 Size=29360 bytes
Factor: 10 Size=15325 bytes
Factor: 5 Size=9438 bytes
PRINCIPALI FORMATI
EXIF (Exchange Image File) è un formato per immagini da
camera digitale.
Si basa sulla compressione jpeg
Contiene numerosi tag (più che nel TIFF) con
informazioni sulla camera e sulle condizioni di
acquisizione
3. Lo standard EXIF include anche specifiche per l’audio.
4. Contiene informazioni proprietarie a volte anche criptate
1.
2.
exif
I tag Exif per le immagini si suddividono in tre principali gruppi:
1. tag che riguardano la fotocamera;
2. tag che riguardano l’immagine;
3. altri tag.
•
fotocamera
Make
Camera Model Name
Software
Bits Per Sample
CFA Pattern
Compression
: NIKON CORPORATION
: NIKON D100
: Ver.2.00
: 12
: [Blue,Green][Green,Red]
: Nikon NEF Compressed
Exif:
• immagine
Image Width
: 3034
Image Height
: 2024
Exposure Time
: 1/60
F Number
: 5.6
Exposure Program
: Program AE
Create Date
: 2004:10:17 11:03:36
Exposure Compensation
:0
Metering Mode
: Multi-segment
Flash
: Fired, Return detected
Focal Length
: 24.0 mm
PRINCIPALI FORMATI
• Si usa GIF quando l'immagine originale è a scala di
colore, con un massimo di 256 colori. Naturalmente,
se si parte da una immagine con più di 256 colori è
spesso accettabile una sua conversione in scala di
colore. Se invece sono necessari più di 256 colori
bisogna considerare JPEG.
PRINCIPALI FORMATI
Originale
GIF
JPEG
Alcuni confronti
si
Utilizzo dei formati
Proprietà
Miglior qualità per
l’originale
Più piccole
dimensioni del file
Maggior
compatibilità
Scelta peggiore
Immagini
Fotografiche
Toni sfumati, colori
a 24 bit o a scala di
grigio, no testo,
poche linee e spigoli
TIFF o PNG
JPG, da 75% a 80%
Grafici, disegni
Colori saturi, fino a
256 colori, testo,
linee e contorni
nitidi
PNG o GIF o TIFF
PNG o GIF, TIFF
LZW.
TIFF senza
TIFF senza
compressione LZW compressione LZW
GIF ha solo 256
La compressione
colori e produce un JPG introduce degli
file più grande di una artefatti,
JPG con color depth degrada il testo e le
di 24 bit
linee
>> K=imfinfo('aerial.jpg')
K=
Filename:
'C:\Documents\MATLAB\aerial.jpg'
FileModDate:
'05-Nov-2014 18:34:15'
FileSize:
46801
Format:
'jpg'
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‘‘
Width:
500
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366
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'truecolor'
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‘‘
NumberOfSamples: 3
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'Huffman'
CodingProcess:
'Sequential'
Comment:
{}
>> image_bytes = K.Width*K.Height*K.BitDepth/8;
>> compressed_bytes = K.FileSize;
>> compression_ratio = image_bytes/compressed_bytes
compression_ratio = 11.7305