FORMATI IMMAGINI. Formati Multimediali Francesca Gasparini

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1 FORMATI IMMAGINI Formati Multimediali Francesca Gasparini

2 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.

3 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

4 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.

5 Qual è l occupazione in memoria di un immagine? Dipende da: Dimensioni in pixel Profondità colore (Quantizzazione cromatica)

6 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 2 n. Es con n=4, si possono ottenere 2 4 = 16 numeri, compresi fra 0 e ; ; ; ; ; con un byte si possono ottenere 2 8 = 256 numeri compresi fra 0 e 255.

7 UNITA DI MISURA Numeri rappresentabili dato un certo numero di bit disponibili Numero di bit Numero di oggetti x x10 38 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.

8 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 2 10 = MB MegaByte 2 20 = GB GigaByte 2 30 = TB TeraByte 2 40 = 1.09x10 12 PB PetaByte 2 50 = 1.12x10 15 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.

9 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 2 24 =16M colori

10 Qual è la dimensione di un immagine? liv. Grigio 8 bit: 352x288x1 = Byte = 99 KByte 640x480x1 = 300 KByte 1024x768x1 = 768 KByte RGB 24 bit (3x8bit): 352x288x3 = 297 KByte 640x480x3 = 900 KByte 1024x768x3 = 2.25 MByte

11 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

12 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)

13 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

14 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.

15 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

16 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

17 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)

18 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)

19 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.

20 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

21 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 I A + (1 α ) I B Nel GIF la trasparenza è a 1 livello (ON-OFF). Nel PNG ho 1 byte per definire il livello di trasparenza

22 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).

23 Factor: 100 Size= bytes

24 Factor: 75 Size=70586 bytes

29 PRINCIPALI FORMATI EXIF (Exchange Image File) è un formato per immagini da camera digitale. 1. Si basa sulla compressione jpeg 2. 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

30 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 : NIKON CORPORATION Camera Model Name : NIKON D100 Software : Ver.2.00 Bits Per Sample : 12 CFA Pattern : [Blue,Green][Green,Red] Compression : Nikon NEF Compressed

31 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

32 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.

33 PRINCIPALI FORMATI Originale GIF JPEG

34 Alcuni confronti si

35 Utilizzo dei formati Proprietà Miglior qualità per l originale Più piccole dimensioni del file Maggior compatibilità 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% TIFF senza compressione LZW Scelta peggiore GIF ha solo 256 colori e produce un file più grande di una JPG con color depth di 24 bit 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 compressione LZW La compressione JPG introduce degli artefatti, degrada il testo e le linee

36 >> K=imfinfo('aerial.jpg') K = Filename: 'C:\Documents\MATLAB\aerial.jpg' FileModDate: '05-Nov :34:15' FileSize: Format: 'jpg' FormatVersion: Width: 500 Height: 366 BitDepth: 24 ColorType: 'truecolor' FormatSignature: NumberOfSamples: 3 CodingMethod: '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 =