Formati e file grafici. Il formato raw. Problemi con il formato raw. File grafici: esigenza di un formato

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1 Formati e file grafici Il formato raw Memorizzare un immagine su disco per archiviazione per invio ad un altro utente Come si registrano i dati? Quale formato utilizzare? GIF, JPEG, ecc. Ciascun formato si preoccupa di definire quali sono le informazioni necessarie in che modo vengono memorizzate Elenco valori numerici di ciascun pixel Un formato grafico di questo tipo è detto raw Sembra un modo semplice ed universale per descrivere un immagine Problemi con il formato raw Non si tratta di una rappresentazione assoluta Chi legge il file dell immagine non conosce le dimensioni in pixel dell immagine quanti bit per pixel cosa rappresenta un valore numerico Senza queste informazioni non si sa quando inizia o termina un pixel quando inizia o termina una linea File grafici: esigenza di un formato Immagine Bitmap Immagine Quantizzata 15 x Rendering (20 x 9) Rendering (15 x 12)

2 Raw come formato implicito File grafici con formato esplicito Implicito perché occorre conoscere alcune informazioni essenziali non contenute nel file Alternativa: inserire nel file le informazioni per l interpretazione del contenuto File grafico con header dati veri e propri insieme di specifiche per interpretare questi dati Esistono più di 200 formati di file grafici Le differenze esistenti tra questi formati sono di diverso tipo (solo formati bitmap) profondità di pixel palette (esistenza e tipo) compressione dati (esistenza e tipo) formati utilizzabili su una o più piattaforme formati per applicazioni specifiche Elementi di un file grafico Campo (field) Sequenza di strutture dati che forma il file grafico Tre categorie di strutture field (campo) tag (etichetta) stream (flusso) Struttura di dati di dimensione fissa e posizione fissa nel file Dimensione fissata nelle specifiche del formato Posizione specificata come offset da un punto di riferimento (esempio: inizio del file)

3 Etichetta (tag) Flusso (stream) Struttura dati la cui posizione e dimensione possono variare da un file ad un altro (specificate all interno del file) I campi e le etichette facilitano l accesso diretto ai dati (nota la posizione) Costituito da pacchetti di dimensioni variabili Hanno significato per il programma che legge il file Inizio e fine di un flusso possono essere noti, mentre non lo sono per i pacchetti Un file organizzato a flussi deve essere trattato in modo sequenziale Il formato grafico File bitmap Si possono immaginare file fatti solo di campi, o solo di etichette, o solo di flussi, ma in genere sono misti I formati TIFF e TGA usano etichette e campi Il formato GIF usa campi e flussi I formati bitmap variano molto nei dettagli ma condividono la stessa struttura generale Un file bitmap è organizzato componenti base componenti specifiche Componenti base presenti in tutti i formati di tipo bitmap Componenti specifiche dipendono dalla complessità del formato

4 Componenti di base Componenti specifiche l intestazione (header) i dati bitmap la coda (footer) (non sempre presente) la palette dei colori la tabella delle scan-line la tabella di correzione dei colori l indice delle bitmap (immagini multiple) HEADER DATI BITMAP HEADER DATI BITMAP FOOTER File bitmap Header (Intestazione) HEADER HEADER DATI BITMAP PALETTE HEADER PALETTE TABELLA SCAN-LINE TABELLA CORREZIONE COLORI DATI BITMAP FOOTER PALETTE INDICE BITMAP DATI BITMAP 1 DATI BITMAP 2. DATI BITMAP N FOOTER Dati binari o ASCII in genere all inizio del file Informazioni sui dati bitmap nel file Formato da campi fissi (i più comuni): identificatore del file num. linee per immagine, num. pixel per linea num. bit per pixel, num. di piani di colore tipo di compressione origine X e Y dell immagine spazio utilizzato

5 Organizzazione dei dati bitmap Organizzazione scan-line La parte più consistente di un file bitmap Esistono due metodi per organizzare i dati dei pixel di un immagine: organizzazione di tipo scan line organizzazione di tipo planare Metodo più semplice Immagine formata da una o più scan line scan line = insieme di dati che rappresentano i pixel Se sono note la dimensione di ogni pixel e il num. di pixel per scan line, si può calcolare il punto di inizio di ogni scan line Alcuni formati impongono che le scan line debbano avere una lunghezza multipla di un numero pari di byte Pixel organizzati in una scan line Organizzazione di tipo planare Scan line 0 Scan line 1 Scan line 2... Pixel 0 Pixel 1 Pixel 2 Pixel 3. Separazione dati dell immagine in due o più piani Immagine composta = immagine a più colori data da tre blocchi di dati bitmap (un blocco per ogni primario) Blocco costituito da righe, come nel modello scan line, e l immagine è ricomposta combinando più blocchi Blocchi contigui oppure sparsi nel file

6 Dati di pixel organizzati in piani Dati contigui, strip e tile Piano blu Piano verde Piano rosso Pixel 0 Pixel 1 Pixel 2 Pixel 3 Pixel Pixel 5 Pixel 6.. Livello elementare = immagine come insieme di pixel Secondo livello = organizzare i pixel in scan line o piani di colore Terzo livello = organizzazione dei dati in un file in tre modi differenti: dati contigui dati a strisce (strip) dati a riquadri (tile) Dati contigui Dati a strisce (strip) Modo più semplice Organizzazione scan line in modo contiguo (una scan line dopo l altra) Righe lette come memorizzate Dati organizzati in una griglia bidimensionale Conoscendo lunghezza scan line in pixel e il formato e la dimensione del valore di pixel in byte, si può associare un indice a ogni scan line Immagine formata da strisce costituite da scan line contigue Ogni striscia memorizzata separatamente nel file Segmentazione immagine facilita la gestione delle immagini con poca RAM Strisce comode per dati compressi (decompressione può avvenire una strip per volta)

7 Dati a riquadri (tile) Formati di file grafici Ogni tile descrive una zona rettangolare dell immagine In genere, tutti i tile di un immagine hanno la stessa dimensione non si sovrappongono sono codificati con lo stesso schema Applicazione di diversi schemi di compressione alle diverse parti Decompressione di grandi immagini più veloce Adobe Photoshop CGM Encapsulated Postscript GIF JPEG - JFIF Macintosh Paint Macintosh Pict Microsoft Paint Microsoft RIFF (.AVI,.WAV) Microsoft RTF Microsoft Windows Bitmap MPEG PCX PDF PNG QuickTime TGA TIFF Adobe Photoshop (.PSD) GIF (Graphics Interchange Format) Formato utilizzato dal programma Photoshop Tipo bitmap Può utilizzare diversi modelli di colore (RGB, CMY, ecc.) Compressione: Nessuna, RLE Sistemi: Macintosh, Windows Utilizzo: Applicazione Adobe Photoshop Commenti: Formato semplice ma ben congegnato, permette 2 32 colori Tipo: Bitmap Colori: da 1 a 8 bit (LUT con trasparenza) Compressione: LZW Piattaforme: Macintosh, Windows, Unix Formato ben definito e molto diffuso Prop. Compuserve Inc. (GIF87a e GIF89a) Trasferimento di immagini su rete (interlace) GIF animate

8 Microsoft Windows Bitmap PNG (Portable Network Graphics) Tipo: Bitmap Colori: 1-bit, 4-bit (con LUT), 8-bit (LUT), 24-bit Compressione: RLE, nessuna Piattaforma: Windows (ora anche Mac e Unix) Formato interno DIB (indipendenza device) Utilizzo: molto in Windows Organizzazione per scan line, dall angolo in basso a sx Formato potente e versatile per Internet Colore: TrueColor 48-bit e 24-bit (con correzione γ), Greyscale 16-bit, LUT 8-bit Compressione LZ77 (libera da diritti) tecniche di filtraggio numerico trasparenza alpha-channel (254 livelli); RGB+A metodo di interlacciamento molto efficace codici di autocontrollo per la verifica dei dati trasmessi TIFF (Tag Image File Format) CGM (Computer Graphics Metafile) Tipo: Bitmap Colori: B/N, Greyscale (4 a 8 bit), (LUT) fino a 24-bit Compressione: RLE, LZW, nessuna Piattaforma: Macintosh, Windows, Unix Utilizzo: ambiente professionale; forse formato bitmap più versatile (organizzazione dati indicata) Sviluppo: HP, Microtek, Aldus, Microsoft per scambio scanner/applicazioni (più versioni) Possibilità di memorizzare più immagini nello stesso file Standard ISO per codifica di immagini, grafica vettoriale e raster, testo Informazioni in ASCII o codificate Tipo metafile Compressione: RLE, CCITT Commenti: Molto ricco di attributi e primitive per supportare esigenze grafiche in svariati campi Tante possibilità, molto difficile (std complesso)

9 Macintosh Pict Macintosh Paint Tipo: Metafile Colori: fino a 24-bit Compressione: PackBit, JPEG Piattaforma: Macintosh Utilizzo: programmi di disegno Tipo: Bitmap Colori: Monocromatico Compressione: RLE, nessuna Piattaforma: Macintosh Utilizzo: Clip art, dump del video (copia del video), immagini monocromatiche Microsoft Paint TGA Tipo: Bitmap Colori: Monocromatico Compressione: RLE, nessuna Piattaforma: Windows Utilizzo: disegno in bianco e nero, clip art Uno dei formati più diffusi per la memorizzazione delle immagini digitali Soprattutto per immagini digitalizzate direttamente da segnali video Colori: 8-bit, 16-bit, 24-bit, 32-bit I file di tipo TGA hanno normalmente estensione TGA in ambiente DOS e UNIX e TPIC in ambiente Macintosh Questo formato permette di memorizzare sia immagini a livelli di grigio che immagini a colori Compressione: RLE, nessuna

10 PCX EPS (Encapsulated Postscript) Tipo: Bitmap Colori: Mono, 4-bit, 8-bit, 24-bit Compressione: RLE, nessuna Piattaforma: Windows, Unix Utilizzo: è usato in diverse applicazioni di prodotti Microsoft Windows (è il formato di PC Paintbrush). È basato sulle strutture di dati bitmap interne di Windows Tipo: Page Description Language Colori: monocromatico Piattaforme: quasi tutte Dati sono codificati in un sottoinsieme del Postscript Page Description Language (PDL) e poi incapsulati nel formato EPS per poterli scambiare tra piattaforme. Utilizzati per la porzione grafica di un documento. Postscript PDF Portable Document Format Linguaggio creato dalla Adobe per descrivere layout (formattazione) di testo, grafica vettoriale, e immagini bitmap su video o su carta Un tipico dispositivo di output per Postscript contiene un interprete per eseguire programmi Postscript (stampanti, macchine per composizione, ecc.) Tipo: Metafile Piattaforme: quasi tutte Formato di Adobe Sorta di evoluzione del formato Postscript. Più efficiente nella memorizzazione

11 Quick Time Quale tipo di codifica Tipo: dati audio/video Compressione: RLE, JPEG, altri Piattaforma: Macintosh, Windows Applicazioni; QuickTime Utilizzo: memorizzazione e scambio di informazioni in ambiente Macintosh e Windows LZW, RLE: compressione 2:1 fino a 3:1 (rapporto inverso di compressione) su immagini naturali Immagine fotografica (35mm): 10/30 Mbyte Scansione del formato 10x15 a 600 dpi, 16 milioni colori Con TI o GIF: 3/10 Mbyte Ci vuole un altro approccio Basato su trasformate Frattali Wavelet 8x8 DCT JPEG (Joint Photographic Expert Group) Lo standard JPEG Confusione sulle due sigle JPEG e JFIF JFIF = JPEG File Interchange Format JPEG identifica il gruppo che ha definito lo standard di compressione che ha assunto lo stesso nome Più formati grafici che utilizzano la tecnica JPEG per la compressione di immagini JFIF TI , versione 6

12 Compressione JPEG JPEG Si applica sia a immagini a colori a 24 bit che a immagini a livelli di grigio Particolarmente indicato per immagini di tipo fotografico, che contengono scene reali Non è adatto a variazioni brusche di intensità e colore delle immagini artificiali (disegni con contorni molto netti) Vantaggi ottenere immagini con elevati fattori di compressione che non perdono di qualità in fase di decompressione possibilità di scelta tra diversi livelli di qualità dell immagine corrispondenti ad altrettanti gradi di compressione Compressione di tipo incrementale Ogni volta che viene modificata e salvata un immagine in un formato che prevede questo tipo di compressione, l immagine risultante è frutto di ulteriore compressione. quindi importante non ripetere troppe volte questi passaggi per non deteriorare eccessivamente l immagine Esempio Frequenza di pixel che assumono le tre componenti RGB Rimozione di queste informazioni di crominanza

13 Originale (TIFF o GIF) JPEG buona qualità JPEG bassa qualità Compressione e qualità finale 0,25-0,50 bit/pixel: qualità moderata-buona 96:1 -> 10/30 Mbyte -> 106/320 Kbyte -> 6280/2093 immagini su un CD-ROM 0,50-0,75 bit/pixel: qualità buona-molto buona 48:1 -> 10/30 Mbyte -> 213/460 Kbyte -> 3140/1046 immagini su un CD-ROM 0,75-1,50 bit/pixel: qualità eccellente 32:1 -> 10/30 Mbyte -> 320/960 Kbyte -> 2080/693 immagini su un CD-ROM 1,50-2,00 bit/pixel: indistinguibile dall originale 16:1 -> 10/30 Mbyte -> 640/1920 Kbyte -> 1040/346 immagini su un CD-ROM