JPEG, GIF e Manipulação de Imagens

JPEG, GIF e Manipulação de Imagens Filipe César Silva de Andrade Henrique Seabra Diniz Rilter Tavares do Nascimento {fcsa, hsd, rtn}@cin.ufpe.br

Objetivos da Apresentação • Ao final da apresentação todos deverão: • Conhecer basicamente arquivos JPEG • Conhecer basicamente arquivos GIF • Saber como editar imagens

Conteúdo • Motivação • JPEG • História • Um pouco mais... • Codificação • Aplicações • GIF • História • Algoritmo de compressão LZW • Paletas • Aplicações • Manipulação de Imagens • Lista de exercícios

Motivação • Imagens são um meio de repassar alguma mensagem, sendo um bom meio para facilitar o entendimento de algum problema • Também deixam o ambiente mais agradável

Motivação • Seu uso é muito comum em Web Sites. Então, quanto menor o arquivo e maior a qualidade melhor! • JPEG e GIF apresentam ótimos algoritmos de compressão

JPEG • “Joint Photographic Experts Group” • Um formato de compressão com perda de dados aplicado em imagens fotográficas

JPEG – História • Em 1986, apenas com a “Junção” (o ‘Joint’ do JPEG) de vários grupos tentando compartilhar e desenvolver suas experiências é que foi possível adicionar gráficos com qualidade de foto e tamanho reduzido nos terminais de texto daquela época.

JPEG – Um pouco mais... • Sua forma de compressão funciona muito bem em fotografias, artes naturalistas e materiais similares, mas não tão bem em escritas, desenhos simples ou linhas de um desenho • JPEG possui a compressão com perda de dados, isto significa que o arquivo não comprimido não é o mesmo que o compresso

JPEG – Um pouco mais... • Armazena informações de cores completas: 24 bits/pixel (16 milhões de cores) • Foi definido para aproveitar-se de algumas já conhecidas limitações do olho humano, como a pequena mudança de cores é menos precisamente perceptível do que uma pequena mudança no brilho

JPEG – Um pouco mais... • O grau de compressão pode ser variado ajustando os parâmetros de compressão. Isto significa que um criador de imagens pode trocar o tamanho de arquivos pela qualidade de imagem

JPEG – Codificação • É feita em várias etapas: • Transformação do espaço de cores • Divisão em blocos • Redução da qualidade • DCT (Transformação discreta do cosseno) • Quantização • Codificação da entropia

JPEG – Codificação • Transformação do espaço de cores • a imagem é convertida de RGB para um espaço de cores diferente chamado YCrCb, o mesmo utilizado por MAC, PAL e pela transmissão de televisão digital • o Y representa o brilho do pixel e o Cr e o CB juntos representam o tom e a saturação da imagem

JPEG – Codificação • Divisão em blocos • os dados de cada canal da imagem são subdivididos em blocos de 8x8 • caso os dados não sejam representados por números inteiros, é feito o preenchimento do restante do bloco com dados falsos

JPEG – Codificação • Redução da qualidade • a divisão em blocos permite a redução dos componentes Cr e Cb • as taxas de redução permitidas em JPEG são: 4: 4: 4 (sem redução), 4: 2: 2 (reduz pelo fator 2 na direção horizontal) e a mais comum 4: 2: 0 (que reduz pelo fator 2 tanto na direção horizontal quanto na vertical)

JPEG – Codificação • Redução da qualidade • a redução da qualidade pode reduzir de 33% a 50% o tamanho do arquivo.

JPEG – Codificação • DCT (Transformação discreta do cosseno) • os componentes da imagem (Y, Cr e Cb) são colocados em seções de 8x8 pixels cada • daí os componentes sofrem uma conversão usando-se uma transformação de co-seno discreta de duas dimensões à frente.

JPEG – Codificação • DCT (Transformação discreta do cosseno) • Subimagem de 8 por 8 pixels e 8 bits de cores

JPEG – Codificação • DCT (Transformação discreta do cosseno) • É subtraído 128 de cada elemento

JPEG – Codificação • DCT (Transformação discreta do cosseno) • Na transformação da matriz cada elemento é arredondado para o inteiro mais próximo • O valor mais alto e à esquerda da matriz é chamado de coeficiente de transformação discreta

JPEG – Codificação • Quantização • o fato do olho humano conseguir distinguir bem pequenas diferenças no brilho em áreas relativamente grandes e não tão bem variações de brilho em altas freqüências, permite a redução na informação dos dados dos componentes de alta freqüência

JPEG – Codificação • Quantização • isto é feito simplesmente dividindo cada componente do domínio da freqüência por uma constante e arredondando para o inteiro mais próximo • este é o processo com a principal perda de dados

JPEG – Codificação • Codificação da entropia • é uma forma especial de compressão com perda de dados

JPEG – Codificação • Codificação da entropia • envolve a combinação dos componentes da imagem em uma ordem de “zig-zag” utilizando-se o algoritmo de Codificação Run-Length, que agrupa freqüências similares -26, -3, 0, -3, -2, -6, -2, -4, 1, -4, 1, 1, 5, 1, 2, -1, 1, -1, 2, 0, 0, 0, 0, 0, -1, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0

JPEG – Codificação • Codificação da entropia • Quando resta uma sequencia final de zeros se usa a Codificação de Huffman que usa a palavra especial: “EOB” -26, -3, 0, -3, -2, -6, 2, -4, 1, -4, 1, 1, 5, 1, 2, -1, 1, -1, 2, 0, 0, 0, 0, 0, -1, -1, EOB

JPEG – Aplicações • Na internet, jpeg é o formato padrão para a exibição de imagens; • Quase todos os equipamentos de fotografia digital vendidos dão suporte ao formato jpeg

JPEG – Aplicações • No campo da medicina, o jpeg pode ser usado para codificar totalmente ou parcialmente sem perdas uma imagem. E fornece uma boa performance de compressão para este propósito • Nos sistemas de comunicação sem fio (wireless) utiliza-se uma grande compressão na transmissão de imagens. O jpeg fornece uma alta qualidade na compressão de dados, é um bom candidato para aplicações multimídia em redes sem fio

JPEG – Aplicações • Na utilização no formato base de arquivos para coleções de imagens e banco de dados. os arquivos podem ser armazenados em alta qualidade num ambiente facilmente gerenciável e sem perdas, com conversão para uma resolução mais baixa

GIF • Graphics Interchange Format • Objetivo de fornecer um formato de imagem colorida, de tamanho reduzido, para download mesmo com uma conexão lenta

GIF – História • Apresentado em 1987 pela CompuServe (a primeira grande empresa de serviços on-line dos Estados Unidos) • Substituir o antigo formato RLE que era apenas preto e branco • A versão original do GIF foi chamada de 87a. • Em 1989 o GIF foi melhorado. Versão conhecida como 89a.

GIF – História • GIF (colorido) e XBM (preto e branco), na época, tornaram-se os mais usados na internet • Patente do LZW pertencente a Unisys • Surgimento do PNG • Muito utilizado em animações e pequenos vídeos

GIF – Algoritmo LZW • Algoritmo de compressão sem perda de informação • Redução de 66-75% do tamanho original do arquivo

GIF – Algoritmo LZW

GIF – Paletas • GIF é baseado em Paletas • Uma tabela que associa cada número da seleção da paleta com um valor específico do RGB • Opcionalmente, uma das seleções na paleta pode ser ajustada como transparente, que permite a transparência binária simples

GIF – Paletas • True-color True Color GIF image(32697 colors, 184565 bytes) Quantized GIF image(256 colors, 54197 bytes) Dithered GIF image(101 colors, 48069 bytes)

GIF – Paletas • True-color • Vantagens • Maior representação da informação • Mais qualidade na imagem • Desvantagens • Arquivos grandes • Forma de compressão menos eficiente do que o JPEG

GIF – Aplicações • Animações • Vídeos de baixa qualidade • Cartoons • Imagens • Banners

Exemplos

Manipulação de Imagens • http://youtube.com/watch?v=scGEqNZCL2E • Um pouco sobre o Photoshop

Perguntas

Lista de Exercícios • Qual formato armazena mais informações de cores: JPEG ou GIF? Por que? • Quais as etapas do processo de codificação de um JPEG? • Em que situações é preferível a utilização de GIF a JPEG?

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