Praca Magisterska Roman Jankowski

1 Roman Jankowski - 14470 - Badanie algorytmów stratnych kompresji obrazów graficznych

Spis treści

WSTĘP 02 1 PODSTAWOWE ZAGADNIENIA I PODZIAŁ GRAFIKI KOMPUTEROWEJ 04 1.1 SZEŚCIAN KOLORÓW RGB 04 1.2 GRAFIKA RASTROWA 06 1.3 GRAFIKA WEKTOROWA 09 2 ANALIZA FORMATÓW PLIKÓW GRAFICZNYCH 15 2.1 FORMATY PLIKÓW GRAFICZNYCH 15 2.2 ANALIZA PLIKÓW GRAFICZNYCH 26 2.2.1 ANALIZA POD WZGLĘDEM ZRÓZNICOWANIA PALETY BARW 26 2.2.2 ANALIZA POD WZGLĘDEM CHARAKTERYSTYKI OBIEKTU 52 3 ANALIZA SYSTEMOWA FORMATÓW PLIKÓW WIDEO 3.1 FORMATY PLIKÓW WIDEO 57 3.2 ANALIZA PLIKÓW WIDEO 66 4. BADANIE ALGORYTMÓW STRATNYCH KOMPRESJI 71 4.1 DYSKRETNA TRANSFORMATA KOSINUSOWA 71 4.2 ALGORYTM FALKI 73 4.3 FALKI HAARA 74 4.4 KOMPRESJA FRAKTALNA 75 5 PROJEKTOWANIE SYSTEMU WERYFIKACJI ALGORYTMÓW KOMPRESJI STRATNYCH 77 5.1 WYBÓR ODPOWIEDNICH NARZĘDZI PROGRAMOWANIA 77 5.2 PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE ALGORYTMÓW 78 PODSUMOWANIE 82 LITERATURA 83 SPIS TABEL I ILUSTRACJI 84 ZAŁĄCZNIKI 88


WSTĘP

Tematem pracy magisterskiej jest: „Badanie algorytmów stratnych

kompresji obrazów graficznych”. Jednak ażeby dokładniej zrozumieć samo

pojęcie kompresji i stosowania odpowiednich algorytmów należy zapoznać

się również z podstawowymi pojęciami z zakresu grafiki komputerowej i teorii

obrazu wideo.

Kompresja danych polega na zmianie formy zapisu informacji w sposób,

który pozwala zmniejszyć objętość danego zbioru. Gwarantując jednocześnie

zachowanie jego pierwotnej struktury i niezmienność zawartych w nim

informacji. Innymi słowy, chodzi o wyrażenie danego zestawu informacji,

lecz przy pomocy mniejszej liczby bitów.

Kompresję dzielimy na bezstratną, która z postaci skompresowanej

umożliwia odzyskanie informacji identycznej z pierwotną oraz stratną, w której

nie jest to możliwe, aczkolwiek przy jednoczesnym zachowaniu głównych

właściwości, w których nie występują widoczne różnice względem oryginału.

Mogą jednak pojawić się trudności powstałe na skutek modyfikacji, które

eliminują zbiór pod względem dalszego wykorzystania, przynajmniej w ściśle

określonych zadaniach.

Algorytmy kompresji dzielimy na algorytmy o zastosowaniu ogólnym oraz

z przeznaczeniem do konkretnego typu danych. Z definicji nie istnieją jednak

algorytmy zastosowania ogólnego. Dane różnego typu wymagają bowiem

zachowania innych właściwości i dla przykładu kompresja dźwięku używa

określonego modelu psychoakustycznego, którego zastosowanie w przypadku

obrazów graficznych nie miałoby najmniejszego sensu.

Większość algorytmów kompresji bezstratnej to algorytmy zastosowania

ogólnego, które dzięki drobnym modyfikacjom, potrafią działać dużo sprawniej

z określonym typem danych.


Algorytmy kompresji stratnych bardzo często w ostatniej fazie używają

kompresji bezstratnej. Można więc stwierdzić, iż fazy poprzedzające nie tyle

odpowiedzialne są za samą kompresję a jedynie mają ten proces ostatecznie

ułatwić. Wykorzystują one wybrane modele prawdopodobieństwa a samo

ich działanie generalnie opiera się na dwóch systemach: modelach statycznych

oraz adaptywnych.

Modele statyczne, jeżeli z góry nie są znane, będą przesyłane zawsze

przed właściwymi danymi. Generując w ten sposób wysokie koszty przesłania

takiego modelu, co jednocześnie jest przyczyną zastosowania wyłącznie bardzo

prostych modeli. Jest to głównym powodem rzadkiego stosowania modeli

statycznych. Kompresory wykorzystywane w tych modelach są zwykle o wiele

bardziej złożone od dekompresorów.

Modele adaptywne tworzone są podczas przetwarzania danych.

Kompresory i dekompresory korzystają wówczas z tych samych algorytmów

do nanoszenia zmian na model w miarę napływu danych. Złożoność

kompresorów i dekompresorów w tym przypadku jest bardzo podobna.

W początkowej fazie działania modele adaptywne odbiegają nieco

od systemów optymalnych co można uznać za ich główną wadę. Jednak dzięki

możliwości zastosowania modeli o dowolnej złożoności oraz wykorzystaniu

różnych modeli w przypadku różnych obszarów kompresowanych danych,

czy też brak potrzeby przesyłania modelu sprawiają, że właściwie całkowicie

wyparły one modele statyczne. Niekiedy stosowane są również modele

pośrednie, jak na przykład w algorytmie PNG.


1 PODSTAWOWE ZAGADNIENIA I PODZIAŁ GRAFIKI KOMPUTEROWEJ

1.1 SZEŚCIAN KOLORÓW RGB

Sześcian kolorów RGB jest jednym z modeli przestrzeni barw.

Opisywany przez współrzędne: R (red), G (green), B (blue), od których

pochodzi jego nazwa oraz z których się on składa. Budowa modelu wynika

z właściwości odbiorczych ludzkiego oka, dla którego postrzeganie dowolnej

barwy wywołane jest przez zmieszanie w określonych proporcjach trzech

wybranych wiązek światła o odpowiednio dobranej szerokości widma.

Rys. 1.1 Sześcian kolorów RGB

Model RGB dzięki połączeniu dowolnej kombinacji ilościowej barw

pozwala na uzyskanie bardzo szerokiego zakresu kolorów pochodnych.

Zjawisko to nosi nazwę syntezy addywnej i polega na mieszaniu barw przez

sumowanie promieniowań widzialnych o różnych długościach fal, np. poprzez

połączenie barwy czerwonej i zielonej otrzymamy barwę żółtą.

Rys. 1.2 Synteza addywna mieszania farb


Model RGB jest jednak modelem teoretycznym a jego rzeczywiste

odwzorowanie jest zależne wyłącznie od urządzenia. Jest to jednoznaczne

z tym, że w każdym z urządzeń składowe RGB mogą przybierać odmienną

charakterystykę widmową a co za tym idzie, każde z nich może posiadać

własny zakres barw możliwych do uzyskania.

Pierwotnie model RGB znalazł zastosowanie w technice analogowej,

obecnie z powodzeniem stosuje się go również w technologii cyfrowej,

we wszelkiego rodzaju urządzeniach analizujących (skanery, aparaty cyfrowe) oraz

wyświetlających obraz (monitory komputerowe, telewizory, wyświetlacze LCD).

Szerokie zastosowanie model RGB znalazł również w informatyce,

poprzez wykorzystanie w różnego rodzaju programach graficznych

do określania palety barw lub też w plikach html gdzie kolory opisywane

są w systemie pochodnym - heksadecymalnym (system szesnastkowy).

#FFFFFF - kolor biały

#000000 - kolor czarny

#FF0000 - kolor czerwony

Najczęściej stosowany jest 24-bitowy system zapisu kolorów, gdzie

barwy opisywane są poprzez składowe przyjmujące wartości z przedziału

od 0 do 255. Kolor czarny w systemie RGB określany jest jako liczba 0,

natomiast końcowa wartość zakresu jaką jest 255 wyraża kolor biały.

Zdecydowanie rzadziej stosowane są modele, w których na każdą ze składowych

przypada po 12 lub 16 bitów, co pozwala na znacznie większe możliwości podczas

manipulowania kolorem.


1.2 GRAFIKA RASTROWA

Grafika rastrowa jest obrazem w postaci zbioru poziomych i pionowych

linii tworzących siatkę pojedynczych punktów, nazywanych pikselami. Każdy

z pikseli definiowany jest osobno przy użyciu wybranej głębi kolorów.

W przypadku modelu RGB jeden piksel definiowany jest przez trzy bajty: 1 bajt

na kolor czerwony, 1 bajt na kolor zielony i 1 bajt na kolor niebieski.

W przypadku modelu CMYK na każdy piksel będą przypadały aż cztery bajty.

Zapisanie wartości każdego z punktów wymaga użycia dużej ilości danych.

Alternatywnym rozwiązaniem stało się stosowanie obrazów o ograniczonej palecie

barw (np. czarno-białe), które zawierają dużo mniej informacji na piksel lub

też użycie odpowiednich algorytmów stratnych kompresji obrazu.

Rys. 1.3 Głębia kolorów RGB (R 255, G 0, B 0) Rys. 1.4 Głębia kolorów RGB ( R 0, G 0, B 0)

Bitmapę charakteryzuje zbiór następujących właściwości:

szerokość (width) i wysokość (height) - określająca liczbę pikseli,

rozdzielczość (resolution) - liczba pikseli na cal,

model barw (color mode) - Bitmap, Grayscale, RGB, CMYK, Lab,

liczba bitów na piksel - opisuje liczbę możliwych do uzyskania kolorów.


Rys. 1.5 Charakterystyka bitmapy (rozmiar, rozdzielczość, liczba bitów)

Grafika rastrowa charakteryzuje się tym, że na każdy piksel przypada

od jednego do ośmiu bitów dla danego koloru bazowego, aczkolwiek niektóre

zastosowania wymagają stosowania palety 16 lub 32-bitowej.

Jakość każdego z obrazów rastrowych określana jest poprzez jego

wielkość (całkowitą liczbę pikseli) oraz głębię kolorów (ilość przechowywanych

informacji). Przykładowo obraz zapisujący 16 bitów informacji o kolorze będzie

w stanie pokazać zdecydowanie łagodniejsze cieniowanie oraz przejścia

tonalne od obrazu stosującego zapis jedynie 8 bitów na każdy piksel.

Rys. 1.6 Bitmapa z paletą barwną 8-bitową Rys. 1.7 Bitmapa z paletą barwną 16-bitową

Podobnie grafika o wymiarach 100x100 pikseli (zawiera 10 tys. pikseli)

lub w rozdzielczości 72 ppi będzie wyglądała na nierówną, chropowatą, rozmytą

bądź pozbawioną szczegółów w porównaniu z obrazem o wymiarach 400x400

pikseli (zawiera 160 tys. pikseli) lub o rozdzielczości 300 ppi.


Rys. 1.8 Bitmapa 8-bitowa w rozdzielczości 72 ppi Rys. 1.9 Bitmapa 8-bitowa w rozdzielczości 300 ppi

Tak ogromna ilość danych bez wątpienia zajmuje dużą powierzchnię,

dlatego bardzo często do zapisu grafiki stosuje się różnego rodzaju algorytmy

kompresji celem zmniejszenia zajmowanego miejsca. Bezstratną kompresję

danych umożliwiają np. pliki PNG, TIFF, JPEG 2000. Niektóre techniki polegają

na zmianach lub częściowym usunięciu informacji, ażeby w ten sposób uzyskać

jak najmniejszy rozmiar pliku. Mamy wówczas do czynienia ze stratną metodą

kompresji obrazów. Przykładem takiego zastosowania algorytmów jest format

JPEG a także stratne tryby kompresji TIFF, JPEG 2000, PDF.

Rozmiar grafiki rastrowej nie może być dowolnie zmieniany bez wpływu

na jego jakość, w przeciwieństwie do grafiki wektorowej, którą można dowolnie

skalować, dostosowując jej rozmiar do urządzenia, na którym wyświetlany jest

obraz. Grafika rastrowa w porównaniu do wektorowej jest bardziej użyteczna

pod względem obróbki i zapisu zdjęć czy też obrazów foto-realistycznych.

Grafika wektorowa natomiast dużo większe zastosowanie znalazła przy

tworzeniu obrazów składających się z figur geometrycznych oraz wszelkiego

rodzaju prezentacjach zawierających tekst, tabele, wykresy i wzory.

Obecnie większość monitorów komputerowych wyświetla obraz

w rozdzielczości od 72 do 130 ppi (pikseli na cal), podczas gdy urządzenia

drukujące są w stanie wykorzystywać materiały w dużo wyższej rozdzielczości,

nawet rzędu 4800 dpi (punktów na cal). Ustalenie zatem odpowiedniej

rozdzielczości drukarki względem monitora może być niezwykle trudne,

ze względu na fakt, iż drukowany dokument zawierał będzie większą liczbę detali

w porównaniu z tym, jaki zostanie wyświetlony na ekranie monitora. Grafikę

rastrową opatentowana firma Texas Instruments na początku lat 70-tych.


1.3 GRAFIKA WEKTOROWA

Grafika wektorowa zwana również „obiektową” przedstawiana jest

za pomocą podstawowych elementów czyli prymitywów a także poprzez proste

figury geometryczne złożone z odcinków, krzywych, wielokątów czy okręgów.

Prymitywy zwane również elementami podstawowymi opisywane są przy

pomocy następujących parametrów: współrzędne końców odcinka, środka

i długości promienia okręgu, bądź długości i liczby boków lub ramion wielokąta.

Obiekty posiadają szereg określonych atrybutów takich jak: grubość i kolor linii,

rodzaj wypełnienia figury czy stopień użytej przezroczystości. Właściwości

atrybutów zależne są głównie od standardu stosowanego do opisu grafiki

wektorowej czyli również od programu stosowanego do jej tworzenia.

Rys. 1.10 Adobe Illustrator (grafika wektorowa) Rys. 1.11 Adobe Photoshop (grafika rastrowa)

Zmiana rozmiaru obrazów rastrowych wpływa w sposób widoczny na ich

jakość. Powiększanie grafiki wraz ze wzrostem nasilenia będzie powodowało

uwidocznienie zniekształceń, rozmycia krawędzi czy też pojawianie się pikseli.

Podczas gdy obraz wektorowy będzie w dalszym ciągu zachowywał swoje

wszystkie właściwości względem oryginału.


Rys. 1.12 Grafika wektorowa (powiększenie obiektu) Rys. 1.13 Grafika rastrowa (powiększenie obiektu)

Grafika wektorowa w przeciwieństwie do rastrowej jest w pełni skalowalna.

Oznacza to, iż obiekty z których się ona składa mogą bez wpływu na utratę

jakości przyjmować dowolne rozmiary, kształty a także proporcje. Uzasadnieniem

w tym przypadku jest sposób matematycznego opisu elementów, przez co sam

obraz posiada zdolność wyświetlania w maksymalnej rozdzielczości dostępnej

dla ekranu monitora. Jakość samego obrazu jest uzależniona wyłącznie

od szczegółowego opisu danego obiektu przy pomocy prymitywów.

W przypadku zastosowania grafiki rastrowej zmiana właściwości położenia

danego obiektu względem jego środka w znacznym stopniu może go zniekształcić.

Tym bardziej jeśli wykonywany obrót nie jest wielokrotnością kąta prostego.

Większość edytorów grafiki wektorowej pozwala na wprowadzanie istotnych

zmian właściwości atrybutów i parametrów (przesunięcie, obrót, pochylenie,

rozciąganie, odbicie lustrzane ), nie tylko samych prymitywów ale również całych

obiektów. Wspomniane efekty można również zaobserwować podczas pracy

z niektórymi programami do obróbki grafiki rastrowej. Doskonałym przykładem

jest program Adobe Photoshop, który łączy zarówno elementy grafiki rastrowej

jak i obiektów wektorowych, korzystając z funkcji „pamięci” pierwotnego obrazu

i wykonywanych na nim operacji.

Rys. 1.14 Grafika wektorowa (obrót obiektu) Rys. 1.15 Grafika rastrowa (obrót obiektu)


Obrazy wektorowe w bardzo prosty sposób można przekształcać w ich

odpowiedniki o postaci rastrowej. W tym celu wystarczy przy zapisie podać kilka

podstawowych funkcji obrazu, takich jak: rozdzielczość, wybór palety barwnej

oraz format pliku. Większość urządzeń tak naprawdę korzysta wyłącznie stosując

grafikę rastrową, wyjątkiem może być jednak ploter tnący, dla którego nie istnieje

inny sposób przedstawienia informacji niż w postaci zapisu wektorowego.

Rys. 1.17 Corel Draw (eksport do bitmapy)

Rys. 1.16 Adobe Illustrator (eksport do bitmapy)

Rys. 1.18 Adobe Flash (eksport do bitmapy)

Konwersja w przeciwną stronę czyli tzw. wektoryzacja lub trasowanie jest

procesem bardzo trudnym i często zamierzony efekt nie jest współmierny

z oczekiwaniami. Proces ten polega przede wszystkim na wyszukiwaniu

krawędzi danego obiektu, na badaniu zmian podstawowych parametrów obrazu

(kontrast, barwa, nasycenie) a następnie zapisaniu go w postaci wektorowej.

Sposób działania tej metody opiera się na stosowaniu technik z dziedziny

sztucznej inteligencji. Wektoryzacja pozwala na pominięcie z obrazu elementów

zbędnych i bezużytecznych, co znalazło szerokie zastosowanie np. w grafice

ściśle wykorzystania technicznego.


Rys. 1.19 Adobe Illustrator (trasowanie) Rys. 1.20 Corel Draw (trasowanie)

Rys. 1.21 Adobe Flash (trasowanie)

Zalety stosowania grafiki wektorowej:

skalowanie, uproszczony sposób opisu, możliwość dowolnej

modyfikacji parametrów i atrybutów obrazu,

niewielki rozmiar w porównaniu z grafiką rastrową,

trójwymiarowy opis przestrzeni oraz obiektów,

zgodność z urządzeniami stosującymi opisy wektorowe, np. ploter,

prosta konwersja do grafiki rastrowej.

Wady stosowania grafiki wektorowej:

duża złożoność pamięciowa w użyciu obiektami fotorealistycznymi,

nieopłacalność obliczeniowa podczas wektoryzacji skomplikowanych

obrazów rastrowych.


Zastosowanie grafiki wektorowej ma sens wówczas gdy należy stworzyć

prostą grafikę zawierającą niewielką ilością szczegółów. Nie służy ona natomiast

do odzwierciedlania fotorealizmu, występującego w obrazach rastrowych.

Przykłady właściwego zastosowania grafiki wektorowej:

dokumentacje techniczne i naukowe

plany oraz mapy kartograficzne

logotypy, godła, herby, flagi, znaki drogowe

rodzaj twórczości artystycznej (komiksy)

Wykorzystanie grafiki wektorowej ma szersze zastosowanie, niż mogłoby

się powszechnie uważać. Jest ona wszechobecna w szeroko stosowanym

pojęciu informatyki oraz samej pracy z wykorzystaniem komputera. Stosowana

jest w fontach komputerowych do opisu czcionek. Znajduje również

zastosowanie w grach komputerowych oraz wideo, gdzie wykorzystywana jest

do opisu obiektów grafiki trójwymiarowej. Przestrzeń 3D wraz z opisami,

przekształceniami i geometrią opisywane są za pomocą grafiki wektorowej,

natomiast sam wygląd obiektów prezentowany jest za pomocą tekstur, czyli

z wykorzystaniem grafiki rastrowej.

Bardzo dużo programów posiada wewnętrzne formaty eksportu czy też

zapisu do postaci wektorowej. Brak jest jednak formatu szerszego

zastosowania, jak ma to miejsce w przypadku grafik rastrowych. W chwili

obecnej najbardziej popularne formaty to AI, EPS oraz PDF. Coraz większą

popularność zdobywa również format SVG oparty ma języku XML. Uważa się,

iż jest on przyszłościowy, dzięki wykorzystaniu opisu języka skryptowego. Jest

jednak formatem dość nowatorski i jeszcze nie znalazł wsparcia od strony

chociażby przeglądarek Internetowych, które wymagają póki co pobrania

specjalnych dodatków, które umożliwiają wyświetlanie obiektów SVG.


Podobne właściwości prezentuje format SWF, który jest już dostępny

od wielu lat. Również wykorzystuje on w swym zapisie rodzaj języka skryptowego

zwanego ActionScript’em. Uważa się go jednak za format zamknięty środowiska

Adobe (wcześniej Macromedia).

Zależnie od stosowanego programu a także formatu zapisu grafiki

wektorowej można scharakteryzować różnice i podobieństwa występujące

pomiędzy nimi. Poniżej zamieszczone zostały główne cechy znane z wykorzy-

stania w tego typu programach:

występowanie figur elementarnych: okrąg, prostokąt, wielokąt foremny

i gwiaździsty, łuk, spirala, krzywe Béziera,

podstawowe atrybuty takie jak: grubość, styl i kolor linii/krawędzi

obiektu, rodzaj wypełnienia, zaokrąglenia rogów, konwersja figur

elementarnych na krzywe,

operacje boolowskie na obiektach (przycinanie, łączenie, część wspólna)

oraz grupowanie i scalanie obiektów,

import lub wstawianie obrazów rastrowych z możliwością dalszego

przekształcania całości,

import grafiki wektorowej oraz wektoryzacja obiektów rastrowych,

technologia podobna masek w grafice rastrowej,

linie pomocnicze (prowadnice) oraz siatka, pomagające w dokładnym

rozmieszczeniu obiektów,

podział i rozmieszczenie elementów obrazu na warstwach.


2 ANALIZA FORMATÓW PLIKÓW GRAFICZNYCH

2.1 FORMATY PLIKÓW GRAFICZNYCH

Pliki graficzne dzielimy pod wyglądem rodzaju przechowywanych

informacji na grafikę rastrową oraz wektorową. W wyniku dalszej klasyfikacji

otrzymujemy podział na grafikę stosującą w swym zapisie algorytmy kompresji

stratnych, bezstratnych lub nie stosującą kompresji. Głównym jednak obiektem

moich badań, z uwagi na charakterystykę i temat pracy magisterskiej, będą pliki

graficzne, w których zapisie stosuje się rodzaj kompresji stratnej.

Formaty plików graficznych stosujące przy zapisie kompresję stratną:

Joint Photographic Experts Group (JPEG)

Joint Photographic Experts Group 2000 (JPEG 2000)

Tagged Image File Format (TIFF)

JPEG Network Graphics (JNG)

Multiple-Image Network Graphics (MNG)

Animated Portable Network Graphics (APNG)

Joint Bi-level Image experts Group (JBIG)

Windows Metafile Format (WMF)

Shockwave Flash (SWF)

Scalable Vector Graphics (SVG)


Joint Photographic Experts Group (JPEG)

Format pliku o rozszerzeniu "jpg" lub "jpeg". Wyznacza obecne standardy

kompresji obrazów statycznych. Głównym jego przeznaczeniem jest przetwarzanie

obrazów fotorealistycznych (zdjęcia satelitarne, portrety, pejzaże), które

charakteryzują się płynnymi przejściami tonacji barwnych oraz brakiem lub

niewielką ilością występowania ostrych krawędzi a także drobnych detali.

Motywacją do stworzenia standardu JPG była próba ujednolicenia

algorytmów kompresji zarówno obrazów kolorowych jak i monochromatycznych.

Tuż obok formatów: GIF i PNG jest to obecnie najczęściej występujący format

grafiki rastrowej na stronach WWW oraz szerszego ogólnego zastosowania.

W kwietniu 1983r. rozpoczęły się prace nad standardem JPG a niespełna trzy

lata później utworzono specjalny zespół o nazwie: Połączona Grupa Ekspertów

Fotograficznych (ang. Joint Photographic Experts Group) jednoczący wysiłki

różnych niezależnych grup badawczych.

W 1991 roku opublikowano nowy standard, który definiował podstawowy -

sekwencyjny tryb kompresji stratnej w oparciu o wykorzystanie DCT (dyskretna

transformata kosinusoidalna) wraz z jego rozszerzeniami:

tryb progresywny - swoje działanie opiera na DCT, wykorzystywany

jest głównie do wyświetlania grafiki w momencie przesyłania danych,

oferując efekt płynnego wyostrzenia obrazu, co szczególnie jest

widoczne podczas użycia szybkiego dekompresowa i wolnego

transferu przesyłanych informacji. Zyskał popularność wraz

z rozwojem Internetu.

tryb hierarchiczny - definiuje formę zapisu pliku obrazu jako sekwencję

kadrów o zmiennych rozdzielczościach. Kodowanie kolejnych kadrów

oparte jest na wzajemnych różnicach występujących pomiędzy nimi,

co eliminuje zapis oddzielnych obrazów i pozwala zmniejszyć rozmiar

docelowego pliku. Pozwala na użycie wielu metod kompresji.


Opisane metody umożliwiają uzyskanie bardzo dużego stopnia

kompresji, nawet rzędu 20:1 co oczywiście jest jednoznaczne z pewną utratą

szczegółów, natomiast na ogół nie jest to niezauważalne. JPEG mimo iż był

standardem opublikowanym w dalszym ciągu nie wskazywał szczegółowych

implementacji algorytmów kompresji. Powstało w związku z tym wiele wersji

komercyjnie rozbudowanych, częściowo opatentowanych ale także i na innych

licencjach. Do najbardziej wyróżniających się zaliczmy:

Independent JPEG Group (IJG)

JPEG File Interchange Format (JFIF)

Still Picture Interchange File Format (SPIFF)

W 1995 roku opublikowano kolejną - trzecią część standardu, która

zawierała coraz to nowsze rozszerzenia, zadaniem których była przede

wszystkim poprawa jakości obrazu przy zachowaniu tego samego stopnia

kompresji. Nowe funkcje rozszerzono w następujący sposób:

zmienna kwantyzacja - rozpoznaje różne stopnie poziomów

szczegółowości danej części obrazu,

wybiórcza poprawa jakości - łączy działanie progresywnej metody

dekompresji wraz z możliwością podjęcia jej z kadru o wyższej

rozdzielczości, wyłącznie dla fragmentów obrazu przedstawiających

największą liczbę szczegółów,

podział na kafelki - pozwala na indywidualny dobór wszystkich

niezbędnych funkcji, jakie znajdują zastosowanie w obrazach

graficznych. Począwszy od podziału obrazu na dowolne kawałki

o różnorodnych rozmiarach, poprzez różny stopień rozdzielczości

bądź kompresji a na paletach barwnych skończywszy.


W odpowiedzi na krytykę pod względem istotnych braków

w standardzie, dotyczących metod kompresji bezstratnej, rozpoczęto prace

nad kolejną fazą rozszerzeń. Mając na uwadze różnego rodzaju algorytmy

jako odpowiedni okazał się do tego zadania sekwencyjny algorytm LOCO-I

opracowany w 1996 roku przez firmę HP Labs. Nowy standard opublikowano

w 1999 roku z metodą kompresji o nazwie JPEG-LS. Umożliwia stopień

kompresji rzędu 2:1, co prawdopodobnie przyczyniło się to tego, iż standard

ten nie znalazł powszechnego zastosowania.

Format JPEG wykorzystuje do zapisu algorytmy kompresji stratnej,

co jest jednoznaczne z tym, iż w czasie wykonywania tej operacji bezpowrotnie

tracona jest część informacji. Algorytm przebiega w następujący sposób:

obraz poddany jest konwersji z kanałów RGB na luminancję (jasność)

oraz dwa kanały barwy zwane chrominancją, co wynika z chara-

kterystyki dokładniejszego postrzegania różnic jasności względem

zmian palety barwnej, co wymusza stosowanie różnych para-

metrów kompresji,

proces wstępnego odrzucenia części pikseli kanałów barwy, które

nie są dla ludzkiego oka, pod względem percepcji dostrzegania, tak

istotne jak właściwa jasność obiektu. Proces ten jest opcjonalny, gdyż

to użytkownik może zdecydować o stopniu redukcji na poziomie

2:1, 4:1 lub bez jej stosowania,

podział kanałów na bloki w proporcjach 8x8, co w przypadku

charakterystyki kanałów kolorów przekłada się na większe bloki

16x8 aktualnych danych,

wykonywanie DCT na blokach, przez co zamiast wartości chara-

kterystycznych dla pikseli możemy dostrzec średnią wartość oraz

częstotliwość zmian wewnątrz bloków, co wyrażone jest przez liczby

zmiennoprzecinkowe. Na tym etapie proces jest odwracalny.

poprawa współczynnika kompresji poprzez zastąpienie średnich

wartości bloków różnicami względem poprzednich wartości,


proces kwantyzacji (zastąpienia) danych zmiennoprzecinkowych przez

liczby całkowite. W tym procesie występują największe straty danych,

zygzakowate uporządkowanie współczynników DCT, co ma związek

z położeniem 0 w taki sposób ażeby leżały obok siebie,

kompresja współczynników niezerowych przez zastosowanie algorytmu

Huffmana gdzie dla ciągów zer stosowne są specjalne kody.

Transformata DCT może powodować efekty blokowe, które występują

w przypadku dużego stopnia kompresji. Algorytm JPEG był na swój sposób

innowacyjny, ponieważ jako jedyny oferował możliwość

Użyta transformata powoduje efekty blokowe w przypadku mocno

skompresowanych obrazków. Wielką innowacją zastosowania algorytmu JPEG

była kontrola stopnia kompresji podczas wykonywania pliku. Umożliwiało to wybór

stopnia kompresji obrazu przy jednoczesnej jego wizualizacji, która umożliwiała

ocenę jego jakości.

Joint Photographic Experts Group 2000 (JPEG 2000)

Format pliku o rozszerzeniu "jp2". Wywodzi się z formatu JPG i powstał

w procesie jego doskonalenia. W przeciwieństwie do swojego poprzednika

korzysta z transformaty DWT (dyskretna transformata Falkowa), która analizuje

obraz i dzieli go na wysokie lub niskie częstotliwości. Obszary występowania

niskich częstotliwości dzielone są dalej w taki sam sposób. Powstała w ten

sposób próbki dzielone są na bloki, które w następnym etapie są kwantowane i

kodowane niezależnie od siebie. Stopień kompresji regulowany jest przez

wybiórcze wysyłanie bloków bądź też przy użyciu zmiennej kwantyzacji.

Zaletą stosowania formatu JPEG 2000 jest znacznie lepsza jakość

w porównaniu do swojego poprzednika oraz możliwość zapisu z kompresją

bezstratną co sprawia, iż jest on formatem bardzo konkurencyjnym względem

chociażby dotychczasowego zapisu PNG. Kolejną zaletą jest skalowalność,

polegająca na stopniowej poprawie jakości w miarę pobierania danych pliku,


co często wykorzystywane jest w transmisjach Internetowych. Mimo znacznie

lepszych właściwości format JPEG 2000 nie zastąpił formatu JPG ze względu

na bardzo dużą złożoność obliczeniową jaką wykorzystuje

Deja Vu (DjVu) Format pliku o rozszerzeniu "djvu" lub „djv”. Reprezentuje niezwykle

nowatorską i zarazem wysoce efektywną metodę kompresji obrazów,

opracowaną przez amerykański koncern AT&T z docelowym przeznaczeniem

do kompresji skanowanych dokumentów. Dalsze implementacje do projektu

wprowadzili naukowcy z firmy LizardTech Inc. tworząc program o nazwie

Document Express w wersji Profesjonal i Enterprise.

Założeniem twórców formatu DjVu było stworzenie pliku, który posiadałby

zdolnośc do przechowywania zeskanowanego teksu i grafiki w formie cyfrowej.

Kluczowym elementem rozwoju stała sie zależność pomiędzy koniecznością

uzyskania pliku o bardzo dobrej jakości przy jednoczesnym zachowaniu

niewielkich rozmiarów. Moduł generowania dokumentów w formie elektronicznej

czyni format DjVu jeszcze bardziej konkurencyjnym względem chociażby

wysłużonego już standardu PDF, który być może już niedługo będzie musiał

ustąpić swojemu następcy w tej dziedzinie.

Algorytm stosowany w DjVu opiera sie o najbardziej zaawansowaną

metodę segmentacji obrazu, która trzeba przypomnieć, iż cały czas jest

nieustannie rozwijana. Poszczególne fazy powstawania pliku DjVu

prezentowane są poniżej:

obraz dzielony jest na odrębne warstwy z zastosowaniem

optymalizacji w fazie pierwszej oraz kompresji w drugiej,

stosowane warstwy: tło obrazu (do 120 dpi), czarnobiała warstwa

tekstu (do 300 dpi), warstwa koloru nakłada na tekst (do 30 dpi),

informacyjna warstwa tekstu oparta o metodę OCR, która umożliwia

przeszukiwanie dokumentu, co ma bardzo duże znaczenie w tego

typu formatach.


Zalety stosowania formatu DjVu:

progresywna metoda wyświetlania pliku, która znajduje szerokie

zastosowanie w transmisji Internetowej,

dobra jakość obrazu przy względnie niewielkim rozmiarze w porównaniu

do formatów: JPG (od 5 do 20 razy mniejszy), PDF (od 2 do 8 razy

mniejszy) oraz BMP lub TIFF (plik nawet 1000-krotnie mniejszy).

Tagged Image File Format (TIFF) Format pliku o rozszerzeniu "tif" lub "tiff". Standard grafiki rastrowej

opracowany w 1986 roku przez kilka niezależnych firm (w tym również Hewlett-

Packard i Microsoft) pod ogólnym przewodnictwem Aldus Corporation.

Stosowany głównie do drukowania postscriptowego jako jeden

z podstawowych formatów DTP. Pomocniczo używany jest również w grafice

trójwymiarowej oraz obrazowaniu medycznym. Pozwala zapisywać obrazy

stworzone w trybie kreskowym, monochromatycznym lub kolorowym

o zróżnicowanej głębi bitowej. Posiada zdolność przechowywania ścieżek,

kanału alfa i profili kolorów wraz z tekstowymi komentarzami. Format TIFF

umożliwia zapis plików z użyciem kompresji bezstratnej LZW oraz stratnych

trybów: ZIP oraz JPEG.

JPEG Network Graphics (JNG)

Format pliku o rozszerzeniu "jng". Powstał jako połączenie dwóch

formatów: JPEG i PNG stosując przy zapisie właśnie takie algorytmy kompresji.

Przy zapisie fotografii stosowany jest algorytm JPEG, dzięki wysokiemu

współczynnikowi kompresji, do pozostałych (tekst, wykresy, schematy) używany

jest PNG. Kanał przezroczystości może bazować na obu algorytmach.

Standard JNG z pewnością mógłby znaleźć szerokie zastosowanie,

na stronach internetowych, jednak nie zyskał wsparcia ani od strony przeglą-

darek WWW, ani tym bardziej programów do edycji tego formatu.


Multiple - Image Network Graphics (MNG)

Format pliku o rozszerzeniu "mng". Pochodzenia od standardu PNG,

umożliwiając dodatkowo zapis animacji poprzez umieszczenie w jednym pliku

sekwencji kilku obrazów. W przeciwieństwie jednak do formatu jakim jest GIF

umożliwia on zapis powyżej 256 kolorów.

Animated Portable Network Graphics (APNG)

Format pliku o rozszerzeniu "png" lub "apng". Posiada pełną zgodność

ze standardem PNG, który w tym przypadku został podobnie jak format MNG

uzupełniony o możliwość tworzenia animacji. Specyfikacja formatu APNG

powstała na początku 2004 roku, niedługo po tym zyskała wsparcie ze strony

przeglądarek Internetowych: Mozilla Firefox 3.0 oraz Opera 9.5. Dnia 20

kwietnia 2007 roku grupa ekspertów PNG oficjalnie odrzuciła projekt APNG jako

rozszerzenie standardu PNG.

Joint Bi-level Image experts Group (JBIG)

Format pliku o rozszerzeniu "jbg" lub "jbig". Standard kompresji danych

jednobitowych (dwukolorowych) ale także obrazów monochromatycznych

i kolorowych. Główną zaletą formatu są duże możliwości implementacyjne, co

pozwala na tworzenie aplikacji, które mogą wykorzystywać wspólną bazę

danych na następujących zasadach:

efektywne udostępnianie informacji graficznych na temat rozdzielczości

dostosowanej do możliwości danego urządzenia wyjściowego,

efektywne udostępnianie obrazów na potrzeby aplikacji przez

stosowanych przez łącza telekomunikacyjne o niskiej i średniej

przepustowości.

JBIG nie jest formatem, który zyskał popularność jednakże z jego

algorytmów korzystają również inne typy plików, również te zastosowania

ogólnego jak choćby DjVu czy LDF.


Windows Metafile Format (WMF)

Format pliku o rozszerzeniu "wmf". Stosowany głównie w systemach

Windows. Zawiera instrukcje dla systemu operacyjnego na temat prawidłowego

wyświetlania zarówno grafiki wektorowej jak i rastrowej. Pliki WMF zajmują

zdecydowanie mniej miejsca niż ich odpowiedniki w formie bitmapy.

Shockwave Flash (SWF)

Format pliku o rozszerzeniu "swf". Zamknięty standard środowiska

Adobe (dawniej Macromedia), który powstał z myślą o tworzeniu niewielkich

animacji lub aplikacji interaktywnych o rozmiarach pozwalających na umie-

szczanie ich w Internecie.

Jest to obecnie dominujący format zapisu animacji wektorowych,

zdecydowanie przewyższający nawet otwarty standard W3C - SVG. Pliki SWF

są na tyle uniwersalne, że mogą zawierać nie tylko animacje i proste grafiki

wektorowe, to potężne narzędzie pozwalające na tworzenie całych stron

internetowych a także animacji wykorzystywanych na potrzeby filmów DVD.

W fazie początkowej format SWF ograniczał się jedynie do prostej

prezentacji obiektów wektorowych lub w formie obrazów. Znacznie później jego

możliwości uległy gruntownym ulepszeniom pozwalającym na dodawanie do

prezentacji dźwięków oraz filmów, czy też obiektów interaktywnych

w końcowym etapie z użytkownikiem. Rozwój formatu w dużej mierze

zawdzięczany jest językowi Action Spript, który ewoluował wraz z programem

Flash aż do obecnej wersji kodu poleceń, kryjącej się pod oznaczeniem 3.0.

Do poprawnego wyświetlania formatu SWF wymagane jest zainsta-

lowanie specjalnej wtyczki programu Adobe, która udostępniana jest za darmo.

Flash posiada możliwość eksportu nie tylko do filmów, animacji czy obrazów

graficznych, wszystkie podane typy plików można zapisać w formie

wykonywalnej "exe" nazywanej projektorami.


Format Flash posiada kilka istotnych problemów natury użyteczności,

choć w mniejszym bądź większym stopniu zostały one naprawione poprzez

zastosowanie programów pomocniczych. Ponadto niektórzy mogliby akurat

uznać pewne ograniczenia wynikające ze stosowania tego formatu za swego

rodzaju przemyślany krok ze strony producenta programu.

Rozpatrując problem od strony wad należy wspomnieć o następujących

funkcjach programu, do których zaliczamy:

brak możliwości przeglądania dokumentu pod kątem wyszukiwania

dowolnej frazy tekstu, istnieje jedynie możliwość zapisania informacji

w trybie "dynamic text", bądź odszukania go bezpośrednio w kodzie

strony WWW (dotyczy wersji wspieranej przez kod AS),

brak jakiejkolwiek możliwości edycji czy podglądu właściwości formatu

pliku bez posiadania źródeł FLA

problem z indeksowaniem tekstu w plikach SWF przez wyszukiwarki,

jednakże problem poniekąd został częściowo rozwiązany między

innymi przez zastosowanie kodu AS oraz programy wspierające

Flasha właśnie pod tym kątem.

Scalable Vector Graphics (SVG)

Format pliku o rozszerzeniu "svg" lub "svgz". Uniwersalny format

wektorowej grafiki dwuwymiarowej, należący do rodziny XML, zarówno w jego

statycznej jak i dynamicznej postaci. Stworzony w 1999 roku przez firmę W3C,

uznawaną za lidera wśród organizacji zajmującymi się pojęciem standardów

w Internecie. Format powstał z myślą o wykorzystaniu jego właściwości

na stronach WWW. Ponadto jako format niezależny od platformy systemowej,

w połączeniu ze wsparciem języków programowania (np. XHTML) niewątpliwie

klasyfikuje go w czołówce formatów dalece przyszłościowych.


SVG posiada wszystkie funkcje znane z innych programów wektorowych,

zarówno pod względem funkcjonalności jak i używanych obiektów. Zawiera

również kilka zaawansowanych właściwości, do których dostęp umożliwiają

wyłącznie zaawansowane aplikacjach do obróbki grafiki wektorowej

a są to między innymi: filtry, maski, efekty wypełnień, obiekty transparentne.

Format ten pozwala również na użycie języków programowania takich jak Java

Script, dodatkowo uzupełnionych o dodatkowe polecenia XML.

Pod względem funkcjonalności oraz ogólnej charakterystyki SVG

przypomina format SWF firmy Adobe. Nie ma jednak obawy przed tym, że zdoła

on wyprzeć swojego rywala, ze względu na brak wsparcia tego projektu

dla wszechobecnych już multimediów: audio, wideo, przesyłanie strumieniowe.

Istnieje jednak prawdopodobieństwo, iż w pewnych ściśle określonych zastoso-

waniach format SVG będzie w stanie go zastąpić.


2.2 ANALIZA PLIKÓW GRAFICZNYCH

2.2.1 ANALIZA POD WZGLĘDEM ZRÓZNICOWANIA PALETY BARW

Kluczowym założeniem jakie należy poddać analizie niewątpliwie jest

wpływ oddziaływania określonego rodzaju barw, ich stopień nasycenia i przejść

tonalnych a także skala występowania w danym obiekcie. Wszystkie

wymienione czynniki są niezwykle istotne w procesie kompresji. Niezależnie od

rodzaju algorytmu jaki zastosujemy powinniśmy uzyskać stałą zależność

polegającą na ścisłemu przypisaniu konkretnej barwie określonych własności

pod względem rozmiaru oraz jakości obrazu. Celem zobrazowania przykładu

należy posłużyć się obiektem, którego właściwości zostały zmienione wyłącznie

pod względem jego barwy tonalnej w systemie RGB oraz Grayscale.

Rys. 2.1 Zastosowanie kanału R, G, B oraz Gray dla badanego obiektu

Zmiana kolorystyki obiektu była możliwa dzięki zastosowaniu

podstawowych funkcji programu Photoshop CS3, które wymieniono poniżej.

Plik wyjściowy o rozszerzeniu PSD jaki oferuje tego rodzaju oprogramowanie

jest bardzo dobrym wzorem odniesienia dla porównania zastosowania grafiki

wykorzystującej algorytmy kompresji stratnej oraz bezstratnej.

Funkcje zastosowane w programie Photoshop CS3:

Grayscale (Image/Mode/... zmiana palety barw na monochromatyczną)

Hue/Saturation (zmiana barwy i nasycenia koloru)

Curves (zastosowanie krzywych tonalnych)


Rys. 2.2 Zmiana palety barw na monochromatyczną)

Rys. 2.3 Zmiana barwy i nasycenia koloru

Rys. 2.4 Zastosowanie krzywych tonalnych

Chcąc porównać wyniki jakie można uzyskać przy zestawieniu

i charakterystyce poszczególnych obiektów różniących się głównie przedziałem

określonej tonacji barwnej warto użyć w tym celu, nie tylko danych, ale i modeli

ich wizualizacji dla lepszego zobrazowania różnic występujących pomiędzy nimi.

Kolejno zastosowano poszczególne fazy, określające rodzaj i stopień

kompresji przy zapisie do najczęściej stosowanych plików. W tym celu użyto

zarówno programów do grafiki wektorowej jak i rastrowej, ażeby tym bardziej

podkreślić różnice występujące pomiędzy nimi.

R

JP

ja

po

st

Roman Janko

Adob

Krok

PG przy z

akości. Wy

ozostałe a

tałych właś

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.1

Rys. 2.6

0200400600800

100012001400

owski - 14470

be Photos

1. Opis d

zastosowa

yniki analiz

algorytmy

ściwości.

Rys. 2.5 W

Pli

Red

Green

Blue

Gray

Zastosowanie

Wykres zasto

00000000

Kanał Red

- Badanie algo

shop CS3

ziałania al

niu trzech

zy zostały

kompresji

Wybór stopnia

k źródłowy P

1300 kB

1330 kB

1250 kB

511,0 kB

e algorytmu JP

osowania algo

d Kanał Gree

orytmów strat

lgorytmu k

h różnych

porównan

i, przy jed

a kompresji JP

PSD JPEG

125

142

140

71,2

PG w program

orytmu JPG w

en Kanał Blue

nych kompres

kompresji z

stopni ko

ne z danym

dnoczesny

PG w program

- 90% JPE

5 kB 4

2 kB 5

0 kB 5

2 kB 3

mie Photoshop

progranie Pho

e Kanał Gray

sji obrazów gra

z zapisem

ompresji: 3

mi jakie u

ym zachow

ie Photoshop

EG - 60%

47,0 kB

55,5 kB

53,9 kB

30,1 kB

p CS3

otoshop CS3

Pli

JP

JP

JP

aficznych

m pliku do

30, 60 ora

zyskano s

waniu wsz

CS3

JPEG - 30%

20,2 kB

23,6 kB

23,3 kB

15,0 kB

ik źródłowy PSD

PEG - 90%

PEG - 60%

PEG - 30%

28

formatu

az 90%

stosując

zystkich

D

8

R

T

fo

ni

St

(0

Ry

Roman Janko

Krok

IFF, przy

ormaty po

ieskompres

topień kom

0-4) / Mediu

ys. 2.7 Wybór

Kanał

Kanał G

Kanał

Kanał G

Tab. 2.2

Rys. 2.8

20406080

100120140

owski - 14470

2. Przeds

zapisie kt

osiadają

sowanej j

mpresji w t

um (5-7) / H

stopnia kompr

Pli

Red

Green

Blue

Gray

Zastosowanie

Wykres zasto

000000000000000

Kanał Re

- Badanie algo

tawienie z

órych stos

również

ak i przy

tym przypa

High (8-9)

resji JPG przy

k źródłowy P

1300 kB

1330 kB

1250 kB

511,0 kB

e algorytmu JP

osowania algo

ed Kanał Gree

orytmów strat

zależności

sowany je

zdolność

y zastosow

adku przyjm

/ Maximum

zapisie do for

PSD PDF -

951,0

994,0

975,0

369,0

PG przy zapis

orytmu JPG pr

en Kanał Blue

nych kompres

pomiędzy

st algorytm

do zap

waniu alg

muje stałe

m (10-12).

rmatu PDF ora

High PDF

0 kB 9

0 kB 9

0 kB 9

0 kB 3

ie do formatu

rzy zapisie do

e Kanał Gray

sji obrazów gra

formatami

m kompre

pisu zaró

gorytmu ko

wartości

az TIFF w prog

F - Medium

932,0 kB

973,0 kB

954,0 kB

356,0 kB

PDF

formatu PDF

Plik

PD

PD

PD

aficznych

plików PD

sji JPG. O

ówno w

ompresji s

na poziom

gramie Photos

PDF - Low

924,0 kB

965,0 kB

946,0 kB

351,0 kB

k źródłowy PSD

DF - High

DF - Medium

DF - Low

29

DF oraz

Obydwa

formie

stratnej.

mie: Low

hop CS3

w

D

9

R

K

K

K

K

Ta

Ry

fo

za

po

pe

ja

w

Ry

Roman Janko

Kanał Red

Kanał Green

Kanał Blue

Kanał Gray

ab. 2.3 Tabela

ys. 2.9 Wykres

Krok

ormatów pl

ależności

oddane dz

ewne ogr

ak chociażb

w przedziale

ys. 2.10 Zapis

0200400600800

100012001400160018002000

owski - 14470

Plik źródł

1300

1330

1250

511,0

przedstawiają

s zastosowan

3. Użyc

ików: PNG

pomiędzy

ziałaniom a

raniczenia

by dla prz

e od 2 do 2

s formatów z k

Kanał Red

- Badanie algo

owy PSD

0 kB

0 kB

0 kB

0 kB

ąca zastosowa

ia algorytmu J

cie algory

G, GIF oraz

wielkości

algorytmów

wpływają

zykładu for

256 kolorów

kompresją bez

Kanał Green

orytmów strat

Format TIFF

1850 kB

1870 kB

1830 kB

677,0 kB

anie algorytmu

JPG przy zapis

ytmów ko

z WBMP. M

ią i jakoś

w kompresj

ące na ic

rmat GIF,

w.

zstratną: PNG,

Kanał Blu

nych kompres

TIFF - Hig

736,0 kB

755,0 kB

717,0 kB

302,0 kB

u JPG przy za

sie do formatu

mpresji b

Metoda ta

ścią plików

ji stratnych

ch później

który ofer

, GIF, WBMP w

ue Kanał

sji obrazów gra

h TIFF - M

714,0

730,0

691,0

292,0

apisie do forma

u TIFF

bezstratnej

pozwala o

w, które m

h, to w swy

jszą form

ruje zapis

w programie P

Gray

aficznych

Medium TIF

0 kB 70

0 kB 72

0 kB 68

0 kB 29

atu TIFF

na przy

ocenić i po

mimo iż n

ym zapisie

ę i właśc

z paletą

Photoshop CS

Plik źródło

Format TI

TIFF - Hig

TIFF - Me

TIFF - Low

30

FF - Low

07,0 kB

22,0 kB

82,0 kB

97,0 kB

ykładzie

orównać

nie były

stosują

ciwości,

barwną

S3

owy PSD

FF

gh

dium

w

0

R

Roman Janko

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.4

Rys. 2.11

20406080

100120140

owski - 14470

Plik

Red

Green

Blue

Gray

Zapis formató

1 Wykres zap

000000000000000

Kanał Re

- Badanie algo

k źródłowy P

1300 kB

1330 kB

1250 kB

511,0 kB

ów z kompres

isu formatów

d Kanał Gree

orytmów strat

SD Format

353,0

361,0

366,0

164,0

sją bezstratną

z kompresją b

en Kanał Blue

nych kompres

t PNG Form

0 kB 13

0 kB 13

0 kB 13

0 kB 16

ą: PNG, GIF, W

bezstratną: PN

e Kanał Gray

sji obrazów gra

mat GIF F

1,0 kB

7,0 kB

8,0 kB

7,0 kB

WBMP

NG, GIF, WBM

Plik

For

For

For

aficznych

Format WBMP

51,0 kB

51,0 kB

51,0 kB

51,0 kB

MP

k źródłowy PSD

rmat PNG

rmat GIF

rmat WBMP

3

P

D

1

R

JP

ja

w

Ry

Roman Janko

Adob

Krok

PG przy z

akości lub

w 10-cio sto

ys. 2.12 Wybór

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.5

Rys. 2.13

0100200300400500600700800

owski - 14470

be Illustrat

1. Opis d

zastosowa

alternatyw

opniowej sk

r stopnia kompr

P

Red

Green

Blue

Gray

Zastosowanie

3 Wykres zast

000000000

Kanał Red

- Badanie algo

tor CS3

ziałania al

niu trzech

wnie na po

kali.

resji JPG w pro

lik źródłowy A

688 kB

715 kB

710 kB

266 kB

e algorytmu J

tosowania alg

d Kanał Gree

orytmów strat

lgorytmu k

h różnych

oziomie: M

ogramie Illustrat

AI JPEG

126

143

130

71,2

PG w program

gorytmu JPG w

en Kanał Blue

nych kompres

kompresji z

stopni ko

Medium (3)

tor CS3 (dla W

- 90% JPE

6 kB 4

3 kB 5

0 kB 5

2 kB 3

mie Photosho

w programie P

e Kanał Gra

sji obrazów gra

z zapisem

ompresji: 3

) / High (6

WEB po lewej lub

EG - 60%

47,3 kB

55,7 kB

51,5 kB

30,1 kB

op CS3

Photoshop CS3

ay

P

J

J

J

aficznych

m pliku do

30, 60 ora

6) / Maxim

b alternatywnie

JPEG - 30%

20,2 kB

23,6 kB

22,4 kB

15,0 kB

3

Plik źródłowy AI

JPEG - 90%

JPEG - 60%

JPEG - 30%

32

formatu

az 90%

mum (9)

e eksport)

2

R

T

fo

w

P

op

Ry

Roman Janko

Krok

IFF z kom

ormatu TIF

względu na

DF zastos

pcje: Minim

ys. 2.14 Wybó

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.6

Rys. 2.15

0100200300400500600700800

owski - 14470

2. Przedst

mpresją str

FF nie było

a ogranicz

sowano na

mum oraz M

r stopnia komp

P

Red

Green

Blue

Gray

Zastosowanie

5 Wykres zast

000000000

Kanał Red

- Badanie algo

tawienie z

ratną algo

o możliwoś

enia progr

poziomie:

Maximum.

presji JPG przy

lik źródłowy A

688 kB

715 kB

710 kB

266 kB

e algorytmu JP

tosowania alg

d Kanał Gree

orytmów strat

ależności

orytmu JPG

ści zastos

ramu Ado

: Low / Me

y zapisie do fo

AI PDF -

208

215

218

279

PG przy zapis

gorytmu JPG p

en Kanał Blue

nych kompres

pomiędzy

G oraz JP

owania al

be Illustra

edium / Hig

ormatu PDF or

High PDF

kB

kB

kB

kB

ie do formatu

przy zapisie do

e Kanał Gra

sji obrazów gra

formatami

PG 2000.

gorytmu k

ator. Komp

gh, wyłącz

raz TIFF w pro

F - Medium

190 kB

196 kB

198 kB

279 kB

PDF

o formatu PDF

y

P

P

P

P

aficznych

i plików PD

Przy zap

kompresji J

presję do

zając dwie

ogramie Illustra

PDF - Low

183 kB

188 kB

190 kB

279 kB

F

Plik źródłowy AI

PDF - High

PDF - Medium

PDF - Low

33

DF oraz

pisie do

JPG ze

formatu

skrajne

ator CS3

3

R

Roman Janko

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.7

Rys. 2.16

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.8

Rys. 2.17

0100200300400500600700800

20

40

60

80

100

120

owski - 14470

P

Red

Green

Blue

Gray

Zastosowanie

6 Wykres zast

Pl

Red

Green

Blue

Gray

Zapis do form

7 Wykres zast

000000000

Kanał Red

0

00

00

00

00

00

00

Kanał Red

- Badanie algo

lik źródłowy A

688 kB

715 kB

710 kB

266 kB

e algorytmu JP

tosowania alg

lik źródłowy A

688,0 kB

715,0 kB

710,0 kB

266,0 kB

matu TIFF w pr

tosowania alg

d Kanał Gree

d Kanał Gree

orytmów strat

AI PDF -

209

210

216

279

PG 2000 przy

gorytmu JPG 2

AI T

120

120

120

120

rogramie Illust

gorytmu JPG p

en Kanał Blue

n Kanał Blue

nych kompres

High PDF

kB

kB

kB

kB

y zapisie do fo

2000 przy zap

TIFF

00 kB

00 kB

00 kB

00 kB

trator CS3

przy zapisie do

e Kanał Gray

Kanał Gray

sji obrazów gra

F - Medium

197 kB

198 kB

203 kB

279 kB

ormatu PDF

isie do format

o formatu TIFF

y

P

P

P

P

Plik

TIFF

aficznych

PDF - Low

185 kB

187 kB

190 kB

279 kB

tu PDF

F

Plik źródłowy AI

PDF - High

PDF - Medium

PDF - Low

źródłowy AI

F

34

4

R

pl

A

na

do

Ry

Roman Janko

Krok

lików: WM

dobe Illus

ależy się

o właściwe

ys. 2.18 Opcje

Kana

Kana

Kana

Kana

Tab. 2.

Rys. 2

1

1

2

2

owski - 14470

3. Użycie

MF oraz PN

trator nie

ograniczy

ego format

e eksportu do

ał Red

ał Green

ał Blue

ał Gray

9 Zapis do for

2.19 Wykres z

0

500

1000

1500

2000

2500

Kanał R

- Badanie algo

e algorytmó

NG, które

oferuje w

yć jedyn

u.

formatu WMF

Plik źródłow

688,0 kB

715,0 kB

710,0 kB

266,0 kB

rmatu WMF o

zapisu do form

Red Kanał Gre

orytmów strat

ów kompr

reprezentu

w tym przy

nie do mi

F oraz PNG w

wy AI For

2

2

2

2

oraz PNG w pr

matu WMF oraz

een Kanał Blue

nych kompres

esji stratne

ują modele

ypadku za

inimum, c

programie Illu

rmat WMF

2100 kB

2100 kB

2100 kB

2100 kB

rogramie Illus

z PNG w prog

e Kanał Gray

sji obrazów gra

ej na przy

e grafiki ra

awansowa

co stanow

ustrator CS3

Format PN

365,0 kB

355,0 kB

331,0 kB

164,0 kB

strator CS3

gramie Illustrat

Plik

For

For

aficznych

ykładzie fo

astrowej. P

anych opcj

wi eksport

NG

B

B

B

B

tor CS3

k źródłowy AI

rmat WMF

rmat PNG

35

ormatów

Program

cji także

plików

5

R

kt

ty

O

Ry

Roman Janko

Krok

tóry repreze

ypowy dla te

Od strony uż

ys. 2.20 Zapis

Kana

Kana

Kana

Kana

Tab. 2.

Rys. 2.

1020304050607080

owski - 14470

4. Opis dzi

entuje grafi

ego rodzaju

żytkownika

s do formatu S

P

ał Red

ał Green

ał Blue

ał Gray

10 Zapis do fo

.21 Wykres za

00000000000000000

Kanał Re

- Badanie algo

iałania algo

kę wektoro

u plików, ac

brak jest m

SVG oraz SVG

Plik źródłowy

688,0 kB

715,0 kB

710,0 kB

266,0 kB

ormatu SVG o

apisu do forma

ed Kanał Gree

orytmów strat

orytmu kom

ową. Progra

czkolwiek s

możliwości i

GZ w programi

y AI Form

55

54

49

23

oraz SVGZ w

atu SVG oraz

en Kanał Blue

nych kompres

mpresji z za

am oferuje s

stopień kom

ngerencji w

e Illustrator C

mat SVG

59,0 kB

40,0 kB

95,0 kB

30,0 kB

programie Illu

SVGZ w prog

Kanał Gray

sji obrazów gra

apisem pliku

szeroki zak

mpresji usta

w tym kierun

S3

Format SV

426,0 kB

411,0 kB

376,0 kB

175,0 kB

ustrator CS3

gramie Illustrat

Plik

Form

Form

aficznych

u do forma

kres opcji e

alony jest o

nku.

VGZ

B

B

B

B

tor CS3

źródłowy AI

mat SVG

mat SVGZ

36

tu SVG,

eksportu,

dgórnie.

6

R

pr

or

gr

do

za

Ry

Ta

Ry

Roman Janko

Krok

rzy zapisie

raz 90% ja

rafiki wekto

ocelowo d

apisu i jedn

ys. 2.22 Zapis

Kanał Red

Kanał Green

Kanał Blue

Kanał Gray

ab. 2.11 Tabela

ys. 2.23 Wykre

0100200300400500600700800

K

owski - 14470

5. Zastoso

e do format

akości. Je

orowej. Mo

o użycia w

nocześnie

s do formatu S

Plik źród

688

715

710

266

a przedstawiaj

es zastosowani

Kanał Red

- Badanie algo

owanie alg

tu SWF, z

est to kole

ożna zaob

w program

jest wspie

SWF w program

dłowy AI

kB

kB

kB

kB

jąca zastosow

ia algorytmów

Kanał Green

orytmów strat

gorytmów k

użyciem tr

ejny przyk

bserwować

mie Adobe

erany przez

mie Illustrator

Format SWF

462 kB

476 kB

463 kB

199 kB

wanie algorytm

stratnych przy

Kanał B

nych kompres

kompresji s

rzech różny

kład zapisu

ć tutaj szer

Flash, któ

z Illustrator

CS3

SWF - 90

131 kB

151 kB

147 kB

77,0 kB

mów stratnych

y zapisie do for

lue Kana

sji obrazów gra

stratnej, w

ych stopni

u z zastos

reg funkcji

óry wykorz

ra.

0% SWF

B 46,0

B 55,0

B 53,0

B 31,0

przy zapisie d

matu SWF w p

ał Gray

aficznych

tym równi

kompresji

owaniem

przystoso

zystuje ten

- 60% SW

0 kB 2

0 kB 30

0 kB 29

0 kB 19

do formatu SW

programie Illust

Plik źró

Format

SWF - 9

SWF - 6

SWF - 3

37

ież JPG

: 30, 60

formatu

wanych

n format

WF - 30%

5,0kB

0,0 kB

9,0 kB

9,0 kB

WF

trator CS3

dłowy AI

SWF

90%

60%

30%

7

R

JPFoplfo

Roman Janko

Adob

Krok PG przy zormatem wlik bezstraormatu PSD

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.12

Rys. 2.25

20

40

60

80

100

owski - 14470

be Firewor

1. Opis dzastosowawyjściowymatnej kompD używane

Rys. 2.24 W

Pli

Red

Green

Blue

Gray

2 Zastosowan

5 Wykres zast

0

00

00

00

00

00

Kanał Red

- Badanie algo

rks CS3

ziałania alniu trzech

m, który jedpresji PNGego w prog

Wybór stopnia

k źródłowy P

988 kB

958 kB

710 kB

266 kB

nie algorytmu

tosowania alg

d Kanał Gree

orytmów strat

lgorytmu kh różnych dnocześni

G, który pgramie Pho

kompresji JPG

PNG JPEG

90,0

98,0

105

66,0

JPG w progra

gorytmu JPG w

en Kanał Blue

nych kompres

kompresji zstopni koe stanowił

powstał z wotoshop.

G w programie

- 90% JPE

0 kB 4

0 kB 4

5 kB 4

0 kB 3

amie Fireworks

w programie F

Kanał Gray

sji obrazów gra

z zapisemmpresji: 3ł tutaj punkwcześniej

Fireworks CS3

EG - 60%

40,0 kB

45,0 kB

47,0 kB

33,0 kB

s CS3

Fireworks CS3

Plik

JPE

JPE

JPE

aficznych

m pliku do 30, 60 orakt odniesieopisywane

3

JPEG - 30%

27,0 kB

27,0 kB

28,0 kB

26,0 kB

k źródłowy PNG

EG - 90%

EG - 60%

EG - 30%

38

formatu az 90%. enia, był ego już

8

R

je

na

za

pr

w

Roman Janko

Krok

est algoryt

a 30, 60 o

aawansow

rogram Illu

wsparciu dla

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.13

Rys. 2.27

20

40

60

80

100

owski - 14470

2. Przeds

tm kompr

oraz 90%

wanych fun

ustrator CS

a grafiki we

Ry

Pli

Red

Green

Blue

Gray

3 Zastosowanie

Wykres zastoso

0

00

00

00

00

00

Kanał Red

- Badanie algo

stawienie

resji stratn

jakości.

nkcji. W po

S3, w tym

ektorowej.

ys. 2.26 Wybór

k źródłowy P

988 kB

958 kB

710 kB

266 kB

e algorytmu JP

owania algorytm

d Kanał Gree

orytmów strat

formatu S

nej JPG.

Brak jest

orównaniu

m przypadk

r stopnia komp

PNG SWF

44,0

47,0

51,0

37,0

PG przy zapisie

mu JPG przy zap

en Kanał Blue

nych kompres

SWF, przy

Stopień

możliwoś

ze swoim

ku nie mo

resji JPG przy

- 90% SW

0 kB 2

0 kB 2

0 kB 2

0 kB 1

e do formatu SW

pisie do formatu

Kanał Gray

sji obrazów gra

zapisie kt

kompresji

ści skorzys

m poprzed

ożna mów

zapisie do form

WF - 60%

20,0 kB

22,0 kB

23,0 kB

18,0 kB

WF w program

SWF w program

Plik

SW

SW

SW

aficznych

tórego sto

został u

stania z b

dnikiem, ja

ić o jakim

matu SWF

SWF - 30%

14,0 kB

15,0 kB

16,0 kB

13,0 kB

ie Fireworks CS

mie Fireworks C

k źródłowy PNG

WF - 90%

WF - 60%

WF - 30%

39

sowany

ustalony

bardziej

akim był

mkolwiek

S3

CS3

9

R

og

po

Ry

Roman Janko

Krok

graniczenia

osłużyły we

ys. 2.28 Zapis

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.14

Rys. 2.29

20

40

60

80

100

owski - 14470

3. Użyc

ami, na p

e wcześnie

s do formatów:

Pli

Red

Green

Blue

Gray

4 Tabela przeds

Wykres przeds

0

00

00

00

00

00

Kanał Red

- Badanie algo

cie algory

przykładzie

ejszej fazie

: TIFF, GIF, W

k źródłowy P

988 kB

958 kB

710 kB

266 kB

stawiająca zapi

stawiający zapis

d Kanał Gree

orytmów strat

ytmów ko

e formatów

e jako przy

WBMP w progra

PNG Forma

585

649

620

296

is do formatów

s do formatów:

en Kanał Blue

nych kompres

ompresji

w plików:

ykład analiz

amie Firework

at TIFF Fo

5 kB 1

9 kB 1

0 kB 1

6 kB 6

: TIFF, GIF, WB

TIFF, GIF, WB

Kanał Gray

sji obrazów gra

stratnej,

TIFF, G

zy plików g

ks CS3

ormat GIF F

109 kB

101 kB

121 kB

61,0 kB

BMP w program

BMP w program

Plik

For

For

For

aficznych

lub z p

IF, WBMP

graficznych

Format WBM

51,0 kB

51,0 kB 51,0 kB 51,0 kB

mie Fireworks C

mie Fireworks C

k źródłowy PNG

mat TIFF

mat GIF

mat WBMP

40

ewnymi

P, które

h.

P

CS3

CS3

0


Adobe Flash CS3

Krok 1. Opis działania algorytmu kompresji stratnej, oraz pozostałych, z zapisem pliku do formatów: JPG, SWF, PNG, GIF. Zastosowano trzy różne stopnie kompresji: 30, 60 oraz 90% jakości. Program Adobe Flash umożliwia automatyczny zapis do wszystkich formatów, jakie zostały wybrane w opcjach eksportu, co jest niezwykle przydatną funkcją w tego rodzaju analizie, jaka została zastosowana w mojej pracy magisterskiej.

Rys. 2.30 Wybór stopnia kompresji i eksportu formatów plików w programie Adobe Flash CS3

Rys. 2.31 Szczegółowe opcje kompresji i eksportu formatów plików w programie Adobe Flash CS3

R

Roman Janko

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.15

Rys. 2.32

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.16

Rys. 2.33

0

100

200

300

400

500

600

0

100

200

300

400

500

600

owski - 14470

Pli

Red

Green

Blue

Gray

5 Zastosowan

2 Wykres zasto

Pli

Red

Green

Blue

Gray

6 Zapis do for

3 Wykres przeds

0

0

0

0

0

0

0

Kanał Red

0

0

0

0

0

0

0

Kanał Red

- Badanie algo

k źródłowy F

540 kB

593 kB

574 kB

278 kB

nie algorytmu k

osowania algory

k źródłowy F

540 kB

593 kB

574 kB

278 kB

rmatów: SWF,

stawiający zapi

d Kanał Green

d Kanał Green

orytmów strat

FLA JPG

34,0

50,0

53,0

38,0

kompresji stra

ytmu kompresji

FLA Forma

34,0

36,0

40,0

29,0

PNG, GIF w

s do formatów:

n Kanał Blue

n Kanał Blue

nych kompres

- 90% JP

0 kB 2

0 kB 2

0 kB 2

0 kB 1

atnej JPG w pr

i stratnej JPG w

at SWF For

0 kB 3

0 kB 3

0 kB 4

0 kB 2

programie Ad

SWF, PNG, GI

Kanał Gray

Kanał Gray

sji obrazów gra

PG - 60%

20,0 kB

22,0 kB

24,0 kB

17,0 kB

rogramie Adob

w programie A

rmat PNG

388 kB

399 kB

400 kB

201 kB

obe Flash CS

IF w programie

Plik

JP

JP

JP

Plik

Fo

Fo

Fo

aficznych

JPG - 30%

13,0 kB

14,0 kB

15,0 kB

11,0 kB

be Flash CS3

Adobe Flash C

Format GIF

103 kB

100 kB

97,0 kB

39,0 kB

S3

Adobe Flash C

k źródłowy FLA

G - 90%

G - 60%

G - 30%

k źródłowy FLA

rmat SWF

rmat PNG

rmat GIF

42

CS3

CS3

2

R

JPWpost

Ry

Roman Janko

Core

Krok PG przy z

Wyniki anaozostałe atałych wła

ys. 2.34 Wybór

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.17

Rys. 2.35

0

100

200

300

400

500

600

owski - 14470

el Draw X3

1. Opis dzastosowaalizy zostalgorytmy ściwości.

r stopnia kompr

Pli

Red

Green

Blue

Gray

7 Zastosowan

5 Wykres zast

0

0

0

0

0

0

0

Kanał Red

- Badanie algo

3

ziałania alniu trzechtały porówkompresj

resji JPG

k źródłowy C

460 kB

522 kB

493 kB

163 kB

nie algorytmu

tosowania alg

Kanał Green

orytmów strat

lgorytmu kh różnych wnane z i, przy jed

CDR JPEG

46,0

49,0

53,0

38,0

JPG w progra

gorytmu JPG w

n Kanał Blue

nych kompres

kompresji zstopni kodanymi

dnoczesny

- 90% JPE

0 kB 2

0 kB 2

0 kB 2

0 kB 1

amie Corel Dra

w programie C

Kanał Gray

sji obrazów gra

z zapisemmpresji: 3jakie uzy

ym zachow

EG - 60%

20,0 kB

22,0 kB

24,0 kB

17,0 kB

aw X3

Corel Draw X3

Plik

JPE

JPE

JPE

aficznych

m pliku do f30, 60 orayskano swaniu wsz

JPEG - 30%

13,0 kB

14,0 kB

15,0 kB

11,0 kB

k źródłowy CDR

EG - 90%

EG - 60%

EG - 30%

43

formatu az 90%. tosując

zystkich

3

R

do30tuza

Ry

Ta

Roman Janko

Krok o formatu 0, 60 orazutaj punktaimportowa

ys. 2.36 Wybór

Kanał Red

Kanał Green

Kanał Blue

Kanał Gray

ab. 2.18 Zasto

Rys. 2.37

0

100

200

300

400

500

600

owski - 14470

2. PrezeJPG 200 90% jakot odniesieany do pro

r stopnia kompr

Plik źródł

460

522

493

163

osowanie algo

7 Wykres zast

0

0

0

0

0

0

0

Kanał Red

- Badanie algo

entacja dz0 przy za

ości. Formenia, był ogramu Co

resji JPG 2000

łowy CDR J

0 kB

2 kB

3 kB

3 kB

orytmu JPG 20

tosowania alg

Kanał Green

orytmów strat

ziałania algastosowan

matem wyjśplik bez

orel Draw.

JPEG 2000 -

70,0 kB

79,0 kB

90,0 kB

30,0 kB

000 w program

gorytmu JPG 2

n Kanał Blue

nych kompres

gorytmu kiu trzech ściowym, kzstratnej k

90% JPEG

4

5

5

2

mie Corel Draw

2000 w progra

Kanał Gray

sji obrazów gra

kompresji różnych

który jednokompresji

2000 - 60%

44,0 kB

52,0 kB

59,0 kB

21,0 kB

w X3

amie Corel Dra

Plik

JPE

JPE

JPE

aficznych

z zapisemstopni komocześnie s

PSD up

JPEG 2000

24,0 k

28,0 k

32,0 k

12,0 k

w X3

k źródłowy CDR

EG 2000 - 90%

EG 2000 - 60%

EG 2000 - 30%

44

m pliku mpresji: stanowił przednio

0 - 30%

kB

kB

kB

kB

4


Krok 3. Przedstawienie właściwości formatu PDF, który przy zapisie

stosuje algorytm stratnej kompresji JPG. Kompresję do formatu PDF

przeprowadzono w systemie trójfazowym ze współczynnikiem kompresji

na poziomie: 30, 60 oraz 90% jakości. Warto zwrócić uwagę na szereg funkcji

jakie program Corel udostępnia podczas eksportu tego formatu.

Rys. 2.38 Funkcje eksportu do pliku PDF oferowane przez program Corel Draw X3

Plik źródłowy CDR PDF - 90% PDF - 60% PDF - 30%

Kanał Red 460 kB 286 kB 124 kB 88,0 kB

Kanał Green 522 kB 304 kB 132 kB 94,0 kB

Kanał Blue 493 kB 327 kB 142 kB 99,0 kB

Kanał Gray 711 kB 711 kB 711 kB 711 kB

Tab. 2.19 Zastosowanie algorytmu JPG przy eksporcie do pliku PDF w programie Corel Draw X3

R

pl

P

ty

Ry

Roman Janko

Rys. 2.39

Krok

lików: TIFF

rogram Co

ych właśnie

ys. 2.40 Funkcj

0100200300400500600700800

owski - 14470

Wykres zastoso

4. Użycie

F, WMF, P

orel Draw

e plików.

e zapisu dla pl

000000000

Kanał Red

- Badanie algo

owania algorytm

e algorytmó

NG oraz G

pozwala

iku TIFF oraz G

Kanał Green

orytmów strat

mu JPG przy eks

ów kompre

GIF, które r

na stosow

GIF w programi

n Kanał Blue

nych kompres

sporcie do pliku

esji stratne

reprezentu

wanie ogra

ie Corel Draw X

Kanał Gray

sji obrazów gra

u PDF w program

ej na przy

ują modele

aniczonych

X3

Plik

PDF

PDF

PDF

aficznych

mie Corel Draw

ykładzie fo

e grafiki ras

h funkcji e

k źródłowy CDR

F - 90%

F - 60%

F - 30%

46

X3

ormatów

strowej.

eksportu

6

R

Ry

Ta

Ry

Roman Janko

ys. 2.41 Właści

Kanał Red

Kanał Green

Kanał Blue

Kanał Gray

ab. 2.20 Tabela

ys. 2.43 Wykre

0

5000

10000

15000

20000

25000

owski - 14470

wości zapisu d

Plik źródło

460

522

493

711

a przedstawia

es zastosowan

Kanał Red

- Badanie algo

dla pliku WMF

owy CDR

kB

kB

kB

kB

ająca zastosow

nie algorytmów

Kanał Green

orytmów strat

Format TIFF

1217 kB

1217 kB

1217 kB

1217 kB

wanie algorytm

w: TIFF, WMF

n Kanał Bl

nych kompres

Rys. 2.42

Format W

21130 k

21130 k

21130 k

21130 k

mów: TIFF, W

F, PNG oraz G

ue Kanał

sji obrazów gra

Właściwości e

WMF Forma

kB 426

kB 433

kB 436

kB 224

MF, PNG ora

GIF

Gray

aficznych

eksportu do form

at PNG For

6 kB 5

3 kB 65

6 kB 63

4 kB 25

z GIF

Plik źródło

Format TIF

Format WM

Format PN

Format GI

47

matu PNG

rmat GIF

59,0kB

5,0 kB

3,0 kB

5,0 kB

owy CDR

FF

MF

NG

F

7


Krok 5. Opis działania algorytmów kompresji z zapisem do formatów:

SVG, SVGZ oraz SWF, które reprezentują grafikę wektorową. Corel Draw

oferuje tutaj szeroki zakres opcji eksportu, typowy dla tego rodzaju plików.

Rys. 2.44 Właściwości eksportu do formatu SWF w programie Corel Draw X3

Rys. 2.45 Właściwości eksportu do formatu SVG w programie Corel Draw X3

R

Ta

Ry

Roman Janko

Kanał Red

Kanał Green

Kanał Blue

Kanał Gray

ab. 2.20 Tabela

ys. 2.46 Wykre

0

200400

600

800

10001200

1400

owski - 14470

Plik źródło

460 k

522 k

493 k

711 k

a przedstawia

es zastosowan

Kanał Red

- Badanie algo

owy CDR SW

kB

kB

kB

kB

ająca zastosow

nie algorytmów

Kanał Green

orytmów strat

WF - 90% S

49 kB

53 kB

57 kB

40 kB

wanie algorytm

w: TIFF, WMF

Kanał Blu

nych kompres

SWF - 60% S

21 kB

23 kB

25 kB

18 kB

mów: TIFF, W

F, PNG oraz G

ue Kanał

sji obrazów gra

SWF - 30%

13 kB

14 kB

15 kB

11 kB

MF, PNG ora

GIF

Gray

aficznych

SVG

1292 kB

1319 kB 1

1326 kB 1

658 kB

z GIF

Plik źródło

SWF - 90%

SWF - 60%

SWF - 30%

SVG

SVGZ

49

SVGZ

981 kB

1002 kB

1007 kB

489 kB

owy CDR

%

%

%

9

R

JPWpost

do30tuza

Ta

Roman Janko

Core

Krok PG przy z

Wyniki anaozostałe atałych wła

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.2

Rys. 2.47

Krok o formatu 0, 60 orazutaj punktaimportowa

Kanał Red

Kanał Green

Kanał Blue

Kanał Gray

ab. 2.22 Zasto

0

100

200

300

400

500

600

owski - 14470

el Photo Pa

1. Opis dzastosowaalizy zostalgorytmy ściwości.

Pli

Red

Green

Blue

Gray

1 Zastosowan

7 Wykres zast

2. PrezeJPG 200 90% jakot odniesieany do pro

Plik źródł

525

533

545

218

osowanie algo

0

0

0

0

0

0

0

Kanał Red

- Badanie algo

aint X3

ziałania alniu trzechtały porówkompresj

k źródłowy C

525 kB

533 kB

545 kB

218 kB

nie algorytmu

tosowania alg

entacja dz0 przy za

ości. Formenia, był ogramu Co

łowy CPT J

5 kB

3 kB

5 kB

8 kB

orytmu JPG 20

d Kanał Green

orytmów strat

lgorytmu kh różnych wnane z i, przy jed

CPT JPEG

46,0

49,0

53,0

37,0

JPG w progra

gorytmu JPG w

ziałania algastosowan

matem wyjśplik bez

orel Draw.

JPEG 2000 -

70,0 kB

79,0 kB

90,0 kB

30,0 kB

000 w program

n Kanał Blue

nych kompres

kompresji zstopni kodanymi

dnoczesny

- 90% JPE

0 kB 2

0 kB 2

0 kB 2

0 kB

amie Corel Pho

w programie C

gorytmu kiu trzech ściowym, kzstratnej k

90% JPEG

4

5

5

2

mie Corel Phot

Kanał Gray

sji obrazów gra

z zapisemmpresji: 3jakie uzy

ym zachow

EG - 60%

20,0 kB

22,0 kB

24,0 kB

1,0 kB

oto-Paint X3

Corel Photo-Pai

kompresji różnych

który jednokompresji

2000 - 60%

44,0 kB

52,0 kB

59,0 kB

21,0 kB

to-Paint X3

Plik

JPE

JPE

JPE

aficznych

m pliku do f30, 60 orayskano swaniu wsz

JPEG - 30%

13,0 kB

14,0 kB

15,0 kB

10,0 kB

int X3

z zapisemstopni komocześnie s

PSD up

JPEG 2000

24,0 k

28,0 k

32,0 k

13,0 k

k źródłowy CPT

EG - 90%

EG - 60%

EG - 30%

50

formatu az 90%. tosując

zystkich

m pliku mpresji: stanowił przednio

0 - 30%

kB

kB

kB

kB

0

R

st

pr

na

Roman Janko

Rys. 2.48

Krok

tosuje alg

rzeprowad

a poziomie

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.23

Rys. 2.49 W

0

100

200

300

400

500

600

0100200300400500600700800

owski - 14470

8 Wykres zast

3. Przed

gorytm st

zono w

e: 30, 60 or

Pli

Red

Green

Blue

Gray

Zastosowanie

Wykres zastosow

0

0

0

0

0

0

0

Kanał Red

000000000

Kanał Red

- Badanie algo

tosowania alg

stawienie

ratnej ko

systemie

raz 90% ja

k źródłowy C

525 kB

533 kB

545 kB

218 kB

algorytmu JPG

wania algorytmu J

d Kanał Green

Kanał Green

orytmów strat

gorytmu JPG 2

właściwoś

mpresji J

trójfazow

akości.

CPT PDF

58,0

61,0

66,0

46,0

G przy eksporcie

JPG przy ekspor

n Kanał Blue

n Kanał Blue

nych kompres

2000 w progra

ści format

JPG. Kom

wym ze w

- 90% PD

0 kB 2

0 kB 2

0 kB 2

0 kB 2

e do pliku PDF w

rcie do pliku PDF

Kanał Gray

Kanał Gray

sji obrazów gra

amie Corel Pho

tu PDF, k

mpresję d

współczynn

DF - 60%

25,0 kB

27,0 kB

29,0 kB

21,0 kB

w programie Co

F w programie Co

Plik

JPE

JPE

JPE

Plik

PDF

PDF

PDF

aficznych

oto-Paint X3

tóry przy

do formatu

nikiem ko

PDF - 30%

18,0 kB

20,0 kB

21,0 kB

15,0 kB

orel Photo-Painx

orel Photo-Painx

k źródłowy CPT

EG 2000 - 90%

EG 2000 - 60%

EG 2000 - 30%

k źródłowy CDR

F - 90%

F - 60%

F - 30%

5

zapisie

u PDF

ompresji

x X3

X3

1


Krok 4. Użycie algorytmów kompresji stratnej na przykładzie formatów

plików: TIFF, PNG oraz GIF, które reprezentują modele grafiki rastrowej.

Program Corel Photo-Paint X3 pozwala na stosowanie bogatych ustawień

funkcji eksportu tych właśnie plików.

Rys. 2.50 Właściwości eksportu do formatu GIF w programie Corel Photo-Paint X3

R

Roman Janko

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.24

Rys. 2.51

20406080

100120140160

owski - 14470

Pli

Red

Green

Blue

Gray

4 Tabela przed

Wykres przed

00000000000000000

Kanał Re

- Badanie algo

k źródłowy C

460 kB

522 kB

493 kB

711 kB

dstawiająca za

dstawiający za

d Kanał Gree

orytmów strat

CPT Forma

1580

1580

1580

811

astosowanie a

astosowanie a

en Kanał Blue

nych kompres

at TIFF For

0 kB 4

0 kB 4

0 kB 4

1 kB 1

algorytmów: TF

algorytmów: TF

Kanał Gray

sji obrazów gra

rmat PNG

486 kB

499 kB

498 kB

179 kB

FF, PNG, GIF

FF, PNG, GIF

Plik

For

For

For

aficznych

Format GIF 58,9 kB

64,6 kB

62,7 kB

167 kB

k źródłowy CPT

rmat TIFF

rmat PNG

rmat GIF

53

3

R

kozew(H

Roman Janko

Konw

Dziękonwersji śce względu

właśnie formHigher Com

Kanał

Kanał

Kanał

Kanał

Tab. 2.25

Rys. 2.53

50

100

150

200

owski - 14470

wersja do

ki stronie inciśle określona brak og

matu. Dla mpression /

Tab. 2.52 Sc

Pli

Red

Green

Blue

Gray

5 Zastosowanie

Wykres zastoso

0

00

00

00

00

Kanał Red

- Badanie algo

formatu D

nternetoweonych formgólnie dostcelów pog

/ Normal / H

creeny ze stron

k źródłowy T

1850 kB

1870 kB

1830 kB

677 kB

e algorytmu DJ

owania algorytm

d Kanał Gree

orytmów strat

Dejavu

ej: http://anmatów do sttępnych proglądowych Higher Qua

ny: http://any2

TIFF DJVU

37,0

42,0

48,0

24,0

JVU

mu DJVU

en Kanał Blue

nych kompres

y2djvu.djvutandardu Dogramów zoferowane

ality) okaza

djvu.djvuzone

- High DJV

0 kB

0 kB

0 kB

0 kB

Kanał Gray

sji obrazów gra

uzone.org DJVU. Jest z możliwośe na stroniły się w pe

e.org

VU - Medum

23,0 kB

26,0 kB

30,0 kB

16,0 kB

Plik

DJV

SW

SW

aficznych

istnieje moto duże ułaścią konweie tryby kołni wystarc

DJVU - Low

19,0 kB

21,0 kB

24,0 kB

13,0 kB

k źródłowy TIFF

VU - High

WF - Medium

WF - Low

54

ożliwość atwienie rsji tego ompresji czające.

w

4

R

2.

za

w

ra

w

R

do

gr

Roman Janko

.2.2 ANA

Mając

ależność ja

względem o

astrowa s

wszystkich

Równie cz

o czynienia

rafiki komp

JPEG

JPEG 200

PDF

TIFF

WMF

SWF

SVG

SVGZ

Tab. 2.26 Z

Rys. 2.54 W

0

500

1000

1500

2000

2500

owski - 14470

LIZA POD

ąc do dys

aka zachod

ogólnej cha

symbolizują

kryteriów

ęsto bow

a z różneg

puterowej.

Photosho

56,0 kB

0

137 kB

346 kB

Zastosowanie a

Wykres zastosow

JPG JP20

- Badanie algo

D WZGLĘD

spozycji s

dzi wówcz

arakterysty

ąca obiek

pod jakim

wiem jak

go rodzaju

op Illustrato

62,0 kB

96,0 kB

1200 kB

2200 kB

13,0 kB

5,00 kB

2,00 kB

algorytmów str

wania algorytmó

PG 000

PDF

orytmów strat

DEM CHAR

szereg na

zas gdy ba

yki. Ostatn

kt fotorea

i należy w

w przypa

formą tek

or Firework

66,0 kB

50,0 kB

5,00 kB

ratnych do kom

ów stratnych do

TIFF W

nych kompres

RAKTERY

arzędzi do

adane obie

nim badan

alistyczny.

wykonać an

adku elem

kstową dok

ks Flash

25,0 kB

2,00 kB

3,00 kB

mpresji tekstu

o kompresji tek

WMF SWF

sji obrazów gra

YSTYKI OB

o obróbki

kty różnią

ym eleme

Nie spe

nalizę wyb

mentów gr

kumentów,

h Corel

B 24,0 kB

249 kB

12,0 kB

1000 kB

B

B 13,0 kB

15,0 kB

6,00 kB

kstu

SVG

aficznych

BIEKTU

i grafiki

się od sie

ntem była

ełnia on

branych ob

raficznych

, nawet w

D. Corel

B 20,0 k

B 56,0 k

B

B 56,0 k

B

B

B

Photosh

Illustrato

Firework

Flash

Corel D.

Corel P.

55

wykażę

ebie pod

grafika

jednak

biektów.

mamy

pojęciu

l P.

B

B

B

op

or

ks

5

R

są

ro

pr

dr

za

m

Roman Janko

Kolejny

ą wykresy

odzaju pre

rzy wykorz

rugich czy

aprezentow

możliwych r

JPG

JPG 2000

PDF

TIFF

WMF

SWF

SVG

SVGZ

Tab. 2.27 Z

Rys. 2.55 W

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

owski - 14470

ymi eleme

oraz obi

ezentacjach

zystaniu te

yni je zwyk

wano przy

rodzajach f

Photosho

326 kB

0

497 kB

736 kB

Zastosowanie a

Wykres zastosow

JPG JPG200

- Badanie algo

entami cha

iekty pom

h multime

chnik wek

kle dużo c

ykładowy s

form plików

op Illustrato

197 kB

265 kB

1950 kB

2860 kB

60,0 kB

32,0 kB

14,0 kB

algorytmów str

wania algorytmó

G 00

PDF T

orytmów strat

rakterystyc

mocnicze,

dialnych.

ktorowych j

ciekawszym

schemat, k

w stosujący

or Firework

266 kB

B 192 kB

B

B 29,0 kB

B

B

ratnych do kom

ów stratnych do

TIFF WMF

nych kompres

cznymi dla

ogólnego

Mogą być

jak i rastro

mi pod wz

który zapis

ych algoryt

ks Flash

B 68,0 kB

B

18,0 kB

B 21,0 kB

mpresji obiektów

o kompresji ob

SWF SVG

sji obrazów gra

a określone

zastosow

ć reprezen

owych co w

ględem wi

sano kolej

tmy kompr

h Corel

B 52,0 k

605 k

26,0 k

1270 k

B

B 32,0 k

43,0 k

11,0 k

w i wykresów

biektów i wykre

G SVGZ

aficznych

ej grupy inf

wania w r

ntowane z

w przypad

izualnym.

jno we ws

resji stratny

D. Corel

kB 48,0 k

kB 84,0 k

kB

kB 69,0 k

kB

kB

kB

esów

Photosh

Illustrato

Firework

Flash

Corel D.

Corel P.

56

formacji

różnego

zarówno

dku tych

Poniżej

szelkich

ych.

l P.

kB

kB

kB

op

or

ks

6


3 ANALIZA SYSTEMOWA FORMATÓW PLIKÓW WIDEO

3.1 FORMATY PLIKÓW WIDEO

Moving Picture Experts Group (MPEG)

W maju 1988 roku doszło do pierwszego spotkania grupy ekspertów

z dziedziny kodowania obrazu i dźwięku znanej od tamtej pory pod nazwą

MPEG. Celem spotkania jak i powstania grupy było opracowanie nowego

standardu formatu kompresji danych audiowizualnych. Poniekąd było to działanie

wymuszone ze względu na obecny wówczas format PAL składający się z 25 kl/s

o rozdzielczości 720x576px w 24-bitowej głębi kolorów. Po dokładnych

przeliczeniach łatwo stwierdzić, iż każda sekunda nieskompresowanego

materiału w formacie PAL zajmowała 30MB, co przy godzinnym materiale

dawało rząd wielkości przeszło 100GB, co w ówczesnych czasach było

niewątpliwie dużą barierą dla całego przemysłu medialnego. Stąd konieczność

opracowania nowego standardu zapisu danych.

MPEG-1 został opracowany w 1991 roku jako oficjalny standard kodowania

obrazu i dźwięku. Wyrażany jest wielkością obrazu o rozdzielczości 352x240px

i przepustowości 1,5Mb/s. Późniejsze udoskonalenia formatu pozwoliły na zwię-

kszenie tej wartości do 4Mb/s. na przestrzeni kilkunastu lat format MPEG-1 okazał

się bez wątpienia formatem w największym stopniu kompatybilnym ze wszelkiego

rodzaju urządzeniami odtwarzania danych. Jedyną wadą formatu MPEG-1

i zarazem powodem publikacji jego kolejnych wersji okazała się obsługa jedynie

progresywnego skanowania obrazu.

Algorytm MPEG-1 przebiega w następujący sposób:

synchronizacja oraz łączenie obrazu z dźwiękiem,

kompresja sygnału wideo bez przeplotu,

stratna kompresja sygnału audio.


Przebieg kodowania audio standardu MPEG-1

MP1 / MPEG-1 Part 3 Layer 1 (MPEG-1 Audio Layer 1)



Procedury zgodności testów

Oprogramowanie referencyjne

Trzecia warstwa kodowania audio w standardzie MPEG-1 jest wykorzy-

stywana w popularnym formacie dźwięku MP3.

MPEG-2 stanowi kolejną grupę standardów kompresji opracowanych

w 1994 roku. Wyznacza jednocześnie standard kompresji sygnału dla telewizji

cyfrowej, która jakością przewyższała dotychczasowe systemy: NTSC, PAL,

SECAM. Podstawowy system kompresji znany w wcześniejszego formatu

MPEG-1 uzupełniony został o instrukcje kodowania ruchomych obiektów

względem statycznego tła. Określał ponadto w sposób szczegółowy przedziały

przesyłania sygnałów o określonych rozdzielczościach:

352x288 px dla 1-2 Mb/s, LDTV (Low Definition TV),

720x576 px dla 4-5 Mb/s, SDTV (Standard Definition TV).

Format MPEG-2 zaakceptowany został jako podstawowy system telewizji

cyfrowej a po wprowadzeniu drobnych modyfikacji uznano, iż jest standardem

odpowiednim dla wykorzystywania w dystrybucji filmów DVD.

MPEG-3 Standard został zaprojektowany z myślą o telewizji wysokiej

rozdzielczości HDTV o przepływności od 20 do 40 Mbit/s. Szybko okazało się że

podobne rezultaty można uzyskać modyfikując istniejący standard MPEG-2.

Wkrótce prace nad MPEG-3 zostały przerwane.


MPEG-4 opracowano w celu wykorzystania w mediach strumieniowych

sieci WEB, dystrybucji płyt CD oraz telewizji i wideokonferencji. Został

wprowadzony pod koniec 1998 roku przejmując większość możliwości

standardów: MPEG-1, MPEG-2 oraz pokrewnych. Zastosowano również

wsparcie dla technologii VRML (renderowanie 3D) a także DRM i różnorakiej

formy interaktywności.

Na chwilę obecną nie istnieje kompletna implementacja całego zbioru

standardów, które składają się na format MPEG-4 pozostawiając tą decyzję

do indywidualnego rozstrzygnięcia dla każdego programisty.

W taki oto właśnie sposób jedna z implementacji MPEG-4 stworzona

przez Microsoft na użytek systemu Windows media (format WMV) została

skradziona przez hakerów i rozpowszechniona jako format DivX ;-), którą

bardzo szybko zaadaptowano w systemach: Windows, Linux, MacOS, BeOS.

Wkrótce po tym zdarzeniu pojawił się program DivX, który był odrębną

implementacją nie mającą żadnego związku z wykradzionym kodem. Format

ten został stworzony i opatentowany przez firmę DivX Networks, znaną

obecnie jako DivX Inc.

Ponieważ oprogramowanie DivX występowało jako zamknięty -

komercyjny produkt firmy DivX Networks szybko stworzono alternatywny kodek

o nazwie XviD, rozpowszechniany na licencji GNU GPL. Jak na ironię format

ten nie tylko był darmowy ale również pod względem kodowania i przetwarzania

danych wyprzedzał on swojego konkurenta.

Format DivX/XviD jakościowo niewiele ustępuje wersji DVD, oferując

przy tym dużo mniejszy rozmiar ok. 700MB co stanowi pojemność płyty CD.

Standard MPEG-4 znalazł szerokie zastosowanie w plikach formatu

WMA/WMV, oprogramowaniu multimedialnym Quick Time wykreowanym

przez firmę Apple, formacie Nero Digital a także urządzeniach przenośnych

zawierających wbudowane kamery wideo (telefony, aparaty fotograficzne).


Kodowanie obrazu MPEG-1/2/4

Algorytm kodowania MPEG opiera się na wykorzystaniu różnych metod

kompresji bazujących na analizie możliwości oraz ograniczeniach wynikających

z właściwości odbiorczych ludzkiego oka:

Podpróbkowanie chrominancji. Kolor każdego z punktów obrazu

cyfrowego kodowany jest przez trzy 8-bitowe wartości, zawierające

informacje na temat nasycenia danego obszaru kolorami standardu

RGB. Do definiowania obrazu wideo używa się natomiast parametrów

luminancji (jasności - Y) oraz chrominancji (kolorów - U, V) stanowiących

standard YUF, do którego konwertowane są wszystkie dane o kolorach

RGB. Badania wykazały, iż informacje o kolorach obrazu mają mniejsze

znaczenie dlatego stosowane jest podpróbkowanie, w którym na każde

2 punkty Y przypada po jednym punkcie U oraz V.

Kodowanie transformatowe. Każda klatka wideo dzielona jest na bloki

o ściśle ustalonym rozmiarze rzędu 8x8 punktów, następnie każdy z nich

poddawany jest transformacie DCT. Powstały wynik pozwala

na zapisanie informacji o wszystkich 64 blokach stosując zapis w postaci

zaledwie kilku liczb, co istotne - bez widocznej utraty jakości.

Kompensacja ruchu. Wykorzystywana jest w scenach dynamicznych

o statycznych właściwościach tła, co jest bardzo charakterystyczne

dla wywiadów czy scen rozmów. Zamiast podawać w każdej klatce

informacji o wszystkich pikselach, podaje się wyłącznie dane o tych

punktach, w których nastąpiły zmiany. W praktyce wygląda to mniej

więcej tak, że dla każdego bloku rozmiaru 16x16 punktów obliczany

jest wektor wskazujący na miejsce w poprzedniej klatce o największym

współczynniku podobieństwa. Informacje o wartościach wektora i różnicy

względem podobnego bloku wysyłane są do odbiornika. Metoda

ta charakteryzuje się bardzo dużą redukcją przesyłanych informacji,

względem pierwotnego materiału.


Kodowanie Huffmana. Informacje przesyłane do odbiornika poddawane

są kodowaniu metodą Huffmana, w której wartości o dużym

współczynniku podobieństwa opisywane są przez krótkie ciągi znaków

zerojedynkowych a te o mniejszym podobieństwie reprezentowane

są przez dłuższe ciągi.

Podsumowując cały proces w pierwszej fazie następuje odtworzenie

danych w postaci binarnej dzięki kodowaniu metodą Huffmana. Kolejno

z przesłanych informacji o ruchu wektora tworzony jest obraz, jaki powstał

w wyniku przesunięcia bloków klatki odniesienia. Etap końcowy polega

na odtworzeniu bloków wraz z punktami obrazu, dzięki przesłanym

współczynnikom DCT.

MPEG-7 jest standardem opisu treści multimedialnej. Tym samym,

nie zawiera opisu samego sposobu kodowania a jedynie wykorzystuje format

XML do przechowywania meta danych, który może być dołączony do kodów

czasowych w celu sygnalizacji określonych zdarzeń lub np. synchronizacji

tekstu piosenki z muzyką.

Zaprojektowano go w celu standaryzacji:

zestawu schematów opisów i deskryptorów

języka opisującego te schematy, zwanego DDL (ang. Description

Definition Language)

schematu kodowania opisu

W zamierzeniu organizacji MPEG połączenie MPEG-4 i MPEG-7

(nazywane często MPEG-47) ma być idealnym rozwiązaniem dla efektywnego

przesyłu strumieniowego treści, jej zmiany i indeksowania.

MPEG-21 jest standardem przyszłościowym a jego celem jest dalsza

standaryzacja treści multimedialnych.


Global Motion Compensation (GMC) Kolejnym przykład zastosowania standardu MPEG-4, stanowiący

uzupełnienie istniejących kodeków DivX oraz XviD. Wykorzystuje się go celem

poprawy jakości kompresowanych scen związanych z występowaniem

gwałtownych ruchów postaci bądź obiektów.

Jego algorytm opiera się na analizie obrazu służącej wyodrębnieniu

odpowiednich fragmentów, nazywanych makro blokami, wspólnych dla ściśle

określonej sekwencji ramek. Ruch fragmentów kodowany jest dzięki wykorzystaniu

wektorów ruchu. Jeśli więc makro bloki pozostają przez określony czas

niezmienne, wówczas występuje kodowanie przy pomocy 1 bitu, bez konieczności

zapisywania zawartości całego bloku oraz wektora ruchu każdej ramki z osobna.

Format GMC wykorzystuje również kompresję całych fragmentów obrazów,

nawet w przypadku gdy wielkości obiektów pozostają niezmienne. Wówczas

mówimy o tzw. punktach zakrzywienia, które reprezentują wektory przesunięcia

jednego z czterech rogów badanego zakresu danych. Efekt ten pozwala

na znaczną redukcję opisów efektów typu: zoom oraz obrót. Punkty zakrzywienia

opisywane są w dodatkowej klatce typu S dodawanej do standardu klatek typu P.

Maksymalna dopuszczalna liczba stosowanych punktów zakrzywienia ma wartość

4, które ze względu na ogromną moc obliczeniową potrzebną do wykonania tego

procesu i tak w pełni nie są stosowane. Zwykle wystarczą dwa lub tylko jeden

punkt zakrzywienia, zależnie od kodeka, do konkretnego opisu sceny.

3IVX

Kodek obrazu stworzony przez organizację 3ivx Technologies. Służy

do tworzenia strumieni multimedialnych zgodnych ze standardem MPEG-4.

Został zaprojektowany pod kątem używania na słabszych urządzeniach

(np. przenośnych). Załączone wtyczki i filtry pozwalają na enkapsulację

w kontenerach multimedialnych Microsoftu (ASF i AVI) oraz Apple QuickTime.

Pozwala również na tworzenie prostych strumieni mp4 oraz AAC (Dolby Digital).

Inną ważną funkcją 3ivx jest zdolność nadawania strumieni w sieci.


OGG (THEORA / TARKIN)

Format kontenera danych strumieniowych, popularyzowany głównie przez

organizację o nazwie Xiph.org. Powstał jako inicjatywa rozwoju wolnego

oprogramowania w dziedzinie dekodowania i kodowania multimediów.

Format Ogg znany jest z właściwości przechowywania multipleksowanych

strumieni dźwięków, obrazów oraz napisów. Wszystkie pliki zgodne ze specyfikacją

tego formatu powinny zawierać rozszerzenie „ogg” jednak bardzo często odnosi

się ono wyłącznie do muzyki, filmom natomiast przypisuje się rozszerzenie „ogm”.

Nie jest to zgodne ze standardem ale wybór należy wyłącznie do użytkownika.

Formatami pochodnymi od standardu Ogg są: Theora oraz Tarkin,

nad którymi jednak prace zostały szybko wstrzymane i nie doczekały się one

dalszych implementacji. Oba formaty zostały udostępnione na licencji

do ogólnego zastosowania. Warto również wspomnieć, iż Tarkin jako jeden

z nielicznych zamiast DCT stosuje trójwymiarową transformację falkową.

DIRAC Eksperymentalny kodek obrazu utworzony i w dalszym stopniu rozwijany

przez telewizję BBC. Powstał on jako cyfrowy odpowiednik dotychczasowego

analogowego systemu PAL. W ten oto sposób telewizja BBC chce stać

się niezależną od istniejących standardów kodowania, które oczywiście są płatne.

Jakość standardu Dirac ma być porównywalna z najnowszymi kodekami

typu H.262 lub WMV9. Obecnie jest on jeszcze we wczesnej fazie rozwoju.

Językiem programowania w jakim powstaje jest C++, docelowo ma być natomiast

udostępniany na zasadach wolnej licencji GNU GPL.

Do najbardziej istotnych cech standardu Dirac zaliczamy obsługę

rozdzielczości od standardu QCIF - 180x144px do HDTV 1920x1080px. Trwają

również prace nad przystosowaniem go do standardów wysyłania strumieniowego

oraz zmniejszenia zapotrzebowania na pobór mocy procesorów w odbiornikach.


ADVANCED VIDEO CODING (AVC)

Jeden z najnowszych standardów kodowania H.264/MPEG-4 o bardzo

małej przepływowości ale i znaczącej efektywności stopnia kompresji kodera

AVC. Ocenia się, iż w najbliższym czasie wyprze on dotychczasowe standardy,

nie tylko telewizji cyfrowej VOD ale także pod względem nowego zapisu

informacji na nośnikach optycznych.

Kodek H.264 powstał jako modyfikacja formatu H.263. W początkowej

fazie miał zawierać jedynie kilka istotnych poprawek względem swojego

poprzednika, w ramach jednak daleko idących modyfikacji powstał zupełnie

nowy format kodowania.

Obecnie jest on wykorzystywany w transmisji telewizji cyfrowej

o wysokiej rozdzielczości a także jako kodek stosowanych w oprogramowaniu

firmy Apple o nazwie Quick Time.

QPEL

Zbiór zawierający kilka metod kodowania i dekodowania obrazu,

w których wykorzystano algorytm przewidywania ruchu, celem ogólnej poprawy

jakości i zwiększenia stopnia kompresji.

Standardowo dla kodeka XviD precyzjapod względem rejestracji ruchu

wynosi pół piksela. Oznacza to, iż jest on w stanie zarejestrować ruch

z precyzją mniejszą niż wartość jednego piksela. Dla przykładu jeżeli obiekt

porusza się na ekranie z pozycji 000.100 do pozycji 000.101 zostanie on

zarejestrowany w ciągu następujących po sobie dwóch ramek, a jego wektor

ruchu opisze to zdarzenie jako polecenie: "przesuń obiekt o wartość jednego

piksela w prawo dla kolejnych dwóch ramek".

Zastosowanie algorytmu Qpel zwiększa opisaną precyzję aż dwukrotnie,

ponieważ potrafi on zarejestrować ruch już z dokładnością jednej czwartej piksela.


Audio Video Interleave (AVI)

Format kodowania wprowadzony w 1992 roku przez Microsoft jako

odrębny element strategiczny, mający na celu przystosowanie systemu

Windows do wdrożenia multimediów, stanowiących część technologii pod

nazwą Video for Windows.

Jest on specjalną odmianą standardu RIFF, od którego zapożyczono

system zapisu informacji polegający na podziale obrazu na części. Każdemu

z kawałków przypisywany jest identyfikator FourCC. Technologię tą rozszerzono

dodając dwa bądź trzy kawałki o następującej charakterystyce:

HDRL - nagłówek pliku zawierający metadane określające rozmiar

obrazu a także liczbę klatek,

MOVI - zawiera właściwe dane obrazu i dźwięku,

IDXL - przechowuje informacje na temat położenia tzw. "części obrazu"

wewnątrz pliku AVI.

Technologia RIFF, którą wykorzystano w formacie AVI daje możliwość

kodowania danych nieskompresowanych lub poddanych kompresji. Do najczęściej

stosowanych w nim formatów kompresji obrazów zaliczamy: Real Time Video,

MPEG, MJPEG, DivX, XviD, QPEG, MPEG-4, Indeo, Cinepak, oraz inne.


3.2 ANALIZA PLIKÓW WIDEO

Krok 1. Edycja filmów w programie VirtualDub pod kątem analizy obrazu.

W programie wyselekcjonowano fragmenty o długości 60 sekund każdy,

następnie zostały one zapisane jako pliki formatu AVI bez stosowania

jakiejkolwiek kompresji. Dalszy etap polegał na wysoce efektywnym kodowaniu,

przy użyciu wszelkich dostępnych na rynku algorytmów do kompresji wideo.

Rys. 3.1 Program VirtualDub do edycji obrazu wideo

Krok 2. Kodowanie wybranych fragmentów filmów, głównie przy użyciu

wspomnianego programu o nazwie VirtualDub, który wykorzystuje wtyczki

zainstalowanych w systemie operacyjnym kodeków. Do analizy wybrano 12

filmów, różniących się niemal pod każdym względem, ażeby szczegółowo

przedstawić różnice jakie dzięki temu mogą zaistnieć podczas przetwarzania

materiału. Każdy z filmów poddano trzystopniowej fazie kompresji, zgodnie

ze standardem na jaki pozwalał stosowany dekoder. Kompresja przybierała

we wszystkich przypadkach następujące wartości: 30, 60 oraz 90% jakości

kompresji lub w przypadku formatów o strumieniowym przetwarzaniu danych

używano kodowania na poziomie: 300, 600 lub 900kb/s. Pełna lista kodeków

została zamieszczona poniżej.


Rys. 3.2 Przykładowe ustawieia kodowania obrazu kodeków DivX, H.264 oraz 3ivx

Rys. 3.3 Lista kodeków użytych do kompresji obrazów

Krok 3. W zależności od rodzaju plików używano różnych programów

kodowania, celem zapewnienia jak największej wydajności. Były to następujące

programy: Adobe Premiere, Flash Video Encoder, Pazera Video to Flash

Converter. Dzięki automatyce wprowadzanych zadań programy umożliwiały

samoczynne wykonywanie zaplanowanych poleceń.

Rys. 3.4 Kodowanie wyeksportowanych filmów do formatu FLV

AVI 3IVX DIVX H.264 MJPEG MPEG-1 MPEG-2 THEORA XVID FLV


Rys. 3.5 Interface programu Adobe Premiere Rys. 3.6 Proces automatyzacji kodowania Flash V. E.

Krok 4. Analiza przekonwertowanego formatu pod kątem występowania

nieprawidłowości wynikających z błędów kodowania. W przypadku stwierdzenia

anomalii proces kodowania należy wykonać ponownie, aż do skutku.

Rys. 3.7 Przebieg procesu kodowania do formatu FLV

R

bą

w

w

po

Ry

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

Roman Janko

Krok

ądź podo

wizualnych

względem w

orównanie

Tab. 3.1 Chara

ys. 3.8 Wykres

0

5

10

15

20

25

30

35

Film 01

AVI

Film 01 17,82

Film 02 10,01

Film 03 08,72

Film 04 16,53

Film 05 10,25

Film 06 17,31

Film 07 09,17

Film 08 18,71

Film 09 15,56

Film 10 12,68

Film 11 17,42

Film 12 15,52

owski - 14470

5. Ocena

obieństw p

obrazu. P

wyboru od

nie tylko k

akterystyka pod

s charakteryst

Film 02

Film 03

I 3IVX

MB 11,72 MB

MB 12,37 MB

MB 13,20 MB

MB 12,70 MB

MB 11,20 MB

MB 13,63 MB

MB 12,76 MB

MB 13,60 MB

MB 12,66 MB

MB 12,43 MB

MB 13,11 MB

MB 13,36 MB

- Badanie algo

wyekspor

pomiędzy

Poniżej za

dpowiednie

końcowego

względem wybo

tyki kodeków p

Film 04

Film 05

DIVX H

04,60 MB 03,2

05,40 MB 04,3

05,60 MB 03,9

05,96 MB 04,8

03,84 MB 02,5

06,90 MB 05,4

05,66 MB 04,0

06,79 MB 05,0

05,83 MB 04,8

05,88 MB 04,3

06,26 MB 05,

05,84 MB 04,6

orytmów strat

rtowanych

wybranym

amieszczon

ego kodeka

o rozmiaru

oru odpowiednie

przy zastosow

Film 06

Film 07

H.264 MJPEG

23 MB 19,48 MB

35 MB 20,65 MB

92 MB 21,36 MB

80 MB 21,36 MB

50 MB 19,48 MB

42 MB 21,36 MB

07 MB 21,36 MB

01 MB 20,89 MB

86 MB 21,36 MB

34 MB 32,30 MB

11 MB 21,36 MB

63 MB 20,98 MB

nych kompres

plików. Mo

mi format

na została

a a także

pliku ale g

ego kodeka a tak

waniu kompres

Film 08

Film 09

F

G MPEG-1

B 04,54 MB 0

B 05,54 MB 0

B 05,64 MB 0

B 05,88 MB 0

B 03,99 MB 0

B 06,82 MB 0

B 05,94 MB 0

B 06,45 MB 0

B 05,88 MB 0

B 05,76 MB 0

B 06,11 MB 0

B 05,64 MB 0

sji obrazów gra

ożliwość p

tami a ta

a pełna do

jego skute

głównie jeg

kże jego skutecz

sji 30%

Film 10

Film 11

F

MPEG-2 THEO

04,82 MB 07,17

05,54 MB 05,95

05,63 MB 05,53

06,19 MB 06,94

04,11 MB 04,46

07,11 MB 08,10

05,95 MB 05,85

06,75 MB 07,52

06,14 MB 07,31

05,77 MB 06,09

06,47 MB 07,71

05,87 MB 06,92

aficznych

porównania

akże właś

okumentac

eczności p

go jakości.

zności (kompres

Film 12

A

3

D

H

M

M

M

T

X

F

ORA XVID

7 MB 04,50 MB

5 MB 05,17 MB

3 MB 04,51 MB

4 MB 05,84 MB

6 MB 03,53 MB

0 MB 06,71 MB

5 MB 04,75 MB

2 MB 06,49 MB

MB 05,91 MB

9 MB 05,37 MB

MB 06,25 MB

2 MB 05,82 MB

69

a różnic

ściwości

cję pod

poprzez

sja 30%)

AVI

3IVX

DIVX

H.264

MJPEG

MPEG‐1

MPEG‐2

THEORA

XVID

FLV

FLV

03,74 MB

03,29 MB

03,29 MB

03,51 MB

03,49 MB

03,71 MB

03,23 MB

03,80 MB

03,48 MB

03,99 MB

03,53 MB

03,81 MB

9

R

Ta

Ry

Roman Janko

AV

Film 01 24,52

Film 02 11,59

Film 03 09,70

Film 04 20,68

Film 05 12,67

Film 06 21,31

Film 07 10,59

Film 08 23,75

Film 09 18,65

Film 10 15,08

Film 11 21,63

Film 12 19,46

ab. 3.2 Charakt

ys. 3. 9 Wykres

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Film 01

owski - 14470

VI 3IVX

2 MB 19,98 MB

9 MB 20,86 MB

0 MB 22,04 MB

8 MB 21,27 MB

7 MB 20,19 MB

1 MB 22,09 MB

9 MB 21,46 MB

5 MB 20,98 MB

5 MB 21,78 MB

8 MB 18,59 MB

3 MB 22,27 MB

6 MB 22,25 MB

terystyka pod wz

charakterysty

Film 02

Film 03

- Badanie algo

DIVX H

05,91 MB 19

07,48 MB 11

07,81 MB 08

07,71 MB 17

05,93 MB 12

07,93 MB 19

07,81 MB 10

07,71 MB 18

07,77 MB 15

07,65 MB 09

07,73 MB 16

07,26 MB 14

zględem wyboru

yki kodeków p

Film 04

Film 05

orytmów strat

H.264 MJPEG

,29 MB 37,48 M

,34 MB 38,05 M

,06 MB 39,36 M

,82 MB 39,36 M

,94 MB 37,48 M

,67 MB 39,36 M

,09 MB 39,36 M

,81 MB 38,89 M

,17 MB 39,36 M

,57 MB 36,53 M

,94 MB 39,36 M

,02 MB 38,89 M

u odpowiedniego

przy zastosowa

Film 06

Film 07

nych kompres

G MPEG-1

B 06,12 MB 0

B 07,69 MB 0

B 07,87 MB 0

B 07,75 MB 0

B 06,19 MB 0

B 08,14 MB 0

B 08,13 MB 0

B 07,62 MB 0

B 07,82 MB 0

B 07,77 MB 0

B 07,85 MB 0

B 07,49 MB 0

o kodeka a także

aniu kompresj

Film 08

Film 09

sji obrazów gra

MPEG-2 THEO

06,12 MB 07,57

07,69 MB 07,34

07,87 MB 06,92

07,72 MB 07,87

06,19 MB 05,98

08,23 MB 08,80

08,14 MB 07,58

07,72 MB 08,35

07,85 MB 08,09

07,75 MB 07,49

07,86 MB 08,35

07,51 MB 07,75

e jego skuteczno

ji 60%

Film 10

Film 11

F

aficznych

ORA XVID

MB 05,86 MB

4 MB 05,78 MB

MB 04,84 MB

MB 07,09 MB

MB 04,05 MB

MB 07,90 MB

MB 05,17 MB

MB 08,42 MB

MB 06,86 MB

MB 06,49 MB

MB 07,51 MB

MB 07,12 MB

ości (kompresja

Film 12

A

3

D

H

M

M

M

T

X

F

70

FLV

05,75 MB

05,28 MB

05,29 MB

05,50 MB

05,57 MB

05,43 MB

05,47 MB

05,55 MB

05,57 MB

06,53 MB

05,56 MB

05,84 MB

60%)

AVI

3IVX

DIVX

H.264

MJPEG

MPEG‐1

MPEG‐2

THEORA

XVID

FLV

0


4. BADANIE ALGORYTMÓW STRATNYCH KOMPRESJI

4.1 DYSKRETNA TRANSFORMATA KOSINUSOWA

Pojęcie dyskretnej transformaty kosinusowej (w skrócie DCT) pochodzi

od angielskiego zwrotu: "discrete cosine transform". Jest jedną z najbardziej

popularnych blokowych transformat danych jakie wykorzystywane są podczas

stratnych kompresji danych.

DCT przekształca skończony ciąg N liczb rzeczywistych lub zespolonych

g(0),…,g(N-1) w ciąg liczb (rzeczywistych lub zespolonych),...,G(N-1) zgodnie z

zależnościami:

G 01

√Ng m

N

G k2N g m

N

cosπk 2m 1

2N

dla k=1,2,...,N-1

G(k) są nazywane współczynnikami DCT. Definiuje się również odwrotną

dyskretną transformatę kosinusową (IDCT):

g m1

√NG 0

2N G k cos

πk 2m 12N

N

dla m=0,1,...,N-1


Zaletą transformaty DCT jest to, iż większość współczynników przeważnie

jest zwykle bliska zeru a po procesie kwantyzacji ostatecznie się wyzerują się,

co umożliwi lepszą kompresję danych. Mimo tego, że transformata DCT

ma charakter jednowymiarowy, w łatwy sposób można ją składać, dzięki czemu

może również działać na blokach dwu lub więcej wymiarowych.

Transformata DCT jest powszechnie używana w kompresji formatów:

JPEG oraz MPEG. Stosując algorytm podziału obrazu na charakterystyczne

bloki o stałych rozmiarach (np. 8x8), następnie trwa proces transformaty tych

bloków, kwantyzacja i w końcowym etapie kompresja bezstratna.

Głównym problemem kodowania transformatowego opartego na blokach

DCT są gwałtowne skoki wartości w granicznych obszarach zrekonstru-

owanych bloków, co nosi nazwę efektu blokowego. Jednym ze sposobów

minimalizacji tego zjawiska jest używanie większych bloków w przypadku

obrazków o większym stopniu kompresji. Dobrym przykładem jest tutaj format

JPG, dla którego stosuje się bloki o rozmiarach: 16x16 a także 32x32. Kolejnym

sposobem jest używanie zmodyfikowanej wersji DCT nazywanej

zmodyfikowaną dyskretną transformatą kosinusową (w skrócie MDCT). Metoda

ta używa nachodzących na siebie bloków lub transformat falkowych.


4.2 ALGORYTM FALKI

Falki należą do rodziny funkcji zbioru liczb rzeczywistych, w których

każda z nich jest wyprowadzona z funkcji matki (tzw. macierzystej) za pomocą

przesunięcia i skalowania:

, t 2 t k

gdzie: j,k - liczby całkowite, – funkcja matka, , - falka o skali j i

przesunięciu k (zwana też funkcją falkową)

Funkcje te dążą do zera (lub są równe zero poza pewnym

przedziałem) dla argumentu dążącego do nieskończoności, zaś ich suma

ważona umożliwia przedstawienie z dowolną dokładnością dowolnej funkcji

ciągłej całkowalnej z kwadratem, podobnie jak funkcje cosinus o różnych

okresach i przesunięciach umożliwiają przedstawienie z dowolną dokładno-

ścią każdej całkowalnej funkcji okresowej.

2,

, , , t L2 ,

Falki są używane w analizie i przetwarzaniu sygnałów cyfrowych,

w kompresji obrazu i dźwięku oraz w wielu innych dziedzinach. Najprostsze z

nich to falki Haara.

R

4.

w

m

a

za

Roman Janko

.3 FALK

Falka

w 1909 roku

macierzyste

Falka

więc także

astosowan

owski - 14470

KI HAARA

a Haara j

u przez A

ej określan

a ta ma zwa

e nieróżnic

iach. Falki

- Badanie algo

A

est pierws

Alfréda Haa

ej następu

arty nośnik

czkowalnoś

te stosowa

orytmów strat

szą znaną

ara. Jest t

ującym wzo

k (supp(H) =

ść, co moż

anie są w k

nych kompres

ą falką, k

to szczegó

orem:

=[0,1]), jedn

że mieć isto

ompresji o

sji obrazów gra

tóra zosta

ólnie prost

nak jej wad

otne znacz

brazu i dźw

aficznych

ała wprow

ta falka, o

dą jest niec

zenie w nie

więku.

74

wadzona

o funkcji

ciągłość,

ektórych

4


4.4 KOMPRESJA FRAKTALNA Kompresja fraktalna stanowi system kompresji stratnej opierający swoje

działanie na wykorzystaniu fraktali do reprezentacji danych. Używany jest on

niemal wyłącznie do kompresji obrazów. Najbardziej popularnym zestawem

fraktali są systemy funkcji iterowanych IFS (ang. Iterated Functions System).

Dzięki kompresji fraktalnej można uzyskać bardzo dobre wyniki zarówno

stosując wysoki stopnień kompresji jak i wówczas gdy istotne jest dla nas

zachowanie wysokiej jakości obrazu, co akurat wiąże się w tym przypadku

z operacją bardzo czasochłonną. Ze względu na problemy patentowe i istnienie

znacznie lepszej metody falek kompresja fraktalna nigdy nie była szerzej

stosowana w praktyce.

Rys. 4.1 Sposób podziału obrazu na części Rys. 4.2 Rekonstrukcja - wygląd po pierwszej iteracji

Przebieg zastosowania kompresji fraktalnej:

podział obrazu na mniejsze - równe części

wyszukiwanie wzajemnych podobieństw pomiędzy blokami, a także

analiza pod kątem powtarzalności pomiędzy małymi i większymi obiektami

analiza wykazała, że części: 2 oraz 3 wyglądają identycznie jak cały

obraz w pomniejszeniu, część nr 1 jest koloru białego a nr 4 czarnego.


Na podstawie wyżej zapisanych informacji będziemy w stanie

odtworzyć nasz obraz z postaci skompresowanej. W tym celu należy wykonać

następujące czynności:

wybieramy dowolny obraz (np. szare tło) po czym malujemy: część

pierwszą na kolor biały, czwartą zaś na czarno.

pomniejszamy obraz czterokrotnie umieszczając go następnie

w polach o numerach dwa oraz trzy.

Dzięki odpowiedniej liczbie powtórzeń powyższej operacji uzyskamy

obraz zbliżony do oryginału.

Użyte na przykładzie polecenia: "weź kawałek obrazu z miejsca x

pomniejsz i wklej w miejscu y" są właśnie tytułowymi funkcjami. Poza

zmniejszaniem mogą one również wykonywać inne operacje na obrazie

jak chociażby obroty czy zmiana jasności.


5 PROJEKTOWANIE SYSTEMU WERYFIKACJI ALGORYTMÓW KOMPRESJI STRATNYCH

5.1 WYBÓR ODPOWIEDNICH NARZĘDZI PROGRAMOWANIA Niewątpliwie dla programisty najbardziej istotną sprawą jest wybór

właściwego oprogramowania, które nie tylko pozwoli na uwidocznienie

wszystkich istotnych funkcji ale przede wszystkim zapewni duże wsparcie

ze swojej strony. Powinno być rozwiązaniem bardzo prostym ale zarazem

na tyle nowatorski ażeby przykuło naszą uwagę.

Język programowania Action scripts w połączeniu z technologią Flash

i dynamicznym językiem XML stanowić powinien idealne rozwiązanie

dla systemu weryfikacji jaki należy w tym celu stworzyć.

Zawsze warto zastanowić się nad tym czy zależy nam na tworzeniu

danego systemu od podstaw czy jesteśmy w stanie skorzystać z istniejących

już funkcji, które wymagają jedynie modyfikacji, dzięki którym dostosujemy

wszystko do własnych potrzeb. W myśl poprzedniego stwierdzenia wybór

był oczywisty. System weryfikacji algorytmów będzie wspierany przez

rozwiązania z dziedziny multimediów, które jednocześnie sprawią, iż zyska

on jeszcze bardziej na swojej ocenie.

Komponenty składowe systemu zawierać będą przeglądarkę

dokumentów w formie elektronicznej oraz zmodyfikowany player

do odtwarzania filmów.


5.2 PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE ALGORYTMÓW

SYSTEM PRZEGLĄDARKI NA STRONIE WWW Rozwój Internetu niesie ze sobą niebywałe możliwości.. Jedną z nowinek

programistycznych stosowanych już od jakiegoś czasu jest system

przeglądania dokumentów elektronicznych na stronie WWW postaci książki

z przewracanymi kartami.

Rys.5.1 Screen przeglądarki na stronie WWW

Działanie skryptu tego komponentu jest niezwykle proste i opiera

się na kilku linijkach kodu, który wystarczy zinterpretować we właściwy sposób.

Poniżej zamieszczam fragment kodu XML, który odpowiedzialny jest za wygląd

przeglądarki a także poprawne ładowanie przeglądanych dokumentów.

Obsługiwane formaty dokumentów to między innymi : JPG, SWF, PDF.


Rys.5.1 Fragment kodu strony XML przeglądarki

<content width="420" height="600" bgcolor="303030" loadercolor="ffffff" panelcolor="800000" buttonco-lor="5d5d61" textcolor="ffffff">

<page src="pages/01.jpg" /> <page src="pages/02.jpg" /> <page src="pages/03.jpg" /> <page src="pages/04.jpg" /> <page src="pages/05.jpg" /> <page src="pages/06.jpg" /> <page src="pages/07.jpg" /> <page src="pages/08.jpg" /> <page src="page/09.jpg" /> <page src="pages/10.jpg" /><page

src="pages/11.jpg" /> <page src="pages/12.jpg" /> <page src="pages/13.jpg" /> <page src="pages/14.jpg" /> <page src="pages/15.jpg" /> <page src="pages/16.jpg" /> <page src="pages/17.jpg" /> <page src="pages/18.jpg" /> <page src="pages/19.jpg" /> <page src="pages/20.jpg" /> </content>


ODTWARZACZ FILMÓW TECHNOLOGI FLASH

Jest to kolejny przykład zastosowania komponentów z rodziny Adobe

Flash w połączeniu ze skryptowym językiem programowania. Zasada działania

samego playera jest poniekąd zbliżona do przeglądarki WWW posiada jednak

wiele ulepszeń pod kątem multimediów i strumieniowego przesyłania danych.

Rys.5.2 Podgląd funkcji playera w wersji z aktywnym wraz z ustawieniami


<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<gallery>

<album id="ssp" lgPath="player/filmy/divx/" tnPath="player/filmy/divx_m/"

title="Kodek: DivX" description="Zastosowanie kodeka na przykładzie wybranych

filmów" tn="player/filmy/divx_m/preview.jpg">

<img src="bw_300_kbps.flv" title="" caption="" link="" target="_blank" pause=""

vidpreview="" />


vidpreview="" />


vidpreview="" />

</album>

<album id="ssp2" lgPath="player/filmy/xvid/" tnPath="player/filmy/xvid/"

title="Kodek: XviD" description="Zastosowanie kodeka na przykładzie wybranych


Player posiada możliwość odtwarzania nie tylko obrazów i animacji

na stronie internetowej ale przede wszystkim filmów w formacie FLV co czyni

go aplikacją przyszłościową o bogatym zastosowaniu.

Obsługa playera opiera się o prostych instrukcjach kodu XML co sprzyja

szybkiemu rozwojowi tego języka w znacznie szerszym kręgu odbiorców. Player

jest edytowalny od strony języka Flash i pozwala na niewielkie modyfikacje

zarówno pod względem technicznym jak i wizualnym.


PODSUMOWANIE

Tematem pracy magisterskiej jest: „Badanie algorytmów stratnych

kompresji obrazów graficznych”. Po dokładnym zapoznaniu się z elementami

grafiki rastrowej oraz wektorowej a także z szeroko pojętą teorią obrazu

wideo uważam, iż generalnie można podjąć próby określenia czy też

przypisania pewnej grupie kodeków ich docelowych odpowiedników, którym

najbardziej będą one odpowiadały pod wieloma technicznymi względami.

Samo jednak pojęcie słowa kompresji ma o tyle szerokie

zastosowanie, że jednoznacznie trudno jest znaleźć uniwersalny kodek

do każdego rodzaju zastosowania. Uważam, iż w pierwszej kolejności

należy kierować się w swych wyborach w oparciu o metody sprawdzone

i wyspecjalizowane w konkretnej dziedzinie.

Największe bowiem znaczenie ma to, czy algorytmy kompresji

stosujemy zgodnie z ich przeznaczeniem i rodzajem danych, dla których

zostały one napisane.


LITERATURA

T. Pavlidis, Grafika i przetwarzanie obrazów, Warszawa 1987

P. Wojtaszczyk, Teoria falek, Warszawa 2000

K. Sayood, Kompresja danych - wprowadzenie, RM 2002

D. Nasiłowski, Jakościowe Aspekty kompresji obrazu i dźwięku, Warszawa 2004

HELION, Adobe Photoshop CS3 Professional, Gliwice 2007

HELION, Adobe Flash CS3 Professional, Gliwice 2008

http://pl.wikipedia.org

http://slownik.komputerowy.pl

http://helionica.pl/


SPIS TABEL I ILUSTRACJI

SPIS TABEL

Tab. 2.01 Zastosowanie algorytmu JPG w programie Photoshop CS3

Tab. 2.02 Zastosowanie algorytmu JPG przy zapisie do formatu PDF

Tab. 2.03 Tabela przedstawiająca zastosowanie algorytmu JPG przy zapisie do formatu TIFF

Tab. 2.04 Zapis formatów z kompresją bezstratną: PNG, GIF, WBMP

Tab. 2.05 Zastosowanie algorytmu JPG w programie Photoshop CS3

Tab. 2.06 Zastosowanie algorytmu JPG przy zapisie do formatu PDF

Tab. 2.07 Zastosowanie algorytmu JPG 2000 przy zapisie do formatu PDF

Tab. 2.08 Zapis do formatu TIFF w programie Illustrator CS3

Tab. 2.09 Zapis do formatu WMF oraz PNG w programie Illustrator CS3

Tab. 2.10 Zapis do formatu SVG oraz SVGZ w programie Illustrator CS3

Tab. 2.11 Tabela przedstawiająca zastosowanie algorytmów stratnych przy zapisie do formatu SWF

Tab. 2.12 Zastosowanie algorytmu JPG w programie Fireworks CS3

Tab. 2.13 Zastosowanie algorytmu JPG przy zapisie do formatu SWF w programie Fireworks CS3

Tab. 2.14 Tabela przedstawiająca zapis do formatów: TIFF, GIF, WBMP w programie Fireworks CS3

Tab. 2.15 Zastosowanie algorytmu kompresji stratnej JPG w programie Adobe Flash CS3

Tab. 2.16 Zapis do formatów: SWF, PNG, GIF w programie Adobe Flash CS3

Tab. 2.17 Zastosowanie algorytmu JPG w programie Corel Draw X3

Tab. 2.18 Zastosowanie algorytmu JPG 2000 w programie Corel Draw X3

Tab. 2.19 Zastosowanie algorytmu JPG przy eksporcie do pliku PDF w programie Corel Draw X3

Tab. 2.20 Tabela przedstawiająca zastosowanie algorytmów: TIFF, WMF, PNG oraz GIF

Tab. 2.21 Zastosowanie algorytmu JPG w programie Corel Photo-Paint X3

Tab. 2.22 Zastosowanie algorytmu JPG 2000 w programie Corel Photo-Paint X3

Tab. 2.23 Zastosowanie algorytmu JPG przy eksporcie do pliku PDF w programie Corel Photo-Painx X3

Tab. 2.24 Tabela przedstawiająca zastosowanie algorytmów: TFF, PNG, GIF

Tab. 2.25 Zastosowanie algorytmu DJVU

Tab. 2.26 Zastosowanie algorytmów stratnych do kompresji tekstu

Tab. 2.27 Zastosowanie algorytmów stratnych do kompresji obiektów i wykresów

Tab. 3.01 Charakterystyka pod względem wyboru odpowiedniego kodeka a także jego skuteczności (kompresja 30%)

Tab. 3.02 Wykres charakterystyki kodeków (przy zastosowaniu kompresji kompresja 60%)


SPIS ILUSTRACJI Rys. 1.01 Sześcian kolorów RGB

Rys. 1.02 Synteza addywna mieszania farb

Rys. 1.03 Głębia kolorów RGB (R 255, G 0, B 0)

Rys. 1.04 Głębia kolorów RGB ( R 0, G 0, B 0)

Rys. 1.05 Charakterystyka bitmapy (rozmiar, rozdzielczość, liczba bitów)

Rys. 1.06 Bitmapa z paletą barwną 8-bitową

Rys. 1.07 Bitmapa z paletą barwną 16-bitową

Rys. 1.08 Bitmapa 8-bitowa w rozdzielczości 72 ppi

Rys. 1.09 Bitmapa 8-bitowa w rozdzielczości 300 ppi

Rys. 1.10 Adobe Illustrator (grafika wektorowa)

Rys. 1.11 Adobe Photoshop (grafika rastrowa)

Rys. 1.12 Grafika wektorowa (powiększenie obiektu)

Rys. 1.13 Grafika rastrowa (powiększenie obiektu)

Rys. 1.14 Grafika wektorowa (obrót obiektu)

Rys. 1.15 Grafika rastrowa (obrót obiektu)

Rys. 1.16 Adobe Illustrator (eksport do bitmapy)

Rys. 1.17 Corel Draw (eksport do bitmapy)

Rys. 1.18 Adobe Flash (eksport do bitmapy)

Rys. 1.19 Adobe Illustrator (trasowanie)

Rys. 1.20 Corel Draw (trasowanie)

Rys. 1.21 Adobe Flash (trasowanie)

Rys. 2.01 Zastosowanie kanału R, G, B oraz Gray dla badanego obiektu

Rys. 2.02 Zmiana palety barw na monochromatyczną)

Rys. 2.03 Zmiana barwy i nasycenia koloru

Rys. 2.04 Zastosowanie krzywych tonalnych

Rys. 2.05 Wybór stopnia kompresji JPG w programie Photoshop CS3

Rys. 2.06 Wykres zastosowania algorytmu JPG w progranie Photoshop CS3

Rys. 2.07 Wybór stopnia kompresji JPG przy zapisie do formatu PDF oraz TIFF w programie Photoshop CS3

Rys. 2.08 Wykres zastosowania algorytmu JPG przy zapisie do formatu PDF

Rys. 2.09 Wykres zastosowania algorytmu JPG przy zapisie do formatu TIFF

Rys. 2.10 Zapis formatów z kompresją bezstratną: PNG, GIF, WBMP w programie Photoshop CS3

Rys. 2.11 Wykres zapisu formatów z kompresją bezstratną: PNG, GIF, WBMP

Rys. 2.12 Wybór stopnia kompresji JPG w programie Illustrator CS3 (dla WEB po lewej, alternatywnie eksport)

Rys. 2.13 Wykres zastosowania algorytmu JPG w programie Photoshop CS3

Rys. 2.14 Wybór stopnia kompresji JPG przy zapisie do formatu PDF oraz TIFF w programie Illustrator CS3

Rys. 2.15 Wykres zastosowania algorytmu JPG przy zapisie do formatu PDF

Rys. 2.16 Wykres zastosowania algorytmu JPG 2000 przy zapisie do formatu PDF

Rys. 2.17 Wykres zastosowania algorytmu JPG przy zapisie do formatu TIFF

Rys. 2.18 Opcje eksportu do formatu WMF oraz PNG w programie Illustrator CS3

Rys. 2.19 Wykres zapisu do formatu WMF oraz PNG w programie Illustrator CS3

Rys. 2.20 Zapis do formatu SVG oraz SVGZ w programie Illustrator CS3


Rys. 2.21 Wykres zapisu do formatu SVG oraz SVGZ w programie Illustrator CS3

Rys. 2.22 Zapis do formatu SWF w programie Illustrator CS3

Rys. 2.23 Wykres zastosowania algorytmów stratnych przy zapisie do formatu SWF w programie Illustrator CS3

Rys. 2.24 Wybór stopnia kompresji JPG w programie Fireworks CS3

Rys. 2.25 Wykres zastosowania algorytmu JPG w programie Fireworks CS3

Rys. 2.26 Wybór stopnia kompresji JPG przy zapisie do formatu SWF

Rys. 2.27 Wykres zastosowania algorytmu JPG przy zapisie do formatu SWF w programie Fireworks CS3

Rys. 2.28 Zapis do formatów: TIFF, GIF, WBMP w programie Fireworks CS3

Rys. 2.29 Wykres przedstawiający zapis do formatów: TIFF, GIF, WBMP w programie Fireworks CS3

Rys. 2.30 Wybór stopnia kompresji i eksportu formatów plików w programie Adobe Flash CS3

Rys. 2.31 Szczegółowe opcje kompresji i eksportu formatów plików w programie Adobe Flash CS3

Rys. 2.32 Wykres zastosowania algorytmu kompresji stratnej JPG w programie Adobe Flash CS3

Rys. 2.33 Wykres przedstawiający zapis do formatów: SWF, PNG, GIF w programie Adobe Flash CS3

Rys. 2.34 Wybór stopnia kompresji JPG

Rys. 2.35 Wykres zastosowania algorytmu JPG w programie Corel Draw X3

Rys. 2.36 Wybór stopnia kompresji JPG 2000

Rys. 2.37 Wykres zastosowania algorytmu JPG 2000 w programie Corel Draw X3

Rys. 2.38 Funkcje eksportu do pliku PDF oferowane przez program Corel Draw X3

Rys. 2.39 Wykres zastosowania algorytmu JPG przy eksporcie do pliku PDF w programie Corel Draw X3

Rys. 2.40 Funkcje zapisu dla pliku TIFF oraz GIF w programie Corel Draw X3

Rys. 2.41 Właściwości zapisu dla pliku WMF

Rys. 2.42 Właściwości eksportu do formatu PNG

Rys. 2.43 Wykres zastosowanie algorytmów: TIFF, WMF, PNG oraz GIF

Rys. 2.44 Właściwości eksportu do formatu SWF w programie Corel Draw X3

Rys. 2.45 Właściwości eksportu do formatu SVG w programie Corel Draw X3

Rys. 2.46 Wykres zastosowanie algorytmów: TIFF, WMF, PNG oraz GIF

Rys. 2.47 Wykres zastosowania algorytmu JPG w programie Corel Photo-Paint X3

Rys. 2.48 Wykres zastosowania algorytmu JPG 2000 w programie Corel Photo-Paint X3

Rys. 2.49 Wykres zastosowania algorytmu JPG przy eksporcie do pliku PDF w programie Corel Photo-Painx X3

Rys. 2.50 Właściwości eksportu do formatu GIF w programie Corel Photo-Paint X3

Rys. 2.51 Wykres przedstawiający zastosowanie algorytmów: TFF, PNG, GIF

Tab. 2.52 Screeny ze strony: http://any2djvu.djvuzone.org

Rys. 2.53 Wykres zastosowania algorytmu DJVU

Rys. 2.54 Wykres zastosowania algorytmów stratnych do kompresji tekstu

Rys. 2.55 Wykres zastosowania algorytmów stratnych do kompresji obiektów i wykresów


Rys. 3.01 Program VirtualDub do edycji obrazu wideo

Rys. 3.02 Przykładowe ustawieia kodowania obrazu kodeków DivX, H.264 oraz 3ivx

Rys. 3.03 Lista kodeków użytych do kompresji obrazów

Rys. 3.04 Kodowanie wyeksportowanych filmów do formatu FLV

Rys. 3.05 Interface programu Adobe Premiere

Rys. 3.06 Proces automatyzacji kodowania Flash V. E.

Rys. 3.07 Przebieg procesu kodowania do formatu FLV

Rys. 3.08 Wykres charakterystyki kodeków przy zastosowaniu kompresji 30%

Rys. 3.09 Wykres charakterystyki kodeków przy zastosowaniu kompresji 60%

Rys.4.01 Sposób podziału obrazu na części

Rys.4.02 Rekonstrukcja - wygląd po pierwszej iteracji


Rys.5.02 Podgląd funkcji playera w wersji z aktywnym wraz z ustawieniami



ZAŁĄCZNIKI

1 płyta CD zawierająca pracę magisterską w formacie DOC oraz DOCX.

Praca Magisterska Roman Jankowski

Documents

Transcript of Praca Magisterska Roman Jankowski