JPEG, GIF e Manipulação de Imagens

Filipe César Silva de AndradeHenrique Seabra DinizRilter Tavares do Nascimento

{fcsa, hsd, rtn}@cin.ufpe.br

Objetivos da Apresentação

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

Conteúdo Motivação JPEG

História Um pouco mais... Codificação Aplicações

GIF História Algoritmo de compressão LZW Paletas Aplicações

Manipulação de Imagens Lista de exercícios

Motivação

Imagens são um meio de repassar alguma mensagem, sendo um bom meio para facilitar o entendimento de algum problema

Também deixam o ambiente mais agradável

Motivação

Seu uso é muito comum em Web Sites. Então, quanto menor o arquivo e maior a qualidade melhor!

JPEG e GIF apresentam ótimos algoritmos de compressão

Conteúdo Motivação JPEG

História Um pouco mais... Codificação Aplicações

GIF História Algoritmo de compressão LZW Paletas Aplicações

Manipulação de Imagens Lista de exercícios

JPEG

“Joint Photographic Experts Group” Um formato de compressão com

perda de dados aplicado em imagens fotográficas

JPEG – História

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

JPEG – Um pouco mais... Sua forma de compressão funciona muito

bem em fotografias, artes naturalistas e materiais similares, mas não tão bem em escritas, desenhos simples ou linhas de um desenho

JPEG possui a compressão com perda de dados, isto significa que o arquivo não comprimido não é o mesmo que o compresso

JPEG – Um pouco mais... Armazena informações de cores

completas: 24 bits/pixel (16 milhões de cores)

Foi definido para aproveitar-se de algumas já conhecidas limitações do olho humano, como a pequena mudança de cores é menos precisamente perceptível do que uma pequena mudança no brilho

JPEG – Um pouco mais...

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

JPEG – Codificação

É feita em várias etapas: Transformação do espaço de cores Divisão em blocos Redução da qualidade DCT (Transformação discreta do

cosseno) Quantização Codificação da entropia

JPEG – Codificação

Transformação do espaço de cores a imagem é convertida de RGB para um

espaço de cores diferente chamado YCrCb, o mesmo utilizado por MAC, PAL e pela transmissão de televisão digital

o Y representa o brilho do pixel e o Cr e o CB juntos representam o tom e a saturação da imagem

JPEG – Codificação

Divisão em blocos os dados de cada canal da imagem são

subdivididos em blocos de 8x8 caso os dados não sejam representados

por números inteiros, é feito o preenchimento do restante do bloco com dados falsos

JPEG – Codificação

Redução da qualidade a divisão em blocos permite a redução

dos componentes Cr e Cb as taxas de redução permitidas em JPEG

são: 4: 4: 4 (sem redução), 4: 2: 2 (reduz pelo fator 2 na direção horizontal) e a mais comum 4: 2: 0 (que reduz pelo fator 2 tanto na direção horizontal quanto na vertical)

JPEG – Codificação

Redução da qualidade a redução da qualidade pode reduzir de

33% a 50% o tamanho do arquivo.

JPEG – Codificação

DCT (Transformação discreta do cosseno) os componentes da imagem (Y, Cr e Cb)

são colocados em seções de 8x8 pixels cada

daí os componentes sofrem uma conversão usando-se uma transformação de co-seno discreta de duas dimensões à frente.

JPEG – Codificação

DCT (Transformação discreta do cosseno)

Subimagem de 8 por 8 pixels e 8 bits de cores

JPEG – Codificação

DCT (Transformação discreta do cosseno)

É subtraído 128 de cada elemento

JPEG – Codificação

DCT (Transformação discreta do cosseno)

Na transformação da matriz cada elemento é arredondado para o inteiro mais próximo

O valor mais alto e à esquerda da matriz é chamado de coeficiente de transformação discreta

JPEG – Codificação

Quantização o fato do olho humano conseguir

distinguir bem pequenas diferenças no brilho em áreas relativamente grandes e não tão bem variações de brilho em altas freqüências, permite a redução na informação dos dados dos componentes de alta freqüência

JPEG – Codificação

Quantização isto é feito simplesmente dividindo cada

componente do domínio da freqüência por uma constante e arredondando para o inteiro mais próximo

este é o processo com a principal perda de dados

JPEG – Codificação

Codificação da entropia é uma forma especial de compressão

com perda de dados

JPEG – Codificação

Codificação da entropia envolve a combinação dos componentes

da imagem em uma ordem de “zig-zag” utilizando-se o algoritmo de Codificação Run-Length, que agrupa freqüências similares

-26, -3, 0, -3, -2, -6, -2, -4, 1, -4, 1, 1, 5, 1, 2, -1, 1, -1, 2, 0, 0, 0, 0, 0, -1, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0

JPEG – Codificação

Codificação da entropia Quando resta uma sequencia final de

zeros se usa a Codificação de Huffman que usa a palavra especial: “EOB”

-26, -3, 0, -3, -2, -6, 2, -4, 1, -4, 1, 1, 5, 1, 2, -1, 1, -1, 2, 0, 0, 0, 0, 0, -1, -1, EOB

JPEG – Aplicações

Na internet, jpeg é o formato padrão para a exibição de imagens;

Quase todos os equipamentos de fotografia digital vendidos dão suporte ao formato jpeg

JPEG – Aplicações No campo da medicina, o jpeg pode ser usado para

codificar totalmente ou parcialmente sem perdas uma imagem. E fornece uma boa performance de compressão para este propósito

Nos sistemas de comunicação sem fio (wireless) utiliza-se uma grande compressão na transmissão de imagens. O jpeg fornece uma alta qualidade na compressão de dados, é um bom candidato para aplicações multimídia em redes sem fio

JPEG – Aplicações

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

Conteúdo Motivação JPEG

História Um pouco mais... Codificação Aplicações

GIF História Algoritmo de compressão LZW Paletas Aplicações

Manipulação de Imagens Lista de exercícios

GIF

Graphics Interchange Format Objetivo de fornecer um formato de

imagem colorida, de tamanho reduzido, para download mesmo com uma conexão lenta

GIF – História Apresentado em 1987 pela CompuServe (a

primeira grande empresa de serviços on-line dos Estados Unidos)

Substituir o antigo formato RLE que era apenas preto e branco

A versão original do GIF foi chamada de 87a.

Em 1989 o GIF foi melhorado. Versão conhecida como 89a.

GIF – História

GIF (colorido) e XBM (preto e branco), na época, tornaram-se os mais usados na internet

Patente do LZW pertencente a Unisys Surgimento do PNG Muito utilizado em animações e

pequenos vídeos

GIF – Algoritmo LZW

Algoritmo de compressão sem perda de informação

Redução de 66-75% do tamanho original do arquivo

GIF – Algoritmo LZW

GIF – Paletas

GIF é baseado em Paletas Uma tabela que associa cada número

da seleção da paleta com um valor específico do RGB

Opcionalmente, uma das seleções na paleta pode ser ajustada como transparente, que permite a transparência binária simples

GIF – Paletas

True-color

True Color GIF image(32697 colors, 184565 bytes)

Dithered GIF image(101 colors, 48069 bytes)

Quantized GIF image(256 colors, 54197

bytes)

GIF – Paletas

True-color Vantagens

Maior representação da informação Mais qualidade na imagem

Desvantagens Arquivos grandes Forma de compressão menos eficiente do

que o JPEG

GIF – Aplicações

Animações Vídeos de baixa qualidade Cartoons Imagens Banners

Exemplos

Conteúdo Motivação JPEG

História Um pouco mais... Codificação Aplicações

GIF História Algoritmo de compressão LZW Paletas Aplicações

Manipulação de Imagens Lista de exercícios

Manipulação de Imagens

http://youtube.com/watch?v=scGEqNZCL2E

Um pouco sobre o Photoshop

Perguntas

Conteúdo Motivação JPEG

História Um pouco mais... Codificação Aplicações

GIF História Algoritmo de compressão LZW Paletas Aplicações

Manipulação de Imagens Lista de exercícios

Lista de Exercícios

Qual formato armazena mais informações de cores: JPEG ou GIF? Por que?

Quais as etapas do processo de codificação de um JPEG?

Em que situações é preferível a utilização de GIF a JPEG?