Что такое растровый формат хранения графической информации и каковы его особенности? icon

Что такое растровый формат хранения графической информации и каковы его особенности?



НазваниеЧто такое растровый формат хранения графической информации и каковы его особенности?
Дата конвертации10.02.2013
Размер83.26 Kb.
ТипДокументы
скачать >>>

Что такое растровый формат хранения графической информации и каковы его особенности?

Растровое изображение - это изображение, состоящее из сетки пикселов. Соответственно, пиксель - наименьший логический элемент двумерного графического изображения, применительно к растровой графике. Пиксель представляет собой неделимый объект прямоугольной или круглой формы, характеризуемый определённым цветом.

Растровое изображение обладает следующими важными характеристиками:

  • Разрешение, оно же количество пикселов в изображении. Указывается либо в формате количество пикселов по высоте * количество пикселов по ширине (1024*768, обычно указывается в свойствах изображения), либо указывается общее число пикселов и меряется, как правило, в мегапикселах (например, в характеристиках фото- и видеокамер указывается именно число мегапикселов, охватываемое матрицей).

  • Количество используемых цветов или глубина цвета (эти характеристики имеют следующую зависимость: N = 2^I, где N - количество цветов,а I - глубина цвета).

  • Цветовое пространство (или цветовая модель), например RGB, CMYK

Цветовое пространство представляет собой модель представления цвета, основанную на использовании цветовых координат. Цветовое пространство строится таким образом, чтобы любой цвет был представим точкой, имеющей определённые координаты, причём так, чтобы одному набору координат соответствовал один цвет. Проследить поведение такой модели можно в графическом редакторе, например Adobe Photoshop, GIMP или Corel Draw. RGB (red, green, blue) является трехмерным цветовым пространством и каждый цвет в нем состоит из 3х координат, причем каждая из них отвечает за компонент цвета в разложении на красный, зеленый и синий цвета, однако существуют как одномерные (монохромные изображения), так и 8-10-мерные цветовые пространства, которые используются чаще всего для печати на плоттерах.




Вышеупомянутые характеристики придают растровым изображениям некоторые особенности:

Максимальная детализация растрового изображения задаётся при его создании и не может быть увеличена. При увеличении масштаба растрового изображения появляются крупные зерна, называется такое явление зернистостью. Выглядит это следующим образом:





Посредством интерполяции ступенчатость можно сгладить. Степень детализации при этом не возрастает, так как для обеспечения плавного перехода между исходными пикселами просто добавляются новые, значение которых вычисляется на основании значений соседних пикселов исходного изображения. Иными словами, при масштабировании изображения зернистость будет просто не так заметна, однако качество детализации останется на прежнем уровне.







Растровые форматы хранения графической информации делятся на 2 класса: со сжатием без потерь и с потерями. Так же есть класс форматов графической информации, которые могут использовать как сжатие с потерями, так и без (например TIFF).

Сжатие данных с потерями — метод компрессии данных, при использовании которого распакованные данные отличаются от исходных, но степень отличия не является существенной с точки зрения их дальнейшего использования.

Сжатие данных без потерь (GIF, PNG) — метод сжатия информации, представленной в цифровом виде, при котором возможно полное восстановление сжатой информации с точностью до бита. Концепция сжатия данных без потерь заключается в нахождении в исходных данных некоторых закономерностей, позволяющих сгенерировать вторую последовательность, полностью описывающую исходную.

В качестве примера сжатия без потерь рассмотрим формат PNG (так как формат GIF предполагает использование всего 256 цветов), для сжатия с потерями — JPEG.

PNG (Portable Network Graphics) - растровый формат хранения графической информации, использующий сжатие без потерь по алгоритму Deflate. Deflate — это алгоритм сжатия без потерь, который использует комбинацию алгоритма LZ77 и алгоритма Хаффмана. Общий смысл сжатия изображения без потерь сводится к нахождению в исходных данных каких-либо закономерностей и с учетом этих закономерностей генерируется вторая последовательность данных, полностью описывающая исходную закономерность.

JPEG (Joint Photographic Experts Group) — растровый формат хранения графической информации, использующий сжатие с потерями, наибольшей степени пригоден для сжатия фотографий и картин, содержащих реалистичные сцены с плавными переходами яркости и цвета. При сжатии изображение преобразуется из цветового пространства RGB в YCbCr. После этого преобразования для каналов изображения Cb и Cr, отвечающих за цвет, может выполняться «прореживание» (subsampling), которое заключается в том, что каждому блоку из 4 пикселов (2х2) яркостного канала Y ставятся в соответствие усреднённые значения Cb и Cr. При этом для каждого блока 2х2 вместо 12 значений используется всего 6. Если к качеству восстановленного после сжатия изображения предъявляются повышенные требования, прореживание может выполняться лишь в каком-то одном направлении — по вертикали, по горизонтали, или не выполняться вообще.

^ Алгоритм сжатия, используемый в webP

Чтобы улучшить степень сжатия, которую предлагает формат JPEG, был использован алгоритм, основанный на используемом в кодеке VP8, исходные коды которого были открыты компанией Google в мае 2010 года. Были применены технологии, используемые в VP8 для сжатия промежуточных кадров, для сжатия статичных изображений. Кроме того, используется очень компактный формат файла-контейнера, основанный на формате RIFF: несмотря на то, что этот формат добавляет всего 20 байт к каждому изображению, он является расширяемым, что позволяет авторам сохранять в файле любые необходимые метаданные.

Сжатие состоит из двух этапов. На первом делается попытка «предсказать» содержимое одних блоков по уже декодированным (три блока над текущим и один блок слева от него), на втором кодируется ошибка предсказания. Блоки отрисовываются в порядке слева направо и сверху вниз. Режимы предсказания работают с 3 размерами макроблоков

  • 4x4 в канале яркости

  • 16x16 в канале яркости

  • 8x8 в канале цветности

В VP8 и WebP реализованы режимы предсказания:

Горизонтальное, H_PRED. Каждая колонка текущего блока есть копия колонки слева от текущего блока.

  • Вертикальное, V_PRED. Каждая строка текущего блока есть копия строки над текущим блоком.

  • DC предсказание, DC_PRED. Заполняет весь блок одинаковыми значениями, полученными за счет усреднения значений пикселей вышележащей строки и столбца слева от текущего блока.

  • Предсказание TrueMotion, TM_PRED. Разработано в On2 Technologies. Кроме строки над блоком и столбца слева от него, используется пиксель, расположенный сверху-слева от блока. Разница между угловым пикселем и строкой сверху записывается в строки блока, при этом к значениям добавляется значение соответствующего пикселя из столбца. Xij = Столбецi + Рядj - Угл. Пиксель.

  • Для блоков 4x4 реализовано 6 дополнительных режимов, сходных с V_PRED и H_PRED, но с диагональными направлениями.

Для сжатия ошибок предсказания и подблоков, которые не были предсказаны, используется дискретное косинусное преобразование DCT (и, изредка, преобразование WHT (Walsh-Hadamard). Оба преобразования работают с подблоками 4х4 пикселя. Реализация преобразований выполнена на представлении чисел с фиксированной точностью, чтобы уменьшить ошибки округления. Коэффициенты DCT и WHT пакуются энтропийным кодеком.

WebP не работает в цветовом пространстве RGB, перед кодированием изображение переводится в YUV с глубиной 8 бит и форматом 4:2:0. Перевод осуществляется согласно стандарту ITU-R BT.601.

Для некоторых изображения может использоваться алгоритм upscaling, когда кодируется не само изображение, а его отмасштабированная (уменьшенная) версия. Декодер проводит обратное преобразование (увеличение изображения).

^ Возможности конвертера webpconv

Для работы с данным конвертером требуется загрузить библиотеку leptonlib и сам конвертер webpconv. Работа библиотеки и конвертера возможна только в ОС Linux.

Так как графического интерфейса у конвертера нет, после установки библиотеки для работы с конвертером необходимо воспользоваться терминалом и перейти в папку с конвертером, по-умолчанию эта папка называется libwebp.

Cd /home/user/libweb

Для конвертирования изображений необходимо пользоваться командой формата

./webpconv [-output_dir dir] [-format format] [-quality quality] input_file(s)

где -output_dir — путь к директории, в которую помещаются переконвертированные изображения, -format — формат, в который конвертируются файлы, -quality — степень сжатия (от 0 до 100), input_files — путь к файлу(ам), который необходимо переконвертировать. Для конвертирования нескольких файлов можно пользоваться стандартным символом «*». Например, чтобы переконвертировать со сжатием по умолчанию (используется степень сжатия исходного файла) все jpeg-файлы в папке images в webp-файлы и поместить результат в папку images_after, надо использовать команду

./webpconv -output_dir /home/user/images_after -format WEBP /home/user/images/*.jpg

^ Суть эксперимента

К моменту анонсирования формата webP компания Google провела эксперимент, в котором попробовала применить конвертер webpconv к 1 миллиону изображений разных форматов и узнать, насколько уменьшится объем, занимаемый изображениями. Не располагая вычислительными и информационными мощностями Google, я решил повторить эксперимент с 300 jpeg-изображениями.

Исходные данные: 298 объектов *.jpg

Конвертирование происходит в 2 этапа:

  1. На первом этапе конвертируем имеющиеся в директории images_before *.jpg-файлы в файлы *.webp, которые помещаем в директорию images_webp. Для этого используем команду

./webpconv -output_dir /home/user/webp_kurs/images_webp /home/user/webp_kurs/images_before/*.jpg

Я не указывал формат конечных изображений и степень сжатия, так как формат конечных файлов по-умолчанию WebP, а степень сжатия изображений решено было оставить как в оригинальных файлах.

  1. На втором этапе конвертируем файлы *.webp в директории images_webp обратно в формат *.jpg и помещаем результат в директорию images_after. Для этого используем команду

./webpconv -output_dir /home/user/webp_kurs/images_after -format JPEG /home/user/webp_kurs/images_webp/*.webp


^ Результаты эксперимента

Директория, содержащая 298 *.jpg-изображений, занимала 29,9 мегабайт (31 417 752 байта). Директория, содержащая 298 *.webp-изображений, получившихся путем конвертирования исходных jpg-изображений, занимала 10 мегабайт (10 487 922 байта). Директория, содержащая 298 изображений, обратно конвертированных в *.jpg, занимала 13 мегабайт (13 632 788 байт)

Размер занимаемого места директории уменьшился в 2,3 раза или на 43 процента.

Из подборки выбираем случайное изображение. Размер исходного изображения — 858,6 килобайт, размер файла *.webp — 132,7 килобайт, размер конвертированного изображения — 260,9 килобайт. Размер изображения уменьшился на 30%










При увеличении становится заметно, что изображение, прошедшее конвертацию, стало более сглаженным, то есть была применена интерполяция, однако без увеличения разницу заметить практически невозможно.

Заключение

Большая часть загружаемого трафика при ежедневном просмотре web-страниц — это изображения. Следовательно, большинство задержек при загрузке web-страниц связано именно с изображениями. Компания Google решила предпринять попытку создать новый формат графической растровой информации, анонсировав новость о разработке нового формата — WebP.

На данный момент, к сожалению, на файлы *.webp-формата нельзя посмотреть, так как программисты компании Google не успели сделать поддержку этих файлов даже в браузере google chrome, однако они выпустили инструмент webpconv, позволяющий убедиться в эффективности их алгоритма сжатия растровой графической информации. Уменьшение размера файлов изображений на 40 процентов (в-среднем) позволит в будущем ускорить загрузку страниц в-среднем примерно на 30 процентов и существенно уменьшит размер входящего трафика при просмотре web-страниц, что весьма актуально для выходов в интернет через мобильный телефон или при любом другом виде интернет-соединения с лимитированным интернет-трафиком.

Формат webp в первоначальной спецификации призван заменить формат JPEG, однако, если будет добавлен альфа-канал (канал, отвечающий за прозрачный слой) - может вытеснить также и устаревшие форматы GIF и PNG из web-графики.

Компания Google в пресс-релизе также подчеркнула, что массовый переход на новый формат будет возможен только при условии, что новый алгоритм сжатия информации хорошо себя зарекомендует и его поддержка появится в распространенных браузерах. В следующей версии интернет-браузера google chrome уже ожидается поддержка webp, и, если он себя оправдает, массовый переход на новый формат растровой графической информации станет только вопросом времени.


^ Используемые материалы:

1. http://habrahabr.ru/blogs/google/105335/

Новость в блоге компании Google на сайте http://habrahabr.ru

2. http://code.google.com/intl/ru/speed/webp/download.html

Страничка для скачивания пакетов webpconv

3. http://code.google.com/intl/ru/speed/webp/docs/using.html

Краткое руководство по использованию пакета webconv

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/WebP

Статья, посвященная webP на русскоязычной Википедии

5. http://code.google.com/intl/no/speed/webp/docs/c_study.html

Сравнение JPEG, JPEG2000 и webP, проведенное компанией Google




Похожие:

Что такое растровый формат хранения графической информации и каковы его особенности? iconЛитература для подготовки к семинару богуславский М. М. Международное частное право. М.: Юристъ, 2004. С. 119-172
Каким правом регулируется правовой статус физических лиц? Что такое lex personalis и каковы его виды? Что такое lex patriae и lex...
Что такое растровый формат хранения графической информации и каковы его особенности? iconВопросы к зачету по дисциплине «Маркетинг» 4 курс 2 семестр
Что такое система маркетинговых исследований и маркетинговой информации и каковы ее составляющие?
Что такое растровый формат хранения графической информации и каковы его особенности? iconКодирование графической информации
С 80-х годов интенсивно развивается технология обработки на компьютере графической информации
Что такое растровый формат хранения графической информации и каковы его особенности? iconМонитор (дисплей) компьютера это устройство, предназначенное для вывода на экран текстовой и графической информации. Его можно смело назвать самой важной частью персонального компьютера
Это был первый крупный проект, в котором электронно-лучевая трубка использовалась для отображения графической информации
Что такое растровый формат хранения графической информации и каковы его особенности? iconАппаратное обеспечение Устройства ввода-вывода графической информации Устройства ввода графической информации
Виды печати (промышленная – офсет и цифровые лазерные машины, другие способы печати)
Что такое растровый формат хранения графической информации и каковы его особенности? iconУрок подготовлен учителем истории и обществознания гоу сош «Школа здоровья» №821 Пак Лилией Ибрагимовной для учащихся 10 11 классов
Знать, что такое «профсоюз»; каковы принципы и методы его построения и функционирования
Что такое растровый формат хранения графической информации и каковы его особенности? iconВведение в теорию роста. Конвергенция. Что такое долгосрочный период времени, чем он отличается от кратко- и среднесрочного? В рамках какого периода «работают»
Ввп на душу населения? Как ввп на душу населения менялся со временем? В чем состоит идея Мальтуса и насколько он оказался прав, почему?...
Что такое растровый формат хранения графической информации и каковы его особенности? iconИстория и теория русского искусства
Существует ли русское искусство? Что значит это словосочетание? Каков его объект? Каковы границы понятия? Как проходили поиски национальной...
Что такое растровый формат хранения графической информации и каковы его особенности? icon«Компьютерные методы изучения образной и графической информации»
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 040200. 62 "Социология"...
Что такое растровый формат хранения графической информации и каковы его особенности? icon2. Пунктуация ( цитата, эпиграф) Тренировочный материал на основе текста
Рассмотрите таблицу. Укажите прямую речь и слова автора. Каковы особенности построения предложения с прямой речью? Каковы особенности...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©rushkolnik.ru 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы