Graphics and Image Data
Representations 3.1 Graphics/Image Data Types
3.2 Popular File Formats
1
Graphics/Image Data Types – өгөгдлийн төрлүүд
• 1-Bit Images
• 8-Bit Grey-Level Images
• 24-Bit Color Images
• 8-Bit Color Images
• Color Lookup Table (LUTs)
2
Popular File Formats
• JPEG ,GIF, BMP, others
Graphics/Image Data Types
• 1-Bit Images
• 8-Bit Grey-Level Images
• 24-Bit Color Images
• 8-Bit Color Images
• Color Lookup Table (LUTs)
• Color Lookup Table-ийг гаргаж авах
3
1-bit Images
• Monochrome Image эсвэл Binary Image гэж нэрлэдэг.
4
1-bit Images
• on болон off пикселиэс бүрддэг. Пиксель бүр нэг битэд (0 or 1) хадгалагдана. 0--хар, 1—цагаан
• 640×480 хэмжээтэй Monochrome зурагт шаардагдах санах ой 640×480/8 bytes = 38.4KB
• Энгийн график болон текс агуулсан зурагт хэрэглэдэг.
5
8-bit Gray-level Images - Жишээ
6
8-Bit Gray-Level Image
8-bit Gray-level Images - Жишээ
7
8-Bit Gray-Level Image VS 1-Bit Image
8-bit Gray-level Images – Шинж чанар
• Пиксель бүр нэг byte-аар илэрхийлэгддэг. – Саарал (Gray) өнгөний утга 0-255 утгатай байна.
• Bitmap: график/зургийг харуулахдаа хоёр хэмжээст массивт пикселийн утгыг хадгалдаг.
• Image resolution –дижитал зурган дахь пикселийн тоо (чанартай зургийг өндөр нягтралтай зураг гэж хэлдэг).
– Өндөр нягтрал 1.600 x1.200
– Муу нягтрал 640 x 480.
8
8-bit Gray-level Images – Шинж чанар
• 8 bit-ийн зураг нь 1bit хавтангаас тогтдог гэж үзвэл: – Хавтан бүр 1bit-ээр
илэрхийлэгдэнэ
– Бүх хавтан нийлээд 0-255 утгыг агуулсан 1byte –аас бүрдэнэ
9
8-bit Gray-level Images – Хэмжээ
• Resolution – Нягтрал – Өндөр: 1600×1200
– Бага: 640×480
– Харьцаа: 4:3
• 640×480 хэмжээтэй саарал зурганд хэрэглэгдэх санах ой – 640×480=307,200 bytes
• Frame buffer: bitmap-ийг хадгалах төхөөрөмж.
– Video card (actually a graphics card) is used for this purpose.
– Видео кардын нягтрал зургийн нягтралтай заавал таарсан байх албагүй. Гэхдээ видео кардын санах ой хангалтгүй байвал the data has to be shifted around in RAM for display.
10
Print - Хэвлэх
• DPI – Dot Per Inch – Нэг инч дэхь цэгийн тоо
• Зургийг хэвлэхдээ dithering –ийн үндсэн аргыг хэрэглэдэг. – intensity resolution-г /нягт сайн/ spatial resolution-руу /харагдах
нягтрал/ хөрвүүлэх
11
Print - Хэвлэх
• Dithering – Үндсэн стратеги нь пикседийн утгыг 2 x 2 or 4 x 4 гэгдэх загвар луу
хийдэг
– halftone printing буюу сонины хэвлэлд өргөн ашиглагддаг
Half-tone printing гэдэг нь сонины хэвлэлд зориулан том жижиг хар бэхэн дугуй үүсгэн хэвлэх аналог процесс юм.
• N×N хэмжээст матриц нь N2+1 ширхэг intensity түвшинтэй – 2×2 хэв нь 5 үеээр харуулж чадна:
12
Print - Хэвлэх
• 0-255 -ийн хооронд өгөгдсөн зургын утгуудыг 256/5 зарчмаар 0,1,2,3,4 утгууд руу хөрвүүлнэ. Хэрвээ 0 бол юу ч хэвлэхгүй, харин 4 бол бүх 4 цэгийг хэвлэнэ.
• Хэрвээ intensity нь dither матрицаас их бол тухайн цэгүүдийг хэвлэнэ. Пиксель бүрийг N×N хэмжээст матриц руу хийнэ гэсэн үг.
• Энэхүү аргыг ашиглах үед гарах зургийн хэмжээ нэмэгддэг – Тухайлбал нэг пикселийг 4х4 хэврүү хөрвүүлэхэд тухайн пиксель 16 дахин
томроно
13
Print - Хэвлэх
• Хэт том зураг гарахаас зайлсхийх – 0-255 утга бүхий тоон матрицыг байгаагаар нь хэвэндээ хадгална
– Саарал зургийн матрицыг хэвтэйгээ харьцуулна. Цэгийн утга саарлын утгаас их байвал цэгийг хэвлэнэ
One 25-grey level case: left is standard, the right with grey=15
14
Print - Хэвлэх
• An algorithm for ordered dither, with n x n dither matrix, is as follows:
BEGIN
for x = 0 to xmax // columns
for y = 0 to ymax // rows
i = x mod n
j = y mod n
// I(x, y) is the input, O(x, y) is the output,
//D is the dither matrix.
if I(x, y) > D(i, j)
O(x, y) = 1;
else
O(x, y) = 0;
END
15
Print - Хэвлэх
• Жишээ – (240*180*8bit) хэмжээтэй зургийг (12.8*9.6 inch)
хэмжээтэй цаасан дээр 300*300 DPI принтерээр хэвлэх үеийн пиксель бүрдэхь цэгүүдийн тоог ол
– (300*12.8)*(300*9.6) = 3480*2880 dots
– (3840/240)*(2880/180) = 16*16=256
16
Print - Хэвлэх
• Dithering алгоритм хийгдсэний дараахь зураг
17
(a) (b) (c)
Image Data Types
• Зургийн хамгийн түгээмэл өгөгдлийн төрөл нь 24-bit color болон 8-bit color файлын форматтай байдаг.
• Some formats are restricted to particular hardware / operating system platforms, while others are “cross-platform” formats.
• Even if some formats are not cross-platform, there are conversion applications that will recognize and translate formats from one system to another.
• Ихэнх зургийн форматууд файлын хэт их хэмжээнээс шалтгаалан тодорхой шахалтын /compression/ техникээр өөрчлөгддөг. – lossless
– lossy
18
24-bit Color Images
• 24-bit-ийн өнгөтэй зургийн пиксель бүрийг 3 byte-аар илэрхийлэгддэг бөгөөд RGB зураг гэдэг. – 256 x 256 x 256 өнгийг дэмждэг бөгөөд 16,777,216 өнгийг харуулдаг
– 0-255 хооронд утгыг харуулна
• Пиксель бүр RGB-ийн өөр өөр утгуудтай байна.
19
24-bit Color Images - Size
• 640×480 24-Bit Color image,921.6KB – 640×480×3 bytes
• Ихэнх 24-bit color image нь 32-Bit image-ээр хадгалагддаг – Пиксель бүр дэхь нэмэлт өгөгдлийг α утга хэмээн хадгалдаг бөгөөд тус параметрт
нэмэлт эффектүүдийн мэдээллийг хадгалдаг Жнь: transparency –уусгалт
– Хагас уусгалттай зургийн өнгө = зургийн өнгө X (100% - transparency)+арын зургийн өнгө Х transparency
20
24-bit Color Images
21
(a)
(c)
(b)
(d)
Өндөр чанартай зургийг RGB өнгийн сувгаар нь ангилсан байна.
24-bit Color Images
• 8-Bit Color Image VS 24-Bit Color Image
22
8-bit Color Images
24-bit Color Images 8-bit color image.
• 640 x 480 8-bit images: 300 kB
• 640 x 480 24-bit ones: 921.6 kB
23
Color Look-up Tables (LUTs) • 24 bit –ийн зургийн хэмжээг 8bit –ийн зураг луу хөрвүүлэн
харуулах зарчмаар хэмжээг нь багасгадаг. Ийнхүү шахахдаа өнгөний Look-up Tables (LUT) ийг ашигладаг. Тухайлбал пикселийн утга нь 25 бол 25-аар эгнээний өнгөний мэдээллийг ашиглан тухайн пикселийг будна.
24
Пикселийн утга Эгнээний утга Өнгөний мэдээлэл
• LUT-ийг ашиглан өнгийг сольдог. Энэхүү арга нь эмнэлгийн салбарт түлхүү ашиглагддаг бөгөөд саарал зургийг өнгийн зураг руу хөрвүүлдэг. Доорх жишээнд улаан өнгийг ногоон рүү шилжүүлж байна.
Li & Drew 25
Fig. 3.9: Color-picker for 8-bit color: each block of the color-picker corresponds to one row of the color LUT
26
• Fig. 3.10 (a) shows a 24-bit color image of “Lena”, and Fig. 3.10 (b) shows the same image reduced to only 5 bits via dithering. A detail of the left eye is shown in Fig. 3.10 (c).
27
(a) (b) (c)
Fig. 3.10: (a): 24-bit color image “lena.bmp”. (b): Version with color
dithering. (c): Detail of dithered version.
Color look-up table-ийг зохиох
• 8-bit –ийн өнгөөр of 24-bit өнгө юм шиг харагдуулах хамгийн шулуун арга нь RGB өнгийг чиглэл бүрт тэнцүү хэсэг болгон хуваах - Хүмүүс R/улаан/ болон G/ногоон/ өнгийг B/цэнхэр/-ээс илүү
мэдэрдэг учир R болон G-г 3-bit-ээр буюу 0..7-оор B-г 2-bit-ээр буюу 0..3-тоогоор илэрхийлнэ. Нийтдээ 8 bit болно.
- R болон G-ийг багасгахдаа R or G –ийн byte-ийн утгыг (256/8)=32 багасгана. Зурган дахь пиксель бүрийн 8-bit index-ийг 24-bit өнгө рүү хөрвүүлнэ.
• Median-cut algorithm: Өнгийг шахан багасгахад хэрэглэдэг энгийн орлуулах арга
Энэ алгоритмын санаа нь R byte-уудын дундаж утгыг нь олоод тухайн дундажаас доош утгатайг “0” bit гээд их утгатайг нь “1” bit-ээр илэрхийлнэ.
28
3.2 Popular File Formats
• GIF
• JPEG
• BMP
• PNG
• TIFF
• EXIF
• others
29
GIF
• GIF standard:
• 8-bit (256)-ийн өнгөт зураг учир цөөн өнгийн /256/ ялгаралтай зургийг харуулахад тохиромжтой. График, зурсан зураг г.м.,
• GIF нь interlacing-ийг дэмждэг — нэвтрэлтэй харагдах
• GIF нь 1 үндсэн шинжтэй:
1. GIF87a: эхний хувилбар.
2. GIF89a: Сүүлийн хувилбар. Хөдөлгөөнийг дэмждэг бөгөөд хугацаа болон уусгалтыг тодорхой түвшинд хянах боломжтой
30
GIF
31
JPEG • JPEG: хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг /Joint Photographic Experts
Group/
32
JPEG Image(2): 45.2kB JPEG Image (1):252kB
JPEG Image (3): 9.21kB
Fig. 3.17: JPEG image with low quality specified by user.
33
PNG • PNG format: standing for Portable Network Graphics —GIF standard-
тай адил
• PNG file-ийн онцлог:
1. Өнгийн мэдээллийг 48 bits болгон томруулах боломжтой
2. Files may contain gamma-correction information for correct display of color images, as well as alpha-channel information for such uses as control of transparency.
3. The display progressively displays pixels in a 2-dimensional fashion by showing a few pixels at a time over seven passes through each 8 8 block of an image.
34
TIFF
• TIFF: stands for Tagged Image File Format.
• Нэмэлт мэдээллүүдийг агуулдаг(“tags”)
1. шахалтын алгоритмын мэдээллийг агуулдаг
2. TIFF нь олон төрлийн зургуудыг хадгалах чадвартай: 1-bit, grayscale, 8-bit color, 24-bit RGB,гэх мэт.
3. The TIFF format нь Aldus Corporation-аас 1980-аад онд гарсан бөгөөд сүүлд Microsoft авч хөгжүүлэх болсон.
35
EXIF
• EXIF (Exchange Image File) нь дижитал камеруудад зориулсан формат:
– 1. EXIF файлууд нь JPEG format-тай адил.
– 2. TIFF зураг шиг олон мэдээллийг агуулдаг бөгөөд камерын мэдээлэл болон зураг авах нөхцлийн талаарх мэдээллийг агуулдаг.
Li & Drew 36