Формат и сжатие
- Алгоритмы
- Методы
- Форматы
- Расширения
- Кодеки
- Контейнеры
- Стандарты
Форматы файлов
- Графический формат — это способ записи графической информации
- От него зависит размер файла и возможности редактирования
Форматы файлов
- Способ хранения информации в файле:
- Растровый
- Векторный
- Смешаный
- Двухмерный
- Трехмерный
- Форма хранения информации
- Алгоритм сжатия
Форматы файлов
BMP – bitmap picture
- Заголовок
- Информация о изображении
- Изображение
- RGB 1-8 бит на канал
- Сжатие RLE
- Нет прозрачности
- Формат Microsoft
GIF - Graphics Interchange Format
- 8 бит/pxl
- Сжатие LZW
- 1 значение прозрачности
- Анимация
- Применение:
- текст
- схемы
- картинки и анимация веб
- прозрачный
JPEG - Joint Photographic Experts Group
- Сжатие JPEG и lossless JPEG
- Цветовые модели
- До 32 бит/пиксель
- Нет прозрачности
- Метаданные
- Применение:
- Фотографии для просмотра
- Цветная графика в web
- .jpg, .jfif, .jpe, .jpeg.
JPEG - Joint Photographic Experts Group
- Сжатие JPEG и lossless JPEG
- Цветовые модели
- До 32 бит/пиксель
- Нет прозрачности
- Метаданные
- Применение:
- Фотографии для просмотра
- Цветная графика в web
- .jpg, .jfif, .jpe, .jpeg.
- …лучшее сжатие и прозрачность, но отсутствие поддержки
PNG - Portable Network Graphics
- lossless Deflate
- Цветовые модели
- До 32 бит/канал
- Канал прозрачности
- Метаданные
- Служебная разметка
- Применение:
- Фотографии для просмотра
- Цветная графика в web
- .png
- … а еще есть анимация apng и mng
Цифровые негативы/сырые данные/RAW
SVG - Scalable Vector Graphics
- Основной векторный формат в web
- Поддерживает анимацию
- Отслеживает события на странице
- Открытый
- Текстовый (XML)
- Много весит (есть сжатый SVGZ – zip)
Кратко о векторах
- PS PostScript
- EPS Encapsulated PostScript
- WMF Windows Metafile
PDF - Portable Document Format
Алгоритмы и методы
- алгоритмы
- методы
- набор инструкций, который в конечное число шагов приводит к преобразованию исходного кода цифрового изображения в код меньшего объёма за счёт устранения избыточности
Кодирование
- представление информации в виде кода
- Код – это конечная последовательность битов
- Длина кода – это количество битов в нём.
Формат файла
- структура(порядок) данных, записанных в этом файле. Файл – это просто ограниченная область памяти с определенным именем и атрибутами.
Видео
- Кодеки - программа, реализующая алгоритм кодирования.
- Контейнеры - определяет структуру файла, возможные кодеки и их параметры, состав потоков и дополнительных данных, например, субтитры
- Стандарты - PAL: 50i, 25p, 50p, NTSC: 60i, 29.97p, 30p, 59.94p, 60p и т.д.
- Потоки – аудио, видео, текст
- И также форматы, алгоритмы, методы…
Сжатие
- Недеструктивное - сжатие графики без потерь (lossless)
- Деструктивное - сжатие изображений с потерями (lossy)
RLE run-length encoding
- Кодирование длин серий или кодирование повторов - алгоритм сжатия данных, заменяющий повторяющиеся символы (серии) на один символ и число его повторов
- 10 x
- Недеструктивное/lossless
- BMP, TGA, TIFF
LZW - алгоритм Лемпеля-Зива-Велча (LZ77-78)
- «abacabadabacabae»
- «0 1 0 2 5 0 3 9 8 6 4»
- «a b a c ab a d aba ca ba e»
- Не требует вычисления вероятностей встречаемости символов или кодов.
- Для декомпрессии не надо сохранять таблицу строк в файл для распаковки. Алгоритм построен таким образом, что мы в состоянии восстановить таблицу строк, пользуясь только потоком кодов.
- Данный тип компрессии не вносит искажений в исходный графический файл, и подходит для сжатия растровых данных любого типа.
- Алгоритм не проводит анализ входных данных поэтому не оптимален.
- Не более 256 значений!
- Анимация – разница с предыдущим кадром
- Этот алгоритм воспринимался как математическая абстракция до 1984
- GIF and TIFF
- Недеструктивное/lossless
FLIF (Free Lossless Image Format)
- использует арифметическое кодирование, один из алгоритмов энтропийного сжатия
- Коэффициент сжатия выше других существующих
- Недеструктивное/lossless
- достаточно низкая скорость кодирования
Цветовая субдискретизация
- технология кодирования изображений со снижением цветового разрешения, при которой частота выборки цветоразностных сигналов может быть меньше частоты выборки яркостного сигнала.
- Сжатые изображения Y'CbCr 4: 2: 2 требуют двух третей исходного 4: 4: 4 R'G'B ' .
- При этом зритель почти не видит визуальных различий.
Дискретное косинусное преобразование и дискретизация
- низкая частота – информация
- высокая частота - шум
Квантование
- деление матрицы коэффициентов на матрицу квантования (матрицу весов)
- Именно на этом этапе можно управлять степенью сжатия и определять, что именно будет сжато
Квантование
Линейный вид
- Преобразование матрицы в строку
- По диагонали, начиная с верхнего левого угла – соответствует росту частоты коэфиициентов
Алгоритм Хаффмана
- часто используемым значениям присваиваются короткие коды, а редко встречающимся – длинные
- ABBAAABA – 01100010
- ABC – 001100 (одного бита уже не хватает)
- ABC – 0100 («сжали»)
- А – 0
- B – 1
- А – 00
- B – 01
- C – 10
- А – 0
- B – 1
- C – 00
Алгоритм Хаффмана
- AAAAAABC – 000000100
- AAAAAABC – 0000001011
- AAAAAABC - 0000000000000110
- А – 0
- B – 1
- C – 00
- А – 0
- B – 10
- C – 11
- А – 00
- B – 01
- C – 10
Алгоритм Хаффмана
- Необходимо проанализировать весь документ
- Больше итераций – выше степень сжатия
Вейвлет и фрактальное сжатие
- Нет дробления на блоки (эффекта Гиббса)
- Постепенное декодирование (удобно передавать по сети)
- Наличие миниатюры изображения
- Регулируемая степень сжатия (от двух до двухсот раз)
- Артефакты на контурах объектов
- Использование в JPEG2000
Фрактальное сжатие
- Оптимален для сжатия самоподобных изображений
- Коэффициент сжатия до 20 000 раз
- Сжимает лучше обычных алгоритмов
- Крайне медленное кодирование
- Декодирует быстрее, чем JPEG
- Избегает пикселизации при маштабировании
Недостатки JPEG
- Блочная структура изображения (8*8)
- Отсутствие прозрачности
- Малый коэффициент сжатия
- Прямая последовательность кодирования
JPEG и PJPEG
JPEG и PJPEG
В 2015 году Facebook перешёл на PJPEG и трафик уменьшился на 10%. Они смогли показать изображение хорошего качества на 15% быстрее, чем раньше, оптимизировав воспринимаемое время загрузки, как показано на рисунке выше
Декодирование PJPEG медленнее, чем базового JPEG — иногда втрое медленнее
RIFF (WebP)
- Согласно данным Google , в среднем изображения WebP на 25-40% меньше, чем сопоставимые JPEG, и на 26% меньше, чем сопоставимые PNG.
- Для работы с данным форматом существует открытое программное обеспечение, в частности библиотека libvpx и конвертер webpconv.
- Прозрачность
- Анимация
- Сжатие без потерь
- Только 8 bit/канал
- YUV 4:2:0
- Предсказание блоков!
- Google Chrome
- Opera
- Firefox
- Microsoft Edge
- Android
BPG
- Поддержка в большинстве браузеров, благодаря наличию декодировщика на языке JavaScript. (Размер библиотеки 76 Кб)
- Методы кодирования основаны на подмножестве стандарта сжатия видео HEVC/H.265;
- Использование идентичных с JPEG форматов цветовой субдискретизации: оттенки серого, YCbCr 4:2:0, 4:2:2, 4:4:4, что позволяет исключить потери при преобразовании из JPEG.
- Поддержка слоя прозрачности;
- Поддержка от 8 до 14 битов на цветовой канал;
- Наличие режима сжатия без потерь.
- Поддерка анимации
- проблемы с лицензированием
- http://xooyoozoo.github.io
Итоги:
