PV156 – Digitální fotografie
Formáty souborů
Tomáš Slavíček / Vít Kovalčík
FI MU, podzim 2014
Pořízení fotografií
●
Digitální fotoaparáty
●
Skenery (příp. multifunkční zařízení)
– rozlišení DPI, ostření, časově náročné získávání snímků
(sken + retuš, ICE), cena zařízení
– Různé typy:
●
Ploché – možnost i větších formátů než kinofilm, kvalita?
●
Filmové – kvalita, cena
●
Bubnové – kvalita, cena
– Problém u kinofilmových (větší formáty, panorama?)
ICE
●
Image Correction and Enhancement
●
Použití u barevné předlohy, dva průchody (RGB a IR)
– (proč?, proč ne u čb?)
T.S.
Skenery (a multifunkční zařízení)
T.S.
Skenery (a multifunkční zařízení)
T.S.
6
Grafické soubory
●
Grafická data
– Vektorová
– Bitmapová
●
Nás zajímají bitmapy (rastry)
– Data složena z číselných hodnot specifikujících barvu
každého pixelu
●
(střední šedá [127, 127, 127])
●
Pixel = picture element, obrazový element
7
Grafické soubory
8
Barevná hloubka
1 b, černobílý
(černá a bílá)
8 b, 256 šedé 2 b, 4 barvy 3 b, 8 barev
4 b, 16 barev 6 b, 64 barev 24 b, 16 milionů barev8 b, 256 barev
T.S.
9
Barevná hloubka
●
Při manipulaci s obrazem (úprava tónů, barev) s
nízkou barevnou hloubkou může docházet (a také
dochází) k vzniku artefaktů!
10
Vytvoření digitálního snímku
Paměťové médium
11
Vytvoření digitálního snímku
●
Vytvoření JPEG
– nejvíce operací
– nejmenší velikost (MB)
●
Vytvoření TIFF
– bez komprese (v uvozovkách)
– velké soubory
– (doostření, saturace)
●
Vytvoření RAW
– bez interpolace a dalších operací
– větší soubory než JPEG,
zpravidla menší než TIFF
– nutno zpracovat na PC
Paměťové médium
12
Formáty (foto)grafických souborů
●
JPEG, TIFF, RAW (DNG), PSD (probereme je dále)
●
Snadná archivace a výměna dat, velký výběr aplikací
pro jejich zpracování.
●
Horší dodržování standardů (TIFF, PNG, JPEG 2000,
RAW – obzvlášť!).
●
Některé podléhají patentním omezením (do r. 2004
podléhal GIF).
13
Komprese (kódování)
●
Zredukování fyzické velikosti informací.
●
Co nejvíce informací na co možná nejmenší prostor.
●
Komprimátor (provádí kompresi) a dekomprimátor
(rekonstruuje pův. data).
– Možná by se dalo použít i označení kodér a dekodér.
Paměť PaměťSoubor
komprese dekomprese
14
Komprese (kódování)
●
Skoro všechny grafické formáty využívají některou
kompresní metodu.
●
Většinou se jedná o varianty:
– RLE = Run-length encoding (proudové kódování),
neztrátové
– LZW = Lempel-Ziv-Welch, neztrátové
– CCITT = varianta Huffmanova kódování, neztátové
– DCT = Diskrétní kosinová transformace, ztátová
15
Komprese (kódování)
●
Složitější formáty (TIFF) spolupracují s několika
různými kompresními algoritmy.
●
Kompresní poměr = poměr velikostí nezakódovaných
dat k zakódovaným.
16
Bezztrátová komprese
●
Redukce nadbytečných informací (redundance).
●
Komprese a dekomprese zachovává veškeré obrazové
informace.
– Nedochází ke ztrátě dat
●
Opakovaným uložením se kvalita obrazu nemění
●
RLE, LZW, Huffmanovo kódování (CCITT)
17
Ztrátová komprese
●
Některá data se odstraní
– (aby se dosáhlo lepšího kompresního poměru)
●
Redukce nejméně významné informace (irelevance).
●
Malé změny, ale pokud možno nepostřehnutelné
18
Ztrátová komprese
●
Ztrátový nerovná se nekvalitní!
– (Ale o „kvalitě” komprese se už můžeme bavit.)
●
Fotoaparáty obvykle dovolují tři stupně komprese
– (Např. Fine, Normal, Basic)
●
Při každém zpracování jsou nejméně významná data
nevratně ztracena.
●
Opakovaným uložením dochází k rychlé degradaci
obrazu
– Přestože ji okem nemusí uživatel spatřit, ale počkejte
na tisk...
– Kvalitní algoritmy dokáží chybějící informaci
zamaskovat.
19
Ztrátová komprese - ukázka
První uložení do JPG
opakované načítání
a ukládání
(kvalita 9 z 12)
Desáté uložení do JPG
Originální fotka
V.K.
20
Konverze formátů
●
Převod souboru z jednoho grafického formátu
do jiného
– kvůli dalšímu zpracování (včetně tisku)
– kvůli publikaci na webu a jinde
– ...
●
Grafické editory zvládají desítky formátů
●
Konvertory online?
– Pozor na konverzi
bez dalšího nastavení
(hlavně poměr komprese)
21
JPEG
●
JPEG = Joint Photographic Experts Group (komise pro
standardy pod ISO)
– Název označuje algoritmus, nikoliv formát dat.
– Správně by bylo JFIF (JPEG File Interchange Format, ale s
příponou .jpg a .jpeg)
●
Umožňuje komprimovat data s barevnou hloubkou
pixelu 24 bitů tedy 16 miliónů barev (rychle a
poměrně přesně).
22
JPEG
●
Ztrátová kompresní metoda.
●
Uživatelsky nastavitelná kvalita komprese (1–100,
následující slidy).
●
Kompresní poměr až 100:1, přičemž obraz je
rozpoznatelný při 20:1.
●
(Bezztrátové komprese obvykle dosahují slabšího
kompresního poměru)
23
JPEG
●
„Ztrácí” detaily, které jsou hůře viditelné pro lidské
oko.
●
S odstíny šedi zachází šetrněji než s velkými
barevnými plochami.
– (ale i s odstíny šedé se vyplatí pracovat v 16 bitech)
●
Na rozsáhlých barevných oblastech mohou vznikat
artefakty.
●
Primárně vytvořen pro fotografie
●
Kompatibilní s fotoeditory a internetovými prohlížeči.
24
JPEG ukázka
Original TIFF (ZIP), 384 kB
JPEG (0/12), 31 kBJPEG (5/12), 39 kB
JPEG (10/12), 59 kB
25
JPEG
26
JPEG
●
Ke komprimaci používá schéma založené na DCT. Ta je
vždy ztrátová, ale získáme vysoký kompresní poměr
za cenu ztráty jen velmi malého počtu (obrazových)
dat.
27
JPEG
●
Ke komprimaci používá schéma založené na DCT. Ta je
vždy ztrátová, ale získáme vysoký kompresní poměr
za cenu ztráty jen velmi malého počtu (obrazových)
dat.
28
JPEG
●
kvalita komprese a velikost souboru:
468 kB, 50 %4,8 MB, 100 % 310 kB, 20 %
T.S.
29
JPEG
●
kvalita komprese a velikost souboru:
T.S.
100 % 80 %
20 % 10 %
30
TIFF
●
Tagged Image File Format
●
Obvykle bezztrátové uložení
●
Volitelné metody komprese:
– RLE, LZW, CCITT a JPEG (ta jediná je ztrátová)
●
Schopný ukládat 24+ -bitová data, CMYK, ...
●
Stránkování, přenos více obrázků v jednom souboru.
Alfa kanál (cesty, masky).
●
Snadno rozšiřitelný (= ne vždy kompatibilní).
●
Proč se neujal pro ukládání snímků ve fotoaparátech?
31
TIFF
●
Dříve fotoaparáty ukládaly TIFF pouze
nekomprimovaně
●
Velikost souborů (stejný snímek) př.:
– TIFF = 29 MB (nekomprimovaný), 9,4 MB (LZW)
– RAW = 7,7 MB
– JPEG = 4,8 MB
●
Velké množství lokálně používaných kolekcí značek,
vzájemná nekompatibilita.
●
Ale dobrý formát pro ukládání „mezikroků” při úpravě
fotek (bezztrátovost), alternativa PSD.
32
RAW
●
Když TIFF pro přímé focení ne, pak RAW jednoznačně
ano!
33
Ukázka
●
David Kaya – úkol „RAW“, 2012, výstup z foťáku (JPG)
34
Ukázka
●
David Kaya – úkol „RAW“, 2012, upraveno z RAWu
35
RAW
●
Syrová (nevyvolaná) data produkovaná snímačem a
nastavením fotoaparátu.
– (bez dalšího zpracování – ostření, WB, ...viz již uvedené
schéma)
●
Foťák tedy nevytvoří reálný obraz, ale pouze uloží na
kartu data, která budou sloužit k jeho následnému
vytvoření
●
(fotoaparáty dovolují režimy snímání „RAW + Jpeg”,
RAW v sobě často JPEG obsahuje – NEF, pozn.: Preview
Extractor).
36
RAW
●
Ne všechny foťáky je dovolují uložit.
●
Umí ukládat polo/profesionální D-SLR a celá řada
vyšších kompaktů.
37
RAW
●
Rastrový obraz je vypočítán ve 12bitovém (14bit)
rozlišení:
– 2^36 = 68 719 476 736 barev
– (JPEG 2^24 = 16 777 216 barev)
●
Jemnější barevné přechody a více detailů.
●
Často i větší rozsah světel a stínů, protože výstupní
JPEG z foťáku je „ořezán“
38
RAW
●
Jistě, mnohé úpravy lze provést i na JPEG. Rozdíl v
úpravách nemusí být patrný na monitoru, ale při tisku
a zvětšení se už projeví.
●
Kdy tedy RAW nepoužívat?
– Nechcete-li snímky zvětšovat, retušovat, nejde o
kvalitu...
– Fotíte spoustu snímků maximální rychlostí
(sportovní fotografové)
39
RAW
●
Výhody
– Originál, který lze vyvolat pokaždé, když se objeví nová,
kvalitnější „vývojka”.
(PS CS4 vs. PS CS3)
– EV korekce, vyvážení bílé, doostření,
odstranění/potlačení vad...
●
Nevýhody
– Každý výrobce vlastní formát (navíc – co nový
fotoaparát, to často nutnost obnovit SW pro konverzi
RAW, např. Adobe Camera RAW, ale i další).
(Canon CRW, Nikon NEF, Olympus ORF, Pentax PEF...).
– Delší zpracování fotografií na PC.
40
RAW
T.S.
JPEG bez úprav JPEG z RAWu
41
RAW
T.S.
JPEG bez úprav JPEG z RAWu
42
RAW
T.S.
JPEG bez úprav JPEG z RAWu
43
RAW
T.S.
JPEG bez úprav JPEG z RAWu
44
DNG
●
Variant RAWu je obrovské množství:
– Adobe rozpoznává 75 variant během dvouleté podpory!
●
DNG = Digital Negative
– Formát pro uložení syrových dat z různých zdrojů
– Otevřená specifikace
– Nezávislý na konkrétní aplikaci nebo operačním
systému – tedy vhodný pro archivaci.
– Potřeba sjednotit syrová data.
– Formát je volně dostupný pro návrháře a vývojáře HW a
SW.
– Někteří výrobci jej do svých digitálů už dávájí
●
(např. Pentax K10D, Samsung GX-10, Leica M8 a další...).
45
DNG převodník
46
GIF
●
GIF = Graphics Interchange Format
– Komprese LZW
– možnost více předloh v jednom souboru
– maximálně 8 bitů/pixel, tedy max. 256 barev
(srov. 24bit na fotku...)
– (Spojitost odstínů lze vylepšit rozptylováním –
dithering.)
8bit, GIF 24bit, JPEG
T.S.
47
GIF
●
V digitální fotografii se dá využít k černobílým
snímkům, nemusí-li být uloženy v barevném prostoru
s vyšším rozlišením.
●
Může definovat průsvitnou vrstvu, jednoduché
cyklické animace.
●
LZW má ale problémy, když se v obraze vyskytuje
šum.
●
LZW byl patentovaný a podléhal licenčním ujednáním.
48
PNG
●
PNG = Portable Network Graphics
●
Vytvořený, aby nahradil licencovaný GIF, k výměně
obrázků po internetu, ne k profesionální práci
s grafickými soubory (nepodporuje např. CMYK).
●
Bezztrátová komprese, barevná hloubka RGB až 48
bitů, rozsah šedotónních odstínů 16 bitů.
●
Dovoluje transparentnost. Nepodporuje Exif.
49
PNG
●
„Chunks“ = shluky
●
délka dat, identifikace shluku, obrazová
data...
●
Výborný pro screenshoty
– (tedy grafiku, která obsahuje i text a velké
jednobarevné plochy)
50
PNG vs. JPEG
JPEG PNG
51
JPEG2000
●
Joint Photographic Experts Group v roce 2000 s cílem
nahradit deset let starý JPEG.
●
Používá waveletovou (vlnkovou) transformaci.
●
Lepší kvalita při vyšší kompresi (méně artefaktů než
JPEG).
52
JPEG2000
●
Uchovává obrazy větší než 4 gigapixely.
●
Umožňuje spravovat strukturovaná metadata, ale
nepodporuje Exif.
●
Vyšší výpočetní nároky na kódování, ale vysoká
efektivita.
●
Sporadické rozšíření (malá podpora aplikací, webu). :(
53
PSD
●
PSD = Photoshop Document
●
výchozí formát Adobe Photoshopu (podporuje
všechny jeho možnosti).
●
Práce ve vrstvách, barevné prostory, masky, ICC
profily, transparentnost, alfa kanál, ořezové cesty...
●
Částečná kompatibilita s dalšími aplikacemi
54
Metadata
●
Exif = Exchangeable image file format
●
Metadata („data o datech”) obsahující informace o
grafickém výstupu z digitálního fotoaparátu.
– Údaje o typu přístroje, expozici, WB, ohnisku...
– Dále lze přidávat klíčová slova, popisky, copyright, GPS...
●
K čemu je to dobré?
55
Metadata
●
Můžete je i (ne)chtěně smazat.
●
IPTC = International Press Telecommunications
Council
– Zpravodajský standard
56
EXIF
T.S.
57
Pro zajímavost: Chyby
●
Jak moc byl
poškozený soubor?
58
Chyby
●
Původní obrázek
●
Co se stane, když změníme jeden bit?
59
Chyby – RAW (CR2 - Canon)
60
Chyby – JPG
61
Chyby – PNG
62
Chyby – TIFF (LZW komprese)
63
Zdroje obrázků a tabulek
●
Zdroje obrázků a tabulek
– archiv Tomáše Slavíčka (T.S.)
– J.D. Murray, W.vanRyper : Encyklopedie grafických
formátů
– Roman Pihan : Mistrovství práce s DLSR
– www.digiarena.cz
– en.wikipedia.org
– výukové materiály prof. Ing. Ivo Serby
– archiv Víta Kovalčíka (V.K.)