Шпоры по компьютерной графике1 / КГ(16-44)

33. Кодирование CCITT или код-е по алг Хаффмена. Этот алг разрабатыв-ся для факсимальной передачи изображений по телеф каналам и сетям передачи данных. Работает с однобитными изображениями, сохраненными в цветовой модели Bitmap. Он настраивался для кодирования каждого растра оптимальным образом. Удаляются повторяющиеся элементы, устанавливается постраничный порядок загрузки страниц через web, с приоритетом сначала для текста, потом графика, наконец шрифты. Если повторяющихся элементов нет, файл, после оптимизации, как правило, несколько увеличивается.

В этом алг исп-ся таблица кодовых значений, кот были выбрали заранее для представления документов. Степень сжатия 5:1и 8:1. Кодировщик определяет длину пиксельной группы в строке развертки и вводит двоичн слово., представл длину и цвет группы. Кодовые слова берутся из предопределен табл значений представляющ группы белых и черных пикселей. Размер кодового слова определяется на основе статич усредненной частоты появления группы. Длине групп встречающ более часто присваивается меньшее кодов слово, чем дл групп, появл менее часто.

По алг Хаффмана, сжимая файл, необх прочитать его и посчитать ско-ко раз встечается каждый символ из набора ASCI кодов. После подсчета частоты вхождения кажд символа формир-ся бинарное дерево. Кодирование файла всегда начинается с корня, кажд лев поворот-0, кажд прав-1. Метод Х базируется на частоте повторения величин, чем чаще встреч велич тем короче будет заменяющ ее код.

34. Сжатие с потерями JPEG. Группа сформирована в 1982 JPEG – это целый набор методов сжатия, сопровождается потерями, основанный на разнице между пикселами. В процессе кодирования отбрасывается та инф, отсутствие кот трудно заметить визуально. Основан алгоритм на особенностях восприятия человеческим глазом различных цветов, и достаточно громоздок с вычислительной точки зрения, так как занимает много процессорного времени. JPEG- схема спец разрабатывалась для сжатия цветных и полутоновых графич изображений, телевиз-х заставок и др.также исп-ся для сжатия видео изображ внутри стандарта MPEG. Степень сж-25:1, 20:1 без изменений качества. Можно отрегулировать качество исползуя q-фактор, изменяющ-ся в пределах от 1 до 100.при 100- наилучшее качество при большом размере. JPEG основан на на схеме кодирования кот основана на дискретных косинус-преобразованиях. JPEG эффективен только при сжатии многоцветных изобр., в кот значения м-у соседними пикселами незначительны. Пикс глубина д.б. более 5 битов на цветной канал. Не желательно сохранять с JPEG-сжатием любые изображения, где важны все ньюансы цветопередачи (репродукции), так как во время сжатия происходит отбрасывание цветовой информации. Этот метод сжатия графических данных используется в файлах формата PDF, PostScript, собственно, JPEG и других. Главным недостатком компрессии с частичной потерей качества, является то, что эти потери, выражающиеся в искажении цветового тона или появлении характерной кубической структуры в контрастных участках изображения (так называемые артефакты) возникают каждый раз при сохранении изображения, и накладываются друг на друга при многократном сохранении файла в этом формате.

35. Этапы сжатия JPEG. Сначала графические данные конвертируются в цветовое пространство типа LAB (цвет в трех каналах: один канал выделен для значений яркости (L - Lightnes) и два других для цветовой информации (А и В). Цветовые каналы соответствуют шкале. Канал А представляет непрерывный спектр от зеленого к красному, в то время как канал В - от синего к желтому. Средние значения для А и В соответствуют реальным оттенкам серого).

Затем, изображение разбивается на блоки 8х8 пикселов (64 в блоке). Для каждого блока формируется набор чисел. Первые несколько чисел представляют цвет блока в целом, в то время, как последующие числа отражают тонкие делали. Спектр деталей базируется на зрительном восприятии человека, поэтому крупные детали более заметны.

Далее, цвет пикселов кодируется по RLE или LZW – алгоритму ( исключается дублирующая и избыточная информация), причем при описании цвета большее внимание уделяется скорее яркостной, чем цветовой составляющей, так как человеческий глаз воспринимает больше изменения яркости, чем конкретного цветового тона. В результате уменьшаем размер в 10-ки раз.

На следующем этапе, в зависимости от выбранного уровня качества, отбрасывается определенная часть чисел, представляющих тонкие детали. На последнем этапе используется кодирование методом Хафмана для более эффективного сжатия конечных данных (Метод сжатия Хаффмана: берется набор символов, который анализируется, чтобы определить частоту каждого символа. Затем для наиболее часто встречающихся символов используется представление в виде минимально возможного количества битов).ъ

Восстановление данных происходит в обратном порядке.

36. Фрактальное сжатие. Фрактал –структура, которая состоит из подобных форм и рисунков, описывается математически и создаются с помощью простых алгоритмов. Делается копия участка изобр-я и идет поиск подобных ему(применяется масштабирование и поворот), если подобные участки есть, создается мат описание данной копии. Обработав так всю поверхность, получим фрактальные коды –систему мат-х уравнений. Сильная степень сжатия(пара Мбайт в пару кбайт), архивация кодирование часов, декодир-е секунды. Производится миллионы и миллиарды итераций. Возможно масштабирования фрактального изображения. Фр.сжатие сопровождается потерями, нет абс.точного поиска соответствия фракталов. Изменяя параметры сжатия можем добиться , чтобы визуально изображение не имело потерь. Применяется в базах данных изображений. Фр.пакеты: Fractint, FractalTransform.

37. Сжатие MPEG. Применяются при обработке видео данных. Это метод асиммитричного сжатия. Процесс сжатия более сложен, чем распаковка. Применяется 2 вида сжатия:1) Внутрикадровое кодирование ; 2)межкадровое кодирование.

Межкадровое кодирование - основано на кодирование с предсказаниями и интерполятивном кодировании. Кадры, идущие друг за другом, содержат множество идентичных данных, поэтому кодируют лишь изменения в них, в результате на много увеличивается степень сжатия, поскольку кодируется мало информации – кодирование с предсказателями.

Межкадровое кодирование ещё уменьшает размер данных, если применить двунаправленные предсказания позволят поддержать текущий кадр, на основе различий между ним, предыдущим и следующим кадрами видео данных – интерполятивное код.-е. Для поддержки межкадрового и внутрикадрового код.-я поток данных содержит 3 типа закодированных данных: I- кадры, B-кадры и P-кадры.

I-кадры –внутрикадровое кодирование. В него записан один кадр видео данных, который не связан с информацией любого другого кадра. Каждый поток данных начинается с i-кадра.

P-кадр – различие между текущим и представлен i- или p-кадром.

B- кадр- состоит из различий между текущим кадром и двумя предыдущим и последним i- или p-кадрами.

Между каждым i- кадром распологается 12 в-кадров и p-кадров. Данные декодируются не в том порядке, в котором они распологаются в потоке, т.к. в-кадры связаны с 2 справками i- и p-кадрами, справ-е кадры должны декодироваться раньше, чем в-кадры.

Первым декодируется i-кадр, потом p-кадр, только потом в-кадры IP BB PBB PBB-декодирование I-в- и p-кадры сжимаются с прим-м метода сжатия , но в межкадровом код-ии для p-и в-кадром уменьшается также и врем-я изб-ть. На практике размер i-кадра=150кбит, p-кадра=50кбит и в-кадра=20кбит. I- кадры очень похожи на стат-е изображение jpeg. Кодирование с использованием номер внутрикадрового кодирования выполняется гораздо быстрее, чем кодирование межкадрового кодирования.

38. Внутрикадровое кодирование MPEG. Кадры кодированных в 3 типа : I- кадры, B-кадры и P-кадры. I-кадры –внутрикадровое кодирование. В него записан один кадр видео данных, который не связан с информацией любого другого кадра. Каждый поток данных начинается с i-кадра. Занимает 150 кбит. I- кадры очень похожи на статические изображения jpeg.

P-кадр – различие между текущим и представлен i- или p-кадром.

B- кадр- состоит из различий между текущим кадром и двумя предыдущим и последним i- или p-кадрами.

39. Межкадровое кодирование MPEG. Межкадровое кодирование- основано на кодирование с предсказаниями и интерполятивном кодировании. Кадры, идущие друг за другом, содержат множество идентичных данных, поэтому кодируют лишь изменения в них, в результате на много увеличивается степень сжатия, поскольку кодируется мало информации – кодирование с предсказателями.

40. Сравнительный анализ MPEG стандартов. MPEG1. Появился в 1992г. Был рассчитан на передачу видео по низкоскоростным сетям и на запись на КД со скоростью 150 кбит/сек. Разрешающая способность картинки снижена по сравнению с разверткой вещательного телевидения (720*576) в 2 раза по обеим осям, т.е. 288 строк и 360 отсчётов по оси Х в каждом кадре. Super visioCD. Был разработан для устранения местного эффекта, в котором была добавлена поддержка многонационального звука, было повышено разрешение и снижена степень сжатия.

MPEG2. Появился в 1995г. Он не являлся революционным форматом, это эволюционная доработка MPEG1 под новые возможности. Он предназначен для обработки видео изображения, соизмеримого по качеству с телевизором при пропускной способности каналов от 3 до 15 Мбит/сек. Спутниковое телевидение построено на MPEG2.

В 1995 появился DVD=Digital Video Disk. В простейшем виде имеет емкость 4,7Гбайт.

Основные отличия MPEG1и 2.

Усоверш-ния коснулись всех этапов упаковки файлов. 1.После разбивки видео на кадры и группы кодер теперь анализирует содержание очередного кадра на предмет повторившихся данных. Составляется список оригинальных участков и таблицы повторившихся участков. Оригиналы сохраняются, копии удаляются. Таблицы повторившихся участков пользователем при декодировании. 2. При внутрикадровом сжатии вместо линейного преобразования Фурье применено нелинейное преобразование. 3.Оптимизируется алгоритм предсказания движения. 4.В MPEG2 в процессе кодирования можно задать частные коэффициенты матрицы квантования. Точность квантования: от 8 до 11 бит на одно значение элемента. Стандарт MPEG2 имеет возможность гибкой настройки качества изображения в зависимости от пропускной способности сети или емкости носителя. 5.В части аудио добавлена поддержка многоканального звука Dolby Digital 5.1

MPEG3. Он разрабатывается для пользователя в системах телевидения высокой чёткости НДТV со скоростью потока Д. от 20 до 40 Мбит/сек. MPEG3. стал составной частью MPEG2 и отдельно не упоминается.

MPEG4. Появился в конце 1999г. Этот стандарт задает принципы работы с цифровым представлением media-D(контекстом) для 3 областей: а) мультимедиа данных; б)графических приложений; в)цифрового TV; В нем определён двоичный язык для описания классов, объектов и сцен(BJFS)=(расширенный С++).

Помимо работы с аудио и видео-данными стандарт позволяет работать с естественными и синтезированными 2D и 3D объектами, производить привязку их взаимного расположения и синхронизацию их относительно друг друга.

Картинка разделяется на составные элементы, т.е. меди- объекты. Описывается структура этих объектов, их взаимосвязи для того, чтобы собрать их в единую видео- звуковую сцену. Результирующая сцена составляется из объектов, объединенных в иерархическую структуру: 1.неподвижная картинка например фон.

2.видеобъект, например, говорящий человек.

3.аудиобъект, например, голос этого человека.

4.текст, связывающий с данной сценой.

5.синтетические объекты (их не было изначально).

6.текст, из которого в конце синтезируется голос для синтетического объекта. Такой способ представления должен позволять перемещать и помещать объекты в любое место сцены, трансформировать объекты, собирать из отдельных объектов составной объект и производить над ним какие-либо операции, а также менять точку наблюдения за всей сценой.

Алгоритм компрессии видео работ также как и в предыдущих стандартах. Отличие только в следующем: 1.кадр не делится на квадратные блоки, кодер оперирует целыми объектами произвольной формы в зависимости от содержимого; 2.применён интеллектуальный способ расстановки ключевых (i) кадров. Ключевые кадры не расставляются с заданной регулярностью, а выделяются кодером только в момент смены сюжета. Эффективность компрессии возросла в несколько раз и теперь фильм длится 1,5-2 часа умещается на КД.

Div.X- кодер позволяет настраивать качество, длительность и другие характеристики, компрессировать видео -поток в соответствии со стандартом MPEG4.

MPEG7. Был выпущен в конце 2001г. Он обеспечивает формализацию и стандартизацию описания различных типов мультимедийной информации, чтобы гарантировать эффективный и быстрый поиск. Официально этот стандарт называется MCDI(интерфейс описания мультимедийных Д.). В нем определён стандартный набор дескрипторов для различных типов мультимедиа информации. Здесь же стандартизуется способ определения дескрипторов и их взаимосвязи. Основная цель: поиск информации специальными машинами. Задав эскиз получаем набор рисунков, содержащих этот объект, задав объект и его движение получаем видео и анимационных роликов, задав голос получаем певца и набор его песен.

41. Програмы растовых изображений. Программа VECTORY предназначена для обработки черно-белых (бинарных) растровых изображений, полученных в результате сканирования любых графических материалов: чертежей, карт, схем, набросков и т.п.

Adobe Photoshop позволяет сжимать растровые данные с помощью алгоритма JPEG. Adobe доработала этот способ сжатия. Внутренний формат позволяет записывать изображение со многими слоями, их масками, дополнительными Альфа-каналами и каналами простых цветов, контурами и другой информацией - все, что может сделать Photoshop. В версии 3.0 появляются слои, контуры и RLE-компрессия, в 4-й версии алгоритм улучшается, файлы становятся еще меньше. В версии 5 реализован принципиально иной подход к управлению цветом- была внедрена архитектура управления цветом, появились новые эффекты со слоями, текстом, а так же возможность создавть дополнительные каналы для простых цветов, профили. Однослойный Photoshop Document понимают ряд программ, многослойные могут импортировать например, в Corel PHOTO-PAINT.

CorelDRAW 10 предоставляет средства для работы с растровой графикой. Они заключаются, главным образом, в возможности накладывать на изображения фильтры и маски, изменять цветовую модель и разрешение, а также вращать и масштабировать изображение. Для более сложной обработки растровых изображений используется программа Corel PHOTO-PAINT.

По своим возможностям Corel PHOTO-PAINT 10 конкурирует, а порой и превосходит Adobe Photoshop. Система манипулирования деталями изображения в виде "объектов" напоминает систему "слоев" в Adobe Photoshop и позволяет обрабатывать нужную часть изображения, не затрагивая остальную. С помощью масок, как и в Photoshop, изменяется прозрачность отдельных частей.

42. Программы векторных изображений. CorelDRAW 8-ю и 9-ю версии CorelDRAW можно без натяжек назвать профессинальными. В файлах этих версий применяется компрессия для векторов и растра отдельно, могут внедряться шрифты, файлы CorelDRAW имеют огромное рабочее поле 45х45 метров (используют для наружней рекламы); начиная с 4-й версии поддерживается многостраничность, начиная с 7-й - технология OPI (Open Prepress Interface - технология, позволяющая импортировать не оригинальные файлы, а их образы, создавая в программе лишь копию низкого разрешения (эскиз) и ссылку на оригинал. В процессе печати на принтер, эскизы подменяются на оригинальные файлы. Применение OPI экономит ресурсы компьютера (память). CorelDRAW 10 - мощнейшее средство для создания и обработки двумерной векторной графики

43. AutoCAD.  Автокад - основа реализации высокоэффективных технологий в проектировании, позволяющих получать идеальный результат с меньшими затратами. Функциональные возможности Автокада, открытая архитектура, широкие возможности по программированию, связь с базами данных, большой выбор совместимых периферийных графических устройств, наличие сотен постоянно развивающихся прикладных программ на его базе сделали Автокад мировым промышленным стандартом во всех областях автоматизации проектирования.

44. Программы морфирования изображений. Морфинг - это плавное "превращение" одного изображения в другое, во время которого конкретный элемент первого изобра­жения "перетекает" в элемент второго изображения. Hапример, при морфировании одного автомобиля в другой, колесо первого превра­щается в колесо второго. Компьютер не может выполнить морфинг двух изображений самостоятельно - сначала художнику требуется задать соответствие элементов первого изображения элементам второго а также другие параметры, пользуясь специальным редак­тором. Способ задания соответствия зависит от редактора - это могут быть точки, линии, полигоны. Программы типа Elastic Reality или PhotoMorph, представлялась возможность выработать нехитрую технику выделения и сопоставления контрастных элементов на изображениях человеческих лиц, костюмов, автомобильных кузовов и т. п. Пользователь задает вектора (начала которых находятся в якорных точках исходного изображения, а концы -- в якорных точках конечного), это позволяет построить векторное поле, оно используется для трансформации изображений при просчете промежуточных фаз морфирования.