Konverze grafických rastrových formátů

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ OBOR GEODÉZIE A KARTOGRAFIE KATEDRA MAPOVÁNÍ A KARTOGRAFIE Konverze grafických rastrových formátů semestrální práce Jakub Hořejší Ondřej Šalanda V Praze dne Kartografická polygrafie a reprografie

2 Úvod Práce Konverze grafických rastrových formátů se skládá ze dvou částí. V první části je přehled nejčastěji používaných grafických formátů. V druhé části práce je porovnání zpracování snímků v jednotlivých formátech v různých grafických editorech. Všechny obrázky jsou obsahem webové prezentace práce. V této textové práci většina obrázků uvedena není, a to hned ze dvou důvodů - jednak systém Latex, ve kterém musela být práce zpracována, nepodporuje formáty TIFF, GIF a BMP, což bylo zjištěno až v průběhu tvorby práce, a dále se v práci obrázky porovnávají na výstupním zařízení LCD, proto jejich prezentace tiskovou formou ztrácí smysl. Výsledky byly porovnávány na LCD displeji o rozlišení 1280 x 800 pixelů s 32 bitovými barvami v režimu full-screen. Při použití jiného výstupního zařízení nebo při tisku obrázků se výsledky mohou lišit od této práce. 1 Grafické rastrové formáty Grafických formátů pro rastrovou grafiky je celá řada. Pro potřeby práce bylo vybráno 5 formátů - JPEG, TIFF, BMP, PNG a GIF. Zde je stručný přehled formátů s jejich základními vlastnostmi. 1.1 JPEG Formát JPEG (Joint Photographic Experts Group) používá ztrátovou kompresi, při které dochází ke ztrátě okem nepostřehnutelných detailů (záleží samozřejmě na stupni komprese). Používá se především pro digitální fotografie, ať již pro ukládání ze senzorů digitálních fotoaparátů, tak pro jejich prezentaci např. na internetu. Není vhodný pro ukládání obrázků s ostrými přechody (např. mapy nebo text), protože dochází ke zkreslení těchto hran. 1.2 TIFF TIFF (Tagged Image File Format) byl původně vyvinut výrobci scannerů. Jeho výhoda je podpora vícestránkových souborů, proto byl používán kromě ukládání dat ze scannerů též pro příjem vícestránkových faxů. Podporuje ztrátové i bezeztrátové komprese, lze ho použít i nekomprimovaný, proto je vhodný pro přípravu souborů k tisku. 1.3 BMP BMP (Windows Bitmap) je nekomprimovaný formát vyvinutý pro potřeby aplikací firem IBM a Microsoft. Jeho velká výhoda je jednoduchost a dobrá dokumentovatelnost. Nevýhoda je velký objem dat oproti jiným formátům. 1.4 GIF GIF (Graphics Interchange Format) používá bezeztrátovou kompresi, proto je vhodný pro obrázky, kde se vyskytují ostré přechody mezi barvami (např. text). Má jedno velké omezení - dokáže použít jen 256 barev, proto se nehodí pro ukládání složitých obrázků, 1

3 jako jsou třeba digitální fotografie. Naopak výhodou je schopnost zpracovat průhlednost a vrstvy, proto se používá pro animované obrázky, kdy jednotlivé kroky animace jsou uloženy ve vrstvách a pomocí časování vzniká animace. 1.5 PNG PNG (Portable Network Graphics) je formát vyvinutý jako dokonalejší náhrada formátu GIF, který byl chráněn patenty. Dokáže zpracovat 24 bitové barvy, takže mizí omezení formátu GIF, naopak nedokáže zpracovat animace. Schopnost zpracovat průhlednost zůstala. 2 Konverze formátů Pro porovnání byly použity 3 různé obrázky - fotografie, barevný přechod mezi barvami a černá křivka a text na bílém pozadí. Porovnávána byla kvalita konverze (myšleno věrnost ukládaného obrázku s předlohou) a dále velikost souboru. 2.1 Digitální fotografie Jako výchozí byla použita fotografie ve formátu JPEG v rozlišení 3,9 Mpix a ta byla zapsána do ostatních zkoumaných formátů. Ke konverzi byl použit program XnView Obr. 1: Původní obrázek ve formátu JPEG Při převedení do formátu GIF a PNG došlo ke ztrátě barevné informace na bílých plochách ve vrchní části snímku, ovšem na jiných místech není pozorovatelný zřejmý rozdíl mezi původní předlohou a snímky po konverzi. U formátů TIFF a BMP nebyl pozorován žádný rozdíl. Fotografie byla dále opět uložena do formátu JPEG s nastavením kvality na 50 % a s výsledkem byl proces ještě jednou zopakován. Při prvním uložením nebyly znatelné rozdíly oproti původní předloze. Při druhém uložení již byly znatelné artefakty způsobené ztrátovou kompresí. Snímek byl dále uložen z originálu do formátu JPEG s kvalitou 10 %. 2

4 Na výsledku již byla patrná značná ztráta kvality zejména v místech s prudkým barevným přechodem. Následující tabulka obsahuje velikost souboru v jednotlivých formátech: Formát původní JPEG BMP GIF Velikost 803 kb kb 2422 kb 1. JPEG 50 % 406 kb 2. JPEG 50 % 225 kb JPEG 10 % PNG TIFF nekomprimovaný TIFF komprimovaný metodou LZW TIFF komprimovaný metodou ZIP 170 kb 2094 kb kb kb 8869 kb Tab. 1: Porovnání velikosti souborů digitální fotografie Z tohoto lze usoudit, že pro fotografie je nejvhodnější formát TIFF a JPEG (u kterého je nutno najít vhodný poměr mezi kvalitou a velikostí snímku), což ovšem není žádné nové zjištění, protože tyto formáty se pro fotografie používají běžně. Pro fotografie zásadně nelze doporučit formát GIF a PNG. Z hlediska velikosti souboru je jednoznačně lepší JPEG, který při rozumné kompresi má několikanásobně menší velikost za cenu ztráty okem nepostřehnutelných detailů oproti formátu TIFF. Dále lze doporučit jakékoliv úpravy snímku dělat vždy z originálního souboru. Při úpravě snímku, jeho uložení, následné úpravě a dalším uložení je snímek komprimován vlastně dvakrát, což při použití ztrátové komprese vede k větší ztrátě informací než při práci s původním souborem. 2.2 Plynulý barevný přechod V systému GIMP byl vytořen plynulý barevný přechod mezi modrou a žlutou barvou o rozlišení 0,5 Mpix a ten byl následně uložen do formátu TIFF a konvertován do ostatních zkoumaných formátů. Formát JPEG byl uložen s kvalitou 100 %, 2x s kompresí 50 % a s kompresí 10 %. Formát PNG byl uložen s kvalitou 9, kvalitou 5 a kvalitou 1. Obr. 2: Vytvořený barevný přechod 3

5 Na výsledcích bylo znát malé rozlišení obrázku, což se projevilo u komprimovaného JPEGu. U druhé komprese na 50 % a komprese na 10 % vznikly vlivem ztrátové komprese velké artefakty. U ostatních formátů nebyly pozorovány změny oproti původní předloze. Rozdíl nebyl pozorován ani mezi formáty PNG s různě nastavenou kvalitou (stupeň 1, 5 a 9). U velikostí souborů je zajímavá zejména skutečnost, že soubor TIFF komprimovaný metodou LZW má větší velikost, než nekomprimovaný TIFF. Důvod se nepodařil zjistit. Obr. 3: Artefakty vzniklé u formátu JPEG s kompresí 10 % Formát Velikost původní nekomprimovaný TIFF 1514 kb BMP 1514 kb GIF 201 kb JPEG 100 % 123 kb 1. JPEG 50 % 5 kb 2. JPEG 50 % 5 kb JPEG 10 % 4 kb PNG kv kb PNG kv kb PNG kv kb TIFF komprimovaný metodou LZW 282 kb TIFF komprimovaný metodou Packbits 1525 kb Tab. 2: Porovnání velikosti souborů plynulého barevného přechodu 2.3 Křivka V systému GIMP byla vytvořena černá křivka a černý text na bílém pozadí, což má představovat ostrý barevný přechod. Obrázek byl uložena do formátu TIFF a následně konvertován do ostatních formátů stejně jako v případě plynulého barevného přechodu. Výsledek byl obdobný jako v předcházejícím případě. U komprimovaných JPEGů byly vytvořeny artefakty, které se zde projevují jako rozmazání ostrých hran. U ostatních formátů nebyl pozorován rozdíl od původního obrázku TIFF. Formáty TIFF a BMP mají opět několikanásobně větší velikost než ostatní formáty. 4

6 Obr. 4: Vytvořený obrázek Obr. 5: Artefakty (rozmazání) vzniklé u formátu JPEG s kompresí 10 % Pro obrázky podobného typu jako je zkoumaný lze vřele doporučit formáty GIF a PNG z důvodu velikosti souboru při zachování kvality. Formát původní nekomprimovaný TIFF BMP GIF JPEG 100 % Velikost 626 kb 626 kb 5 kb 43 kb 1. JPEG 50 % 18 kb 2. JPEG 50 % 18 kb JPEG 10 % PNG kv. 1 PNG kv. 5 PNG kv. 9 TIFF komprimovaný metodou LZW TIFF komprimovaný metodou Packbits 8 kb 11 kb 7 kb 5 kb 282 kb 101 kb Tab. 3: Porovnání velikosti souborů ostrého barevného přechodu 5

7 Závěr V práci bylo provedeno srovnání různých formátů z hlediska kvality obrazu a velikosti souborů. Pro digitální fotografie lze doporučit především formát JPEG s přiměřeně nastavenou kompresí, v případě, že požadujeme bezeztrátovou kompresi, která umožňuje úplnou obnovu původních dat, pak formát TIFF. Při používání formátu JPEG je nutno se vyvarovat příliš velké komprese dat, kdy se v mnoha případech obrázky stanou nečitelnými. Pro ukládání jednoduché grafiky složené z malého počtu barev lze doporučit formáty GIF a PNG. Z hlediska velikosti dat jsou nejméně úsporně formáty TIFF a BMP, nejlépe na tom jsou formáty GIF, PNG a JPEG s vysokou kompresí, což ovšem nelze doporučit, jak již je řečeno výše. Rozdíl mezi zobrazením jednotlivých formátů si lze prohlédnout na webové prezentaci této práce. Literatura [1] INTERNET INFO. Root.cz [online]. c [cit ]. Dostupný z WWW: < 6