Speicher- und Austauschformate in der Computergrafik. Yue Bai BTU Cottbus

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1 Speicher- und Austauschformate in der Computergrafik Yue Bai BTU Cottbus

2 Speicher- und Austauschformate Grundlegende Unterscheidung Rastergrafik Eine Rastergrafik besteht aus einer tabellenförmigen Anordnung von so genannten Pixeln(inklusiv Videodatai). Vektorgrafik Eine Vektorgrafik ist aus aus grafischen Primitiven wie Linien, Kreisen und Polygonen zusammengesetzt ist.

3 Rastergrafik Einzelpunkte in regelmaessigem Gitter (meist Recht-eckgitter), Speicherung in Form von Matrizen. Vorteil: Naehe zur Display- Hardware(CRT,LCD)

4 Vektorgrafik basiert auf "Polylinien", d.h. attributierte Geradenstücke. Vorteil: beliebig skalierbar.

5 Uebersicht von Farbspezifikation in Rastergrafik-Formaten Fotorealistische Bilder 24 Bit pro Bildpunkt( True Color genannt) Mittlere Qualitaet 8 Bit pro Bildpunkt ( Pseudo-Color genannt) Geringe Qualitaet 4 Bit pro Bildpunkt für Grauwertbilder (16Graustufen), 1 Bit pro Bildpunkt für s/w-bilder (Bitmaps).

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8 Uebersicht von Rasterbasierte Dateiformate JPEG(Joint Photographers Expert Group) PNG(Portable Network Graphics) GIF(Graphics Interchange Format) BMP(Bitmap) TIFF(Tagged Image File Format) IFF(Interchange File Format) XBM(X Bitmap) und XPM(X Pixmap) PBM(Public Bitmap) Videodateien weitere rasterbasierte Grafikformate

9 Uebersicht ueber die gebraeuchliche Kompressionsverfahren fuer Bilddaten Lauflaengencodierung(RLE:Run Length Encoding) Differenzcodierung(mit nach-traeglicher RLE) Huffman-Codierung Arithmetische Codierung LZW-Codierung(nach lempel,ziv und Welch).

10 Rasterbasierte Dateiformate(1) JPEG(Joint Photographers Expert Group) Beschraenkung auf Huffman-Codierung ASCII-Format Am weitesten verbreitete Grafikfomat fuer fotos im Web JPEG-Kompressionsverfahren 1.Verlustfreie Variante 2.Verlustbehaftete Variante

11 Verlustfreie JPEG-Kompression Differenzverfahren: die einzelnen Pixel werden aus Nachbarpixeln vorhergesagt nach 1 von 7 moeglichen Algorithmen. Auswahl des Algorithmus, welcher die beste Vorhersage liefert. Ausgabe-Datenstrom: Nummer des gewaehlten Algorithmus und Differenz zwischen Vorhersage- u. tatsaechl. Datenwert. Einsparungen bis ca. 50 %.

12 Verlustbehaftete JPEG-Kompression Verfahren in mehreren Schritten. Grundidee: spezielle Fourier-Transformation (diskrete Kosinus-Transformation), d.h. Uebersetzung der Bildinformation in den Frequenzraum. Anschliessende Quantisierung (Rundung der Fourier-Koeffizienten) Unterdrueckung der hochfrequenten (feineren) Details des Bildes. Visuelle Wahrnehmung (bes. bei Internet-Seiten) "merkt" diese Vergroeberung nicht. Kompressionsgrad (bzw. Qualitaetsgrad) kann vom Benutzer vorgegeben werden.

13 Bespiel von JPEG-Kompression

16 Bespiel von JPEG-Kompression Weiteres Beispiel

18 Rasterbasierte Dateiformate(2) PNG(Portable Network Graphics) propagiertes "Nachfolge-Format" von GIF, LZW-ähnliche Kompression, max. 48 Bit Farbtiefe. Vorteile von PNG gegenüber GIF: Gammakorrektur 2D-Interlacing (schneller als bei GIF) für progressiven Übertragungsmodus (für Bildaufbau grob fein) Einschränkung: nur single-image (keine Animationen)

19 Rasterbasierte Dateiformate(3) GIF(Graphics Interchange Format) grosse Verbreitung dank seiner Aufnahme in die HTML-Spezifikation. Binaeres Rastergrafikformat. Nachteile: nur 256 Farben darstellbar benutzt Version des LZW-Verfahrens, die zeitweise patentgeschützt war, daher zeitweilig keine Unterstützung durch freie Grafiksoftware. Es kann auch videodatei sein.

20 Rasterbasierte Dateiformate(4) BMP(Bitmap) binär codiertes Rasterdaten-Format mit Lauflängencodierung (RLE), weit verbreitet in der Windows-Welt. Nachteil: fast nur auf IBM-kompatiblen Rechnern in Gebrauch.

21 Rasterbasierte Dateiformate(5) TIFF(Tagged Image File Format) binaeres Bilddatenformat,unterstuetzt Verlustfreie und Verlustbehaftete Kompression. Vorteil:Erlaubt verschiedene Farbtiefen und Komprimierungsalgorithmen. Komplizierter, aber zugleich universeller als andere Raster- Formate. Verwendung beim Fax.

22 Rasterbasierte Dateiformate(6) IFF(Interchange File Format) Aufbau: Einteilung in einzelne chunks, welche die Daten beinhalten. Vorteil: Einbeziehung von Multimedia-Daten möglich (Video, Audio, MIDI). Verwandtes Format: RIFF (Resource Interchange File Format) von Microsoft. Datei-Endung von IFF:LBM

23 Rasterbasierte Dateiformate(7) XBM(X Bitmap) und XPM(X Pixmap) Grafikdatenformate aus dem unter Unix verbreiteten Fenstersystem X11. Verwendung vor allem für Cursor- und Icon- Bitmaps. Aufbau: C-Quellcode (Konstantendefinitionen und Deklarationen).

24 Rasterbasierte Dateiformate(8) PBM(Public Bitmap) ASCII-Format. Keine Datenkompression, sehr grosse Dateien. Auf allen Systemen kostenlos erhaeltlich. 3 Varianten: PBM: Bitmap fuer s/w-bilder PGM: Graymap fuer Graustufenbilder PPM: Pixmap (full color) fuer True Color (24 Bit Farbtiefe). Fuer jedes der 3 Grundformate gibt es auch die Moeglichkeit der binaeren Codierung.

25 Rasterbasierte Dateiformate(9) Videodatei Die Videotechnik zählt die rein digitale Verarbeitung optischer Signal. Neuerdings werden zunehmend magneto-optische Verfahren zusammen mit digitaler Kompression eingesetzt(mpeg-technologie). Sie zeichnet sich größere Kompatibilität im PC-Bereich aus, sowie durch leichtere und umfangreichere Bearbeitungsmöglichkeiten.

26 Beispiel von Videodateien 1. AVI Es ist ein von Microsoft definiertes Video-Containerformat. In einer AVI-Datei können mehrere Video-, Audio-, MIDI- und Textdatenströme vorhanden sein. Diese können mit verschiedenen Verfahren kodiert sein (auch Containerformat). 2. MPEG MPEG-2 ist ein generischer MPEG-Standard zur Videodekodierung mit Videokompression und Audiokodierung mit Audiokompressio. Es wird ein Datenformat und ein Dekodierungsverfahren festgelegt, ohne Parameter festzulegen, die die Qualität bestimmen.

27 Rasterbasierte Dateiformate(10) Es gibt weitere rasterbasierte Grafikformate, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll: PSD (Adobe Photoshop Format) RAS (Sun Raster-Format) RGB (SGI Bilddatenformat) MAC (Mac-Paint-Format von Apple) PCX (ZSoft; alter PC-Standard für Paintbrush-Software) MSP (Format von Microsoft Paint, nicht mehr unterstützt) IMG (unter GEM) WPG (Word Perfect Graphics Format)...

28 Uebersicht von Vektorbasierte Dateiformate VRML(Virtual Reality Modeling Language) PDF(Portable Document Format ) PostScript DXF(Drawing Exchange Format) CGM(Computer Graphics Metafile) W MF(W indows Metafile Format) HPGL(Hewlett Packard Graphics Language) SVG(Scalable Vector Graphics) Altere Formate(nicht erklaeren): STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data) IGES(Initial Graphics Exchange Standard) Lotus-PIC

29 Vektorbasierte Dateiformate(1) VRML(Virtual Reality Modeling Language) Sprache zur Beschreibung von 3D-Objekten und -Szenen. Eroeffnet Interaktionsmoeglichkeiten u. Einbindung von Videos, Bilddaten, Klaengen (Multimedialitaet). ASCII-Dateien; plattformunabhaengig und internetfaehig (VRML-Browser als Plugins fuer Web-Browser).

30 Vektorbasierte Dateiformate(1) Noch etwas ueber VRML Extensible 3D, ist eine 3D- Modellierungssprache, die in der Syntax auf XML (XML-Encoding, Datei-Endung.x3d) oder auf VRML (Classic-Encoding, Datei- Endung.x3dv) aufbauen kann. X3D bildet den offiziellen Nachfolger des VRML-Standards und ist seit Dezember 2004 als ISO-Standard spezifiziert.

31 Vektorbasierte Dateiformate(2) PDF(Portable Document Format) Das Portable Document Format (PDF) ist ein plattformübergreifendes Dateifomat für Dokumente. Es ist ein kommerzielles, aber offengelegtes Dateiformat, das im PDF Reference Manual von Adobe dokumentiert ist. Bestimmte Methoden beim Umgang mit PDF sind zur Erleichterung des Datenaustausches in der Druckvorstufe (als PDF/X) und zur Langzeitarchivierung von PDF-Dateien (als PDF/A) von der ISO genormt worden.

32 Vektorbasierte Dateiformate(3) PostScript Seitenbeschreibungssprache mit voller Mächtigkeit einer universellen Programmiersprache erlaubt auch Einbeziehung von Rasterdaten

33 Vektorbasierte Dateiformate(4) DXF(Drawing Exchange Format) DXF ist ein Dateiformat zum CAD-Datenaustausch und wurde für das CAD-Programm AutoCAD entwickelt. Eine DXF-Datei beschreibt ein CAD-Model als Text nach dem Standard ASCII. In der Anfangszeit wurden noch Binaerdateien verwendet.

34 Vektorbasierte Dateiformate(5) CGM(Computer Graphics Metafile) entstanden in Anlehnung an das Grafische Kernsystem GKS. ASCII-Dateien (aber auch Binaercodierung moeglich).

35 Vektorbasierte Dateiformate(6) WMF(Windows Metafile Format) Grafikformat von MS-Windows; Binaerdateiformat; enthaelt Folge von Funktionsaufrufen fuer das Graphics Device Interface (GDI) von Windows.

36 Vektorbasierte Dateiformate(7) HPGL(Hewlett Packard Graphics Language) Grafik-Sprache für Stiftplotter, max. 8 Stifte (d.h. 3 Bit Farbtiefe), ASCII-Dateien (einzeilig). Die meisten CAD-Programm unterstützen den Export im HP-GL-Format.

37 Vektorbasierte Dateiformate(8) SVG(Scalable Vector Graphics) SVG ist ein Standard zur Beschreibung. zweidimensionaler Vektorgrafiken in der XML-Syntax. viele aktuelle Webbrowser können von Haus aus einen Großteil des Sprachumfangs darstellen, wie z. B. Mozilla Firefox oder Opera. Der verbreitete Internet Explorer benötigt zur Darstellung jedoch noch ein Plug-In, wie z. B. den SVG-Viewer von Adobe.

38 Literatur Taschenbuch Multimedia Autor:Peter.A.Henning ISBN: Computer Graphics,Principles and Practice Autor:Foley,Van Dam,Feiner,Hughes,Addison-Wesley ISBN: July,1997 Computer Grafik Skript(Prof.Dr.W.Kurth) Alle Bilde kommen aus Computer Grafik Skript(Prof.Dr.W.Kurth)

39 Ende Danke!!!