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画像データの形式

by 菊地時夫 last modified 2007-04-18 10:47

画像データの形式

画像データ

  • 最小で2次元データ
  • 並べ方
  • 矩形領域 起点左上(数学のグラフでは左下)
  • 左から右 -> 上から下 (領域は有限)

幅N 高さM の画像

  •       0,         1, ...   N-1,
          N,       N+1, ... 2*N-1,
        2*N,     2*N+1, ... 3*N-1,
    ...
    (M-1)*N, (M-1)*N+1, ... M*N-1
    
  • 画像の点 ... pixel (画素)

pixel に入るのは

  • True/False あり/なし 1/0 白/黒 ... 1bit
  • 0:max ... max は 255 が多い (8bit)
  • RGB 赤緑青 3原色それぞれ 0:max (24bit)
  • color palette ... max 256 colors

PBM/PGM/PPM

  • Portable {Bit/Gray/Pix}Map ... 可搬性
  • 形式
    • マジックナンバー
      • P1 ... bitmap (ASCII)
      • P2 ... graymap (ASCII)
      • P3 ... pixmap (ASCII) カラー
      • P4 ... bitmap (Binary)
      • P5 ... graymap (Binary)
      • P6 ... pixmap (Binary) カラー

PBM/PGM/PPM

  • 形式(続き)
    • # で始まるコメント(optional)
    • 幅 高さ (ASCII)
    • 最大値 (gray,pix) (ASCII)
    • データ (ASCII or Binary)

PBM (ASCII) の例

  • P1
    # feep.pbm
    24 7
    0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0
    0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0
    0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0
    0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
    0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0
    0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    
  • 10倍に拡大

PGM (ASCII) の例

  • P2
    # feep.pgm
    24 7
    15
    0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    0  3  3  3  3  0  0  7  7  7  7  0  0 11 11 11 11  0  0 15 15 15 15  0
    0  3  0  0  0  0  0  7  0  0  0  0  0 11  0  0  0  0  0 15  0  0 15  0
    0  3  3  3  0  0  0  7  7  7  0  0  0 11 11 11  0  0  0 15 15 15 15  0
    0  3  0  0  0  0  0  7  0  0  0  0  0 11  0  0  0  0  0 15  0  0  0  0
    0  3  0  0  0  0  0  7  7  7  7  0  0 11 11 11 11  0  0 15  0  0  0  0
    0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    
  • 10倍に拡大

PPM (ASCII) の例

  • P3
    # feep.ppm
    4 4
    15
     0  0  0    0  0  0    0  0  0   15  0 15
     0  0  0    0 15  7    0  0  0    0  0  0
     0  0  0    0  0  0    0 15  7    0  0  0
    15  0 15    0  0  0    0  0  0    0  0  0
    
  • 20倍に拡大

PBM (Binary)

  • $ hexdump feepb.pbm
    0000000 5034 0a32 3420 370a 0000 0079 e79e 4104
    0000010 1271 c71e 4104 1041 e790 0000 0000
    
  • $ od -c feepb.pbm
    0000000    P   4  \n   2   4       7  \n  \0  \0  \0   y 347 236   A 004
    0000020  022   q 307 036   A 004 020   A 347 220  \0  \0  \0
    

PGM (Binary)

  • $ hexdump feepb.pgm
    0000000 5035 0a32 3420 370a 3235 350a 0000 0000
    0000010 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    0000020 0000 0000 0033 3333 3300 0077 7777 7700
    0000030 00bb bbbb bb00 00ff ffff ff00 0033 0000
    0000040 0000 0077 0000 0000 00bb 0000 0000 00ff
    0000050 0000 ff00 0033 3333 0000 0077 7777 0000
    0000060 00bb bbbb 0000 00ff ffff ff00 0033 0000
    0000070 0000 0077 0000 0000 00bb 0000 0000 00ff
    0000080 0000 0000 0033 0000 0000 0077 7777 7700
    0000090 00bb bbbb bb00 00ff 0000 0000 0000 0000
    00000a0 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    

PPM (Binary)

  • $ hexdump feepb.ppm
    0000000 5036 0a34 2034 0a32 3535 0a00 0000 0000
    0000010 0000 0000 ff00 ff00 0000 00ff 7700 0000
    0000020 0000 0000 0000 0000 0000 ff77 0000 00ff
    0000030 00ff 0000 0000 0000 0000 0000
    

PGM ファイルを作る例題

  • 画像の左上を原点として、右方向に x 下方向に y をとる
  • 画素の値 p = 16 * y + x となるように 16 x 16 の画像を作る
  • #!/usr/bin/env python
    # ex01.py ... make 16x16 gray scale image
    f = open('ex01.pgm', 'w')
    print >> f, 'P2'
    print >> f, '16 16'
    print >> f, '255'
    for y in range(16):
        for x in range(16):
            print >> f, 16*y + x ,
        print >> f
    f.close()
    

結果

  • (ただし、10倍)

圧縮画像形式

  • PxM (pnm) 形式画像は、計算(処理)のためには便利
  • 冗長
  • 圧縮によりファイルサイズを小さくする
  • 可逆圧縮(損失無し)
  • 非可逆圧縮(損失あり)

可逆圧縮

  • イラストなど図形画像(Graphics) 向き
  • color palette 使用が多い
    • 色数を減らすので損失無しとは言えない
  • GIF (Graphics Interchange Fotmat)
    • 特許問題
  • PNG (Portable Network Graphics)

非可逆圧縮

  • 自然画像(写真)と人間の認識レベルの特徴を利用
  • 高周波部分(ごちゃごちゃ)はごまかせる
  • JPEG (Joint Photographic Experts Group)
  • フラクタル圧縮 ... 特許問題があって一般的でない

GIF

  • $ file feepb.gif
    feepb.gif: GIF image data, version 87a, 24 x 7
    $ hexdump feepb.gif
    0000000 4749 4638 3761 1800 0700 8000 0000 0000
    0000010 ffff ff2c 0000 0000 1800 0700 0002 1c8c
    0000020 8fa9 080d e65e 88d0 c124 4fbe b366 eb69
    0000030 e0d6 31d8 c98c e3c2 b648 0100 3b00
    
  • GIF87a (GIF89a) で始まる
  • 規格

PNG

  • $ file feepb.png
    feepb.png: PNG image data, 24 x 7, 1-bit grayscale, non-interlaced
    $ hexdump feepb.png
    0000000 8950 4e47 0d0a 1a0a 0000 000d 4948 4452
    0000010 0000 0018 0000 0007 0100 0000 003a 8cb0
    0000020 1b00 0000 2249 4441 5408 9963 f8ff ff3f
    0000030 439b 4422 c3be df6f 19fa 2c1e 02e9 f70c
    0000040 fb24 f219 80e2 00d2 6f0f 346f 79ad cd00
    0000050 0000 0049 454e 44ae 4260 8200
  • "\x89PNG\r\n\x1a\n" で始まる
  • 規格

Web page に表示した例

  • GIF (透明) vs PNG (半透明)
  • ただし、Internet Explorer 6 では 半透明PNG 表示はできない

JPEG

  • JFIF (JPEG File Interchage Format)
  • $ file feepb.jpg
    feepb.jpg: JPEG image data, JFIF standard 1.01
    $ hexdump feepb.jpg | head -2
    0000000 ffd8 ffe0 0010 4a46 4946 0001 0100 0001
    0000010 0001 0000 ffdb 0043 0008 0606 0706 0508
    
  • 規格

Web page に表示

  • GIF 12568 byte vs JPEG 3821 byte
  • GIF は空の色調に段ができる
  • JPEG はエッジがにじむ

本日の問題

  • 画像データの最小単位(平面上の点)を____と呼ぶ。
  • 画像データの並びの起点は矩形領域の___にとる。

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