[DIP] Image Format (summary)

https://99designs.com/blog/tips/image-file-types/

 

Digital Image 들의 대표적인 encoding 방식들은 다음과 같음:

encoding 과 decoding에 대한 일반적 정의:

https://dsaint31.me/mkdocs_site/CE/ch01/code_for_character/#code-encoding

BME

 

BMP (Bitmap):

비트맵(bitmap) 방식. extension(확장자)가 bmp임.

압축도 가능하나 주로 압축되지 않는 방식으로 많이 사용됨 (1998년 Windows2.0과 함께 MS가 도입)

• pixel 들을 2-Dimension(이차원)으로 정렬하여 표현
• 각각의 픽셀은 정수를 component로 가지는 vector로 표현되는 고유의 색을 갖고 있다
  • 예를 들어 8 bit bmp image는 픽셀의 color 혹은 intensity를 나타내기 위해 8자리의 이진수를 사용.
  • 8 bit channel의 경우, 256가지의 intensity 중 하나의 값을 pixel이 가지게 됨. (0~255)
• width, height, channel로 구성되는게 일반적이며, channel은 depth라고도 불리기도 하고,
  RGB color space를 통해 색을 표현.
  • 즉, channle은 color image의 경우 3개를, 흑백 영상은 1개를 가짐.
  • 채널의 크기는 1,4,8,16,24,32 bit를 가질 수 있음.
  • 주로 사용되는 건 24bit (True color image, $3ch \times 8bit$)와 8bit (gray-scale image).
• 압축 : Run-Length Compression방식 (RLE4, RLE8)
  • 블록 형태의 이미지 압축에 유리.

Bitmap Data Structure:

• File Header
  • 14bytes로 현재 파일이 bmp file인지 여부 등을 알려주는 역할 담당.
• Image Header
  • 이미지의 폭, 높이, 비트수 등등 기재됨. windows version3의 경우 최소 40bytes.
• Color Table
  • Color Palette로도 불림. 1,4,8 bit에서 RGB값을 어떻게 얻어내는지 나타냄. 4bytes
• Pixel Data :
  • 실제 픽셀데이터. 보통 bottom-up방식을 저장.

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GIF:

Graphics Interchange Format의 줄임말로, 1987년 미국의 Compuserve에서 개발.

 

GIF는 LZW; Lempel-Ziv-Welch 로 압축이 되었는데 특허권 문제가 있었음: 이 때문에 PNG 개발로 이어짐.

IE 가 많이 쓰이던 당시 web에서 널리 사용되었던 방식임.
현재는 움직이는 이미지 (일명 짤)로 많이 사용됨.

장점

• 한 파일에 여러 이미지를 저장하여 다중 프레임 애니메이션 을 구현
• 투명 이미지 를 지원. ▷PNG 처럼 alpha 값을 제공하는 게 아닌 256개의 color 중 하나의 값을 투명으로 지정 하여 사용.
• IE 브라우저에선 alpha cahnnel 인식이 안되었기 때문에 투명 이미지를 위해 GIF가 많이 사용되었음 (현재 IE는 한 시대의 유물로)
• 애니메이션을 특별한 플러그인 없이 여러 환경에서 쉽게 적용할 수 있다는 장점을 가짐.

단점

• 최대 8비트 256 컬러로 제한됨 (표현할 수 있는 색이 매우 적음).
• lossless compression 이긴하나, 표현 가능한 color의 숫자가 제한되기 때문에 제한 이상의 컬러값 종류를 가진 영상을 GIF로 만들면 화질의 손상을 피할 수 없음.
• 정말 오래된 표준임 : 최근의 경우, 동영상도 mp4로 인코딩하면 GIF에 비해 ⅕ 이하의 용량으로 encoding이 가능하기 때문에 점점 이용이 줄어드는 포맷임.

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PNG

Portable Network Graphics 의 줄임말.

 

GIF 포맷을 대체하기 위해 1996년 개발됨.

• TIFF와 함께 대표적인 lossless compression(무손실 압축) 포맷
• 투명 배경(alpha channel) 이미지 를 만들 때 가장 일반적으로 사용됨.

장점

• 대표적 Lossless compression(비손실 압축방식)으로 원본에 손상 없이 파일의 크기를 줄여줌.
• 이미지의 모든 컬러 정보와 alpha 채널을 보존 ▷ 이미지 처리 S/W에서 활용하기 쉬움.
• 문자 혹은 날카로운 경계가 있는 이미지인 경우 JPG보다 PNG가 효과적이다.

단점

• 애니메이션을 만들 수 없다.
• JPG 와 GIF보다 용량이 크다.

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JPEG

Joint Picture Experts Groups (JPEG을 만든 그룹명이기도 함)의 약자.

 

국제 표준화 기구ISO ( International Standard Organization ) 와 국제 전신 전화 위원회 CCITT (International Telegraph and Telephone Consultative Committee) 에서 공동으로 제정한 정지 영상 파일 포맷 (두 기관이 만든 그룹이 JPEG)으로 1982년에 표준화를 시작하여 1992년 국제 표준으로 채택됨.

장점

• RGB 모드와 CMYK 모드를 둘 다 지원.
• 이미지의 질과 파일의 크기를 손실압축방식(DCT)을 통해 조정 가능.
• web 상에서 가장 널리 사용되는 대표적인 손실압축방식.

단점

• 고주파 성분 표현 (영상의 detail 부분)이 경쟁기술(PNG)등에 비해 나쁜 편.
• Lossless encoding도 지원 하나, PNG 등의 경쟁기술에 비해 많이 사용되지는 않음.
• color의 경우, 붉은 색 표현이 좋지 못한 것으로 알려짐.
• 투명 배경 이미지(alpha channle)를 지원하지 않음
• 레이어 지원하지 않음.

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jp2, jpx, j2c

JPEG 2000의 확장자 (jp2, j2c, jpx, jpf, jpc, j2k): 2000년 제안됨.

 

JPEG과 다음과 같은 차이점을 가짐.

• DCT 기반의 JPEG의 단점을 개선하기 위해 Wavelet transform에 기반 을 둠
  (DCT도 지원하여 JPEG와의 역방향 호환성도 지원).
• Compression ratio(기존 대비 2배 이상의 압축률 개선)와 화질(0.25 bpp = 0.25 bit per pixel 에서도 매우 우수한 화질을 보임 )이 개선됨.
  • 기존 JPEG의 경우 1/10정도의 압축률이었던 것과 달리
    JPEG2000은 1/20으로 압축해도 JPEG의 1/10 압축률과 같은 화질의 영상을 얻음.
• Lossless compression도 가능.
• 64k × 64k 크기 이상의 영상도 압축 가능.

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TIFF

Tagged Image File Format이 풀네임임.

 

대표적인 무손실 압축 이미지 포맷 이며 스캐너, 디지털카메라, 인쇄, 출판 등에서 표준으로 자리잡음 (1986년 개발됨).

확장 가능한 tag를 지원하는 것이 장점이자 단점.

• 24비트나 48비트를 사용하 하나의 색(빨강, 녹색, 파랑) 에 각각 8비트나 16비트를 할당하여 저장하는 유연한 포맷
• 손실과 무손실 압축 제공 ▷주로 무손실 인 경우 가 많음.
• 쉽게 확장 가능한 tag(태그) 구조를 제공하여 벤더들이 유연하게 확장 가능 → 반대급부로 모든 TIFF를 읽는 뷰어 개발이 불가능.
• 프린팅 업계에서 사진 영상의 표준으로 사용 → 논문 등의 출판물 제출시 많이 요구됨.

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SVG

Scalable Vector Graphics 의 줄임말.

웹에서 확대/축소해도 품질 손실 없는 벡터 그래픽을 위해 개발됨
( World Wide Web Consortium 1998년 SVG 1.0을 제안하고 2001년 정식표준이 됨)

• XML 기반의 벡터 그래픽 포맷
• 수학적 좌표와 경로로 이미지를 표현 ▷무한 확대/축소 가능
• 로고, 아이콘, 단순한 일러스트레이션에 가장 적합함.

장점

• 벡터 기반으로 어떤 해상도에서도 선명함 ▷ 반응형 웹디자인에 이상적.
• 파일 크기가 작음 (특히 단순한 그래픽의 경우).
• CSS와 JavaScript로 실시간 조작 가능 ▷ 인터랙티브한 그래픽 구현.
• 텍스트 기반이라 SEO에 유리하고 접근성이 좋음.
• 모든 현대 브라우저에서 지원하는 웹 표준.

단점

• 복잡한 이미지(사진 등)에는 부적합 ▷ 파일 크기가 픽셀방시보다도 커질 수 있음.
• 구형 브라우저(IE 8 이하)에서 지원 제한.
• 벡터 그래픽 편집 도구나 코딩 지식이 필요함.

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Raw Data Format

• 별도의 헤더 정보 없이, 영상 데이터(픽셀 값)로만 구성
• 영상의 크기에 대한 별도 정보 필요: shape, dtype 등등.

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References

2022.09.21 - [Programming/DIP] - [DIP] Color Space or Color Model

[DIP] Color Space or Color Model

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