Filformat för digitala stillbilder M A J I E D S H I E R K H A N L O U

Transkript

1 M A J I E D S H I E R K H A N L O U Examensarbete Stockholm, Sverige 2006

2 M A J I E D S H I E R K H A N L O U Examensarbete i medieteknik om 20 poäng vid Programmet för civilingenjör & lärare Kungliga Tekniska Högskolan år 2006 Handledare på CSC var Christer Lie Examinator var Nils Edlund TRITA-CSC-E 2006:045 ISRN-KTH/CSC/E--06/045--SE ISSN Kungliga tekniska högskolan Skolan för datavetenskap och kommunikation KTH CSC Stockholm URL:

3 Filformat för digitala bilder Sammanfattning Att använda digitala bilder i olika publiceringssammanhang, så som webbaserade sidor, tryckkommunikation och privatbruk, har fått stor betydelse i dagens kommunikation. Detta ställer krav på olika typer av lagringsformat vid digitalisering. Beroende på ändamål finns det ett stort antal olika bildfilsformat med skilda egenskaper, som man kan välja bland. Därför är syftet och huvudfrågan i detta examensarbete att studera faktorer som skiljer olika bildformat från varandra, samt att ta redan på vilka egenskaper och användningsområde dessa bildfilsformat har. Metoden för examensarbetet har utförts genom informationssamlingen från litteratur samt informationssökning på webben. Studien går ut på att först ge en beskrivning av bildens generella egenskaper, där begrepp som bitmappgrafik, objektgrafik, bildupplösning och bildens färgegenskaper förklaras. Sedan behandlas två typer av bildkomprimeringsmetoder som avgör bildens slutliga färginformation och dess kvalité. Därefter beskrivs de avgörande faktorer och funktionaliteter hos valet av filformat, där de vanligast förekommande bildfilsformaten redogörs, från olika aspekter inom publiceringssammanhang. Valet av rätt filformat beror på bildens egenskaper och dess användningsområde. För att få bra resultat när man sparar digitala bilder är det viktigt att man väljer ett bildfilsformat, som passar bäst till den aktuella bilden och dess användning. Filformatets egenskaper avgör i sin tur bildens filstorlek och dess kvalité. Dessa beror på formatets komprimeringsmetod, där bildens färginformation omkodas. Omkodning av bildens färginformation kan ske på två olika sätt. Vid förstörande komprimering, går en viss information av bilden förlorad, medan vid icke- förstörande komprimering, kan bildens färginformation återskapas. Det är formatets komprimeringsgrad som avgör bildens kvalité. Ju högre komprimeringsgrad formatet har, desto mindre antal färger får bilden och därmed en sämre bildkvalité. Andra egenskaper hos en filformat kan bestå av kompatibilitet med olika operativsystem, antalen färgsystem som formatet kan hantera, tillämpningsprogram och filformatens funktionalitet om hur pass bildformaten kan stödja olika tekniker. Resultatet av detta examensarbete visar att man måste ta hänsyn till ett flertal olika faktorer vid val av filformat. De främsta faktorerna är filformatets funktionalitet, bildens användningsområde och dess egenskaper. Ett exempel är filformat som används på webben. Dessa är avsedda för överföring av bilder som tar så liten plats så möjligt av datorns minne, för att effektivisera och maximera överföringshaltigheten. Ett annat exempel är filformat specifikt för tryckkommunikation, vilket är avsedd för att hantera tryckfärger (CMYK), samt att spara originalbilder där bl.a. komprimering av färginformation inte är nödvändigt. Det finns också bildbehandlingsprogram som har sina egna filformat för lagring av originalbilder.

4 Graphics file formats for digital pictures Abstract The use of digital pictures, in various publication connections as web-based sites, print communication and private usage, is getting more significant in daily communication. This requires high demands file formats during digitalization. Depending on the purpose, there are a broad number of different graphics image file formats, with various properties, to choose from. The aim and the head question in this degree thesis, is therefore to study the factors that distinguish between the different choices of image file format, and also to find out about the characteristics and the usage of them. The method for the degree thesis has been performed by gathering information from literatures and also from the web. The study explains first a general view of the picture property, where conceptions as pixel graphic, object graphic, resolution and the color quality of the picture is clarified. Afterward two types of picture compressing methods are discussed, which conclude the final picture quality and color information. Subsequently a description of the factors and functionality, when choosing graphics file format is mentioned, and the most common image file format is illustrated, from aspects within publication context. The choice of right graphics file format depends on the pictures properties (structure, resolution and the color system) and its usage area. To obtain a satisfying result, when saving digital pictures, it is important to choose a graphics format, which fits to the current picture and usage. The file format properties conclude, in its turn, on the size and the picture quality. These depend on the compressing method, where the color information of the picture is recoded. A recoding of the color information can occur in two types. During destroying data compression, some of the information is lost, while during nondestroying data compression, the color information can be recreated. It is the level of the compression that concludes the quality of the picture. The higher compression level the format has, the less number of colors the picture gets, and thus a worse picture quality. Other properties in a graphics file formats can consist of compatibility with different operative system, the number of color system that the format can handle, application program and the graphics file formats functionality of how the format can support different techniques. The result of this degree thesis shows that there are a plural number of considerations to take, when choosing a file format. The premiers of these factors are the functionality of the graphics file formats, the picture usage and its properties. An example is graphics file formats that are used on the web. These formats are intended for transferring pictures, and for them to transfer at maximal speed, they need to take as little room of the computer memory as possible. Another example is graphics file formats specifically for print communication, which is intended for managing press colors (CMYK), and to save original pictures, where compression is

5 not necessary. Also there are different imaging program that have there own file format for storage of original pictures.

6 Förord Med avseende på min utbildning i medieteknik och mina inriktningar mot tryckkommunikation och rörliga bilder skulle det vara intressant att få en fördjupning inom olika typer av filformat för digitala bilder och dess användningsområde i publiceringssammanhang. Därför tänkte jag göra mitt examensarbete inom detta område. Detta examensarbete syftar mest på en studie om egenskaper hos de olika digitala filformaten, som används för stillbilder. Examensarbetet genomfördes under hösten 2005 på KTH/Skolan för datavetenskap och kommunikation. Ett stort tack till alla mina lärare, mediasektionens personal och mina klasskamrater som jag fick hjälp under min utbildning. Jag måste också tacka min handledare Christer Lie som var en stor hjälp under själva arbetet.

7 Innehållsförteckning 1 Inledning Bildens betydelse Bakgrund Problemformulering Syfte Metod Begränsningar Brister 3 2 Några begrepp 4 3 Bildens egenskaper Bakgrund Bildens uppbyggnad Bitmappgrafik Objektgrafik Bildupplösning Färg Färgmodeller Färgläge Färgton Komprimering Bakgrund Icke- förstörande bildkomprimering Förstörande bildkomprimering Filstorlek Bildfilsformat Bakgrund Olika filformat Vad skiljer olika format åt 22 4 Bildformat på webben GIF (Graphics Interchange Format) Bakgrund Formatets egenskaper JPEG (Joint Photographic Experts Group) Bakgrund Formatets egenskaper PNG (Portable Network Graphics) Bakgrund Formatets egenskaper 33 5 Bildformat i trycksammanhang TIFF (Tagged Image File Format) Bakgrund Formatets egenskaper EPS (Encapsulated PostScript) Bakgrund 40

8 5.2.2 Formatets egenskaper DCS (Desktop Color Separations) Bakgrund Formatets egenskaper 41 6 Intern bildformat/cd PSD (Adobe Photoshopfil- Standardformat) Bakgrund Formatets egenskaper BMP, Windows interna format (BiTMaP) Bakgrund Formatets egenskaper PICT (Apple Macintosh QuickDraw) Bakgrund Formatets egenskaper 45 7 Slutsatser 47 Litteraturförteckning 49

9 1 Inledning 1.1 Bildens betydelse En bild kan säga mer än tusen ord Genom att visa en bild, skulle man kunna beskriva ett objekt, förmedla ett budskap, en upplevelse eller en fantasi. Att använda bilder som ett informationsbärande medel har en stor betydelse i vårt vardagsliv, d.v.s. bilder har blivit en stor del av vårt liv, som hjälper oss att bearbeta och förstå vår omgivning. Man använder sig av bilder i olika sammanhang för att lagra information. Bilder används vid förmedling av information i nyhetssammanhang, personliga identifieringar, registrering av historiska händelser, som läromedel i skolor, medicinsk forskning och behandling av sjukdomar. Marknadsföring är det största användningsområdet av bilder för att visualisera produkter i olika publiceringssammanhang. Det är därför man ställer höga krav på bildens kvalitet, samt strävar efter att skapa nya möjligheter för att kunna spara bilder i digitala sammanhang. 1.2 Bakgrund Beroende på bildens användningsområde finns det olika bildteknik. En teknik som man utnyttjar sig ofta i de flesta områden är den digitala bildtekniken. Med denna teknik omvandlas bildens information till ettor och nollor på elektronisk väg i datorer. Dessa bilder kan sparas i datorer för vidare bearbetning innan de senare publiceras i olika medier. Beroende på medier och vilken plattform man arbetar i, finns det olika filformat för hantering och lagring av digitala bilder, som kan vara rörliga eller stilbilder. För att välja rätt bildfilsformat måste man ta hänsyn till olika faktorer t.ex. bildens uppbyggnad, upplösning, färg, komprimerig, och användningsområde. 1.3 Problemformulering Digitalisering har blivit nästan en standard idag. Först började man digitalisera rörliga bilder, men idag är det också en standard för digitala stillbilder. Detta sker med hjälp av digitalkameror. (Inventors 2006) För att kunna spara och använda digitala bilder, vid olika sammanhang, krävs olika filformat. Huvudfrågan i detta examensarbete går ut på att studera vilka faktorer som skiljer olika bildfilsformat åt, samt att ta reda på vilka egenskaper och användningsområden dessa bildfilsformat har. 1

10 1.4 Syfte Syftet med examensarbetet är att behandla den del av digitala bildtekniken som berör stillbilder, dess egenskaper och lagringsformat i datorer. Dessa bilder kan skapas på olika sätt t.ex. fotografiska bilder, ritade bilder i datorer, logotyper, textbilder, tecknade bilder, eller Clipart. Ett sätt att förmedla sådana bilder är att publicera dem på Internet, webbaserade sidor och tryckmaterial. Dessa bilder kommer först att sparas i datorer för vidare överföring eller bearbetning. Beroende på bildernas användningsområde sparas de i olika filformat. Dessa filformat har sina egna speciella egenskaper. 1.5 Metod Metoden som jag har använt för denna studie bygger på informationssamling genom att studera litteratur och söka information på webben. Detta innebär att allt som återspeglas i denna uppsats är en sammanfattning av olika källor, som jag har haft tillgång till. Informationen som jag tagit från webben har jag försökt att jämföra med andra källor så att någon felaktig information inte förekommer. 1.6 Begränsningar Denna studie begränsar sig i dessa områden: Först tas det upp en allmän beskrivning om bildens uppbyggnad, upplösning och dess färgsystem. Sedan behandlas två typer av bildkomprimering och dess relation till filstorlek. Därefter tas det upp ett antal bildfilsformat, samt faktorer och egenskaper som avgör funktionaliteten hos ett filformat, vad det gäller dess användningsområde. Eftersom det finns ett stort antal bildfilsformat, kommer jag i sista delen av studiet att behandla de vanligast förekommande filformaten inom publiceringssammanhang, d.v.s. webbsidor, Internet och tryckt- kommunikation. 1.7 Brister Eftersom den litteratur jag haft tillgång till var av äldre versioner, kan det därför finnas brister i mina studier angående nytt information som kommit på senare tid. En annan brist kan vara mitt svenska språk, som har sina begränsningar. Detta kan också ha påverkat skrivandet av själva rapporten, och därför hoppas jag att ni som läser denna uppsats tar hänsyn till detta. 2

11 2 Några begrepp Avsikten med detta kapitel är att försöka förklara olika begrepp som har förekommit i examensarbetet. Jag har försökt att hitta referenser och definitioner och beskrivningar till dessa begrepp. De begrepp jag tagit hänsyn till är termer som ofta förekommer inom grafik- och datorteknik. Adobe System Adobe System som är ett amerikanskt mjukvaruföretag som grundades1982 av John Warnock och Charles Geschke. Företaget utvecklar programvara för grafik (ritprogram, bildbehandlingsprogram), sidobeskrivningsspråk (PostScript, PDF) och andra program för dem. Några exempel på företagets programvara är Adobe Photoshop (bildbehandlingsprogram), Adobe Illustrator (vektorbaserade ritprogram) och Adobe InDesign (layout/ombrytningsprogram). (Adobe, 2005) Alfakanaler Alfakanal är en benämning för 8- bitars bildinformation i visa bildbehandlingsprogram. Används främst vid filtrering, speciella effekter och videoproduktion (Lundqvist, 1996). När man bearbetar bilder i ett bildbehandlingsprogram, markerar man ofta delvis bilden och sparar denna antigen separat eller i själva dokumentet. när markering sparas i dokumentet sparas den i en kanal, en så kallad Alfakanal. Varje ny markering kan sparas som en ny alfakanal eller kombineras med en befintlig (Haugland, 1999). Bildformat Ett flertal bildformat har utvecklats för att beskriva digitala bilder och grafik. Bildformat kan syfta på dimensioner för analogt stillbildsfotografi, dimensioner för biograffilm, lagringsformat för digitala bilder och rörliga digitala bilder (Johansson et al, 1998). Bildbehandlingsprogram Bildbehandling betyder i datorsammanhang bearbetning av visuella data, så att en manipulering av en bild, eller en förtydligad bild erhålls. Några vanliga program är Adobe Photoshop och Live Picture. Dessa är dataprogram för digital bildbehandling där möjlighet till retusch och bildmanipulation sant färgkorrektion, omvandling av RGB- bild till CMYK- bild mm finns (Nationalencyklopedin, 2006). Bildupplösning Elektroniska bilder är uppbyggda av ett antal bildelement, pixlar per längenhet. Varje bildelement är ett område med en färg eller en gråton (för svart- vita bilder). Upplösning är måttet på antal pixlar per längdenhet och mäts i ppi (pixels per inch). Ju fler punkter desto högre är upplösningen och bildens kvalitet (Johansson et al, 1998). Datafil En datafil är en samling data (digital information) som är lagrad under ett speciellt namn. I alla grafiska program skapar man och använder filer. En dator 3

12 fil är ett digitalt objekt helt enkelt, bestående av ettor och nollor. Det kan t ex vara en del av ett program, eller en teckensnittsfil, bild, e-postmeddelande, webbsida, datorprogram osv. (Johansson et al, 1998). Digital Digital kommer från latinets digitus vilket betyder finger eller tå. Uttrycket kommer från den gamla seden att räkna på fingrarna, och avslöjar att det rör sig om räkning med diskreta storheter. Begreppet används om information som uttrycks i form av siffror. En digital undersökning är alltså en undersökning som görs med fingrarna. I datorer används det binära talsystem med ettor och nollor (Nationalencyklopedin, 2006). Digitala bilder Digitala bilder är ett två dimensionellt grafiskt objekt kodat i digital form. En digital bild är normalt resultatet av en kontinuerlig signal, som samplats av en skanner eller en digitalkamera. Det finns många olika typer av digitala kodade bilder. Digitalt kodade bilder kan delas in i två stora huvudgrupper, vektoriserade bilder (objektgrafik), punktuppbyggda bilder (bitmappgrafik) (Green, 1999). DOS DOS står för Disk Operating System diskoperativsystem. Det är ett operativsystem för dator lagrat på magnetskiva. Det syftar vanligen på MS-DOS som var Microsoft operativsystem för PC-datorer innan de utvecklade Windows. Idag används DOS i första hand till startdisketter (Nationalencyklopedin, 2006). Filformat En digital fil kan innehålla många olika typer av information, exempelvis en text, en bild, ett musikstycke eller en film. Filformat är därför en representation av information i datorer. Den information som finns i datorer lagras består av ettor och nollor (bitar). Ett datorprogram kan inte läsa, hantera och förstå data i andra format (bitar) än dem som programmet har stöd för. Informationen lagras digitalt, för att kunna se innehållet i en viss typ av filer behövs en avkodare eller ett program med inbyggd avkodare. Text lagras t.ex. i en textfil som kan läsas av ett ordbehandlingsprogram, en bild lagras i en bildfil som kan visas i ett bildredigeringsprogram (Nationalencyklopedin, 2006). Filändelse En filändelse, eller filsuffix, består av en till fyra bokstäver avskiljda med en punkt i slutet på ett filnamn. Det går oftast att härleda filinnehållet med hjälp av dess filändelse eller genom att titta i början på själva filen där det brukar finnas information om dess innehåll. Några exempel på filändelse är;.gif (bildfil),.jpeg (bildfil),.tiff (bildfil),.txt (textfil) och.exe (program). (Lundqvist, 1996) Format Format kan syfta på storlek och form och storlek på ett objekt. Inom databehandling är format ett noggrant bestämt sätt att registrera uppgifter i vissa kategorier, på visst utrymme (Nationalencyklopedin, 2006). 4

13 Förstörande komprimering För att kunna spara utrymme och nedladdningstid använder man sig därför ofta av komprimering av information. Förstörande komprimering eller destruktiv komprimering, är en metod, där information från ursprungliga signalen går förlorad till förmån att signalen blir kompaktare. Exempel på bildformat som har förstörande komprimering är JPEG (Joint Photographic Experts Group) (Nationalencyklopedin, 2006). Gamma- korrigering Gamma- korrigering används också för att göra en bild ljusare eller mörkare, men till skillnad från ljusstyrka (brightness) så påverkas inte hela tonomfånget lika mycket, ett gammavärde över 1,0 gör större delen av bildens punkter något ljusare, men ökar också den relativa andelen ljusa bildpunkter. Motsvarande gör ett gammavärde mindre än hela bilden mörkare samt ökar andelen mörka bildpunkter. Med funktion gamma gör du inte bilden ljusare eller mörkare utan ändrar alltså även histogrammets form. Gamma kan vara ett bra alternativ till ljusstyrka för att korrigera en bilds tonomfång (Haugland, 1999) IBM IBM står för International Business Machines, är ett multinationellt datorföretag. Företaget grundades av Thomas J. Watson ( ) genom en sammanslagning av flera mindre bolag (IBM, 2006). ICC- profiler International Color Consortium (ICC), en grupp mjuk och hårdvarutillverkare i den grafiska branschen som arbetar med att finna en gemensam standard för kulörhantering. ICC- profiler är en standard för att beskriva kulöregenskaper hos skanner, skärmar, skrivare, förprovtryck och tryck. Används av de flesta kulörhanteringssystem. Skapas med hjälp av en fotospektrometer (Johansson et al, 1998). En profil beskriver en viss enhets kulörrymd, egenskaper och brister. Detta görs genom att den anger hur kulörer i en testform återges av enheten i förhållande till hur de egentligen ska se ut. Man jämför helt enkelt de kulörvärdena som enheten återger med referensvärden angivna i CIELab som talar om hur kulörvärdena ska vara. Skillnaderna i kulörvärden ligger till grund för profilen. Med dess hjälp kan man sedan få fram information om hur en kulör måste kompenseras för att ge rätt kulör, det vill säga samma som referensvärdet från testformen. De kulörer som inte har referensvärden på testformen, beräknas och interpoleras, fram av kulörhanteringsmodulen med hjälp av värden från två eller flera närliggande referenskulörer (Johansson et al, 1998). Icke-förstörande komprimering Icke-förstörande komprimering kallas, till skillnad från förstörande komprimering, sådana metoder för datakompression som komprimerar på ett sådant sätt att exakt samma bild kan återskapas när komprimeringen upphävs. Exempel på bildformat som har icke-förstörande komprimering är PSD (Adobe Photoshopfil Standardformat), TIFF (Tagged Image File Format) (Nationalencyklopedin, 2006) 5

14 ISO (Latin-1) ISO (Latin-1) är en 8 bitars teckenkod, som innehåller de vanligaste skrivtecknen. Denna används i norra och västra Europa (och USA). Den kallas även "Latin 1" och utgör en del av ISO-standarden ISO Den används som standard i X Windows System, i äldre versioner (3.0) av HTML, de flesta Unixvarianter och i Apple Macintosh som säljs på Island. ISO standardiserades i slutet av 1980-talet och innehåller inte Euro-tecknet. Detta finns emellertid i den nyare standarden ISO Övergången från -1 till -15 får dock konkurrens av en övergång till UTF-8 (ISO, 2006). Komprimeringsalgoritm Vid lagring och transport av information i dator är det särskild viktig att minska informationens minnesutrymme så att t ex transporten kan ske så snabbs så möjligt. Datakompression är när data omkodas på ett sätt som gör att färre informationsbärande enheter (oftast bitar) behöver användas. Komprimering kan vara förstörande eller icke-förstörande komprimering (Johansson et al, 1998). Mac OS Mac OS är ett operativsystem för Macintosh- baserade datorer, skapat av Apple. Den senaste versionen heter Mac OSX (Johansson et al, 1998). Microsoft Corporation Microsoft Corporation är väldens största mjukvaruföretag som grundades 1975 av Bill Gates och Paul Allen. Microsoft utvecklar, tillverkar och licensierar många mjukvaruprodukter för olika datorsystem (Microsoft, 2006). Microsoft Windows Microsoft Windows är världens mest använda operativsystem för persondatorer. Det är skapat av Microsoft (Microsoft, 2006). MS-DOS Microsoft DOS eller Microsoft Disk Operating System var ett populärt operativsystem producerat av Microsoft på 80-talet och i början av 90-talet (Microsoft, 2006). Operativsystem Ett operativsystem är det program vars syfte är att underlätta användningen av datorn genom att vara en länk mellan datorn hårdvara och mjukvara. Det är den mest grundläggande mjukvaran. Utan den skulle datorn inte gå att starta. Några exempel på operativsystem är Mac OS, Unix, Microsoft Windows, Linux och DOS (Johansson et al, 1998). Ordbehandlingsprogram Ett program är ett verktyg med ett antal funktioner som används vid en viss typ av område. Därmed är det naturligt att ordbehandlingsprogram är verktyget som är till för att skriva och redigera texter och dokument av olika slag. Några exempel är Word, WordPerfect, Star Office (ordbehandling ingår som delprogram), Cicero (svenskutvecklad), AbiWord mm (Johansson et al, 1998). OS/2 OS/2 (operativ system/2) är ett operativsystem för PC-datorer utvecklat 1987 av IBM och Microsoft (Microsoft, 2006) 6

15 Pixel Allt som visas på en skärm består egentligen av ljus från små ljuskällor. I färgskärmar är ljuskällorna indelade i grupper om tre. Dessa är gröna, röda och blåa ljuskällor. En sådan grupp kallas pixel, vilket är prydligt placerade i rader över skärmen. Olika blandningar av dessa färger uppfattas som en viss kulör av hjärnas. Hos en svartvit skärm består pixeln endast av en vit ljuskälla. Dessa pixlar kan sedan variera i styrka från släckt stegvis upp till full ljusstyrka (Johansson et al,1998). Raster Vid tryckpress går det inte att trycka kontinuerliga toner, utan här arbetar man med tryckande eller icke- tryckande ytor. Men för att ändå kunna återge gråtoner används raster. Då lurar man ögat att tro att det ser kontinuerliga tonövergångar (Johansson et al, 1998). Rastergrafik I rastergrafik är bilder uppbyggda av rader med bildpunkter, s.k. pixlar, varje bildpunkt ges en färg från en ändlig palett av tillgängliga färger. Denna teknik används i alla moderna datorskärmar och digital kameror (Ohlsson, 1999). Rastertäthet Antalet rasterpunkter per tum (eller centimeter) anges med en rastertäthet. I Svarige anges rastertäthet i linjer per tum (Lundqvist, 1996). Tätheten beskriver hur fint ett raster är, genom att ange antalet rasterlinjer per tum. Anges i lpi - line per inch (Johansson et al, 1998). Rastertäthet för färgtryck är samma som för svartvitt tryck, dvs. 85 lpi i dagspress, lpi på bestruket papper och lpi för exklusiva trycksaker på papper av mycket hög kvalitet (Ohlsson, 1999). Rastervinkel Ett rasterläge så att de rasterlinjer, som punkterna bildar, hamnar i en viss vinkel. När man trycker med fyrfärg måste de fyra färgernas raster ligga i ett antal olika förutbestämda vinklar (Johansson et al, 1998). De traditionella rastervinklarna i fyrfärgtryck är cyan 150, magenta 75, gult 90 och svart 45. Med dessa vinklar undviks moire - mönster( Ohlsson, 1999). Moire - mönster är ett rasterfenomen som ger störande interferensmönster i bilder och i tonplattor. Motsvarande fenomen uppträder i TV, exempelvis när man visar en rutig kavaj (Johansson et al, 1998). Ripp Ripp står för Raster Image Processor (förkortas RIP på engelska). En ripp består av två huvuddelar, en Postscript- tolk och en rasterbildsprocess. Tolken tar emot och översätter Postscript- information varefter rasterbildsprocessen skapar en bilkarta på varje separation av sida. Det finns två olika typer av rippar: hårdvaru- och mjukvarurippar. Hårdvarurippar är egentligen datorer speciellt konstruerade för rippning. Mjukvarurippar består av ett speciellt ripp- program som kan läggas på en standarddator. Skillnaden mellan dem är att hårdvarurippar i allmänhet är snabbare eftersom de är specialkonstruerade för 7

16 rippning medan mjukvarurippar är flexiblare och lättare att byta eftersom de körs på standarddatorer. En Postscript- ripp kan utföra extra arbetsmoment vid rippning som till exempel dekomprimering och separation av bilder i samband med rippning. Dokument som man har skapat i exempelvis Quark Xpress eller Adobe Indesign beskrivs i det egna interna formatet för just det programmet. För att kunna se ett dokument på skärmen måste programkoden översättas till ett språk som skärmen kan förstå. När man skriver ut sitt dokument översätts programmets kod till Postscript- kod med tillhörande utskriftsinställningar. Rippens Postscripttolk tar emot informationen, tolkar vad som ska göras med sidan och utför alla beräkningar. När hela sidan har räknats fram inklusive bilder, teckensnitt, logotyper och sidinformation omvandlas varje sida till en bilkarta för varje tryckfärg (till exempel fyra stycken vid CYMK) bestående av ettor och nollor. Denna styr sedan exponeringsenheten i sättaren (maskin som exponerar och skriver ut grafisk film) och talar om vilka exponeringspunkter, maskinpunkter, som ska vara exponerade respektive icke- exponerade. När man skriver ut separerade filmer räknas varje sida igenom fyra gånger, en för varje tryckfärg. Ju mer komplex en sida är desto längre tar beräkningarna och därmed ripptiden. Det finns tydligt samband mellan filstorlek och ripptid. Men det är inte bara filstorleken som är avgörande utan i första hand komplexiteten på sidan. En komplex sida innehåller exempelvis många olika teckensnitt, komplicerade illustrationer med flera lager information och många delobjekt, frilagda bilder med många ankarpunkter, roterade eller skalade bilder och bilder som inte är beskurna i bildbehandlingsprogrammet utan i layoutprogrammet. En sådan sida kan ta mycket lång tid att rippa även om filstorleken är liten. Det är därför svårt att i förväg bedöma hur lång tid det tar att rippa ett dokument. Däremot tar själva exponeringen i fotosättaren alltid lika lång tid, oberoende av filstorlek eller komplexitet i dokumenten (Johansson et al, 1998). Unix Unix är ett operativsystem med egenskaper som gör det bra att använda som server. Det skapades och utvecklas vid AT & T, Bell Labs 1970, främst av Ken Thompson och Dennis M. Ritchie (Johansson et al, 1998). Valör Valör är värde eller värdegraden av ljusstyrka i en färg. Den består av färgmättnad i ett färgintryck (Norstedts uppslagsbok, 1962). Överföringskurvor Man kan justera på vilket sätt tonkomprimeringen ska göras med hjälp av tonkurva, även kallad gammakurva. Gammakurva talar om på vilket sätt tonvärden i originalbilden ska översättas till tonvärden i tryck. En linjär gammakurva påverkar inte översättning av toner medan gammakurvor med olika lutningar kan användas för att styra översättning av toner på olika sätt. Gammavärdet anger lutningen och läget på gammakurva. Normalt sett brukar man rekommendera ett gammavärde på 1,8 eftersom det ungefär motsvarar ögats sätt att uppfatta toner. Det är därför ett lämpligt värde när man läser in en vanlig mellantonsbild. En nattbild med viktiga detaljer måste däremot läsas in med ett högre gammavärde, så att detaljerna i de mörka partierna verkligen 8

17 kommer fram i tryck. Priset man får betala är en något sämre detaljåtergivning i de ljusa partierna av bilden. En snöbild bör läsas in med ett gammavärde som är lägre än 1,8 så att alla detaljer i de ljusa partierna kommer med. Om snöbilden också har detaljer i mörka partier kommer denna att återges sämre (Johansson et al, 1998). 9

18 3 Bildens egenskaper 3.1 Bakgrund Beroende på typ av digitala bilder och dess användningsområde finns det egenskaper som beskriver bildens uppbyggnad, upplösning, färgsystem, och sättet att översätta bildens information vid digitalisering. Även dessa egenskaper avgör vilket bildfilsformat skall användas för lagring av bildens information i datorer för överföring eller publicering. 3.2 Bildens uppbyggnad Det finns två olika sätt att generera datorgrafik. Dessa består av bitmappade bilder (bitmappgrafik) och vektorbaserade bilder (objektgrafik). Bilder i bitmappgrafik består av kvadratiska små punkter och kallas för pixlar. Vektorbaserade bilder är uppbyggda av linjer och kurvor Bitmappgrafik Bitmappgrafik används för lagring av fotografiska bilder och illustrationer (målningar) i datorer. Detta görs genom att skanna en bild eller överföra en bild på elektronisk sätt. Bildens uppbyggnad i bitmappgrafiska bilder består av kvadratiska punkter som delar upp bilden i små bitar. Varje liten punkt är ett bildelement (normalt i RGB- färgsystem) kallas för pixel. Varje pixel har förmåga att lagra all färginformation (kulörläge, färgton, ljusstyrka). För att spara färginformation i varje bildpunkt används ett antal bitar. Antalet bitar varierar beroende på bildens färgnyanser. Bitmappgrafik kan användas för både bilder med hög kvalitet eller låg kvalitet. I bitmappgrafik anger man bildens upplösning med enheten ppi (pixel per inch) som beskriver bildens pixeltäthet, dvs. antalet pixlar och dess storlek. Beroende på storleken och antalet pixlar kan låg- eller högupplösta bilder uppnås. Det går alltså att få en skarpare bild om bilden har tätare antal pixlar. Pixeltätheten ska anpassas efter mänskliga ögats uppfattning så att ögat inte uppfattar pixlarna som kvadratiska punkter utan själva bilden med kontinuerliga tonövergångar. Att ha högre pixeltäthet och upplösning på bilder än vad ögat uppfattar kan vara onödigt, för att det tar större minneskapacitet och att det inte påverkar inte kvaliteten på bilden vad det gäller ögats uppfattning. Punktuppbyggd bildupplösning har stor betydelse när man ska visa bilder i olika medier. Detta ställer krav på en viss pixeltäthet på bilden och bildskärmar. Eftersom bildskärmar är uppbyggda av pixlar gäller det 10

19 att dess pixeltäthet är pixlar per tum eller högre, oavsett vad bildens upplösning är. För att kunna distribuera punktuppbyggda bilder på elektroniskt sätt, krävs det att bilden har en upplösning på 72 pixlar/tum. Med 72 dpi bilden ser bra ut på skärmen, men för att kunna trycka en bitmappgrafisk bild på papper räcker inte denna upplösning till i trycksammanhang. Detta eftersom bilderna kommer att pixeleras och se grovkornig ut, d.v.s. varje pixel på den tryckta bilden kommer att synas som en kvadratisk punkt. Ett tydligt exempel på detta är utskrivna bilder som är hämtade från Internet. Det är därför man har ställt krav på bildens upplösning och dess pixeltäthet i trycksammanhang, som är pixlar per tum. För att trycka texter krävs det ännu högre pixeltäthet, d.v.s. upp till två gånger den tryckta bildens rastertäthet. Figur 1 visas hur pixlarna ser ut i en förstorade del av en bild [7 oktober 2005] Objektgrafik Objektgrafik, som också kallas för vektorgrafik, är typer av bilder som är uppbyggda av vektorer och kurvor. Genom att dra vektorer eller kurvor mellan två punkter kan man bygga upp stora raka linjer eller bilder med runda former. Beroende på formen av bilden, läggs ett antal vektorer eller kurvor ihop efter varandra, t. ex. om det är raka linjer, så är det få antal vektorer som behövs, men om det är en bild som har böjda former, så är det många små vektorer eller kurvor som följs efter varandra för att bygga upp bilden. Det är matematiska formler och beräkningar i ett koordinatsystem som definierar alla de linjer och kurvor i objektbaserade bilder. Med matematiska beräkningar avgör man storleken på vektorer och kurvor, och detta i sin tur avgör storleken på linjer och mjuka former. Förändring på linjernas storlek är en förändring på dess matematiska formler. Detta innebär att upplösning i vektorbaserade bilder är oberoende av dess 11

20 storlek. Eftersom man får samma upplösning i förstorade bilder som mindre, kommer inte kvaliteten på bilderna att försämras. Men bildernas upplösning är beroende av skärmens upplösning. Om man har en skärm med dålig upplösning, så kommer detta att påverka originalbildens kvalitet och försämra dess upplösning. Fördelen med objektgrafik är att bilden byggs upp av separata objekt som kan kombineras med varandra. Genom att klicka på varje objekt kan man markera hela objekten för att bestämma objektens fyllning, toner, kulörer och konturer. I objektgrafik kan man använda obegränsade kulörer i linjer och konturer, samt utforma bilderna på vilket sätt som helst. En nackdel med objektgrafiska bilder, som är baserade på vektorer är att man får hackiga bilder i böjda former om bilden förstoras. Detta eftersom de små raka vektorerna kommer att ändras på storleken och blir då mer synliga. Det är därför man har börjat använda sig av en annan metod för att bygga upp objektbaserade bilder. I denna metod använder man sig av små kurvor (bezierkurvor) istället för raka linjer för att rita upp bilden. Bezierkurvor bygger också på matematiska beräkningar. Fördelen med att använda bezierkurvor är, att bilderna med runda former inte blir hackiga om de förstoras. Det är då kurvorna, som bygger upp bilden och den mjuka formen, förblir i den förstorade bilden. Man kan omvandla objektgrafiska bilder till pixelbaserade bilder. Eftersom skärmar på datorer är uppbyggda av pixlar, går det inte att visa en objektgrafisk bild på en bildskärm. Därför måste man göra om bilden till en punktbaserade bild i ett pixelbaserat filformat. På grund av denna omvandling kommer bildinformationen att gå förlorad om man t ex sparar en objektgrafisk bild i ett pixelbaserat filformat, t.ex. GIF. En annan nackdel med omvandlingen är att linjer ser taggiga ut på skärmen, men inte på utskriften. Figur 2 visas hur en objektgrafisk bild är uppbyggd av vektorer respektive bizierkurvor [7 oktober 2005], [7 oktober 2005]. 12

21 Figur 3 är en jämförelse mellan bitmappgrafik och objektgrafik i teckensnittsbilder. I denna bild ser vi hur förstorning av bilden påverkar bildkvaliteten. Bilder med bitmappgrafisk uppbyggnad kommer att se taggiga ut vid mjukt område, medan objektgrafiska bilder håller samma kvalitet och inte påverkas i förhållande till storleken [7 oktober 2005]. 3.3 Bildupplösning Begreppet upplösning kan definieras på två olika sätt, som är relaterade till varandra. När man talar om bildskärmar kommer ofta begreppet upplösning upp i fråga, vilket innebär antal bildelementer (pixlar) som finns på en bildskärm. Denna faktor avgör hur bilderna kommer att synas på skärmen. För att ange upplösningen, brukar man tala om antal punkter per tum eller per centimeter, vilket visar tätheten på bildpunkterna. Ju högre antal pixlar per tum det finns, desto högre upplösning och bättre bildkvalitet får bilden. För att kunna se en bild på en bildskärm har man därför ställt ett krav på antal punkter per tum, som normalt är Förutom upplösning på skärmen pratar man om själva bildens upplösning. Om man vill trycka eller skriva ut en bild med högre upplösning, pratar man då också om bildens storlek och tätheten i bildpunkterna per tum eller centimeter (pixlar per längdenhet), som skulle finnas på färdiga bilden efter trycket. Denna enhet kallas för ppi (pixel per inch) som anger antal och storleken på bildpunkter. Alltså med högre antal punkter per tum eller centimeter får man en mer högupplöst bild. Dessutom ppi finns det ett annat mått i trycksammanhang som används för att ange trycksakens rastertäthet. Detta kallas för lpi (antal rasterlinjer per tum eller lines per inch). Lpi beskriver hur fint ett raster är genom att ange antal rasterlinjer per tum. Ju högre rastertäthet desto större blir rastercellen. Detta medför i sin tur till större rasterpunkt. Vid 50 lpi kan ögat uppfatta rasterpunkterna, men vid högre lpi (175) upplevs rasterpunkterna som en jämn ton. 13

22 3.4 Färg Färgmodeller Beroende på bildens användningsområde finns det flera färgmodeller som man använder sig av. Dessa färgmodeller både beskriver och definierar färgerna på en matematisk sätt. För att visa bilder på olika medier använder man sig av dessa färgmodeller som återger de olika färgerna på bilden. Några exempel på färgmodeller är RGB (additiv färgblandning), CMYK (subtraktiv färgblandning) och CIELAB. Både RGB och CMYK är enhetsberoende färgsystem vilket innebär att kombination av färgerna kommer att se olika ut beroende på den enheten som man använder för att visa färgerna. Däremot är CIELAB en oberoende färgmodell som man har tagit fram för att lösa det enhetsberoendeproblemet. Oavsett vilken enhet man använder, kan CIELab visa färgkombinationerna på ett stabilt sätt. Detta gör att det är möjligt att byta enhet på ett smidigt sätt utan att resultatet skulle bli annorlunda. CIELAB-modellen beskriver egenskaper på färgerna med a*, b* och L* axlar. a* och b*- axlar står för rött-grönt och blått-gult. Slutligen visar L*- axeln ljusheten som svart och vitt. CIELAB används i flera bildbehandlingsprogram. CMYK- modellen består av färgerna cyan, magenta, gul och svart. Genom att kombinera de fyra grund färgerna får man återge olika färgnyanser på en bild. Bilder som kommer att användas i trycksammanhang lagras i CMYK- färgmodellen i datorer. Det finns flera standardalternativ för CMYK. Beroende på typ av plåt och tryckmaterial varierar användning av dessa standarder. Några exempel på sådana standarder är Euroscale Coated v2, Euroscale Uncoated v2, japansk standard v2, U.S. Sheetfed Coated v2, U.S. Sheetfed Uncoated v2, U.s. Web Coated, U.s. Web Uncoated och ColorSync CMYK. Bildskärmar baseras på RGB- färgmodellen. RGB är en förkortning för de tre additiva grundfärgerna rött, grönt och blått. Alla digitala bilder som visas på bildskärmar baseras på RGB- modellen. RGB ger till varje bildelement (pixel) möjligheten att återge 256 färgnyanser som är en kombination av rött, grönt och blått. De 256 färgtonerna är tillräckliga för att kunna återge naturens alla färger. Beroende på färgomfång och enhetens egenskaper finns det olika standarder för RGB- modellen. Några exempel på detta är srgb Apple RGB, ColorMatch RGB, ColorSync RGB och bildskärms- RGB Färgläge Digitala bilder som byggs upp av pixlar kan innehålla olika många kulörer beroende på dess färginformation. D.v.s. bilderna kan vara svart/vit eller av ett antal andra färger upp till 16,7 miljoner (olika kulörer). Med avseende på bildens färginformation kommer färgerna att lagras i olika kanaler. Antal färgkanaler är beroende på den färgmodell som bilden 14

23 befinner sig i, som i sin tur avgör kulörernas läge. Exempelvis har bilder i RGB- läge tre färgkanaler för respektive rött, grönt och blått, medan CMYK- läge har fyra färgkanaler för bilder som består av färgerna cyan, magenta, gult och svart. Färgens toner i dessa kanaler beror på mängden av färg som finns i varje kanal och detta beror i sin tur på bildens partier. Från att bilden ska vara helt svart, svart/vit eller tonade av dessa färger, till att den ska ha många färgnyanser, kan bilden innehålla olika kulörer. Dessa kan vara gråskalebilder med nyanser av grått, duplex eller tvåfärgs bilder (svartvita bilder med högre kvalitet), indexerad (svartvita bilder och vissa färgbilder med begränsat antal färger), dekorfärger, RGB och CMYK. RGB som definierar många färger passar bäst för fotografiska bilder eller konverterade bilder genom skanner, som visas på bildskärmar. CMYK- läge används i trycksammanhang, och därför ska färglägen bytas till CMYK- läge innan färgbilden ska tryckas. Färger som finns i CMYK- läge kan inte visas helt korrekt i RGB, eftersom färger i CMYK delvis skiljer sig åt från RGB- läget. De Indexerade färgerna definierar svartvita bilder och färgbilder som kan innehålla upp till 256 nyanser. Men detta räcker inte till för att visa färgbilder med många nyanser, som t.ex. RGB visar. Indexerade färgerna används för web/bildskärm. Dekorfärger används enbart när man har en eller två färger som skall tryckas. Exempel på detta är färgade texter och logotyper. Beroende på bildens användningsområde och dess sammanhang, behövs det ibland att man konverterar dess kulörer genom att ändra på färgmodellen, t.ex. mellan RGB och CMYK i trycksammanhang eller RGB och indexerad färg vad det gäller webbanpassade bilder Färgton Beroende på bildens information och kulörer krävs det att varje bildelement i pixelbaserade bilder har ett visst minne för att lagra bildens färger. I digitalt sammanhang sker detta i form av bitar. Alltså lagras färger i varje pixel genom att definiera ett antal bitar för varje bildelement. Detta innebär att med flera bitar kan man spara flera färgtoner i varje pixel som i sin tur ger bilden olika färgtoner. Relationen mellan antal bitar för varje pixel och kulörläge kan åskådliggöras med nedanstående tabell. I tabell 1 visas antal toner och kulörer för varige kulörläge. Antal nivåer kan räknas med 2 n för varje färgkanal, där n är ett heltal som kan variera mellan 1 till 8 (normalt är 8 vilket ger 256 nivåer) (Johansson et al, 1998). 15

24 kulörer Antal bitar per pixel Antal toner Streck 1 bit per pixel 2¹=2 toner; svart och vitt Gråskala 8 bitar per pixel 2 8 =256 gråtoner indexerad Från 3 till 8 bitar per 2 8 =256 kulörer pixel Duplex 8 bitar per pixel 2 8 =256 gråtoner RGB 8+8+8=24 bitar per 2 8 *2 8 *2 8 =256*256*256=16,7 miljoner CMYK Tabell 1 pixel =32 bitar per pixel kulörer 2 8 *2 8 *2 8 *2 8 =256*256*256*256=4,3 miljarder kulörer 3.5 Komprimering Bakgrund För att spara all bildinformation i datorer krävs det stor minneskapacitet. Förutom lagringsutrymme tar det också längre tid att överföra bilder med större filstorlek via nätet, speciellt genom telefonledningar. För att undvika detta problem kan man minska bildens information med olika komprimeringsmetoder. Komprimering innebär att använda viss algoritm för att översätta bildens färginformation. Detta görs på två olika sätt, Icke- förstörande komprimering och förstörande komprimering Icke- förstörande bildkomprimering Icke- förstörande komprimering (icke- destruktiv komprimering) är en förlustfri metod som används för datakompression (förminskning av antal informations bärande bitar). Detta innebär att man kan återskapa all ursprunglig data (färginformation) när komprimeringen upphävs. Några exempel på denna typ av komprimeringsalgoritm är LZW- kodning (Lempel- Ziv- Welch), Huffman- kodning och följdlängds kodning RLE (Run- Length- Encoding) (Johansson et al, 1998). LZW- kodning bygger på att förminska filstorleken genom att reducera antal färger upp till max 256 dekorfärger. LZW- algoritmen sparar endast pixlar upp till 8-bitars färgdjup, dvs. varje pixel kommer att indexeras mellan 1 och 8 bitar. Denna algoritm används för omkodning av streckbilder som förminskar filstorleken till en tiondel eller för komprimering av gråskalebilder, och färgbilder (RGB, CMYK) som förminskar dess filstorlek till halva dess ursprungliga storlek. Icke- förstörande komprimering är en användbar metod för omkodning av streckbilder. I detta sammanhang är det enkelt att ange färgen på varje pixel att den ska vara vit eller svart. Denna typ av icke- förstörande komprimering kallas för följdlängdskodning som registrerar bildens pixelfärg i rad genom att ange antal svarta eller vita pixlar som kommer efter varandra med ett nummer, istället för att ange varje pixelsfärg med en etta eller en nolla. Men om man skulle representera alla pixlar med sina respektive färger, då skulle kräva större antal bitar per pixel. 16

25 På så sätt förminskar man antalet bitar som behövs för översättning av färger. Alltså följdlängdskodning passar bäst för stora och plana färgytor, där metoden kan komprimeras på ett kompaktare sätt så att det tar mindre plats än att komprimera bilder med flera färger. Figur 4 är ett exempel på följdlängds komprimeringsmetod, visar hur man omkodar en streckbild. Pixlar visas som kvadratiska rutor. Första raden består av (1s3v2s3v1s) och andra raden består av (2s1v3s2v2s). Enligt följdlängdsmetod blir omkodning på denna bild ( ). Med Huffman- kodning översätter man bildens information med ett binärt tal genom att sortera förekommande information med avseende på dess stigande sannolikhet, där den information som förekommer ofta får kortare koder. Algoritmen byggs på en trästruktur med binära tal som betecknar bildens information med ettor och nollor. Varje binärt tal anger informationens högsta och lägsta sannolikhet. På så sätt tar man bort de lägsta sannolikheterna och omkodar varje del av bilden. Huffmankodning används för komprimering av information i faxapparater Förstörande bildkomprimering Förstörande bildkomprimeringsmetod reducerar permanent viss färginformation på bilden. Detta innebär att man vid omkodning tar bort den färginformation som inte påverkar på bildkvaliteten vid återgivning på bildskärmar. Förstörande komprimering är anpassad till ögats känslighet att uppfatta färgerna. Eftersom de färgnyanserna som ögat kan urskilja finns kvar på bilden efter omkodning, då reducerade bildinformationen kommer inte att påverka bildkvaliteten. I Förstörande komprimering färger som reduceras, kan inte återskapas igen till original bilden. D.v.s. borttagna färginformation går förlorad och den sparade bilden kommer inte att vara identisk med sitt original. Förstörande bildkomprimering ändrar pixelvärdena som innehåller bildens detaljer vad det gäller olika färgnyanser och kulörer. Resultatet blir att, vid omkodning med denna metod skrivs bildinformationen om på ett enklare sätt upp till 8 bitar för varje pixel. Genom att välja komprimeringsgrad på bilden kan man reducera fler färger så att filstorleken minskas. Dock kommer för mycket borttagning av information påverka bilden och försämra bildkvaliteten. En nackdel med denna metod är att när man lagrar om bilden efter ändringar ett antal gånger efter varandra kommer bilden att bli suddigare varje gång när man sparar om. 17

26 Förstörande bildkomprimeringsmetod passar bäst för fotografiska bilder och bilder med stor färgdjup. Det sker inte stora förändringar om man använder denna metod för komprimering av plana bilder som är enfärgade eller bilder som inte har många färgnyanser. 3.6 Filstorlek Beroende på bildens totala informationsinnehåll, varierar filstorleken. Filstorleken beror på antal färger som en bild består av. Om man vill hantera en helt svart punkt eller en helt vit punkt räcker det att varje bildpunkt lagras med en bit, alltså en bit per pixel. Med 8 bitar kan det lagras 256 färgnyanser som ger större filstorlek. Med 24 eller 32 bitar kan man lagrar ännu flera miljoner färger. Detta betyder att om en bild har flera färgnyanser, så krävs det högre antal bitar per pixel. I sin tur resulterar detta i högre bildkvalitet och därmed större filstorlek. Filstorleken för objektgrafiska bilder är mindre än pixelgrafik. Eftersom filstorleken på objektbaserade bilder består av enkla värden på den information som anger objektens placering och utformning med enkla färger. Detta medför att bilden tar mindre plats av datorminnet, samt tar mindre tid vid nerladdning på nätet. Men för att återge upp till 17 miljoner färgnyanser som en fotografisk färgbild består av, behövs fler antal bitar och därmed större filstorlek, som i sin tur kräver större minneskapacitet och längre tid vid nedladdning. Man kan ge en enklare förklaring för bättre förståelse, vad det gäller relationen mellan antal färger och antal databitar som används för att spara bilden. En bild består av ett antal pixlar och beroende på antal färger kan varje pixel representeras upp till 8 databitar. I fotografiska bilder kan varje pixel ha ett nummer som ligger mellan och I detta fall behöver man upp till 8 tecken för att representera en pixel. Därför kräver filstorleken större minneskapacitet. Om vi jämför detta resultat med en bild som består av få färgnyanser upp till 256 färger, så ser vi direkt i detta fall att varje pixels nummer ligger mellan 1 och Alltså här behöver man bara 3 tecken för att representera en pixel. 18