parte4 - Redes Convergentes

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Fundamentos de Sistemas MultimídiaFundamentos de Sistemas Multimídia
Imagem Estática
Profa. Débora Christina Muchaluat Saade
deborams@telecom.uff.br
Imagem EstáticaImagem Estática
Profa. Débora Christina Muchaluat Saade
deborams@telecom.uff.br
Departamento de Engenharia de Telecomunicações Departamento de Engenharia de Telecomunicações -- UFFUFF
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Imagem EstáticaImagem Estática
� BMP
� GIF
� TIFF
� PNG
� JPEG
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BMPBMP
� Bitmap
� Usado no Windows
� Baseado no modelo RGB
� Profundidade do pixel 
• 1 (preto/branco), 4, 8 e 24 bits
� Pode usar codificação por carreira (run-length)
� Tipos de compressão
• 0 - no compression – mais comum
• 1 - 8 bit run length encoding
• 2 - 4 bit run length encoding
• 3 - RGB bitmap with mask (transparência)
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BMPBMP
� Formato bitmap
• Uso de uma tabela de cores (palette)
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BMPBMP
� Formato bitmap
• Sem tabela de cores
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BMPBMP
� Formato bitmap
• Cabeçalho (header + info)
– informações sobre tamanho, profundidade do pixel e
tipo de compressão
• tabela de cores 
– indica todas as cores usadas no bitmap (exceto para 
representação de 24 bits por pixel)
– formato 4 bytes por linha (B, G, R, reservado)
• Região de dados – valor de cada pixel em linhas
(múltiplos de 32 bits/4 bytes)
– Ex.: 6 bytes que representam uma linha em um 
bitmap:
• A0 37 F2 8B 31 C4
– Devem ser salvos como:
• A0 37 F2 8B 31 C4 00 00
• Arquivo .bmp armazena linhas de baixo para cima
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GIFGIF
� Graphics Interchange Format
• Formato proprietário da CompuServe
� 24 bits por pixel (8 bits por componente R, G, B)
� GIF utiliza uma tabela de 256 cores com as cores mais 
usadas na imagem
• Global color table
• Local color table
� Cada valor na tabela tem 24 bits
� Utiliza o índice da tabela (8 bits) para representar cada 
pixel da imagem
� Reduz o número de cores representadas para 256
• Comprime de 24 bits para 8 bits
• Compressão de 3:1 9
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GIF GIF –– modo básico de operaçãomodo básico de operação
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GIFGIF
� LZW pode ser usado
� Tabela de 512 entradas
• 256 cores mais usadas
• Mais 256 combinações de 3 índices de 8 bits
� Tabela de tamanho variável para acomodar mais 
combinações de 3 índices
� Extensões permitem
• definir uma cor transparente
• animação
• entrelaçamento
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GIFGIF
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GIFGIF
� Permite que imagem seja transferida por partes
• modo entrelaçado
� Útil para transferência em canais de baixa taxa 
ou com taxa de transmissão variável (Internet)
� Descompressão pode ser feita de forma 
progressiva
� Dados divididos em 4 grupos:
• 1/8, 1/8, 1/4, 1/2
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GIFGIF
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TIFFTIFF
� Tagged Image File Format – padrão ANSI
� Resolução de até 48 bits por pixel (16 bits por 
componente R, G, B)
� Usado para Imagens e documentos digitalizados
� Formato usado é indicado por um código
• Formato não comprimido (code number = 1)
• Comprimido com LZW (code number = 5)
� Códigos 2, 3 e 4 são usados para documentos 
digitalizados (mesmo formato de fax) 
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TIFFTIFF
� Compressão com LZW
• Mesma do GIF
• Tabela inicial de 256 cores que pode ser estendida 
até 4096 entradas (212)
� Algumas extensões ao TIFF dão suporte a modo 
entrelaçado, mas não o padrão
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PNGPNG
� Portable Network Graphics
� Padrão W3C – World-Wide Consortium 
• Padrão ISO 15948:2003
� Projetado para substituir GIF e TIFF
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PNG x GIFPNG x GIF
� Vantagens sobre GIF:
• Alpha channel, usado para especificar transparência
– GIF só suporta transparência binária (cada pixel é transparente ou 
opaco)
– PNG suporta vários níveis de transparência
• Gamma correction, para corrigir diferenças entre o brilho da imagem em 
monitores de diferentes plataformas
– Ex.: imagens editadas em Mac parecem mais escuras em PC
• Entrelaçamento bidimensional
• Melhor compressão (diferença de 5% a 25%)
� Desvantagens:
• Não suporta animação
• Representação de imagem única somente
• Extensão para múltiplas imagens
– MNG – Multiple-Image Network Format
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PNGPNG
� Tipos de imagens:
• tons de cinza
• true color (RGB) 
• com tabela de cores (palette)
• tons de cinza com alpha channel
• true color (RGB) com alpha channel
� Profundidade do pixel:
• 1 a 16 bits por componente
� Formato de compressão sem perda:
• Compactação com LZ77 e Huffman
� Interessante para armazenar estágios intermediários da 
edição de uma imagem (em comparação com JPEG)
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PNGPNG
� Tipos de imagem PNG
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PNGPNG
� True color com alpha channel
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PNGPNG
� Com tabela de cores (palette) – indexed colour
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PNGPNG
�Modo entrelaçado em 7 passos
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PNGPNG
� Filtros de Compressão por linha
• Objetivo: preparar os dados da imagem para 
compressão ótima
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PNGPNG
� Filtros de compressão 
• Aplicados a bytes, não pixels
• Imagem entrelaçada => cada passo é tratado 
separadamente
� Pixel anterior, superior ou superior esquerdo 
podem ser usados no cálculo do valor do filtro
� Decodificador precisa guardar linha anterior
a
bc
x
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PNGPNG
� Tipos de filtros de compressão
Filt(x) = Orig(x) - PaethPredictor(Orig(a), Orig(b), Orig(c)) Paeth4
Filt(x) = Orig(x) - (Orig(a) + Orig(b)) / 2Average3
Filt(x) = Orig(x) - Orig(b)Up2
Filt(x) = Orig(x) - Orig(a)Sub1
Filt(x) = Orig(x)None0
CodificaçãoNomeTipo
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PNGPNG
� Filtro de Compressão Paeth (Paeth Predictor)
• Criado por Alan Paeth
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PNGPNG
� Codificação
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JPEGJPEG
� Joint Photographic Experts Group
� Padrão ISO – IS 10918
� Define vários modos de compressão para uso em 
diversas aplicações
• Modo seqüencial com perdas – modo básico
– Compressão de imagens monocromáticas e coloridas
� 5 estágios principais:
• Preparação da imagem/bloco, DCT, quantização, 
codificação por entropia, construção dos quadros
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JPEGJPEG
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JPEGJPEG
� Preparação da imagem/bloco
• Imagens monocromáticas, tons de cinza ou usando tabela de 
cores
– 1 matriz
• Imagem em RGB ou YCrCb
– 3 matrizes, uma para cada componente
– Matrizes de Cr e Cb podem ser menores (Ex.: 4:2:0)
• Cada elemento de uma matriz pode ter 8 ou 12 bits
• Divisão das matrizes em blocos de 8 x 8 submatrizes
– Cálculo da transformada para cada posição usa todos os valoresda matriz
– Mais rápido em matrizes menores (8 x 8)
• Ex.: imagem 640 x 480 => 80x60 (4800) blocos de 8x8
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JPEGJPEG
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JPEGJPEG
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JPEGJPEG
� Cálculo da Transformada Discreta de Co-senos 
• DCT 
• Discrete Cosine Transform
• Todos os 64 valores na matriz de entrada P[x,y] (f(x,y))
contribuem para cada entrada na matriz transformada F[i,j] 
(F(u,v))
• F[0,0] = coeficiente DC – média de todos os 64 valores
• Outros valores são chamados coeficientes AC
– Para j=0 (linha) => coeficientes de freqüência horizontal
– Para i=0 (coluna) => coeficientes de freqüência vertical
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JPEGJPEG
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JPEGJPEG
� Quantização
• Olho humano é mais sensível ao coeficiente DC e 
coeficientes de freqüências espaciais mais baixas
• Freqüências muito altas não são percebidas
– Coeficientes descartados (setados como zero) na matriz 
transformada
• Threshold para cada coeficiente (tabela de quantização)
– Divisão do coeficiente pelo threshold
– Quociente da divisão é arredondado para valor inteiro (erro de 
quantização => perda de informação)
• Tabela de quantização
– Padrão tem 2 tabelas defaults (luminância, crominância)
– Pode usar tabela específica
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JPEGJPEG
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JPEGJPEG
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JPEGJPEG
� Conclusões sobre a quantização:
• O cálculo dos coeficientes quantizados envolve 
arredondamento para o valor inteiro mais próximo
• Os valores de threshold usados aumentam à medida 
que as freqüências espaciais aumentam
• O coeficiente DC é o maior na matriz transformada
• Muitos dos coeficientes de freqüências mais altas 
são nulos
� Últimos 2 pontos são explorados na codificação 
por entropia (próximo estágio)
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JPEGJPEG
� Codificação por entropia (4 passos)
• Vetorização (vectoring)
• Codificação diferencial (preditiva)
• Codificação por carreira (run-length)
• Codificação de Huffman
� Estágio também conhecido como
• Variable-length coding (VLC) stage
� Utiliza codewords de tamanho variável
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JPEGJPEG
� Vetorização
• Transformação da matriz de 2 dimensões em um vetor
• Coeficientes mais baixos são maiores
• Varredura da matriz em zig-zag
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JPEGJPEG
� Codificação diferencial
• Coeficiente DC 
� Codificação por carreira
• Coeficientes AC
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JPEGJPEG
� Codificação diferencial
• Coeficiente DC 
• Como blocos são pequenos, não tem muita variação entre 
coeficientes DC de blocos sucessivos
– Valor é codificado como diferença do valor do bloco corrente 
para o anterior
– O primeiro em relação a 0 (zero)
• Ex.: 12, 13, 11, 11, 10, ...
• Diferenças: 12, 1, -2, 0, 1, ...
• Codificação usa o formato (SSS, valor), onde SSS indica o 
número de bits necessários para codificador o valor
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JPEGJPEG
� Codificação Diferencial
• Exemplo: 12, 1, -2, 0, 1
• Valores negativos são codificados com o 
complemento do binário (sem sinal)
� Valor SSS Valor Codificado
• 12 4 1100
• 1 1 1
• -2 2 01
• 0 0
• -1 1 0
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JPEGJPEG
� Regras usadas na codificação diferencial
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JPEGJPEG
� Codificação por carreira
• 63 Coeficientes AC
• O vetor contém longas strings de 0 (zero)
• Coeficientes AC são codificados usando uma string de pares 
de valores
• Codificação usa o formato (skip, value)
– Skip = número de zeros
– Value = próximo coeficiente não-nulo
• (0,6)(0,7)(0,3)(0,3)(0,3)(0,2)(0,2)(0,2)(0,2)(0,0)
• (0,0) indica o final da string (todos os coeficientes restantes 
são zero - 0)
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JPEGJPEG
� Codificação do valor (value) 
• usa o formato (SSS, valor), onde SSS indica o 
número de bits necessários para codificador o valor
� Exemplo: (0,6)(0,7)(3,3)(0,-1),(0,0)
� Coef. AC Skip SSS Valor
• 0,6 0 3 110
• 0,7 0 3 111
• 3,3 3 2 11
• 0,-1 0 1 0
• 0,0 0 0
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JPEGJPEG
� Codificação de Huffman
• Usada para codificar a saída 
das codificações diferencial e 
por carreira
� Para coeficientes DC, o campo 
SSS é codificado com Huffman
• Decodificador determina sem 
dúvidas o primeiro SSS do 
restante dos bits codificados
� Tabela de Huffman default ou 
específica
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JPEGJPEG
� Exemplo: 12, 1, -2, 0, 1
� Valor SSS SSS(Huff.) Valor Bitstream
• 12 4 101 1100 1011100
• 1 1 011 1 0111
• -2 2 100 01 10001
• 0 0 010 010
• -1 1 011 0 0110
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JPEGJPEG
� Para coeficientes AC, os campos Skip e SSS são tratados 
em conjunto (como um símbolo composto)
• Skip varia de 0 a 15
• SSS varia de 0 a 10
� Tabela de Huffman default ou específica (deve ser 
enviada junto com o bitstream)
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JPEGJPEG
� Exemplo: (0,6)(0,7)(3,3)(0,-1),(0,0)
� Coef. AC Skip/SSS cód. Huff. Valor
• 0,6 0/3 100 110
• 0,7 0/3 100 111
• 3,3 3/2 111110111 11
• 0,-1 0/1 00 0
• 0,0 0/0 1010 (end of block)
� Bitstream:
• 100110 100111 11111011111 000 1010
� No exemplo:
• 30 bits para codificar coeficientes AC, assumindo 7 bits para coeficiente 
DC = total de 37 bits
• Suponha que cada pixel da matriz 8x8 original tivesse 8 bits
• Taxa de compressão resultante: 
– 512/37 => 13,8:1
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JPEGJPEG
� Construção dos quadros
• Definição da estrutura do bitstream completo de 
uma imagem
– Quadro (frame) JPEG
• Estrutura hierárquica
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JPEGJPEG
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JPEGJPEG
� Primeiro nível (level 1)
• Delimitador de início
• Cabeçalho
– Tamanho total da imagem em pixels
– Número e tipos dos componentes usados na representação
• Tons de cinza, RGB, YCrCb
– Formato de digitalização
• 4:2:2, 4:2:0, ...
• Conteúdo
• Delimitador de fim
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JPEGJPEG
� Segundo nível (level 2) – conteúdo do quadro
• componentes chamados scan
• cabeçalho (scan header) que contém
– Identidade dos componentes (R, G, B, ...)
– Número de bits usados para digitalizar cada 
componente
– Tabelas de quantização utilizadas para codificar cada 
componente
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JPEGJPEG
� Terceiro nível (level 3)
� Cada componente consiste de: 
• 1 ou mais segmentos e cabeçalhos
� Segmento
• contém um grupo de blocos 8x8
– DC, skip/value, skip/value, ..., end-of-block
� Cabeçalho (segment header)
• Tabelas de Huffman utilizadas na codificação de cada 
segmento
� Cada segmento pode ser decodificado de forma 
independente dos outros
• impede a propagação de erros em outros segmentos
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Codificador JPEGCodificador JPEG
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Fundamentos de Sistemas MultimídiaFundamentos de Sistemas Multimídia
Decodificador JPEGDecodificador JPEG
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Fundamentos de Sistemas MultimídiaFundamentos de Sistemas MultimídiaDecodificador JPEGDecodificador JPEG
� 1. Decodificador de quadros
• Identifica tabelas utilizadas
� 2. Decodificação de Huffman
• Usando tabela identificada
� 3. Decodificação Diferencial (coef. DC) e por Carreira 
(coef. AC)
� 4. “Desquantização”
• Usando tabela identificada
� 5. Transformada de Co-senos inversa
� 6. Construção da imagem final
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Fundamentos de Sistemas MultimídiaFundamentos de Sistemas Multimídia
Decodificador JPEGDecodificador JPEG
� Transformada de Co-senos inversa:
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Fundamentos de Sistemas MultimídiaFundamentos de Sistemas Multimídia
JPEGJPEG
� Descompressão pode ser feita de forma
progressiva
• Modo progressivo
• Modo hierárquico
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Fundamentos de Sistemas MultimídiaFundamentos de Sistemas Multimídia
JPEGJPEG
�Modo progressivo
• Seleção de espectro:
– Primeiro o coeficiente 
DC e os coeficientes 
de baixa freqüência 
são enviados para cada 
bloco; depois os 
coeficientes de alta 
freqüência
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Fundamentos de Sistemas MultimídiaFundamentos de Sistemas Multimídia
JPEGJPEG
� Modo progressivo
• Aproximação sucessiva:
– Primeiro o coeficiente DC é 
enviado para cada bloco;
– depois os bits dos outros 
coeficientes do mais 
significativo para o menos 
significativo
– Técnica mais interessante se 
imagem tem muita variação 
(coeficientes de alta 
freqüência altos)
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Fundamentos de Sistemas MultimídiaFundamentos de Sistemas Multimídia
JPEGJPEG
� Vantagens do modo progressivo:
• envia os coeficientes mais importantes juntos
• Quando recebe os coeficientes mais importantes, já 
começa a mostrar a imagem
– Efeito: imagem aparece borrada e vai ficando mais 
nítida conforme vai chegando o resto
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Fundamentos de Sistemas MultimídiaFundamentos de Sistemas Multimídia
JPEGJPEG
�Modo hierárquico:
• Filtragem de amostras com redução de resolução 
pelo fator 2 em múltiplas dimensões
• Codificação da imagem reduzida
• Gradativamente envia restante das amostras
� Efeito no receptor:
• Melhora gradativa da resolução geométrica
� Interessante quando dispositivo receptor não tem 
resolução suficiente para apresentar a imagem
• Basta mandar a imagem reduzida
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Fundamentos de Sistemas MultimídiaFundamentos de Sistemas Multimídia
JPEGJPEG
� Novo padrão JPEG 2000
� ISO/IEC 15444
� http://www.jpeg.org
� http://www.iso.org
� ISO/IEC 15444-1:2000 - Part 1: Core coding system
� ISO/IEC 15444-3:2002 - Part 3: Motion JPEG 2000
� ISO/IEC 15444-4:2002 - Part 4: Conformance testing
� ISO/IEC 15444-6:2003 - Part 6: Compound image file 
format
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Fundamentos de Sistemas MultimídiaFundamentos de Sistemas Multimídia
Imagem Gráfica 
(Vetorial)
Profa. Débora Christina Muchaluat Saade
deborams@telecom.uff.br
Imagem Gráfica Imagem Gráfica 
((VetorialVetorial))
Profa. Débora Christina Muchaluat Saade
deborams@telecom.uff.br
Departamento de Engenharia de Telecomunicações Departamento de Engenharia de Telecomunicações -- UFFUFF
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Fundamentos de Sistemas MultimídiaFundamentos de Sistemas Multimídia
SVGSVG
� Scalable Vector Graphics - versão 1.1 (jan. 2003)
� Padrão do W3C (www.w3.org) e ISO/IEC 15948:2003
� Linguagem declarativa (XML) para descrição de 
gráficos bidimensionais
• Página web SVG (<svg>) ou embutido em XHTML
� Linguagem Modular
• Perfil XHTML+MathML+SVG
� Visualizadores SVG (plugins)
• Adobe SVG Viewer, Corel SVG Viewer
� Editores que exportam no formato SVG
• Adobe Illustrator, Corel Draw
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Fundamentos de Sistemas MultimídiaFundamentos de Sistemas Multimídia
SVGSVG
� Características Principais:
• Lida com objetos geométricos (linhas e curvas)
– Formas básicas: rect, circle, ellipse, line, polyline, polygon
• Símbolos definidos pelo usuário 
– <symbol>
• Inclusão de imagens estáticas (raster)
– Visualizador deve dar suporte a formatos PNG e JPEG no 
mínimo
• Formatação de texto (ou usa folhas de estilo CSS)
• Definição de metadados 
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Fundamentos de Sistemas MultimídiaFundamentos de Sistemas Multimídia
SVGSVG
� Características Principais:
• Suporte a Animação
– <animate>
• Interatividade
– Execução de ações (animações ou scripts) em resposta a eventos 
como click, mouseover, mousedown...
• Definição de elos
– <a href=“...” >
• Definição de alternativas de conteúdo basedas em atributos 
de teste (usuário e plataforma)
– <switch>