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RELATÓRIO TÉCNICO MULTIMÍDIA E HIPERMÍDIA IMAGENS Djonathas Carneiro Cardoso Palmas 2014 RESUMO Este trabalho demostra um pouco do funcionamento do processamento de imagens digitais, com uso de diferentes formatos de Bitmap, como o de 24 bits, 256 cores, 16 cores e monocromático, além também do formato JPG e a compactação dessas imagens no formato RAR. A partir disso foi possível gerar diversos comparativos, divididos em três etapas, que ajudam a entender melhor como cada formato trabalha ao salvar uma imagem. PALAVRAS-CHAVES: imagem, formato, bits LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Comparativo da imagem em Bitmap de 256 cores 10 Tabela 2 – Comparativo da imagem em Bitmap 16 cores 10 Tabela 3 - Comparativo da imagem em Bitmap monocromático 11 Tabela 4 – Comparativo entre imagens Bitmap e JPG 11 Tabela 5 – Comparativo entre imagem em Bitmap e compactada em RAR 12 Tabela 6 – Comparativo das imagens em JPG e em RAR 12 Tabela 7 – Comparativo entre o Bitmap compactado e o JPG compactado 12 Tabela 8 – Comparativo do tamanho das imagens Bitmap da 1ª e 2ª ETAPA 13 Tabela 9 – Comparativo do tamanho das imagens JPG da 1ª e 2ª ETAPA 14 Tabela 10 – Comparativo das imagens Bitmap compactadas da 1ª e 2ª ETAPA 14 Tabela 11 – Comparativo das imagens JPG compactadas da 1ª e 2ª ETAPA 15 Tabela 12 – Comparativo da imagem em Bitmap de 24 bits 15 Tabela 13 – Comparativo da imagem em Bitmap de 256 cores 16 Tabela 14 – Comparativo da imagem em Bitmap de 16 cores 16 Tabela 15 – Comparativo da imagem em Bitmap monocromática 17 Tabela 16 – Comparativo do nível de acerto dos cálculos na 1ª e 3ª ETAPA 17 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS PX – Pixel BIT - Binary Digit KB – Kilobyte MB – Megabyte BMP – Windows Bitmap JPG – Joint Photographic Experts Group RAR – Roshal Archive LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Imagem em Bitmap 24 bits 7 Figura 2 - Janela de propriedades do arquivo 9 Figura 3 – Nova imagem salva em Bitmap de 24 bits 13 SUMÁRIO INTRODUÇÃO Este trabalho tem o intuito de demostrar um pouco do funcionamento do processamento de imagens digitais, com uso de diferentes formatos de Bitmap, como o de 24 bits, 256 cores, 16 cores e monocromático, além também do formato JPG e a compactação dessas imagens no formato RAR. O trabalho será dividido em três etapas. A primeira consiste na criação de uma imagem na resolução 800x600 pixels e depois salvá-la em todos os formatos Bitmap mencionados anteriormente, e também no formato JPG e RAR. A segunda é semelhante à primeira, mas tendo como principal diferencial a imagem utilizada, que passa a ser uma imagem com maior número de detalhes e cores, apesar de manter a mesma resolução da imagem da etapa anterior. Já a última etapa será feita uma nova imagem, porém desta vez com a resolução de 133x100 pixels e depois será feita algumas comparações semelhantes as das etapas anteriores. 18 DESENVOLVIMENTO 1ª ETAPA Como primeira etapa deste trabalho foi criada uma imagem utilizando o aplicativo Microsoft Paint, a imagem conforme demostrada abaixo possui uma dimensão de 800x600 px e foi salva com o nome img24bits.bmp no formato Bitmap de 24 bits. Figura 1 - Imagem em Bitmap 24 bits Um Bitmap é uma imagem retangular formada por uma matriz chamada Raster que é formada por pequenos pontos quadrados, distribuídos em linhas e colunas. Estes pontos quadrados são os então chamados pixels. (FALLEIROS, 2003). Existem três formas de medida de um Bitmap, o tamanho nominal, tamanho físico e o tamanho de memória. Esta última forma representa o espaço de memória (em bytes, Kb, Mb) que o arquivo gravado de um Bitmap ocupa em uma mídia. (FIEC, 2014). É possível se descobrir o tamanho de memória de uma imagem Bitmap a partir de algumas de suas características e alguns cálculos matemáticos. (Conci, Azevedo e Leta, 2008). O primeiro passo é descobrir o número total de pixels que a imagem possui, sabendo que a imagem possui a resolução de 800x600, logo a quantidade total de pixels é obtida a partir da multiplicação da quantidade de pixels na largura pela altura, portanto chega-se ao seguinte resultado: Uma vez obtida à quantidade total de pixels da imagem, o próximo passo é descobrir a quantidade total de bits que a imagem possui. Sabendo que quando uma imagem é salva no formato Bitmap de 24 bits cada pixel da imagem possuirá 24 bits, logo teremos: Obtido a quantidade total de bits já se tem uma proporção do tamanho da imagem, mas podem-se fazer algumas conversões para se alcançar unidades de medidas mais usuais aos usuários de computadores, como por exemplo: kilobyte ou megabyte. Para facilitar o entendimento, será feita a conversão em passo-a-passo, ou seja, uma unidade acima por vez, portanto, a próxima conversão compreende de bit para byte. Cada byte compreende 8 bits, logo para esta conversão é necessário a divisão da quantidade de bits por 8, resultando no cálculo abaixo: Porém a unidade bytes ainda ficou muito extensa e confusa para o entendimento, portanto converter mais uma unidade deixará mais próximo do que é apresentado pelo sistema operacional. Desta forma, será agora convertido este valor em bytes para kilobytes. Cada kilobyte é formado por 1024 bytes, logo se obtêm a quantidade de kilobytes dividindo o número de bytes por 1024, conforme mostrado abaixo: Como ainda retornou um valor alto, será feita mais uma conversão para megabyte e depois será feita uma comparação com o que é apresentado pelo Windows. Da mesma forma da conversão anterior, divide-se por 1024 para se obter o valor da próxima unidade, conforme mostrado abaixo: Agora se tem um valor bem próximo do usual nos sistemas operacionais e mais entendível pelo usuário, a imagem abaixo mostra a tela de propriedades do arquivo no Windows onde é mostrada a informação do tamanho do arquivo. Figura 2 - Janela de propriedades do arquivo Percebe-se que o cálculo teve exatidão total quando comparada a unidade megabyte, mas quando comparado com o tamanho em bytes tem-se uma minúscula diferença de 54 bytes, o que representa uma margem de erro de 0,0037%. Perceba também que o tamanho é diferente do tamanho em disco, isso ocorre, pois dependendo de como foi formatado o disco onde está sendo armazenado o arquivo, existe um tamanho definido para os clusters, que por sua vez poderá ocorrer de sobrar algum espaço no cluster. Para verificar se essa margem é fixa ou não, serão apresentados mais alguns testes utilizando outros formatos, conforme a tabela a seguir. img256cores.bmp 800x600 Bitmap de 256 cores (8 bits por pixel) Cálculo: Informações e conclusões: Tamanho no Windows: 469 KB (481.078 bytes) Tamanho em Disco: 472 KB (483.328 bytes) Diferença: 1 KB (1.078 bytes) Margem de Erro: 0,22% Tabela 1 - Comparativo da imagem em Bitmap de 256 cores Como pode ser percebido, no formato Bitmap de 256 cores houve uma mudança na diferença quando comparado ao apresentado no Windows, enquanto que a primeira imagem resultou numa diferença minúscula de 54 bytes, nesta segunda houve uma diferença de 1.078 bytes, o equivalente a uma diferença de 0,22%. A próxima tabela mostra o comparativo com a imagem em Bitmap de 16 cores. Img16cores.bmp 800x600 Bitmap de 16 cores (4 bits por pixel) Cálculo: Informações e conclusões: Tamanho no Windows: 234 KB (240.118 bytes) Tamanho em Disco: 236 KB (241.664 bytes) Diferença: 0,37 KB (118 bytes) Margem de Erro: 0,049% Tabela 2 – Comparativo da imagem em Bitmap 16 cores O interessante que desta vez a diferença entre o cálculo e a informação do Windows reduziu novamente, agora a diferença é de apenas 118 bytes, equivalente a 0,049%. E por último, no comparativo das imagens Bitmap com as informações do Windows, a análise da imagem em Bitmap monocromático. Imgmono.bmp 800x600 Bitmap monocromático (1 bit por pixel) Cálculo: Informaçõese conclusões Tamanho no Windows: 58,6 KB (60.062 bytes) Tamanho em Disco: 60,0 KB (61.440 bytes) Diferença: 0,01 KB (62 bytes) Margem de Erro: 0,10% Tabela 3 - Comparativo da imagem em Bitmap monocromático Percebe-se que apesar de insignificante a diferença ao comparar os resultados dos cálculos com o apresentado no Windows, a margem de diferença não segue um padrão fixo, apesar de que sempre se manteve abaixo do 1% (por cento). Em relação à qualidade da imagem, só foi percebível diferença ao salvar nos formatos Bitmap de 16 cores e monocromático, tendo em vista que a imagem usa uma quantidade bastante limitada de cores. A tabela a seguir demostra o que acontece com o tamanho das imagens ao se salvar no formato JPG, que possui um algoritmo de compactação de imagens. Formato original Tamanho original Tamanho em JPG Diferença Taxa de redução Bitmap de 24 bits 1,37 MB (1.440.054 bytes) 43,8 KB (44.852 bytes) 1,33 MB (1.395.678 bytes) 96,88% Bitmap de 256 cores 469 KB (481.078 bytes) 43,3 KB (44.376 bytes) 425,7 KB (436.702 bytes) 90,77% Bitmap de 16 cores 234 KB (240.118 bytes) 41,3 KB (42.322 bytes) 192,7 KB (197.796 bytes) 82,37% Bitmap monocromático 58,6 KB (60.062 bytes) 17,3 KB (17.751 bytes) 41,3 KB (42.311 bytes) 70,44% Tabela 4 – Comparativo entre imagens Bitmap e JPG É possível ver claramente a diferença gritante entre as imagens do formato Bitmap para JPG, alcançando uma redução de cerca de 96%, isso tudo se deve a capacidade do formato JPG compactar as imagens, diferentemente do Bitmap que salva pixel por pixel, que pode salvar um conjunto de pixels iguais em um espaço menor, reduzindo assim o tamanho final do arquivo. A próxima tabela utiliza outra técnica de compactação, a compressão no formato RAR. Formato original Tamanho original Tamanho em RAR Diferença Taxa de redução Bitmap de 24 bits 1,37 MB (1.440.054 bytes) 7,22 KB (7.396 bytes) 1,36 MB (1.432.658 bytes) 99,49% Bitmap de 256 cores 469 KB (481.078 bytes) 3,18 KB (3.261 bytes) 465,82 KB (477.817 bytes) 99,32% Bitmap de 16 cores 234 KB (240.118 bytes) 2,36 KB (2.421 bytes) 231,64 KB (237.697 bytes) 98,99% Bitmap monocromático 58,6 KB (60.062 bytes) 604 bytes 58,06 KB (59.458 bytes) 98,99% Tabela 5 – Comparativo entre imagem em Bitmap e compactada em RAR A compressão em RAR proporcionou uma redução ainda maior do tamanho do arquivo em relação ao JPG, chegando a aproximadamente 99% de redução. Porém, diferentemente do JPG, o formato RAR não pode ser usado diretamente, sendo necessário descompactar o arquivo para utilizá-lo, desta forma o arquivo volta a ter seu tamanho original. Para atestar a diferença entre a compactação do formato JPG para o RAR, foi feita uma tabela comparando os formatos e seus tamanhos respectivamente, conforme abaixo. Formato original Tamanho original Tamanho em RAR Diferença Taxa de redução JPG (Bitmap de 24 bits) 43,8 KB (44.852 bytes) 21,8 KB (22.368 bytes) 22 KB (22.484 bytes) 50,13% JPG (Bitmap de 256 cores) 43,3 KB (44.376 bytes) 21,5 KB (22.047 bytes) 21,8 KB (22.329 bytes) 50,32% JPG (Bitmap de 16 cores) 41,3 KB (42.322 bytes) 20,5 KB (21.077 bytes) 20,8 KB (21.245 bytes) 50,20% JPG (Bitmap monocromático) 17,3 KB (17.751 bytes) 5,42 KB (5.555 bytes) 11,88 KB (12.196 bytes) 68,70% Tabela 6 – Comparativo das imagens em JPG e em RAR Como comentado anteriormente, o formato RAR consegue reduzir em maior escala o tamanho do arquivo, sendo que este conseguiu alcançar uma redução de cerca de 50% maior em relação ao JPG. Agora será verificado se é possível compactar ainda mais uma imagem que já passou por um processo de compressão, desta forma, faremos a compactação para RAR as imagens que passaram pelo algoritmo de compactação do JPG, o resultado é ilustrado na tabela a seguir. Formato compactado Tamanho Tamanho do JPG compactado Diferença Taxa de diferença Bitmap de 24 bits 7,22 KB (7.396 bytes) 21,8 KB (22.368 bytes) 14,58 KB (14.972 bytes) 66,93% Bitmap de 256 cores 3,18 KB (3.261 bytes) 21,5 KB (22.047 bytes) 18,32 KB (18.786 bytes) 85,21% Bitmap de 16 cores 2,36 KB (2.421 bytes) 20,5 KB (21.077 bytes) 18,14 KB (18.656 bytes) 88,51% Bitmap monocromático 604 bytes 5,42 KB (5.555 bytes) 4,83 KB (4.946 bytes) 89,13% Tabela 7 – Comparativo entre o Bitmap compactado e o JPG compactado Como pode ser visto a compactação do JPG não reduziu tanto quando a do Bitmap. E realmente é uma diferença bem significativa, pois um arquivo JPG compactado ficou cerca de 90% maior que o Bitmap compactado. A razão para isso pode ser no fato do arquivo JPG já ter passado por um processo de compactação, logo um segundo processo não consegue ser tão eficaz. 2ª ETAPA Para esta etapa, foi criada uma nova imagem bastante diferente da primeira, com mais detalhes e cores, porém com a mesma resolução da anterior (800x600px). A imagem que foi salva inicialmente no formato Bitmap de 24 bits é apresentada abaixo. Figura 3 – Nova imagem salva em Bitmap de 24 bits Em caráter comparativo, foi salva esta imagem novamente nos mesmos formatos utilizados na 1ª ETAPA. Abaixo é demostrada uma tabela comparando os tamanhos dessas imagens com as obtidas na etapa anterior. Formato Tamanho 1ª ETAPA Tamanho 2ª ETAPA Diferença Taxa de redução Bitmap de 24 bits 1,37 MB (1.440.054 bytes) 1,37 MB (1.440.054 bytes) Nenhuma Nenhuma Bitmap de 256 cores 469 KB (481.078 bytes) 469 KB (481.078 bytes) Nenhuma Nenhuma Bitmap de 16 cores 234 KB (240.118 bytes) 234 KB (240.118 bytes) Nenhuma Nenhuma Bitmap monocromático 58,6 KB (60.062 bytes) 58,6 KB (60.062 bytes) Nenhuma Nenhuma Tabela 8 – Comparativo do tamanho das imagens Bitmap da 1ª e 2ª ETAPA Perceba que não houve diferença no tamanho dos arquivos entre as duas etapas. Isso ocorre devido ao fato do Bitmap armazenar em cada pixel todos os bits que o formato fornece, ou seja, independente dos detalhes da imagem, como forma e cores, desde que sejam salvas no mesmo padrão Bitmap e com a mesma resolução, sempre terão o mesmo tamanho em arquivo. Seguindo o mesmo processo da etapa anterior, foram também convertidas todas as imagens para o formato JPG e comparadas as da 1ª etapa, conforme a tabela a seguir. Formato Tamanho 1ª ETAPA Tamanho 2ª ETAPA Diferença Taxa de diferença JPG (Bitmap de 24 bits) 43,8 KB (44.852 bytes) 106 KB (109.196 bytes) 62,2 KB (64.344 bytes) 58,93% JPG (Bitmap de 256 cores) 43,3 KB (44.376 bytes) 105 KB (107.964 bytes) 61,7 KB (63.588 bytes) 58,90% JPG (Bitmap de 16 cores) 41,3 KB (42.322 bytes) 105 KB (108.418 bytes) 63,7 KB (66.096 bytes) 60,96% JPG (Bitmap monocromático) 17,3 KB (17.751 bytes) 65,5 KB (67.119 bytes) 48,2 KB (49.368 bytes) 73,55% Tabela 9 – Comparativo do tamanho das imagens JPG da 1ª e 2ª ETAPA O formato JPG não seguiu o padrão do Bitmap, mantendo o mesmo tamanho entre as etapas, isso porque o JPG usa um algoritmo de compressão da imagem que é baseado no seu conteúdo, ou seja, dependendo dos detalhes e quantidade de cores na imagem, o tamanho poderá ser diferente, mesmo que estejam na mesma resolução. Como as imagens da 2ª ETAPA possuem mais cores e detalhes, provocou que estes tivessem um tamanho maior de arquivo do que as da etapa anterior. Nesse exemplo foi possível perceber que as imagens da 2ª ETAPA ficaram cerca de 60% maiores que da primeira. Seguindo com os processos da etapa anterior, agora é feito o comparativo das imagens Bitmap compactadas no formato RAR, conforme a tabela abaixo ilustra. Formato Compactado Tamanho 1ª ETAPA Tamanho 2ª ETAPA Diferença Taxa de diferença Bitmap de 24 bits 7,22 KB (7.396 bytes) 16,7 KB (17.168 bytes) 9,48 KB (9.772 bytes) 56,92% Bitmap de 256 cores 3,18 KB (3.261 bytes) 10,8 KB (11.104 bytes)7,62 KB (7.843 bytes) 70,63% Bitmap de 16 cores 2,36 KB (2.421 bytes) 10,5 KB (10.768 bytes) 8,14 KB (8.347 bytes) 77,52% Bitmap monocromático 604 bytes 5,83 KB (5.971 bytes) 5,24 KB (5.367 bytes) 89,88% Tabela 10 – Comparativo das imagens Bitmap compactadas da 1ª e 2ª ETAPA Da mesma forma que foi mostrado na Tabela 9, as imagens da 2ª ETAPA também ficaram maiores do que as da primeira na compactação para o formato RAR, pois da mesma forma que acontece com o JPG, a compactação do RAR também considera os detalhes da imagem. Por último, foi feita a comparação das imagens JPG compactadas das duas etapas, o resultado é visto a seguir. Formato Compactado Tamanho 1ª ETAPA Tamanho 2ª ETAPA Diferença Taxa de diferença JPG (Bitmap de 24 bits) 21,8 KB (22.368 bytes) 101 KB (103.496 bytes) 79,2 KB (81.128 bytes) 78,39% JPG (Bitmap de 256 cores) 21,5 KB (22.047 bytes) 100 KB (102.760 bytes) 78,5 KB (80.713 bytes) 78,55% JPG (Bitmap de 16 cores) 20,5 KB (21.077 bytes) 99,9 KB (102.391 bytes) 79,4 KB (81.314 bytes) 79,42% JPG (Bitmap monocromático) 5,42 KB (5.555 bytes) 53,4 KB (54.726 bytes) 47,98 KB (49.171 bytes) 89,85% Tabela 11 – Comparativo das imagens JPG compactadas da 1ª e 2ª ETAPA O resultado não poderia ser diferente, novamente as imagens compactadas da segunda etapa ficaram maiores que as da primeira, mas isso já era esperado já que as imagens originais da segunda etapa já eram maiores. Percebe-se também, como ocorreu na primeira etapa, foi que os arquivos JPG compactados ficaram bem maiores do que os Bitmaps compactados, isso decorre pelo mesmo motivo apresentado na etapa anterior. 3ª ETAPA A 3ª ETAPA segue um pouco das duas anteriores, novamente foi salva uma imagem em todos os formatos Bitmap antes usados, porém a diferença agora que foi usada a resolução 133x100 px em todas as imagens. A seguir será demostrado todos os cálculos para obtenção do tamanho da imagem e as informações dadas pelo Windows, conforme foi realizado na 1ª ETAPA. img256cores.bmp 133x100 Bitmap de 24 bits (24 bits por pixel) Cálculo: Informações e conclusões: Tamanho no Windows: 39,1 KB (40.054 bytes) Tamanho em Disco: 40,0 KB (40.960 bytes) Diferença: 0,14 KB (154 bytes) Margem de Erro: 0,38% Tabela 12 – Comparativo da imagem em Bitmap de 24 bits Como era esperado, o tamanho do arquivo dessa imagem ficou menor em relação às duas etapas anteriores, isso pelo motivo da diferença de resolução das imagens, pois da 3ª ETAPA é menor do que as anteriores. Para tanto observe agora o comparativo da imagem em Bitmap de 256 cores abaixo. img256cores.bmp 133x100 Bitmap de 256 cores (8 bits por pixel) Cálculo: Informações e conclusões: Tamanho no Windows: 14,3 KB (14.678 bytes) Tamanho em Disco: 16,0 KB (16.384 bytes) Diferença: 1,31 KB (1.378 bytes) Margem de Erro: 9,39% Tabela 13 – Comparativo da imagem em Bitmap de 256 cores Esta imagem teve seu tamanho no Windows de 14,3 KB contra os 472 KB da imagem das etapas anteriores. A seguir a mesma imagem na versão Bitmap de 16 cores. Img16cores.bmp 133x100 Bitmap de 16 cores (4 bits por pixel) Cálculo: Informações e conclusões: Tamanho no Windows: 6,75 KB (6.918 bytes) Tamanho em Disco: 8,00 KB (8.192 bytes) Diferença: 0,26 KB (268 bytes) Margem de Erro: 3,87% Tabela 14 – Comparativo da imagem em Bitmap de 16 cores A tabela a seguir ilustra a mesma imagem no formato Bitmap monocromático. Imgmono.bmp 133x100 Bitmap monocromático (1 bit por pixel) Cálculo: Informações e conclusões: Tamanho no Windows: 2,01 KB (2.062 bytes) Tamanho em Disco: 4,00 KB (4.096 bytes) Diferença: 0,39 KB (399,5 bytes) Margem de Erro: 19,37% Tabela 15 – Comparativo da imagem em Bitmap monocromática Repare que quando menor o arquivo, geralmente ocorre uma maior diferença entre o cálculo, devido ao cabeçalho do arquivo gerado pelo o Windows que tende a ocupar um espaço percentual considerável. Para finalizar, esta última tabela demostra um comparativo do nível de acerto (em %) entre a 1ª e a 3ª ETAPA. Formato Nível de Acerto 1ª ETAPA Nível de Acerto 3ª ETAPA Diferença Bitmap de 24 bits 99,996% 99,62% 0,38% Bitmap de 256 cores 99,78% 90,61% 9,17% Bitmap de 16 cores 99,95% 96,13% 3,82% Bitmap monocromático 99,90% 80,63% 19,27% Tabela 16 – Comparativo do nível de acerto dos cálculos na 1ª e 3ª ETAPA CONSIDERAÇÕES FINAIS Foi possível entender neste trabalho a dinâmica do funcionamento de alguns formatos de imagem e ver como estes ocupam o espaço em disco. Foi possível também perceber a diferença gritante entre os tamanhos dos arquivos Bitmap e JPG, e também o poder de compactação dos arquivos RAR. REFERÊNCIAS Falleiros, Dario Pimente. O Mundo Gráfico da Informática: Editoração eletrônica, Design gráfico & Artes digitais. Editora Futura. São Paulo, 2003. FIEC (Federação das Indústrias do Estado do Ceará). Curso de Iniciação a Design Gráfico e Web. Disponível em <http://www.fiec.org.br/design/cursoweb/bitmaps.asp>. Acesso em: 21 fev. 2014. CONCI, Aura; AZEVEDO, Eduardo; LETA, Fabiana. Computação Gráfica: Teoria e Prática. Editora Elsevier. Rio de Janeiro, 2008.
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