farbmodelle (rgb

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farbmodelle (rgb

Zusammenfassung MIDI
Metasprache
16 Kanäle je Leitung, General MIDI
channel messages: Note on (9x), Note off (8x)
system messages: Start (FA),
Stop (FC)
Protokoll
RS 232 asynchron, 31,25kBaud, 10Bit je Infobyte
Zeitbasis: PPQ oder SMPTE
© H.-D. Wuttke 2012
MIDI – Begriffe (Geräte)
Synthesizer
Empfang von MIDI-Daten, Interpretation,
Klanggenerator (FM, Wave)
(Tonhöhe (Pitch), Anschlagdynamik (Velocity), Klangfarbe(Timbre))
Sequenzer
Aufzeichnung und Speicherung
von MIDI-Daten in Spuren (Tracks)
Wiedergabemodus (senden von MIDI-Daten)
als Software: Editor für MIDI-Daten (graphisch)
MIDI – Begriffe (Synthesizer)
Hüllkurve
zeitlicher Tonverlauf (ADSR-Modell)
Quelle: http://www.doepfer.de/a100_man/a141_anl.pdf
MIDI – Begriffe (Musik)
Pitch
Note, Tonhöhe (C2.... g8)
Pitch Wheel (+/-)
C2=0,...., c1=48, (30Hex) 12 Töne je Oktave
Velocity
Anschlagdynamik, bestimmt die relative
Lautstärke
MIDI – Tonumfang C2 .... g8
MIDI – Kodierung
11 Oktaven
je 12 (Halb)töne
c1= 4*12 = 48
11 x 12 ~ 128 ;-)
=> 7 Bit
128 Noten
128 Lautstärkestufen
128 Stereopositionen
128 Klangfarben
128 ...
z.B. 57= 39Hex = Kammerton „a“ 440,0 Hz
General MIDI – (Auszug)
MIDI – Messages
VERGLEICH (Sampling  MIDI)
Originalklänge
Samples
Instrumente
Reproduktion
10,5 Mio Byte/Min
Samplerate
Nyquist, Aliasing
Rauschen (SNR)
Mischen
Metadaten
Kommandos
Synthesizer
Interpretation
20 kByte/Min
Kommandofolge
Seriell => Parallel
Standard (GMIDI)
Komponieren
Editieren
Graphik
Farbsehen
Farbmodelle
Ausgabegeräte
Auflösung
Formate
FARBSEHEN - Retina
http://www.ai.rug.nl/~lambert/projects/BCI/literature/misc/oog-retina.gif
FARBSEHEN - Retina
Stäbchen (rod)
Rezeptoren für Helligkeit (sehr empfindlich)
Zapfen (cone)
Rezeptoren für Farbe
3 Arten mit unterschiedlicher Empfindlichkeit
für Rot, Blau, Grün
FARBSEHEN - Spektrum
Rot, Grün, Blau
FARBSEHEN
Rot, Grün, Blau (Spektrum)
Licht als Welle
Wellenlängen
Rot:
Grün:
Blau:
500 – 780 nm
450 – 650 nm
380 – 500 nm
Verteilung der Zapfen
Rot:
Grün:
Blau:
max
560 nm
530 nm
430 nm
64%
32%
4%
FARBSEHEN
Empfindlichkeit für Rot, Grün, Blau (Spektrum)
Quelle: Ze-Nian Li : Script Multimedia Systems, Simon Fraser University, Canada
FARBSEHEN
Sonnenlicht im Tagesverlauf



60° blau
45° weiß
15° rot
(kurzer Weg => kurzwelliges Licht => blau)
(langer Weg => langwelliges Licht => rot)
FARBSEHEN
Farbe als Überlagerung von drei Farbanteilen
Gesucht sind Modelle, die durch alleinige
Addition oder Subtraktion von
drei Farbkomponenten alle Farben
des sichtbaren Lichts erzeugen können
RGB ???
FARBSEHEN
RGB Kurven zur Erzeugung aller Farben
0,05B + 0,06G – 0,09R ~ 500nm
FARBSEHEN
Farbe als Überlagerung von drei Farbanteilen
RGB-Problem:
Manche Farben erfordern „+“ und „-“
wenn RGB (reine Farben) verwendet werden
z.B. Wellenlänge 500nm
 Verwendung „nicht reiner“ Farben x,y,z
mit gewünschtem Spectralverlauf
FARBMODELLE
CIE-Modell
• 1931: CIE (Commission Internationale de L'Eclairage)
E
(spektrale
Verteilung)
Statt RGB
Verwendung
der
Primitiven
xyz
=> Alle Farben

FARBMODELLE
CIE chromaticity diagram
xyz als 3D- Anordnung
(Hufeisen-Modell)
oder Projektion in 2D
(Annahme: x+y+z=1)
FARBMODELLE
L*a*b (Lab) Color Model
Verfeinertes CIE Modell
1976
L: Luminanz
a: Grün (-a) bis Rot (+a)
b: Blau bis Gelb
genutzt in Photoshop
Quelle: Adobe® Photoshop Elements
FARBMODELLE (HSB)
FarbKreis
QuelleAdobe® Photoshop Elements
Chrominanz:
H: Hue
S: Saturation
(°)
(%)
Farbton
Sättigung
(B)
(A)
(Grauanteil im Verhältnis zum Farbton 0%=Grau)
Luminanz:
B: (Brightness) (%)
(0%: Schwarz, 100%: Weiß)
Helligkeit
(C)
Farbton (Rad) (D)
FARBMODELLE (HSB)
Chrominanz: H: Hue
(°)
S: Saturation
(%)
Luminanz:
B: (Brightness) (%)
Farbton (B)
Sättigung (A)
Helligkeit (C)
Menschliches Sehvermögen:
H:
128 Farbtöne
S:
130 Stufen (Levels)
B:
16 ... 26 Stufen (blau...gelb)
=> 21 * 128 * 130 ~ 350 000 verschiedene Farben
FARBMODELLE (RGB)
Farbwürfel
R:(FF,00,00)
(diagonal: Komplementfarben)
(FF,FF,00)
(FF,00,FF)
Komplement
(Ergänzung zu (FF,FF,FF))
G:(00,FF,00)
(00,FF,FF)
3 x 8 = 24 Bit
2^24 = 16 777 216 Farben „True Color“
(zur Erinnerung: unterscheidbar: 350 000!)
=> 3 x 6 = 18 Bit =>
2^18 = 262 144
B:(00,00,FF)
Websichere Farben
Minimale Information: gleichmäßiger Anteil von RGB
 Kubikzahlen (8, 27, 64, 125 oder 216)
 6 x 6 x 6 = 216, Auswahl über 8 Bit-Adresse
 216 Farben, die Plattform-unabhängig von allen
Browsern verwendet werden.
Teilsatz der 8-Bit-Farbpaletten unter Mac OS.
Durch die ausschließliche Verwendung dieser Farben
wird gewährleistet, dass Bilder, die für das
Internet bestimmt sind, auch auf Systemen mit 256
Farben korrekt angezeigt werden.
FARBMODELLE (RGB)
Komplementfarbe
(10s Konzentration auf roten Kreis)
R:(FF,00,00)
FARBMODELLE (RGB)
Komplementfarbe
(10s Konzentration auf Kreis)
R:(FF,00,00)
FARBMODELLE (RGB)
Komplementfarbe
FARBMODELLE (RGB)
Komplementfarbe
FARBMODELLE (RGB)
Komplementfarbe
FARBMODELLE (RGB)
Komplementfarbe
FARBMODELLE (RGB)
Beamer
(„Lichtfarben“)
Addition
(von „Helligkeit“)
FARBMODELLE (CMY)
Cyan Magenta Yellow
Drucker
(„Körperfarben“)
Subtraktion
(von „Helligkeit“)
FARBMODELLE (RGBCMY)
RGB
CMY
FARBMODELLE (CMYRGB)
Umrechnung:
Komplement
C =1 – R
R =1 – C
CMYK: K Black
FARBMODELLE (Vergleich)
L a b umfassend
RGB und CMYK
nur Teilbereich
z.B.
Kein reines Gelb
Bild - Auflösung  Monitor - Auflösung
Bild - Auflösung:
(ppi)
Bildelemente: Pixel (Kunstwort: Picture Elements)
Pixelanzahl = Pixel pro Zoll (pixels per inch, ppi)
= Bit-Map – Elemente im Graphikspeicher
Monitor / Drucker- Auflösung:
(dpi)
Bildpunkte pro Zoll
(dots per inch, dpi)
Farbpunkte pro Zoll
Bildschirm-Auflösung
1x1 Zoll Bild mit 144ppi
auf Bildschirm mit 72dpi
wird auf 2x2 Zoll Fläche dargestellt.
Faktor 2 in jede Richtung!
=> 4-fache Größe, 4-facher Speicherbedarf
Bild - Auflösung, Bildgröße (ppi)
Anzahl der Elemente im Graphikspeicher
=> Eigenschaft des Bildes
Beispiel:
1x1 Zoll benötigt bei
72 ppi => 5 184 Pixel (72^2)
300 ppi => 90 000 Pixel
x4
=>
x 16
=> quadratische Abhängigkeit
200 %
72ppi
300ppi
Bild - Auflösung, Bildgröße
13 x 9 Bild mit 600 dpi gescannt: (3152 x 2128) Pixel x 3 Byte/Pixel
gespeichert als
BMP 19 651 kByte
6,7 Mio Pixel
JPEG 417 kByte
GIF 2 200 kByte => BMP => 6,5 MByte
BMP 19 651 kByte
BMP 6 500 kByte
JPEG 417 kByte
Monitor - Auflösung
Gesichtsfeld: Bereich des scharfen Sehens
Seitenverhältnis (aspect ratio) ~ 4:3
z.B.
Beamer:
15‘ Monitor:
640 x 480
1024 x 768
800 x 600
VGA (video graph. array)
XGA (1024 x ¾ = 768)
S-VGA
Bildschirmauflösung: Punkte pro Zoll, dots per inch (dpi)
Einstellbar, üblich 72 ... 96 dpi
15‘ Monitor: 12‘ : 9‘
12 x 72 = 864 9 x 72 = 648
152 15‘
= 122 + 92 9‘
12‘
Monitor - Auflösung
Gesichtsfeld: Bereich des scharfen Sehens
Seitenverhältnis (aspect ratio) ~ 4:3
z.B.
Beamer:
15‘ Monitor:
640 x 480
1024 x 768
800 x 600
VGA (video graph. array)
XGA (1024 x ¾ = 768)
S-VGA
Bildschirmauflösung: Punkte pro Zoll, dots per inch (dpi)
20‘ Monitor: 16‘ : 12‘
16 x 72 = 1152 12 x 72 = 864
20‘
16‘
12‘
Varianten
Monochrom (Schwarz/Weiß)
1Pixel=1Bit
640x480 => 37,5kByte
Graustufen (Gray Scale)
1Pixel=1Byte 640x480 => 300kByte
True Color
1Pixel=3Byte
640x480 => 900kByte
Auch mit 4Byte (1für )
Varianten
True Color
1Pixel=3Byte (+1Byte )
640x480 => 900kByte
(JPEG)
8-Bit Farbe
256 aus 16777216 Farben
640x480 => 300kByte
Color Look-Up Table
(GIF)
Drucker-Auflösung
Ebenfalls in dpi
Üblich:
Laser
Tintenstrahl
600 ... 1200 dpi
300 ... 4800 dpi
Gute Qualität bis zu 150 ppi
Interpolation
Bis zu 32 Tröpfchen pro Pixel, 1,2 Mio Farben
FARBMODELLE (RGB  CMY)
Monitor: Addition
RGB
Drucker: Subtraktion
CMY
zu dunkler Fläche
wird Helligkeit addiert
von heller Fläche wird
Helligkeit entfernt
Lichtfarben
Prisma
Körperfarben
auch in Fotographie
ZUSAMMENFASSUNG
Farbe:
Überlagerung von Farbwerten
RGB
Additiv
CMY
Subtraktiv
Auflösung: Kompromiss zwischen
Qualität und Speicherbedarf
ppi
dpi
Bild im Speicher
Ein-/Ausgabegerät
Graphik - Formate
Vektorgraphik
geometrische Figuren,
exakte Berechnung auf beliebige Größe (ppi)
Rastergraphik
feste Anzahl von Bildpunkten
Wiedergabe durch Interpolation
z.B. 1 ppi => 2 dpi
(ppi)
(dpi)
Raster- und Vektorformate
•
Vektorformate
- Mathematische Beschreibung der Objekte
- Jedes Bildelement (Primitive) wird durch
seine Parameter gespeichert
- Postscriptsprachen
- Vektordaten werden nur verlustfrei komprimiert
- Darstellung von Grafiken, Buchstaben
• Vorteile
- frei skalierbar
- Kompakte Darstellung des Bildes
Typische Vektorformate
WMF, EPS
• Nachteile
- nicht für komplexe Bilder (Fotos)
- Darstellung plattformabhängig
- Verschiedene Programme verschiedene Algorithmen zur Konstruktion der Vektorobjekte
WMF (Windows Meta File)
•
Vektorformat
•
eng mit dem System Windows von Microsoft verknüpft
•
für den Austausch von Grafiken über die Zwischenablage
(Clipboard)
•
speichert Grafiken als eine Folge von Funktionsaufrufen
(Konstruktionsanweisungen) mit den dazugehörigen Parametern.
•
"Graphic Device Interface" (GDI) für die Ausgabe auf die
entsprechende Hardware.
•
GDI enthält Bibliotheken von grafischen Objekten
(Kreise, Rechtecke, Ellipsen, Kreisbögen usw.)
Aufbau der WMF-Datei
Maßeinheit der WMF-Objekte ist ein twip (twentieth of a point = 1/1440 Zoll)
1440 / 20 =72 => 72ppi
Header (18 byte)
0
0
Record
.
.
.
Record
1 bis n mal wiederholen
Aufbau der WMF-Datei
Header:
•
•
•
•
•
•
Speicherort der WMF-Datei (1= Hauptspeicher, 2=Platte)
Länge des Headers in Words (1 Word = 2 Byte)
die benutzte Windows-Version
die Gesamtlänge der WMF-Datei in Words
die Anzahl der in der Datei gespeicherten Objekte
die Länge des längsten vorhandenen Objektsatzes
Record:
• die Länge des Records in Words
• die Nummer der GDI-Funktion (definiert in windows.h)
• die Parameter der Funktion
Raster- und Vektorformate
• Rasterformate
- Rechteckige Matrix mit kleinen Bildelementen (Pixel)
- Jedem Bildelement entspricht ein Farbwert
- Je ein Farbwert wird in Bilddatei gespeichert
(Farbpalette)
- Speicherung: sowohl verlustfrei
als auch verlustbehaftet komprimiert
- Darstellung von Fotos
• Vorteile
- Plattformunabhängig
- Detaillierte Darstellung der Bildobjekte
• Nachteile
- Rasterbilder werden schlecht skaliert
- Viel größere Datenmenge als im Vektorbild
• Zwei Typen der Raster- und Vektordateien
- Bildschirmabbildung und Druck
Typische Rasterformate sind
GIF, JPEG, PNG, TIFF, BMP
GIF (Graphics Interchange Format)
• Entwicklung
- 1987: GIF87a
- 1989: GIF89a
• Ziel
Rasterbilder in Netzen
• Eigenschaften
- Interlacing
Bild wird in bis zu 4 Schichten
abgespeichert
Ladezeit erscheint kürzer, der Ladevorgang wird sichtbar gemacht
- Transparenz
 Eine Farbe des Bildes kann man als transparent definieren
 Durch zusätzlichen Alpha-Kanal, der zusammen mit der Datei
gespeichert ist, gewährleistet
- Animation
 aufeinander folgende GIF-Bilder in einer Datei (GIF-Animation)
GIF (Graphics Interchange Format)
•
Vorteile
- Kleine
- Viele
•
Datei - Größe
Möglichkeiten für Webseitengestaltung
Nachteile
- nur
256 Farben
- feine Schattierungen als Streifen mit verschiedenen Farbdichten
- Lizenzgebühren für LZW-Algorithmus
•
Verwendung
- gut für Logos, Schemata, Graphiken
GIF (Datei-Format)
 GIF-Signatur
- GIF-Kennung und Version
 Screen Descriptor
- Informationen über das Gesamtbild
 Globale Farbtabelle
- RGB-Modell
- kann fehlen, falls lokale Paletten
 Beliebig viele Teilbilder
- Bestehend aus:
 Bildinformationsblock (Image Descriptor)
 optionale lokale Farbtabelle (RGB)
 Rasterdaten (Bilddaten)

GIF-Erweiterungsblock
- für spätere Erweiterungen der Spezifikation

GIF-Terminator
- Beendet die GIF-Datei
GIF-Signatur
Screen Descriptor
[Globale Farbtabelle]
…
Image Descriptor
[Lokale Farbtabelle]
Beliebig oft
wiederholbar
Bilddaten
…
[GIFErweiterungsblock]
…
GIF-Terminator
Beliebig oft
wiederholbar
JPEG (Joint Photographic Experts Group)
• Entwicklung
- JPEG: Expertengremium
- Seit 1988 erarbeitet international gültige Standards auf ISO und ITU-Basis für JPEG
• Ziel
- Austausch von Fotos im WWW
- Anzeigen von Fotos in Präsentationen
• Eigenschaften
• Vorteile
- 16,8 Mio. Farben
- Kleine Größe einer Datei
• Nachteile
- Verlustbehaftete Komprimierung
- Wiederherstellung des Original-Bildes unmöglich
• Komprimierungsmethode
- Verlustbehaftete Komprimierung
- Nicht auf der Suche der identischen Elemente, wie
in LZW, sondern auf dem Unterschied zwischen
Bildelementen gegründet
Y=f(R,G,B), U=f(R,G,B), V=f(R,G,B)
- Die Daten werden in den Farbenraum Y U V (Y Cb Cr) konvertiert
 Y - Helligkeit (Luminanz)  U - Chrominanz
 V - Chrominanz
4:1:1
Y
Y
Y
Y
Y
UV
U V
Y
Y
8*8
- Diskrete Cosinus Transformation (DCT)
 Für jeden Block wird der Satz der Zahlen gebildet
(DC- und AC-Koeffizienten)
Y
UV
- ½ oder ¾ der Information über die Farbe entfernt
- Dann werden die Blöcke 8*8 Pixel analysiert
4:2:2
D C AC
AC
AC
 Erste einige Zahlen stellen die Farbe des Blocks
insgesamt dar
 Nachfolgende Zahlen stellen feine Details dar
AC
- Quantisierung (Normalisierung)
 Ein bestimmter Teil der Zahlen, die feine Details darstellen, entfernt
AC
- Im letzen Schritt wird die Huffman-Codierung verwendet
 Entwicklung: 1952
 Der Zeichensatz analysiert wird, um die Frequenz
jedes Symbols zu bestimmen
 Für die am meisten sich treffenden Symbole eine Darstellung
als minimal mögliche Anzahl der Bits verwendet
 Die Huffman-Codierung im JPEG baut auf der Tatsache auf, dass in der
Sequenz der AC-Koeffizienten sehr viele Nullwerte existieren
• Unterformate des JPEG-Formats
- „Baseline Optimized“
 Die Dateien werden ein bisschen besser komprimiert
 Nicht alle Programme unterstützen
- „Progressive JPEG“
 Unterstützung des Fade-In-Effekts (Interlacing)
• Verwendung
- Eignet sich gut für Fotos
• JPEG-Datei (JFIF-Datei)
- JFIF-Dateien besitzen eine Menge von Markierungen
 Start of Image
- Anfang der JPEG-Datei
 End of Image
- Ende der JPEG-Datei
 APPO JFIF Marker
- Definiert einen Informationsblock
- Besteht aus:
 Länge des Informationsblocks
 Version
Start of Image (SOI)
APPO JFIF Marker
Optional APPO JFIF
Extensiion Header
Tables
 Zeichenkette „JFIF“
 Einheit der Auflösung (dpi, dots per cm)
Start of Frame
Tables1
 Auflösung in X- und Y-Richtung
Start of Scan 1
 Thumbnail in X- und Y-Richtung
Scan 1 Data
 Thumbnail Image (RGB-Werte) (optional)
 Extension Header
- Definiert zusätzliche Bildinformation
 Tables
- Quantisierungstabellen
 Start of Frame
- Definiert das Frame
 Tables 1…Tables m
- Huffmantabellen
 Start of Scan
- Anfang der komprimierten Daten
…
Tables m
Start of Scan n
Scan n Data
End of Image (EOI)
PNG (Portable Network Graphics)
• Entwicklung
- 1994, 1995
- Vermeidung von Lizenzgebühren (Firma Unisys)
• Ziel
- Alternative für GIF und JPEG
- Darstellung verschiedener Typen von Rasterbildern
• Eigenschaften
-Plattformunabhängig
- keine deutliche Teilung zwischen verschiedenen Typen von Paletten
- Verlustfreie Komprimierung
- Vorhergehende Filterung der Information
- Interlacing
- Transparenz (Alpha-Kanal mit 254 Schichten)
- Gamma-Korrektion
• Vorteile
- Unterstützt 8-, 24-, 48-bit Farben
- Lizenzfrei
• Nachteile
- Dateigröße nicht immer geringer als im GIF- und JPEG-Format
- Nicht von allen Programmen unterstützt
- Verlustfreie Komprimierung
Verwendet eine Variante der LZ77-Komprimierung
(Grundlage für die LZW-Komprimierung)
Komprimierte Daten enthalten die Zeichen und Kodes für eine Dekomprimierung
 Verwendet 32-Kbyte gleitendes Fenster ( „slide Window“) für Dekomprimierung
- Huffman-Codierung
• Verwendung
- Eignet sich sowohl für Fotos, als auch für Logos, Signete
• Aufbau einer PNG-Datei
- Besteht aus Chunks
- Es gibt Basischunks und andere werden von der
Applikationen ergänzt
PNG Signature
IHDR Chunk
 Länge (Bytes)
 Typ
 Daten
IDAT Chunk 1
 PNG Signature
…
- Die PNG-Datei als solche kennzeichnet
 IHDR Chunk
IDAT Chunk n
- Definiert eine Bildinformation (Höhe, Breite usw.)
 PLTE Chunk
- Definiert eine Bildpalette
 CRC
PLTE Chunk
IEND Chunk
Chunk=Block
- Es kann nur eine Palette sein
 IDAT Chunk
- Enthält die komprimierten Daten
 IEND Chunk
- Ende der PNG-Datei
- Alle IDAT Chunks müssen aufeinander folgen
Basic chunkcs
 Chunks haben folgendes Format:
GIF oder JPEG?
Formate auf Webseiten:
• Fotos
• Logos
• Text als Bild
• Fotos
Farbenanzahl ≥ 256
GIF (200x270 Pixel) 14,8Kb
Optimal
JPEG (200x270 Pixel) 11,9Kb
• Fotos
Farbenanzahl < 256
JPEG (unkomprimiert)
GIF (32 Farben)
12,0 KB
Optimal
66,0 KB
• Logos
GIF 16 Farben 2,18 Kb
GIF 4 Farben
OPTIMAL
JPEG Qualität 20 %
3,53 Kb
1,35 Kb
•Text als Bild
GIF ist bessere Wahl
JPEG Qualität 20% 3.07Kb
Zusammenfassung Graphik - Formate
Vektorgraphik - PS, EPS, WMF
geometrische Figuren,
exakte Berechnung auf beliebige Größe
Rastergraphik - BMP, GIF, JPEG, PNG
feste Anzahl von Bildpunkten
(ppi)
Wiedergabe durch Interpolation
(dpi)
Problem: Mac-Entwurf (Vektor) => PC (GIF)

farbmodelle (rgb

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