コンピュータ入門 第13回

コンピュータ入門 第13回
マルチメディアデータ
絵の描き⽅
〜絵の描き⽅〜
〜グラフの書き⽅〜
〜LaTeXへの貼り込み〜
本日の話題
画像，⾳声ファイルの形式
UNIXでのお絵かき
tgif
UNIXでのグラフ書き
GNU plot
LaTeXへの絵の貼り込み
2
1
画像・音声
画像ファイルの種類 (1)
画像の表現⽅法は⼤きく分けて⼆つ
ビットマップ画像
点の集合で画像を構成
9
9
表⽰する際には，すべてビットマップで表現されるので，計
算機での表⽰を⽬的とする場合はよく使われる
拡⼤縮⼩すると，ギザギザになったりつぶれたりする
画像中のオブジェクト（形のある物体）は認識不能
9
「画像中の円の中」のような指定はできない
¾ photoshopなどのソフトウェアは各オブジェクトごとに
layerを作成することでオブジェクトの認識を実現してい
る
そのまま保存するとサイズが⼤きくなる
教育⽤計算機では， “xpaint”などで作成・編集可能
4
2
画像ファイルの種類(2)
ベクトル画像
座標と数式の組み合わせで画像を表現
9
9
それぞれのオブジェクトを「⾚い幅1mmの線で，直径5cm
の円を，座標(28,64)を中⼼として描く」のような感じで表
現
写真などのような微妙なグラデーションや複雑な表現は困難
画像中のオブジェクトを認識可能
9
9
9
画像を構成する要素を，それぞれ独⽴した図形として個別に
認識
「⾚い円」などの指定が可能
図形の移動や拡⼤縮⼩が⽐較的簡単に⾏える
サイズは⽐較的⼩さくて済む（場合による）
教育⽤計算機では， “tgif”, “xfig” などが利⽤可能
5
画像での色の扱い
計算機での⾊表現
R(Red), G(Green), B(Blue)…光の三原⾊
３⾊の光を均等に混ぜると⽩（灰⾊）になる
RGBの混ぜ具合ですべての⾊を表現（加⾊混合）
RGBのそれぞれの強さを8bit(256段階)で指定
よって，256 x 256 x 256 = 1,678万⾊
24bit カラー という呼び⽅をすることもある
⾊表現の具体例
Red
Green
Blue
16進
白
255
255
255
0xFFFFFF
水色
135
206
235
0x87CEEB
6
3
インデックスカラー
24bit…⾊を表すために多くのメモリが必要
あらかじめ使う⾊を表（カラーマップ）として⽤意
しておき，RGBではなく⾊番号で⾊を指定
インデックスカラー⽅式
⼀般に 256⾊
画像ファイルのサイズが⼩さくできる
Red
色番号1
色番号2
Green
Blue
1 255
0
0
2 0
0
235
7
CMYKカラー
RGBでないもうひとつの⾊表現
C(Cyan), M(Magenta), Y(Yellow), K(⽩⿊部分)
３⾊を均等に混ぜると⿊になる
正確に⿊を作るのが難しいので、⿊を追加
カラー印刷物は，これらのインクを混ぜて印刷
カラーコピーやプリンタでも同じ
9
インクジェットプリンタのインク(最近は中間⾊も利⽤されるが）
RGBより⼀⾊多いので，データ量は増える
G+B
R+B
R+G
8
4
グレースケールと白黒
モノクロ画像の表現⽅法（⽩⿊写真）
⽩から⿊までのグレ を諧調表現
⽩から⿊までのグレーを諧調表現
⼀般には 256階調(8bit)
RGBに⽐べて 1/3 のサイズですむ
⽩⿊（2値画像）
グレーはなく，⽩か⿊のみで表現(1bit)
⼀般的なコピー，ファックス，⼿書きの⽂書など
般的なコピ
ファックス ⼿書きの⽂書など
グレー部分は，⿊点の密度を調整して表現
9
ので、さらにコピーするときには注意が必要
画像ファイルサイズは⾮常に⼩さくて済む
9
画像データの圧縮
ビットマップ画像をそのまま保存するとサイズが⼤
きくなる
1ドットあたり24ビット．1024x768サイズの画像をそ
のまま保存すると18874368ビット．約18MBytes
あるいは，200万画素（1600x1200）のデジカメ: 約
16MBytes
⼤きなデータを⼩さくしたい…圧縮
品質重視の場合はそのまま（⾮圧縮）
WWWなど多少劣化してもサイズが⼩さいことが望まれ
る場合は圧縮
10
5
圧縮の種類
圧縮の種類は⼤きく分けて次の⼆つ
可逆圧縮
伸⻑（展開）した時に，元のデータとまったく同じに
戻る
⾮可逆圧縮に⽐べると圧縮率は低い
⾼品質なデータを必要とする場合に利⽤
⾮可逆圧縮
伸⻑した時に，元のデータと若⼲異なる状態に戻る
9
写真などでは，⼈の⽬ではほとんど違いはわからない程度
可逆圧縮に⽐べ，圧縮率は⾼い
品質よりサイズが重要な場合に利⽤
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ビットマップ画像のためのファイル形式
よく⾒かける主なもののみ紹介（それ
以外はテキストなどを参照のこと）
6
画像ファイル形式(1)
TIFF(Tagged-Image File Format)
ビットマップ，⾮圧縮（圧縮もサポ ト）
ビットマップ，⾮圧縮（圧縮もサポート）
拡張⼦: .tiff, .tif
規格として⾃由度が⾮常に⾼いため，互換性に
問題
スキャナ取り込み，画像の編集・加⼯で多⽤
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画像ファイル形式(2)
GIF(Compuserve Graphics Interchange Format)
ビットマップ，可逆，インデックスカラー(256⾊)
拡張⼦: .gif
WWWで多⽤
GIFの圧縮アルゴリズムの特許関係が問題
9
２００４年６⽉に失効
⾮圧縮 GIF を利⽤するかPNGなどを利⽤するほうがよい
透明⾊やインターレースをサポート
明
インターレース: 最初，荒い画像が表⽰され，じわじわときれい
な画像に変わっていくような形式
14
7
画像ファイルの形式(３)
animated-GIF(.gif)
複数毎の静⽌画(gifファイル)を連続して表⽰
ほとんどのブラウザで直接表⽰可能
⼿軽に作ることができる
1
2
3
4
繰り返し
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画像ファイル形式(4)
JPEG(Joint Photographic Experts Group)
ビットマップ，可逆・不可逆
ビットマップ，可逆 不可逆
拡張⼦: .jpg, .jpeg
WWWで多⽤
写真など⾃然画像が得意
圧縮率を⾃由に設定可能
数分の1から数⼗分の1
数分
から数⼗分
圧縮率が低いほうがノイズが少ない
インターレースに対応
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8
画像ファイル形式(5)
PNG(Portable network Graphics)
ビットマップ，可逆, RGB・インデックスカラー
拡張⼦: .png
WWWに焦点をおいたGIFの発展・改良版
圧縮率改善，美しいインターレース
GIFの圧縮アルゴリズムに関する特許問題を避けるため
にも，PNG を利⽤することが推奨されていた．
しかし，２００４年６⽉にGIFに関する特許しは失効
画像の種類によっては JPEG
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ベクトル画像のためのファイル形式
9
画像のファイル形式(6)
PS(PostScript)
ビットマップ，ベクトル，⾮圧縮・不可逆
拡張⼦: .ps,
ps .eps,
eps .epsi
epsi
Adobe社が開発
ページ記述⾔語
ページ単位でグラフィックや⽂字を記述
PSを理解するプリンタ(PSプリンタ)も存在
9
本システムのプリンタはPSプリンタ
UNIXでは “ghostview”
ghostview , “ggv”コマンドなどで表⽰可能
ggv コマンドなどで表⽰可能
“PSファイル”と呼ぶ
LaTeXへの図の貼り込みの際はPSファイルで
実際には EPS(PSファイルの形式のひとつ)(.eps)
他にも，EPSI という形式も存在(.epsi)
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画像のファイル形式(7)
PDF(Portable Document Format)
ビットマップ，ベクトル，圧縮・不可逆
拡張⼦: .pdf
pdf
Adobe が開発
PSをベースに開発されたドキュメント配布⽤ファイル形
式
PSファイルからの変換が容易に可能
圧縮されているのでPSファイルよりファイルサイズが⼩
さ
さい
“PDFファイル”と呼ぶ
学会への論⽂提出、本学科でのレポート提出など、最近
の標準フォーマットとなっている。
20
10
ベクトル画像のためのファイル形式
各ソフトウェア独⾃形式のファイル形式が多い
基本的に売り物のソフトウェアが多い
ので、以下すべてWindows,Mac⽤ソフトウェア
Adobe Illustrator (.ai) 実はPS形式の拡張
Microsoft PowerPoint (.pptx)
Corel CorelDraw (.cdr)
それぞれ、PS,PDF形式でもファイルを出⼒できる
それぞれ
PS PDF形式でもファイルを出⼒できる
場合が多い
ただし、そのPS,PDFファイルはそのまま編集はできない
ので、編集⽤には上記の形式で保存すること
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画像編集用プログラム
教育⽤計算機上で利⽤可能なもの
xpaint : ビットマップ専⽤
GIF,JPEG,PSなど多彩な形式で保存可能
tgif : 基本的にベクトル画像
UNIXで利⽤されるベクトル画像⽤プログラムとしては，xfig と
並んで有名
GIF, PS などの保存形式をサポート
LaTeXとの組み合わせ時に利⽤される
gimp: ビットマップ専⽤(ホームページから参照)
超⾼機能画像加⼯ 編集プログラム
超⾼機能画像加⼯・編集プログラム
アニメーションgif などが簡単に作成可能
convert: 画像変換専⽤コマンド
透明gifへの変換．画像形式の相互変換などが可能
display コマンドを使うと，画像を表⽰することが可能
詳しくは，オンラインマニュアル参照
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11
音声ファイル
⾳声ファイルについては，形式による差はほとんどない
代表的な⾳声ファイル形式
AUフォーマット: .au (Sunのフォーマット）
AIFF: .aiff, .aif
（CDの形式）
AIF-C: .aifc (圧縮あり AIFF)
MS RIFF WAVE: .wav
⼀般にサイズが⼤きくなるので
般にサイズが⼤きくなるので，取り扱いに注意
取り扱いに注意
著作権なども⼗分に考える事
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音声ファイル(補足)
最近は圧縮形式の⾳声ファイルが普及している。
著作権問題に対応可能な形式も多い
主な形式
mp3（MPEG-1 Audio Layer-3）: .mp3
圧縮⾳声形式のスタンダード
AAC（Advanced Audio Coding）: .m4aなど
Apple の iTunes,
iTunes iPod で採⽤
著作権管理が可能
ATRAC3:
SONYが開発
著作権管理が可能
24
12
音声ファイル(補足)
ハードディスク、不揮発メモリなどの⼤容量化によ
り可逆圧縮形式も普及してきている
主な形式
FLAC（Free Lossless Audio Codec）: .flacなど
ALAC（Apple Lossless Audio Codec）: .m4aなど
Apple の iTunes, iPod で採⽤
著作権管理が可能
いずれも圧縮率は50%程度
オリジナルの情報が保証されているので、いつでも別のフォーマッ
トに乗り換えられる
25
GNUPLOTを使ってみよう
13
GNUPLOTって？
簡単に複雑なグラフが書ける
実験等で結果をグラフにしなければならない
グラフ⽤紙にいろんな⾊で線を引く…⾯倒
そんなとき，gnuplot!!
x,yなどの変数の変域指定&関数式⼊⼒
⾃動的にグラフを書いてくれる
さまざまな出⼒形式
LaTeXのpic形式，eps形式，tgif形式…
LaTeXで書いたレポートに簡単貼り込み
tgifで簡単編集
コマンドプロンプトからのインタラクティブ（対話
的）な操作
27
やってみよう
gnuplot [Return]
plot x*x
plot log(x)
plot x*x, log(x)
splot x*y
set hidden3d
replot
28
14
2次元グラフの基礎
plotコマンド
“plot [x変域] [y変域] 関数” が基本的使い⽅
変域:
変域 range と呼ぶ
関数: function と呼ぶ
たとえば，
plot [0:10] 1-exp(-x) …P.204図11.1
他にも，媒介変数を使ったグラフ(P.215)も
parametricモードと呼ぶ(parameter:媒介変数)
parametricモ
ドと呼ぶ(parameter:媒介変数)
たとえば，x2 + y2 =1(円)
plot [0:2*pi] [-1:1] [-1:1] cos(t), sin(t)
媒介変数(t)の範囲
xの範囲
yの範囲
x=cos(t)
y=sin(t)
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実験データをグラフ化
関数（連続的数値）ではあらわせない離散的
（⾶び⾶びの）データをグラフ化したい
データファイルを⽤意
plot “datafile”
で書くことができる
データファイルの書き⽅
各⾏に x y の値を並べて書いていく
各⾏に，x,y
#実験データ
1
100
2
85
3
130
4
226
gnuplotで処理
データファイル
(x,y)=(1,100),(2,85),(3,130),(4,226)
に対応する点を指定したことに
どんなグラフにするかは，別に指定
30
15
どんなグラフが書けるか？
主なグラフ表⽰⽅式
250
200
lines: 各点を線で結ぶ
points: 各点に点を打つ
dots: points より⼩さな点
linespoints: 点を打って線で結ぶ
impulse: x軸へ垂線を引く
boxes: 棒グラフ
棒グ
など
150
100
50
0
1
2
3
4
31
他にできること
グラフの説明（キーの設定）
軸の⽬盛りの変更
軸の範囲，間隔指定可能
グラフサイズの変更
縦横⽐を指定可能
円が楕円になったりするのを防ぐ
図にタイトルをつける
軸に説明をつける
格⼦(グリッド)の表⽰をon/off
グラフへのコメント等の書き込み
などなど
32
16
出力形式の指定
set terminal 出⼒形式
で形式を指定
ピクチャーフォーマット(LaTeX形式)
LaTeXのコマンド群を使ってグラフ表⽰
9
9
どこへ持っていっても同じグラフを印刷可能
LaTeXソースファイルがややこしくなる
eps形式
LaTeXへの取り込みはこれで⾏うのが無難
9
テキストの貼り込みの例は古い形式なので注意!!
tgif形式
tgifでの編集を⾏いたい場合はこれ
9
編集後，eps形式で保存すれば LaTeXに貼り込める
set output “ファイル名”
指定
でファイル名を
33
わからなくなったら
“help”機能あり
set [Return] とやってみよう
set term [Return]
とやってみよう
34
17
やってみよう２
gnuplot [Return]
set terminal postscript eps
set output “gnuplot.eps”
splot x*y
exit
ggv gnuplot.eps
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バッチファイル
グラフを書いて，軸の名前をつけて…
せっかく設定しても，gnuplot を終了させると
みんな忘れてしまう → もったいない!!
スクリプトファイル
gnuplotへの命令群をすべてファイルとして⽤意
gnuplotで読み込むと，順に実⾏してくれる
# 二次関数
set size 0.75, 1
set xrange [0:100]; set yrange [-100,100]
plot “datafile.dat”
36
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LaTeXへの図の貼り込み
LaTeXに図を貼る!!
レポートなどには，図やグラフは必須
LaTeXに図を貼りこむ場合は EPS形式の
LaTeXに図を貼りこむ場合は，EPS形式の
ファイルを⽤意
EPS形式のファイルは，
tgif, gnuplot は，出⼒形式を EPSに指定
その他の図(GIF,JPEG等)は，画像変換コマンド
(convertなど)を⽤いて EPSに変換
38
19
基本的な貼り込み方法(P.180)
LaTeXのプリアンブルに以下を指定
p
g [ p ]{g p
}
¥usepackage[dvips]{graphicx}
EPSファイルを貼り込む為のおまじない
図を貼り込みたいところで，
¥includegraphics{XXXX.eps}
貼り込みたいEPSファイル名: XXXX.eps
これだけ!!
あとは通常のLaTeX⽂書と同じように処理
39
ちょっと高度な貼り込み
絵が⼤きすぎたり⼩さすぎた場合はどうす
る？
¥includegraphicsコマンドは，サイズを指定す
る事も可能
¥includegraphics[scale=倍率]{ファイル名}
¥includegraphics[width=横幅]{ファイル名}
¥includegraphics[height=⾼さ]{ファイル名}
g p
[ g
]{
}
¥includegraphics[width=XX, height=XX]{ファイ
ル名}
ベクトルデータのEPSファイルなら，⼤きさを変
えても美しく印刷可能
40
20
プレゼント
図の貼り付けを含めたサンプルの tex ファ
イルを⽤意しました。
~evh06853/sample-bw2.tex
~evh06853/sample2.eps
をどこか同じディレクトリにコピーしてくださ
い。
sample2.eps は tgif で作成しました。
platex sample-bw2.tex を２回実⾏してく
ださい。
あとは xdvi でみればよいです。
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今回の演習予告
tgif を使って⾃分の部屋の⾒取り図を描きます．
描いた⾒取り図を eps 形式で保存し，LaTeXに貼
り込みます．
り込みます
gnuplotを使って関数のグラフを描きます．
gnuplotを使って実験データのグラフを描きます．
それぞれeps形式で保存し，LaTeXに貼り込みま
す．
できたDVIファイルをPDFに変換して提出
注意: DVIファイルを添付しないこと！
42
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