Hiểu hình ảnh và lưu trữ chúng trên đĩa

Hình ảnh là sự thể hiện trực quan hoặc nhận thức trực quan về một vật thể hoặc một cảnh. Trong thế giới kỹ thuật số, hình ảnh thường được tạo và hiển thị bằng pixel - những chấm nhỏ kết hợp với nhau để tạo thành một bức tranh. Mỗi pixel mang thông tin về màu sắc và độ sáng, cùng nhau tạo ra trải nghiệm hình ảnh mà chúng ta cảm nhận được.

Các định dạng tệp khác nhau, chẳng hạn như JPEG, PNG, WEBP, v.v., được sử dụng để lưu trữ những hình ảnh này ở dạng kỹ thuật số. Nhưng bạn đã bao giờ ngừng tự hỏi hình ảnh chính xác là gì và những hình ảnh trực quan này được lưu trữ trên đĩa máy tính của chúng ta như thế nào chưa?

Hình ảnh được lưu trữ trên đĩa như thế nào?

Khi bạn chụp một bức ảnh hoặc tạo một đồ họa trên máy tính, nó cần một nơi để lưu trữ. Đây là lúc khái niệm lưu trữ tập tin phát huy tác dụng. Hình ảnh máy tính là một hình ảnh bao gồm một mảng các phần tử gọi là pixel.

Các mảng pixel này được lưu trữ trên đĩa máy tính dưới dạng tệp hình ảnh, có thể là ổ đĩa cứng truyền thống (HDD) hoặc ổ đĩa thể rắn (SSD) hiện đại. Sau khi hình ảnh được lưu trữ, chúng ta có thể xem nó sau. Tệp hình ảnh có nghĩa là một tệp điện tử được lưu trữ ở các định dạng tệp. Tương tự như vậy khi chúng ta nói về internet, các hình ảnh được lưu trữ sẽ được cung cấp từ máy chủ tới trình duyệt và do đó chúng ta có thể xem hình ảnh trên các trang web.

Quay trở lại vấn đề, hình ảnh thường được lưu trữ dưới dạng tập hợp các pixel, với mỗi pixel đại diện cho một đơn vị màu sắc và độ sáng riêng biệt, nhỏ bé. Các pixel này được sắp xếp theo dạng lưới và sự kết hợp giữa màu sắc và vị trí của chúng tạo ra hình ảnh tổng thể. Một pixel đại diện cho một màu. Một hình ảnh có độ phân giải 1024 x 798 pixel có 1024 x 798 pixel (817.152 pixel) trong đó. Vì vậy mỗi pixel sẽ có thông tin màu sắc riêng. Nhưng làm thế nào những pixel này được vẽ lại để tái tạo hình ảnh?

Để hiểu điều này, chúng ta cần lưu trữ thông tin vị trí pixel cũng như mức độ sáng.

Về mặt kỹ thuật, thông tin về độ phân giải hình ảnh, chiều cao/chiều rộng, tiêu cự độ sâu màu, người tạo hình ảnh, vị trí địa lý, thời gian tạo ra bức ảnh được gọi là meta data.

Siêu dữ liệu này cũng được lưu trữ cùng với dữ liệu hình ảnh. Chúng tôi có thể chia siêu dữ liệu này thành 2 phần;

1. Siêu dữ liệu kỹ thuật
   • Để máy tính hiển thị hình ảnh chính xác, máy tính cần biết những điều sau:
     • Chiều cao và chiều rộng của hình ảnh – để mỗi dòng của hình ảnh bắt đầu ở đúng vị trí.
     • Độ sâu màu - vì vậy số bit chính xác được sử dụng để thể hiện màu của từng pixel.
     • Độ phân giải - để hình ảnh hiển thị ở kích thước chính xác.
2. Siêu dữ liệu mô tả
   • Tất cả các siêu dữ liệu thông tin bổ sung này của hình ảnh. Đây là những phần siêu dữ liệu cần thiết. Tuy nhiên, hình ảnh màu hoặc hình ảnh được chụp bằng máy ảnh cũng có thể chứa siêu dữ liệu khác như;
     • Thời gian – thời điểm chụp ảnh
     • Geo – nơi chụp ảnh
     • Tiêu cự – tiêu cự của máy ảnh
     • Người tạo hình ảnh – tên của người tạo hình ảnh
     • Chú thích - chú thích của hình ảnh
     • Tiêu đề - Tên tập tin

Quá trình lưu trữ hình ảnh là gì?

Quá trình lưu trữ hình ảnh trên đĩa bao gồm việc chuyển đổi thông tin hình ảnh trong hình ảnh sang định dạng có thể được lưu và truy xuất.

Hình ảnh thường được chụp bằng các thiết bị kỹ thuật số như máy ảnh hoặc được tạo kỹ thuật số thông qua phần mềm và mỗi hình ảnh được tạo thành từ các pixel, là những chấm nhỏ tạo thành các yếu tố hình ảnh của hình ảnh.

Có rất nhiều định dạng hình ảnh và mỗi định dạng đều có cấu trúc riêng. Hãy lấy một ví dụ về định dạng JPEG để hiểu cách hình ảnh được lưu trữ trên đĩa.

Một kho lưu trữ ảnh JPEG sẽ có quy trình tạo thông tin tiêu đề, Bảng lượng tử hóa, Mã hóa Huffman, Biến đổi màu sắc, Phân chia khối, Biến đổi Cosine rời rạc (DCT), Lượng tử hóa, Mã hóa Entropy (Mã hóa Huffman) & Nối thêm EOI Marker ở cuối.

Khi một hình ảnh được lưu, toàn bộ cấu trúc, từ thông tin tiêu đề đến dữ liệu pixel được nén và mã hóa, sẽ được ghi vào đĩa. Quá trình ngược lại xảy ra trong quá trình truy xuất hình ảnh, trong đó tệp được đọc và mỗi bước được đảo ngược để tái tạo lại hình ảnh để hiển thị hoặc xử lý.

Các thuật ngữ liên quan đến quá trình lưu trữ hình ảnh

Có thể có nhiều, nhưng dưới đây là một số thuật ngữ chính được sử dụng trong quá trình lưu trữ hình ảnh

1. Định dạng tệp: Mỗi hình ảnh được lưu ở một định dạng tệp cụ thể, xác định cách cấu trúc dữ liệu và cách nén hình ảnh. Các định dạng hình ảnh phổ biến bao gồm JPEG (Nhóm chuyên gia chụp ảnh chung), PNG (Đồ họa mạng di động), GIF (Định dạng trao đổi đồ họa), v.v.

2. Thông tin pixel: Các pixel trong ảnh mang thông tin về màu sắc và độ sáng. Trong một hình ảnh màu, mỗi pixel thường được biểu thị bằng sự kết hợp của ba kênh màu: đỏ, lục và lam (RGB). Cường độ của mỗi kênh xác định màu tổng thể của pixel.

3. Nén: Để tối ưu hóa không gian lưu trữ, hình ảnh thường được nén. Nén làm giảm kích thước tệp bằng cách loại bỏ thông tin dư thừa hoặc không cần thiết. Tuy nhiên, điều cần thiết là phải tìm được sự cân bằng, vì việc nén quá mức có thể dẫn đến giảm chất lượng hình ảnh.

4. Siêu dữ liệu: Hình ảnh cũng có thể lưu trữ thông tin bổ sung được gọi là siêu dữ liệu. Điều này bao gồm các chi tiết như cài đặt máy ảnh được sử dụng để chụp ảnh, ngày và giờ chụp ảnh và thậm chí cả dữ liệu vị trí địa lý.

5. Hệ thống tệp: Việc lưu trữ hình ảnh được tổ chức bởi hệ thống tệp trên đĩa. Hệ thống này quản lý cách các tệp được đặt tên, sắp xếp thành các thư mục và được hệ điều hành truy cập.

6. Truy cập và truy xuất: Sau khi được lưu trữ, hình ảnh có thể được truy cập và truy xuất bởi các ứng dụng hoặc hệ điều hành. Đây là cách bạn có thể mở ảnh trên máy tính hoặc xem ảnh trên trang web.

Hiểu các nguyên tắc cơ bản về hình ảnh, cách hoạt động của bộ lưu trữ hình ảnh, cung cấp thông tin chi tiết về cách thiết bị của chúng tôi quản lý nội dung hình ảnh mà chúng ta gặp hàng ngày. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, các phương pháp chụp, tạo và lưu trữ hình ảnh cũng sẽ định hình cách chúng ta trải nghiệm thế giới thị giác xung quanh mình.