Кодирование ccitt или кодирование по алгоритму Хаффмана.

Этот вид кодирования используется всеми современными факс-модемами, а также используется в сетях передачи данных. В этих алгоритмах используется фиксированная таблица кодовых значений, которые были выбраны специально для документов, подлежащих факсимильной передаче. Степень сжатия: от 5:1 до 15:1 в зависимости от модификации. Степень сжатия многоцветных изображений обычно не превышает 3:1. Если изображение представляется в виде черно-белых однобитовых пиксельных групп переменной длины, то кодировщик определяет длину пиксельной группы в строке развертки и выводит двоичное кодовое слово переменной длины, представляющее длину и цвет группы. Кодовые слова берутся из предопределенной таблицы значений, представляющих группы белых и черных пикселей. Метод Хаффмана строит таблицы кодов, базирующихся на частоте повторяющихся величин. Чем чаще встречается та или иная величина, тем короче будет заменяющий ее код. Размер кодовых слов определяется CCITT на основе статистической усредненной частоты черно-белых групп, появляющихся в типичных печатных и рукописных документов. Длина группы представляется двумя типами кодовых слов: образующей группой и терминальной. Образующей может и не быть. Терминальная бывает всегда. Группа длиной от 0 до 63 пикселей кодируется терминальным кодом. От 64 до 2623 – одним образующим и одним терминальным.

JPEG.

JPEG не является просто алгоритмом – это целый набор методов сжатия изображений. Он является форматом файла. JPEG-сжатие сопровождается потерями, считается, что в процессе преобразования отбрасываются ненужные или невидимые человеком данные. Т.к. глазом человека плохо распознаются незначительные изменения цвета, а незначительные изменения интенсивности – гораздо лучше, то JPEG как раз использует эту способность цветовосприятия человеческого глаза. Схема JPEG специально разработана для сжатия цветных и полутоновых многоцветных изображений, т.е. фотографий, телевизионных заставок и т.п. Схема JPEG используется также для сжатия видеоизображений в стандарте MPEG. Объем сжатых данных зависит от содержания исходного изображения и степень сжатия составляет 20:1 или 25:1. JPEG используется только для изображений, имеющих пиксельную глубину более 5 – 6 битов на цветовой канал. Пользователь может отрегулировать качество кодировщика JPEG, используя параметр Q-фактор – установка качества. Диапазон Q-фактора от 1 до 100. При значении, равном 1, создается сжатое изображение самого маленького размера и самого плохого качества. При 100 – размер сжатого JPEG – файла – максимальный и качество максимальное. JPEG основан на схеме кодирования, базирующейся на дискретных косинусных преобразованиях (DCT). Эти преобразования всегда кодируют с потерями, но способны обеспечить высокую степень сжатия при минимальных потерях данных. JPEG эффективнее всего применять к тем изображениям, в которых различие между соседними пикселями незначительное. Процесс сжатия по схеме JPEG:

1. преобразование изображения в оптимальное цветовое пространство;

2. субдискретизация компонентов цветности, т.е. усреднение групп пикселей;

3. применение DCT для уменьшения избыточности данных;

4. квантование каждого блока коэффициентов DCT с применением весовых функций,

оптимизированных с учетом визуального восприятия человека;

5. кодирование результирующих коэффициентов по алгоритму Хаффмана.

1 этап: JPEG преобразовывает каждый компонент цветовой модели отдельно и обеспечивает полную независимость преобразования от модели цветового пространства. Причем преобразуются они в модель YUV или YCbCr, где Y – компонент яркости, а U(Cb) и V(Cr) – компоненты цветности.

RGB – YUV:

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

U = -0.1687R – 0.3313G + 0.5B + 128

V = 0.5R – 0.4187G – 0.0813B + 128

Обратное преобразование:

YUV – RGB:

R = Y + 1.402(Cr - 128)

G = Y – 0.34414(Cb - 128) – 0.71414(Cr - 128)

B = Y + 1.772(Cb - 128)

2 этап: субдискретизация осуществляется за счет уменьшения количества пикселей для каналов цветности. При поступлении несжатых данных компрессор уменьшает разрешение каналов цветности путем субдискретизации, канал яркости всегда остается с полным разрешением (т.е. дискретизация яркости 1:1), для обоих каналов цветности производится субдискретизация 2:1 в горизонтальном направлении и 1:1 или 2:1 в вертикальном. Пиксель цветности охватывает ту же область, что и 2*1 или 2*2 пикселей яркости. Эти процессы соответственно называют 2h1v или 2h2v – дискретизацией.

3 этап: применяется DTC к каждому блоку 8*8 пикселей, преобразуется пространственное представление изображение в спектральное представление. Воздействие на спектральное представление картинки, состоящее из гармоник, можно балансировать между качеством воспроизведения изображения и степенью его сжатия. Разделив высокочастотную и низкочастотную информацию, отбрасываются высокочастотная без потери низкочастотной информации. DTC не предусматривает потерь, за исключением округлений.

4 этап: квантование. Прежде, чем отбросить определенный объем информации, компрессор делит каждое выходное значение DCT на коэффициент квантования, округляя полученный результат до целого. Коэффициент квантования – величина, обратная Q-фактору. Чем больше коэффициент квантования, тем больше данных теряется, т.к. реальное DCT значение представляется все менее и менее точно. На этом этапе JPEG-компрессор управляется установкой качества (Q-фактора).

5 этап: т.к. результирующие коэффициенты содержат значительный объем избыточных данных, сжатие по алгоритму Хаффмана позволяет без потерь удалить избыточность информации, уменьшив объем данных.