70. Бейнені қысу әдістері. Jpeg форматы.

Компрессия изображений

Фрактальное сжатие

JPEG

JPEG 2000

Вэйвлетная компрессия

DjVu

JPEG (Joint Photographic Experts Group) является широкоиспользуемым методом сжатия фотоизображений. Формат файла, который содержит сжатые данные обычно также называют именем JPEG; наиболее распространённые расширения для таких файлов .jpeg, .jfif, .jpg, .JPG, или .JPE. Однако из них .jpg самое популярное расширение на всех платформах.

Алгоритм JPEG является алгоритмом сжатия с потерей качества.

Варианты хранения

Progressive JPEG — такой способ записи сжатого изображения в файл, при котором старшие (низкочастотные) коэффициенты находятся в начале файла. Это позволяет получить уменьшенное изображение при загрузке лишь небольшой части файла и повышать детализацию изображения по мере загрузки оставшейся части. Поэтому Progressive JPEG получил широкое распространение в Internet.

Достоинства и недостатки

К недостаткам формата следует отнести то, что при сильных степенях сжатия дает знать о себе блочная структура данных, изображение «дробится на квадратики». Этот эффект особенно заметен на областях с низкой пространственной частотой (плавные переходы изображения, например, чистое небо). В областях с высокой пространственной частотой (например, контрастные границы изображения), возникают характерные «артефакты» — иррегулярная структура пикселей искаженного цвета и/или яркости. Кроме того, из изображения пропадают мелкие цветные детали.

Однако, несмотря на недостатки, JPEG получил очень широкое распространение из-за высокой степени сжатия, относительно существующих во время его появления альтернатив.

Данный формат допускает ошибки в построении сигнала, причем уров­ни ошибок должны быть ниже порога восприимчивости человеческого глаза. JPEG под­держивает три режима работы, связанных с дискретным косинус-преобразованием (ДКП): последовательное, прогрессивное и иерархическое ДКП, а также режим без потерь с использованием дифференциального пред­сказания и энтропии кодирования ошибки предсказания. ДКП — это численное преоб­разование, связанное с дискретным преобразованием Фурье и предназначенное для получения спектрального разложения четно-симметричных последовательностей.

Для сжатия изображения формат JPEG предусматривает несколько последовательных шагов:

1. Сигнал, доставленный на кодер, обычно представлен в виде растро­вой развертки с дискретными основными аддитивными цветами: красным, зеленым и синим (RGB). Цветная плоскость преобразуется в сигнал яркости (Y) и цветности 0,564 х (B-Y) (обозначено как Cb) и 0,713 х (R-Y) (обозначено как Cr), используя преобразование цветового контраста (уже на этом этапе необходимо хранить только четверть информации о цвете изображения). Это преобразование описывается следующим образом:

2. Далее цветовые каналы изображения, включая черно-белый канал Y, разбиваются на блоки 8 на 8 пикселей. 3. Применяем ДКП. ДКП производит восемь 8-точечных ДКП в каждом направлении. Следовательно, основной компоновочный блок представляет собой единичное 8-точечное ДКП. Если преобразуется временной ряд, его спектр стано­вится периодичным, а, если преобразуется спектр временного ряда, вре­менной ряд периодически продолжается. Этот процесс известен как периодическое расши­рение и обозначается результирующей периодограммой. Периодическое расширение исход­ных данных демонстрирует разрыв на границах, который ограничивает степень спектрального затухания в спектре величиной 1/f. Можно образовать четное расширение данных, отображая данные относительно одной из границ. Если данные являются перио­дически расширенными, разрывность уже свойственна не амплитуде данных, а ее первой производной, так что степень спектрального затухания увели­чивается до 1/f². Т.о., в результате ДКП, коэффициенты, имеющие большее значение (низкочастотная составляющая) записываются в левом верхнем углу, а коэффициенты, имеющие меньшее значение (в-ч. составляющая) записываются в правом нижнем углу. 4. Далее происходит процесс квантования – деления рабочей матрицы на матрицу квантования, при этом, от рез-та деления берется только целая часть. Матрица, используемая для квантования коэффициентов, хранится вместе с изображением. Обычно она строится так, что высокочастотные коэффициенты подвергаются более сильному квантованию, чем низкочастотные. Это приводит к огрублению мелких деталей на изображении. Чем выше степень сжатия, тем более сильному квантованию подвергаются все коэффициенты.

5. Чтобы использовать преимущество большого числа нулевых позиций в квантован­ном ДКП, спектральные адреса ДКП сканируются зигзагообразным образом. Зигзагообразная модель обеспечивает длинную последователь­ность нулей. Это улучшает эффективность кодирования группового кода Хаффмана, описывающего спектральные выборки.