5.2. Волновой метод (wavelet-метод)
5.2.1. Описание метода
Данный алгоритм является рекурсивным алгоритмом сжатия. На русский язык wavelet переводится как волновое сжатие или как сжатие с использованием всплесков. Этот вид архивации известен довольно давно и напрямую исходит из идеи использования когерентности областей. Ориентирован алгоритм на цветные и черно-белые изображения с плавными переходами. Идеален для картинок типа рентгеновских снимков. Коэффициент сжатия задается и варьируется в пределах 5-100. При попытке задать больший коэффициент на резких границах, особенно проходящих по диагонали, проявляется “лестничный эффект” — ступеньки разной яркости размером в несколько пикселов.
Обоснование метода
заключается в использовании локального
всплеска (см. рис. 11) вместо
глобально-периодических функций, т.е.
таких функций
,
что:
и
,
при
.
Рисунок 11. Пример локального всплеска.
Рассмотрим пример таких функций - систему Хаара. В общем виде она записывается так:
- общий вид обратного
Если преобразование
применяется к строке то так (здесь
рассматриваем функцию
,
которая определена на отрезке от 0 до
1, который разбит на
частей, см. рис. 12):
Рисунок 12. Строка изображения
Получается, что мы берём на каждом шаге некоторое среднее значение функции в точке.
Пусть
- величина яркости точки (i,j).
Идея
алгоритма заключается в том, что мы
сохраняем в файл разницу — число между
средними значениями соседних блоков в
изображении, которая обычно принимает
значения, близкие к 0.
Нетрудно
видеть, что расчетные формулы в случае
двухмерного изображения будут иметь
вид:
Используя эти формулы, например, для изображения 512х512 пикселов получим после первого преобразования 4 матрицы размером 256х256 элементов.
В первой, как легко догадаться, будет храниться уменьшенная копия изображения. Во второй — усредненные разности пар значений пикселов по горизонтали. В третьей — усредненные разности пар значений пикселов по вертикали. В четвертой — усредненные разности значений пикселов по диагонали. По аналогии с двумерным случаем мы можем повторить наше преобразование и получить вместо первой матрицы 4 матрицы размером 128х128. Повторив наше преобразование в третий раз, мы получим в итоге: 4 матрицы 64х64, 3 матрицы 128х128 и 3 матрицы 256х256. На практике при записи в файл, значениями, получаемыми в последней строке, обычно пренебрегают (сразу получая выигрыш примерно на треть размера файла — 1- 1/4 - 1/16 - 1/64...).
К достоинствам этого алгоритма можно отнести то, что он очень легко позволяет реализовать возможность постепенного “проявления” изображения при передаче изображения по сети. Кроме того, поскольку в начале изображения мы фактически храним его уменьшенную копию, упрощается показ “огрубленного” изображения по заголовку.
В отличие от JPEG и фрактального алгоритма, которые будут описаны ниже, данный метод не оперирует блоками, например, 8х8 пикселов. Точнее, мы оперируем блоками 2х2, 4х4, 8х8 и т.д. Однако за счет того, что коэффициенты для этих блоков мы сохраняем независимо, мы можем достаточно легко избежать дробления изображения на “мозаичные” квадраты.