количества информации, потери, которые появляются в результате такой замены слабо определяются визуально.
Для пересчета цветовых значений из модели RGB в модель YCbCr можно использовать следующие формулы:
= 0.299 ∙ |
+ 0.587 ∙ |
+ 0.114 ∙ |
|
= 0.5 ∙ − 0.4187 ∙ − 0.0813 ∙ |
+ 128 |
||
= −0.1687 ∙ |
− 0.3313 ∙ |
+ 0.5 ∙ |
+ 128 |
Адля пересчета цветовых значений из модели YCbCr в модель RGB формулы:
=+ 1.402 ∙ ( − 128)
=− 0.71414 ∙ ( − 128) − 0.34414 ∙ ( − 128)
=+ 1.722 ∙ ( − 128)
В этих формулах коэффициент 128 обозначает половину диапазона допустимых значений цвета при глубине цветопередачи равной 8 бит для каждого цветового компонента изображения.
Лабораторное задание
Общее описание лабораторного задания
Разработанное для выполнения лабораторной работы программное обеспечение позволяет выполнять прямое и обратное ДКП по формулам, указанным в теоретическом разделе. Для выполнения преобразований есть возможность включать и отключать пересчет между цветовыми моделями RGB и YCbCr. Так же есть возможность визуализировать только коэффициенты из указанных цветовых компонент в любом сочетании (подробнее смотри соответствующий раздел). Кроме того, в специальном визуальном редакторе можно задавать уровни квантования и получать численные оценки MSE восстановленных изображений, соответствующие заданным уровням квантования, для каждого цветового компонента.
С помощью всех этих средств и теоретических сведений, приведенных выше, предполагается проведение лабораторного исследования влияния процедуры квантования на качество восстановленных с помощью обратного ДКП изображений. Предлагается сопоставить визуальные наблюдения уровня качества изображений со значением метрики MSE и сделать соответствующие выводы в отчете.
Порядок выполнения задания
Для выполнения лабораторного задания необходимо выполнить следующую последовательность действий:
1.Запустить ПО лабораторной работы и перейти на вкладку «Работа с изображением».
2.Убедиться, что сняты флажки «Включить квантование» и «Использовать пространство YCbCr вместо RGB».
3.Выполнить прямое преобразование, нажав соответствующую кнопку.
4.Выполнить обратное преобразование, нажав соответствующую кнопку.
5.Зафиксировать в отчете значения MSE, полученные для каждой из плоскостей (они автоматически рассчитываются и выводятся в текстовую область с правой стороны после завершения обратного преобразования). Это значения MSE без процедуры квантования.
6.Выполнить восстановление, нажав на соответствующую кнопку. (После выполнения прямого и обратного ДКП в изображение внесены искажения)
7.Включить флажок «Включить квантование».
8.Используя вкладку «Работа с коэффициентами квантования» и возможности визуализации цветовых значений пикселей и значений коэффициентов ДКП, подобрать уровни квантования таким образом, чтобы уменьшить значение MSE.
9
9.После очередного обратного преобразования выполнять восстановление изображения.
10.Зафиксировать в отчете не менее трех и не более десяти значений MSE и соответствующих значений коэффициентов квантования для каждой цветовой плоскости.
11.Включить флажок «Использовать пространство YCbCr вместо RGB» и убедиться, что снят флажок «Включить квантование».
12.Повторить выполнение пунктов 3 – 10 для цветового пространства YCbCr.
13.Дать в отчете пояснения относительно результатов, полученных для разных моделей цветового пространства.
Принцип квантования и визуализация значений коэффициентов квантования
Для осуществления процедуры квантования в лабораторной работе используется принцип округления значения коэффициента прямого ДКП до ближайшего к нему по значению уровня квантования. Такой подход позволит в дальнейшем проводить дожатие квантованных коэффициентов любым статистическим методом эффективного кодирования. Эффект увеличения итогового коэффициента сжатия будет достигаться за счет ограниченного количества уровней квантования и правильного их подбора с точки зрения статистики использования каждого из уровней. Например, для достижения максимального коэффициента сжатия методом Хаффмана вероятности появления символов на выходи дискретного источника сообщений должны быть целыми отрицательными степенями числа 2. От правильности выбора уровней квантования, так же, будет зависеть и качество восстановленного изображения. Чем меньше будет общая ошибка квантования для блока размерами 8 на 8 пикселей, тем выше будет субъективное качество восстановленного изображения.
Для оценки величины значений коэффициентов ДКП текстовое представление удобно лишь в случае небольшого количества коэффициентов, например, один блок размерами 8 на 8. В случае, когда коэффициентов существенно больше, как для изображения, используемого в лабораторной работе (оно состоит из 97088 пикселей и для него будет получено такое же количество коэффициентов ДКП), такой подход не годиться.
Для визуализации коэффициентов ДКП в данной лабораторной работе используется таблица соответствия диапазонов значений, приведенная в приложении 1. В этой таблице первая колонка содержит значение оттенка серого цвета полутонового изображения (которыми, по сути, и является каждый цветовой компонент моделей RGB или YCbCr), вторая – начальную границу интервала значений коэффициентов ДКП, а третья – конечную границу интервала значений коэффициентов ДКП. Так ка существует всего 256 оттенков серого цвета для полутоновых изображений (глубина цветопередачи 8 бит), то такое же количество строк будет и в этой таблице.
Значение коэффициента ДКП берется по модулю, после чего, по таблице из приложения 1 определяется соответствующий оттенок серого цвета.
Значение коэффициента ДКП в верхнем левом углу каждого блока 8 на 8 в данной лабораторной работе не квантуется. На практике такие коэффициенты квантуются отдельно от других, т.к. сильнее всего влияют на качество восстановленного изображения и именно в них сконцентрирована энергия изображения.
10
Возможности работы с коэффициентами квантования
Для задания, удаления и изменения значений уровней квантования используется вкладка «Работа с коэффициентами квантования», которая показана на рисунке №3:
Рисунок №3 – Работа с коэффициентами квантования На рисунке №3 показана ситуация, когда заданы 3 коэффициента квантования:
максимальное значение 200 верхний край, минимальное – 200 нижний край и нулевое значение середина. Таким образом, значение уровня квантования определяется его положением по вертикали. Положение по горизонтали особого значения не имеет.
Для задания нового уровня квантования достаточно выполнить одиночный щелчок левой кнопкой мыши на свободной области. Для удаления существующего уровня нужно выполнить одиночный щелчок правой кнопкой мыши по соответствующей точке. Для изменения значения существующего уровня квантования нужно нажать левую кнопку мыши над интересующей точкой и не отпуская кнопку переместить точку в новое место. После чего, кнопку можно отпустить.
Для отображения значений уровней квантования используется текстовое поле в правой части. На этом текстовом поле указаны все заданные уровни квантования сверху вниз (от максимального значения к минимальному). При изменении значения любого коэффициента квантования текстовое поле автоматически обновляется, что позволяет выполнять точное задание уровней квантования.
Для удобства работы с большим количеством уровней квантования без обязательного повторного задания после перезапуска приложения, предусмотрены механизмы сохранения и загрузки значений уровней квантования в файл с расширением qnt.
Процедура квантования выполняется сразу после прямого ДКП с использованием заданных уровней квантования только если на вкладке «Работа с изображением» установлен флажок «Включить квантование».
11
Возможности визуализации цветовых значений пикселей и значений коэффициентов ДКП
На рисунке №4 показаны элементы управления пользовательского интерфейса, предназначенные для изменения параметров визуализации цветовых значений пикселей и значений коэффициентов ДКП, а также управления процедурами прямого и обратного ДКП, процедурой квантования и процедурой восстановления изображения.
Рисунок №4 – Работа с изображением Три кнопки соответствуют трем процедурам – прямому ДКП, обратному ДКП и
восстановлению изображения. Флажок «Включить квантование» учитывается только при выполнении прямого ДКП. Флажок «Использовать пространство YCbCr вместо RGB» учитывается как для прямого, так и для обратного ДКП и позволяет включать и отключать пересчет цветовых значений в модель YCbCr до выполнения прямого и после выполнения обратного ДКП соответственно.
После выполнения обратного преобразования ДКП в текстовое поле выводятся значения MSE для каждого цветового компонента.
Флажки «Коэффициенты R», «Коэффициенты G» и «Коэффициенты B» позволяют управлять отображением коэффициентов ДКП для каждого из цветовых компонентов. Если Флажок установлен, то компонент оказывает влияние на графическое представление.
Флажок «Включить сетку блоков» позволяет управлять отображением сетки блоков размерами 8 на 8, наложенной поверх изображения или визуального представления коэффициентов ДКП, и, таким образом определять соответствие пикселей изображения коэффициентам ДКП.
Если при установленном флажке «Включить сетку блоков» кликнуть по любому блоку изображения, то в текстовом поле будет выведен его порядковый номер. Если при установленном флажке «Включить сетку блоков» выполнить щелчок левой кнопкой мыши по блоку коэффициентов, то в текстовое поле будут выведены реальные значения коэффициентов ДКП с учетом квантования (если оно включено).
Кроме того, в нижнем правом углу области визуализации есть иконка с изображением линзы. Если переместить курсор мыши на эту иконку и прокрутить колесико мыши, то можно управлять увеличением отображения. При максимальном увеличении в области визуализации текстом отрисовываются цветовые значения пикселей или коэффициентов ДКП.
12