Этапы сжатия jpeg

JPEG основан на схеме кодирования, базирующейся на дискретных косинус преобразованиях (ДКП). Эти преобразования всегда выполн с потерями, но обеспечив высокую степень сжатия при минимальных потерях данных.JPEGэффективнее всего применять к многоцветным изображениям, в которых различие между соседними пикселями незначительное.

1). ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ОПТИМАЛЬНОЕ ЦВЕТОВОЕ ПРОСТР-ВО: 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) иV(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). СУБДИСКРЕТИЗАЦИЯ КОМП-ОВ ЦВЕТНОСТИусреднением групп пикселей: субдискретизация осуществляется за счет уменьшения количества пикселей для каналов цветности. При поступлении несжатых данных в общепринятом формате (одинак разрешение для всех цвет каналов), компрессорJPEGуменьшает разрешение каналов цветности путем субдискретизации или устранением групп пикселей. 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 после субдискрет-ии охватывает ту же область, что и блок 2:1 или 2:2 пикселей яркости. Эти процессы соответственно наз2h1vили2h2v – дискретизацией.

3). Применение ДКП для уменьшения избыт-ти данных: применяется ДКП к каждому блоку 8*8 пикселей. Преобразует пространственное представление изображения в его спектральное представление. М/о разделить высокочастотную и низкочастотную информацию и отбросить высокочастотную инф-ю без потери низкочастотной инф-ии, т.к. именно высокочастот инф-ия практически не восприним человеч глазом. Воздействуя на спектрал представление, м/о балансир-ть м/у качеством воспроизведения изображ-я и степенью сжатия.

4). КВАНТОВАНИЕ кажд блока коэф-ов ДКП: прежде, чем отбросить определенный объем информации, компрессор делит каждое выходное значение ДКП 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 ДКП значение представляется все менее и менее точно. На этом этапе JPEG-компрессор управляется установкой качества (Q-фактора).

5). КОДИРОВАНИЕ РЕЗУЛЬТИР-Х КОЭФФ-ОВ с применением алг Хаффмана: т.к. результирующие коэффициенты содержат значительный объем избыточных данных, сжатие по алгоритму Хаффмана позволяет без потерь удалить избыточность информации, уменьшив объем данных.

Mpeg-сжатие

Применяется метод асимметричного сжатия, т.е. процесс сжатия более сложный, чем распаковка. Формат удобен, когда данные записываются однажды, читаются не достаточно часто. В MPEG применяются 2 вида сжатия: 1).внутрикадровое кодирование(подобно JPEG); 2).межкадровое кодирование(основано на кодировании с предсказанием и интерполятивном кодировании), основанное на кодировании с предсказанием и интерполятивном кодир-ии.

Кодирование с предсказанием– т.к последовательные кадры содержат множество идентичных данных, то достаточно закодировать лишь различия, т.е. различия в информации этих кадров.Это намного увеличивает степень сжатия, т.к. кодир-ся значительно меньший объём инф-ии.

Интерполятивное кодирование– межкадровое кодирование, компенсирующее движение, позволяет уменьшить размер данных за счет двунаправленного предсказания.Двунаправленное предсказаниекодирует на основе различий между ним, предыдущим и последующим кадром. Для поддержки межкадрового и внутрикадрового кодирования поток MPEG содержит 3 типа закодированных кадров:

1. I – кадры – исходные; 2. P – кадры – предсказуемые; 3. B – кадры – двунаправленной интерполяции.

I– используется для внутрикадрового кодирования. P – кодирование с предсказанием. B – на которых осуществляется двунаправленное кодирование. ВI-кадрзаписан один кадр видеоданных, который никак не связан с информацией любого другого кадра. Каждый поток данных MPEG начинается с этого кадра.P-кадрсодержит различия между текущим кадром и последующим I или P.B-кадрсостоит из различий между текущим кадром и двумя кадрами: предыдущим и последующимIилиP.

М/у каждым I-кадром располаг 12P-кадров и В-кадров (MPEG-2). ВMPEG-4I-кадр появл по мере необх-ти. Данные в MPEG декодир-ся не в том порядке, в котором записываются, т.к. B-кадры связаны с двумя справочнымиI- и В-кадрами, то последние должны декодир-ся раньше, чем можно будет декодир-тьB-кадры. Первым декодир-сяI-кадр, затем Р- и В-кадры.I,P,B-кадры сжим-ся с применением метода сжатия ДКП. Но в межкадр кодир-ии для Р- и В-кадров уменьшается также временная избыт-ть, а не только пространственная.РазмерI– 150 Кбит;P– 50 Кбит;B– 20 Кбит.

Применение P и B кадров необязательно. Кодирование только I-кадров очень похоже на кодир-ие JPEG. Такое кодирование осуществляется в режиме реального времени. Процесс кодирования и декодирования I-кадров гораздо проще, но степень сжатия значительно меньше.