42). Сжатие с потерями jpeg

В настоящее время JPEG- стандартный формат файлов, а на основе метода сжатия JPEG создает новые и модифицированные существующие файловые форматы. JPEG не является просто алгоритмом – это целый набор методов сжатия, включенные в различные форматы. Более серьёзное кодирование элементов цветности, но не яркости. JPEG-сжатие сопровождается потерями. В процессе кодир-ния отбрасываются ненужные или невидимые человеком данные. Т.к. глазом человека плохо распознаются незначительные изменения цвета, а незначительные изменения яркости – гораздо лучше, то JPEG как раз использует эту способность цвето восприятия человеческого глаза, он бережно обращается с яркостью сост. изображения, но удал. измен. цвет. гамму. 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 без заметной потери качества. JPEG используется только для изображений, имеющих пиксел-ую глубину более 5 – 6 битов на цветовой канал 68 тыс цветов. Пользователь может отрегулировать качество кодировщика JPEG, используя параметр Q-фактор – установка качества, кот измен от 1 до 100. Если Q = 1, создается сжатое изображение самого маленького размера и самого плохого качества. При Q =100 – размер сжатого JPEG – файла – максимальный и качество максимальное. Но JPEG не всегда является лучшей схемой сжатия, т. к. 1)не используется для черно- белых изобр 2)плохо сжимаются большие области одного цвета 3)схему JPEG реализовывать самостоятельно очень сложно.

JPEG основан на схеме кодирования, базирующейся на дискретных косинус преобразованиях (DCT).Стандарт: 8 бит/пиксель- min. Данные с меньшей глубиной, образуется путем масштабирования до 8 бит/пиксель. Эти преобразования всегда выполн с потерями, но обеспечив высокую степень сжатия при минимальных потерях данных. JPEG эффективнее всего применять к многоцветным изображениям, в которых различие между соседними пикселями незначительное.

43). Алгоритм 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. JPEG эффективнее 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) и V(Cr) – компоненты цветности.

Из RGB в YUV:

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

U = -0.169R – 0.331G + 0.5B + 128

V = 0.5R – 0.419G – 0.081B + 128

(в лекции не было, на всякий случай):

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 ЦВЕТА субдискретизация осуществляется за счет уменьшения количества пикселей для каналов цветности. Для этого каждый пиксель яркости представляется в исходном виде, а для каждого пикселя цветности выбирается область 2:2 пикселя яркости. Для сохранения информации о четырех пикселях потратятся всего 6 пикселей значений вместо 12ти. 1)4 пикселя для яркости 2)по одному для каждого из 2х каналов цветности. Уменьшение объема изображения на 50 на качестве большинства изображений почти не сказывается. Стандарт JPEG предполагает несколько различных вариантов определения коэффициентов дискретизации. Канал яркости всегда остается с коэффициентом 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 наз для 2*1- 2h1v -дискретизацией (4:2:2) или для 2*2- 2h2v – дискретизацией (4:2:0).

3). Дискретные косинус- преобразования (ДКП):

Данные делятся на блоки размером 8*8 пикселей. Каждый цветовой компонент образуется независимо. ДКП применяются к каждому 8*8 пикселей и преобразуют каждое простое изображение в спектральное. После того, как получено спектральное представление можно воздействовать на него, балансируя между качеством изображения и размером сжатия. После этапа ДКП информация изображения разделена высокочастотную и низкочастотную. Теперь высокочастотную можно отбросить без потери низкочастотной инф-ии, т.к. именно высокочастот инф-ия практически не восприним человеч глазом. На этапе ДКП не происходит потерь, за исключением ошибок округления. Потери начнутся на следующим этапе.

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. Каждый из 64х позиций ДКП имеет свой коэффициент квантования. Коэффициент квантования – величина, обратная Q-фактору. Чем больше коэффициент квантования, тем больше данных теряется, т. к. реальные значения ДКП представляются менее точными. На этом этапе большинство JPEG компрессоров управляется установкой качества( Q- фактора). Компрессор имеет встроенную таблицу, насчитывающую на среднее качество и наращивание или уменьшение значения каждого элемента обратно пропорционально заданному Q-фактору.

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.