Селективное улучшение

Селективное улучшение применяется для выбора определенного участка изображения с целью последующего повышения его качества. При этом увеличиваются разрешение и детализация выбранного участка. JPEG поддерживает три типа селективного улучшения: иерархическое, постепенное и компонентное. Эти процессы отличаются друг от друга способом применения, эффективностью, сложностью и необходимым для их реализации объемом памяти.

• Иерархическое селективное улучшение используется только в иерархическом режиме работы. Оно позволяет улучшить какой-либо участок фрейма с помощью следующего фрейма иерархической структуры.

• Постепенное селективное улучшение применяется только в постепенном режиме и обеспечивает плавное улучшение. Оно обеспечивает повышенное битовое разрешение нулевых и ненулевых DCT-коэффициентов в закодированной области фрейма.

• Компонентное селективное улучшение может использоваться в любом режиме работы. Оно позволяет участку фрейма содержать меньшее количество цветов, чем определено в заголовке фрейма.

Фрагментация изображения

Фрагментация изображения применяется с целью его деления на два и более подизображений. Это облегчает буферизацию данных изображения в памяти, ускоряет их произвольную выборку с диска, позволяет хранить изображения размером свыше 64х64 Кб дискретных значений. JPEG поддерживает три типа фрагментации: простую, пирамидальную и комбинированную.

• При простой фрагментации изображение делится на два или более фрагмента фиксированного размера. Все простые фрагменты кодируются слева направо и сверху вниз, являются смежными и неперекрывающимися. Фрагменты должны иметь одинаковое количество выборок и идентификаторов компонентов, быть закодированными по одной схеме. Фрагменты в нижней и правой частях изображения могут быть меньшего размера, чем "внутренние" фрагменты, поскольку величина изображения не обязательно должна быть кратной размерам фрагмента.

• При пирамидальной фрагментации изображение также делится на фрагменты, а каждый из них, в свою очередь, — на еще более мелкие фрагменты. При этом используются различные уровни разрешения. Моделью такого процесса является фрагментированная пирамида изображения JPEG (JPEG Tiled Image Pyramid, JTIP), отражающая процедуру создания пирамидального JPEG-изображения с несколькими уровнями разрешения. В схеме JTIP последовательные слои одного изображения хранятся с разным разрешением. Первое изображение, записываемое на вершине пирамиды, занимает одну шестнадцатую часть установленного размера экрана и называется виньеткой. Применяется оно для быстрого воспроизведения содержимого изображения, особенно при работе с файловыми броузерами. Следующее изображение занимает одну четвертую часть экрана и называется имажеткой. Обычно она используется в тех случаях, когда на экране необходимо одновременно отобразить два и более изображений. Далее следуют полноэкранное изображение с низким разрешением, изображения с последовательно повышающимся разрешением и, наконец, оригинальное изображение. При пирамидальной фрагментации целесообразен процесс внутренней фрагментации, когда каждый фрагмент кодируется как часть одного потока JPEG-данных. Иногда может применяться процесс внешней фрагментации, при котором каждый фрагмент представляет собой отдельно кодируемый поток JPEG-данных. Внешняя фраг­ментация ускоряет доступ к данным изображения, облегчает его шифрование и улучшает совместимость с некоторыми JPEG-декодерами.

• Комбинированная фрагментация позволяет хранить и воспроизводить версии изображений с несколькими уровнями разрешения в виде мозаики. Комбинированная фрагментация допускает наличие перекрывающихся фрагментов разных размеров, с разными коэффициентами масштабирования и параметрами сжатия. Каждый фрагмент кодируется отдельно и может комбинироваться с другими фрагментами без повторной дискретизации.

SPIFF (Формат обмена файлами неподвижных изображении)

SPIFF — это официально санкционированный формат JPEG-файлов, которым будет заменен используемый на сегодняшний день формат JFIF (JPEG File Interchange Format — формат обмена JPEG-файлами). SPIFF обладает всеми особенностями JFIF, но его функциональные возможности несколько шире. Построен данный формат таким образом, что правильно написанные программы чтения JFIF будут читать и SPIFF-файлы.

Более подробно формат SPIFF рассматривается во второй части данной книги.

Другие расширения

Среди других расширений метода JPEG следует упомянуть сегмент маркера версии. Таких маркеров, отмечающих различные области потока данных, может быть несколько. Маркер версии содержит информацию, идентифицирующую процессы и расширение, которые используются для декодирования потока JPEG-данных.

Сжатие JBIG

JBIG — это метод сжатия данных двухуровневых (двухцветных) изображений. Аббревиатура JBIG происходит от названия комитета по стандартам Joint Bi-level Image Experts Group (Объединенная группа экспертов по двухуровневым изображениям), созданном в рамках Международной организации по стандартизации. Разработанный этим комитетом стандарт сжатия носит его имя.

Комитет JBIG был создан ISO и CCITT в 1988 году путем объединения группы JTC1/SC29/WG9 ISO/IEC и подгруппы SGVIII CCITT с целью разработки стандартного метода сжатия двухуровневых данных без потерь. В 1993 году стандарт JBIG, описывающий метод кодирования двухуровневых данных, был завершен и выпущен.

К отличительным особенностям метода JBIG относятся:

• Возможность сжатия без потерь данных изображения, пиксельная глубина которых составляет 1 бит на пиксель;

• Кодирование отдельных битовых плоскостей многобитовых пикселей;

• Последовательное и поступательное кодирование данных изображения.

Стандарт JBIG предназначен для полной замены менее эффективных алгоритмов сжатия — MR (Modified READ) и MMR (Modified Modified READ) — используемых соответственно протоколами передачи данных CCITT Group 3 (G3) и Group 4 (G4). В 1995 году Международный союз электросвязи (ITU) предложил расширить стандарты G3 и G4 возможностью использовать с этими протоколами данные изображений, сжатые по алгоритму JBIG. (Более подробно протоколы G3 и G4 описаны выше.)

При обработке сканированных изображениях линейной графики и печатного текста JBIG достигает степени сжатия, на 10—50% превышающей аналогичный показатель, полученный при использовании схемы G4, и на 500% выше по сравнению со степенью сжатия машинно-генерируемых изображений печатного текста. Степень сжатия двухуровневых изображений, обработанных методом полутонирования или смешения цветов, в 2—30 раз превышает степень сжатия этих изображений, достигаемую при использовании метода G4.

Такие впечатляющие результаты являются следствием адаптации к информационному содержимому кодируемых данных изображения. Адаптивный арифметический кодировщик прогнозирует и обрабатывает будущие символы данных по характеристикам данных, кодируемых в текущий момент, тогда как G3 и G4 являются неадаптивными методами — для кодирования всех изображений, независимо от их содержания, в них применяются одни и те же фиксированные схемы и алгоритмы.

Кроме того, JBIG поддерживает последовательный и поступательный методы кодирования. При последовательном кодировании данные изображения считываются сверху вниз и справа налево и кодируются как одно изображение. Поступательное кодирование позволяет хранить в одном потоке JBIG-данных несколько версий данных одного изображения с разным уровнем разрешения. Схемы G3 и G4 в отличие от JBIG поддерживают только последовательное кодирование с фиксированным разрешением.

JBIG — это платформно-независимый алгоритм, легко реализуемый в различных распределенных средах. Он позволяет добиться высокой степени сжатия двухуровневых изображений и способен эффективно кодировать цветные и полутоновые изображения некоторых типов. Возможность поступательного кодирования, которой обладает этот алгоритм, делает целесообразным его выбор с целью передачи и хранения двухуровневой информации в сетевых средах, например в World Wide Web. Почему же JBIG еще не стал популярным и широко используемым?

Пока остается открытым вопрос о том, насколько успешно JBIG сможет заменить сжатие по схеме G3 или G4. Как известно, G3 и MR — это протокол и метод сжатия, наиболее широко используемые при передаче факсимильных данных. Они уже поддерживаются большинством телекоммуникационных устройств, в которых используются двухуровневые данные изображений. Стандарт G4, несмотря на необходимость применять слишком широкую полосу пропускания в традиционных факсимильных приложениях, является основным методом сжатия данных в большинстве систем воспроизведения изображения. Он обеспечивает реальную степень сжатия как сканируемых, так и машинно-генерируемых данных двухуровневых изображений, в среднем равную 20:1.

Вероятно, самое главное преимущество протоколов CCITT по сравнению с JBIG состоит в том, что они распространяются бесплатно и не обременены патентами и правовыми спорами. Любой человек может свободно реализовать или распространять кодировщики G3 и G4, не заключая лицензионных соглашений и не платя денег. А вот алгоритм JBIG включает в себя массу патентованных процессов (в Рекомендации JBIG их указано 24). Основной из них — арифметический Q-кодировщик, разработанный фирмой IBM, который не является обязательным для JPEG.