|
1.3. Компрессия неискаженных изображений 1.3.1. Методы и алгоритмы сжатия с потерями В настоящее время известно большое число работ, посвященных проблеме сжатия информации. Отдельную группу составляют методы и устройства, предназначенные для сжатия данных изображений. Все алгоритмы сжатия делятся на две группы: алгоритмы сжатия без потерь и алгоритмы сжатия с потерями. При сжатии зашумленных изображений использование алгоритмов сжатия без потерь не является эффективным. Например, применение любого алгоритма архивации типа ARJ, RAR, LZW [40, 35] не обеспечит существенного сжатия, в лучшем случае удается добиться сокращения размера архивированного файла до 85 % от исходного размера (если речь идет о многоцветных или полутоновых (не рисованных) изображениях). Разработка методов и алгоритмов сжатия с потерями неизбежно сталкивается с проблемой формирования критерия, по которому будет отбрасываться часть информации. Большинство известных методов и алгоритмов основаны на удалении высокочастотных (реже среднечастотных) составляющих спектра исходного изображения. Расчет строится на том, что указанные частотные составляющие мало заметны для человеческого зрения, следовательно, данные о алгоритмы ориентированы, в первую очередь, для последующей визуальной обработки восстановленного изображения человеком-оператором. Для случая автоматической обработки восстановленных после сжатия изображений не всегда удаление высокочастотных и, особенно, среднечастотных составляющих, приводит к улучшению работы алгоритмов обработки, например, обнаружения и выделения объектов. Поэтому возникает необходимость в подборе алгоритма сжатия путем статистического моделирования алгоритма последующей автоматической обработки в каждом конкретном случае. В настоящее время широко используются следующие алгоритмы (стандарты) сжатия с потерями, которые не строятся на вейвлетах: JPEG, Н.261, Н.263, Н.264, варианты MPEG (MPEG-1, MPEG-2). Алгоритмическую основу составляет 64 |
1.3. Компрессия неискаженных изображений. 1.3.1. Методы и алгоритмы сжатия с потерями. В настоящее время известно большое число работ, посвященных • проблеме сжатия информации. Отдельную группу составляют методы и устройства, предназначенные для сжатия данных изображений. Все алгоритмы сжатия делятся на две группы: алгоритмы сжатия без потерь и алгоритмы сжатия с потерями. При сжатии зашумленных изображений использование алгоритмов сжатия без потерь не является эффективным. Например, применение любого алгоритма архивации типа ARJ, RAR, LZW /40, 61, 74/ не обеспечит существенного сжатия, в лучшем случае удается добиться сокращения размера архивированного файла до 85 % от исходного размера (если речь идет о многоцветных или полутоновых (не рисованных) изображениях). Разработка методов и алгоритмов сжатия с потерями неизбежно сталкивается с проблемой формирования критерия, по которому будет отбрасываться часть информации. Большинство известных методов и алгоритмов основаны на удалении высокочастотных (реже среднечастотных) составляющих спектра исходного изображения. Расчет строится на том, что указанные частотные составляющие мало заметны для человеческого зрения, следовательно, данные алгоритмы ориентированы, в первую очередь, для последующей визуальной обработки восстановленного изображения человеком-оператором. Для случая автоматической обработки восстановленных после сжатия изображений не всегда удаление высокочастотных и, особенно, среднечастотных составляющих, приводит к улучшению работы алгоритмов обработки, например, обнаружения и выделения объектов. Поэтому возникает необходимость в подборе алгоритма сжатия путем статистического моделирования алгоритма последующей автоматической обработки в каждом конкретном случае. 7 8 В настоящее время широко используются следующие алгоритмы (стандарты) сжатия с потерями, которые не строятся на вейвлетах: JPEG, Н.261, Н.263, Н.264, варианты MPEG (MPEG-1, MPEG-2). Алгоритмическую основу составляет алгоритм сжатия статических изображений JPEG, который не обеспечивает высокого качества при относительно больших степенях сжатия (свыше 20:1). JPEG/MotionJPEG (MJPEG). Изначально предназначенный для компрессии статических изображений, алгоритм сжатия JPEG /41, 61/ широко применяется в Web-камерах, видеосерверах и других сетевых устройствах, использующих алгоритм сжатия JPEG в режиме передачи отдельных кадров. JPEG {Joint Photographic Expert Group) — подразделение в рамках Международной организации по стандартизации ISO {International Standard Organization). Алгоритм основан на дискретном косинусном преобразовании (ДКП) /41, 150/, применяемом к матрице изображения для получения некоторой новой матрицы коэффициентов. ДКП раскладывает изображение по амплитудам некоторых частот. Таким образом, при преобразовании получается матрица, в которой многие коэффициенты малы по модулю, либо равны нулю. Кроме того, с учетом несовершенства человеческого зрения, коэффициенты аппроксимируются без заметной потери качества изображения. 888483 8485868382 86828283828383 81 82828487878781 84 81863739828284 87 81848387858980 81 81858586818981 85 32818683868981 84 88889084358888 81 DCT 6751-6 2 -2 0 5 -5 4 1 2 1 5 1 -3 0 2 3 4 6 -2 2 1 5 -3 -1 0 2 0-22 -4 4 3 1 1-2 1-3 1 1 -2 0 -3 2 -1 1 1 3 0-1 0-1-10-2 -1 1-5 5 2 -2 2 0 Рис. 1.3.1. Дискретное косинусное преобразование |