ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 109
Скачиваний: 1
где k обозначает соответствующий весовой множитель Остальные цветовые компоненты определяются в виде разностей между светимостью Y и компонентами R, G и B:При этом получаются четыре компоненты нового пространства вместо трех RGB.Однако число Cb+Cr+Cg является постоянным, поэтому только две из треххроматических компонент необходимо хранить, а третью вычислять на основе них.Чаще всего в качестве две искомых цветовых компонент используют Cb и Cr. Преимущество пространства YCbCr по сравнению с RGB заключается в том, что Cb и Cr можно представлять с меньшим разрешением, чем Y, т.к. глаз человека менеечувствителен к цвету предметов, чем к их яркости. Это позволяет сократить объем информации, требуемый для представления хроматических компонент, без заметного ухудшения качества передачи цветовых оттенков изображения.Алгоритмы сжатияАлгоритмы сжатия без потерь:-Кодирование длин серий RLE-Групповое кодирование LZW-Алгоритм Хаффмана-Арифметическое кодированиеАлгоритмы сжатия с потерями:-Дискретное косинусное преобразование (стандарт JPEG)-Вейвлет-преобразование (стандарт JPEG2000)-Фрактальное кодирование-Нейросетевые методы сжатияАлгоритмы сжатияТребования к алгоритмам сжатия:высокая степень компрессиивысокое качество изображенийвысокая скорость компрессии и декомпрессиисимметричность по временинебольшая стоимость аппаратной реализацииэффективность программной реализацииОценка качества изображенияСубъективная оценка качества изображенияСубъективная оценка качества изображения формируется на основеэкспертных оценок. Она зависит от различных внешних факторов,например, условий окружающей среды, освещения, настроения специалиста, который производит оценку, качества монитора, характера рассматриваемых изображений и др. Каждая процедура начинается с отбора участников, которые не должны быть экспертами, и проверки их зрения.
В контролируемых условиях участники просматривают до 30 мин тестовых сцен и для каждой сцены выставляютоценку качества изображения.Оценка качества изображенияОбьективные критерии качестваСреднеквадратичная ошибкаN - число пикселей в изображении, xi, yi - значения пикселей исходного и восстановленного изображений соответственно.Пиковое отношение сигнал/шумКритерий максимального правдоподобияАлгоритм RLE (Run Length Encoding)Это один из самых старых и самых простых алгоритмов архивации графики. Изображение в нем вытягивается в цепочку байт по строкам растра. Само сжатие в RLE происходит за счет того, что в исходном изображении встречаются цепочкиодинаковых байт. Замена их на пары <счетчик повторений, значение>уменьшает избыточность данных. Если в изображении встречается цепочка 7,7,7,0,0,0,0,5,5,то она заменяется на пары (3,7), (4,0), (2,5). Алгоритм рассчитан на деловую графику - изображения с большими областями повторяющегося цвета. Применяется как дополнение к другим методам. Различные модификации алгоритма реализованы в графических форматах: BMP, PCX, TIFF, GIF, JPEG.Характеристики Алгоритма RLE средний коэффициент сжатия 2-3;максимальный коэффициент сжатия – 32-64;возможно увеличение файла;высокая скорость компрессии и декомпрессии;симметричность алгоритма примерно единица;не требует дополнительной памяти при архивации и разархивацииАлгоритм LZW (Lempel-Ziw-Welch)Процесс сжатия осуществляется за счет одинаковых цепочек байт. Алгоритм выглядит следующим образом: последовательно считываются символы входного потока и проверяется наличие в созданной таблице строк такой строки. Если строка есть, то считывается следующий символ, а если строки нет, то в поток заносится код для предыдущей найденной строки, строка заносится в таблицу и поискначинается снова. Сначала создается таблица, состоящая из одного элемента.
Кроме того, таблица включает код очистки и код конца информации. Под коды для строк остаются значения от 258 до 511. Добавляемые строки записываются в таблицупоследовательно, при этом индекс строки в таблице становится ее кодом.Алгоритм LZW (Lempel-Ziw-Welch)Пример. Пусть исходное изображение {7,7,5,5,0,0,0,0,0,0,5,5,0}содержит 8 бит/отсчет. Коэффициент сжатия: Первоначальная таблица кода LZW Конечная таблица(для 8-ми разрядных изображений)Характеристики Алгоритма LZWАлгоритм LZW ориентирован на 8-битные изображения.Сжимает за счет одинаковых подцепочек в потоке.Характеристики алгоритма:минимальный коэффициент сжатия – 5/7;средний коэффициент сжатия – 4;максимальный коэффициент сжатия – 1000;симметричность: 1,2 - 3;для определения одного элемента изображенийтребуется некоторое количество сравнений. Требуетсяпамять для хранения таблицы кодов.варианты LZW используются в архиваторах GIF, TIFF,WinRAR.Алгоритм ХаффманаИспользует только частоту появления одинаковых байтв изображении. Сопоставляет символам входного потока, которые встречаются большее число раз, цепочку бит меньшей длины. И, напротив, встречающимся редко — цепочку большей длины. Для сбора статистики требует двух проходов по изображению.Применяется для кодирования:1. N – уровней квантования;2. Векторов движения;3. Коэффициентов преобразования в стандарте JPEG, MPEG.4. Для сжатия бинарных изображений (при сжатии факсимильных изображений)Характеристики алгоритма Хаффманаминимальный коэффициент сжатия – 1/5;средний коэффициент сжатия – 2;максимальный коэффициент сжатия – 213;симметричность: близка к единице;используются в формате JPEG;ориентирован на двуцветные черно-белые изображения,с большими областями повторяющегося цвета;алгоритм прост в реализации, быстр и может быть легкореализован аппаратно;требуется память для хранения статистических словарей.Арифметический код При арифметическом кодировании каждый символ исходного текстапредставляется отрезком на числовой оси с длиной, равной вероятности его появления
, и началом, совпадающим с концом отрезка символа, предшествующего ему в алфавите. Результатом арифметического кодирования является некоторая двоичная дробь из интервала [0, 1).
Пример. Закодировать сообщение «аава».
В качестве кода можно взять любое число из диапазона, полученного на шаге 4. Например, 0,510 → 0,12 .
Характеристики арифметического кодирования
средний коэффициент сжатия 5-6;
требует больших вычислительных ресурсов;
используются в формате JPEG2000.
JPEG - Стандарт сжатия неподвижных (статических) изображений
Joint Photographic Experts Group (объединенная группа экспертов
по фотографии)
Проект JPEG был инициирован совместно комитетом CCITT
(International Telegraph and Telephone Consultative Committee международный консультативный комитет по телеграфной и
телефонной связи) и ISO (the International Standard Organization –
международная организация по стандартизации)
Проект JPEG начался в конце 80-х с целью создания стандарта
общего назначения для сжатия почти всех неподвижных
изображений с непрерывными тонами
Опубликованный стандарт: "Digital Compression and Coding of
Continuous-tone Still Images – Requirements and Guidelines“,
ISO/IEC 10918-1:1993(E)
Задачи JPEG как стандарта
Быть современным алгоритмом в смысле степени сжатия и качества сжатого изображения
Пользователь имеет возможность принимать решение окомпромиссе между качеством изображения и степенью сжатия
Быть применимым для любого рода источников цифровых изображений с непрерывными тонами, то есть изображений с плавным изменением тона (без ограничений на контент, сложность, цветовой диапазон, статистику и т.п.)
Иметь подходящую вычислительную сложность для реализации в широком спектре вычислительных аппаратных средств
Конвейер операций, используемый в алгоритме JPEG
Процедура «зигзаг» - сканирования
Характеристики алгоритма JPEG
коэффициенты компрессии: 2-200, средний 20-25;
класс изображений: полноцветные 24-битные
изображения или изображения в градациях серого без
резких переходов цветов;
симметричен;
искажения: “ореол” вокруг резких горизонтальных и