Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας Ενότητα 7 : Πρότυπο συμπίεσης JPEG Ιωάννης Έλληνας Τμήμα Η/ΥΣ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Σκοποί ενότητας Σκοπός της ενότητας αυτής είναι να αποκομίσετε μια ολοκληρωμένη εικόνα σχετικά με την περιγραφή του προτύπου συμπίεσης εικόνων JPEG. 4

Περιεχόμενα ενότητας  Το πρότυπο συμπίεσης εικόνας JPEG  Συμπίεση χωρίς απώλειες  Συμπίεση με απώλειες  Εκτεταμένος τρόπος συμπίεσης  Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης 5

Η ιστορία Το πρότυπο συμπίεσης εικόνας JPEG 6

Τι προσφέρει το JPEG Συμπίεση χωρίς απώλειες (1) 7

Συμπίεση χωρίς απώλειες (2) Σχήμα 7.1 Κωδικοποιητής JPEG χωρίς απώλειες. Σχήμα 7.2 Κωδικοποίηση πρόβλεψης. 8

JPEG: Συμπίεση με απώλειες Συμπίεση με απώλειες (1) 9

Σχήμα 7.3, Πίνακες 7.1 και 7.2 Συμπίεση με απώλειες (2) 10

Σχήμα 7.3 Κωδικοποιητής JPEG σε βασικό τρόπο λειτουργίας. Συμπίεση με απώλειες (3) 11

Συμπίεση με απώλειες (4) Πίνακας 7.1 Πίνακας κβάντισης συντελεστών φωτεινότητας. Πίνακας 7.2 Πίνακας κβάντισης συντελεστών χρώματος. 12

Λειτουργίες Συμπίεση με απώλειες (5) 13

Η σάρωση των συντελεστών Συμπίεση με απώλειες (6) 14

Σχήμα 7.4 Τρόπος σάρωσης των συντελεστών AC. Συμπίεση με απώλειες (7) 15

Η κωδικοποίηση των συντελεστών DC Συμπίεση με απώλειες (8) 16

Συμπίεση με απώλειες (9) Η κωδικοποίηση των συντελεστών AC Πίνακας 7.3 Πίνακας κατηγοριοποίησης των συντελεστών DC. 17

Συμπίεση με απώλειες (10) Πίνακας 7.4 Κωδικοποίηση Huffman για τις κατηγορίες των συντελεστών DC. Πίνακας 7.5 Κωδικοποίηση Huffman του πρώτου συμβόλου των συντελεστών ΑC. 18

Συμπίεση με απώλειες (11) 19

Συμπίεση με απώλειες (12) 20

Ο εκτεταμένος τρόπος συμπίεσης και οι συντελεστές Εκτεταμένος τρόπος συμπίεσης – Extended mode 21

Διαδικασία στον ιεραρχικό τρόπο συμπίεσης Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (1) 22

Σχήμα 7.5 Ιεραρχικός τρόπος κωδικοποίησης. Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (2) 23

Σχήμα 7.6 Ιεραρχικός κωδικοποιητής τριών επιπέδων. Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (3) 24

Παράδειγμα 7.1 Να κωδικοποιηθεί σύμφωνα με το πρότυπο JPEG η ακόλουθη υπο-εικόνα: Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (4) 25

Βήματα για την κωδικοποίηση :αφαίρεση και μετασχηματισμός DCT Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (5) 26

Βήματα για την κωδικοποίηση: Κβάντιση και αντίστροφος μετασχηματισμός Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (6) 27

Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (7) Συμπίεση εικόνας με το πρότυπο JPEG.

Κωδικοποίηση πίνακα κβαντισμένων συντελεστών Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (8) 29

Κωδικοποίηση AC συντελεστών Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (9) 30

Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (10) Παράδειγμα

Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (11) 32

Συμπέρασμα Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (12) 33

Το παρακάτω πρόγραμμα ανασυνθέτει την εικόνα με την προϋπόθεση ότι αυτή έχει κωδικοποιηθεί με το παραπάνω πρόγραμμα. Το πρόγραμμα για λόγους απλότητας θεωρεί ότι έχει μεσολαβήσει η αποκωδικοποίηση Huffman, δηλαδή δεν συμπεριλαμβάνει τον αλγόριθμο αποκωδικοποίησης Huffman. Παράδειγμα 7.3 Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (13) 34

Πρόγραμμα Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (14) 35

Πρόγραμμα συνέχεια Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (15) 36

Ιεραρχικός τρόπος συμπίεσης – Hierarchical mode (16) (α) Ανακατασκευή εικόνας με το πρότυπο JPEG. (β) Μεγέθυνση μέρους της εικόνας. 37

Βιβλιογραφία 1.N. Η. Παπαμάρκος, “Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας”, Δημοκρίτειο, Ξάνθη Σ. Δ. Κόλλιας, “Επεξεργασία, Ανάλυση και Τεχνολογία Εικόνων και Βίντεο”, Σημειώσεις ΕΜΠ, Αθήνα I. Pitas, “Digital Image Processing Algorithms”, Prentice Hall, R. C. Gonzalez, R. E. Woods, “Digital Image Processing”, Prentice Hall, 2 nd Edition R. C. Gonzalez, R. E. Woods, S. L. Eddins, “Digital Image Processing Using MATLAB”, Prentice Hall. 6.A. K. Jain, “Fundamentals of Digital Image Processing”, Prentice Hall,

Τέλος Ενότητας