ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Συμπίεση Ψηφιακών Εικόνων: Συμπίεση με απώλειες – Πρότυπα Συμπίεσης Εικόνων Τμήμα Διδακτικής.

Παρουσίαση με θέμα: "ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Συμπίεση Ψηφιακών Εικόνων: Συμπίεση με απώλειες – Πρότυπα Συμπίεσης Εικόνων Τμήμα Διδακτικής."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Συμπίεση Ψηφιακών Εικόνων: Συμπίεση με απώλειες – Πρότυπα Συμπίεσης Εικόνων Τμήμα Διδακτικής της Τεχνολογίας και Ψηφιακών Συστημάτων Πανεπιστήμιο Πειραιώς ΔΤΨΣ 150 – Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας

2 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG ◊Περιεχόμενα Ενότητας ◊Εισαγωγή - Συμπίεση με Απώλειες (lossy compression) ◊Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ ◊Κωδικοποίηση Quadtree ◊Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού ◊Ο μετασχηματισμός DCT ◊Το πρότυπο JPEG ◊Βιβλιογραφία: ◊Πήτας [1999]: Κεφάλαιο 9, Ενότητα 9.7 ◊Gonzales [2002]: Chapter 8, Sections 8.5-8.6 ◊Gonzales [2004]: Chapter 8, Sections 8.5 Περιεχόμενα – Βιβλιογραφία

3 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis ◊Συμπίεση που επιτυγχάνεται με τεχνικές χωρίς απώλειες είναι σχετικά μικρή (2.1≤CR≤3.1). ◊Αν θέλουμε να επιτύχουμε υψηλότερο λόγο συμπίεσης χρειάζεται να επιτρέψουμε και κάποια σφάλματα στην αποκωδικοποιημένη εικόνα. ◊Η αποκωδικοποιημένη εικόνα δεν είναι πιστό αντίγραφο της αρχικής εικόνας (εικόνας πριν τη κωδικοποίηση). Εντούτοις σε πολλές περιπτώσεις οι διαφορές δεν είναι εύκολα αντιληπτές από τον άνθρωπο ◊Οι τεχνικές συμπίεσης χωρίς απώλειες εκμεταλλεύονται τις ιδιαιτερότητες του ανθρώπινου οπτικού συστήματος (ψυχοοπτικός πλεονασμός) καθώς και τον πλεονασμό pixel. ◊Για τη συμπίεση με απώλειες έχουν προταθεί πολλές προσεγγίσεις: ◊Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ (BCT) – απλή και γρήγορή ◊Κωδικοποίηση Quadtree – Αμφίβολης αποτελεσματικότητας ◊Κωδικοποίηση Διακριτού Μετασχηματισμού Συνημιτόνου (DCT) και JPEG ◊Κωδικοποίηση Εικόνας με βάση τα Wavelets Συμπίεση με Απώλειες  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG

4 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Κωδικοποίηση Εικόνας χρησιμοποιώντας Μπλοκ  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG ◊Η εικόνα διαιρείται σε μπλοκ τα οποία κωδικοποιούνται ξεχωριστά: ◊Η μέθοδος των Wavelets αποτελεί εξαίρεση. ◊Ο λόγος; Διαφορετικά κομμάτια μιας εικόνας μπορούν να έχουν διαφορετικές ιδιότητες: ◊όπως περισσότερες υψηλές ή χαμηλές συχνότητες, περισσότερη ή λιγότερη λεπτομέρεια κλπ. Έτσι, η τοπική κωδικοποίηση είναι πολύ πιο αποδοτική. Τυπικά μεγέθη των μπλοκ είναι 4x4 ή 8x8 ή 16x16

5 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis ◊Βήματα κωδικοποίησης της εικόνας : 1.Χωρίζουμε την εικόνα σε μπλοκ μεγέθους 4x4 pixel, όπου: i.Σύνολο pixel στο μπλοκ = {Ι(1),Ι(2),…,Ι(16)} ii.Συνολικός αριθμός bits στο μπλοκ πριν την κωδικοποίησή του: 16x8 = 128 bits. 2.Για κάθε μπλοκ υπολογίζουμε και μεταδίδουμε: i.Την μέση φωτεινότητα του μπλοκ: χρησιμοποιώντας Β1 bits. ii.Την τυπική απόκλιση ( standard deviation ):, χρησιμοποιώντας Β2 bits. iii.Ένα 16-bit δυαδικό μπλοκ b το οποίο υπολογίζουμε με τον εξής τρόπο: Για i = 1,2,…,16 => b(i) = 1 αν Ι(i) ≥μ και b(i) = 0 αν Ι(i)<μ Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG

6 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ (ΙΙ)  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG Παράδειγμα 1: μ I = 98.75 σ Ι = 92.95 Λόγος Συμπίεσης: CR = B / ( B1 + B2 + 16 ) 1.Αν Β1 = Β2 = 8  CR = 128/32 = 4:1 2.Έχουμε καλή ποιότητα αν: Β1 = 6, Β2 = 4  CR = 128/26 ≈ 5 3.Με εφαρμογή κωδικοποίησης εντροπίας για τα μ I και σ Ι ο λόγος συμπίεσης φτάνει μέχρι και CR ≈ 10 1211145647 37200247255 16012169 4357251 1100 0111 0001 0001

7 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ (ΙΙΙ)  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG Αποκωδικοποίηση του BTC Μπλοκ ( BTC Block Decoding ) ◊Για να δημιουργήσουμε τις τιμές των “αποκωδικοποιημένων” pixel {J(1),J(2),…,J(16)} πρέπει να ακολουθήσουμε τα πιο κάτω βήματα: 1.Έστω Q = αριθμός των 1 που λήφθηκαν. Ρ = αριθμός των 0 που λήφθηκαν. 2. Θέτουμε : όπου και b το κωδικοποιημένο μπλοκ. (To A επιλέγεται έτσι ώστε μ J ≈ μ I, και σ J ≈ σ I )

8 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ (ΙV)  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG Αποκωδικοποίηση του BTC Μπλοκ ( BTC Block Decoding ) Με βάση τα δεδομένα του παραδείγματος 1: 1.Q = 7, P = 9 => A = 0.8819 2.μ Ι = round(98.75) = 99 (κωδικοποιημένη τιμή της μέσης φωτεινότητας του block). σ Ι = round(92.95) = 93 (κωδικοποιημένη τιμή της διασποράς του block) => J( i ) = 99 + round(93 / 0.8819) = 99+105 = 204, αν b(i)=1. J( i ) = 99 – round(93 * 0.8819) = 99–82 = 17, αν b(i)=0. Επομένως το αποκωδικοποιημένο block J= με μ J = 98.8 και σ J = 77.3 204 17 204 17 204 17 204

9 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis ◊Αλγόριθμος: ◊Διαίρεση της εικόνας σε τέσσερα μέρη (Quads) ◊Για κάθε Quad υπολογίζεται ένα μέτρο της ανομοιομορφίας του (πρακτικά διασπορά προς μέση φωτεινότητα) ◊Αν η ανομοιομορφία του Quad είναι μικρότερη από ένα κατώφλι (Τ) τότε το Quad χαρακτηρίζεται ως τερματικός κόμβος (φύλλο) και αναπαρίσταται από τη μέση φωτεινότητα του (ένα byte). ◊Αν η ανομοιομορφία του Quad είναι μεγαλύτερη από το κατώφλι Τ τότε το Quad διαιρείται ξανά σε τέσσερα μέρη και επαναλαμβάνεται η παραπάνω διαδικασία Quadtree: 0111 0000 0000 1000 0010 0000 Κωδικοποίηση Quadtree  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG

10 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis ◊Βασική ιδέα ◊Στη κωδικοποίηση μετασχηματισμού, η εικόνα υφίσταται ένα μαθηματικό μετασχηματισμό από το αρχικό πεδίο του χώρου σε ένα αφηρημένο πεδίο το οποίο είναι πιο κατάλληλο για συμπίεση. Αυτή η διαδικασία είναι αντιστρεπτή, δηλαδή υπάρχει ο αντίστροφος μετασχηματισμός που θα επαναφέρει το σήμα στην αρχική του μορφή. ◊Ένα τέτοιος μετασχηματισμός είναι ο μετασχηματισμός Fourier. Μέσω του μετασχηματισμού Fourier μια εικόνα f μπορεί να μετασχηματιστεί σε μια αναπαράσταση F στο πεδίο των συχνοτήτων. Παρά την ευρεία χρήση του στην επεξεργασία εικόνας ο μετασχηματισμός Fourier δεν αποτελεί την ιδανική λύση για σκοπούς συμπίεσης. ◊Μια παραλλαγή του μετασχηματισμού Fourier ο μετασχηματισμός DCT επιτυγχάνει καλύτερη συμπίεση και αυτός έχει καθιερωθεί και στο πρότυπο JPEG Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG

11 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis ◊Ανάλυση ◊Αφού επιλεχθεί και εκτελεστεί ο μετασχηματισμός, βρίσκουμε τους πιο σημαντικούς από τους συντελεστές και τους περιγράφουμε με μεγάλη ακρίβεια. ◊Τους λιγότερο σημαντικούς μπορούμε να τους περιγράψουμε με μικρότερη ακρίβεια ή και να τους αγνοήσουμε τελείως. Κάνοντας κάτι τέτοιο η διαδικασία συμπίεσης έχει απώλειες. ◊Οι μετασχηματισμοί από μόνοι τους είναι αντιστρεπτοί. ◊Το σφάλμα εισάγεται στην ακρίβεια αναπαράστασης των συντελεστών του μετασχηματισμού (κβαντισμός συντελεστών) Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού (II)  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG

12 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis ◊Ο διακριτός μετασχηματισμός συνημίτονου (Discrete Cosine Transform - DCT) για μια εικόνα Ν x Ν pixels δίνεται από τη σχέση: ◊F(u,v) είναι ο DCT συντελεστής για τη χωρική συχνότητα (u,v) ◊f(x,y) είναι η αρχική ένταση φωτεινότητας στη θέση (x,y) ◊C(u,v) είναι ο παράγοντας κανονικοποίησης που ορίζεται ως: ◊C(0,0) = 1/Ν ◊C(0,v) = C(u,0) = 1/(N√2) ◊C(u,v) = 2/N, u ≠0, v ≠ 0 ◊Προσοχή! Ο πίνακας των χωρικών συχνοτήτων F(u,v) έχει τις ίδιες διαστάσεις με την αρχική εικόνα (NxN) O Μετασχηματισμός DCT  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG

13 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Παράδειγμα (Ι): Ομοιόμορφη εικόνα  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG Εικόνα DCT => Η χωρική συχνότητα F(0,0): –Αντιπροσωπεύει τη μέση φωτεινότητα της εικόνας (για την ακρίβεια είναι αντίστοιχη) –Η τιμή της μπορεί να είναι από F(0,0)=0 (μαύρη εικόνα) έως F(0,0) = 255 (λευκή εικόνα) όταν έχουμε αναπαράσταση 256 στάθμων φωτεινότητας ή χρωμάτων

14 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Μεταβολές της φωτεινότητας κατά την οριζόντια κατεύθυνση μόνο  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG Εικόνα DCT => Οριζόντιες χωρικές συχνότητες F(0,v): –Όσο ταχύτερα μεταβάλλεται η φωτεινότητα κατά την οριζόντια κατεύθυνση τόσο γίνονται ισχυρότερες οι μεγάλες χωρικές συχνότητες (π.χ. F(0,7)>F(0,1))

15 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Μεταβολές της φωτεινότητας κατά την κάθετη κατεύθυνση μόνο  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG Εικόνα DCT => Κάθετες χωρικές συχνότητες F(u,0): –Όσο ταχύτερα μεταβάλλεται η φωτεινότητα κατά την κάθετη κατεύθυνση τόσο γίνονται ισχυρότερες οι μεγάλες χωρικές συχνότητες (π.χ. F(7,0)>F(1,0))

16 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Μεταβολές της φωτεινότητας και κατά τις δύο κατευθύνσεις  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG Εικόνα DCT =>

17 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis ◊Σχεδιάστηκε από την ομάδα Joint Photographic Experts Group σε συνεργασία με την Διεθνή Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU-TS) ◊Μπορεί να δώσει διαφορετικό αποτέλεσμα ανάλογα με τις απαιτήσεις που έχουμε για την ποιότητα της εικόνας και το λόγο συμπίεσης: ◊10:1 έως 20:1 – υψηλή ποιότητα ◊30:1 έως 50:1 – μέτρια ποιότητα ◊60:1 έως 100:1 – κακή ποιότητα ◊Είναι μορφή κωδικοποίησης με βάση την αντίληψη και βασίζεται στο γεγονός ότι: ◊Το μάτι είναι λιγότερο ευαίσθητο στις χρωματικές συνιστώσες (μικρότερη διακριτική ικανότητα) μιας εικόνα από ότι στη φωτεινότητα ◊Έχει πεπερασμένη διακριτική ικανότητα σε διαδοχικές αλλαγές της φωτεινότητας ◊Αποτελεί συνδυασμό διαφόρων τεχνικών συμπίεσης: ◊Μετασχηματισμού (DCT) ◊Εντροπίας (Huffman) ◊Μήκους διαδρομής (RLE) Το πρότυπο JPEG  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG

18 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis ◊Πέντε βασικά στάδια: ◊Προετοιμασία εικόνας / μπλοκ ◊Ευθύς μετασχηματισμός DCT ◊Κβαντισμός ◊Κωδικοποίηση εντροπίας ◊Δημιουργία Frame (πλαισίου) Το πρότυπο JPEG (ΙΙ)  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG

19 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Προετοιμασία εικόνας / μπλοκ  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG Προετοιμασία εικόνας: –Τα διάφορα χρωματικά κανάλια (π.χ. R,G,B ή Y, C r, C b ) κωδικοποιούνται ως διαφορετικές εικόνες Προετοιμασία μπλοκ –Η εικόνα χωρίζεται σε μπλοκ 8x8 pixels έκαστο –Τα μπλοκ μεταδίδονται με πρώτο το πάνω αριστερά και τελευταίο το κάτω δεξιά

20 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Ευθύς μετασχηματισμός DCT  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG Σε κάθε μπλοκ εφαρμόζεται μετασχηματισμός DCT: –Πριν την εφαρμογή του DCT από κάθε pixel του μπλοκ αφαιρείται η τιμή 128 (οπότε τελικά οι τιμές του μπλόκ θα λαμβάνουν τιμές στο δίαστημα [-128 127] αντί στο διάστημα [0 255] –Ο συντελεστής F(0,0) ονομάζεται DC. –Οι υπόλοιποι συντελεστές ονομάζονται AC.

21 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Κβαντισμός  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG Το μάτι έχει διαφορετική ευαισθησία και διακριτική ικανότητα όσον αφορά τις χωρικές μεταβολές της φωτεινότητας (χωρικές συχνότητες): –Οι πίνακες κβαντισμού αντιπροσωπεύουν την ευαισθησία αυτή –Όσο μικρότερος είναι ο αντίστοιχος συντελεστής στον πίνακα κβαντισμού τόσο μεγαλύτερη θεωρείται η διακριτική ικανότητα του ματιού στη συγκεκριμένη συχνότητα

22 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Κωδικοποίηση  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG Η κωδικοποίηση περιλαμβάνει τα εξής στάδια: –Διανυσματοποίηση του μπλοκ από τους κβαντισμένους συντελεστές με zig-zag scanning –Διαφορική κωδικοποίηση των συντελεστών DC γειτονικών μπλοκ –Κωδικοποίηση μήκους διαδρομής για τους AC συντελεστές κάθε μπλοκ –Huffman coding επί των συμβόλων που προέκυψαν από τη διαφορική κωδικοποίηση και την κωδικοποίηση μήκους διαδρομής

23 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Δημιουργία JPEG frame  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG Δημιουργία frame: –Προσθήκη ένδειξης αρχής και τέλους frame –Επικεφαλίδες (χρωματικά κανάλια, διαστάσεις εικόνας, κλπ) –Περιεχόμενα εικόνας (πολυπλεξία μπλοκ από διαφορετικά χρωματικά κανάλια ώστε να επιτυγχάνεται σταδιακή αποκωδικοποίηση) –Δεδομένα των μπλοκ

24 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Επεκτάσεις του βασικού JPEG  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG ◊Προοδευτική κωδικοποίηση (Progressive mode) ◊Δημιουργήθηκε για την μετάδοσης εικόνων σε πραγματικό χρόνο (streaming). ◊Οι συντελεστές DCT των μπλοκ μεταδίδονται σε πολλαπλά «περάσματα» της εικόνας αρχίζοντας από τους DC συντελεστές. ◊Με κάθε πέρασμα ο αποκωδικοποιητής μπορεί να παράγει μια υψηλότερης ποιότητας εκδοχή της εικόνας, οπότε μια προεκδοχή της μπορεί να σταλθεί γρήγορα και να αποφασίσει ο χρήστης που την λαμβάνει εάν θέλει να την αφήσει να ολοκληρωθεί και να βελτιωθεί σε ποιότητα. ◊Ιεραρχική κωδικοποίηση (Hierarchical mode) ◊Η εικόνα αναπαριστάται σε διαφορετικές αναλύσεις. Έτσι, μια ανάλυση της εικόνας που θέλουμε να επεξεργαστούμε θα μπορούσε να είναι 256 x 256, μια άλλη 512 x 512 και μια άλλη 1024 x 1024. ◊Η κάθε ανάλυση κωδικοποιείται ως το σύνολο των διαφορών που έχει από την αμέσως χαμηλότερη της ανάλυση και επομένως δεν έχουμε άσκοπη επανάληψη δεδομένων που ήδη έχουμε λάβει με την προηγούμενη εκδοχή της εικόνας.

25 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Επεκτάσεις του βασικού JPEG: Ιεραρχική Κωδικοποίηση  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG Ανάλυση 128x128Ανάλυση 256x256 Ανάλυση 512x512

26 ΔΤΨΣ 150: Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας © 2005 Nicolas Tsapatsoulis Σύνοψη ◊Το υλικό που παρουσιάστηκε σε αυτή την ενότητα αναφέρεται στη συμπίεση εικόνας με απώλειες. ◊Η αποκωδικοποιημένη εικόνα δεν είναι πιστό αντίγραφο της αρχικής εικόνας (εικόνας πριν τη κωδικοποίηση). Εντούτοις σε πολλές περιπτώσεις οι διαφορές δεν είναι εύκολα αντιληπτές από τον άνθρωπο ◊Η συμπίεση με απώλειες επιτυγχάνει πολύ υψηλότερους λόγους συμπίεσης (10≤CR≤50) από ότι η συμπίεση χωρίς απώλειες (2.1≤CR≤3.1) ◊Οι τεχνικές συμπίεσης χωρίς απώλειες εκμεταλλεύονται τις ιδιαιτερότητες του ανθρώπινου οπτικού συστήματος (ψυχοοπτικός πλεονασμός) καθώς και τον πλεονασμό pixel ◊Υπάρχουν πολλά πρότυπα συμπίεσης ψηφιακών εικόνων. Ένα από τα σπουδαιότερα και τα πλέον επιτυχημένα είναι το πρότυπο JPEG: ◊Βασίζεται στον μετασχηματισμό DCT ◊Συνδυάζει τεχνικές κωδικοποίησης μετασχηματισμού, προβλεπτική κωδικοποίηση και κωδικοποίηση εντροπίας ◊Επιτυγχάνει συμπίεση της τάξης του 20 (CR=20) χωρίς οι απώλειες να μπορούν να γίνουν αντιληπτές από τον άνθρωπο.  Συμπίεση με Απώλειες  Κωδικοποίηση Μεμονωμένων Μπλοκ  Κωδικοποίηση Quadtree  Κωδικοποίηση Μετασχηματισμού  Ο Μετασχηματισμός DCT  Το πρότυπο JPEG