Kompresia JPEG a JPEG 2000

JPEG je met�dou stratovej kompresie, ktor� vyu��va diskr�tnu kos�nusov� transform�ciu. Vyvinut� bola skupinou JPEG (Joint Photographic Experts Group) v r�mci medzin�rodnej �tandardiza�nej organiz�cie ISO v roku 1991.

Je vhodn� predov�etk�m pre k�dovanie fotografi�, u ktor�ch s� susedn� pixely (v riadku alebo st�pci) s�ce odli�n�, ale aj napriek tomu farebne bl�zke. Zni�ovanie kvality obrazu sa prejav� potla�en�m rozdielu bl�zkych farieb.

Met�da nie je vhodn� pre obrazy s n�zkym farebn�m rozl�en�m (s paletou, upraven� rozpty�ovan�m), taktie� na ve�k�ch jednofarebn�ch ploch�ch vznikaj� artefakty v podobe �tvorcov alebo pruhov. Nepou�ite�n� je pre �iernobiele obr�zky, ktor� rozmaz�va. Optim�lnym vstupom je obraz 24 bitov na kan�l.

Postup pri kompresii JPEG je pomerne zlo�it� a pozost�va z piatich krokov, tak ako to ukazuje obr�zok

Postupnos� oper�ci� pri kompresii JPEG

1. Transform�cia farieb � �i u� s� vstupom farby RGB, CMY alebo CMYK je pre �al�ie spracovanie potrebn� urobi� prevod do farebn�ho modelu YCBCR s 3 bajtmi na pixel. V �al�om kroku s� toti� jasov� zlo�ky Y a farebn� zlo�ky CBCR spracov�van� oddelene.

V tomto kroku sa uskuto��uj� nasledovn� oper�cie: RGB � YCBCR

alebo

2. Redukcia farieb � �udsk� vizu�lny syst�m je omnoho citlivej�ia na rozdiely v �rovni jasu, ako na zmeny farebn�ch odtie�ov. V tomto kroku je preto mo�n� zn�i� objem d�t spriemerovan�m farebn�ch zlo�iek nieko�k�ch susedn�ch pixelov a nahraden�m jednou farebnou hodnotou. Doch�dza tu k nevratnej strate d�t!

3. Dopredn� diskr�tna kos�nusov� transform�cia (DCT): obrazov� d�ta s� rozdelen� do �tvorcov 8 x 8. ka�d� �tvorec je podroben� diskr�tnej kos�nusovej transform�cii. V�sledkom je 8 x 8 koeficientov F(u,v) z�skan�ch v�po�tom z hodn�t pixelov f(x,y) pod�a vzorca

4. Kvantovanie koeficientov DCT � pr�ve v tejto f�ze m��e u��vate� stanovi� stratu inform�cie (a teda aj stupe� kompresie). Rozsah koeficientov F(u,v) je zni�ovan� vydelen�m ur�it�m kvantiza�n�m �inite�om. N�sledne s� koeficienty zaokr�hlen�.

U��vate� stanovuje koeficient kvality Q v rozsahu 1 a� 100. Kantiza�n� tabu�ka bola definovan� pre priemern� kvalitu obrazu (cca 75%) a po zadan� Q s� jej koeficienty prepo��tavan� nepriamo �merne Q.

5. K�dovanie � v�sledkom predo�l�ch krokov s� numerick� �pravy �tvorcovej podoblasti v�stupn�ho obrazu, ktor� zjednodu�uj� tvar d�t a� do podoby riedkej matice s dominantn�m �av�m rohom

K�dovanie DC a AC �lenov

T�to matica je teraz k�dovan� a zapisovan� do v�stupn�ho s�boru, pri�om je vyu��van� t� skuto�nos�, �e v��ina koeficientov v okol� prav�ho doln�ho rohu m� nulov� hodnotu. Matica ��sel je prev�dzan� na postupnos� a t�to postupnos� je zak�dovan� Huffmanov�m, alebo aritmetick�m k�dovan�m. �leny DC sa zapisuj� samostatne. Najsk�r sa zdru�ia DC �leny z cel�ho obr�zku a potom s� k�dovan� ich rozdielov� hodnoty (relat�vne zmeny vo�i predo�lej hodnote).

K�dovanie JPEG sa nevyzna�uje len vysok�m stup�om kompresie , ale aj t�m, �e umo��uje r�chly n�h�ad (preview) na zak�dovan� obr�zok. Vyu��va sa pritom skuto�nos�, �e DC �leny s� zdru�ovan� do skup�n a ukladan� samostatne v r�mci jedn�ho JPEG s�boru.

JPEG 2000 Nepr�jemnou vlastnos�ou form�tu JPEG je delenie obrazu do �tvorcov pevnej ve�kosti 8 x 8, ktor� je prek�kou k dosiahnutiu e�te vy��ieho kompresn�ho pomeru a ktor� sa s��asn� na ur�it�ch �astiach obrazu prejavuje ru�ivo ako vidite�n� makropixely.

Toto obmedzenie odstra�uje JPEG 2000, ktor� pri k�dovan� berie do �vahy obraz ako celok a podrobuje ho transform�ci�m za pomoci funkci�, naz�van�ch vlnky (wavelet). Opakovan� pou�itie wavelet transform�cii (pou��va� pojem vlnkov�ch transform�ci� mi pr�de pritiahnut� za vlasy) umo��uje uchova� obraz vo viacer�ch rozl�eniach, optimalizova� d�ta pre postupn� prenos po sieti (streaming) a definova� oblas� z�ujmu (ROI) k�dovan� vo vy��ej kvalite.

Form�t umo��uje pou�i� stratov� aj bezstratov� kompresiu.

Podpora grafick�ch form�tov v Photoshope: je naozaj rozsiahla �o sa po�tu implementovan�ch form�tov t�ka ale aj �o sa prisp�sobenia vlastnost� konkr�tneho algoritmu t�ka. Okrem priamej konverzie obr�zku z jedn�ho grafick�ho form�tu do druh�ho je mo�n� uskuto�ni� v�ber v�stupn�ho grafick�ho form�tu.

Vytvoren� obr�zok ulo��te vo�bou Ulo�i� ako a z roletov�ho menu Form�t vyberte po�adovan� form�t grafick�ho v�stupu. N�sledne zvo�te Ulo�i�. Po�as ukladania budete po�iadan� zada� nastavenia parametrov kompresie.

� J�n Hlatk�