Проблема сжатия изображений

Известно, что для записи изображений требуются достаточно боль-
шие объемы памяти, часто в единицы и даже десятки Мегабайт.
Так, например, отсканированное фотографическое цветное изобра-
жение размером 1732×
1165 пикселов при 24 битах на пиксел (режим
True Color) требует 5,8 Мбайт.
Такие ресурсы оказываются недостижи-
мыми, если изображение необходимо записать на дискету или передать
по Интернету. Однако наличие специально разработанных форматов
записи графических файлов, практически каждый из которых базиру-
ется на том или ином, а иногда и на нескольких алгоритмах сжатия
изображений, снимает остроту проблемы. Посредством сжатия (комп-
рессии) изображений удается в несколько раз и даже в ряде случаев в
десятки раз сократить цифровой поток, представляющий изображение.
Для вышеупомянутого изображения при записи его в формате TIFF тре-
буется приблизительно 4,9 Мбайт, а если использовать формат JPEG,
то можно получить разные степени сжатия в зависимости от жесткости
требований, предъявляемых к качеству изображения. В данном случае
максимально высокого качества изображение будет занимать 2,4 Мбайт,
среднего (вполне приемлемого для большинства задач) качества –
0,2 Мбайт, а применение максимального сжатия позволит довести эту
цифру до 0,07 Мбайт.
Подчеркнем, что при записи изображений всегда остается важным
вопрос – сохранение качества. Как правило, проблема эффективного
сжатия изображений решается либо без потери качества, либо с мини-
мальными потерями, практически незаметными для зрителя. Это оказа-
лось возможным благодаря свойственным изображениям статистичес-
кой и психофизической избыточности, что позволяет произвести такое
кодирование изображения, при котором для его записи потребуется су-
щественно меньше двоичных единиц кода. Методы сжатия изображе-
ний, основанные на устранении избыточности обоих типов, будут рас-
смотрены в последующих подразделах.
Остановимся кратко на понятии «качество изображения», которое
можно рассматривать как меру подобия сформированного изображения
его входному оптическому. До настоящего времени не удалось сформу-
лировать полный критерий качества. Наиболее широко на практике
пользуются методом экспертных оценок, а также рядом измеряемых па-
раметров, набор которых может быть разным для информационных сис-
тем различного назначения. Наиболее часто оцениваемыми являются
следующие параметры:
• четкость, определяемая числом элементов разложения изображения
по горизонтали и вертикали;
• воспроизведение градаций яркости внутри яркостного динамическо-
го диапазона;
• контраст, под которым понимают отношение максимальной яркости
изображения к минимальной;
• отношение сигнала к шуму, определяемое как отношение размаха
сигнала от черного до белого к эффективному значению шума;
• геометрические искажения, характеризующие точность воспроизве-
дения координат отдельных элементов исходного изображения;
• цветовоспроизведение, характеризующее степень отличия цветов в
полученном изображении от цветов в исходном изображении, а также
ряд других параметров.
При оценке качества необходимо учитывать, кроме того, ряд допол-
нительных факторов. Например, если производится оценивание отно-
шения сигнала к шуму для системы, конечным звеном которой является
человек, то следует обращать внимание на степень видности помехи
для зрителя, которая зависит от ее спектрального состава. В этом слу-
чае делают оценку не отношения сигнала к шуму, а отношения сигнала
к взвешенному шуму. При этом под взвешенным шумом понимается
среднеквадратичное значение шума, предварительно пропущенного че-
рез фильтр, имитирующий частотные преобразования, протекающие в
зрительной системе. Для того чтобы предотвратить видность искаже-
ний, связанных с оцифровкой изображений при вводе их в компьютер,
имеются в виду шум пространственной дискретизации и шум кванто-
вания, параметры дискретизации (частоту взятия отсчетов и количе-
ство уровней квантования) следует выбирать, принимая во внимание


ряд важных факторов. Так, для предотвращения возникновения шума
пространственной дискретизации ее частота, то есть плотность отсче-
тов на изображении, в соответствии с теоремой Котельникова, должна,
по крайней мере, вдвое превышать верхнюю частоту пространственно-
го спектра дискретизируемого изображения, а во избежание появления
ложных контуров на изображении число уровней квантования должно
быть выбрано достаточно большим (стандартным требованием являет-
ся 256 уровней квантования), что потребует достаточно большого чис-
ла бит на каждый пиксел изображения. Этим как раз и обусловливается
то большое количество двоичных единиц, которым описывается изоб-
ражение, а следовательно, и необходимость его сжатия. 


[Красильников Н. Н., Красильникова О. И. Мультимедиатехнологии в информационных системах. Методы сжатия и форматы записи графической информации: Учеб. пособие/ СПбГУАП. СПб., 2004. 68 с.]

Комментариев нет:

Отправить комментарий