Компресия на изображения, MPEG-4 компресия, компресия - Oktel Kft

Методите за компресиране на изображения са разработени с цел съхраняване или предаване на информационното съдържание на дадено изображение в компресирана форма с възможно най-малко съдържание на данни, като в същото време е възможно най-близо до оригиналното изображение след компресиране. Процедурите за компресиране кодек посочени като, въз основа на оригиналното английско име, което е кодек, получен от съкращението coder-decoder. Можем да говорим за компресия на изображения и видео компресия предимно в случай на дигитализирани или цифрово създадени изображения и видео съдържание. Компресията на изображението се основава на факта, че повечето изображения съдържат голям брой повтарящи се елементи. Чрез разпознаване и използване на тези повторения могат да бъдат пропуснати пиксели със същото информационно съдържание, като по този начин се намалява размерът на изображението. Най-важният параметър на компресия е степента на компресия, която изразява степента, до която размерът на компресирания файл е намалял в сравнение с първоначалното състояние.

Компресиране на изображение без загуби

Като кандидатствате само ниска компресия, или се постига ниско съотношение на компресия. Предимството е, че след декомпресия получаваме точно същото изображение като оригинала, не настъпва загуба на информация. По-известните формати на изображения без загуби включват GIF и PNG.

Компресия на загубено изображение

Чрез кандидатстване висока степен на компресия налични, но това също води до влошаване на качеството. След декомпресиране на изображения, създадени с този метод, информацията се губи, така че оригиналното изображение вече не може да бъде възстановено. Само по-малко подходяща информация се губи по отношение на разпознаването на декомпресираното изображение. Основната цел е преди всичко да се сведе до минимум размерът и качеството на изображението по време на компресиране, като последното не трябва да се забелязва възможно най-много.

Има много различни видове методи за компресиране на изображения, кодеци, включително много стандартизирани методи. Разбира се, типовите варианти на компресиите със загуби могат да бъдат намерени в много по-голям брой от тези на процесите без загуби. Кой трябва да се използва в дадено приложение, може да се определи от възникналите нужди. Методите за компресиране могат да бъдат разделени на две големи групи: компресиране на неподвижни изображения и видео. Докато методите за компресиране на неподвижни изображения се фокусират само върху определено изображение в даден момент, методите за компресиране на филми се основават на характеристиките на последователни изображения, т.е. видео потока.

Компресия на изображението и цветове

Оцветяване на изображение в RGB цветова система (Източник: www.equasys.de)

Оцветяване на изображение в цветовата система YUV (Източник: www.equasys.de)

Разработване на компресия на изображението

Разработването на методите за компресия се основава технически на характеристики, произтичащи от свойствата на човешкото зрение, от една страна, и от свойствата на естественото движещо се изображение, от друга. Това са следните:

Характеристики, произтичащи от свойствата на човешкото зрение:

Човешкото око е много по-чувствително към промените в яркостта, отколкото към цветовите промени, в зависимост от цветовия състав на видяното изображение.
Добрата резолюция е необходима само за неподвижни и бавно движещи се изображения, докато по-ниската е достатъчна за бързо движещи се изображения.
По-лошото качество на изображението е по-малко досадно само за неподвижни и бавно движещи се изображения, докато е по-малък проблем за бързо движещи се или внезапни промени на изображението.

Характеристики, произтичащи от свойствата на естествено движещо се изображение:

Подвижното изображение се състои от последователни неподвижни кадри, в които има сходство и излишък както между отделните кадри, така и между частите на изображението на отделните кадри. Ако съхраняваме само променливите детайли на изображението, количеството на необходимите данни ще бъде с порядъци по-малко.

Характеристики, определящи степента на компресия:

количеството и качеството на информацията, която може да бъде пропусната;
вида и ефективността на процеса на уплътняване;
статистиката на изображението, което ще се компресира, т.е. колко от подобните детайли на изображението е в него.

Процедурата на компресиране е следната. Стойността на яркостта на всеки пиксел се съхранява отделно, но тази на цветовете се съхранява само за определени пиксели. Всичко това се обозначава с двойка с тройно съотношение (x: x: x). Във всеки случай първата стойност показва колко широк блок (височината му винаги е 2 пиксела) показва информацията за цвета. Втората стойност показва количеството информация за цвета, съхранявана в първия ред, а третата стойност показва количеството информация за цвета, съхранена във втория ред. Ние знаем за някои общи стойности: третото число или приема стойност 0 (в този случай в съответния ред не се дава отделна информация за цвета), или е същото като стойността на второто число.

Изображението по-долу показва някои примери за стойностите, които сигналите за яркост и цветова разлика могат да приемат във всеки блок.

Изображенията съдържат информация за цвета в 4 × 2 блока. На първата фигура във всеки ред се съхранява само по един цвят, а на третата фигура - само два цвята. В блок 4: 4: 4 всеки пиксел има информация за цвета. На втората фигура се съхраняват две цветни данни на първия ред и 0 на втория ред. В такива случаи, ако последният ред е зададен на 0, той винаги използва информацията за цвета на предишния ред.

Говорейки за блокове, заслужава да се споменат няколко думи. Във всеки случай всеки кодек за компресия започва компресиране чрез разделяне на самото изображение на блокове, т.е.по-малки области. Техният размер обикновено зависи от кодека, но като цяло може да се каже, че колкото по-малък е размерът на всеки блок, толкова по-полезна информация остава, но също така и по-голямо пространство, необходимо за съхранение.

След като се определят размерите на блоковете, разпределението на информационното съдържание следва, с други думи, степента, до която съответната информация се разпространява във всяка област. Това се прави най-често чрез дискретното косинусово преобразуване, което представлява матрица, показваща честотния спектър на всяка област и честотата на всеки пиксел. Колкото по-ниска е честотата на областта, където се намира пикселът, толкова по-подходящо информационно съдържание има той. След трансформацията се получава т.нар операция за квантуване се извършва от програми за компресиране, което всъщност е операция за разделяне. В процеса тези разделения се правят на всички блокове, което води до множество „числа“. Отсега нататък само тези числа трябва да се съхраняват на възможно най-малкото пространство.

(Записът е направен въз основа на статията www.geeks.hu „Как работи кодирането H.264“.)

Методи за компресиране на неподвижни изображения

Най-известните и най-често срещаните методи за компресиране на неподвижни изображения са JPEG и JPEG2000.

JPEG компресия

JPEG е създаден от група, наречена Joint Photographers Experts Group, която е създадена през 1986 г., а процесът на компресиране също идва от съкращението на това име. JPEG е един от методите за компресиране със загуби и това се счита за основната процедура за други процеси на компресия. Въпреки това, дори при компресия от 10-100x, изображението не само ще бъде разпознаваемо, но и приятно. По време на компресиране изображението се разделя на 8 × 8 пикселни части, където 64 пиксела се трансформират заедно като изображение (а не пиксели). с дискретно косинусово преобразуване (DTC). В случай на JPEG, винаги говорим за компресиране на неподвижни изображения. Разширения: jpeg, jpg, понякога jpe.