Kuvan pakkaus JPEG (Joint Photographic Experts Group) Arne Broman Mikko Toivonen Syksy 2003
Historia 1840 1895 1920-luku 1930-luku Fotografinen filmi Louis J. M. Daguerre, Ranska Ensimmäinen julkinen elokuva William Henry Fox Talbot, USA Elokuva äänillä Lumière veljekset, Ranska Värielokuvat ja TV-lähetykset
Berliinin kesäolympialaiset 1936
Nipkow Disk I
Nipkow Disk II
Kuvan siirto pyyhkäisymenetelmällä
Viimeaikainen kehitys WWW Streaming Digitaalinen Kuvaus JPEG DVD Digi TV MPEG Jokainen yllämainittu uusi innovaatio hyödyntää tehokasta kuvan ja videon pakkausta!
Käytännön esimerkki 3656x2664 (35mm) 8bit 8bit 8bit
2D - Digitaalinen kuva
Monikomponenttiset kuvat Värikuvat: Väripaino: esitetään yleensä kolmella diskreetillä arvolla per pikseli syaani, magenta, keltainen, musta Hyperspektraali satelliittikuvaus: satoja kanavia
Kuvien luokittelu Valokuva Teksti ja grafiikka 509K JPEG 893K
Kuvien luokittelu Valokuva Teksti ja grafiikka 6K JPEG 22K
Kuvien luokittelu Valokuva Teksti ja grafiikka Alkuperäinen Pakattu Alkuperäinen Pakattu
Kuinka pakkaus toimii Hyödynnetään redundanttisuutta Hyödynnetään signaalissa esiintyvät säännölliset jaksot (tilastollinen redundanttisuus) Esitetään sign. usein toistuvat tapahtumat lyhyesti Häviämätön pakkaus: täysin kaksisuuntainen Sallitaan hyväksyttävä määrä poikkeamia Hukataan informaatiota jota ihminen ei pysty aistimaan Signaalin tarkkuus rajataan sovellutuksen mukaan (tilankäyttö, aika, amplitudi) Häviöllinen pakkaus: aiheuttaa peruuntumatonta poikkeamaa alkuperäiseen signaaliin
Häviöllinen- vs. häviötönpakkaus Rekonstruktoidussa kuvassa tietty määrä poikkeamia verrattuna alkuperäiseen kuvaan vääristymä on tietyn hyväksytyn rajan sisällä Ihmisen näköaisti ei välttämättä havaitse vääristymää Digitaalinen syöte (input) pakkausalgoritmiin on epätarkka kuvaus alkuperäisestä havainnosta Paljon korkeampi pakkaussuhde kuin häviöttömässä Häviöllinen pakkaus on yleisesti käytössä valokuvien käsittelyssä (JPEG) ja videossa (MPEG)
JPEG pakkausprosessi JPEG
Kuvan valmistelu
Kuvan valmistelu
Kuvan valmistelu
Kuvan valmistelu 8x8 blokkeja
Kuvan muunnos Diskreetti kosinimuunnos
Kuvan muunnos Siirtyminen aika-alueesta taajuusalueeseen DCTmuunnoksella
Kuvan muunnos DCT-muunnos suoritetaan jokaiselle elementille blokkikohtaisesti Esimerkkinä alla S00 laskeminen Lopputuloksena saadaan 1 DC- ja 63 AC-kerrointa
Kuvan kvantisointi Kvantisoinnilla jaetaan DCT:n avulla saadut tulokset tietyllä luvulla ja pyöristetään luvut likiarvoiksi alkuperäisestä tiedosta (tietoa katoaa) DCT-kertoimet Kvantisoidut kertoimet Kvantisointitaulukko
AC-kertoimien skannaus Zig-Zag skannaus AC-kertoimille Lopputuloksena 1x64 vektori, korkeat taajuudet lopussa
Entropiakoodaus (häviötön) Differentiaalinen pulssikoodimodulaatio DC-kertoimille (DPCM) Run Lenght koodaus AC-kertoimille (RLE) Lopuksi Huffmann-koodaus AC- ja DC-kertoimille (VLE) RLE-esimerkki: Pakkaamaton data: ABCCCCCCCCDEFGGG Pakattu data: AB C!8DEFGGG
Entropiakoodaus (häviötön) Huffmann-koodaus AC-kertoimille
JPEG vuokaavio JPEG-pakkauksen vaiheet Demot
JPEG 2000 More efficient & More flexible Encode choice stiling lossy/ lossless + old paradigm choices bit-stream JPEG 2000 Bitrate 0.25 0.50 0.75 1.00 Equivalent JPEG Bitrate 0.53 0.78 0.92 1.13 % larger for 112% 56% 23% 13% Decode choices image resolution image fidelity quantization region- of -interest fixed- size fixed- rate components
JPEG 2000 Discrete Cosine Transformation Wavelet Transformation
JPEG 2000 Wavelet Transformations
Kuvan pakkaus JPEG (Joint Photographic Experts Group) Lähteet: http://www.kom.e-technik.tu-darmstadt.de/projects/iteach/itbeankit/lessons/jpeg/index.html http://www.cs.cf.ac.uk/dave/multimedia/node217.html http://www.cis.hut.fi/opinnot/t-61.247/edita2002/kalvot.pdf http://www.jpeg.org/jpeg_about.html http://ltswww.epfl.ch/~dsanta/teaching/icip2001_jpeg2k.pdf