ФорматфайлаJpeg

Сжатыевидеоданныезаписываютсявфайлопределеннойструктуры,око­торойздесьдаютсятолькосамыеобщиесведения.

Файлначинаетсясзаголовка,содержащегоразличныесведенияофайле.

Затемследуетобластьданныхобизображении,начинающаясясмаркераSOI

(Startoflmage).Заэтиммаркероммогутбытьзаписанытаблицыквантованияитаблицаданныхдляэнтропийногакодирования.Затемследуетзаголовокизо­бражения,вкоторомсодержатсясведенияоразмерахизображения(вколиче­ствепикселов),охарактереизображения(черно-белоеилицветное),оформа­тедискретизацииидр.Каждыйразделфайланачинаетсяссоответствующегомаркера.Послеэтогоследуютсамисжатыевидеоданные.Областьданныхза­вершаетсямаркеромEOI(Endoflmage).

Форматфайлапредусматриваетрезервныемаркеры,которыепрограммист,

создающийприкладнуюпрограмму,можетиспользоватьдлявведениявфайлдополнительныхданных.Однакодругиепрограммымогутнеразличатьре­зервныемаркерыи,следовательно,невосприниматьследующиезанимидо­полнительныеданные.Этоможетбытьпричинойнепалнойсовместимостиразныхпрограмм,реализующихJPEG.

ВариантыJPEGиегореализация

ВстандартеJPEGпредусмотрены4режимакодирования:

-последовательный(sequentional)наосновеДКП;

• прогрессивный(progressive)наосновеДКП;

-безпотерь(lossless);

-иерархический(hierarchical).

Самойкрупнойединицейкодированиявовсехрежимахявляетсяизображе­ние(image),т.е.самоизображение,котороенадосжать.Изображениесодер­життолькоодинкадрвпоследовательномипрогрессивномрежимах,иэтоткадридентиченсамомуизображению.Виерархическомрежимеизображениеразделяетсянанесколькокадров.Следующийуровеньразбиенияданных-скан(sсап),которыйсодержитчастьинформацииизображения.Разделениенасканыосуществляетсяпо-разномувразныхрежимах.

Изображениеможетсодержатьоднуилинесколькосоставляющих(compo­пent).Полутоновоемонохромное(черно-белое)изображениесодержитоднусоставляющую.Цветноеизображениесодержитнесколькосоставляющих,на­пример,яркостнуюУидвцветаразностныеCRиСв.Дляизображения,содер­жащегонесколькосоставляющих,возможнывариантыкодированиябезпере­меженияисперемежением(interleaving).Прикодированиибезперемежениясначалакодируетсяперваясоставляющая,образуяпервыйскан,затемвтораясоставляющая,образуявторойскан,ит.д.Прикодированиисперемежениемблокивсехсоставляющихобразуютодинсканикодируютсяизаписываютсяввыходнойпотокданныхпоочередно.Например,вслучаеформатадискретиза­ции4:2:0,сначалакодируются4блокаУ,образующиематрицу2х2,затемсо­ответствующийимодинблокСв,затем-один-блокCR,затемследующие4блокаУит.д.

ВышебылописанпоследовательныйрежимкодированиянаосновеДКП.

Вэтомрежимепоследовательнокодируютсяипоследовательнодекодируютсявсеблокиизображения,которыесоставляютодинскан.

Прогрессивныйрежимсжатияпредполагаетналичиеболееодногосканаи

другойпорядоквоспроизведениядекодируемогоизображения.Декодированиепервогосканакаждойсоставляющейизображениядолжнообеспечитьвоспро­изведениевсегоизображенияскаким-тоначальным,относительноневысокимкачеством.Декодированиекаждогопоследующегосканадолжнодаватьизо-

бражениесовсеболееиболеевысокимкачеством.Такойвариантможетбытьполезендлябыстрогопросмотраипоискаизображенийвбазахданных,вИн­тернетеидругихподобныхприменениях

Используютсядваспособаполученияпостепенногоповышениякачествадекодируемогоизображения.Первыйспособсостоитвтом,чтовданномсканеизкаждогоблокаизображениякодируетсятолькоопределенныйдиапазонко­эффициентовизпоследовательности,полученнойзигзагообразнымсчитыва­нием.Этотспособназываетсяспектральнойселекцией,таккаккаждыйдиапа­зонобычносодержиткоэффициенты,занимающиенижнююиливерхнюючастьчастотногоспектраблока8х8nикселов,т.е.являетсяспектральнымдиапазо­ном.Второйспособсостоитвтом,чтовпервомсканеизображениякодируютнаиболеезначимыебитыкоэффициентоввсехблоков.КаждыйследующийскандаетповышениеточностикоэффициентовДКПнаодинбит.Такойспособназываетсяпоследовательнымприближением.

РежимJPEGбезпотерьинформации(LoselessJPEG)основаннаиспользо­

ваниикодированияспредсказаниемпососеднимэлементамизображения.Всеоперациивэтомрежимеполностьюобратимы,нодостигаемоесжатиеневелико.

Виерархическомрежимеизображениекодируетсякакпоследовательностькадров.Первыйкадркаждойсоставляющейявляетсянеразностным(обычным).Закаждымнеразностнымкадроммогутследоватьодинилинесколькоразност­ныхкадров.Каждыйразностныйкадрсодержиткодированнуюразностьдействи­тельногоизображенияэтогокадраиопорногоизображения,реконструированно­гопопредыдущимкадрам.Кодированиеразностейможетбытьвыполненосис­пользованиемтолькопроцессовнаосновеДКП,толькопроцессовбезпотерьилипроцессовнаосновеДКПсзаключительнымпроцессомбезпотерь.

Иерархическийрежимобеспечивае-твоспроизведениеспостепеннымпо­

вышениемкачества,какипрогрессивныйрежим.Декодированиекаждогосле­дующегокадрадаетизображение,всеболееблизкоекнесжатомуоригиналу.Посравнениюспрогрессивнымрежимомиерархическийрежимобладаетваж­нымсвойством,котороеможетбытьполезноврядеприменений.Последую­щиекадрыкаждойсоставляющеймогутдаватьувеличениепространственногоразрешенияизображения.Присжатиивыполняетсяпоследовательноепроре­живаниеисходногоизображения,врезультатечегополучаетсяпоследова­тельностьвторичныхизображенийспоследовательноуменьшающимсячисломэлементов.

Первый(неразностный)кадрполучаетсяпутемкодированиявторичного

изображенияснаименьшимпространственнымразрешением.Опорноеизо­бражениедляполученияследующегозанимразностногокадраполучаетсяпутемувеличенияспомощьюинтерполяциичислаэлементоввпервомкадре.Опорноеизображениедлякаждогоследующегоразностногокадраполучаетсяпутеминтерполяциидополнительныхэлементоввизображении,полученномизвсехужезакодированныхкадров.

МетодJPEGреализуется,какправило,программнымисредстваминаком­пьютерахОсновныеобластиегоприменения:архивированиеизображенийнамагнитныхиоптическихдисках,передачанеподвижныхизображенийпокана­ламсвязи,записьвЗУотснятыхкадроввэлектронныхфотокамерахидр.Из­вестномножествопрограмм,выполняющихкодированиеидекодированиепостандартуJPEG.Однаконадоиметьввиду,чтоневсепрограммыподдержи-

ваютвсережимыJPEG,такчтомогутбытьслучаи,когдафайл«.jpg»,записан­ныйоднойпрограммой,недекодируетсядругойпрограммой.

Нарис.4.5,апоказанотестовоеизображение«Лена»,сжатоев8раз.Иска­

женияпрактическинезаметны.Нарис.4.5,6показанотожеизображение,сжа­тоев16раз.Заметнаблочнаяструктура,видныискажениянаконтурах.Нацветныхизображенияхпомимоэтогопомереувеличениястепенисжатияуве­личиваютсяискаженияцветности.НекоторыепрограммыпридекодированииивоспроизведениисжатыхпостандартуJPEGизображенийвыполняютдопол­нительнуюфильтрацию(сглаживание)награницахблоков,чтобыуменьшитьзаметностьблочнойструктуры.

а) ^б)

Рис.4.5.ПримерсжатияизображениясиспользованиемстандартаJPEG

СтандартJPEGможетиспользоватьсяидлясжатиядвижущихсяизображе­ний.Приэтомкаждыйкадркодируетсянезависимоотдругихкадров.Такойме­тод,называемыйMotionJPEG(MJPEG),можетбытьполезендлявидеозаписиивстудийнойаппаратуре,нооннедаетдостаточнойстепенисжатиявидеоин­формациидлятелевизионноговещания.

Операции,содержащиесявстандартеJPEG,используютсявстандартахсжатиядвижущихсяизображенийMPEG,окоторыхпойдетречьвследующихпараграфах.