Сжатие изображений

Изображения могут быть сохранены либо в несжатом, либо в сжатом режиме. Сжатие уменьшает физический размер изображения, что может потребоваться, если он достаточно велик. Все типы файлов включают в себя определенный уровень сжатия, вне зависимости от того, каким является основной метод сжатия.

Метод сжатия состоит из компрессора и декомпрессора. Компрессор включает в себя математический алгоритм, использованный для уменьшения размера изображения; декомпрессор состоит из информации о том, как реконструировать изображение.

Некоторые стандартные методы сжатия разработаны специально для сжатия неподвижных изображений. Большинство из этих являются лишенными потерь; т.е. они не теряют данных изображения во время сжатия. При работе с видео - когда глаз не может воспринять каждое движение - сжатие с потерями работает так же успешно, но при работе с неподвижным изображением, которое не содержит никакого движения, если какие-либо данные опускаются при сжатии, эта потеря может стать ощутимой. Обычно используемые методы сжатия могут сжимать изображения от 2:1 до 25:1 и выше.

Рассмотрим некоторые из них.

RLE-сжатие.

Это сжатие происходит от run-length ecnoding (групповое кодирование). Большая часть растровых изображений, доступных сегодня, используют RLE-метод сжатия. RLE в действительности не сжимает информацию заголовка или цветовую палитру - они остаются несжатыми - но сжимает только данные изображения. RLE является методом сжатия без потерь.

RLE кодирует данные изображения по данной строке просмотра за один раз. Оно начинается с первого байта изображения и заканчиваются последним. Имеются два типа проходов, в соответствие с которыми осуществляется сжатие RLE - кодированные и литеральный.

Кодированный проход всегда содержит байт для числа пикселов и байт для информации о пикселе.

Литеральный проход может содержать пять и более байтов данных. Обычно большинство проходов, используемых при RLE - сжатии, являются кодированными, но когда изображение оказывается исключительно сложным со многими числами, используется литеральный проход. Первый байт всегда устанавливается в ноль и говорит компрессору, что этот проход является литеральным. Второй байт может быть в диапазоне от 3 до 255, и говорит о том, сколько байтов последует за ним. Компрессор считывает эти значения в качестве литеральных значений пиксела. Литеральный проход всегда заканчивается 2-байтовым граничным словом.

И кодированный, и литеральный проходы завершаются когда достигают конца сканируемых строк.

RLE - сжатие является не самым лучшим методом сжатия по сравнению с другими методами, поскольку иногда сжатие растрового изображения в действительности увеличивает размер файла изображения. Однако, RLE - метод сжатия является быстрым, простым и делает свое дело.

LZW - сжатие

Алгоритм сжатия LZW используется форматами TIF и GIF. LZW происходит от Lempel-Ziv-Welch, предназначен для сжатия неподвижных изображений. LZW сжатие является методом сжатия без потерь, из чего следует, что он ничего не отбрасывает из изображения. Этот метод сжатия работает только с оттенками серого, а также с изображениями 256-цветными индексированным и RGB истинного цвета.

Алгоритм LZW - сжатия уменьшает строку, которая имеет идентичные значения байтов до одного слова кода, а затем сохраняет эту информацию в горизонтальных полосках. Метод сжатия LZW может уменьшить размер изображения до 40%. LZW сжатие поддерживается также в PostScript Уровня 2 и стандартном сжатии модема v. 42-bis.

CCITT Группы 3 и Группы 4.

Алгоритм сжатия CCITT Группы 3 и Группы 4 первоначально были созданы в качестве способа сжатия факсимильных (факс) данных. Группа 3 и Группа 4 используют метод, называемый кодированием Хоффмана, который является исключительно популярным и эффективным способом сжатия данных.

Группа 3 может кодировать сканируемые строки независимо одна от другой. На практике это означает, что во время процесса кодирования или декодирования данные, которые идут перед и после, не оказывают влияния на кодирование сканируемой строки; только эта сканируемая строка и данные, которые она содержит, являются актуальными. Этот метод кодирования и декодирования данных называется однонаправленным.

Группа 3 2D и Группа 4 могут осуществлять кодирование в двух направлениях, что означает, что при кодировании сканируемой строки предшествующая информация также имеет значение. Двунаправленное кодирование является более эффективным и уменьшает размеры файлов. Группа 3 2D может дать коэффициенты сжатия от 5:1 до 15:1, в то время как Группа 4 обеспечивает коэффициенты вплоть до 20:1.

JPEG

Комитет JPEG был создан в 1087 году объединением ISO PEG (Photographic Experts Group - Группа экспертов по фотографии) с Группой CCITT сжатия. Этот новый комитет был создан для исследований и выработки стандарта сжатия неподвижных изображений.

JPEG был создан в качестве метода сжатия, превосходящего существующие методы. JPEG может сжимать изображения с непрерывными тонами (любое растровое изображение: фотографию, сосканированное произведение живописи, миниатюру и т.п.) которые содержат пикселы глубиной 24 бита - с превосходной скоростью и качеством.

JPEG является методом сжатия, который теряет данные, которые человеческий глаз все равно не в состоянии воспринять. Он достигает этого путем отбрасывания переходов между цветами, слабые переходы между цветами не воспринимаются человеческим глазом, и, следовательно, могут быть отброшены. Но переходы между светом и тенью (интенсивность) замечаются и не отбрасываются. Таким образом изображение подвергшееся декомпрессии JPEG выглядит практически таким же, как и оригинал, хотя не является таковым.

Фрактальное сжатие.

Фрактальное сжатие основывается на оригинальной работе Бенуа Манделброта, ученого из IBM, который открыл, что можно представить внешне случайные формы (снежинки и т.д.), используя организованные структуры, построенные из варьирующихся узоров, названных фракталами.

Два математика из технологического института Джорджии в 80-х годах выполняли некоторые исследования по этой скрытой геометрии, когда они случайно открыли основу новой схемы сжатия. Они выяснили, что при разбиении сложной структуры на набор фракталов, можно хранить фрагментарный набор на меньшем пространстве по сравнению с оригинальным объектом. Так появилось фрактальное сжатие.

Хорошей стороной является то, что при посредстве фрактального сжатия действительно можно осуществлять декомпрессию изображений с разрешением как более высоким, так и более низким, чем у действительного изображения. Эта способность означает, что можно масштабировать изображения без искажений.

Инструментальный набор фрактального сжатия является доступным в форме Iterated Systems Images Incorporated 4.0. Это полный набор инструментальных средств, включающий в себя компрессор и декомпрессор, утилиту увеличения фрагментов в библиотеку фрагментарных миниатюр - и все это на одном гибком диске.

Волновое сжатие

Волновое сжатие является техникой, которая описывает данные, подлежащие сжатию, в терминах частоты, энергии и тактов, а затем записывает определенные атрибуты изображения. Единственным примером этой технологии сжатия, доступным в настоящее время, является HARC-C, который назван так в честь его разработчиков из Хьюстонского Центра Передовых Исследований (HARC) в Вудлензе, штат Техас. HARC-C демонстрирует весьма поразительные коэффициенты сжатия, в среднем равные 300:1. HARC-C является методом сжатия без потерь.

Поиск по сайту: