Визуальная избыточность изображений

Размещено на http://www.allbest.ru/

НИУ «МЭИ»

Реферат

по дисциплине: «Основы телевидения»

Визуальная избыточность изображений

Студент: Лаврентьев Д.Д.

Группа: ЭР-11-16

Принял: Юмашев. А.М.

Москва, 2020

Все методы сжатия информации основаны на том простом предположении, что набор данных всегда содержит избыточные элементы. Сжатие достигается за счет поиска и кодирования избыточных элементов.

Поток данных об изображении имеет существенное количество излишней информации, которая может быть устранена практически без заметных для глаза искажений. При этом различают два типа избыточности: статическая и визуальная.

Визуальная (субъективная) избыточность, которую можно устранить с частичной потерей данных, мало влияющих на качество воспроизводимых изображений; это - информация, которую можно изъять из изображения, не нарушая визуально воспринимаемое качество изображений.

Устранение визуальной избыточности изображений является основным резервом сокращения передаваемой информации. Для оптимизации процесса кодирования в целях обеспечения передачи наименьшего объема информации необходимо, с одной стороны, не передавать избыточную информацию, а с другой, - не допустить чрезмерной потери качества изображения.

До сих пор не существует простой и адекватной модели визуального восприятия изображений, пригодной для оптимизации их кодирования.

Задача сжатия изображения состоит из двух основных частей: кодирование и декодирование. Если декодированное изображение всегда в точности соответствует кодируемому изображению, то такой алгоритм кодирования-декодирования называется алгоритмом сжатия без потерь. Если декодированное изображение отличается от кодированного, то подобный алгоритм называют алгоритмом сжатия с потерями. Общая схема процесса сжатия изображения представлена на рисунке.

Рассмотрим этапы процедуры сжатия данных в общем виде. Любой метод сжатия реализует три основных этапа:

кодирование или первичное сжатие;

вторичное сжатие;

декодирование или восстановление изображения.

На первом этапе выполняется преобразование исходных данных из одной формы представления в другую. В частности, при сжатии изображений в зависимости от вида алгоритма сжатия может быть выполнен переход от исходного изображения к следующим видам представления:

На втором этапе компоненты преобразования квантуются и приводятся к виду удобному для статистического кодирования, а затем кодируются. На этом этапе обеспечивается уплотнение информационного потока.

Существует несколько различных подходов к проблеме сжатия информации. Одни имеют весьма сложную теоретическую математическую базу, другие основаны на свойствах информационного потока и алгоритмически достаточно просты. Любой способ, реализующий сжатие данных, предназначен для снижения объема выходного потока информации помощи обратимого или необратимого преобразования. Поэтому все способы сжатия можно разделить на две категории: обратимое и необратимое сжатие. Методы сжатия цифровых изображений можно классифицировать по их основным характеристикам, таким как: точность восстановления, симметричность основного преобразования и тип используемого преобразования.

Структурная избыточность определяется структурой видеосигнала: наличием в аналоговом телевизионном сигнале гасящих импульсов. В цифровом потоке соответствующие им временные интервалы можно исключить или использовать для передачи другой информации, например, звукового сопровождения. Уменьшение цифрового потока ТВ сигнала за счет сокращения статистической и физиологической избыточности в изображении осуществляется в телевидении применением более эффективных методов кодирования по сравнению с ИКМ. При большом их многообразии наиболее широко распространены следующие виды эффективного кодирования: кодирование с предсказанием, кодирование с линейным ортогональным преобразованием, взвешенное квантование, энтропийное кодирование или кодирование с переменной длиной. Перечисленные виды кодирования могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом, давая в последнем случае значительно больший эффект при компрессии цифровых сигналов.

(а) (б)

Рисунок 1

(а) Исходное изображение

(б) Декодированное изображение

В настоящее время существуют стандарты компрессии, которые определяют основные правила эффективного кодирования и декодирования цифровых потоков, как изображений, так и связанного с ними звукового сопровождения. Эти стандарты получили общее наименование MPEG, представляющее собой аббревиатуру от названия, разрабатывавшего их международного комитета -- Moving Pictures Experts Group (Группа экспертов по движущимся изображениям). Избыточность информации в потоке цифровых данных объясняется, прежде всего, спецификой ТВ изображения. Известно, что, несмотря на равновероятность любых из возможных значений яркости (цветности) для одного элемента изображения, содержание соседствующих с пим элементов мало отличается или не отличается вовсе. При поэлементной передаче яркости и цветности методом ИКМ в канал посылается одна и та же или мало отличающаяся по содержанию информация. Подобную избыточность информации в сигнале называют пространственной или внутрикадровой. Визуальная (субъективная) избыточность, которую можно устранить с частичной потерей данных, мало влияющих на качество воспроизводимых изображений; это -- информация, которую можно изъять из изображения, не нарушая визуально воспринимаемое качество изображений. Соседние пикселы динамических изображений как в пространственной, так и во временной областях коррелированы. Устранение внутрикадровой статистической избыточности (т. е. пространственной корреляции пикселов) позволяет сократить объем информации об изображении в 1,5-4 раза. Визуальная избыточность связана с психофизическими свойствами зрения. При восприятии изображения зритель не оценивает количественные параметры отдельных пикселов, а отыскивает определенные особенности, такие как контуры или текстурные области, подсознательно объединяет их в узнаваемые детали и изображения в целом. Визуальная избыточность принципиально отличается от статистической избыточности, она связана с реальной и количественно измеримой зрительной информацией. Поскольку она не воспринимается при визуальном восприятии, постольку она может быть устранена при цифровой обработке изображений.

Рисунок 2. Основные этапы сжатия цифровых изображений

информация изображение визуальный избыточность

Размещено на Allbest.ru