فشرده سازی تصویر درس سیستم ‌ های چندرسانه ‌ ای

1. فشرده سازی تصویر • درس سیستم‌های چندرسانه‌ای • استاد درس: • علی بهلولی دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

2. فشرده سازی تصویر ایده های مختلف در فشرده سازی تصویرالگوریتم فشرده سازی Jpeg دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

3. مشخصات کلی تصویر • حجم حافظه مورد نیاز برای تصویر بسیار بیشتر از متن و صوت است • تصویر به عنوان مبنای ویدئو • حجم تصویر به رزولوشن و تعداد رنگهای استفاده شده در تصویر بستگی دارد • بین پیکسلهای تصویر همبستگی زیادی وجود دارد • به همبستگی بین پیکسلهای همسایه افزونگی مکانی گفته می شود • با حذف افزونگی های تصویر می توان آن را فشرده کرد دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

4. مراحل فشرده سازی • مرحله اول: مدل سازی و حذف افزونگی مکانی و افزایش افزونگی آماری • استفاده از روشهای پیشگویانه • استفاده از تبدیلات • مرحله دوم: کد کردن • استفاده از روشهای کدگذاری آنتروپی برای حذف افزونگی آماری دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

5. فشرده سازی بدون اتلاف و اتلاف دار دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

6. ایده های مختلف فشرده سازی تصویر • استفاده از روش RLE برای تصاویر مونوکروم(دوسطحی) خیلی مفید است (چون در اين تصاوير به احتمال زياد پيکسلهاي کنار هم مقادير يکساني دارند) • برای تصاویر دو سطحی، هر n پیکسل کنار هم را به عنوان یک عدد n بیتی در نظر بگیریم و تصویر را کد کنیم، مسلما احتمال وقوع برخی از 2n حالت، زیاد تر است که بعدا با استفاده از کد کردن با طول متغیر، به نرخ فشرده سازی خوبی می رسیم دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

7. ایده های مختلف فشرده سازی تصویر • در تصاویر با سطوح خاکستری، مقدار هر پیکسل را با استفاده از همسایه های آن پیشگویی کنیم وسپس تفاضل مقدار اصلی و مقدار پیشگویی را کد کنیم.(هیستوگرام تفاضلها در محدوده صفر خواهد بود و نرخ فشرده سازی خوبی خواهد داشت) • چون احتمال وقوع برخی سمبلها زیاد می شود(افزونگی آماری) بنابرین استفاده از روشهای VLC فشرده سازی نتیجه خیلی خوبی می دهد دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

8. ایده های مختلف فشرده سازی تصویر مدلهای مختلف استفاده شده برای پیشگویی • P: پیکسلهای استفاده شده برای پیشگویی • X: پیکسلی که پیشگویی برای آن انجام می شود • ؟: پیکسلهایی که در آینده پیشگویی می شوند دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

9. ایده های مختلف فشرده سازی تصویر • تفاوت هیستوگرام تصویر اصلی و هیستوگرام ناشی از تفاضلهای بدست آمده از روش پیشگویانه دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

10. ایده های مختلف فشرده سازی تصویر • در تصاویر با سطوح خاکستری n بیتی، می توان آن را n تصویر یک بیتی (دو سطحی) تصور کرد و هر تصویر را به روش RLE کد کرد. • با استفاده از تبدیلاتی نظیر DCT و تبدیل موجک گسسته (DWT) همبستگی بین پیکسلها را کاهش داد، سپس با استفاده از روشهای کدگذاری آنتروپی، آن ها را فشرده کرد دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

11. ایده های مختلف فشرده سازی تصویر • با توجه به حساسیت چشم انسان به شدت روشنایی ، از مدل YUV استفاده کرد تا بتوان اتلاف بیشتری روی مولفه های U و V داشت • تقسیم بندی تصویر به چندین ناحیه و کد کردن هر ناحیه به صورت مجزا یا به صورت ترکیبی از نواحی دیگر(روشهای فراکتال در فشرده سازی تصویر) دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

12. فشرده سازی jpeg • JPEG یک استاندارد فشرده سازی تصویر است که توسط گروه “joint photographic Experts Group” تولید شده است JPEG به صورت رسمی به عنوان استاندارد بین الملی در سال 1992پذیرفته شد. • JPEG یک روش فشرده سازی تصویر با اتلاف می باشد. این استاندارد روش کد گذاری تبدیلی را با استفاده از DCT (تبدیل گسستهCosine) به کار می گیرد. دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

13. فشرده سازی jpeg • روش کد گذاری تبدیلیDCT در JPEG بر پایه سه نظریه می باشد: • نظریه1: محتوای مفید تصویر به طور نسبتا آهسته ای در طول تصویر تغییر می کند، برای مثال در یک بلوک تصویر8*8، شدت تغییر زیاد در فضای کوچک و در زمان های متعدد غیر معمول است. • نظریه2: آزمایش های روانشناسی، نشان داده است که انسانها در صورت حذف مولفه های فرکانس بالای تصویر متوجه نمی شوند و به مولفه های فرکانس پایین حساس تر هستند دانشگاه صنعتی اصفهان-درس سیستم‌های چندرسانه‌ای دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

14. فشرده سازی jpeg • چشم انسان وجود یک تغییر کوچک در یک زمینه ثابت را خیلی زود درک می کند(مولفه فرکانس پایین) ولی وجود تغییرات در یک زمینه پر از تغییرات را براحتی درک نمی کند دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

15. فشرده سازی jpeg • نظریه3: چشم انسان به شدت روشنایی بسیار حساس تر است نسبت به رنگ • در JPEG نمونه برداری رنگی (4:2:0) استفاده می شود. دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

16. فشرده سازی jpeg • بلاک دیاگرام jpeg دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

17. فشرده سازی jpeg مراحل الگوریتم فشرده سازی Jpeg • تبدیل مدل RGBبه YIQ یا YUV • کاهش نمونه های I,Q (اطلاعات رنگ) • تبدیل تصویر به بلاکهای 8x8 • محاسبه تبدیلDCT روی بلاکهای 8x8 تصویر اصلی را با f(i, j) و تبدیل یافته آن را با F(u, v) نمایش می دهند دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

18. فشرده سازی jpeg مراحل الگوریتم فشرده سازی Jpeg در صورتی که نرخ اتلاف زیاد شود در تصویر باز سازی شده بلاک ها و مرز آنها مشخص می شود. • کوانتیزه کردن • ماتریس Q، مقادیر استانداردی دارد. البته قابل تغییر نیز می‌باشد دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

19. فشرده سازی jpeg مراحل الگوریتم فشرده سازی Jpeg • کوانتیزه کردن هر يک از 64 جزء فرکانسي بدست آمده براي هر بلوک بر ضرايب کوانتیزه‌کردن تقسيم شده و سپس نزديکترين عدد صحيح گِرد مي‌شوند - ماتریس Q(u, v) در پایین ترین گوشه راست، مقادیر بزرگتری دارد. این امر، باعث وارد کردن اتلاف بیشتر در فرکانس های بالاتر خواهد شد. دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

20. فشرده سازی jpeg مراحل الگوریتم فشرده سازی Jpeg • مشخصات ماتریس Q - مقادیر Q(u, v) پیش فرض که از مطالعات روانشناسی و با هدف افزایش نرخ فشرده سازی وکاهش اتلاف های ادراکی تصاویر JPEG بدست آمده اند دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

21. فشرده سازی jpeg • مقادیر استفاده شده برای ماتریس Q، این ماتریس برای شدت روشنایی و اطلاعات رنگ متفاوت است دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

22. فشرده سازی jpeg 515 65 -12 4 1 2 -8 5 -16 3 2 0 0 -11 -2 3 -12 6 11 -1 3 0 1 -2 -8 3 -4 2 -2 -3 -5 -2 0 -2 7 -5 4 0 -1 -4 0 -3 -1 0 4 1 -1 0 3 -2 -3 3 3 -1 -1 3 -2 5 -2 4 -2 2 -3 0 F(u, v) 200 202 189 188 189 175 175 175 200 203 198 188 189 182 178 175 203 200 200 195 200 187 185 175 200 200 200 200 197 187 187 187 200 205 200 200 195 188 187 175 200 200 200 200 200 190 187 175 205 200 199 200 191 187 187 175 210 200 200 200 188 185 187 186 f(i, j) دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

23. فشرده سازی jpeg دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای

24. فشرده سازی jpeg روش کد کردن • اعداد از گوشة بالاي سمت چپ بصورت مورب و زيگ زاگ جاروب شده و 64 ضريب پشت سر هم قرار می‌گيرند. اولين ضريب اين رشته مؤلفة DC بلوک است و 63 ضريب بعدي مولفة هاي AC هستند • به خاطر کوانتزاسيون تعداد زيادي از ضرايب انتهايي صفر هستند به همین دلیل مقادیر AC به روش RLE کد می شوند • مقادیر DC به روش DPCM کد می شوند دانشگاه اصفهان- درس سیستم‌های چندرسانه‌ای