Pod pojęciem kompresji obrazów kryją się najróżniejsze algorytmy kompresji danych. Najczęściej są to algorytmy kompresji stratnej, które charakteryzują się znacznym stopniem kompresji, lecz ich wadą jest utrata informacji podczas procesu kompresji. W niniejszym artykule zostanie opisany algorytm kompresji fraktalnej, który zalicza się do algorytmów kompresji stratnej i najczęściej wykorzystywany jest przy kompresji obrazów. Zostanie również przedstawiony opisu działania algorytmu z wykorzystaniem systemu funkcji iterowanych oraz jego wady i zalety. Celem artykułu jest porównanie możliwości kompresji metodą fraktalną z najpopularniejszą obecnie metodą kompresji stratnej obrazów JPEG. Uzyskane dane posłużą do dalszej analizy możliwości algorytmu kompresji fraktalnej oraz metod jego optymalizacji.
EN
The term image compression hides various data compression algorithms. Usually these are lossy compression algorithms, which characterize high degree of compression, but their disadvantage is the loss of information during compression process. The article describes fractal compression algorithm, which is one of the lossy compression algorithms and is used mostly in image compression. It will be also described algorithm details using iterated function system and its advantages and disadvantages. The aim of the article is to compare the capabilities of fractal compression method with JPEG which is currently the most popular method of lossy image compression. The obtained data will be used to further analyze possibilities of fractal compression and methods of its optimalization.
Artykuł stanowi przegląd wybranych obszarów tematycznych badań naukowych w zakresie multimediów, w których ostatnio prowadzono prace w Katedrze Telekomunikacji Multimedialnej i Mikroelektroniki Politechniki Poznańskiej. W szczególności artykuł dotyczy usprawnień adaptacyjnego kodowania arytmetycznego CABAC, badań w zakresie inteligentnych systemów nadzoru wizyjnego, wykorzystania stereoskopii do nadzoru ruchu drogowego oraz modelowania i kompresji dźwięku.
EN
The paper is a brief overview of some selected research areas treated by the team of the Chair of Multimedia Telecommunications and Microelectronics at Poznań University of Technology. The considerations of the research results of that team is limited to multimedia techniques only, while their work is also outside that discipline. In particular, the paper deals with extensions of adaptive arithmetic coding CABAC, research on intelligent video surveillance systems, applications of stereovision in road traffic surveillance and audio modeling and compression.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this paper we present experimental results comparing the quality of still Black & White (B/W) images compressed using four methods: JPEG, JPEG2000, EZW and SPIHT. The compression was performed on three pictures with differing levels of detail and density (bit-rates - bpp) using VCDemo software. The quality of the compressed pictures is determined by values of MSE, SNR and PSNR. The values are presented in appropriate tables and diagrams. By comparing the values obtained, we have found the methods that give best results depending on the picture bitrate and level of detail.
PL
W artykule opisano rezultaty eksperymentalnego badania kompresji obrazu czarno/białego przy wykorzystaniu czterech metod: JPEG, JPEG2000, EZW i SPIHT. Kompresję wykonywano na trzech obrazach o różnym poziomie detali i różnej gęstości.
Experimental results of retained zone shape selection in zonal transform compression of greyscale images with the use of piecewise-linear transforms have been presented in the paper. The Walsh and PWL transforms used in the initial stage of the compression algorithm have been described. The zonal compression method, based on retaining of the spectral coefficients belonging to the specified zone, has been presented. Besides the commonly used square zone, various shapes of the retained spectral zone have been considered. Computational results have been compared in terms of the Mean-Square Error (MSE) and the Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) versus the Compression Ratio (CR). Visual inspection of the reconstructed images has been performed. Results of experiments with the use of the described method have been enclosed in the form of plots and images.
PL
W artykule przedstawiono rezultaty badań nad wyborem kształtu zachowanej strefy w transformacyjnej kompresji strefowej obrazów ze skalą szarości z zastosowaniem transformat odcinkowo-liniowych. Opisano transformaty Walsha i PWL używane w początkowym stadium algorytmu kompresji. Przestawiono metodę kompresji strefowej, opartą o zachowywanie współczynników widmowych leżących wewnątrz wyspecyfikowanej strefy (rys. 2). Obok powszechnie stosowanej strefy kwadratowej rozważono różne kształty zachowanej strefy widmowej (rys. 3). Kształty stref dobrano na podstawie analizy obrazów widma współczynników stosowanych transformat (rys. 1). Przeanalizowano wpływ rozmiaru każdej z badanych stref na efektywność kompresji. W celu uniezależnienia analizy od parametrów wewnętrznych poszczególnych stref, określających bezpośrednio ich wymiary, wprowadzono obiektywny parametr, nazwany współczynnikiem kompresji (ang. Compression Ratio, CR), zależny wprost od liczby zer występujących w widmie zdegradowanym. Efektywność kompresji porównano w sensie błędu średniokwadratowego (ang. Mean-Square Error, MSE) oraz maksymalnego współczynnika sygnał-szum (ang. Peak Signal-to-Noise Ratio, PSNR) w funkcji współczynnika kompresji. Dokonano także wizualnej oceny jakości rekonstruowanych obrazów. Rezultaty badań z użyciem opisanej metody zamieszczono w postaci wykresów (rys. 4 - 7) i obrazów (rys. 8). Na podstawie przeprowadzonych badań wybrano strefy o najlepszym kształcie dla każdej z analizowanych transformat.
Omówiono podstawowe problemy związane z rozwojem cyfrowej telewizji trójwymiarowej podzielonej na systemy trzech generacji. Szczególną uwagę zwrócono na problemy pozyskiwania i prezentacji obrazów trójwymiarowych, a także ich transmisji i kompresji.
EN
The paper deals with fundamental problems related to development of digital 3-dimensional television that is divided into its three generations. Particular attention has been paid to acquisition and presentation of 3-dimensional pictures but also to their transmission and compression.
W artykule porównano dyskretne estymatory Laplace'a dla kompresji obrazów i wideo bazującej na dyskretnej transformacie kosinusowej (DCT) i kwantyzacji, np. standardy MPEG i JPEG. Zamodelowany rozkład na podstawie dyskretnych obserwacji po stronie dekodera może być wykorzystany do zmodyfikowanej rekonstrukcji obrazu. Wybór optymalnego rzędu momentu m dla dyskretnego estymatora Laplace'a ze zmiennym rzędem momentu może przewyższać inne dyskretne estymatory Laplace'a dla kryteria MSSIM.
EN
In the paper, the discrete Laplace estimators in the image and video compression based on the discrete cosine transform (DCT) and quantization such as MPEG and JPEG standards are presented. Modeling the distribution based on the discrete variables collected at the decoder side can be used for the modified image reconstruction. The selection of the optimal moment order m for the discrete Laplace estimator with a variable moment order can outperform other discrete Laplace estimators in terms of MSSIM criteria.
Artykuł prezentuje algorytm kompresji obrazów planowany do zastosowania w bezprzewodowej kapsule ednoskopewj. Algorytm przeznaczony do tego typu zastosowań oprócz możliwie wysokiego stopnia kompresji musi cechować się bardzo niskim poborem mocy. To wymaganie wyklucza użycie standardowych metod. Proponowany algorytm oparty jest o całkowitoliczbowe wersje transformacji DCT i transformacji falkowej oraz koder Huffmana. W porównaniu do algorytmów konkurencyjnych proponowany algorytm oferuje znacznie większy stopień kompresji przy nieco większej (głównie pamięciowej) złożoności.
EN
The paper describes image compression algorithm suitable for wireless capsule endoscopy. Due to power limitation and small size conditions traditional image compression techniques are not appropriate and dedicated ones are neccessary. The proposed algorithm is based on integer version of discrete cosine transform (DCT) and wavelet transform (DWT) with Huffman entropy coder. Thanks to integer DCT/wavelet application it has low complexity and power consumption. Additionally, the algorithm can provide lossless compression as well as high-quality lossy compression.
The article presents a novel method of lossy compression of still images by means of two-dimensional principal component analysis. The algorithm is based on three main steps: transform coding of image blocks resulting feature-space dimensionality reduction, quantization of resulting coefficients and optional entropy coding. Although the compression ratio of presented approach is comparable to other, well-known algorithms, this new method gives images of very high visual quality. Some details on the hardware implementation in a reprogrammable chip are provided.
PL
Przedstawiono technikę stratnej kompresji obrazów statycznych wykorzystującą dwuwymiarową analizę komponentów głównych. Algorytm składa się z trzech etapów: kodowania transformacyjnego bloków obrazu, realizującego redukcję wymiarowości przestrzeni cech, kwantyzacji uzyskanych współczynników i opcjonalnego kodowania entropijnego. Pomimo tego, że uzyskiwany współczynnik kompresji jest porównywalny do innych znanych algorytmów, opracowana metoda daje obrazy o dużo lepszej jakości wizualnej. Pokazano również szczegóły implementacyjne do układów reprogramowalnych.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Dyskretna transformacja kosinusowa DCT (ang. Discrete Cosinus Transform) jest jedną z podstawowych odmian algorytmów kodowania transformatorowego. Jest ona stosowana w standardowych algorytmach kompresji obrazu nieruchomego (JPEG) jak również w algorytmach kompresji obrazów ruchomych (MPEG, H.26x). W przypadku algorytmów kompresji obrazu dyskretnej transformacji kosinusowej poddawane są bloki 8x8 pikseli. W artykule przedstawiono podstawy i główne algorytmy realizacji transformacji DCT, ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień dotyczących implementacji w układach programowalnych FPGA (XCV200BG352).
EN
The Discrete Cosine Transform (DCT) is one of the basic varieties of transform coding algorithms. DCT is used in standard algorithms of compression of still image (JPEG) and video compression algorithms (MPEG, H.26x). In case of compression's images algorithms there are used the blocs: 8x8 pixels. Paper presents basics and main algorithms of the DCT transform execution with special regard to issues of the implementation in programmable devices FPGA (XCV200BG352).
Zaawansowane metody kompresji obrazu traktują naturalne obrazy jako obiekty multifraktalne. W publikacji zaproponowano odmienną koncepcję kompresji fraktalnej obrazów, wykorzystującą nową metodę interpolacji fraktalnej. Opiera się ona na koncepcji fraktalnych splajnów bazowych (FB-splines) i jest modyfikacją klasycznej metody splajnów bazowych.
EN
The advanced methods of picture compression treat the natural pictures as multifractal objects. In this paper there is proposed a distinct conception of fractal picture compression, which uses a new method of fractal interpolation. This method is based on a conception of fractal base splines and it is a modification of conventional method of base splines.
W artykule przedstawiono rezultaty kompresji obrazów z zastosowaniem transformat złożonych. W prezentowanej metodzie obraz jest poddawany transformacji dwustopniowej: w pierwszym stadium stosuje się transformację falkową, zaś w drugim - transformacje odcinkowo-liniowe. Właściwa kompresja dokonywana jest w dziedzinie tak przygotowanego widma. Zamieszczono opis transformacji poszczególnych stopni, zarówno transformacji falkowej, jak i transformacji odcinkowo-liniowych PWL (Periodic Walsh Piecewise-Linear) oraz HPL (Haar Piecewise-Linear). Zaprezentowano schemat metody kompresji obrazów wykorzystującej transformacje dwustopniowe. Przedstawiono niektóre rezultaty badań uzyskane z zastosowaniem omawianej metody kompresji. Porównania efektywności dokonano w oparciu o klasyczne kryteria jakości, takie jak błąd średnio-kwadratowy MSE oraz stosunek maksymalnej mocy sygnału do szumu PSNR.
EN
Results of image compression using compound transforms have been presented in the paper. In the presented method the original image is transformed twice: in the first stage the wavelet transform is used and in the second - the piecewise-linear transforms are applied. The compression is performed in the compound transform spectral domain. Transforms of particular stages, both the wavelet transform and piecewise-linear transforms, such as the PWL (Periodic Walsh Piecewise-Linear) and the HPL (Haar Piecewise-Linear) are presented. The two-stage compression method using the above transforms is proposed. Some experimental results of image compression with the use of the two-stage transform method are enclosed. The compression effectiveness has been evaluated in terms of classical quality criteria, as the Mean Square Error MSE and the Peak Signal-to-Noise Ratio PSNR.
Zwrócono uwagę na kilka istotnych problemów związanych z doskonaleniem metod kompresji obrazów. Zwrócono uwagę na konieczność praktycznego wykorzystania semantycznej teorii informacji, szczególnie w kontekście kompresji z selekcją informacji. Podkreślono znaczenie uniwersalnych, bezstratnych koderów danych oraz hierarchicznego uporządkowania informacji w elastycznych koderach z progresją informacji.
EN
Analysis and suggestions of image compression improvements were presented. Characteristics of modern conditions of development showed limitations and perspective of development in the following areas: utilization of semantic information theory, selection of useful information by interactive user oriented algorithms, application of universal lossless archivers for image compression, flexibility of ordered hierarchical representation of information in multiscale image coders. Selected lossless and lossy coders were verified experimentally and new compression paradigms were concluded.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W niniejszym artykule przedstawiono przekształcenia liniowe wywodzące się z transformacji Karhunena-Loeve'a. Celem artykułu jest analiza ich skuteczności pod kątem zastosowania w kompresji sygnałów dwuwymiarowych. Zaproponowano algorytm kompresji obrazów wykorzystujący szybkie przekształcenie Karhunena-Loeve'a (FKLT).
EN
This paper describes linear transforms based on Karhunen--Loeve Transform. Main goal is to present efficiency of 2D compression algorithms using this transform. Image compression algorithm based on Fast Karhunen-Loeve Transform (FKLT) is proposed.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykul opisuje implementacje kwantyzacji wektorowej typu PVQ (ang. Pyramid Vectorr Quantization) w układach FPGA. Algorytm kodowania symboli kwantyzatora został zmodyfikowany, aby ułatwić realizację sprzętową. Zaproponowano odpowiednią architekturę sprzętową i oszacowano zasoby sprzętowe konieczne do jej realizacji. Proponowana architektura charakteryzuje się dużą mocą obliczeniową. Szacowane zasoby sprzętowe służą do określenia odpowiedniej wiekości układu reprogramowalnego do rzeczywistej realizacji. Do przykładowej realizacji posłużyła rodzina Virtex firmy Xilinx. Zaproponowano również rekonfigurowany system kompresji obrazu, w którym rekonfiguracja kwantyzatora jest wykonywana dla kontroli wielkości strumienia danych i alokacji bitów w strukturze informacji wizyjnej.
EN
This paper concerns implementation of Pyramid Vector Quatization (PVQ) in FPGA. The PVQ encoding algorithm is modifield for easier hardware solution. The quantizator architecture is proposed and its hardware resources are evaluated. High data throughput characterises presented architecture. Based on evaluated hardware resources PVQ parameters are inherited for targeting several FPGA chips. The Xilinx's Virtex FPGA family is used for real implementation. The reconfigurable system is proposed where hardware reconfiguration is used for quantizer control in video compression.
Kompresja danych stała się ważnym elementem w procesie zapamiętywania i transmisji informacji. Geometria fraktalna umożliwia tworzenie nowej klasy figur geometrycznych, które mogą być użyte do kodowania elementów obrazu. Takie kodowanie wykorzystywane jest do kompresowania obrazów. Podstawą teorii fraktalnej jest teza, że obraz może być odbudowany przez użycie szeregu mniejszych podobnych do siebie obrazów. Podczas kodowania obrazu algorytm dzieli obraz na mniejsze części, które łączy w pola. Dla każdego stworzonego pola wyszukuje się szereg podobnych odpowiedników i dla nich dobierany jest zestaw funkcji transformacji umożliwiający ich odtworzenie. Kompresja otrzymywana jest przez przechowanie tylko zestawu funkcji transformacji. Pomimo że czas kodowania fraktalnego jest bardzo długi (ze względu na skomplikowane procedury poszukiwania wspólnych własności obszarów obrazu), ten kierunek badań oferuje bardzo obiecujące wyniki. Kompresja fraktalna umożliwia osiągnięcie współczynnika kompresji rzędu 10 000:1. Artykuł opisuje teorię i implementację fraktalnej kompresji obrazów. Przedstawia podstawy teorii fraktalnej w kontekście zastosowania do kompresji obrazów oraz przykłady implementacji algorytmów przetwarzania. Wyniki fraktalnej kompresji obrazów będą porównywane ze standardowymi technikami kompresji. Na koniec przedstawione zostaną sugestie dalszych ulepszeń algorytmu (np. wspomagania algorytmu sieciami neuronowymi) oraz użycia tych metod kompresji w innych obszarach nauki.
EN
Data compression has become an important issue in relation to storage and transmission of information. Standard graphics systems encode pictures by assigning an address and color attribute for each point of the object resulting in a long list of addresses of attributes. Digital image compression is especially important due to the high storage and transmission requirements. Various compression methods have been proposed in recent years using different techniques to achieve high compression ratios. Ali these methods have a common feature - the compressed images are approximations of originals. Fractal geometry enables a newer class of geometrical shapes to be used to encode whole objects, thus image compression is achieved. The basic principle is that an image can be reconstructed by using the self similarities in the image itself. When encoding an image, the algorithm partitions the image into a number of square blocks (domain blocks). After this a new partition into smaller blocks (range blocks) takes place. For every range block the best matching domain block is searched among all domain blocks by performing a set of transformations on the blocks. The compression is obtained by storing only the descriptions of these transformations. However, the coding process suffers from the long search time of the domain block pool. Compression ratios of 10 000: 1 has been claimed by researchers in this field. Fractal image compression offers many promising results. This paper presents a theory and an implementation of a fractal image compression. The results of a fractal image compression are compared with standard compression techniques. Finally, suggestions of further improvements (with the use of neural networks) and an application of the method in other areas is also presented.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykuł wskazuje na przydatność techniki realizacji obliczeń opartych na platformach rekonfigurowalnych przy projektowaniu systemów kompresji obrazu. Autorzy prezentują ogólne możliwości, jakie otwierają układy reprogramowalne FPGA w zakresie kodowania obrazu, jak również oryginalne własne osiągnięcia w zakresie prac dotyczących tej dziedziny badań. Prezentowany jest system kompresji obrazu zbudowany w oparciu o rekonfigurowalny kwantyzator.
EN
This paper shows the advantages of digital solutions which utilize reconfigurable computing techniques for designing and building image compression systems. Authors present several ways the reconfigurable FPGA chips can be used in image coding but also describe their original solution in this area of research. Reconfigurable vector quantizer designed to be implemented in reconfigurable FPGA architecture is presented. Authors show how to adopt hardware structure of quantizer according to the desired quantization step and bitrate to fulfill real time computing constraint.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Praca zawiera koncepcję subiektywnej oceny wartości diagnostycznej obrazów kompresowanych sprowadzającą się do oceny wyselekcjonowanych cech symptomów patologii oraz innych zmian istotnych w procesie diagnozy mammograficznych badań obrazowych. Zaproponowano prostą (tendencyjnie mało złożoną) procedurę testu, w którym oceniano cztery lokalne cechy diagnostyczne: kontrast, klarowność interpretacji (ostrość), kształt oraz zarysy w skali od 1 (słabe, niewyraźne, ledwo dostrzegalne, zniekształcone) do 3 (wyraźne, dobrze rozróżnianie, regularne, nie budzące wątpliwości). Korzystając z przygotowanego przez dwóch doświadczonych radiologów zestawu 9 mammogramów, zawierających reprezentatywne, trudne diagnostycznie przypadki badań (wybranych spośród ponad 200 obrazów takich przypadków zarejestrowanych w ciągu 3 lat w dwóch ośrodkach radiologicznych) zestawiono 15 grup obrazów testowych zawierających oryginał oraz 4 j ego wersje po kompresji/dekompresji w różnym stopniu metodami falkowymi. Przeprowadzono eksperyment w warunkach klinicznych. Wyniki oceny tych obrazów przez 7 radiologów z 3 ośrodków pozwoliły sformułować wzorzec diagnostyczny, który może być wykorzystany do optymalizacji numerycznych miar jakości i wiarygodności obrazów medycznych, a także do oceny skuteczności systemów wspomagania diagnozy (CAD) oraz w obiektywizacji procesu detekcji patologii.
EN
A method of simplifying the diagnostic accuracy estimation for digitised and lossy compressed mammograms is presented. Subjective ratings of diagnostically important features according to proposed procedure were used for estimation of diagnostic pattern which is a set of mean rates given for each test image. Experts selected the lesion and pathological structure features susceptible to the processing method (i.e. quantization and encoding procedures of used wavelet coders). Moreover, they choose 9 mammograms (from a set of over 200 difficult-to-diagnose cases) containing representative pathology symptoms which are typical for mammography-based diagnosis. Assessment of 15 image test sets by 7 radiologists from 3 medical centres constituted diagnostic pattern which could be used for optimisation of numerical quality measure, in design of Computer Aided Detection and Diagnosis tools and for making the process of pathology detection more objective.
Artykuł dotyczy adaptacyjnej kompresji obrazów z wykorzystaniem rodziny kodów Rice'a i modelu danych algorytmu FELICS. Artykuł prezentuje przesłanki przemawiające za odwróceniem kolejności kodów w rodzinie Rice'a oraz wyniki badań nad skutkami zastosowania takiej modyfikacji.
EN
This paper concerns adaptive image compression using the Rice family of codes and the data model of the FELICS algorithm. We show that reversing the order of codes in the Rice family may improve the image compression ratio and present experimental results of introducing this modification.
Artykuł prezentuje przegląd algorytmów bezstratnej kompresji obrazów oraz standardów obowiązujących w tej dziedzinie. W artykule, po omówieniu podstawowych pojęć i metod stosowanych w bezstratnej kompresji obrazów, zawarto przegląd i klasyfikację algorytmów i standardów kompresji poszczególnych klas obrazów. Kilka algorytmów omówiono bardziej szczegółowo, w tym między innymi JPEG-LS - nowy międzynarodowy standard bezstratnej kompresji obrazów.
EN
The paper presents an overview of the lossless image compression algorithms and of the standards concerning lossless image compression. In the paper, after presenting basic methods used in lossless image compression, we review algorithms and standards of lossless compression for different classes of images. Selected algorithms are described more thoroughly, among them JPEG-LS - the new international standard of lossless image compression.
Przedstawiono krótki przegląd metod kompresji obrazu ze szczególnym uwzględnieniem kodowania sekwencji wizynych. Wskazano najważniejsze przewidywane kierunki rozwoju oraz istotne nierozwiązane problemy. Opisano w skrócie stan standaryzacji w zakresie kompresji oraz nanowsze prace normalizacyjne.
EN
The paper presents a short overview of the image compression methods with particular stress laid on video compression. Mentioned are the main expected directions of further development as well as open problems. The state-of-the-art standardization in image compression is also described.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.