Квантование результатов DСT

Полученная новая форма записи информации об изображении позволяет в дальнейшем существенно сократить итоговый объем данных. Одной из предпосылок для этого является то, что для правильного восприятия большинства реальных фотографических и телевизионных изображений, характеризующихся мягкими переходами яркости и смены оттенков, глазу оказываются значительно важнее низкочастотные компоненты DCT, нежели высокочастотные. Это свойство глаза используется на следующем этапе обработки, где применяется неравномерное квантование частотных коэффициентов. При этом низкочастотные компоненты квантуются с большей детальностью, а высокочастотные - с меньшей. Применение более грубого квантования высокочастотных компонент DCT матрицы позволяет описать изображение меньшим общим количеством бит. Кроме этого, частотные коэффициенты, значения которых не превышают некоторую заданную пороговую величину, вообще принимаются равными нулю. Подобная потеря высокочастотных компонент матрицы DCT (при задании очень большой величины порога) может приводить к появлению искажений в восстановленном изображении, наиболее сильно проявляющихся в так называемом "дрожании" линий на границах резких переходов яркости и цвета.

Другой вид искажений, связанный с процессом квантования, обусловлен тем, что округление частотных коэффициентов в разных матрицах производятся независимо, поэтому в восстановленном изображении значения яркости и цветового тона на границах таких "квадратиков" могут немного не совпадать и проявляться в мозаичности получаемого изображения.

Итак, квантование является тем звеном обработки сигнала, на котором вносятся потери. Оно определяет точность хранения результатов DСT и коэффициент сжатия. JPEG использует простое линейное квантование. При этом каждое из значений DСT делится на коэффициент квантования, индивидуальный для каждой пространственной частоты, который берется из заранее определенной таблицы коэффициентов квантования размером 8х8 (она должна быть одинаковой для кодера и декодера). Эта таблица может быть взята по умолчанию или формируется кодером для конкретной статистики изображения и передается декодеру вместе со сжатыми данными. В случае многокомпонентного сигнала таблицы могут различаться для разных компонент, например, для яркости и цветоразностной компоненты. В стандарте JPEG приведены таблицы квантования сигнала яркости и цветности, которые рекомендуются к использованию по умолчанию, но использование которых не является строго предписанным. Они были получены опытным путем на основе психофизиологических тестов.

В таблице приведен пример квантования для яркости (слева) и цветности (справа). Из таблиц следует, что с ростом пространственной частоты (и

горизонтальной, и вертикальной) коэффициенты косинусного преобразования квантуются все более грубо. Такое квантование отражает то важнейшее свойство зрительной системы, что с ростом пространственной частоты падает ее контрастная характеристика чувствительности, и, следовательно, отсутствует необходимость передавать составляющие этих частот с большой точностью. Таблица учитывает также анизотропию (разнонаправленность) этой характеристики — в диагональном направлении значения факторов квантования еще более весомы.

В общем случае блоки по активности можно подразделить на несколько классов. Такое разбиение может учитывать также и модель фрагмента изображения, например, “горизонтальный перепад”, “неструктурированный объект”, “равномерное поле” и т. д. Для каждого из классов определяется своя оптимальная таблица квантования. Но все это требует дополнительных вычислительных затрат.

Учет активности блока может быть произведен и более простыми способами. В частности, можно ввести дополнительный фактор квантования, зависящий от активности и перемножаемый с коэффициентами матрицы квантования. Оценка активности блока, к примеру, может быть произведена путем оценки максимальной амплитуды переменой составляющей блока. При декодировании исходные величины приближенно восстанавливаются путем умножения на фактор квантования. Для наглядного представления преобразований, происходящих в процессе кодирования/декодирования JPEG, в таблице представлены различные фазы преобразования блока изображения вплоть до его восстановления.

										-1	-12	-6		-2	-2	-2
								-22	-17	-6	-3	-3			-1
								-11	-10	-1			-1	-1	-1
								-7	-2
									-1			-1	-1
											-1	-1
								-1	-1		-1				-1
								-3		-3	-1			-1	-1

Дата добавления: 2015-05-10