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.

16	11	10	16	24	40	51	61		17	18	24	47	99	99	99	99
12	12	14	19	26	58	60	55		18	21	26	66	99	99	99

 

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.

 

139	144	149	153	155	155	155	155		1260	--1	--12	--6	22	--2	--2	--2
144	151	153	156	159	156	156	156		-22	--17	--6	--3	--3	00	01	--1
150	155	160	163	156	156	156	156		-11	--10	--1	22	11	--1	--1	--1
159	161	165	160	160	159	159	159		-7	--2	00	22	11	00	00	00
159	160	161	162	162	155	155	155		0	--1	-1	-1	--1	--1	-1	22
161	161	161	160	157	157	157	157		2	00	11	--1	--1	22	22	00
162	162	161	163	162	157	157	157		--1	--1	00	--1	00	22	11	--1
162	162	161	161	163	158	158	158		--3	-1	--3	--1	22	11	--1	--1

 

Выборки оригинала Коэффициенты DСT (округлены )

1264	00	--10	00	00	00	00	00		142	144	147	150	152	153	154	154
14	--12	00	00	00	00	00	00		149	150	153	155	156	157	156	156
-14	00	00	00	00	00	00	00		157	158	159	164	161	160	159	158
0	00	00	00	00	00	00	00		162	162	163	163	162	160	158	157
0	00	00	00	00	00	00	00		162	162	162	162	161	158	156	155
0	з0	з0	з0	з0	з0	з0	з0		160	161	161	161	160	158	156	154
0	00	00	00	00	00	00	00		160	160	161	162	161	160	158	157
0	00	00	00	00	00	00	00		160	161	163	164	164	163	161	160

Таблица квантования. Коэффициенты после квантования.

⇐ Предыдущая16171819202122232425Следующая ⇒

Поделиться: