Komperesja stratna

Metoda zmniejszania liczby bitów potrzebnych do wyrażenia danej informacji, które nie dają gwarancji, że odtworzona informacja będzie identyczna z oryginałem. Dla niektórych danych algorytm kompresji stratnej może odtworzyć informację w sposób identyczny. Kompresja stratna jest możliwa ze względu na sposób działania ludzkich zmysłów, tj. wyższą wartość pewnych zakresów danych nad innymi.

Algorytmy kompresji stratnej zazwyczaj posługują się modelami psychoakustycznymi, psychowizualnymi itd., aby odrzucić najmniej istotne dane o dźwięku, obrazie, pozostawiając dane o wyższej wartości dla rozpoznawania tej informacji (akustycznej, wizualnej) przez zmysły. Ilość odrzucanych danych jest zazwyczaj określana przez stopień kompresji.

Z tego też względu nie istnieją algorytmy kompresji stratnej, które można stosować do dowolnego typu danych. Np. kompresja stratna plików wykonywalnych byłaby praktycznie niemożliwa do zastosowania, gdyż nie jest to informacja odczytywana przez zmysły, a przez maszynę.

Kompresja ruchomych obrazów

Najprostsze systemy kompresji ruchomych obrazów po prostu kompresują każdą klatkę osobno. Jest to bardzo nieefektywne, ponieważ kolejne klatki są zazwyczaj do siebie bardzo podobne. Zwykle używa się zestawu klatek kluczowych, które kompresuje się tak samo, jak samodzielne obrazki. Pozostałe klatki kompresuje się natomiast, korzystając z danych z klatek poprzednich. Lepsze wyniki dałoby wykorzystanie danych o poprzednich klatkach przy kompresji każdej klatki, jednak utrudniałoby to znacznie przewijanie.

Prostym sposobem wykorzystania danych o poprzednich klatkach jest kodowanie różnicy wartości pikseli o tym samym położeniu, zamiast samych wartości. Tym sposobem można dobrze skompresować sceny, w których kamera jest nieruchoma, jednak nie da to znaczących efektów w scenach z kamerą ruchomą. Zwykle wykorzystuje się więc różne rodzaje kompensacji ruchu. Np. dla każdego bloku podaje się niewielki wektor przesunięcia, np. [2, –1], czyli zamiast tego samego bloku klatki poprzedniej używamy bloku o dwa piksele w prawo i jeden w górę (czy też w lewo i w dół).

Inną ważną techniką wykorzystywaną przy kompresji obrazów ruchomych jest zmienna przepływność (variable bitrate), czyli używanie różnej dokładności dla różnych klatek. Jest wiele sposobów dobierania takich różnic; algorytmy wyboru jakości zwykle są cechą bardziej enkodera, niż formatu. Często enkodery stosują metody dwu-przejazdowe. Pierwszy przejazd po danych zbiera informacje potrzebne algorytmowi zmiennej przepływności, a dopiero drugi kompresuje dane.

Ruchome obrazy są zazwyczaj mocno skompresowane, a więc dla kodeka MPEG, który używa podobnie jak JPEG transformaty kosinusowej, efekty blokowe mogą być bardzo uciążliwe.

Techniki kompresji

Kompresja falkowa

Istotą przekształcenia falkowego jest dekompozycja sygnału w ciąg sygnałów o stopniowo zmniejszającej się rozdzielczości. Algorytm Mallata (Mallat,1989) dekomponuje obraz na cztery obrazy składowe, przy czym każda składowa ma rozmiar równy jednej czwartej obrazu pierwotnego (czyli ma rozdzielczość liniowo dwa razy mniejszą niż dekomponowany obraz). Każda składowa może była następnie dekomponowana w ten sam sposób przez co Transformacja falkowa jako efektywna metoda kompresji internetowych publikacji kartograficznych 131 powstaje reprezentacja na wielu poziomach rozdzielczości.

Mapa_trasy

Realizacja dekompozycji polega na sekwencyjnym filtrowaniu górno i dolnoprzepustowym, osobno wzdłuż kolumn a osobno wzdłuż wierszy obrazu, przy jednoczesnym zmniejszaniu rozdzielczości z interwalem dwa. W zależności od rodzaju i kolejności aplikowanych filtrów powstają następujące obrazy składowe: LL filtracja dolnoprzepustowa dla wierszy i kolumn, LH- filtracja dolnoprzepustowa dla wierszy a potem górnoprzepustowa dla kolumn, HL odwrotnie niż LH, HH filtracja górnoprzepustowa dla wierszy i kolumn.

Podobnie jak w metodzie JPEG kompresja następuje na etapie kwantyzacji, kiedy rekonstruując obraz dokonuje się pewnych uproszczeń polegających na usunięciu wybranych wysokich częstotliwości (Vetterli, 1995). Efektywność kompresji falkowej jest prawie dwukrotnie wyższa ni¿ standardowej kompresji JPEG. Dla potrzeb wizualizacji ekranowej dopuszcza się kompresowanie obrazów wielotonalnych chromatycznych nawet w stosunku 50:1.

W odróżnieniu do metody JPEG, falki analizując nie tylko sygnał w aspekcie częstotliwościowym, ale dodatkowo lokalizują przestrzennie poszczególne częstotliwości (Jachimski, 2004). Dlatego lepiej niż JPEG nadaje się do przekształcania sygnałów charakteryzujących się ostrymi impulsami. Stąd pomysł stanowiący genezę niniejszej pracy aby zbadać rzeczywiste przypadki stosowania kompresji falkowej dla obrazów gdzie występują częste ostre impulsy a takimi są mapy typowe opracowania kartograficzne.