5. Мультимедийная техника кодирования

В последнее время техника кодирования мультимедийных приложений получила очень большое распространение. В первую очередь, это связано с тем, что мультимедиа приложения из разряда лабораторных разработок перешли в человеческий быт и стали доступны широким слоям общества. Возросшие многократно объемы информации так же потребовали новых алгоритмов обработки информации.

5.1. Статическое изображение

В общем случае, кодирование статических изображение может выполняться как методами кодирования с потерями информации, так и методами кодирования без потерь информации. Кодирование информации без потерь качества выполняется при помощи стандартных алгоритмов run-length и ли variable-length кодирования (с коэффициентом сжатия 2-5 раз). Техника кодирования изображений с потерями основывается на отбрасывании несущественных составляющих (цветовых или иных) или при помощи более изощренных методов кодирования, таких как векторное квантование, фрактальное или wavelet кодирование (коэффициент сжатия 5-20 раз).

Стандартная схема кодирования изображений с потерями (JPEG) является гибридной схемой с использованием нескольких методов. Алгоритм кодирования JPEG разработан исследовательской группой совместно с комитетами по стандартизации ISO и CCITT для кодирования неподвижных изображений и поддерживает четыре режима кодирования:

1. Lossless: изображение кодируется без потерь таким образом, что бы обеспечить его восстановление.

2. Sequential: элементы изображения кодируются в том порядке, в каком они было просканированы.

3. Progressive: изображение кодируется в несколько проходов, так что бы результатом каждого прохода было изображение с лучшим (по сравнению с предыдущим проходом) качеством.

4. Hierarchical: изображение кодируется с различным разрешением.

Стандарт JPEG использует предикативное кодирование для обеспечения режима без потери качества (lossless). Для выполнения кодирования в остальных режимах используется косинусное преобразование и квантование. Так как в процессе квантования теряется информация несущественная для восстановления, то остальные режимы являются режимами кодирования с потерями информации. Алгоритм кодирования JPEG можно описать следующим образом:

• Преобразовать информацию о цвете изображения из системы RGB в систему YUV для предотвращения потерь цветовой информации.

• Последовательно применить косинусное преобразование к каждому блоку пикселов для предотвращения частотных потерь (перед преобразованием изображение делится на последовательность блоков размером 8x8 пикселов).

• Применить квантование к каждой (из 64-х) частотной компоненте. При этом использовать большие значения коэффициентов матрицы квантования для высокочастотных составляющих.

• Перевести полученную матрицу в векторное представление при помощи зигзагообразного прохода по матрице. При этом нулевые элементы оказываются сосредоточены ближе к концу, т.к. низкочастотные составляющие (в основном ненулевые) размещаются в впереди высокочастотных компонент (в основном нулевых).

• Применить run-length кодирование для уменьшения размера полученного вектора за счет кодирования и отбрасывания нулей.

• Применить variable-length кодирование для дальнейшего уменьшения длины вектора.

В случае lossless кодирования изображение сперва обрабатывается с использованием простейшей схемы предикативного кодирования, а затем, используется variable-length кодирование для достижения большего эффекта.