Kompresja obrazu z wykorzystaniem transformaty Karhunena-Loeve

Podobne dokumenty
Program do konwersji obrazu na cig zero-jedynkowy

stopie szaro ci piksela ( x, y)

Daniel Kierepka. Kompresja obrazów za pomoc sztucznych sieci neuronowych

Reprezentacje danych multimedialnych - grafika. 1. Terminologia 2. Obrazy czarno-białe 3. Obrazy kolorowe 4. Paleta 5.

Cyfrowe przetwarzanie i kompresja danych. dr inż.. Wojciech Zając

INFORMATYKA WSTĘP DO GRAFIKI RASTROWEJ

FORMATY PLIKÓW GRAFICZNYCH

Formaty plików graficznych

Formaty plików graficznych

Cała prawda o plikach grafiki rastrowej

Kompresja bezstratna

Klasyfikacja metod kompresji

Klasyfikacja metod kompresji

INSTYTUT TECHNIKI Zakad Elektrotechniki i Informatyki mdymek@univ.rzeszow.pl COREL PHOTO-PAINT

Planowanie adresacji IP dla przedsibiorstwa.

Grafika rastrowa (bitmapa)-

dr hab. inż. Lidia Jackowska-Strumiłło, prof. PŁ Instytut Informatyki Stosowanej, PŁ

Według raportu ISO z 1988 roku algorytm JPEG składa się z następujących kroków: 0.5, = V i, j. /Q i, j

Obróbka grafiki cyfrowej

Grafika Komputerowa Wykład 1. Wstęp do grafiki komputerowej Obraz rastrowy i wektorowy. mgr inż. Michał Chwesiuk 1/22

Założenia i obszar zastosowań. JPEG - algorytm kodowania obrazu. Geneza algorytmu KOMPRESJA OBRAZÓW STATYCZNYCH - ALGORYTM JPEG

GRAFIKA RASTROWA. WYKŁAD 1 Wprowadzenie do grafiki rastrowej. Jacek Wiślicki Katedra Informatyki Stosowanej

Kompresja JPG obrazu sonarowego z uwzględnieniem założonego poziomu błędu

Formaty plików graficznych

Wykorzystanie grafiki wektorowej do tworzenia elementów graficznych stron i prezentacji

Grafika komputerowa. Dla DSI II

Kompresja Stratna i Bezstratna Przegląd Najważniejszych Formatów Graficznych

Grafika na stronie www

Zasady ekspozycji i reprodukcji znaku

PREZENTACJA DZIAŁANIA KLASYCZNEGO ALGORYTMU GENETYCZNEGO

Rozszerzenia plików graficznych do publkacji internetowych- Kasia Ząbek kl. 2dT

dr in. Artur Bernat, KMP, WM., PKos., wykład wstpny V (rodowisko Matlab), strona: 1

VPN Virtual Private Network. Uycie certyfikatów niekwalifikowanych w sieciach VPN. wersja 1.1 UNIZETO TECHNOLOGIES SA

Biocentrum Ochota infrastruktura informatyczna dla rozwoju strategicznych kierunków biologii i medycyny POIG /09

Bazy danych Podstawy teoretyczne

Algorytmy kodowania predykcyjnego

Programowanie Obiektowe

Program SMS4 Monitor

Technologie Informacyjne

Wykład III: Kompresja danych. Studia Podyplomowe INFORMATYKA Podstawy Informatyki

GRAFIKA SIECIOWA. WYKŁAD 2 Optymalizacja grafiki. Jacek Wiślicki Katedra Informatyki Stosowanej

Poradnik korzystania z serwisu UNET: Konfiguracja programu pocztowego

Kompresja obrazów w statycznych - algorytm JPEG

Transformaty. Kodowanie transformujace

KOMPRESJA OBRAZÓW STATYCZNYCH - ALGORYTM JPEG

Kompresja danych - wprowadzenie. 1. Konieczno kompresji 2. Definicja, typy kompresji 3. Modelowanie 4. Podstawy teorii informacji 5.

Zastosowanie programu Microsoft Excel do analizy wyników nauczania

Joint Photographic Experts Group

Tak wic prawidłowy scenariusz postpowania przy tworzeniu kopii zapasowej danych systemów. wyglda nastpujco:

Ćwiczenie 2. Przetwarzanie graficzne plików. Wprowadzenie teoretyczne

Wymagania edukacyjne na ocenę z informatyki klasa 3

PROGRAMY STUDIÓW PROWADZONYCH W INSTYTUCIE MATEMATYKI I INFORMATYKI. Studia na kierunku Informatyka

Wykład II. Reprezentacja danych w technice cyfrowej. Studia Podyplomowe INFORMATYKA Podstawy Informatyki

Zastosowania grafiki komputerowej

Streszczenie Komputery do przechowywania rysunków, zdjęć i innych obrazów używają tylko liczb. Te zajęcia mają ukazać w jaki sposób to robią.

Elementy grafiki komputerowej

Metody Informatyczne w Budownictwie Metoda Elementów Skoczonych ZADANIE NR 1

Technologie Informacyjne

1 LEKCJA. Definicja grafiki. Główne działy grafiki komputerowej. Programy graficzne: Grafika rastrowa. Grafika wektorowa. Grafika trójwymiarowa

Dla ułatwienia pracy wydrukuj poni sz instrukcj

Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania

Projektowanie algorytmów rekurencyjnych

Kompresja obrazów i formaty plików graficznych

Kodowanie transformacyjne. Plan 1. Zasada 2. Rodzaje transformacji 3. Standard JPEG

EGZAMIN MATURALNY Z INFORMATYKI 11 MAJA 2018 POZIOM PODSTAWOWY. Godzina rozpoczęcia: 14:00 CZĘŚĆ I WYBRANE: Czas pracy: 75 minut

Księgarnia internetowa Lubię to!» Nasza społeczność

GRAFIKA. Rodzaje grafiki i odpowiadające im edytory

Katalog dobrych praktyk digitalizacyjnych dla obiektów bibliotecznych

.! $ Stos jest list z trzema operacjami: dodawanie elementów na wierzch stosu, zdejmowanie elementu z wierzchu stosu, sprawdzanie czy stos jest pusty.

ZMIANY W KRZYWIZNACH KRGOSŁUPA MCZYZN I KOBIET W POZYCJI SIEDZCEJ W ZALENOCI OD TYPU POSTAWY CIAŁA WSTP

Dyskretyzacja i kwantyzacja obrazów

Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT / Mapa zasadnicza 30

Cash flow projektu zakładajcego posiadanie własnego magazynu oraz posiłkowanie si magazynem obcym w przypadku sezonowych zwyek

Politechnika Świętokrzyska. Laboratorium. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Ćwiczenie 6. Transformata cosinusowa. Krótkookresowa transformata Fouriera.

Grafika komputerowa dziedzina informatyki zajmująca się wykorzystaniem technik komputerowych do celów wizualizacji artystycznej oraz wizualizacji i

Formaty obrazów rastrowych biblioteki PBM

Bazy danych. Plan wykładu. Zalenoci funkcyjne. Wykład 4: Relacyjny model danych - zalenoci funkcyjne. SQL - podzapytania A B

Gramatyki regularne i automaty skoczone

Dyskretyzacja sygnałów cigłych.

Studium przypadku Case Study CCNA2-ROUTING

Rozdział 1. Zastosowanie komputera w życiu codziennym Rozdział 2. Elementy zestawu komputerowego...11

Grafika rastrowa i wektorowa

EGZAMIN MATURALNY Z INFORMATYKI 17 MAJA 2016 POZIOM PODSTAWOWY. Godzina rozpoczęcia: 14:00 CZĘŚĆ I WYBRANE: Czas pracy: 75 minut

dr inż. Piotr Odya dr inż. Piotr Suchomski

Instrukcja dla pracowników Uniwersytetu Rzeszowskiego.

Bazy danych. Plan wykładu. Podzapytania - wskazówki. Podzapytania po FROM. Wykład 5: Zalenoci wielowartociowe. Sprowadzanie do postaci normalnych.

ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE WYDZIAŁ TRANSPORTU POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ

Przedmiotowy system oceniania

GRAFIKA. Formaty plików graficznych

Projektowanie i analiza zadaniowa interfejsu na przykładzie okna dialogowego.

Fundamentals of Data Compression

Metody systemowe i decyzyjne w informatyce

Wstp. Odniesienie do podstawy programowej

Python: JPEG. Zadanie. 1. Wczytanie obrazka

Podstawy przetwarzania obrazów teledetekcyjnych. Format rastrowy

Teoria Informacji i Metody Kompresji Danych

Temat: Technika zachłanna. Przykłady zastosowania. Własno wyboru zachłannego i optymalnej podstruktury.

Autorzy opracowania (* oznacza współautorstwo):

a) z wkładów członków Stowarzyszenia i innych osób, a w szczególno ci tych, którzy pragn przysposobi dziecko polskie; b) ze składek członkowskich;

Temat: Algorytm kompresji plików metodą Huffmana

Transkrypt:

Łukasz Chmiel Rafał Poninkiewicz ompresja obrazu z wykorzystaniem transformaty arhunena-loeve. Wstp Publikacja prezentuje metod kompresji obrazu z wykorzystaniem transformaty LT (arhunena-loeve. Stworzenie odpowiedniego oprogramowania, opartego o t włanie metod, pozwoliło rzetelnie oceni jej zalety i wady na tle innych metod. Wzorce do bada stanowiły litery alfabetu. Metod poddano ocenie w kontekcie wielkoci zniekształce przy okrelonym stopniu kompresji. Wyniki porównano z metod opart na autoasocjacyjnych sztucznych sieciach neuronowych. 2. Istota kompresji Istot kompresji jest zmniejszenie rozmiaru danych nie zmieniajc (lub nieznacznie zmieniajc przy tym zawartych w nim informacji. Czsto dane charakteryzuj si redundancj (nadmiarowoci lub zawieraj powtarzajce si schematy, które mona zapisa w inny sposób zmniejszajc przy tym ich rozmiar. Szczególnie istotne jest zmniejszanie rozmiarów tzw. danych naturalnych takich jak dwik czy obraz. Dane takie zapisywane w postaci cyfrowej bez uycia jakichkolwiek technik kompresji czsto maj ogromne rozmiary nawet przy dzisiejszych pojemnociach twardych dysków. Dlatego wane jest zastosowanie odpowiedniego systemu, który pozwoli pój na kompromis pomidzy utrat pewnych danych, które czsto nie s tak istotne, a zachowaniem dobrej jakoci kompresowanych plików. 3. Rodzaje kompresji ompresj dzielimy na dwa zasadnicze typy: stratn i bezstratn. ompresja bezstratna charakteryzuje si dokładnym odwzorowaniem danych przed i po kompresji, inaczej mówic podczas kompresowania jakiegokolwiek pliku nie tracimy adnych danych, które czsto s dla nas cenne i nie moemy sobie pozwoli na ich utrat. ompresja stratna charakteryzuje si natomiast tym, e cz danych zostaje trwale usunita z kompresowanych plików, ale s to dane mniej istotne, utrata których nie powoduje znacznej utraty jakoci obrazów czy dwików. Studenci III roku Informatyki i ekonometrii, oło Naukowe Metod Sztucznej Inteligencji Wyszej Szkoły Zarzdzania i Administracji w Zamociu. Opiekun mgr in. Andrzej Burda

ompresja bezstratna jest najczciej wykorzystywana do archiwizacji danych (np. dokumentów, faktur itp., które nie bd uywane w najbliszym czasie, a konieczne jest ich magazynowanie. Pozwala to na zaoszczdzenie przestrzeni dyskowych a tym samym kosztów. W niektórych typach danych kompresja bezstratna daje bardzo zadawalajce efekty, czsto pliki tekstowe czy dokumenty elektroniczne zajmuj kilka lub nawet kilkunastokrotnie mniejszy rozmiar ni przed poddaniem ich kompresji. Do kompresji bezstratnej uywane s m.in. nastpujce metody: - kodowanie Huffmana, - Shannon Fano, - algorytm LZ77, - algorytm LZS, - algorytm LZW, - algorytm RLE. 4. ompresja obrazów ompresja bezstratna jest take uywana do kompresowania obrazów. Czsto gdy pracuje si na obrazach konieczne jest uywanie tego rodzaju metod oszczdzania miejsca, aby nie traci kolejnych danych podczas ich zapisu. Dlatego istnieje wiele formatów plików graficznych stosujcych kompresj bezstratn takich jak: TIFF, GIF, PNG. Bardzo wanym elementem w kompresji grafiki jest otrzymanie moliwie jak najmniejszego pliku przy jak najlepszej jakoci. Szczególnie wane jest to przy przesyłaniu grafiki np. poprzez email lub umieszczaniu jej na witrynach internetowych. Najczciej stosuje si stratny format JPEG lub bezstratn grafik GIF, a take coraz czciej PNG. Do kompresji obrazów i dwików wykorzystywana jest równie kompresja stratna. T metod nie ma sensu kompresowa tylko programu, których po dekompresji nie bdzie mona uywa ze wzgldu na brakujce dane. Dlaczego mona pozwoli sobie na utrat pewnych danych w kompresji obrazów? Poniewa, wykorzystywane s niedoskonałoci ludzkiego wzroku czy słuchu. Człowiek bardziej dostrzega zmian jasnoci od zmiany barwy, jeli w pobliskich pikselach zmienimy nieznacznie kolor czego nie sposób dostrzec, nie stracimy wiele na jakoci obrazu ale za to moemy znacznie zmniejszy rozmiar zapisywanego pliku. Pozwala to na osignicie duo wikszych (ni w przypadku kompresji bezstratnej stopni kompresji. Niestety to rozwizanie niesie ze sob take niemiłe konsekwencje, gdy ustawiony stopie kompresji jest na zbyt duym poziomie wówczas utraconych zostaje zbyt wiele

szczegółów i kompresowany obraz moe sta si nieczytelny. Dlatego bardzo istotny jest dobór odpowiedniej dla nas metody kompresji przed zapisaniem obrazu. Do metod kompresji stratnej nale m.in.: - metody transformacyjne: LT (arhunena-loeve, DCT (uywana w JPG, - fraktalne, - wykorzystujce Sztuczne Sieci Neuronowe (SSN, - PCM. 5. Transformata arhunena-loeve a Przed przystpieniem do kompresji obrazu z wykorzystaniem metody LT, naley badany obraz podzieli na mniejsze podobrazy o wymiarach NxN pikseli. Nastpnie przekształci je w wektory o rozmiarze ( ( 2 N, postpujc według reguły: ( ( ( ( ( ( Otrzymane w taki sposób wektory mona potraktowa jako realizacj pewnego wektora losowego X. olejny krok polega na wyznaczeniu macierzy kowariancji otrzymanego wektora losowego X. Naley wykorzysta nastpujcy wzór: C x = cov = E{[ X E( X ][ X E( X ] T } gdzie: E( jest to operator urednienia statystycznego. W celu obliczenia estymaty macierzy redniej wektora losowego. Słuy do tego wzór: C x naley najpierw wyliczy estymat wartoci gdzie: X = X ( i k, l ( i X k, l - jest to element z podobrazu i (k numer kolumny, l numer wiersza, przedstawia nam liczb realizacji danego wektora losowego X. W nastpnym kroku naley wyliczy, dla kadego podobrazu, macierzy stanowicej macierz estymaty macierzy kowariancji. W tym celu korzysta si ze wzoru (dla przykładowego podobrazu o wymiarze 2x2:

olejnym krokiem jest wyliczenie estymaty macierzy kowariancji podobrazów z całego obrazu: cov = ( i ( i ( i ( i ( i ( i ( i ( i ( i ( i ( i ( i ( i ( i ( i ( i Dla tak uzyskanej macierzy kowariancji naley wyznaczy macierz wartoci własnych oraz skojarzonych z nimi wektorów własnych. Wektory te dla transformaty LT stanowi baz do dalszych przekształce. ompresj danych podawanych na wejciu uzyskuje si dziki odrzuceniu okrelonej liczby najmniejszych i najmniej istotnych statystycznie wartoci własnych oraz odpowiadajcym im wektorów własnych. Tak uzyskana macierz wektorów własnych A bdzie stanowiła macierz transformacyjn. Przez wymnoenie wejciowego wektora z danymi X przez nasz macierz transformacyjn A jestemy w stanie wyliczy kocowy skompresowany wektor Y. Jest to wektor posiadajcy taki sam wymiar jak nasz wektor z pozostawionymi wartociami własnymi. A x X = Y Proces dekompresji polega na odpowiednim wymnoeniu otrzymanego w wyniku wyej przedstawionych przekształce kocowego wektora przez transponowan macierz transformacyjn. A T x Y = X 6. Opis programu Do implementacji algorytmu kompresji obrazu uyty został jzyk programowania Delphi. Specjalnie do tego celu napisany program przetwarza obrazy monochromatyczne (czarno-białe wczytywanie z plików tekstowych zawierajcych dane o kolejnych pikselach w postaci binarnej (gdzie 0 odpowiadało kolorowi białemu, a kolorowi czarnemu.

Obrazy miały niewielkie rozmiary (0 na 0 pikseli i przedstawiały litery, aby łatwo mona było zobaczy stopie zniekształcenia obrazu przez proces kompresji. Rys. Przykład obrazów przed i po kompresji 7. Wnioski Zastosowana w powyszym programie metoda LT daje 50% kompresj. Duo wikszy stopie kompresji mona uzyska przy wikszej palecie barw lub zastosowaniu duej skali szaroci. Przy operowaniu na obrazach o tak małych wymiarach, jak w prezentowanym przykładzie i wykorzystaniu tylko dwóch kolorów, efekty (jak wida na rys. gdzie przedstawiono dwa skrajne przypadki zniekształce obserwowane po dekompresji nie zawsze s zadawalajce. Duo lepsze efekty kompresji daje uycie autoasocjacyjnych sztucznych sieci neuronowych. Zastosowanie tej metody wymaga jednak uprzedniego stworzenia odpowiedniego modelu sieci neuronowej oraz w przypadku kompresowania nowego obrazu, kadorazowego jej douczenia na zbiorze uzupełnionym o nowe wzorce, co w porównaniu z metod LT zajmuje znacznie wicej czasu. Stopie kompresji, który mona osign z zastosowaniem modelu neuronowego, jest ok. 3-krotnie wikszy ni w przypadku metody LT. Metoda LT natomiast, w zastosowaniu do obrazów barwnych, pozwala na zachowanie lepszej jakoci, przy tym samym rozmiarze pliku, co daje tej metodzie przewag nawet nad popularnym formatem

JPEG [], w którym zastosowana jest metoda kompresji DCT (z ang. Discrete Cosine Transform - Dyskretna Transformata Cosinusów. Literatura:. Puchalski M., Badanie jakoci metody kompresji obrazów nieruchomych za pomoc sieci neuronowej ze wstpnym przyblieniem transformat arhunena-loeve, praca magisterska pod kierunkiem dr hab. in. Romana Rykaczewskiego, Politechnika Gdaska 2. J. Lebied, Grafika komputerowa, WETI Politechnika Gdaska, Gdask 2000 3. Z. Omiotek, Programowanie obiektowe w Delphi: wiczenia laboratoryjne, Wysza Szkoła Zarzdzania i Administracji, Zamo 2005