Kvantování (zpracování obrazu) - Quantization (image processing)

Kvantizace , která se podílí na zpracování obrazu , je technika ztrátové komprese dosažená kompresí rozsahu hodnot na jednu kvantovou hodnotu. Když se počet diskrétních symbolů v daném proudu sníží, proud se stane stlačitelnějším. Například snížení počtu barev potřebných k reprezentaci digitálního obrazu umožňuje zmenšit jeho velikost souboru. Mezi konkrétní aplikace patří kvantování dat DCT v JPEG a kvantování dat DWT v JPEG 2000 .

Kvantování barev

Kvantování barev snižuje počet barev použitých v obrázku; to je důležité pro zobrazení obrázků na zařízeních, která podporují omezený počet barev, a pro efektivní kompresi určitých druhů obrázků. Většina editorů bitmap a mnoho operačních systémů má zabudovanou podporu kvantizace barev. Mezi oblíbené moderní algoritmy pro kvantizaci barev patří nejbližší barevný algoritmus (pro pevné palety), algoritmus mediánu řezu a algoritmus založený na oktávách .

Je běžné kombinovat kvantizaci barev s rozkladem, aby se vytvořil dojem většího počtu barev a eliminovaly se pruhy artefaktů.

Kvantování frekvence pro kompresi obrazu

Lidské oko je docela dobře schopné vidět malé rozdíly v jasu na relativně velké ploše, ale ne tak dobře v rozlišení přesné síly vysokofrekvenční (rychle se měnící) variace jasu. Tato skutečnost umožňuje snížit množství požadovaných informací ignorováním vysokofrekvenčních komponent. To se děje jednoduchým dělením každé komponenty ve frekvenční doméně konstantou pro tuto komponentu a poté zaokrouhlením na nejbližší celé číslo. Toto je hlavní ztrátová operace v celém procesu. V důsledku toho je obvykle případ, že mnoho složek s vyšší frekvencí je zaokrouhleno na nulu a mnoho ze zbytku se stane malými kladnými nebo zápornými čísly.

Jelikož lidské vidění je také citlivější na jas než na chrominanci , lze další komprese dosáhnout prací v barevném prostoru jiném než RGB, který je odděluje (např. YCbCr ), a kvantováním kanálů samostatně.

Kvantizační matice

Typický videokodek funguje rozdělením obrazu na jednotlivé bloky (8 × 8 pixelů v případě MPEG). Tyto bloky pak mohou být podrobeny diskrétní kosinové transformaci (DCT) pro výpočet frekvenčních složek, a to jak horizontálně, tak vertikálně. Výsledný blok (stejné velikosti jako původní blok) je poté předem vynásoben kódem kvantizačního měřítka a rozdělen po jednotlivých prvcích kvantizační maticí a zaokrouhlením každého výsledného prvku. Kvantizační matice je navržena tak, aby poskytovala větší rozlišení více vnímatelných frekvenčních složek nad méně vnímatelnými složkami (obvykle nižší frekvence nad vysokými frekvencemi) a navíc transformovala tolik složek na 0, které lze kódovat s nejvyšší účinností. Mnoho video kodérů (například DivX , Xvid a 3ivx ) a kompresní standardy (například MPEG-2 a H.264 / AVC ) umožňují použití vlastních matic. Rozsah redukce lze měnit změnou kódu měřítka kvantizátoru, přičemž zabírá mnohem menší šířku pásma než plná matice kvantizátoru.

Toto je příklad matice koeficientu DCT:

Běžnou kvantizační maticí je:

Dělení matice koeficientu DCT po prvcích pomocí této kvantovací matice a zaokrouhlování na celá čísla vede k:

Například pomocí −415 (DC koeficient) a zaokrouhlování na nejbližší celé číslo

Tento proces obvykle vyústí v matice s hodnotami primárně v levém horním rohu (nízkofrekvenční). Použitím cik cakového uspořádání ke seskupení nenulových položek a kódování délky běhu lze kvantovanou matici uložit mnohem efektivněji než nekvantizovanou verzi.

Viz také

Reference