Функціонування JPEG.

Рис. 3.9. Схема функціонування JPEG.

1. Дискретизація (Sampling). Дані пікселів перетворюються із кольорового простору RGB у кольоровий простір YCbCr та виконується субдискретизація (down sampling).
2. Дискретне косинусне перетворення (DCT – Discrete Cosine Transform). Зображення JPEg стискається у блоки 8х8 пікселів що звуться одиницями даних (data units). DCT перетворює значення одиниць в суму косинус них функцій.
3. Квантування (Quantization). На етапі квантування відкидаються коефіцієнти дискретного косинусного перетворення, які несуттєво для відновлення зображення, достатньо близько якого втрачаються дані в методі JPEG – стиснення.
4. На стадії кодування Хафмана кодуються коефіцієнти дискретизації (DCT), при цьому виключаються серії мулевих значень. В стандарті JPEG це фаза називається кодування ентропії (entropy coding), оскільки стандарт JPEG допускає замість кодування Хафмана використання арифметичного кодування (arithmetic coding).

Маркери –використовуються для розбиття потоку даних JPEG на структури компонентів.

Довжина маркера – 2 байти, значення першого завжди =FF₁₆. Другий байт (код) вказує на тип маркера.

В якості символів – заповнювачі перед початком маркера може розміщуватись довільне число байтів із значеннями FF₁₆, за якими слідує ще один байт із значенням FF₁₆ завжди ігнорується.

Стандарти JPEG досить гнучкий в тому, що стосується розміщення маркерів всередині файлу. Його суворе правило: файл розпочинається маркером SIO і закінчується маркером EOI. У більшості інших випадків маркери можуть появлятися за довільним порядком, основна вимога6 якщо дані із одного маркера потрібні для обробки другого, перший маркер повинен використовуватися до появи другого.

Майже в кожному файлі JPEG використовується послідовний JPEG з кодуванням Хафмана та 8-бітові дискретизовані дані.

Зауважимо, що стандарти JPEG визначає також ще один процес послідовного стиснення. Це базовий процес (різновид послідовного режиму). Декодер, який може виконувати розширений послідовний процес, повинен забезпечувати прозору обробку у базовому режимі.

В зображеннях, стиснутих у базовому режимі, є тільки 8^и- бутові дискретні дані, і вони обмежуються меншим числом таблиць Хафмана та квантування у порівнянні з результатами обробки методом розширеного послідовного стискання (extended sequential images).

Прогресивний режим.В цьому режимі компоненти кодуються у множинні сканів, число яких лежать в діапазоні від 2 до 896, хоча фактична їх число майже завжди знаходиться на нижньому значенні. Початкові скани – це _____ версія зображення, а наступні скани покращують ці скани. Зображення з прогресивним стисненням призначаються для перегляду під час їх декодування: користувач може отримати уяву про вміст зображення після обробки мінімального можливої кількості даних (попереднє зображення).

Основний недолік прогресивного режиму його важче реалізувати, ніж послідовний режим; потрібен значно більший об’єм обробки (пов’язано із кількістю сканів).

Вигідний тоді, коли відносна обчислювальна потужність перевищує відносну швидкість передавання (прийому) зображення.

В цілому, розмір файлів, стиснуті у прогресивному і в послідовному режимах, приблизно однакові.

Прогресивний режим використовується рідко.

Ієрархічний режим.(hierarchical) JPEG – це супер – прогресивний режим, в якому зображення поділяється на множину фрагментів, що звуться кадрами (інші режими використовують один кадр на зображення). Кадр –це група із 1 чи декількох сканів. В ієрархічному режимі перший кадр створює версію зображення із низькою дозволяючою спроможністю.

Недоліки ієрархічного режиму – його складність. Цей режим вимагає значно більшого об’єму обчислень, ніж інші, а використання множини кадрів збільшує кількість даних, що повинні передаватись.

Перевага методу – він точніший від прогресивного і може використовуватись в системах із низькою швидкістю передавання даних (в системах, коли потрібно отримати тільки зображення із низькою дозв. спроможністю).

Використовується також рідко.

Режим стиснення без втрат.Такий режим JPEG визначає початковий стандарт. Але із-за неефективності у порівнянні із методами стиснення із втратами метод практично не використовується.

На заміну прийшов новий метод стиснення без втрат – JPEG-LS.