el estÁndar jpeg2000 juan antonio estrada pascual
TRANSCRIPT
EL ESTÁNDAR JPEG2000
JUAN ANTONIO ESTRADA PASCUAL
¿POR QUÉ OTRO ESTÁNDAR DE COMPRESIÓN DE IMÁGENES?
• JPEG no es capaz de solventar las necesidades de calidad, aspecto y tamaño de la imagen.
• JPEG2000 representa avances en la tecnología de compresión de imágenes donde el sistema de codificado de imagen está optimizado no sólo para la eficiencia, sino también para la escalabilidad e interoperabilidad en network y entornos móviles.
• INTERNET, color facsímil, impresión, escaneo, fotografía digital, móvil, imágenes médicas, librerías, archivos digitales y comercio electrónico.
RASGOS
• Mayor eficiencia en baja proporción de bits• Tono contínuo y compresión bilineal. Comprime
y descomprime imágenes de distintos rangos dinámicos
• Compresión con y sin pérdidas. Previsualización• Transmisión progresiva mediante resolución y
precisión incremental• Codificación de Regiones de Interés (ROI)• Arquitectura Abierta. Decodificador y
analizador• Robustez frente a los errores de bits• Seguridad de la protección de la imagen
EL MOTOR DE COMPRESIÓN JPEG2000
• El diagrama es igual al de JPEG convencional pero existen diferencias radicales
EL MOTOR DE COMPRESIÓN JPEG2000
• La imagen fuente se descompone en partes• Opcionalmente, la imagen se divide en losas• Se aplica la transformada sobre cada losa. Diferentes niveles de
resolución• Niveles de descomposición formados por subbandas de
coeficientes• Las subbandas de coeficientes son cuantizadas y almacenadas
en arrays rectangulares de bloques de código• Mapas de bits de los coeficientes codificados entrópicamente• Posibilidad de mayor calidad de las ROI respecto al fondo• Adición de marcas para la resistencia a errores (robustez).• La cabecera de la cadena de código posee información sobre la
imagen original y los estilos de codificación y descomposición usados
DIVISIÓN DEL MOTOR DE COMPRESIÓN
• PREPROCESAMIENTO– BALDOSEADO DE IMÁGENES– DC LEVEL SHIFTING– TRANSFORMACIÓN DE COMPONENTES
• PROCESAMIENTO CENTRAL– TRANSFORMADA DISCRETA– CUANTIZACIÓN– PROCESOS DE CODIFICACIÓN ENTRÓPICA
• FORMACIÓN DE LA CADENA DE CODIGO– CONCEPTOS DE RECINTO– BLOQUES DE CÓDIGO– ETC.
PREPROCESAMIENTOBALDOSEADO DE IMÁGENES
1. LA IMAGEN SE DIVIDE EN BLOQUES RECTANGULARES2. LAS OPERACIONES SE REALIZAN SOBRE CADA BALDOSA3. CADA UNA DE ÉSTAS ES LA UNIDAD BÁSICA DE LA ORIGINAL4. EL BALDOSEADO REDUCE LOS REQUERIMIENTOS DE MEMORIA5. DECODIFICACIÓN DE PARTES ESPECÍFICAS DE LA IMAGEN6. TODAS LAS BALDOSAS TIENEN EL MISMO TAMAÑO.
PREPROCESAMIENTOBALDOSEADO DE IMÁGENES
7. LAS BALDOSAS MÁS GRANDES SE COMPORTAN MEJOR VISUALMENTE QUE LAS MÁS PEQUEÑAS.
8. DEGRADACIÓN DE IMAGEN MÁS SEVERA SI PROPORCION DE BITS ALTA.
PREPROCESAMIENTO DC LEVEL SHIFTING
1. TODAS LAS LOSAS SON TRANSLADADAS CON EL NIVEL DC MEDIANTE LA SUBSTRACCIÓN DE LA MISMA PROPORCION 2P-1
2. EL CAMBIO DE NIVEL NO APORTA CAMBIOS.3. CONVIERTE UNA REPRESENTACIÓN A DOS
REPRESENTACIONES COMPLEMENTO, O VICEVERSA.4. EN LA DECODIFICACIÓN, EL CAMBIO DE NIVEL DC
INVERSO SE HACE SOBRE MUESTRAS RECONSTRUIDAS AÑADIENDOLES EL SESGO 2P-1
PREPROCESAMIENTO TRANSFORMACIÓN DE
COMPONENTES
1. JPEG2000 SOPORTA IMÁGENES DE MULTIPLES COMPONENTES.2. PARA SISTEMAS REVERSIBLES, ANCHO BITS DE COMPONENTE
DE IMAGEN DE SALIDA==IMAGEN ENTRADA3. MEJORAN LA COMPRESION4. DOS TRANSFORMACIONES DIFERENTES
A. IRREVERSIBLE(ICT) CODIFICACION CON PERDIDASB. REVERSIBLE(RTC) CODIFICACION CON MÍNIMAS O SIN PERDIDAS.
CORE PROCESSING Ó PROCESAMIENTO CENTRAL
LA TRANSFORMADA WAVELET (DWT)• USADA PARA EL ANÁLISIS DE LAS BALDOSAS. DISTINTOS NIVELES
DE DESCOMPOSICIÓN.• ESTOS CONTIENEN SUBBANDAS QUE DESCRIBEN CARACTERISTICAS
DE FRECUENCIA ESPACIAL Y VERTICAL DE LA BALDOSA ORIGINAL• LA DWT PUEDE SER REVERSIBLE O IRREVERSIBLE
CORE PROCESSING Ó PROCESAMIENTO CENTRAL
LA TRANSFORMADA WAVELET (DWT)
CORE PROCESSING Ó PROCESAMIENTO CENTRAL
LA TRANSFORMADA WAVELET (DWT)EL ESTÁNDAR SOPORTA DOS MODOS DE FILTRADO:
• BASADO EN CONVOLUCION• BASADO EN LIFTING (LEVANTAMIENTO)
LA SEÑAL ANTES DEBE SER EXTENDIDA PARA QUE CADA MUESTRA CORRESPONDA ESPACIALMENTE CON CADA COEFICIENTE DE LA MÁSCARA DE FILTRO.
EL NUMERO DE MUESTRAS ADICIONALES DEPENDE DEL TAMAÑO DEL FILTRO
CORE PROCESSING Ó PROCESAMIENTO CENTRAL
CUANTIZACIÓN
• LOS COEFICIENTES SE REDUCEN EN PRECISION
• PRODUCE PÉRDIDAS
• SE PRODUCE UNA CUANTIZACIÓN STEP-SIZE
POR SUBBANDA
• PARA QUE LA COMPRESIÓN SEA REVERSIBLE,
SE REQUIERE LA CUANTIZACIÓN STEP-SIZE
CORE PROCESSING Ó PROCESAMIENTO CENTRAL
CODIFICACIÓN ENTRÓPICA
ES ALCANZADA MEDIANTE UN SISTEMA QUE COMPRIME SÍMBOLOS BINARIOS RELATIVOS AUN MODELO DE PROBABILIDAD ADAPTATIVA EN CADA UNO DE LOS 18 CONTEXTOS DIFERENTES.
SE USA UN NUMERO RESTRINGIDO DE CONTEXTOS RAPIDA ADAPTACION Y DECREMENTA EL COSTE DE LOS SEGMENTOS DE CODIGO
LOS MODELOS DE CONTEXTO SON REINICIALIZADOS AL PRINCIPIO DEL BLOQUE DE CODIGO Y EL CODIFICADOR ARITMETICO TERMINAL AL FINAL DE CADA BLOQUE RESILENCIO DEL ERROR
DESPUES DE CODIFICAR EL CUARTO PLANO DE BITS, EL PRIMERO Y EL SEGUNDO SON INCLUIDOS SIN COMPRIMIR AUMENTA LA RAPIDEZ PARA TAMAÑOS GRANDES
FORMACIÓN DE LA CADENA DE BITS
RECINTOS Y BLOQUES DE CÓDIGO
CADA SUBBANDA ES DIVIDIDA EN BLOQUES RECTANGULARES
RECTANGULOS ESPACIALMENTE CONSISTENTES, CONTIENEN UNA PARTICION O RECINTO.
CADA RECINTO SE DIVIDE EN BLOQUES DE CODIGO LOS BLOQUES DE CÓDIGO FORMAN LA ENTRADA DEL
CODIFICADOR ENTRÓPICO
FORMACIÓN DE LA CADENA DE BITS
RECINTOS Y BLOQUES DE CÓDIGO (CONTINUACION)
EL TAMAÑO DE BLOQUE DE CODIGO ES NORMALMENTE DE 64x64 Y NO MENOS DE 32x32.
CADA BLOQUE DE CODIGO ES CODIFICADO DE FORMA TOTALMENTE INDEPENDIENTE.
ACCESO ESPACIAL ALEATORIO MANIPULACIONES GEOMETRICAS EFICIENTES RESILENCIO DEL ERROR. COMPUTACION PARALELA DURANTE CODIFICACION Y
DECODIFICACION DIFERENTES MECANISMOS DE TERMINACIÓN DIFERENTES
NIVELES DE EXTRACCIÓN INDEPENDIENTE DE LOS DATOS CODIFICADOS
FORMACIÓN DE LA CADENA DE BITS
RECINTOS Y BLOQUES DE CÓDIGO (CONTINUACION 2)
CADA PLANO DE BITS SE ESCANEA EN UN ORDEN PARTICULAR
FORMACIÓN DE LA CADENA DE BITS
RECINTOS Y BLOQUES DE CÓDIGO (CONTINUACION 3)
CADA COEFICIENTE DEL PLANO DE BITS SE CODIFICA EN UNO SOLO DE ESTOS TRES PASOS:
PROPAGACIÓN SIGNIFICATIVA
REFINAMIENTO DE LA MAGNITUD
LIMPIEZA
FORMACIÓN DE LA CADENA DE BITS
PAQUETES Y CAPAS
PARA CADA BLOQUE DE CÓDIGO, SE GENERA UNA CADENA DE BITS
LA CADENA DE BITS COMPRIMIDA DE CADA BLOQUE DE CÓDIGO DE UN RECINTO CONSTA DEL CUERPO DE UN PAQUETE
UN CONJUNTO DE PAQUETES, UNO DE CADA RECINTO DE CADA NIVEL DE RESOLUCION, COMPRENDEN LA CAPA
UN PAQUETE ES INTERPRETADO COMO UN INCREMENTO DE LA CALIDAD PARA UN NIVEL DE RESOLUCION EN UNA LOCALIZACIÓN ESPACIAL
UNA CAPA ES INTERPRETADA COMO UN INCREMENTO DE LA CALIDAD PARA LA RESOLUCIÓN DE LA IMAGEN COMPLETA
CADA CAPA AUMENTA SUCESIVA Y MONOTONAMENTE LA CALIDAD DE LA IMAGEN.
FORMACIÓN DE LA CADENA DE BITS
FORMACIÓN DE LA CADENA DE BITS
PAQUETES Y CAPAS
CADA COMPONENTE ES CODIFICADA INDEPENDIENTEMENTE Y LOS DATOS CODIFICADOS SON INTERCALADOS EN LA BASE DE LA CAPA
HAY CUATRO TIPOS DE PROGRESIÓN:1. RESOLUCION2. CALIDAD3. LOCALIZACIÓN ESPACIAL4. COMPONENTE
UNA VEZ QUE LA IMAGEN ESTÁ COMPRIMIDA, UNA OPERACIÓN DE POSTPROCESADO OMITE TODOS LOS BLOQUES DE CÓDIGO COMPRIMIDOS.
LA PRIMERA CAPA(MINIMA) ESTÁ FORMADA POR LAS CADENAS DE BITS DE LOS BLOQUES DE CODIGO OPTIMAMENTE TRUNCADOS
CARACTERÍSTICAS REMARCABLES DEL ESTÁNDAR
JPEG2000 EL ESTÁNDAR EXHIBE MUCHAS
CUALIDADES: LA MÁS SIGNIFICANTE ES LA POSIBILIDAD
DE DEFINIR ROI LO ESPACIAL Y ESCALABILIDAD SNR EL RESILENCIO DE ERROR BUENA PROTECCIÓN DE LAS PROPIEDADES
INTELECTUALES TODAS ESTAS CARACTERÍSTICAS ESTÁN
EN UN ALGORITMO UNIFICADO.
ROI• IMPORTANTÍSIMO PARA APLICACIONES DONDE CIERTAS
PARTES DE LA IMAGEN TIENEN MAYOR IMPORTANCIA QUE EL RESTO.– NECESITAN MÁS CALIDAD– DURANTE LA TRANSMISIÓN DE LA IMAGEN, ESTAS REGIONES
SON TRANSMITIDAS ANTES O CON UNA PRIORIDAD MAYOR, EN EL CASO DE TRANSMISIÓN PROGRESIVA
• EL ESQUEMA DE CODIFICACIÓN ESTÁ BASADO EN MAXSHIFT• EL PRINCIPIO ES ESCALAR COEFICIENTES A FIN DE QUE LOS
BITS ASOCIADOS AL ROI SEAN PUESTOS EN UN PLANO DE BITS SUPERIOR AL RESTO DE LA IMAGEN Y AL PRINCIPIO DE LA CADENA
EL MÉTODO BASADO EN ESCALADO
1. SE CALCULA LA TRANSFORMADA WAVELET2. SI SE HA DEFINIDO UN ROI, SE DERIVA UNA MÁSCARA
ROI INDICANDO EL CONJUNTO DE COEFICIENTES REQUERIDOS HASTA LA RECONSTRUCCIÓN DEL ROI
3. LOS COEFICIENTES DEL WAVELET SON CUANTIZADOS Y ALMACENADOS
4. LOS COEFICIENTES DE QUE SE MUESTRAN FUERA DEL ROI SON BAJADOS EN ESCALA POR UN VALOR ESPECÍFICO
5. LOS COEFICIENTES RESULTANTES SON PROGRESIVAMENTE CODIFICADOS ENTROPICAMENTE.
MÉTODO MAXSHIFT
• SE OBTIENEN ROIs ARBITRARIAMENTE SIN LA NECESIDAD DE TRANSMITIR INFORMACIÓN DE LAS FORMAS AL DECODIFICADOR
• EL CODIFICADOR ELIGE UN VALOR S QUE SERÁ EL COEFICIENTE MÍNIMO DEL ROI, SUPERIOR AL MAXIMO DEL FONDO
• EL CODIFICADOR ES MAS SIMPLE PUES NO SE REQUIERE LA CODIFICACIÓN DE FORMAS
• LOS PLANOS DE BITS DEL ROI O DEL FONDO PUEDEN SER MODIFICADOS INDEPENDIENTEMENTE POSIBILIDAD DE ELEGIR DIFERENTES RANGOS DE BITS PARA EL ROI Y PARA EL FONDO
• EL METODO MAXSHIFT CON ROI INCREMENTA EN UN 1% LA PROPORCION DE BITS CON RESPECTO A SIN ROIs.
COMPARACIONES CON ROIs
MAS COMPARACIONES
ESCALABILIDAD
• ES NECESARIA PARA CONSEGUIR CALIDAD Y RESOLUCIÓN AL MISMO TIEMPO
• LOS TIPOS MÁS IMPORTANTES DE ESCALABILIDAD SON SNR Y LA DE RESOLUCION
• EL SISTEMA DE COMPRESIÓN JPEG2000 SOPORTA LA ESCALABILIDAD
• LA RESOLUCIÓN DE LA RECONSTRUCCIÓN NO NECESITA SER CONOCIDO A LA HORA DE LA COMPRESIÓN
• PROVEE RESILENCIO PARA LOS ERRORES TRANSMITIDOS
ESCALABILIDAD SNR
– ES DESEADA PARA PARA EL USO EN SISTEMAS CON LA CARACTERÍSTICA PRIMARIA COMÚN QUE A UN MÍNIMO DE DOS CAPAS DE CALIDAD DE LA IMAGEN ES NECESARIA
– LA CAPA MÁS BAJA ES CODIFICADA PARA PROVEER LA CALIDAD BÁSICA DE LA IMAGEN
– LAS CAPAS DE REALCE SON CODIFICADAS PARA REALZAR LA CAPA MÁS BAJA
RESILENCIO DEL ERROR
• ES UNA DE LAS PROPIEDADES MÁS DESEABLES EN LAS APLICACIONES EN INTERNET Y MÓVILES.
• LAS HERRAMIENTAS ACTÚAN CONTRA LOS ERRORES DE CANAL:– PARTICIONANDO Y RESINCRONIZANDO LOS DATOS– DETECCIÓN Y ENCUBRIMIENTO DE ERRORES– CALIDAD DEL SERVICIO DE TRANSMISIÓN BASADO EN
PRIORIDADES
• LA TERMINACIÓN DEL CODIFICADOR ES ALCANZADA DESPUES DE VARIOS PASOS DE CODIFICACIÓN EL DECODIFICADOR CONTINUALA DECOFICACION SI SEPRODUCE EL ERROR
EL SOFTWARE
RESULTADOS DE COMPRESIÓN CON PERDIDAS
RESULTADOS DE COMPRESIÓN CON PÉRDIDAS
RESULTADOS DE COMPRESIÓN CON PÉRDIDAS
RESULTADOS DE COMPRESIÓN CON PÉRDIDAS
RESULTADOS CON MÍNIMAS PERDIDAS O SIN PERDIDAS
RESULTADOS DE RESILENCIO DE ERRORES
CARACTERISTICAS Y FUNCIONALIDADES
RESUMIENDO
• OBJETIVO: COMPRESIÓN DE IMÁGENES FIJAS PARA UN GRAN MARGEN DE CALIDAD
• CARACTERISTICAS: – CODIFICACIÓN CON PÉRDIDAS Y SIN PÉRDIDAS EN EL MISMO BIT-
STREAM– ACCESO DIRECTO AL BIT-STREAM– ESCALABILIDAD ESPACIAL Y DE CALIDAD– VARIOS MODELOS DE COLOR Y MÚLTIPLES COMPONENTES– DEFINICIÓN DE REGIONES DE INTERÉS (ROI)– RESILENCIO DEL ERROR– RATE CONTROL– PROTECCIÓN DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL (ENCRIPTACIÓN,
WATERMARKING)– 20% MÁS COMPRESIÓN QUE JPEG PARA LA MISMA CALIDAD
EL CODIFICADOR JPEG2000
IMAGEN
GRACIAS POR SU ATENCIÓN