Вейвлеты

Как видите, основной момент работы алгоритма JPEG заключается в применении дискретного косинусного преобразования (DCT) и последующем квантовании. DCT, грубо говоря, переводит данные из пространственного в частотное представление − то есть в другую систему координат. Однако можно придумать отличные от DCT преобразования, переводящие данные в подходящее представление. Одним из них (и очень перспективным, с точки зрения сжатия графики) является вейвлетное (wavelet) преобразование. Вейвлеты являются набором ортогональных плавно затухающих импульсных функций. Применение вейвлетного преобразования вместо DCT позволяет получить примерно в 2 раза лучшее качество изображения (если оценивать по соотношению сигнал/шум) при одинаковом сжатии. Или увеличить сжатие при одинаковых искажениях. Так что большинство алгоритмов сжатия последнего поколения основаны на вейвлетном преобразовании (например, JPEG2000 или LuraWave).

Рис.4.26. Сжатие изображения методом вейвлет-кодирования: а − исходный кадр 1296 Кбайт; б − сжатый кадр 74 Кбайт; в − сжатый кадр 29 Кбайт; г − сжатый кадр 3 Кбайт

JPEG2000

С тех пор как JPEG был утвержден в качестве стандарта, прошло уже более десяти лет. За это время группы исследователей предложили ряд существенных дополнений в первоначальный вариант, которые вылились в конце прошлого года в появление нового стандарта.

В качестве основного механизма компрессии в JPEG2000, в отличие от JPEG, используется волновое (wavelet) преобразование − система фильтров, применяемых ко всему изображению. Не вдаваясь в детали компрессии, отметим лишь основные моменты.

В отличие от JPEG, JPEG2000 может сжимать изображения без потери качества.

JPEG2000 объективно показывает лучшие результаты, чем JPEG только на высоких степенях сжатия. При компрессии в 10-20 раз особой разницы не заметно. Сможет ли он вытеснить или просто составить конкуренцию широко распространенному формату? В ближайшее время − вряд ли, в большинстве случаев соотношение качество/размер, обеспечиваемое JPEG, вполне приемлемо. А те 10-20 % дополнительной компрессии, которые дает JPEG2000 при визуально одинаковом качестве, вряд ли приведут к росту его популярности, тем более, что бесплатное ПО для сохранения изображений в новом формате пока отсутствует.

Зато к новому формату проявляют пристальный интерес компании-производители цифровых камер, поскольку размеры светочувствительных матриц с каждым годом неуклонно увеличиваются, и помещать изображения в память становится все труднее. И вот тогда новый формат получит большее распространение, и, кто знает, возможно, через какое-то время JPEG2000 сравняется с JPEG. Во всяком случае, Analog Micro Devices недавно выпустила специализированный чип, в котором компрессия/декомпрессия по новой технологии реализованы на аппаратном уровне, а министерство обороны США уже сейчас активно использует новый формат для записи фотоснимков, полученных со спутников-шпионов.