Transcript Komprese bitonálního obrazu

Komprese obrazu
Adolf Knoll
Národní knihovna České republiky
Obecná schémata pro aplikaci
komprese
Schémata jsou přizpůsobena charakteru
reprezentovaných objektů:
 Bitonální obraz (1-bit, černobílý)
 Barevný fotorealistický obraz
 Smíšený dokument (obě výše uvedené
komponenty)
Trendy
 Bitonální
 od CCITT Fax Gr. 3 a 4 k variantám JBIG
 Fotorealistický
 Bezeztrátová komprese: PNG, TIFF/LZW
 Ztrátová: od JPEG DCT k wavelet
 Smíšený dokument
 Aplikace obého (Mixed Raster Content –
Smíšený rastrový obsah – obvykle vertikálně)
Jak jsou kompresní schémata
zabudována do formátů?
 Snahou je obvykle ISO TIFF (v něm jsou možné
dokonce JPEG, LZW nebo PNG) – ale to
nestačí, protože mohou chybět nástroje na
konverze a zobrazení
 Proto jsou používány jiné vhodnější formáty,
například JPEG nebo PNG
 Z tohoto důvodu jsme též svědky velkého
rozvoje v oblasti smíšených formátů, přestože
tyto si nekladou za cíl bát normou ISO
Relevantní směry
 Bitonální obraz
 JBIG2 (ISO) – pokusy jednotlivých firem, naoř. LuraTech; existují
i odvozené aktivity (například bitonální kompresor v DjVu)
 Fotorealistický obraz
 wavelet JPEG2000 a některé další ne-ISO iniciativy (WI, LWF,
IW44, SID, Imagepower IW, …)
 Smíšený obsah
 DjVu, LDF a další řešení LuraTech, v minulosti Imagepower
MRC
Cíle
Archivace obrazu
 standardizovaný
archivní formát (TIFF,
JPEG, PNG, …)
Dodávání obrazů
 Účinnější moderní
formát (JB2, MrSID,
DjVu, LDF, …)
Jak se vyrovnat s těmito dvěma cíli?
Klíč je v zaměření projektu.
Komprese…
 Předzpracování obrazu
 Komprese
 Zakódování do obrazového formátu
 Dekódování z formátu
 Dekomprese
 Zobrazení - Tisk
Předzpracování bitonálního obrazu - I
 Účinná schémata jsou stavěna na možnostech aplikace
slovníků pixelových shluků:
Např. text je obraz, který může být interpretován jako velké množství
obrázků jednotlivých písmen, zatím co opakovaný výskyt každého
písmene může být vyjádřen souřadnicemi (x,y) a odkazem na
slovník, ve kterém je pouze jedna reprezentace podobných písmen
(digitalizována jen jednou jako bitmapa)
Tato metoda se nazývá PATTERN MATCHING (porovnávání se
vzorem), ale…
Předzpracování bitonálního obrazu - II
Naskenované texty obsahují však spoustu
informačního šumu ve shlucích pixelů,
představujících jedno písmeno v textu, i mimo
ně
Proto je vhodné omezit odchylky mezi identicky
identifikovatelnými shluky
 vyhlazování
 obracení pixelů
 odstranění šumu
Vyhlazování a obracení pixelů
Problémy v pattern matching
Česká republika
Originál nebo sken nízké kvality + špatné zpracování
Soft pattern matching
 Lepší práce se slovníky; náhrada jen tam, kde je
jistota, že nebude překročen kritický práh
vedoucí k nežádoucí záměně shluků
 Kdyby to hrozilo, je uložena další malá bitmapa
 Vyladění těchto mechanismů je klíčem k
úspěšné aplikaci ztrátové komprese bitonálního
obrazu.
Jak to zjistit…
 Knihovny mají dokumenty různé kvality vč.
té velmi špatné
 Tyto dokumenty se obtížněji zpracovávají
než kvalitní vzorky prezentované
softwarovými firmami
 Je třeba testovat na typických materiálech,
které chceme digitalizovat v knihovnách
Bitonální komprese
 Bezeztrátová (LZW, PNG, …, CCITT Fax
Group 3 and 4, JB2, JBIG, JBIG2, Algo
Vision/Luratech
 Moderní ztrátová schémata:
 AT&T (Lizardtech) (JB2) – soft pattern
matching
 ImagePower Inc. JBIG2 (JB2) – v minulosti pouze pattern matching
 Summus Inc. (Lightning Strike), ...
GIF by byl mírně
horší než PNG
Květy české – 19. století
Vliv kvality digitalizovaných originálů na
výkonnost kompresních schémat
JB2
 Nejvýkonnějším kompresním schémat je
JB2 z formátu DjVu (AT&T/Lizardtech).
 Umožňuje kompresi:
 bezeztrátovou
 ztrátovou
 agresivní – nastavitelná; zachovává vysokou
čitelnost originálu
 Zkuste si komprimovat do DjVu on-line:
http://any2djvu.djvuzone.org/
JB2 jako komponenta formátu
DjVu
 Více souborů může být sloučeno a uloženo v jednom
(jako v PDF) – mají společný slovník, takže jejich
celkový objem bude menší než součet objemů
individuálních souborů
 Více souborů může být sloučeno virtuálně (na webu jsou
volány dle potřeb uživatele)
 Více výhod: display, odkazy, OCR, … (DjVu plug-in)
 Drahý kódující software + řada řešení zdarma
Vzorky a résumé
 Je třeba monitorovat a testovat nové
způsoby zpracování obrazu
 Nové přístupy mohou být velmi vhodné
pro systémy dodávání dokumentů
 Obrazové servery
 Naskenovaný obsah
 Klikněte, pokud máte zájem si přečíst
speciální studii
Které formáty jsou vhodné pro bitonální
obraz?
 Jestliže chcete nejjednodušší řešení:
 GIF
 Jestliže chcete menší soubory, používejte PNG
 Oba formáty jsou doporučeny pro web
 Úspornějším řešením je však TIFF/CCITT Fax
Gr. 4
 Používejte DjVu/JB2, pokud chcete velmi malé
soubory
Problémy
 Zavedený software pro práci s obrazem obvykle
neobsahuje podporu pro TIFF s kódováním
CCITT Fax Gr. 4
 Na druhé straně je uvedený TIFF dobře
zobrazitelný elementárními nástroji Windows
 GIF a PNG podporují též větší barevnou hloubku
(GIF: 8 bitů / PNG: 24 bitů i více) – vyhněte se
ukládání bitonálního obrazu ve větší barevné
hloubce
 DjVu – je vždy nezbytné mít na paměti výrobu a
příjem obrazu v tomto formátu
Ztrátová komprese –
bitonální obraz
Komprese barevného
obrazu
Bezeztrátová
 LZW
 GIF (pouze 8 bitů)
 TIFF (od verze 5.0)
 PNG
 Wavelet
 JPEG2000 (JP2)
…
Ztrátová
 DCT (JPEG)
 Fraktální komprese
 Wavelet




IW44
LWF, WI
JPEG2000 (JP2)
MrSID, …
V podstatě ale jde o střet klasických přístupů s technologií wavelet.
Barevný obraz
DCT
wavelet
Účinnost komprese – bitonální obraz
Účinnost komprese – barevný
obraz
Referenční vzorek
Jak aplikovat kompresi?
Záleží na charakteru objektů v obraze:
 Fotorealistický obraz (JPEG, wavelet)
 Text a jednoduchá černobílá grafika (Fax
Group 4, JB2, …)
 Barevná grafiky (problém ztrátové komprese;
je lépe bezeztrátově v PNG nebo GIF –
aplikační oblast vektorové grafiky - SVG)
 Smíšený obsah (složená řešení: DjVu, LDF,
…)
Nejúčinnější řešení
Segmentace obrazu do dvou nebo více
skupin objektů:
1. Objekty vhodné pro bitonální konverzi
2. Objekty vhodné pro barevnou reprezentaci
Komprimovat každou skupinu zvlášť a
potom je sloučit v jednom formátu.
Horizontální segmentace/zónování
-
Text
Grafika
Fotografie
Imagepower Inc.
Vertikální
segmentace/zónování


popředí
pozadí
Lizardtech Inc. (AT&T)
Luratech GmBH
DjVu, LDF
Bitonální versus složený obraz
Šedá škála
Další vlastnosti DjVu
Více obrazů v jednom souboru:
 jako TIFF, PDF, LDF, …, s použitím
společného slovníku pixelových shluků
 virtuálně: stránky zůstanou na serveru a
dodána je jen ta strana, která je volána
Příklad virtuálního DjVu
Obrazový soubor s několika
rozlišeními
MrSID
 V jednom souboru je (až 9) obrazů v
různých rozlišeních
 Účinné ve spojení s obrazovým serverem
Příklad MrSID (bez obrazového serveru)