JPEG

Ako to funguje

YP_b P_r

Prvou pozoruhodnou vecou pri kompresii JPEG je spôsob, akým sa ukladá farba každého pixelu. Každému pixelu obrázka sú priradené 3 bajty, ktoré definujú jeho farbu. Všetky tri bajty môžu mať ľubovoľnú hodnotu od 0 do 255 a každá možná kombinácia troch bajtov znamená inú farbu. Vo väčšine formátov súborov sa na definovanie farby používa formát RGB. RGB je skratka pre červenú zelenú modrú. Je takto pomenovaný, pretože prvý z troch bajtov hovorí o tom, koľko červenej je vo farbe pixelu. Druhý bajt hovorí o tom, koľko je vo farbe zelenej a tretí bajt o tom, koľko je vo farbe modrej. Čím vyššiu hodnotu má prvý bajt, tým červenejšie pixel vyzerá.

JPEG tiež používa tri bajty pre každý pixel, ale používa formát YP_b P_r (známy aj ako YC_b C_r ). V tomto prípade nám prvý bajt hovorí, aký jas má pixel. Druhý bajt nám hovorí, ako je pixel modrý. Tretí bajt nám hovorí, aký je pixel červený. Pri použití tohto farebného formátu sa okrem farby ukladá aj jas. To je užitočné, pretože sa chystáme obrázok komprimovať. Keďže ľudské oko lepšie vidí jas ako farbu, môžeme na farebné bajty (P_b -byte a P_r -byte) použiť väčšiu kompresiu. Keďže lepšie vidíme jas, použijeme menšiu kompresiu na Y-bajt, aby obrázok po kompresii vyzeral lepšie.

Keďže obrázky sú najčastejšie uložené vo formáte RGB, prvým krokom kompresie JPEG je zvyčajne správna zmena formátu RGB na formát YP_b P . _r

Diskrétna kosínusová transformácia

JPEG používa na reprezentáciu obrazu kosínusové funkcie. Preto si povieme niečo o kosínusových funkciách. Takto môže vyzerať kosínusová funkcia:

Ak chceme, aby kosínusová funkcia reprezentovala farbu pixelu, hovoríme, že čím vyššia je hodnota kosínusovej funkcie, tým je pixel svetlejší. Ak by sme mali množinu pixelov, ktoré by išli v režime jasný-tmavý-jasný, mohli by sme na ich definovanie použiť vyššie uvedenú funkciu.

Funkcia by mohla mať aj vyššiu frekvenciu. Napríklad takto:

Tu to však začína byť zaujímavé. Rôzne funkcie môžeme vytvoriť aj tak, že zoberieme priemer rôznych kosínusových funkcií. Takto by to vyzeralo, keby sme zobrali priemer dvoch vyššie uvedených funkcií:

V JPEG sa DCT aplikuje na bloky 8 × 8 pixelov.

Kvantifikácia

V procese komprimácie obrazu sa zatiaľ nestratila žiadna informácia. V tomto kroku filtrujeme informácie. Z tohto dôvodu je to krok, ktorý znižuje kvalitu obrázka. Pre každý blok 8 × 8 pixelov sa kosínusové funkcie s vysokými frekvenciami nastavia na 0. To znamená, že tieto už nemôžu mať žiadny vplyv na to, ako obrázok vyzerá pri dekomprimácii.

Veľa hodnôt bude teraz 0, čo znamená, že sa dá veľmi ľahko komprimovať. To sa vykonáva pomocou Huffmanovho kódovania. Huffmanovo kódovanie je posledným krokom kompresie JPEG. Je to tiež jediný krok, v ktorom sa údaje skutočne komprimujú.

cos(x)


cos(2x)


(cos(x) + cos(2x)) / 2