O PadraoJPEG

AndreFurquim,

Sergio Lucena

Agenda

Introducao

O Padrao JPEG

Variacoes dometodo deCompressaoJPEG

Processo deCodificacao

Intro

Preparacao deBloco

TDC

Quantizacao

QuantizacaoDiferencial

Codificacao RL

Cod. Saıda Est.

Qualidade

Bibliografia

O Padrao JPEG

Andre Furquim Sergio Lucena

UDESC - CCT

23 de marco de 2010

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Preparacao deBloco

TDC

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Bibliografia

Topicos Abordados

1 Agenda

2 IntroducaoO Padrao JPEG

3 Variacoes do metodo de Compressao JPEG

4 Processo de CodificacaoIntroPreparacao de BlocoTDCQuantizacaoQuantizacao DiferencialCodificacao RLCod. Saıda Est.

5 Qualidade

6 Bibliografia

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Variacoes dometodo deCompressaoJPEG

Processo deCodificacao

Intro

Preparacao deBloco

TDC

Quantizacao

QuantizacaoDiferencial

Codificacao RL

Cod. Saıda Est.

Qualidade

Bibliografia

O que e ?

Joint Photographs Expert Group

Criado no final da decada de 80 pela ISO(InternationalStandards Organization), ITU(InternationalTelecommunication Union) e IEC(InternationalEletrotechnical Commission) para area de compressao deimagem.

O JPEG e um conjunto de operacoes em serie quepromovem a compressao de imagens com tecnicas queenvolvem ou nao perda de informacao. As operacoes quecausam a perda aproveitam as dificuldades do olhohumano para distinguir certas informacoes e assimrealizam sua eliminacao.[Araujo et al]

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Intro

Preparacao deBloco

TDC

Quantizacao

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O que e ?

Joint Photographs Expert Group

Criado no final da decada de 80 pela ISO(InternationalStandards Organization), ITU(InternationalTelecommunication Union) e IEC(InternationalEletrotechnical Commission) para area de compressao deimagem.

O JPEG e um conjunto de operacoes em serie quepromovem a compressao de imagens com tecnicas queenvolvem ou nao perda de informacao. As operacoes quecausam a perda aproveitam as dificuldades do olhohumano para distinguir certas informacoes e assimrealizam sua eliminacao.[Araujo et al]

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O que e ?

Joint Photographs Expert Group

Criado no final da decada de 80 pela ISO(InternationalStandards Organization), ITU(InternationalTelecommunication Union) e IEC(InternationalEletrotechnical Commission) para area de compressao deimagem.

O JPEG e um conjunto de operacoes em serie quepromovem a compressao de imagens com tecnicas queenvolvem ou nao perda de informacao. As operacoes quecausam a perda aproveitam as dificuldades do olhohumano para distinguir certas informacoes e assimrealizam sua eliminacao.[Araujo et al]

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Metodos de Compressao

Todos os metodos de compressao visam a diminuicao daredundancia presente na informacao, diminuindo assim,significativamente os arquivos, aumentando a velocidadede transmissao e economizando no armazenamento dosmesmos. [Hu O. R. T. e Raunheitte, L T. M. 2000]

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Bibliografia

A metodologia JPEG

Implementada em dois modos basicos: lossless (metodospreditivos) e lossy (DCT).

Existem ao todo 44 variacoes dos metodos de compressaojpeg (aplicacoes especıficas, medicas, etc..)

Dificilmente se encontra um metodo capaz de processartodas essas variacoes.

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A metodologia JPEG

Implementada em dois modos basicos: lossless (metodospreditivos) e lossy (DCT).

Existem ao todo 44 variacoes dos metodos de compressaojpeg (aplicacoes especıficas, medicas, etc..)

Dificilmente se encontra um metodo capaz de processartodas essas variacoes.

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A metodologia JPEG

Implementada em dois modos basicos: lossless (metodospreditivos) e lossy (DCT).

Existem ao todo 44 variacoes dos metodos de compressaojpeg (aplicacoes especıficas, medicas, etc..)

Dificilmente se encontra um metodo capaz de processartodas essas variacoes.

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TDC

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Baseline/Sequential encoding e Progressiveencoding

Baseline/Sequential encoding

Componentes da imagem sao compactados de formasequencial, da esquerda para a direita, de cima pra baixo.

Progressive encoding

Multiplas linhas de varredura.(aplicada a arquivos transmitidospor internet, possibilitando visualizacao da imagem inteira emmenor resolucao, enquanto o resto da imagem e enviado.

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TDC

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Lossless e Hierarchical encoding

Lossless

Nao ocorre perda de qualidade na imagem.

Hierarchical encoding

Imagem comprimida em multiplas resolucoes. Menor resolucao,codificada e enviada primeiro e em seguida as de maiorresolucao sao compactadas e transmitidas, em ordem crescentede tamanho, e por fim, e enviada a imagem completa em seutamanho original.

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Visao Gegal do Processo de Codificacao

Consiste em um conjunto de operacoes que saoexecutadas em serie sobre a imagem original.

Tem como objetivo a compactacao da imagem.

Todo o processo de codificacao implica na perda deinformacoes.

A decodificacao da imagem exige a execucao do algoritmode tras para frente.

JPEG e aproximadamente simetrico.

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Visao Gegal do Processo de Codificacao

Consiste em um conjunto de operacoes que saoexecutadas em serie sobre a imagem original.

Tem como objetivo a compactacao da imagem.

Todo o processo de codificacao implica na perda deinformacoes.

A decodificacao da imagem exige a execucao do algoritmode tras para frente.

JPEG e aproximadamente simetrico.

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Consiste em um conjunto de operacoes que saoexecutadas em serie sobre a imagem original.

Tem como objetivo a compactacao da imagem.

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TDC

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Consiste em um conjunto de operacoes que saoexecutadas em serie sobre a imagem original.

Tem como objetivo a compactacao da imagem.

Todo o processo de codificacao implica na perda deinformacoes.

A decodificacao da imagem exige a execucao do algoritmode tras para frente.

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TDC

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Visao Gegal do Processo de Codificacao

Consiste em um conjunto de operacoes que saoexecutadas em serie sobre a imagem original.

Tem como objetivo a compactacao da imagem.

Todo o processo de codificacao implica na perda deinformacoes.

A decodificacao da imagem exige a execucao do algoritmode tras para frente.

JPEG e aproximadamente simetrico.

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TDC

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Etapas da Compactacao

Figura 1: Etapas da compactacao com perdas do JPEG.

[Tanenbaum 2003]

Exemplo para o processo de compactacao

Para exemplicar o processo de compactacao de uma imagem eusado uma imagem de 640 x 480 de resolucao com 24 bits porpixel.

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Etapas

Conversao do RGB para YIQ.

Uso da luminancia e da crominancia oferecem uma melhorcompactacao.

Calculo da luminancia (Y) e da crominancia(I e Q), parao NTSC, conforme a figura 2.

Criacao de matrizes separadas para Y, I e Q, cada umacom elementos entre 0 e 255.

Uso de blocos de 4 pixels para dividir proporcionalmente Ie Q.

Matrizes I e Q ficarao com 320 x 240 de resolucao.

Compactacao em fator de 2 (128 subtraıdo de cadamatriz).

Divisao das matrizes em blocos de 8 por 8 pixels.

Matriz Y fica 4800 blocos e as outras 1200 blocos.

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Etapas

Conversao do RGB para YIQ.

Uso da luminancia e da crominancia oferecem uma melhorcompactacao.

Calculo da luminancia (Y) e da crominancia(I e Q), parao NTSC, conforme a figura 2.

Criacao de matrizes separadas para Y, I e Q, cada umacom elementos entre 0 e 255.

Uso de blocos de 4 pixels para dividir proporcionalmente Ie Q.

Matrizes I e Q ficarao com 320 x 240 de resolucao.

Compactacao em fator de 2 (128 subtraıdo de cadamatriz).

Divisao das matrizes em blocos de 8 por 8 pixels.

Matriz Y fica 4800 blocos e as outras 1200 blocos.

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Conversao do RGB para YIQ.

Uso da luminancia e da crominancia oferecem uma melhorcompactacao.

Calculo da luminancia (Y) e da crominancia(I e Q), parao NTSC, conforme a figura 2.

Criacao de matrizes separadas para Y, I e Q, cada umacom elementos entre 0 e 255.

Uso de blocos de 4 pixels para dividir proporcionalmente Ie Q.

Matrizes I e Q ficarao com 320 x 240 de resolucao.

Compactacao em fator de 2 (128 subtraıdo de cadamatriz).

Divisao das matrizes em blocos de 8 por 8 pixels.

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Calculo da luminancia (Y) e da crominancia(I e Q), parao NTSC, conforme a figura 2.

Criacao de matrizes separadas para Y, I e Q, cada umacom elementos entre 0 e 255.

Uso de blocos de 4 pixels para dividir proporcionalmente Ie Q.

Matrizes I e Q ficarao com 320 x 240 de resolucao.

Compactacao em fator de 2 (128 subtraıdo de cadamatriz).

Divisao das matrizes em blocos de 8 por 8 pixels.

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Conversao do RGB para YIQ.

Uso da luminancia e da crominancia oferecem uma melhorcompactacao.

Calculo da luminancia (Y) e da crominancia(I e Q), parao NTSC, conforme a figura 2.

Criacao de matrizes separadas para Y, I e Q, cada umacom elementos entre 0 e 255.

Uso de blocos de 4 pixels para dividir proporcionalmente Ie Q.

Matrizes I e Q ficarao com 320 x 240 de resolucao.

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Etapas

Conversao do RGB para YIQ.

Uso da luminancia e da crominancia oferecem uma melhorcompactacao.

Calculo da luminancia (Y) e da crominancia(I e Q), parao NTSC, conforme a figura 2.

Criacao de matrizes separadas para Y, I e Q, cada umacom elementos entre 0 e 255.

Uso de blocos de 4 pixels para dividir proporcionalmente Ie Q.

Matrizes I e Q ficarao com 320 x 240 de resolucao.

Compactacao em fator de 2 (128 subtraıdo de cadamatriz).

Divisao das matrizes em blocos de 8 por 8 pixels.

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Etapas

Figura 2: Formulas de conversao de RGB para YIQ.

[Tanenbaum 2003]

Figura 3: (a)Dados RGB de entrada. (b)Apos a preparacao de bloco

[Tanenbaum 2003]

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Etapas

Aplica-se a tranformacao discreta de co-seno a todos os7200 blocos.

Saıda de cada DCT e uma matriz de 8x8 de coeficientesDCT.

Elemento (0,0) e o valor medio do bloco.Outros elementos informam quanta potencia espectral estapresente em cada frequencia espacial.

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Etapas

Aplica-se a tranformacao discreta de co-seno a todos os7200 blocos.

Saıda de cada DCT e uma matriz de 8x8 de coeficientesDCT.Elemento (0,0) e o valor medio do bloco.

Outros elementos informam quanta potencia espectral estapresente em cada frequencia espacial.

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Etapas

Aplica-se a tranformacao discreta de co-seno a todos os7200 blocos.

Saıda de cada DCT e uma matriz de 8x8 de coeficientesDCT.Elemento (0,0) e o valor medio do bloco.Outros elementos informam quanta potencia espectral estapresente em cada frequencia espacial.

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Etapas

Objetivo

Descartas os coeficientes DCT menos importantes. Ha perdade informacao!

Dividir cada elemento cada coeficiente da matriz DCT 8 x8 por um peso obtido de uma tabela fornecida pelaaplicacao.

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Etapas

Figura 4: Calculo dos coeficientes DCT quantizados.

[Tanenbaum 2003]

Tabela de Quantizacao

Os valores da tabela de quantizacao nao fazem parte do padraoJPEG!

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Bibliografia

Etapas

Reduz o valor (0,0) de cada bloco pela diferenca entre elee o elemento correspondente no bloco anterior.

Componente (0,0) e chamado de AC e os outros DC.

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Etapas

Reduz o valor (0,0) de cada bloco pela diferenca entre elee o elemento correspondente no bloco anterior.

Componente (0,0) e chamado de AC e os outros DC.

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Bibliografia

Etapas da Codificacao Run-Length

Objetivo

Tornar linear todos os 64 elementos e aplicar codificacaorun-length a lista.

Varredura de bloco da esquerda para direita e depois decima para baixo nao concentra os zeros.

Uso de varredura em ziguezague.

Lista de numeros que representam a imagem.

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Etapas da Codificacao Run-Length

Objetivo

Tornar linear todos os 64 elementos e aplicar codificacaorun-length a lista.

Varredura de bloco da esquerda para direita e depois decima para baixo nao concentra os zeros.

Uso de varredura em ziguezague.

Lista de numeros que representam a imagem.

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Etapas

Figura 5: Ordem que os valores quantizados sao transmitidos.

[Tanenbaum 2003]

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Etapas

Codificacao de Huffman dos numeros para armazenamentoou transmissao.

Codigos mais curtos aos numeros comuns e mais longosaos numeros pouco comuns.

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Indice de Qualidade

Um grupo de especialistas entitulado Independent JPEGGroup criou um Indice de Qualidade (IQ) para classificaras imagens quanto a sua taxa de compressao e qualidadeda imagem, variando de 1 a 100.

Figura 6: Indice de qualidade x tamahno da imagem.

[Hu O. R. T. e Raunheitte, L T. M. 2000]

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Qualidade

Bibliografia

Indice de Qualidade

Figura 7: Imagem original BMP e JPEG com IQ = 100

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Indice de Qualidade

Figura 8: JPEG com IQ = 75 e 50

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Bibliografia

Indice de Qualidade

Figura 9: JPEG com IQ = 25 e 10

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Indice de Qualidade

Figura 10: JPEG com IQ = 5 e 1

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Quantizacao

QuantizacaoDiferencial

Codificacao RL

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Bibliografia

Bibliografia

Tanenbaum, A. (2003).Redes de Computadores.Campus. 4a edicao.

Pennenbacker, W. and Mitchell, J (2004).JPEG still image data compression standard.Disponıvel em:http://books.google.com.br/books?id=AepB PZ WMkC&printsec=frontcover&dq=jpeg+standard&cd=3#v=onepage&q=&f=falseacessado em: 21/03/01.

Willrich, R (2004).Sistemas multimıdia distribuıdos.Apostila do Curso de Pos Graduacao em Ciencia da Computacao.Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Hu, O. R. T. e Raunheitte, L. T. M. (2000).Padrao jpeg de compactacao de imagens.Revista Mackenzie de Engenharia e Computacao, Ano 1 - Numero 1.

Mello, C. G. (?).O padrao jpeg e o seu uso na transmissao de imagens adaptativas aoretardo na rede.