1.3 Анализ методов и международных рекомендаций по сжатию изображений

Главное направление развития различных систем связи, телевидения и информационно-измерительных систем различного назначения разработка и внедрение цифровых методов и устройств обработки преобразования и передачи сигналов. Однако использование таких методов приводит к необходимости многократного увеличения полосы занимаемых частот и соответственно уменьшения скорости передачи изображений. Эта проблема может быть решена путем разработки эффективных методов цифрового кодирования (сжатия) различных сигналов и прежде всего изображений [1-6].

Можно сказать, что интенсивное развитие методов и устройств сжатия различных видеоизображений стимулируется развитием цифровых сетей интегрального обслуживания ЦСИО (ISDN -Integrated Service Digital Network) и технологии "мультимедиа". Каждое из этих направлений обычно характеризуется своими особыми требованиями и в ряде случаев затруднительно использование разработанного кодека для других целей.

Следует отметить, что методы и устройства сжатия различных сигналов (в том числе и телевизионных) интенсивно развивалось с 70-х годов, но только в последнее время на базе новых электронных технологий достигнуты выдающиеся результаты.

Возможности сокращенного описания изображений обуславливаются в основном двумя факторами. Первый связан с ограничениями зрительного восприятия получателя, благодаря которым исходное изображение можно без ущерба для субъективного качества аппроксимировать другим, более простым, экономно описываемым изображением (первичное сжатие).

Второй опирается на избыточность цифрового представления изображений (даже после "первичного" сжатия). Последовательность дискретных величин, поступающих с выхода устройства первичного сжатия изображений, как правило, содержит остаточную избыточность которую можно уменьшить методами неравномерного (статистического, энтропийного) кодирования источников.

Первая группа методов сжатия основана на свойствах изображения и динамики его изменения от кадра к кадру. Его применение ведет часто к неизбежным потерям информации и ухудшению качества изображения. Этот способ может быть реализован в виде как внутрикадрового кодирования, так и межкадрового кодирования: обычно берется сочетание этих процедур. Энтропийное (статистическое) кодирование обеспечивает сжатие за счет использования статистических свойств сигнала и в принципе не ведет к потерям информации.

Сегодня уже известно и разрабатывается значительное число методов сжатия телевизионных и других видеосигналов с учетом указанных факторов. К первой (первичной) группе методов сжатия следует отнести [4]:

- кодирование с предсказанием (например, видео-АДИКМ);

- линейное кодирование с преобразованием (обычно с использованием ортогональных рядов Фурье, Карунена-Лоэва, Адамара, Хартли, Гильберта, косинусного и др.);

- межкадровое кодирование, основанное на том, что большинство изображений незначительно изменяется от кадра к кадру;

- прореживание отсчетов (и кадров) с последующим их восстановлением путем интерполяции и (или) экстраполяции;

- кодирование с расчленением изображения на фрагменты;

- гибридное (комбинированное) внутри- и межкадровое кодирование, представляющее собой различные сочетания пере численных методов с преобразованием и некоторые другие;

Ко второй группе методов статистического сжатия следует отнести:

- использование статистических кодов, например кода Хаффмана и

его модификаций, кода Джелинека, арифметических кодов, Lempel-Ziv-Welch coding;

- векторного квантования и др. В современных устройствах сжатия видеоизображений обычно также применяют различные комбинации из первой и второй групп.

Некоторым особняком от этих двух названных групп методов сжатия изображения стоит так называемый фрактальный метод сжатия, которому в последнее время уделяется большое внимание [8]. Рассмотрим коротко основные методы и устройства сжатия видеоизображений, на которые уже имеются рекомендации (стандарты) или они находятся на конечной стадии разработки.

Сегодня существует несколько стандартов (рекомендаций) международных и европейских организаций и групп экспертов по различным видам услуг в области сжатого кодирования видеосигналов. Основные требования, предъявляемые к кодекам изображений: возможно более высокое сжатие без существенной потери качества изображения, удовлетворение требований международных стандартов и рекомендаций, относительно низкая стоимость.