Εγγραφή | Χάσατε τον κωδικό;

 
Μη απωλεστική συμπίεση αρχείων εικόνας

Αν και για την πλειοψηφία των περιπτώσεων, η συνήθης αποθήκευση των φωτογραφιών μας σε format JPEG (στη ρύθμιση μέγιστης ποιότητας) επαρκεί γα τις ανάγκες μας, υπάρχουν κάποιες φορές που κρίνουμε ότι πρέπει να αποθηκεύσουμε κάποιες φωτογραφίες χωρίς την παραμικρή απώλεια πληροφορίας.

Τέτοιες περιπτώσεις περιλαμβάνουν φωτογραφίες από μηχανές που κατά τη λήψη δεν εφαρμόζουν απωλεστική συμπίεση αλλά δίνουν π.χ. αρχεία RAW και θέλουμε να τις αποθηκεύσουμε στη μέγιστη δυνατή ποιότητα, ή φωτογραφίες που μετά από κάποια επεξεργασία θέλουμε να τις αποθηκεύσουμε με την προοπτική περαιτέρω επεξεργασίας. (Σε μια τέτοια περίπτωση διαδοχικές απωλεστικές συμπιέσεις JPEG θα επέφεραν αθροιστικά σημαντική μείωση ποιότητας).

Επειδή όπως εύκολα αντιλαμβανόμαστε η μη χρήση κάποιας μεθόδου συμπίεσης είναι τελείως αντιοικονομική, θα εξετάσουμε  format αποθήκευσης εικόνας που χρησιμοποιούν μη απωλεστικούς αλγόριθμους συμπίεσης.

Οι πιο διαδεδομένοι από αυτούς είναι:

  • RLE (Run Length Encoding): Χρησιμοποιείται από το Adobe Photoshop  και από αρκετά διαδεδομένα format αρχείων των Windows.

  • LZW (Lempel-Zif-Welch): Μέθοδος που χρησιμοποιείται στα format TIFF, PDF, GIF, και στα αρχεία της γλώσσας PostScript. Είναι πιο αποτελεσματική για τη συμπίεση εικόνων με μεγάλες περιοχές του ίδιου χρώματος.

  •  ZIP: Μέθοδος που χρησιμοποιείται στα format PDF and TIFF. Και αυτή είναι πιο αποτελεσματική για τη συμπίεση εικόνων με μεγάλες περιοχές του ίδιου χρώματος.

Θα επικεντρώσουμε την προσοχή μας σε ένα διαδεδομένο format αποθήκευσης το TIFF, το οποίο μας επιτρέπει την επιλογή του αλγόριθμου συμπίεσης που θα χρησιμοποιηθεί, στο format JPEG2000 που προσφέρει επίσης μη απωλεστική συμπίεση και σε μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή της θεωρίας των fractals στη συμπίεση αρχείων εικόνας, την συμπίεση Genuine Fractals Pro.

Στη συνέχεια θα εφαρμόσουμε τις παραπάνω μεθόδους αποθήκευσης σε τρεις φωτογραφίες ανάλυσης 6 MPixel και θα συγκρίνουμε τα μεγέθη των αρχείων που θα προκύψουν και άλλα ποιοτικά χαρακτηριστικά των μεθόδων.

Αποθήκευση σε αρχεία TIFF (Tagged Image File Format)

To Tiff είναι ένα ευέλικτο format αποθήκευσης αρχείων με κύριο χαρακτηριστικό την πλήρη συμβατότητα με όλες τις εφαρμογές σχεδίασης, επεξεργασίας εικόνας και σελιδοποίησης. Επίσης πρακτικά όλοι οι επιτραπέζιοι σαρωτές εικόνας (scanners) επιτρέπουν την αποθήκευση των εικόνων που σαρώνουν σε αυτή τη μορφή.

Ως προς τον αλγόριθμο συμπίεσης το TIFF (με αποθήκευση από το Photoshop) επιτρέπει την επιλογή μεταξύ μη χρήσης συμπίεσης, ή συμπίεση κατά ZIP, LZW και JPEG. (Επισημαίνεται ότι αν είναι επιθυμητή η συμβατότητα με άλλες εφαρμογές προβολής ή επεξεργασίας εικόνας, θα πρέπει να επιλέγεται συμπίεση LZW)

Άλλες δυνατότητες του format αυτού, που ξεφεύγουν από το πλαίσιο του παρόντος περιλαμβάνουν την αποθήκευση layers, ή πολλών αντιγράφων της εικόνας σε διαφορετικές αναλύσεις.

Για να έχουμε πρόσβαση στις εξειδικευμένες επιλογές αποθήκευσης για το TIFF από το Adobe Photoshop 6 θα πρέπει να επιλέξουμε το "Enable advanced TIFF save options" στο τμήμα "Saving Files", (Μενού Edit, Preferences)

Αποθήκευση με συμπίεση Genuine Fractals. .

Πρόκειται για μια μέθοδο που αναλύει ένα αρχείο εικόνας  με μεθόδους που βασίζονται στη θεωρία των fractals, και αντικαθιστά τα pixels με μια μαθηματική δομή.
Στη συνέχεια η επεξεργασία αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευση της εικόνας μη απωλεστικά με λόγους συμπίεσης το λιγότερο 2:1 και μέχρι 10:1 ή απωλεστικά με λόγους συμπίεσης το λιγότερο 5:1 και μέχρι 30:1 καθώς και για τη μεγέθυνση ή τη σμίκρυνση της εικόνας με πολύ καλά αποτελέσματα.
Είναι διαθέσιμη σε μορφή plugin για το Adobe Photoshop  και συμβατές εφαρμογές καθώς και σαν ανεξάρτητη εφαρμογή.

Αποθήκευση με συμπίεση JPEG2000

Είναι ένας νέος αλγόριθμος συμπίεσης εικόνας, που οι προδιαγραφές του αποτελούν πρότυπο του  International  Standards Organization (ISO). Σχεδιάστηκε με στόχο να προσφέρει καλύτερη σχέση ποιότητας / οικονομίας χώρου, σε σχέση με το πρότυπο JPEG, αλλά και τη δυνατότητα μη απωλεστικής συμπίεσης, Αυτή η δυνατότητά του είναι που θα μελετηθεί εδώ. Τα αρχεία που παράγονται έχουν κατάληξη .jp2. Υπάρχουν διαθέσιμα Plugin διαφόρων εταιριών για τις πιο γνωστές εφαρμογές προβολής και επεξεργασίας εικόνας:.
Pegasus

Leadtools
Luratech

Το Test
Επέλεξα 3 φωτογραφίες  με διαφορετική θεματολογία, χρωματική ποικιλομορφία και λεπτομέρεια περιεχομένου:

 

Παιδιά

Τοπίο

Λουλούδια

Όλες έχουν ανάλυση 2832x2128 δηλαδή 6 ΜPixel με 8 bit ανά κανάλι χρώματος ανά pixel.

Στο Adobe Photoshop έκανα τις μετατροπές σε ΤIFF χωρίς συμπίεση, ΤIFF με συμπίεση LZW, ΤIFF με συμπίεση ZIP, και Genuine Fractals με επιλογή μη απωλεστικής συμπίεσης, σε JPEG2000 καθώς και σε JPEG με τη ρύθμιση για μέγιστη ποιότητα και σε Genuine Fractals με ρύθμιση απωλεστικής συμπίεσης  για να υπάρχει ένα μέτρο της οικονομίας χώρου που προσφέρει η απωλεστική συμπίεση.

Τα αποτελέσματα συνοψίζονται στον παρακάτω πίνακα, σε ΚΒ,.

 

TIFF χωρίς συμπίεση TIFF/LZW TIFF/ZIP GF μη απωλεστική

JPEG2000 μη απωλεστική

JPEG

GF απωλεστική

Παιδιά

17678

9771

55,3%

8874

50,2%

7348

41,6%

6805 38,5%

3804

21,5%

2263

12,8%

Τοπίο

17678

10767

60,9%

9741

55,1%

7797

44,1%

7205 40,8%

4171

23,6%

2889

16,3%

Λουλούδια

17678

8787

49,7%

8039

45,5%

6719

38,0%

6133 34,7%

3417

19,3%

1758

9,9%

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

Μέσος Όρος

17678

9775

55,3%

8884

50,3%

7288

41,2%

6714 38%

3797

21,5%

2303

13,0%

Τυπική Απόκλιση

 

 

0,056

 

0,048

 

0,031

  0,031

 

0,021

 

0,032

 

και στο αντίστοιχο ραβδογράφημα:
 


 

Ας αρχίσουμε με την παρατήρηση ότι το μέγεθος των ασυμπίεστων TIFF αρχείων συμφωνεί με τη θεωρία:

Είναι 2832x2128x24bit = 144635904 bit ή 17665 ΚB περίπου.

Ως προς τα ποσοστά συμπίεσης τώρα, βλέπουμε ότι ο συνδυασμός TIFF/LZW μας έδωσε ένα μέσο ποσοστό 55,3% ενώ το TIFF/ZIP με 50,3% απέδωσε 9% περίπου καλύτερα. Ακόμα καλύτερα ήταν όμως τα αποτελέσματα της μη απωλεστικής συμπίεσης με τη μέθοδο Genuine Fractals. Έδωσε μέσο ποσοστό συμπίεσης 41,2%, κατά 18% περίπου καλύτερο από τη προηγούμενη  μέθοδο. Ενδιαφέρον είναι ακόμη το γεγονός ότι αυτή η μέθοδος παρουσίασε τη μικρότερη τυπική απόκλιση μεταξύ των επιμέρους ποσοστών συμπίεσης, αν και με τόσο μικρό δείγμα δεν μπορούμε να βγάλουμε ασφαλές συμπέρασμα για αυτό. Τέλος η συμπίεση JPEG2000 έδωσε τα απολύτως καλύτερα αποτελέσματα, με ένα μέσο ποσοστό συμπίεσης 38% δηλαδή μια βελτίωση της τάξης του 8% από την προηγούμενη μέθοδο.Η διαφορά πάντως σε απόλυτες τιμές ίσως είναι στα όρια του στατιστικού λάθους αν λάβουμε υπόψη το μικρό μέγεθος του δείγματος.
Το ποσοστό συμπίεσης που παρατηρήθηκε, επιβεβαιώνει το θεωρητικό λόγο συμπίεσης που αναφέρεται για τη μέθοδο, 1:2,5 ή  40%. Και εδώ σημειώθηκε το ίδιο μικρή τυπική απόκλιση.

Τα αποτελέσματα των απωλεστικών μεθόδων μας επιβεβαιώνουν τη μεγάλη οικονομία χώρου που προσφέρουν.

Για μια ποιοτική ανάλυση τώρα των αποτελεσμάτων, ισχύουν τα ακόλουθα:

  • Ο χρόνος που χρειάστηκε το Photoshop για την αποθήκευση με τις δύο πρώτες μεθόδους, σε ένα (γρήγορο) PC ήταν κατ’ εκτίμηση ίδιος και πρακτικά αμελητέος. Αντίθετα ο χρόνος για τη συμπίεση (και το άνοιγμα των αρχείων) με τη μέθοδο Genuine Fractals ήταν σχετικά μεγαλύτερος, όπως και για τη συμπίεση JPEG200.

  • Επίσης, σε σχέση με τη συμβατότητα με άλλες εφαρμογές, παρατηρήθηκαν τα εξής:
    Το Adobe Photoshop προειδοποιεί κατά την αποθήκευση σε Tiff ότι τη μέγιστη συμβατότητα εξασφαλίζει ο αλγόριθμος LZW. Στο παράδειγμά μας τα αρχεία Tiff/ZIP δεν άνοιγαν από τις βοηθητικές εφαρμογές εικόνας του λειτουργικού συστήματος Windows XP Professional ούτε από την εφαρμογή επεξεργασίας εικόνας Paint Shop Pro 7, άνοιξαν όμως από την εφαρμογή προβολής αρχείων εικόνας IrfanView.
    Όπως ήταν αναμενόμενο, τα συμπιεσμένα κατά Genuine Fractals αρχεία ανοίγουν μόνο από εφαρμογές συμβατές με το μοντέλο plugin του Photoshop και εφόσον έχει εγκατασταθεί το plugin Genuine Fractals, ή η αντίστοιχη ανεξάρτητη εφαρμογή.
    Τα αρχεία jp2 ανοίγουν και αυτά μόνο από εφαρμογές στις οποίες έχει εγκατασταθεί σχετικό plugin. Τέτοια plugin διατίθενται για τα Adobe Photoshop, Paint Shop Pro, IrfanView και άλλες εφαρμογές.

Για μια τελική αποτίμηση των μεθόδων που εξετάστηκαν, είναι φανερό πως οι μέθοδοι συμπίεσης που έχουν βασιστεί σε νεότερες τεχνολογίες δίνουν καλύτερα αποτελέσματα. Για μη απωλεστική συμπίεση, όταν το σημαντικότερο κριτήριο είναι η εξοικονόμηση χώρου, η προτιμότερη λύση, με μικρή διαφορά, είναι η συμπίεση JPEG2000. Εάν κρίνεται βαρύνουσας σημασίας η εξαιρετική ποιότητα που δίνει η συμπίεση με fractals κατά τη μεγέθυνση και τη σμίκρυνση εικόνας, ίσως πρέπει να προτιμηθεί. Θα πρέπει όμως να συνυπολογιστεί το γεγονός πως είναι  λύσεις με επιπρόσθετο κόστος, μεγαλύτερες απαιτήσεις σε υπολογιστική ισχύ και εξαρτώμενες από συγκεκριμένο λογισμικό.


Συγγραφή και επιμέλεια : Γεώργιος Φουρνάρης (gf)
Ιούνιος 2003

Συζητήστε σχετικά με το ανωτέρω θέμα



Διαφημιστικός χώρος


Το DPGR στο Facebook

ΦωτοΓράφω
Μελαγχολικό Παγχνίδι
Aπό PanteleimonB

Πως να την πλησιάσεις...Πως να τολμήσεις να της ζητήσεις ένα παιχνίδι, διακόπτωντας τη σκέψη που την εχει μαρμαρώσει. Κρατά στα χέρια της το πιστόλι μα δε σημαδεύει. Ξερει ότι είναι άσκοπο. Ξέρει ότι το μόνο που έχει... Περισσότερα

Wallpapers
-
angel_f
9.1 (100.5 πόντοι / 11 ψήφοι)
Lights on
[Parallax]
9.2 (110.5 πόντοι / 12 ψήφοι)
Πρωινή ομίχλη
Ifanik
9.4 (198 πόντοι / 21 ψήφοι)
Περισσότερα...

Μεγάλοι Φωτογράφοι
Josef Koudelka
Εγώ δεν προσπαθώ να καταλάβω. Για μένα το πιο ωραίο πράγμα είναι να ξυπνάω, να βγαίνω έξω και να κοιτάζω. Το κάθε τι.

Φωτογραφικές ρήσεις
Εμείς οι φωτογράφοι ασχολούμαστε με πράγματα που εκλείπουν συνεχώς και όταν έχουν εκλείψει δεν υπάρχει κανένα κατασκεύασμα στη γη που μπορεί να τα κάνει να επιστρέψουν και πάλι. Δεν μπορούμε να εμφανίσουμε και να τυπώσουμε μια μνήμη.
- Henri Cartier – Bresson