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画像の圧縮符号化 画像の圧縮符号化 画像の圧縮符号化 画像の圧縮

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画像の圧縮符号化
画像の圧縮符号化
画像の符号化とは
画像の符号化とはーー圧縮の意義
皆さんの学籍番号の場合、
a603001
a603002
a603003
a603004
a603005
a603006
a603007
a603008
a603009
a603010
必要性
a603
001
002
003
004
005
006
007
008
009
010
圧縮できる
一文字1バイト、
10x7=70バイト
画像情報:2次元ないし3次元空間的な広がりと時間変化
データ量膨大
通信路、蓄積メディア(資源)はどうしても容量制限がある
転送スピード向上、限られたメディア
になるべく情報多めに蓄積したい
可能性
4+10x3=34バイト
画
像 処
もとの情報に冗長性がある
1
理
画
画像の圧縮符号化
像 処
2
理
画像の圧縮符号化
画像の符号化とは
画像の符号化とは
画像データ量の計算仕方
数えてみて
サイズ512 x 512のカラー画像一枚(1画素 x 3バイト)
画像のデータ量 =
(1画素のデータ量) x (横画素数) x (縦画素数)
512 x 512 x 3 = 786432バイト=768KB
TVディジタル放送は毎秒30枚(フレーム)
768 x 30 = 23040KB = 22.5MB
例えば、512 x 512グレー画像、各画素の諧調値1バイト
CDROM一枚700MBとすれば
画像のデータ量 =
1 x 512 x 512 = 256KB
700 / 18 ≒ 31秒
非圧縮の場合、1枚CDROMに31秒の動画しか蓄積できない!
画
像 処
3
理
画像の圧縮符号化
原画像
データ量大
像 処
画像の符号化とはーーなぜ圧縮できるか
圧縮
データ
データ量小
復号化
画像に冗長がある。 削減対象は空間的と時間的冗長度
15
空間的冗長
14
復号化
画像
データ量大
0
符号化によって原画像をより小さなデータに変換する。圧縮
されたデータは復号化によって画像に復元される。
完全に復元される場合:可逆型圧縮符号化
完全に復元されない場合:非可逆型圧縮符号化
画
像 処
4
理
画像の圧縮符号化
画像の符号化とはーー原理
符号化
画
理
まず、白い背景は何の情報も
伝えないから、冗長である。
さらに、0-1,1-0変化部が情報
を伝える、ほかは冗長…
5
時間的冗長
空間的(時間的)滑らかに変化(相関が高い)
画
像 処
理
6
1
画像の圧縮符号化
画像の圧縮符号化
画像の符号化法
ランレングス符号化
2値画像は黒画素と白画素から構成されている。
画像の圧縮符号化には、正反対要求:(1)できるだけ少ない
データに圧縮し、(2)できるだけ原画像に忠実な画像を復元。
(1) ラスタ走査順による符号化法:
2値画像に対するランレングス符号化法、ハフマン符号化法
画素の諧調値に対する予測差分を用いる予測符号化法
(2) ブロック分割による符号化法:原画像を4x4画素、8x8画素
などのブロックに分割後、各ブロックの特徴に着目して符号
化を行う。
例えば、FFT、離散コサイン変換(DCT)などの変換での圧縮
法:JPEG、MPEG符号化法
(3) 画像中の物体に着目する符号化法
(4) 出現確率を元にした統計的符号化法
(5) その他
画
像 処
ランレングス
2進数
4
100
1
1
2
10
8
1000
データの表現:
白,白,白,白,黒,白,白,白,黒,黒,白,白,白,白,白,白,白,白
白4,黒1,白3,黒2,白8
また、白の次必ず黒、黒の次は必ず白であるから
白4,1,3,2,8
白または黒の連続する画素列を白ラン、黒ランと呼ぶ。その長さ
に着目した符号化をランレングス符号化法。
7
理
3
11
画
画像の圧縮符号化
像 処
8
理
画像の圧縮符号化
ランレングス符号化
Wyleの符号化法:画像をラスタ走査順に調べて、ランレングス
を符号化する。しかしながらラン(run)の長さ、ランレングスで
ある
ランレングス符号化
4,1,3,2,8
256 X 256+ヘッダ
=65535B+ヘッダ
=65570B
を2進化し、
100,1,11,10,1000
画像の識別子、サイズ
などが含まれているもの
画像上一本の走査線
画
像 処
としてそのまま接続して
100111101000
としてしまうと、ランの区切りがわからなくなってしまう。
9
理
画像の圧縮符号化
画
像 処
理
10
画像の圧縮符号化
ランレングス符号化
ランレングス符号化
長さnのランレングスの場合、まず1を引き、n-1を2進数に直した
後、Wyle符号に当てはめる。
例えば、ランレングス3は、1を引いた2を2進数に直して10、
Wyle符号の0**の**に当てはめて010となる。
Wyle区切り記号:
ランレングス
符号
符号長
1~4
5~8
9~16
17~32
33~64
65~128
129~256
0**
10***
110***
1110****
11110*****
111110******
1111110*******
3
5
7
9
11
13
15
4、1、3、2、8のランレングスの符号化:
元のランレングスn: 4
1 3
2
8
n-1: 3
0
2
1
7
2進数: 11 00 10 01
111
Wyle符号: 011 000 010 001 10111
最終的な符号列:
01100001000110111
"*"の数(符号長)-2 = "1"の数
画
像 処
理
11
画
像 処
理
12
2
画像の圧縮符号化
画像の圧縮符号化
ランレングス符号化
ランレングス符号化
コンパイル
gcc -o rlcode rlcode.c
lsコマンドでファイル
wisdom.pgmとファイル
wisdom.wylのデータ量
を確認してください。
実行
./rlcode
入力ファイル:wisdom.pgm
出力ファイル:wisdom.wyl
テスト画像
(注意:*.wylは画像処理ツールで見えない!)
画
像 処
注意:圧縮率は画像に依存する
13
理
画像の圧縮符号化
1
像 処
理
14
ランレングス符号化
解説:
① 走査線ごとに符号化
② 処理後の各データをline_bufferへ
③ これから処理後のデータをline_bufferのどこへいれるか
gindexで指示
④ ランの長さの初期値は0ではない
⑤ 階調値はline_buffer[0]で表現され、line_buffer[1]から
ランだけを記憶
⑥ /と%の演算
⑦ バイトの作成
0
画
画像の圧縮符号化
ランレングス符号化
line_buffer 1
圧縮後のデータ量1386B
圧縮率:
1386/65535=2.1149%
原画像データ量
65570B
1
0
1
1
1
0
0
lsコマンドでファイル
complex.pgmとファイル
complex.wylのデータ量
を確認してください。
0
complex.pgm
データ量:
65570B
byte_data:10110111
画
像 処
理
圧縮後のデータ量1386B
圧縮率:
2276/65570=3.4711%
原画像256 x 256
15
注意:圧縮率は画像に依存する
雑 が 知 より白/黒の変化が多い
画
像 処
理
16
画像の圧縮符号化
ランレングス復号化法
コンパイル
gcc -o rldecode rldecode.c
実行
./rldecode
入力ファイル:圧縮の時作成されたwisdom.wyl
またはcomplex.wyl
出力ファイル:wisdomd.pgm
complexd.pgm
(原画像と区別できるような名前)
画
像 処
理
17
3
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