بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
الگوریتم فشرده سازی JPEG2000 بهینه بصورت موازی
چکیده - مشکالت پهنای باند وحجم زیاد تصاویر در نقل وانتقال مانند ارتباطات کامپیوتری، انتشار امواج تلویزیونی و غیره از دالیل رو آوردن متخصصان به مقوله فشرده سازی تصویر میباشد. بر این اساس، روشها و الگوریتمهای گوناگون و جدیدی در حال بوجود آمدن میباشد. استاندارد JPEG2000 نسخه جدید روش JPEG، یکی دیگر از استانداردهای جدید میباشد که بعلت امکانات و مزایایی همچون فشرده سازی بیشتر با افت یفیّتک کمتر بسیار جلب توجه نموده است.
در این مقاله تالش شده است تا روش فشرده سازی JPEG2000 بهینه شده مورد بررسی قرار گیرد. در ابتدای مقاله استاندارد JPEG2000 معرفی و تعریف شده است. سپس بلوک دیاگرام فشرده سازی JPEG2000 مورد بررسی قرار گرفته و سپس در بخش کدگذاری آنتروپی روشهای بهینه ارائه میشود.
کلید واژه- فشرده سازی تصویر،پهنایباند، MPEG، JPEG، JPEG2000
-1 مقدمه
در جهان امروز نقش ویدئو در صحنههای تکنولوژی اطالعات انکار ناپذیر است. امروزه ویدئو در کاربردهایی نظیر تبلیغات فرهنگی ماهوارهای، آموزش از راه دور، کنفرانس ویدئویی وغیره نقش بسزایی دارد. از آنجایی که تصاویر ویدئویی حجم زیادی از اطالعات را دارا میباشند، لذا در طول این دوران متخصصان همیشه سعی کردهاند حجم اطالعات ویدئویی را با حداقل افت یفیّتک، کاهش دهند.
تاکنون استانداردهای گوناگونی درزمینۀ فشرده سازی ویدئویی ارائه شدهاند. از جمله MPEG که مجموعهای از استانداردهای فشرده سازی صدا و تصویر میباشد که توسط کمیته ISO به ثبت رسیده است و همچنین استانداردهایی که توسط کمیتۀ ITU-T ارائه شدهاند مثل H263، H261 و... این استانداردها حجم اطالعات را به میزان قابل مالحظهای کاهش دادهاند. با وجود این هنوز میتوان حجم دادهای تصاویر را کاهش داد و این مسئله را استاندارد JPEG2000 به اثبات رسانده است. از جمله کارهای انجام شده در این زمینه میتوان به روش وانگ و همکاران در سال 2002 اشاره نمود که یک روش فشرده سازی تصویر مبتنی بر JPEG2000 ارائه کردند که با استفاده از روش ناحیه مورد عالقه ROI، سعی بر کاهش حجم تصاویر دارد.[1] از جمله طرحهای معروف دیگر میتوان به روش یون و همکاران در سال 2011 یک الگوریتم فشرده سازی تصویر که با استفاده از تبدیل گسسته کسینوس و الگوریتم هش امن 1 ارائه کردند، آبوت و همکاران در سال 2012 یک راهحل برنامه نویسی منبع کانال مشترک بهینه برای طرح انتقال تصویر JPEG2000 بیسیم بیش از یک کانال را پیشنهاد کردند، حسن و همکاران در سال 2012 یک معماری سختافزار انعطافپذیر از تجزیهی چندسطحی تبدیل موجک برنامههای کاربردی فشرده سازی در شبکه بیسیم ارائه کردند، روفی و همکاران در سال 2012 یک تکنیک فشرده سازی تصویر جدید بااتالف ارائه کردند که از تجزیهی مقدار منحصر به فرد و کاهش تفاوت موجک استفاده میکند، جیانگیوان و همکاران در سال 2012 یک تکنیک برای LogDet انحراف براساس متریک آموزش با رویکرد محدودیت سهگانه ارائه کردند که میتواند اندازهگیری فاصلهی mahalanobis را با دقت و کارآمد یاد بگیرد و باروفیو و همکاران در سال 2012 یک معماری کدینگ طراحی شده برای ویژگی-های محلی از ویدیوی استخراج شده، ارائه کردند که برای رسیدن به بهروری کدینگ باال، از هردو افزونگی مکانی و زمانی)موقتی( با استفاده از فریم داخلی و حالت های کدینگ فریم داخلی بهره برداری میکند، اشاره کرد.[2-7]
-2 استاندارد JPEG2000
استاندارد JPEG2000 یک روش فشرده سازی تصویر بر پایه-ی تبدیل موجک میباشد که برای جایگزینی استاندارد JPEG که بر پایهی تبدیل کسینوسی گسسته بود، در سال 2000 ارائه شد . این استاندارد فشرده سازی به دو صورت بااتالف و بدون اتالف انجام میشود.[8]
-1-2 فشرده سازی بی اتالف
در فشرده سازی بیاتالف اطالعات حفظ میشود و میزان کیفیت تصویر بینهایت است.
-2-2 فشرده سازی با اتالف
در فشرده سازی بااتالف بخشی از اطالعات از بین میرود ولی نرخ فشرده سازی بیشتری نسبت به حالت بدوناتالف ارائه می-دهد. بلوک دیاگرام فشرده سازی بااتالف JPEG2000 بصورت شکل 1 است.
-3-2 تبدیالت اولیه
در فشرده سازی بااتالف تبدیالت اولیه اختیاری است ولی برای داشتن یک فشرده سازی بهینه الزم است. در روش بااتالف تصویر تحت یک تبدیل رنگ بازگشت ناپذیر از فضای RGB به فضای YCbCr انتقال مییابند. که این تبدیل به صورت رابطه 1 میباشد.
و رابطه عکس ان به صورت رابطه 2 میباشد .
این تبدیل باعث کاهش PSNR میشود ولی در مقابل نرخ فشرده سازی را افزایش میدهد.
-3 تبدیل موجک
تبدیل موجک پیوسته به عنوان روشی جایگزین برای تبدیل فوریهی زمان کوتاه ارائه گردید و هدف آن، فائق آمدن بر مشکالت مربوط به رزلوشن در تبدیل فوریهی زمان کوتاه است.
-1-3 تبدیل موجک دوبعدی
در تبدیل موجک، تصویر پس از یک مرحله تبدیل، تبدیل موجک در مرحلهی بعدی بر روی زیر باند LL صورت میگیرد. زیرباند LL به عنوان زیر باند تقریب دارای بیشتر اطالعات موجود در تصویر است. همان گونه که در شکل 2 قابل مشاهده است زیر باندهای HL، LH و HH تنها اطالعات مربوط به جزئیات تصویر را در بر دارد.
شکل:2 تصویر تبدیل موجک دوبعدی
-4 کوانتیزاسیون
مرحلهی کوانتیزاسیون در فشرده سازی تصویر تنها در فشرده سازی بااتالف و کدگذار انجام میشود و در کدگشا قابل بازیابی
