Застосування різницевих колірних моделей із цілими і напівцілими коефіцієнтами для стиснення зображень у модифікованому графічному форматі JPEG

Abstract

Запропоновано спосіб та відповідні алгоритми зменшення розмірів стиснутих зображень та прискорення їх декодування в модифікованому форматі JPEG завдяки використанню замість колірної моделі YCbCr альтернативних різницевих колірних моделей як з цілими, так і з напівцілими коефіцієнтами. Із застосуванням запропонованих різницевих колірних моделей зменшуються розміри файлів окремих стиснутих зображень внаслідок міжкомпонентної декореляції та прискорюється їх декодування з використанням операцій із цілими числами та операцій побітового зсуву замість операцій з дійсними чи масштабованими цілими числами. Основні висновки за результатами дослідження: 1. Не існує універсальної колірної моделі, яка дала б змогу оптимально виконати міжкомпонентну декореляцію для всіх типів зображень. Навіть для зображень одного типу оптимальними (в сенсі декореляції) можуть виявитися різні колірні моделі. 2. У графічних форматах для стиснення окремих зображень замість колірних моделей із дійсними коефіцієнтами доцільно використовувати різницеві колірні моделі з цілими чи напівцілими коефіцієнтами, якщо вони прогнозовано зменшують коефіцієнт стиснення. Такі колірні моделі в середньому прискорюють декодування на 3 %. 3. Для стиснення зображень без втрат варто застосовувати різницеві колірні моделі з цілими коефіцієнтами, а при компресії зображень із втратами – різницеві колірні моделі з напівцілими коефіцієнтами. 4. При стисненні зображень із втратами колірні моделі із напівцілими коефіцієнтами не збільшують діапазон можливих значень окремих компонентів та суттєво не впливають на якість зображень. Якщо потрібно мінімізувати RMSE, то несучу компоненту в різницевій колірній моделі варто сформувати з напівсуми компонентів. Коли ж необхідно максимально прискорити декодування, то несучу компоненту в різницевій колірній моделі доцільно сформувати з однієї зі вхідних компонентів

In the article a method and proper algorithms of reducing the size of compressed images and accelerating decoding in a modified JPEG format by using alternative difference color models with integer and half integer coefficients instead of the color model YCbCr are suggested. The use of the proposed difference color models reduces the size of each individual images due to intercomponent decorrelation and accelerates the decoding by using operations with integers and bitwise operations instead of operations with float numbers or scalable integers. Main findings of the study: 1. There is no universal color model that could allow to reach optimal decorrelation between components for all the types of images. Even for images of the same type, different color models may be optimal (in the sense of decorrelation). 2. In the graphic formats it is expedient to use discrete color models with integer or halfinteger coefficients for compression of individual images, instead of color models with valid coefficients, if they predict the decrease of compression coefficient. On average, such color models accelerate decoding by 3 %. 3. For the image compression without losses, it is worthwhile to use difference color models with integer coefficients, and for the image compression with losses, it is better to use discrete color models with half-integer coefficients. 4. While compressing images with loses, color models with half-integer do not increase the range of possible values of individual components and do not significantly affect the image quality. If you want to minimize RMSE, then carrying component in a difference color model should be formed from the half sum of other components. If it is necessary to accelerate decoding as much as possible, then it is expedient to form the carrying component in a difference color model from one of the input components.