ДИПЛОМНА РОБОТА

СТИСНЕННЯ ЗОБРАЖЕНЬ

ВСТУП

Кожен день величезна кількість інформації запам'ятовується, перетворюється і передається в цифровому вигляді. Фірми постачають через Інтернет своїх ділових партнерів, інвесторів і потенційних покупців річними звітами, каталогами та інформацією про товари. Введення і спостереження розпоряджень - дві основні електронні банківські операції - можуть виконуватися в комфортних умовах прямо зламу. Як частина урядової програми інформатизації в США сформовано повний каталог (а також засоби для його підтримки і зберігання) Бібліотекі Конгресу - найбільшої в світі бібліотеки, доступної по мережі Інтернет. Ось-ось стане реальністю складання персональної програми кабельного телебачення за замовленням користувачів. Відповідно значна частина переданих даних при цьому є по суті графічній або відеоінформацією, вимоги до пристроїв зберігання і засобів зв'язку стають величезними. Таким чином, значний практичний і комерційний інтерес набувають засоби стиснення даних для їх передачі або зберігання.

Стиснення зображень орієнтоване на рішення проблеми зменшення обсягу даних, необхідного для подання цифрового зображення. Основою такого процесу скорочення є видалення надлишкових даних. З математичної точки зору це рівнозначно перетворенню деякого двовимірного масиву даних в статистично некорильований масив. Таке перетворення стиснення застосовується до вихідного зображення перед тим як його зберегти або передати. Згодом стислий зображення розпаковується і відновлюється вихідне зображення або деяке його наближення.

Цікавість до проблеми стиснення зображень виник більше 35 років тому. З першу увагу дослідників було звернено до питань розробки аналогових методів скорочення смуги частот відеосигналу - підхід, названий стисненням смуги пропускання. Поява обчислювальної техніки і наступні розробки в області інтегральних мікросхем призвели до зсуву інтересу від аналогових методів до цифрових алгоритмам стиску. Прийняття відносно недавно декількох ключових міжнародних стандартів стиснення зображень наочно продемонструвало значне зростання даної області - від теоретичних розробок, розпочатих в 1940-х роках К. Шенноном та іншими вченими, які першими сформулювали імовірнісний підхід до інформації, її представленю, передачі і стиску, до практичного застосування цих теоретичних результатів.

В даний час стиснення зображень може розглядатися як «технологія розширення можливостей». На додаток до вище згаданих областях застосування, стиснення зображень є звичним методом підтримки зростаючого розширення сучасних пристроїв введення зображень, а також все зростаючої складності широкомовних телевізійних стандартів. Більш того, стиснення зображень відіграє істотну роль у багатьох різноманітних і важливих застосуваннях, таких як відеоконференції, дистанційне зондування (використання зображень, одержуваних із супутників, для прогнозу погоди і вивчення земних ресурсів), формування зображень документів, медичні зображення, факсимільна передача (факс), управління безпілотними літаючими апаратами у військових, космічних, або інших небезпечних областях. Коротше кажучи, спостерігається все зростаюче число областей, взаємопов'язаних з ефективною обробкою, запам'ятовуванням, зберіганням і передачею двійкових (бінарних), напівтонових чорно-білих і кольорових зображень.

У цьому розділі розглядаються теоретичні та практичні аспекти стиснення зображень. Розділи 1.1-1.3 є введенням і складають теоретичні основи даної дисципліни. В розділі 1.1 розглядається надмірність даних, яка може використовуватися алгоритмами стиснення зображень. У розділі 1.2 на базі моделі вводиться система понять, що використовуються в загальній процедурі стиснення-відновлення. У розділі 1.3 в деталях розглядаються основні поняття теорії інформації та їх роль у визначенні фундаментальних меж представлення інформації.

Розділи 1.4-1.6 присвячені практичній стороні питання стиснення зображень, включаючи як найважливіші використовувані методи, так і прийняті стандарти, які стимулювали розширення меж і сприяли визнанню даної дисципліни. Методи поділяються на дві великі категорії: методи стиснення без втрат і методи стиснення з втратами. Розділ 1.4 присвячений методам першої групи, які, зокрема, корисні при архівації зображень. Ці методи гарантують стиск і відновлення зображень без якого б то не було спотворення інформації. У розділі 1.5 описуються методи другої групи, що дозволяють досягти більш високого рівня обєднання даних, але не забезпечують абсолютно точного відтворення вихідного зображення. Стиснення зображень з втратами знаходить застосування в таких областях як широкомовне телебачення, відеоконференції і факсимільні передачі, в яких деяка кількість помилок є прийнятним компромісом, що дозволяє підвищити ступінь стиснення. Нарешті, розділ 1.6 присячений розгляду існуючих і пропонованих стандартів стиснення зображень.

ГЛАВА 1 ОСНОВНА ЧАСТИНА