Η μέθοδος συμπίεσης εικόνας συνδυάζει κλασικές τεχνικές για μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα και ευελιξία
Credit: Pixabay/CC0 Public Domain Στην έρευνά του, ο καθηγητής Marko Huhtanen από το Πανεπιστήμιο του Oulu, ο οποίος ειδικεύεται στα εφαρμοσμένα και υπολογιστικά μαθηματικά, εισάγει μια νέα μέθοδο για τη συμπίεση εικόνων. Αυτή η τεχνική συνδυάζει πολλές γνωστές μεθόδους συμπίεσης, αξιοποιώντας τα καλύτερα χαρακτηριστικά τους. Η μελέτη έχει δημοσιευθεί στο IEEE Signal Processing Letters. Το JPEG είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μορφή αρχείου στην ψηφιακή φωτογραφία και την αποθήκευση εικόνων. Πολλοί φωτογράφοι αποθηκεύουν επίσης εικόνες σε μορφή RAW, επιτρέποντας πιο ευέλικτη μετα-επεξεργασία. Ανάλογα με την εφαρμογή, το JPEG μπορεί να διατηρήσει μόνο το 10%-25% των πληροφοριών που είναι διαθέσιμες τη στιγμή της λήψης. Το αν οι χαμένες πληροφορίες είναι σημαντικές εξαρτάται από τον θεατή. Αυτό είναι ένα παγκόσμιο ζήτημα στον ψηφιακό κόσμο—που επηρεάζει όλους όσους λαμβάνουν και στέλνουν αρχεία εικόνας. Η μετατροπή μιας εικόνας σε μεταδιδόμενη μορφή είναι σχετικά απλή. “Δεν βλέπουμε μια τέλεια εικόνα γιατί ο όγκος των πληροφοριών είναι άπειρος. Επομένως, πρέπει να συμπιέσουμε και να διατηρήσουμε μόνο τα απαραίτητα, επαρκή δεδομένα. Αυτό γίνεται μαθηματικά με τρόπο που πρέπει επίσης να είναι αλγοριθμικά γρήγορος”, εξηγεί ο καθηγητής Huhtanen. Επανεξέταση της συμπίεσης Στη μέθοδο του Huhtanen, η εικόνα λειτουργεί οριζόντια και κατακόρυφα, μαθηματικά χρησιμοποιώντας διαγώνιους πίνακες, έτσι ώστε η προσέγγιση της εικόνας να δομείται στρώμα προς στρώμα. Η διαδικασία μοιάζει με μια απλοποιημένη έκδοση του παιχνιδιού αλλαγής του Berlekamp, αλλά σε συνεχή μορφή. “Η συμπίεση εικόνας είναι ένα θεμελιώδες πρόβλημα στην απεικόνιση – πώς να συσκευάσετε μια εικόνα στον μικρότερο δυνατό χώρο για γρήγορη μετάδοση και κοινή χρήση. Η αρχική εικόνα καταλαμβάνει πολύ χώρο στη μνήμη του υπολογιστή, επομένως στοχεύουμε να διατηρήσουμε μόνο το 10%-25% των πληροφοριών της εικόνας.” Η τρέχουσα τεχνολογία JPEG βασίζεται σε έναν αλγόριθμο που αναπτύχθηκε πριν από περίπου 50 χρόνια από τον Nazir Ahmed, Αμερικανό καθηγητή ηλεκτρολογίας και μηχανικής υπολογιστών. “Ήθελε να βασίσει τη συμπίεση στην ανάλυση κύριου στοιχείου (PCA), αλλά δεν μπορούσε να την εφαρμόσει αλγοριθμικά. Συμβιβάστηκε και δημιούργησε μια απλούστερη μέθοδο χρησιμοποιώντας τον διακριτό μετασχηματισμό συνημιτόνου (DCT). Έκανε αίτηση για χρηματοδότηση έρευνας, αλλά αυτή η πρόταση απορρίφθηκε επειδή η ιδέα θεωρήθηκε πολύ απλή για να είναι ενδιαφέρουσα”, είπε ο Huhtanen. Παρόλα αυτά, τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν και με την πάροδο του χρόνου, ο διακριτός μετασχηματισμός συνημιτόνου έγινε πρότυπο στη συμπίεση εικόνας. “Η επιστημονική δημοσίευση περιλαμβάνει πολλή τυχαιότητα και είναι δύσκολο να προβλεφθεί τι θα θεωρηθεί τελικά σημαντικό. Και, όπως σε αυτήν την περίπτωση, η σημασία είναι επίσης σχετική.” Σύγκριση προσεγγίσεων JPEG, DCT και PCA Ο στόχος της συμπίεσης είναι να απορρίψει όσο το δυνατόν περισσότερα δεδομένα εικόνας χωρίς το ανθρώπινο μάτι να παρατηρήσει καμία διαφορά μεταξύ της αρχικής και της συμπιεσμένης εικόνας. “Το JPEG είναι μια απλή τεχνική: η εικόνα χωρίζεται σε 64 μέρη και κάθε μέρος συμπιέζεται χρησιμοποιώντας τον διακριτό μετασχηματισμό συνημιτόνου. Μαθηματικά, δεν είναι πολύ ενδιαφέρον, αλλά στην πράξη, λειτουργεί εξαιρετικά. “Η αρχική ιδέα του Αχμέντ, το PCA, παραμερίστηκε στη συμπίεση εικόνας. Θεωρήθηκε πολύ εντάσεως εργασίας και άκαμπτο για να αναπτυχθεί περαιτέρω. Αυτές οι δύο προσεγγίσεις έχουν ζήσει χωριστές ζωές. Στην έρευνά μου, κατάφερα να αφαιρέσω αυτή την ακαμψία, επιτρέποντας να αναμειχθούν οι ιδέες και να χρησιμοποιηθούν οι καλύτερες πτυχές και των δύο. Με άλλα λόγια, το DCT και το PCA δεν είναι αλγοριθμικά απομονωμένα μεταξύ τους”, είπε ο Huhtanen. Ο Huhtanen δεν εικάζει σχετικά με τη δυνατότητα εφαρμογής ή τη διάδοση των ιδεών του, αλλά σημειώνει ότι έχει λύσει ένα πρόβλημα που δεν έχει σημειώσει μεγάλη πρόοδο εδώ και πολύ καιρό. Έχει αναπτυχθεί μια ευρεία οικογένεια αλγορίθμων, με τον PCA να είναι μόνο μια ειδική περίπτωση που παραμένει η καλύτερη εφαρμογή. σημαίνει PCA στη συμπίεση εικόνας “Ο ιστότοπος του Tim Bauman δείχνει πώς μια εικόνα γίνεται πιο καθαρή καθώς περιλαμβάνονται περισσότερες πληροφορίες; Σε κάποιο σημείο, το μάτι δεν αντιλαμβάνεται πλέον διαφορά, παρόλο που ο όγκος των πληροφοριών αυξάνεται. Αυτή είναι η τεχνική συμπίεσης που αρχικά οραματίστηκε ο Ahmed. Μπορεί να εφαρμοστεί με βάση τους αλγόριθμους που αναπτύχθηκαν στα τέλη της δεκαετίας του 1960.” Όσοι χρησιμοποίησαν φωτογραφία φιλμ θυμούνται τα αρνητικά. Χρησιμοποιώντας αυτήν την αναλογία, η συμπίεση ψηφιακής εικόνας μπορεί να θεωρηθεί ότι μετατρέπει μια εικόνα σε “αρνητικό”, από το οποίο εξάγονται τα απαραίτητα μέρη και μετατρέπονται σε ορατή εικόνα. Ο παραλήπτης λαμβάνει μια “αρνητική μορφή”, η οποία στη συνέχεια αποδίδεται σε μια ορατή μορφή ενέργειας. αργές συνδέσεις στο Διαδίκτυο και εικόνες ή ιστότοποι που παρακολουθείτε φορτώνονται σταδιακά στην οθόνη “Μεμονωμένα στοιχεία φτάνουν μέσω του καναλιού και η εικόνα γίνεται πιο ευκρινής καθώς η συμπίεση αποσυμπιέζεται. Εάν αυτό μπορεί να γίνει καλύτερα από ό,τι είναι σήμερα, η μεταφορά εικόνας επιταχύνεται και περισσότερες πληροφορίες μπορούν να μεταδοθούν. Μια ψηφιακή εικόνα αποτελείται από σειρές εικονοστοιχείων, οι οποίες είναι αριθμοί. Η έξυπνη μείωση της ποσότητας δεδομένων είναι ένα βασικό ζήτημα”, είπε ο Huhtanen. Η μέθοδος του Huhtanen επιτρέπει τη συμπίεση εικόνων σε μικρότερο όγκο δεδομένων, εξοικονομώντας χώρο αποθήκευσης και επιταχύνοντας τη μετάδοση. Ο υπολογισμός γίνεται ταχύτερος και ελαφρύτερος και η μέθοδος είναι κατάλληλη για παράλληλη επεξεργασία δεδομένων. Οι εικόνες μπορούν να δημιουργηθούν σε στάδια. Marko Huhtanen, Switching Games for Image Compression, IEEE Signal Processing Letters (2025 DOI: 10.1109/lsp.2025.3543744) Παρέχεται από το University of Oulu Αναφορά: Η μέθοδος συμπίεσης εικόνας συνδυάζει κλασικές τεχνικές για μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα (21 Νοεμβρίου 2025) 2025 από https://techxplore.com/news/2025-11-image-compression-method-combines-classic.html Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε δικαιώματα πνευματικής ιδιοκτησίας για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια.
Δημοσιεύτηκε: 2025-11-13 20:33:00
πηγή: techxplore.com
