9.1 JPEG 표준 9.2 JPEG 2000 표준 9.3 JPEG-LS 표준 9.4 이진 영상 압축 표준

2014-1 학기

멀티미디어공학 , ITC, 2004Fundamentals of Multimedia, Ze-Nian LI and Mark S. Drew, Prentice-Hall 1

9.1 JPEG 표준9.2 JPEG 2000 표준9.3 JPEG-LS 표준9.4 이진 영상 압축 표준

9 장 영상 압축 표준

9.1 JPEG 표준

2014-1 학기멀티미디어공학2

JPEG 은 “ Joint Photographic Experts Group” 에 의해 개발된 영상 압축 표준 . 그것은 1992 년에 국제 표준으로써 공식적으로 받아들여짐 .

JPEG 은 손실 영상 압축 (lossy image compression) 방식 . 그것은 DCT (Discrete Cosine Transform) 변환 부호화 방식을 사용함 .

영상은 공간 영역에서 i 와 j( 또는 관습적으로 x 와 y) 의 함수임 .

2 차원 DCT 는 두 정수 u, v 에 의해 인덱스 된 공간 주파수 영역 (spatial frequency components) 에서 함수 F(u, v) 인 주파수 반응을 가져오기 위해 JPEG에서 한 단계로 사용됨 .

2

JPEG 영상 압축을 위한 관찰 결과


JPEG 에서 DCT 변환 부호화 방식의 효율성은 세 가지 주요 관찰 결과 (observations) 에 의존함 .

관찰결과 1 : 유용한 영상 내용은 영상 내에서 비교적 천천히 변한다 . 즉 , 작은 영역에서 ( 예를 들면 , 8×8 영상 블럭 내에서 ) 명암 값이 크게 여러 번 변화하는 것은 일반적이지 않다 .

그러므로 “공간 중복성 (spatial redundancy)” 이란 영상에서 많은 정보들이 반복된다는 것을 나타냄 .

3

JPEG 영상 압축을 위한 관찰결과 (계속 )


관찰결과 2 : 정신물리학적인 실험은 저주파수 성분보다 매우 높은 공간 주파수 성분이 손실을 훨씬 적게 인지한다는 것을 제시한다 .

높은 공간 주파수 내용을 크게 줄임으로써 공간 중복성을 줄일 수 있음 .

관찰결과 3 : 시각적인 예민함 ( 빽빽하게 일정한 간격이 유지된 선들을 구분하는데 있어서의 정확성 )은 칼라에서보다 명암 (“흑과 백”) 에서 훨씬 더 크다 .

색도 (chroma) 부표본화 (4:2:0) 는 JPEG 에서 사용됨 . 5.3.1 절 색차신호 부표본화 참고

4


그림 9.1: JPEG 부호화기 블럭도5

9.1.1 JPEG 영상 압축의 주 단계


RGB 를 YIQ 또는 YUV 로 변환하고 색을 부표본화

영상 블럭별로 DCT 수행

양자화 (quantization)

지그재그 (zigzag) 순서로 정렬하고 , 런 - 길이 (run-length) 부호화를 수행

엔트로피 (entropy) 부호화를 수행 lossless data compression(Huffman coding or Arithmetic coding)

6

영상 블럭별 DCT


각 영상은 8×8 블록들로 나뉘어짐 . 2 차원 DCT 는 각 블럭 영상 f(i, j) 에 적용되고 , 각 블록은 DCT 계수 F(u, v) 를 출력으로 가짐 .

그러나 , 블럭들을 사용하는 것은 그것에 인접해 있는 배경으로부터 각 블럭을 분리시키는 효과를 가짐 . 이것은 사용자가 높은 압축율 (compression ratio)을 지정할 때 JPEG 영상이 고르지 못한 (“블럭화가 나타나는”) 것처럼 보이는 이유임 .

7

• F(u, v) 는 DCT 계수를 나타내고 , Q(u, v) 는 “양자화 행렬 (quantization matrix)”이고 , (u, v) 는 JPEG 이 연속되는 엔트로피 부호화에서 사용할 양자화된 DCT 계수를 나타냄 .

– 양자화 단계는 JPEG 압축에서 손실의 주 원천 .

– Q(u, v) 의 값들은 아래편 모서리로 갈수록 더 큰 값을 가지려는 경향이 있음 . 이것은 더 높은 공간 주파수에서 더 많은 손실을 가지도록 하는 것을 목표로 함 .- 관찰결과 1 과 2 에 의해 뒷받침된 실행 .

– 표 9.1 과 9.2 에 보이는 Q(u, v) 의 기본값은 JPEG 영상에서 인지할 수 있는 손실을 최소화하는 반면 압축율의 최대화를 목표로 한 , 정신 물리학적인 연구들로부터 나왔음 .

양자화


F

8


표 9.1 휘도 양자화 표

표 9.2 색도 양자화 표

9


그림 9.2: 평탄한 영상 블럭을 위한 JPEG 압축10


그림 9.2( 계속 ): 평탄한 영상 블럭을 위한 JPEG 압축

11


그림 9.3: 질감이 있는 영상 블럭을 위한 JPEG 압축

12


그림 9.3( 계속 ): 질감이 있는 영상 블럭을 위한 JPEG 압축

13

AC 계수에서 런 - 길이 부호화(RLC)

RLC 는 (u, v) 값을 집합 { 뛰어넘을 0 의 수 , 다음 0 이 아닌 값 } 으로 변화시키는 것이 목적 .

0 들의 긴 런을 가장 잘 맞출 것 같게 만드는 것 : 지그재그 주사 (zigzag scan) 는 8×8 행렬 (u, v) 를 64 벡터로 변화시킴 .

그림 9.4: JPEG 에서 지그재그 주사

F

F

14

DC 계수에 대한 DPCM


DC 계수는 AC 계수들로부터 분리하여 부호화됨 . 차분 펄스 부호 변조 (DPCM: Differential Pulse Code Modulation) 는 부호화 방법임 .

만약 첫 다섯 영상 블럭들의 DC 계수를 150, 155,

149, 152, 144 로 두고 , di = DCi+1 – DCi 이고 d0 =

DC0 라고 가정하면 , DPCM 은 150, 5, -6, 3, -8 을

생성할 것임 .

15

엔트로피 부호화가능한 더욱 많이 압축하기 위하여 DC 와 AC 계수는

마지막으로 엔트로피 부호화 단계를 거침 .예제로써 DC 의 사용 : DPCM 으로 부호화된 각 DC

계수는 한 쌍의 심볼 (SIZE, AMPLITUDE) 로 표현되는데 , 여기서 SIZE 는 계수를 표현하는데 얼마나 많은 비트들이 필요한지를 나타내고 AMPLITUDE 는 실제 비트율을 포함함 .

우리가 사용하는 예에서 코드 150, 5, -6, 3, -8 은 아래와 같이 변경될 것임 .

더 적은 SIZE 들이 훨씬 더 자주 일어나므로 SIZE는 허프만 부호화됨 . AMPLITUDE 는 허프만 부호화되지 않음 . 그것의 값이 광범위하게 변할 수 있기 때문에 , 허프만 부호화는 상당한 이득을 갖지 못함 .



표 9.3 기준 엔트로피 부호화 세부사항 – 크기 카테고리

17

9.1.2 흔히 사용되는 네 가지 JPEG 모드


순차 모드 (sequential mode) – 지금까지의 토의에서 함축적으로 가정한 기본 JPEG 모드 . 각 회색도 영상 또는 칼라 영상 성분은 왼쪽에서 오른쪽 , 위에서 아래로의 주사로 단 한번에 부호화됨 .Motion JPEG 비디오 코덱은 Baseline

Sequential JPEG 사용

점진적 모드 (progressive mode)

계층적 모드 (hierarchical mode)

무손실 모드 (lossless mode) – 7 장에서 논의한 것과 같이 , JPEG-LS 로 대치됨 .(9.3 절을 참조 )

18

점진적 모드

1. 스펙트럼 선택 : 이 방식은 DCT 계수의 “스펙트럼”(공간주파수 스펙트럼 ) 특성을 이용 . 더 높은 AC 성분들은 단지 세부적인 정보만을 제공 .

주사 1 : DC 와 처음의 몇몇 AC 성분들을 부호화함 . 예 ) AC1, AC2.

주사 2 : 약간의 더 많은 AC 성분들을 부호화함 . 예 ) AC3, AC4, AC5

주사 k : 나머지 몇 개의 AC 들을 부호화함 . 예 ) AC61, AC62, AC63

.

:


점진적 JPEG 은 영상의 낮은 화질의 버전을 빠르게 전달하고 뒤이어 높은 화질을 전달함 .- 웹브라우저에서 폭넓게 지원

19

점진적 모드 ( 계속 )

.

:


2. 연속적인 근사 : 점진적으로 스펙트럼 영역을 부호화하는 대신에 , 모든 DCT 계수들이 동시에 부호화됨 . 그러나 처음에는 그들의 가장 중요한 비트들 (MSBs) 를 가지고 부호화됨 .

주사 1 : 처음의 몇몇 MSB 들을 부호화함 . 예 ) 비트 7, 6, 5, 4

주사 2 : 약간 덜 중요한 비트들을 부호화함 . 예 ) 비트 3

주사 m : 가장 덜 중요한 비트 (LSB), 비트 0 을 부호화함 .

20

계층적 모드


가장 낮은 해상도에서 부호화된 영상은 기본적으로 압축된 저역 - 통과 필터처리된 영상임 . 이에 반해 연속적으로 더 높은 해상도에서의 영상은 추가적인 세부사항 ( 더 낮은 해상도 영상과의 차이 ) 들을 제공함 .

점진적 JPEG 과 유사하게 , 계층적 JPEG 영상들은 점진적으로 화질이 개선되는 다중 전송 형식으로 전달될 수 있음 .

21


그림 9.5: 계층적 JPEG 블럭도

22

~

f


3-레벨 계층 JPEG 부호화기

1. 영상 해상도 축소 :각 차원에서 f2( 예 , 256×256) 을 얻기 위해 2 의 인수로 입력 영상 f( 예 , 512×512) 의 해상도를 축소 . f4( 예 , 128×128) 을 얻을 때까지 이 과정을 반복 .

2. 저해상도 f4 를 압축 :f4 를 다른 JPEG 방식 ( 예 , 순차 , 점진적 ) 으로 F4 를 얻도록 부호화함 .

3. 차분영상 d2 를 압축 :(a) 4 를 얻기 위해 F4 를 복호화함 . 보간기법을 이용하여 4 를 f2 와 같은 해상도가 되게 확대 . 그것을 E( 4) 라 명함 .

(b) 차분 d2 = f2 – E( 4) 를 다른 JPEG 방식 ( 예 , 순차 , 점진적 )으로 부호화하여 D2 를 생성 .

4. 차분영상 d1 을 압축 :(a) 2 을 얻기 위해 D2 를 복호화함 ; 그것을 E( 4) 에 더하여 2 = E( 4) + 2 를 구함 . 2 는 f2 의 압축 및 신장 후의 버전임 .

(b) 차분 d1 = f – E( 2) 를 다른 JPEG 방식 ( 예 , 순차 , 점진적 )으로 부호화하여 D1 을 생성 .

~

f

~

d

~

d ~

f

~

f~

f~

f

~

f

~

f

~

f

~

f

23


3-레벨 계층 JPEG 복호화기

1. 부호화된 저해상도 영상 F4 를 복호화 :

- 부호화기에서와 똑같은 JPEG 방식을 이용하여 F4 를 복호화하여 4 를 구함 .

2. 중간단계 해상도에서 영상 2 를 재구성 :

- 2 를 얻기 위해 E( 4) + 2 를 이용함 .

3. 원 해상도에서 영상 를 재구성 :

- 를 얻기 위해 E( 2) + 1 을 이용함 .

~

f

~

f

~

f~

f~

d

~

f

~

f~

f~

d

24

9.1.3 JPEG 비트스트림에 관한 일견


그림 9.6: JPEG 비트스트림

- 프레임은 영상- 주사는 화소를 거쳐 읽어나가는 것- 세그먼트는 블록의 그룹- 블록은 8x8 화소로 구성

25

JPEG 헤더 정보의 예


프레임 헤더화소당 비트수영상의 넓이 , 높이성분의 수각 성분을 위한 고유 ID각 성분을 위한 수직 /수평 샘플링 인수각 성분을 위해 사용할 양자화 표

주사헤더 (Scan header)주사하는 성분의 수각 성분을 위한 성분 ID각 성분을 위한 허프만 /산술 부호화 표

26

9.2 JPEG2000 표준


디자인 목표 :

더 나은 율 - 왜곡의 균형과 향상된 주관적 영상 화질 제공

현재 JPEG 표준에서 부족한 추가적인 기능들을 제공

JPEG2000 표준은 다음의 문제들을 해결하고자 함 .

무손실 및 손실 압축 : 현재까지 어떤 표준도 단일 비트스트림에서 보다 뛰어난 무손실 압축과 손실 압축을 제공할 수 없음 .

27


낮은 비트율 압축 : 현재 JPEG 표준은 중간 혹은 높은 비트율에서 훌륭한 율 -왜곡 성능을 제공함 . 이 문제는 우리가 웹을 인식하는 손목시계 등과 같은 웹 기반의 유비쿼터스 장치에서 영상을 받고자 한다면 중요함 .

큰 영상 : 새로운 표준은 타일링을 하지 않고 64K×64K보다 더 큰 영상 해상도를 지원할 것임 . 그것은 영상 크기가 232-1 에 이르기까지 처리할 수 있음 .

단일 신장 구조 : 현재 JPEG 표준은 특정한 응용에서만 사용되고 대부분의 JPEG 복호화기에서 사용되지 않는 44 가지 모드를 갖고 있음 .

28


잡음이 있는 환경에서의 전송 : 새로운 표준은 무선 네트워크와 인터넷과 같은 잡음이 있는 환경에서 전송을 위한 향상된 오류 복원력을 제공할 것임 .

점진적 전송 : 새로운 표준은 낮은 비트율에서부터 높은 비트율까지 끊김이 없는 화질과 해상도의 스케일러빌러티를 제공함 . 목표 비트율과 재생 해상도는 압축시에는 알 필요가 없음 .

관심 영역 부호화 : 새로운 표준은 영상의 나머지 부분보다 더 나은 화질로 부호화 될 수 있는 관심 영역 (ROI: Regions of Interest) 지정을 허용함 . 예를 들면 , 발표하고 있는 사람의 얼굴을 주위의 가구보다 더 나은 화질로 부호화하고 싶어할 때 사용 .

29


컴퓨터를 통해 생성된 영상 : 현재 JPEG 표준은 자연 영상을 위해 최적화되고 컴퓨터를 통해 생성된 영상에 대해서는 잘 수행되지 않음 .

합성 문서 : 새로운 표준은 파일의 부분으로서 부가적인 영상이 아닌 데이터를 통합시키기 위해 메타데이터 매커니즘을 제공함 . 하나의 중요한 예로써 , 영상과 함께 문서를 포함하기 위해서 유용할 것임 .

게다가 , JPEG2000 은 256 개의 정보 채널까지 다룰 수 있음 . 이에 반해 현재 JPEG 표준은 오직 세 칼라 채널만을 다룰 수 있음 .

30

JPEG2000 영상 압축의 특성웨이블릿 변환 (wavelet transform) 에 의해 생성된

각 서브밴드 LL, LH, HL, HH 를 “코드 블럭 (code blocks)”이라 불리는 작은 블럭들로 분할하는 최적화된 절단을 갖는 내장형 블럭 부호화 (EBCOT)알고리즘을 사용 .

독립적이고 스케일러블한 비트스트림이 각 코드 블럭을 위해 생성 . ⇒ 향상된 오류 복원력 .


그림 9.7: EBCOT 코드 블럭 구조

31

JPEG2000 영상 압축의 주요 단계


블럭 부호화와 비트스트림 생성

압축 후 율 왜곡 (PCRD: post compression rate distortion) 최적화

계층 구성 및 표현

32

블럭 부호화와 비트스트림 생성


1. 비트 평면 부호화 (bitplane coding)

2. 단편적 비트 평면 부호화 (fractional bitplane coding)

33


1. 비트 평면 부호화

• 균일한 데드 존 양자화기는 더 작은 간격의 크기를 계속적으로 사용함 . 한번에 한 비트 평면의 각 블럭을 부호화 하는 것과 같음 .

그림 9.8: 데드 존을 갖는 양자화기 . 데드 존의 길이는 2 . 데드 존 안에 있는 값은 0 으로 양자화 됨 .

34


• 더욱이 블럭들은 16×16 서브 - 블럭의 중요성으로 나눔 .

• 가 비트평면 P에서 서브 - 블럭 의 중요성이라 한다면 서브 - 블럭의 중요성은 중요성 맵 에서 부호화됨 .

• 쿼드 - 트리 (quad-tree) 구조는 한번에 한 레벨씩 서브 - 블록의 중요성을 식별함 .

• 트리 구조는 단말 노드 ( 즉 , ) 를 가진 서브 - 블럭들을 식별함으로써 만들어짐 . 더 높은 레벨들은 재귀 방식 (recursion) 을 통해 만들어짐 :

jBiP jBi

P

.0,21}1,0{ 2 TtzjBjB t

iz

ti

jBjB ii 0

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기본 비트 평면 부호화

• 영 부호화 (zero coding): 아직 중요하지 않은 각 비트 평면에서 계수들을 부호화 함 .

– 수평 :

– 수직 :

– 대각선 :

산술 부호화에 기반하여 내용을 사용하는 기본 4가지의 다른 부호화 방식을 사용 .

.20,, 21}1,1{ khwithkzkkh iizi

.20,, 21}1,1{ kvwithzkkkv iizi

.40,, 2211}1,1{, 21 kdwithzkzkkd iizzi

36


표 9.4 기본 영 부호화를 위한 내용 할당

37


런 - 길이 부호화 (run-length coding): 1- 비트 중요성 값의 런을 부호화 함 . 4 가지 조건은 충족되어야 함 :

4개의 연속적인 샘플이 중요하지 않아야 함 .

샘플들은 중요하지 않은 이웃들을 가져야 함 .

샘플들은 같은 서브 - 블럭 안에 있어야 함 .

첫 번째 샘플의 수평 인덱스 k1 은 짝수여야 함 .

38

코드 부호화 : 계수들이 중요하지 않은 것에서 중요한 것으로 변할 때 많아야 한 번 연상시킴 .

부호 비트 는 인접한 샘플로부터 실질적인 의존 상태를 포함 .

의 조건 분배가 의 그것과 같다고 가정 .

만약 양쪽 수평 이웃들이 중요하지 않으면 가 0 이 되고 , 만약 적어도 하나의 수평 이웃이 양수이면 가 1 이 되고 , 만약 적어도 하나의 수평 이웃이 음수이면 가 -1 이 됨 .

수직 이웃을 위해 도 비슷하게 정의 됨 .

만약 가 부호 예측이라면 , 적절한 내용을 사용하여 부호화된 이진 심볼은 임 .

kxkx ii

kvi khi khi khi

kxi

kxi

kxi

kxi

39

표 9.5 기본 부호 부호화를 위한 내용 할당


크기 개선 (magnitude refinement): 이 주어지면 의 값을 부호화 함 .

기본 크기 개선이 처음 에 적용된 후에 는 0 에서부터 1 로 변하게 됨 .

만약 , 이면 는 내용 0 으로 , 만약

이고 이면 는 내용 1 로 , 만약

이면 는 내용 2 로 부호화됨 .

12 pi kv

kv pi

ksi ki~

0~ kvkhk ii kv pi

0~ ki 0 kvkh ii kv pi

kv pi 1~ ki

41

2. 단편적 비트 평면 부호화코드 블럭 샘플들은 서로 다른 통계치를 가지는 더

작은 부분 집합으로 나눔 .왜곡에서 가장 크게 축소되는 것으로 예상되는 부분

집합부터 시작하여 한 번에 하나의 부분 집합을 부호화 함 .

각 코드 블럭이 정교하게 삽입된 비트스트림을 갖는 것을 보증함 .

4가지의 서로 다른 패스를 사용 : 순방향 중요성 전달 패스 ( : forward significance propagation pass); 역방향 중요성 전달 패스 ( : reverse significance propagation pass); 크기 개선 패스 ( : magnitude refinement pass); 표준 패스 ( : normalization pass).

pP1pP3

pP2pP4

42

순방향 중요성 전달 패스


서브 - 블럭 샘플들은 주사선 순서로 방문 되고 , 중요하지 않은 샘플들과 이웃의 요구사항을 만족시키지 못하는 샘플들은 뛰어 넘음 .

LH, HL, LL 서브밴드에 대한 이웃 요구사항은 수평 이웃들 중에 적어도 하나가 중요성을 가짐 .

HH 서브밴드에 대한 이웃 요구사항은 4개의 대각선 이웃들 중에 적어도 하나가 중요한 것이어야 함 .

43

역방향 중요성 전달 패스

이전의 세 가지 부호화 패스에서 고려되지 않은 모든 샘플들의 값은 적절한 기본 부호 부호화와 런 - 길이 부호화를 사용하여 부호화됨 . 만약 한 샘플이 중요하다는 것이 밝혀지면 , 그것의 부호는 즉시 기본 부호 부호화를 사용하여 부호화됨 .

이 패스는 이미 중요하지만 이전의 두 패스에서 부호화되지 않은 샘플들을 부호화 함 . 그런 샘플들은 기본 크기 개선으로 처리됨 .

이 패스는 역순서로 진행한다는 것을 제외하면 과 동일함 . 이웃의 요구사항은 어떤 방향에서든지 적어도 하나의 중요한 이웃을 가지는 샘플들을 포함하는 것으로 완화되었음 .

크기 개선 패스

표준 패스

pP1

kv pi

44


그림 9.9: 각 블럭의 내장된 비트스트림에서 부호화 패스와 쿼드트리 코드의 모양

각 비트평면 p 의 부호화는 네 개의 분명히 다른 패스 P1

p 에서 P4p

까지를 계속해 나간다 .

45

압축 후 율 - 왜곡 (PCRD) 최적화

목표 :

비트율 제약에 따라 왜곡을 최소화시키도록 그런 최적의 방법으로 각 코드 블럭의 독립적인 비트스트림의 절단을 낳는 것 .

절단포인트 , 왜곡 , 비율 을 가지는 코드 블럭 의 각 절단된 내장 비트스트림에 대해 , 재구성된 영상의 전체 왜곡은 다음과 같음 .(왜곡은 부가적인 것으로 가정 )


in iniD

iniR

iB

46

절단 포인트 의 최적 선택은 다음의 제약을 받는 최소화 문제로 공식화 될 수 있음 :

몇몇 에 대해 , 다음의 식을 최소화하는 어떤 절단 포인트의 집합 는

율 - 왜곡 의미에서 최적 .

in

}{

in

47

다음 식의 비에 의해 주어진 왜곡 - 율 기울기는

정확히 감소함 .

실행 가능한 절단 포인트의 집합의 나열 j1 < j2 < … 를 통하여 간단한 선택에 의한 최적화 문제의 해결을 허락함 .

48

계층 형식과 표현

JPEG2000 은 계층화된 비트스트림 구조와 2 개의 층을 이루는 부호화 전략을 사용하여 해상도와 화질 스케일러빌러티 모두를 제공함 .

첫 번째 층은 내장된 블럭 비트스트림들을 생산하고 , 반면에 두 번째 층은 블럭의 요약 정보를 압축함 .

화질 계층 은 각 코드 블럭 의 초기 바이트를 포함하고 다른 계층 는 코드 블럭 로부터 증가분 을 포함 .

1iniR1Q

qQ iB0

1

qi

qi nni

qi RRL

iB

49


그림 9.10: 각 8개의 블럭을 가진 세 개의 화질 계층50

JPEG2000 에서의 관심 영역 부호화


목표 :

중요한 정보를 포함하고 있는 영상의 특별한 영역은 영상의 나머지 부분보다 더 나은 화질로 부호화 되어야만 함 .

계수들을 더 높은 비트평면으로 놓기 위하여 ROI내의 계수 값을 키우는 스케일링 기반 방법인 MAXSHIFT 방법을 사용하여 대개 구현함 .

내장형 부호화를 수행하는 동안 결과 비트는 영상의 ROI 가 아닌 부분 앞에 놓음 . 그러므로 주어진 축소된 비트율에서 , ROI 는 영상의 나머지 부분 전에 복호화되고 개선될 것임 .

51


그림 9.11: 원형 모양의 ROI 를 사용하는 영상의 관심 영역 부호화 (ROI). (a) 0.4bpp, (b) 0.5bpp, (c) 0.6bpp,

(d)0.7bpp.52


그림 9.12: 다른 영상 타입에서 JPEG 과 JPEG2000의 성능 비교 . (a) 자연 영상 .

53


그림 9.12( 계속 ): 다른 영상 타입에서 JPEG 과 JPEG2000 의 성능 비교 . (b) 컴퓨터에 의해 생성된 영상 .

54


그림 9.12( 계속 ): 다른 영상 타입에서 JPEG 과 JPEG2000 의 성능 비교 . (c) 의학용 영상 .

55


그림 9.13: JPEG 과 JPEG2000 의 비교 . (a) 원 영상 .

56


그림 9.13( 계속 ): JPEG 과 JPEG2000 의 비교 . (b) 0.75bpp 로 압축된 JPEG(왼쪽 ) 과 JPEG2000( 오른쪽 ) 영상 . (c) 0.25bpp 로

압축된 JPEG(왼쪽 ) 과 JPEG2000( 오른쪽 ) 영상 .

57

9.3 JPEG-LS 표준


JPEG-LS 는 연속적인 - 명암 영상의 무손실 (lossless) 혹은 “무손실에 가까운 (near lossless)”압축을 위한 현 ISO/ITU 표준 .

의학용 영상의 더 나은 압축을 목표로 한 더 많은 ISO 노력의 한 부분임 .

Hewlett-Packard 에 의해 제안된 LOCO-I (LOw COmplexity LOssless COmpression for Images: 영상을 위한 낮은 복잡도 무손실 압축 ) 을 사용 .

복잡도의 감소가 종종 더 복잡한 알고리즘에 의해 제공된 압축의 적은 증가보다 더 중요하다는 관찰 결과에 의해 동기가 부여되었음 .

주 이점 : 낮은 복잡도 (low complexity!)

58

LOCO-I 알고리즘은 내용 모델링의 개념을 이용 .

내용 모델링 (context modeling) 의 개념은 입력 소스에서의 구조의 이점을 가짐 ᅳ 조건 확률 .


그림 9.14: JPEG-LS 내용 모델

LOCO-I - 래스터 주사 순서에서 내용 화소 a, b, c, d 는 모두 현 화소 x 전에 나타나며 이것을 이용하여 예측과 내용 결정을 진행 .

59

9.4 JBIG 와 JBIG-2: 이진 영상 압축 표준


주 목표 : 전자적 형태로 문서의 처리를 가능케 함 .

프린터 되거나 손으로 쓰여진 문서 , 컴퓨터에 의해 생성된 문서 , 그리고 팩시밀리 전송의 주사된 영상을 부호화하기 위해 주로 사용 .

JBIG 는 무손실 압축 표준 . 결과 비트스트림이 점진적으로 더 높은 해상도 영상들을 포함한다는 의미에서 그것은 점진적인 부호화와 복호화 기능을 제공 .이진 영상을 위한 Joint Bi-level Image Processing Group

에 의해 권고된 부호화 표준세 가지 독립적인 동작 모드를 가진다 : 점진적 (progressive), 점진적 호환 순차적 (progessive-compatible sequential), 단일 점진 순차적 (single-progression sequential)

60


JBIG-2 는 모델 - 기반 부호화 (model-based coding) ( 내용 - 기반 부호화 (context-based coding) 와 유사한 ) 를 소개함 . 그것은 좋은 손실 압축을 제공함 .기존의 표준을 능가하는 우수한 무손실 압축 성능 제공가능한 시각적 훼손을 적게 하면서 훨씬 더 높은

압축률에서 손실 압축과 결합하는 것을 목표화질 점진적 (quality progressive) 이면서 내용 점진적

(content progressive) 화질 점진적 : 비트스트림이 영상화질을 더 낮은 것에서 더 높은

화질로 점진적으로 개선되어 감내용 점진적 : 서로 다른 타입의 영상들이 점진적으로 합쳐지는

것을 허용

61


모델기반 부호화 : JBIG2 는 내용 점진적 부호화를 제공하고 영상에서

다른 데이터 타입을 위해 다른 모델을 구성하는 모델기반 부호화를 통해 우수한 압축 성능 제공

입력 영상을 텍스트와 중간조 영역으로 나누어서 독립적으로 부호화한다 .

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9.1 JPEG 표준 9.2 JPEG 2000 표준 9.3 JPEG-LS 표준 9.4 이진 영상 압축 표준

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