Programando em NCL 3.0.pdf - Telemidia - PUC-Rio

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11.07.2015 Views

Uma vez que uma imagem estática pode ser considerada uma sequênciade amostras espaciais, podemos agora pensar, como fizemos com os sinaisanalógicos, em aplicar uma transformada (por exemplo, Fourier) paradescrever o mesmo sinal no domínio da frequência. Só que, agora, no domíniodas frequências espaciais. Como estamos com um sinal discreto, precisaremosde uma transformada discreta. Poderíamos usar a transformada discreta deFourier, como mencionado, mas outra transformada leva a melhoresresultados na compressão: a transformada discreta de cossenos.No espaço bidimensional de uma imagem de 8×8 pixels, a transformadadiscreta de cossenos (FDCT — Forward Discrete Cosine Transform) é dadapor:77 1x u y vF( u, v) C( u) C( v) f ( x, y) cos ( 2 1 ) cos ( 2 1 ) 4xy001616C ( w) 12para w0C ( w) 1 para w1 , 2 , ... ,7por:E a transformada inversa (IDCT — Inverse Discrete Cosine Transform)7 71 x u y vf ( x, y) C( u) C( v) F( u, v)cos ( 2 1) cos ( 2 1) 416 16 u 0v 0No domínio da frequência, as mudanças abruptas que acontecem noscontornos de uma figura estão concentradas nas frequências mais altas.Assim, uma imagem com poucos contornos deve concentrar seus coeficientesnas frequências baixas. Mais ainda, os coeficientes das frequências altas sãomenos importantes, e perdas nesses coeficientes podem diminuir um pouco anitidez da imagem, mas para muitas aplicações isso pode ser aceitável.Pelos motivos mencionados no parágrafo anterior, após uma imagem sertransformada os coeficientes gerados são quantizados de forma diferenciada,usando maior precisão (quantum menor) para as frequências mais baixas.Assim procede o padrão JPEG [ISO/IEC 10918-1, 1994] no modosequencial, dividindo uma imagem em blocos de 8×8 pixels e aplicando umacompressão em cada bloco, conforme o diagrama mostrado na Figura A.7. Aimagem é varrida uma única vez, da esquerda para a direita, de cima parabaixo.418

imagemfonteFDCTQuantizadorTabela deespecificaçãoCodificador porentropiaTabela deespecificaçãoimagemcomprimidaFigura A.7 Codificação JPEG modo sequencial.No JPEG, após a aplicação da transformada discreta de cossenos e aquantização dos coeficientes, estes são organizados da mais baixa frequênciapara a mais alta, 4 quando então é aplicada a codificação por carreira, seguidada codificação de Huffman (ou codificação aritmética), ilustradas na FiguraA.7 pelo bloco “codificador por entropia”.A decodificação JPEG modo sequencial é ilustrada na Figura A.8.imagemcomprimidaDecodificadorpor entropiaTabela deespecificaçãoDequantizadorTabela deespecificaçãoIDCTimagemreconstruídaFigura A.8 Decodificação JPEG modo sequencial.O padrão JPEG ainda possui mais dois modos de compressão: oprogressivo e o hierárquico.O modo progressivo também utiliza a transformada de cossenos, mas aimagem é codificada em várias varreduras. Na variante denominada seleçãode espectro, a cada varredura são codificados coeficientes das mesmasfrequências de todos os blocos, da mais baixa frequência para a maiorfrequência. Já na variante denominada aproximação sucessiva, primeiro écodificado o coeficiente de mais baixa frequência de todos os blocos e depoissão codificados, paulatinamente, os bits dos demais coeficientes de todos osblocos, do mais significativo para o menos significativo.4 Na verdade, um passo adicional existe no JPEG, quando os coeficientes DC (frequência zero) deum bloco são codificados pela diferença entre seu valor e o valor do coeficiente DC do bloco anterior.419

Uma vez que uma imag<strong>em</strong> estática pode ser considerada uma sequênciade amostras espaciais, pod<strong>em</strong>os agora pensar, como fiz<strong>em</strong>os com os sinaisanalógicos, <strong>em</strong> aplicar uma transformada (por ex<strong>em</strong>plo, Fourier) paradescrever o mesmo sinal no domínio da frequência. Só que, agora, no domíniodas frequências espaciais. Como estamos com um sinal discreto, precisar<strong>em</strong>osde uma transformada discreta. Poderíamos usar a transformada discreta deFourier, como mencionado, mas outra transformada leva a melhoresresultados na compressão: a transformada discreta de cossenos.No espaço bidimensional de uma imag<strong>em</strong> de 8×8 pixels, a transformadadiscreta de cossenos (FDCT — Forward Discrete Cosine Transform) é dadapor:77 1x u y vF( u, v) C( u) C( v) f ( x, y) cos ( 2 1 ) cos ( 2 1 ) 4xy001616C ( w) 12para w0C ( w) 1 para w1 , 2 , ... ,7por:E a transformada inversa (IDCT — Inverse Discrete Cosine Transform)7 71 x u y vf ( x, y) C( u) C( v) F( u, v)cos ( 2 1) cos ( 2 1) 416 16 u 0v 0No domínio da frequência, as mudanças abruptas que acontec<strong>em</strong> noscontornos de uma figura estão concentradas nas frequências mais altas.Assim, uma imag<strong>em</strong> com poucos contornos deve concentrar seus coeficientesnas frequências baixas. Mais ainda, os coeficientes das frequências altas sãomenos importantes, e perdas nesses coeficientes pod<strong>em</strong> diminuir um pouco anitidez da imag<strong>em</strong>, mas para muitas aplicações isso pode ser aceitável.Pelos motivos mencionados no parágrafo anterior, após uma imag<strong>em</strong> sertransformada os coeficientes gerados são quantizados de forma diferenciada,usando maior precisão (quantum menor) para as frequências mais baixas.Assim procede o padrão JPEG [ISO/IEC 10918-1, 1994] no modosequencial, dividindo uma imag<strong>em</strong> <strong>em</strong> blocos de 8×8 pixels e aplicando umacompressão <strong>em</strong> cada bloco, conforme o diagrama mostrado na Figura A.7. Aimag<strong>em</strong> é varrida uma única vez, da esquerda para a direita, de cima parabaixo.418

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