EL ESTÁNDAR JPEG2000 JUAN ANTONIO ESTRADA PASCUAL.

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1 EL ESTÁNDAR JPEG2000 JUAN ANTONIO ESTRADA PASCUAL

2 ¿POR QUÉ OTRO ESTÁNDAR DE COMPRESIÓN DE IMÁGENES?
JPEG no es capaz de solventar las necesidades de calidad, aspecto y tamaño de la imagen. JPEG2000 representa avances en la tecnología de compresión de imágenes donde el sistema de codificado de imagen está optimizado no sólo para la eficiencia, sino también para la escalabilidad e interoperabilidad en network y entornos móviles. INTERNET, color facsímil, impresión, escaneo, fotografía digital, móvil, imágenes médicas, librerías, archivos digitales y comercio electrónico.

3 RASGOS Mayor eficiencia en baja proporción de bits
Tono contínuo y compresión bilineal. Comprime y descomprime imágenes de distintos rangos dinámicos Compresión con y sin pérdidas. Previsualización Transmisión progresiva mediante resolución y precisión incremental Codificación de Regiones de Interés (ROI) Arquitectura Abierta. Decodificador y analizador Robustez frente a los errores de bits Seguridad de la protección de la imagen

4 EL MOTOR DE COMPRESIÓN JPEG2000
El diagrama es igual al de JPEG convencional pero existen diferencias radicales

5 EL MOTOR DE COMPRESIÓN JPEG2000
La imagen fuente se descompone en partes Opcionalmente, la imagen se divide en losas Se aplica la transformada sobre cada losa. Diferentes niveles de resolución Niveles de descomposición formados por subbandas de coeficientes Las subbandas de coeficientes son cuantizadas y almacenadas en arrays rectangulares de bloques de código Mapas de bits de los coeficientes codificados entrópicamente Posibilidad de mayor calidad de las ROI respecto al fondo Adición de marcas para la resistencia a errores (robustez). La cabecera de la cadena de código posee información sobre la imagen original y los estilos de codificación y descomposición usados

6 DIVISIÓN DEL MOTOR DE COMPRESIÓN
PREPROCESAMIENTO BALDOSEADO DE IMÁGENES DC LEVEL SHIFTING TRANSFORMACIÓN DE COMPONENTES PROCESAMIENTO CENTRAL TRANSFORMADA DISCRETA CUANTIZACIÓN PROCESOS DE CODIFICACIÓN ENTRÓPICA FORMACIÓN DE LA CADENA DE CODIGO CONCEPTOS DE RECINTO BLOQUES DE CÓDIGO ETC.

7 PREPROCESAMIENTO BALDOSEADO DE IMÁGENES
LA IMAGEN SE DIVIDE EN BLOQUES RECTANGULARES LAS OPERACIONES SE REALIZAN SOBRE CADA BALDOSA CADA UNA DE ÉSTAS ES LA UNIDAD BÁSICA DE LA ORIGINAL EL BALDOSEADO REDUCE LOS REQUERIMIENTOS DE MEMORIA DECODIFICACIÓN DE PARTES ESPECÍFICAS DE LA IMAGEN TODAS LAS BALDOSAS TIENEN EL MISMO TAMAÑO.

8 PREPROCESAMIENTO BALDOSEADO DE IMÁGENES
LAS BALDOSAS MÁS GRANDES SE COMPORTAN MEJOR VISUALMENTE QUE LAS MÁS PEQUEÑAS. DEGRADACIÓN DE IMAGEN MÁS SEVERA SI PROPORCION DE BITS ALTA.

9 PREPROCESAMIENTO DC LEVEL SHIFTING
TODAS LAS LOSAS SON TRANSLADADAS CON EL NIVEL DC MEDIANTE LA SUBSTRACCIÓN DE LA MISMA PROPORCION 2P-1 EL CAMBIO DE NIVEL NO APORTA CAMBIOS. CONVIERTE UNA REPRESENTACIÓN A DOS REPRESENTACIONES COMPLEMENTO, O VICEVERSA. EN LA DECODIFICACIÓN, EL CAMBIO DE NIVEL DC INVERSO SE HACE SOBRE MUESTRAS RECONSTRUIDAS AÑADIENDOLES EL SESGO 2P-1

10 PREPROCESAMIENTO TRANSFORMACIÓN DE COMPONENTES
JPEG2000 SOPORTA IMÁGENES DE MULTIPLES COMPONENTES. PARA SISTEMAS REVERSIBLES, ANCHO BITS DE COMPONENTE DE IMAGEN DE SALIDA==IMAGEN ENTRADA MEJORAN LA COMPRESION DOS TRANSFORMACIONES DIFERENTES A. IRREVERSIBLE(ICT)  CODIFICACION CON PERDIDAS B. REVERSIBLE(RTC)  CODIFICACION CON MÍNIMAS O SIN PERDIDAS.

11 CORE PROCESSING Ó PROCESAMIENTO CENTRAL
LA TRANSFORMADA WAVELET (DWT) • USADA PARA EL ANÁLISIS DE LAS BALDOSAS. DISTINTOS NIVELES DE DESCOMPOSICIÓN. • ESTOS CONTIENEN SUBBANDAS QUE DESCRIBEN CARACTERISTICAS DE FRECUENCIA ESPACIAL Y VERTICAL DE LA BALDOSA ORIGINAL • LA DWT PUEDE SER REVERSIBLE O IRREVERSIBLE

12 CORE PROCESSING Ó PROCESAMIENTO CENTRAL
LA TRANSFORMADA WAVELET (DWT)

13 CORE PROCESSING Ó PROCESAMIENTO CENTRAL
LA TRANSFORMADA WAVELET (DWT) EL ESTÁNDAR SOPORTA DOS MODOS DE FILTRADO: • BASADO EN CONVOLUCION • BASADO EN LIFTING (LEVANTAMIENTO) LA SEÑAL ANTES DEBE SER EXTENDIDA PARA QUE CADA MUESTRA CORRESPONDA ESPACIALMENTE CON CADA COEFICIENTE DE LA MÁSCARA DE FILTRO. EL NUMERO DE MUESTRAS ADICIONALES DEPENDE DEL TAMAÑO DEL FILTRO

14 CORE PROCESSING Ó PROCESAMIENTO CENTRAL
CUANTIZACIÓN • LOS COEFICIENTES SE REDUCEN EN PRECISION • PRODUCE PÉRDIDAS • SE PRODUCE UNA CUANTIZACIÓN STEP-SIZE POR SUBBANDA • PARA QUE LA COMPRESIÓN SEA REVERSIBLE, SE REQUIERE LA CUANTIZACIÓN STEP-SIZE

15 CORE PROCESSING Ó PROCESAMIENTO CENTRAL
CODIFICACIÓN ENTRÓPICA ES ALCANZADA MEDIANTE UN SISTEMA QUE COMPRIME SÍMBOLOS BINARIOS RELATIVOS AUN MODELO DE PROBABILIDAD ADAPTATIVA EN CADA UNO DE LOS 18 CONTEXTOS DIFERENTES. SE USA UN NUMERO RESTRINGIDO DE CONTEXTOS  RAPIDA ADAPTACION Y DECREMENTA EL COSTE DE LOS SEGMENTOS DE CODIGO LOS MODELOS DE CONTEXTO SON REINICIALIZADOS AL PRINCIPIO DEL BLOQUE DE CODIGO Y EL CODIFICADOR ARITMETICO TERMINAL AL FINAL DE CADA BLOQUE  RESILENCIO DEL ERROR DESPUES DE CODIFICAR EL CUARTO PLANO DE BITS, EL PRIMERO Y EL SEGUNDO SON INCLUIDOS SIN COMPRIMIR  AUMENTA LA RAPIDEZ PARA TAMAÑOS GRANDES

16 FORMACIÓN DE LA CADENA DE BITS
RECINTOS Y BLOQUES DE CÓDIGO CADA SUBBANDA ES DIVIDIDA EN BLOQUES RECTANGULARES RECTANGULOS ESPACIALMENTE CONSISTENTES, CONTIENEN UNA PARTICION O RECINTO. CADA RECINTO SE DIVIDE EN BLOQUES DE CODIGO LOS BLOQUES DE CÓDIGO FORMAN LA ENTRADA DEL CODIFICADOR ENTRÓPICO

17 FORMACIÓN DE LA CADENA DE BITS
RECINTOS Y BLOQUES DE CÓDIGO (CONTINUACION) EL TAMAÑO DE BLOQUE DE CODIGO ES NORMALMENTE DE 64x64 Y NO MENOS DE 32x32. CADA BLOQUE DE CODIGO ES CODIFICADO DE FORMA TOTALMENTE INDEPENDIENTE. ACCESO ESPACIAL ALEATORIO MANIPULACIONES GEOMETRICAS EFICIENTES RESILENCIO DEL ERROR. COMPUTACION PARALELA DURANTE CODIFICACION Y DECODIFICACION DIFERENTES MECANISMOS DE TERMINACIÓN  DIFERENTES NIVELES DE EXTRACCIÓN INDEPENDIENTE DE LOS DATOS CODIFICADOS

18 FORMACIÓN DE LA CADENA DE BITS
RECINTOS Y BLOQUES DE CÓDIGO (CONTINUACION 2) CADA PLANO DE BITS SE ESCANEA EN UN ORDEN PARTICULAR

19 FORMACIÓN DE LA CADENA DE BITS
RECINTOS Y BLOQUES DE CÓDIGO (CONTINUACION 3) CADA COEFICIENTE DEL PLANO DE BITS SE CODIFICA EN UNO SOLO DE ESTOS TRES PASOS: PROPAGACIÓN SIGNIFICATIVA REFINAMIENTO DE LA MAGNITUD LIMPIEZA

20 FORMACIÓN DE LA CADENA DE BITS
PAQUETES Y CAPAS PARA CADA BLOQUE DE CÓDIGO, SE GENERA UNA CADENA DE BITS LA CADENA DE BITS COMPRIMIDA DE CADA BLOQUE DE CÓDIGO DE UN RECINTO CONSTA DEL CUERPO DE UN PAQUETE UN CONJUNTO DE PAQUETES, UNO DE CADA RECINTO DE CADA NIVEL DE RESOLUCION, COMPRENDEN LA CAPA UN PAQUETE ES INTERPRETADO COMO UN INCREMENTO DE LA CALIDAD PARA UN NIVEL DE RESOLUCION EN UNA LOCALIZACIÓN ESPACIAL UNA CAPA ES INTERPRETADA COMO UN INCREMENTO DE LA CALIDAD PARA LA RESOLUCIÓN DE LA IMAGEN COMPLETA CADA CAPA AUMENTA SUCESIVA Y MONOTONAMENTE LA CALIDAD DE LA IMAGEN.

21 FORMACIÓN DE LA CADENA DE BITS

22 FORMACIÓN DE LA CADENA DE BITS
PAQUETES Y CAPAS CADA COMPONENTE ES CODIFICADA INDEPENDIENTEMENTE Y LOS DATOS CODIFICADOS SON INTERCALADOS EN LA BASE DE LA CAPA HAY CUATRO TIPOS DE PROGRESIÓN: RESOLUCION CALIDAD LOCALIZACIÓN ESPACIAL COMPONENTE UNA VEZ QUE LA IMAGEN ESTÁ COMPRIMIDA, UNA OPERACIÓN DE POSTPROCESADO OMITE TODOS LOS BLOQUES DE CÓDIGO COMPRIMIDOS. LA PRIMERA CAPA(MINIMA) ESTÁ FORMADA POR LAS CADENAS DE BITS DE LOS BLOQUES DE CODIGO OPTIMAMENTE TRUNCADOS

23 CARACTERÍSTICAS REMARCABLES DEL ESTÁNDAR JPEG2000
EL ESTÁNDAR EXHIBE MUCHAS CUALIDADES: LA MÁS SIGNIFICANTE ES LA POSIBILIDAD DE DEFINIR ROI LO ESPACIAL Y ESCALABILIDAD SNR EL RESILENCIO DE ERROR BUENA PROTECCIÓN DE LAS PROPIEDADES INTELECTUALES TODAS ESTAS CARACTERÍSTICAS ESTÁN EN UN ALGORITMO UNIFICADO.

24 ROI IMPORTANTÍSIMO PARA APLICACIONES DONDE CIERTAS PARTES DE LA IMAGEN TIENEN MAYOR IMPORTANCIA QUE EL RESTO. NECESITAN MÁS CALIDAD DURANTE LA TRANSMISIÓN DE LA IMAGEN, ESTAS REGIONES SON TRANSMITIDAS ANTES O CON UNA PRIORIDAD MAYOR, EN EL CASO DE TRANSMISIÓN PROGRESIVA EL ESQUEMA DE CODIFICACIÓN ESTÁ BASADO EN MAXSHIFT EL PRINCIPIO ES ESCALAR COEFICIENTES A FIN DE QUE LOS BITS ASOCIADOS AL ROI SEAN PUESTOS EN UN PLANO DE BITS SUPERIOR AL RESTO DE LA IMAGEN Y AL PRINCIPIO DE LA CADENA

25 EL MÉTODO BASADO EN ESCALADO
SE CALCULA LA TRANSFORMADA WAVELET SI SE HA DEFINIDO UN ROI, SE DERIVA UNA MÁSCARA ROI INDICANDO EL CONJUNTO DE COEFICIENTES REQUERIDOS HASTA LA RECONSTRUCCIÓN DEL ROI LOS COEFICIENTES DEL WAVELET SON CUANTIZADOS Y ALMACENADOS LOS COEFICIENTES DE QUE SE MUESTRAN FUERA DEL ROI SON BAJADOS EN ESCALA POR UN VALOR ESPECÍFICO LOS COEFICIENTES RESULTANTES SON PROGRESIVAMENTE CODIFICADOS ENTROPICAMENTE.

26 MÉTODO MAXSHIFT SE OBTIENEN ROIs ARBITRARIAMENTE SIN LA NECESIDAD DE TRANSMITIR INFORMACIÓN DE LAS FORMAS AL DECODIFICADOR EL CODIFICADOR ELIGE UN VALOR S QUE SERÁ EL COEFICIENTE MÍNIMO DEL ROI, SUPERIOR AL MAXIMO DEL FONDO EL CODIFICADOR ES MAS SIMPLE PUES NO SE REQUIERE LA CODIFICACIÓN DE FORMAS LOS PLANOS DE BITS DEL ROI O DEL FONDO PUEDEN SER MODIFICADOS INDEPENDIENTEMENTE  POSIBILIDAD DE ELEGIR DIFERENTES RANGOS DE BITS PARA EL ROI Y PARA EL FONDO EL METODO MAXSHIFT CON ROI INCREMENTA EN UN 1% LA PROPORCION DE BITS CON RESPECTO A SIN ROIs.

27 COMPARACIONES CON ROIs

28 MAS COMPARACIONES

29 ESCALABILIDAD ES NECESARIA PARA CONSEGUIR CALIDAD Y RESOLUCIÓN AL MISMO TIEMPO LOS TIPOS MÁS IMPORTANTES DE ESCALABILIDAD SON SNR Y LA DE RESOLUCION EL SISTEMA DE COMPRESIÓN JPEG2000 SOPORTA LA ESCALABILIDAD LA RESOLUCIÓN DE LA RECONSTRUCCIÓN NO NECESITA SER CONOCIDO A LA HORA DE LA COMPRESIÓN PROVEE RESILENCIO PARA LOS ERRORES TRANSMITIDOS

30 ESCALABILIDAD SNR ES DESEADA PARA PARA EL USO EN SISTEMAS CON LA CARACTERÍSTICA PRIMARIA COMÚN QUE A UN MÍNIMO DE DOS CAPAS DE CALIDAD DE LA IMAGEN ES NECESARIA LA CAPA MÁS BAJA ES CODIFICADA PARA PROVEER LA CALIDAD BÁSICA DE LA IMAGEN LAS CAPAS DE REALCE SON CODIFICADAS PARA REALZAR LA CAPA MÁS BAJA

31 RESILENCIO DEL ERROR ES UNA DE LAS PROPIEDADES MÁS DESEABLES EN LAS APLICACIONES EN INTERNET Y MÓVILES. LAS HERRAMIENTAS ACTÚAN CONTRA LOS ERRORES DE CANAL: PARTICIONANDO Y RESINCRONIZANDO LOS DATOS DETECCIÓN Y ENCUBRIMIENTO DE ERRORES CALIDAD DEL SERVICIO DE TRANSMISIÓN BASADO EN PRIORIDADES LA TERMINACIÓN DEL CODIFICADOR ES ALCANZADA DESPUES DE VARIOS PASOS DE CODIFICACIÓN  EL DECODIFICADOR CONTINUA LA DECOFICACION SI SE PRODUCE EL ERROR

32 EL SOFTWARE

33 RESULTADOS DE COMPRESIÓN CON PERDIDAS

34 RESULTADOS DE COMPRESIÓN CON PÉRDIDAS

35 RESULTADOS DE COMPRESIÓN CON PÉRDIDAS

36 RESULTADOS DE COMPRESIÓN CON PÉRDIDAS

37 RESULTADOS CON MÍNIMAS PERDIDAS O SIN PERDIDAS

38 RESULTADOS DE RESILENCIO DE ERRORES

39 CARACTERISTICAS Y FUNCIONALIDADES

40 RESUMIENDO OBJETIVO: COMPRESIÓN DE IMÁGENES FIJAS PARA UN GRAN MARGEN DE CALIDAD CARACTERISTICAS: CODIFICACIÓN CON PÉRDIDAS Y SIN PÉRDIDAS EN EL MISMO BIT-STREAM ACCESO DIRECTO AL BIT-STREAM ESCALABILIDAD ESPACIAL Y DE CALIDAD VARIOS MODELOS DE COLOR Y MÚLTIPLES COMPONENTES DEFINICIÓN DE REGIONES DE INTERÉS (ROI) RESILENCIO DEL ERROR RATE CONTROL PROTECCIÓN DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL (ENCRIPTACIÓN, WATERMARKING) 20% MÁS COMPRESIÓN QUE JPEG PARA LA MISMA CALIDAD

41 EL CODIFICADOR JPEG2000 IMAGEN

42 GRACIAS POR SU ATENCIÓN