Tömörítési műtermék - Compression artifact

A "szúnyogzaj" átirányít ide. A vitatott ácsorgásgátló technológiáról lásd: A szúnyog . A többi felhasználásról lásd: szúnyog (egyértelműsítés) .

Eredeti kép, jó színminőséggel
Az éles tisztaság és a hang „homályossága” elvesztése erős JPEG tömörítés esetén

A tömörítési műtermék (vagy műtárgy ) a média (beleértve a képeket , hangot és videót ) észrevehető torzulása, amelyet veszteséges tömörítés alkalmazása okoz . A veszteséges adattömörítés magában foglalja az adathordozó egyes adatainak eldobását, hogy azok elég kicsik legyenek ahhoz, hogy a kívánt lemezterületen tárolhassák őket, vagy a rendelkezésre álló sávszélességen belül (adatátviteli sebesség vagy bitsebesség ) továbbíthatók ( továbbíthatók ). Ha a tömörítő nem tud elegendő adatot tárolni a tömörített verzióban, az eredmény a minőség romlása vagy a műtermékek bevezetése. A tömörítési algoritmus nem elég intelligens ahhoz, hogy megkülönböztesse a torzulások kis szubjektív fontossága és a kifogásolható a felhasználónak.

A leggyakoribb digitális tömörítési melléktermékek a DCT blokkok, amelyeket a diszkrét koszinusz transzformációs (DCT) tömörítési algoritmus okoz, amelyet számos digitális média szabványban, például JPEG , MP3 és MPEG video fájlformátumokban használnak. Ezek a tömörítési melléktermékek akkor jelennek meg, ha erős tömörítést alkalmaznak, és gyakran előfordulnak a közös digitális adathordozókon, például a DVD -ken , a közös számítógépes fájlformátumokban, például a JPEG, MP3 és MPEG fájlokban, valamint a kompaktlemez néhány alternatívájában , például a Sony MiniDisc formátumában. A tömörítetlen adathordozók (például Laserdiscs -ek , Audio CD -k és WAV -fájlok) vagy a veszteségmentesen tömörített adathordozók (például FLAC vagy PNG ) nem szenvednek tömörítési melléktermékektől.

Az észlelhető műtermékek minimalizálása kulcsfontosságú cél a veszteséges tömörítési algoritmus megvalósításában. Azonban a műtárgyakat időnként szándékosan művészi célokra állítják elő, ezt a stílust glitch art vagy adatmoshing néven ismerik.

Technikailag a tömörítési műtermék az adathibák egy adott osztálya, amely általában a veszteséges adattömörítés kvantálásának következménye . Ahol transzformációs kódolást használnak, az általában a kódoló transzformációs terének egyik alapfunkcióját veszi fel.

Képek

A JPEG tömörítés hatásának illusztrációja egy kissé zajos képen, szöveg és szóköz keverékével. A szöveg egy Wikipedia -beszélgetésből készült képernyőfelvétel, hozzáadott zajjal (10 -es intenzitás a Paint.NET -ben). Az animáció egyik képkockáját JPEG formátumban mentették (90 -es minőség), és újratöltötték. Mindkét képkockát ezután 4 -szeresére nagyították (a legközelebbi szomszéd interpolációja).

Amikor blokk -alapú diszkrét koszinusz -transzformáció (DCT) kódolást végez a kvantáláshoz , mint a JPEG -tömörített képeknél, többféle műtermék is megjelenhet.

  • Csengetés
  • Kontúrozás
  • Poszterizálás
  • Lépcsőzaj ( aliasing ) a görbe élek mentén
  • Letiltás a "forgalmas" régiókban (blokkhatár -műtermékek, amelyeket néha makroblokkolásnak, foltvarrásnak vagy sakktáblának neveznek)

Más veszteséges algoritmusok, amelyek mintázat -illesztést használnak a hasonló szimbólumok másolásához, hajlamosak arra, hogy nehezen észlelhető hibákat vezessenek be a nyomtatott szövegben. Például a "6" és "8" számok helyettesíthetők. Ezt megfigyelhették bizonyos fénymásológépekben a JBIG2 esetében.

Blokkolja a határműtermékeket

Blokkolja a kódolási műtermékeket egy JPEG -képen. A lapos tömböket durva kvantálás okozza. Láthatóak a transzformációs blokkok határain fennálló szakadások.

Alacsony bitsebességgel minden veszteséges blokkalapú kódolási séma látható műtermékeket vezet be a pixelblokkokban és a blokkhatárokon. Ezek a határok átalakíthatják a blokkhatárokat, az előrejelzési blokkhatárokat vagy mindkettőt, és egybeeshetnek a makroblokkok határaival. A makroblokkolás kifejezést általában használják, függetlenül a tárgy okától. További nevek a csempézés, a mozaikozás, a pixelesítés, a steppelés és a sakktábla.

A blokk-műtermékek a blokktranszformációs kódolás elvének következményei . A transzformációt (például a diszkrét koszinusz transzformációt) egy képpont blokkra alkalmazzák, és a veszteséges tömörítés eléréséhez az egyes blokkok transzformációs együtthatóit kvantálják . Minél alacsonyabb a bitsebesség, annál durvábban jelennek meg az együtthatók, és minél több együtthatót nulláznak. Statisztikailag a képek több alacsony frekvenciájúak, mint a magas frekvenciájúak, ezért a kvantálás után marad az alacsony frekvenciájú tartalom, ami homályos, alacsony felbontású blokkokat eredményez. A legszélsőségesebb esetben csak a DC-együtthatót tartják fenn, vagyis azt az együtthatót, amely a blokk átlagos színét képviseli, és a transzformációs blokk csak egyetlen szín a rekonstrukció után.

Mivel ezt a kvantálási folyamatot minden blokkban egyedileg alkalmazzák, a szomszédos blokkok eltérő módon kvantálják az együtthatókat. Ez megszakításokhoz vezet a blokkhatárokon. Ezek leginkább a lapos területeken láthatók, ahol kevés részlet van a hatás elfedésére.

Képtermékek csökkentése

Fő cikk: Blokkoló szűrő

Különféle megközelítéseket javasoltak a képtömörítési hatások csökkentésére, de a szabványos tömörítési/dekompressziós technikák alkalmazására és a tömörítés előnyeinek megtartására (például alacsonyabb átviteli és tárolási költségek), ezek közül sok módszer az "utófeldolgozásra" összpontosít-vagyis , képek feldolgozása fogadáskor vagy megtekintéskor. Egyetlen utófeldolgozási technika sem bizonyította, hogy minden esetben javítja a képminőséget; következésképpen egyik sem szerzett széles körű elfogadást, bár néhányat megvalósítottak és használnak saját rendszerekben. Sok képszerkesztő programban például beépített JPEG műtermékcsökkentő algoritmusok vannak. A fogyasztói berendezések ezt az utófeldolgozást gyakran "MPEG zajcsökkentésnek" nevezik.

A JPEG -ben található hatástárgyak tetszetősebb szemcsékké alakíthatók, nem úgy, mint a nagy ISO -értékű fényképfilmekben. Ahelyett, hogy csak megszoroznánk a kvantált együtthatókat a 2D frekvenciájú Q kvantálási lépéssel , intelligens zaj véletlen szám formájában a [- Q /2; Q /2] hozzáadható a dekvantált együtthatóhoz. Ez a módszer szerves részeként hozzáadható a JPEG dekompresszorokhoz, amelyek a meglévő és a jövőbeli JPEG képek trillióin dolgoznak. Mint ilyen, ez nem "utólagos feldolgozás" technika.

A csengetési probléma kódolási időben csökkenthető a DCT értékek túllépésével, a gyűrűk elfogásával.

A poszterizáció általában csak alacsony minőségben történik, ha a DC értékeket túl kevés fontossággal kezelik. A kvantálási táblázat hangolása segít.

Videó

Példa a képre, amely átviteli hiba miatt műtermékeket tartalmaz

Mozgásjóslás használatakor, mint például az MPEG-1 , MPEG-2 vagy MPEG-4 esetében , a tömörítési műtermékek hajlamosak maradnak a dekompressziós képkockák több generációjára, és a kép optikai áramlásával együtt mozognak , ami különös hatást eredményez, részben a festményeffektus és a jelenet tárgyaival együtt mozgó "mocsok" között.

Az adathibák a tömörített bitfolyamban, valószínűleg az átviteli hibák miatt, a nagy kvantálási hibákhoz hasonló hibákhoz vezethetnek, vagy rövid időre teljesen megzavarhatják az adatfolyam elemzését, ami a kép "széteséséhez" vezethet . Ahol durva hibák fordultak elő a bitfolyamban, a dekódolók rövid ideig frissítik a sérült képet, és "szellemkép" effektust hoznak létre, amíg meg nem kapják a következő, egymástól függetlenül tömörített keretet. Az MPEG képkódolásban ezeket " I-frame " néven ismerik, az "I" pedig "intra". Amíg a következő I-frame megérkezik, a dekóder végezhet hiba elrejtés .

A mozgáskompenzáció blokkolja a határműtermékeket

Blokkhatár -megszakítások fordulhatnak elő a mozgáskompenzációs előrejelző blokkok szélein . Mozgáskompenzált videó tömörítésnél az aktuális képet a képpontok blokkjainak (makroblokkok, partíciók vagy előrejelző egységek) eltolásával jósolják meg a korábban dekódolt keretekről. Ha két szomszédos blokk különböző mozgásvektorokat használ, akkor a tömbök közötti szélén megszakítás lesz.

Szúnyogzaj

A videotömörítési műtermékek magukban foglalják az állóképek tömörítésének összesített eredményeit, például az egymást követő állóképek csengetése vagy más élfoglaltsága egymás után jelenik meg, mint a széleket körülvevő pontok csillogó homályossága, az úgynevezett szúnyogzaj , mivel hasonlítanak az objektum körül nyüzsgő szúnyogokra. Az úgynevezett "szúnyogzajt" a blokk alapú diszkrét koszinusz transzformáció (DCT) tömörítési algoritmus okozza, amelyet a legtöbb videokódolási szabványban , például az MPEG formátumokban használnak.

Videóműtermékek csökkentése

Fő cikk: Blokkoló szűrő

A blokkhatárokon lévő műtermékek csökkenthetők egy blokkoló szűrő alkalmazásával . Akárcsak az állókép-kódolásnál, lehetséges a dekódoló szűrő alkalmazása a dekódoló kimenetére utólagos feldolgozásként.

Mozgás előrejelzett videokódolásban, zárt előrejelzési hurokkal, a kódoló a dekódoló kimenetét használja előrejelzési referenciaként, amelyből a jövőbeli képkockákat előre jelzik. Ebből a célból a kódoló fogalmilag integrál egy dekódert. Ha ez a "dekódoló" feloldást hajt végre, akkor a feloldott képet referencia képként használják a mozgáskompenzációhoz, ami javítja a kódolási hatékonyságot azáltal, hogy megakadályozza a blokktermékek terjedését a keretek között. Ezt cikluson belüli blokkoló szűrőnek nevezik. A hurokban lévő blokkoló szűrőt előíró szabványok közé tartozik a VC-1 , H.263 J melléklet, H.264/AVC és H.265/HEVC .

Hang

A veszteséges hangtömörítés jellemzően egy pszichoakusztikus modellel működik - az emberi hallás észlelésének modelljével. A veszteséges hangformátumok jellemzően idő/frekvencia tartomány transzformációt használnak, például módosított diszkrét koszinusz transzformációt . A pszichoakusztikus modellel olyan maszkoló hatásokat használnak ki, mint a frekvenciamaszkolás és az időbeli maszkolás, így nem vesznek fel hangokat, amelyeknek észrevehetetlennek kell lenniük. Például általában az emberek nem képesek érzékelni a hasonló, de hangosabb hanggal egyidejűleg játszott csendes hangot. A veszteséges tömörítési technika azonosíthatja ezt a csendes hangot, és megpróbálhatja eltávolítani. Ezenkívül a kvantálási zajt "el lehet rejteni" ott, ahol hangsúlyosabb hangok takarják el őket. Alacsony tömörítés mellett konzervatív psy-modellt használnak kis blokkméretekkel.

Ha a pszichoakusztikus modell pontatlan, ha a transzformációs blokk mérete korlátozott, vagy ha agresszív tömörítést alkalmaznak, ez tömörítési műtermékeket eredményezhet. A tömörített audió tömörítési melléktermékei általában csengésként, előhangként , „madárkás műtermékként”, kiesésként, zörgésként, csörgésként, fémes csengésként, víz alatti érzésként, sziszegésként vagy „szemcsésedésként” jelennek meg.

Az audió tömörítési műtermékeire példa a taps egy viszonylag erősen tömörített audio fájlban (pl. 96 kbit/sec MP3). Általánosságban elmondható, hogy a zenei hangok ismétlődő hullámformákkal és kiszámíthatóbb hangerő -variációkkal rendelkeznek, míg a taps lényegében véletlenszerű, ezért nehezen tömöríthető. Egy erősen tömörített tapsdarab „fémes csengéssel” és más tömörítési műtermékekkel járhat.

Művészi felhasználás

Videóhiba művészet

A tömörítési műtermékek szándékosan használhatók vizuális stílusként, más néven glitch art . Rosa Menkman hibás művészete tömörítési műtermékeket használ , különösen a diszkrét koszinusz transzformációs blokkokat (DCT blokkok), amelyek a legtöbb digitális médiaadat -tömörítési formátumban megtalálhatók, mint például a JPEG digitális képek és az MP3 digitális hang . Állóképeken példa erre Thomas Ruff német fotós Jpegs -je , amely szándékos JPEG -műtermékeket használ a kép stílusának alapjául.

A videoművészetben az egyik alkalmazott technika az adatképzés , ahol két videót összeillesztenek , így a köztes képkockákat két különböző forrásból interpolálják. Egy másik technika magában foglalja az egyszerű veszteséges videó formátumból a másikba történő átkódolást, amely kihasználja azt a különbséget, ahogyan a különálló videokodekek feldolgozzák a mozgási és színinformációkat. A technika úttörője művészek Bertrand Planes együttműködve Christian Jacquemin 2006-ban DivXPrime, Sven König, Takeshi Murata , Jacques Perconte és Paul B. Davis együttműködve Paperrad , és újabban használt David oreilly belül zenei videókat a Libegő és írta: Nabil Elderkin a " Welcome to Heartbreak " videoklipben Kanye West számára .

Van olyan internetes mémek is, amelyek gyakran értelmetlen képeket céltudatosan erősen tömörítenek, néha többször is a komikus hatás érdekében. Az ezzel a technikával készített képeket gyakran "rántottnak" nevezik.

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek