Квантование изображений

5.1. Предварительные замечания о квантовании изображения.

Квантование сигнала, и, в частности, изображения — процедура необратимая. Смысл ее сводится к тому, что значение элемента изображения (например, его яркость) изменяется — оно принимает ближайшее «разрешенное» значение, соответствующее ближайшему по величине уровню квантования. Работа с изображениями в цифровой форме обязательно требует процедуры квантования, при этом количество уровней квантования также выбирается как компромисс между качеством изображения и возможностью сократить цифровой поток.

Недопустимое снижение числа уровней квантования, т.е. его «угрубление», проявляется, в основном, в виде дополнительных контуров на крупных полутоновых переходах в изображении, что снижает его качество. При этом для мелких деталей эти искажения проявляются только при очень грубом квантовании, т.е. при значительном снижении количества его уровней. Эта особенность квантования является весьма привлекательной с точки зрения использования ее для целей видеокомпрессии, и она используется в ряде технологий кодирования изображений.

Принято считать, что для ряда прикладных задач можно считать приемлемым число уровней квантования в изображении равным 256. В современном вещательном телевидении, например, для сигнала яркости нормой считается величина 1024 уровня и более.

В связи с этим, задача занятия состоит в демонстрации процесса квантования изображения, в демонстрации влияния изменения числа уровней квантования на восприятие крупных и мелких деталей, а также в демонстрации различной «стойкости» к ухудшению качества изображения при этом для крупных и мелких его деталей.

Пример влияния квантования изображения на его качество показан на рис.4.

64	32
16	8
4	2

Рис.4. Влияние квантования изображения на его качество.

  Цифрой внизу показано количество уровней квантования.

5.2. Порядок проведения исследования квантования.

5.2.1. Выбрать в рабочем каталоге программы три графических файла, содержащих изображения различных классов, как это указано в п. 4.2.1.

5.2.2. Каждое из трех изображений, выбранных в п. 4.2.1., подвергнуть квантованию с числом уровней квантования 64, 32, 16 и 8.

5.2.3. Изображения, полученные в результате квантования с указанными параметрами, сохранить в виде файлов в формате «*.bmp», включив в название файла его исходной название, а также число уровней квантования. Сохранить полученные 12 файлов в рабочем каталоге программы, в папке «temp».

Для каждого из трех изображений, выбранных в п. 4.2.1., выполнить субъективную оценку качества в пятибалльной системе, выставив эту оценку для каждого из четырех значений параметров квантования.

5.2.4. Записать объем двенадцати файлов в формате «*.bmp», полученных в результате квантования трех исходных изображений.

5.2.5. Выполнить расчет количества информации, содержащейся в исходных файлах и в файлах, полученных в результате изменения числа уровней квантования.

5.2.6. Объяснить полученные результаты. Сравнить результаты расчета с объемом полученных файлов.

Контрольные вопросы:

1. Как связаны между собой количество информации об объекте передачи, содержащееся в изображении, степень дискретизации изображения и количество уровней квантования?

2. Какой может быть структура дискретизации изображения? Как она связана со свойствами зрения?

4. Как количество информации, содержащееся в изображении, связано с размером растрового графического файла, полученного в результате изменения шага дискретизации и количества уровней квантования?