JPEG-LS

Группа экспертов в области фотографии (Joint Photographic Experts Group) в дополнение к известным форматам сжатия изображений JPEG и JPEG 2000, ориентированным прежде всего на сжатие с потерями, предложила также стандарт на сжатие без потерь — JPEG-LS (в котором, однако, предусмотрен также режим сжатия с ограниченными потерями).

Формат JPEG-LS

Формат JPEG-LS был основан на формате LOCO-I (Low Complexity Lossless Compression for Images). Алгоритм сжатия без потерь LOCO-I, принятый за основу при разработке стандарта JPEG-LS, впервые предусматривал не только lossless, но и near lossless режим (сжатие с ограниченными, задаваемыми пользователем потерями). Декодер JPEG-LS почти не отличается от кодера, поэтому этот алгоритм сжатия симметричный. [rain.ifmo.ru/cat/view.php/theory/data-compression/jpeg-2006]

Алгоритм сжатия, лежащий в основе JPEG-LS, использует адаптивное предсказание значения текущего пиксела по окружению, включающему уже закодированные пикселы (метод Median Edge Detection), классификацию контекста, контекстное моделирование ошибки предсказания и её коррекцию, а также энтропийное кодирование скорректированной ошибки предсказания (используется кодирование Голомба-Райса). Для повышения эффективности кодирования низкоэнтропийных изображений (или фрагментов изображений) алгоритм предусматривает автоматический переход в режим кодирования длин серий, что позволяет использовать его для сжатия без потерь (или с ограниченными потерями) не только фотореалистических изображений, но и компьютерной графики.

Для цветных (многокомпонентных) изображений стандарт JPEG-LS не предписывает какого-то определённого метода преобразования цветовых компонент, поэтому программы, реализующие JPEG-LS, обычно предлагают выбрать одну схему из нескольких (независимое сжатие цветовых плоскостей, преобразование в стиле JPEG 2000 lossless mode и т. п.).

Применение

Формат JPEG-LS разрабатывался, прежде всего, для хранения изображений в медицинских целях, то есть для тех случаев, когда важно иметь большое изображение без малейших потерь качества. Как уже говорилось, за основу был взят формат LOCO-I, разработанный в стенах «HP Labs». Затем он был доработан совместными усилиями «Hewlett-Packard» и «Mitsubishi». Обе компании разрешили использовать их патенты на этот формат без оплаты лицензии, поэтому JPEG-LS можно встретить и в обычных программах для PC. [rain.ifmo.ru/cat/view.php/theory/data-compression/jpeg-2006]

Конкурирующие форматы

Lossless JPEG

Lossless JPEG представляет собой дополнение к JPEG (и к JPEG-LS, несмотря на некоторое сходство в названии, отношения не имеет). В отличие от «обычного» JPEG, построенного на основе дискретного косинусного преобразования, Lossless JPEG использует схему предсказания значения пиксела по трём ближайшим соседям — верхнему, левому и верхнему левому пикселам, а для сжатия разницы между истинным и предсказанным значением пиксела использует энтропийное кодирование. В отличие от JPEG-LS алгоритм сжатия Lossless JPEG не предусматривает ни адаптивного предсказания значения кодируемого пиксела, ни контекстного моделирования ошибки предсказания. Для энтропийного кодирования ошибки предсказания Lossless JPEG использует код Хаффмана. В качестве альтернативного стандарт допускает использование арифметического кодирования, однако, из-за патентных ограничений оно не нашло применения в практических реализациях Lossless JPEG. Этот метод не получил широкого распространения и не поддерживается популярными библиотеками IJG libraries.

JPEG 2000

JPEG 2000 также содержит режим сжатия без потерь (отличающийся от JPEG-LS) основанный на специальном целочисленном вейвлет фильтре (биортогональный 3/5). Сжатие без потерь в JPEG 2000 работает медленнее и дает несколько меньшее сжатие по сравнению с JPEG-LS как на искусственных, так и на фотореалистичных изображениях [old.jpeg.org/public/wg1n1816.pdf][zenodo.org/record/38993/files/cr1331.pdf][www.ict.edu.ru/ft/002147/sb4_page86_95.pdf][d33.infospace.ru/d33_conf/sb2016t2/203-210.pdf].

См. также

• JPEG
• JPEG 2000
• Энтропийное сжатие

Ссылки

• [www.jpeg.org/public/wg1n1816.pdf Статья «JPEG 2000 still image coding versus other standards»]
• [itohws03.ee.noda.sut.ac.jp/~matsuda/mrp Статья «JPEG2000, JPEG-LS and other lossless codecs on greyscale images»]
• [www.jpeg.org/jpeg/jpegls.html Домашняя страница JPEG-LS]
• [www.hpl.hp.com/loco/ Домашняя страница родственного проекта LOCO-I]
• [www.hpl.hp.com/loco/JPEGLSTerms.htm Условия лицензирования для HP’s LOCO JPEG-LS (требуется бесплатная регистрация, нет сублицензирования, только для компаний)]
• [kt.ijs.si/aleks/jpeg-ls/index.htm Ссылки на разные приложения]
• [www.dclunie.com/jpegls.html single-tone/grayscale JPEG-LS encoder algorithm.]
• [www.compression-links.info/JPEGLS Список ресурсов по JPEG-LS (библиотеки, программы, исходники)]
• [rain.ifmo.ru/cat/view.php/theory/data-compression/jpeg-2006 JPEG-LS Сжатие изображений без потерь]