DIGITAL IMAGE CODING Go green • Aldi Burhan H • Chandra Mula Fitradi • Mardiyah
KOMPRESI LOSSLESS • Teknik kompresi lossless adalah teknik kompresi yang tidak menyebabkan kehilangan data. Biasanya digunakan jika akurasi data sangat penting. Ukuran data yang dihasilkan biasanya lebih besar daripada data yang dihasilkan teknik lossy. Penggunaannya teknik ini misalnya pada kode program, data biner, gambar-gambar kedokteran dan pada gambar dengan kompresi jenis PNG. • algoritma image coding yang termasuk di dalam losless compression: • Huffman Coding • Arithmetic Coding • Run-length Coding
HUFFMAN CODING • Termasuk metode lossless compression
• Pengkodean citra berdasarkan pada derajat keabuan (gray level) dari piksel-piksel dalam keseluruhan image • Nilai atau derajat keabuan yang sering muncul di dalam citra akan dikodekan dengan jumlah bit yang lebih sedikit sedangkan nilai keabuan yang frekuensi kemunculannya sedikit dikodekan dengan jumlah bit yang lebih panjang.
• Algoritma metode Huffman : 1. Urutkan secara menaik nilai keabuan berdasarkan frekuensi kemunculannya atau peluang kumunculan yaitu frekuensi kemunculan dibagi dengan jumlah piksel dalam citra (pk = nk/n). Setiap nilai keabuan dinyatakan sebagai pohon bersimpul tunggal dan setiap simpul diassign dengan frekuensi kemunculan nilai keabuan tersebut. 2. Gabung 2 buah pohon yang mempunyai frekuensi kemunculan paling kecil pada sebuah akar. Akar mempunyai frekuensi yang merupakan jumlah dari frekuensi 2 pohon penyusunnya. Perhatikan : frekuensi dengan nilai lebih kecil diletakkan di sisi kiri 3. Ulangi langkah 1 dan 2 sampai tersisa 1 pohon biner. 4. Beri label setiap sisi pada pohon biner, label sisi kiri = 0, label sisi kanan = 1. 5. Telusuri pohon biner dari akar ke daun. Barisan label-label sisi dari akar ke daun menyatakan kode Huffman untuk derajat keabuan yang bersesuaian.
ARITHMETIC CODING • Arithmetic coding adalah suatu algoritma kompresi data lossless yang merupakan pengembangan dari huffman coding, yang memakai teknik statistical modeling yang mengkodekan suatu barisan karakter/pesan dengan floating. • Merupakan metoda kompresi model statistic yang paling baik jika dibandingkan dengan metoda kompresi statistic model lainnya. • Semakin panjang dan semkin kompleks pesan yang dikodekan, semakin banyak bit diperlukan untuk keperluan tersebut. • Arithmetic coding baik digunakan untuk kompresi data teks.
RUN-LENGTH CODING • Cocok digunakan untuk memampatkan citra yang memiliki kelompokkelompok piksel berderajat keabuan yang sama. • Metode ini dilakukan dengan menyatakan seluruh baris citra menjadi sebuah baris run, lalu menghitung run – length untuk setiap derajat keabuan yang berurutan.
• Metode RLE dapat dikombinasikan dengan metode Huffman untuk meningkatkan ratio kompresi. Mula-mula lakukan kompresi RLE lalu hasilnya dimampatkan lagi dengan Huffman.
• Contoh sebuah citra sebagai berikut :
• Dinyatakan dalam barisan nilai derajat keabuan : 1 2 1 1 1 1 1 3 4 4 4 4 1 1 3335111133 • Hitung run-length untuk setiap derajat keabuan yang berurutan yaitu hitung jumlah kemunculan datanya (1,1) (2,1) (1,5) (3,1) (4,4) (1,2) (3,3) (5,1) (1,4) (3,2) • Hasil pengkodean 1 1 2 1 1 5 3 1 4 4 1 2 3 3 5 1 1 4 3 2 | ada 20 nilai, jadi berkurang 4 nilai
3 MODE CODING JPEG • lossy baseline mode, biasa disebut sequential baseline system, dimana menggunakan kompresi berbasis DCT untuk sebagian besar aplikasi. • extended coding mode, untuk pengaplikasian dengan kompresi yang lebih baik dan presisi yang lebih tinggi. • lossless encoding mode.
LOSSY BASELINE MODE • Prosedur dari kompresi encoding dan decoding berbasis DCT dapat dijelaskan pada gambar 4.7 dan 4.8 • Satu blok (8 x 8 pixels) dari gambar single-component (grayscale) dengan tingkat presisi 8-bit (12-bit untuk kebutuhan medis atau tipe gambar khusus) pada kedua data input dan output dilakukan oleh tiga modul operasi yang berurutan: perhitungan DCT maju dan mundur, kuantisasi dan penempatan kode variable-length.
EXTENDED CODING MODE • Cara ini juga dapat digunakan untuk transmisi progresif, di mana gambar dikodekan dalam beberapa scan untuk aplikasi yang waktu transmisinya lama dan user lebih suka untuk melihat gambar ditampilkan dalam bentuk yang buram-kemudian-jelas.
LOSSLESS ENCODING MODE • Dimana gambar dikodekan untuk menjamin tampilan yang dari gambar aslinya, meskipun tingkat kompresinya rendah dibandingkan dengan mode lossy.
sama lebih
KONSEP KOMPRESI YANG DITERAPKAN FORMAT JPEG • Tahapan kompresi JPEG: • • • •
Sampling DCT (Discrete Cosine Transform) Quantization Entropy Coding
SAMPLING • Sampling adalah proses pengkonversian data pixel dari RGB ke YUV/YIQ dan dilakukan down sampling. • Biasanya sampling dilakukan per 8 x 8 blok. • Semakin banyak blok yang dipakai, semakin bagus kualitas sampling yang dihasilkan.
DCT (Discrete Cosine Transform) • Hasil dari proses sampling akan digunakan sebagai inputan proses DCT. • Dimana blok 8 x 8 pixel akan diubah menjadi fungsi matriks cosinus.
QUANTIZATION • Proses membersihkan koefisien DCT yang tidak penting untuk pembentukan image baru • Hal ini yang menyebabkan JPEG bersifat lossy.
ENTROPY CODING • Proses penggunaan algoritma entropy. • Misalnya Huffman atau Arithmetic untuk mengenkodekan koefisien hasil proses DCT yang akan mengeliminasi nilai – nilai matriks yang bernilai nol dengan urutan zig-zag.
JPEG PROGRESSIVE MODE Dibuat untuk mendukung pemuatan gambar secara real-time, di mana hasil yang memiliki kualitas rendah dapat dikirim dan diikuti dengan tetap cepat secara halus dalam waktu yang memungkinkan. Kuantisasi yang dilakukan berurutan dengan mode yang sama seperti modus berurutan, perbedaannya adalah setiap komponen gamabr dikodekan dalam beberapa kali scan.
JPEG HIERARCHICAL MODE Dibuat untuk memperlihatkan suatu gambar dengan beberapa ukuran resolusi. Menggunakan konsep skala spasial, dari gambar yang mempunyai resolusi tinggi dapat dikodekan sebagai perbedaan dari gambar berikutnya yang lebih kecil dan hanya membutuhkan sedikit bit jika dibandingkan disimpan secara independen pada resolusi yang lebih tinggi.
JPEG LOSSLESS MODE Dibuat untuk memuat tambahan yang bagus untuk mode hierarchical. Pada mode ini juga tidak dapat menggunakan sekuens DCT karena adanya kesalahan pembulatan koefisien kuantisasi DCT. Selain itu, penggunaan downsampling juga tidak diperbolehkan. Codec lossless biasanya memproduksi sekitar 2: 1 kompresi untuk gambar berwarna dengan scene yang cukup kompleks.
JPEG Codestream diilustrasikan sebagai berikut:
JPEG CODESTREAM
• sebuah Frame adalah gambar, scan adalah sesuatu melewati piksel (misalnya, untuk mendapatkan komponen pencahayaan), sebuah segmen adalah sekelompok blok. • frame header termasuk : sampel presisi lebar dan tinggi gambar jumlah komponen ID unik (untuk setiap komponen) Faktor horizontal dan vertikal sampling (untuk setiap komponen) tabel kuantisasi untuk menggunakan (untuk setiap komponen)
JPEG2000 • Kekurangan JPEG 1. Distorsi.
2. Penanganan yang tidak efektif dari gambar berkualitas tinggi. 3. Kurang efektifnya dukungan color-space. 4. Mode progressive dan hierarchical yang tidak efektif 5. Buruknya kompressi lossless
JPEG2000 • Dukungan JPEG2000 untuk JPEG: 1. Superior Compression Performance 2. Berbagai representasi resolusi 3. Progressive transmission by pixel and resolution accuracy JPEG2000 provides efficient. 4. Kompresi Lossy dan Lossless dengan kompresi tunggal dengan penggunaan reversible. 5. Akses dan Pengolahan Codestream acak. 6. Error resilience, dapat mendeteksi kesalahan dalam setiap blok 7. Sequential buildup capability 8. Format yang Flexible
ALGORITMA JPEG2000 • Teknik kompresi pada JPEG2000 termasuk metode kompresi yang simetris, yaitu proses kompresi dan dekompresinya menggunakan dasar algoritma yang sama, tetapi mempunyai arah yang berlawanan. Berikut ini skema proses kompresi pada JPEG2000:
PROSES KOMPRESI
•
Atau dapat juga digambarkan sbb:
PENERAPAN DI BIDANG DIGITAL CINEMA • Di masa depan, teknologi film dan digital akan saling melengkapi • Pada 2004, DCI (Digital Cinema Initiatives) memilih JPEG2000 sebagai format kompresi yang akan digunakan dalam industri film masa depan • Versi final dari spesifikasi Digital Cinema DCI dipublikasikan Juli 2005
• Setiap frame yang ada dikompresi secara terpisah dengan JPEG2000 • Terdapat 4 langkah dalam Digital Cinema System :
AREA APLIKASI • JPIP Aplikasi JPIP menentukan protokol baru untuk berinteraksi dengan isi JPEG2000 dalam aplikasi terdistribusi dalam lingkungan Internet . Tujuannya adalah untuk menentukan protokol jaringan ( sintaks dan metode ) yang memungkinkan transmisi interaktif dan progresif data JPEG2000 kode dan file dari server ke klien
JPSEC Protokol JPSEC menentukan alat dan solusi untuk memungkinkan aplikasi untuk menghasilkan, mengkonsumsi, dan pertukaran bitstreams JPEG2000 yang aman
JP3D Untuk ekstensi file tiga dimensi.
JPWL Aplikasi JPWL mendefinisikan satu set alat dan metode untuk mencapai transmisi yang efisien dari citra JPEG2000 melalui jaringan nirkabel rawan kesalahan . Jaringan nirkabel peka terhadap sering terjadinya kesalahan transmisi, yang, bersama dengan bandwidth rendah, menempatkan kendala yang kuat pada transmisi gambar digital
Part 1 JPEG2000
codestream
Part 1
JPWL codestream Error protection
encoder
encoder error sensitivity
JPWL encoder Error-prone wireless channel JPWL decoder
residual errors JPEG2000
Error
Part 1
protection
encoder
encoder Part 1 codestream
JPWL codestream with possible errors
TERIMAKASIH ….. DIGITAL IMAGE CODING Go green • Aldi Burhan H • Chandra Mula Fitradi • Mardiyah
