Иллюстрированный самоучитель по SVGA

Способы сжатия полноцветных рисунков

Возможность сжатия образов точечных рисунков была предусмотрена уже в первых стандартах хранения графических данных. Основным критерием при выборе алгоритмов упаковки была простота их программной реализации, а не степень сжатия исходных данных. В то время никто не предполагал, что размеры рисунков смогут достигать нескольких миллионов байтов. И уж тем более трудно было представить, что проблема сжатия графических данных станет настолько важной, что ради ее решения придется жертвовать качеством исходного изображения. Все это стало очевидным намного позже, когда элементная база позволила работать с рисунками большого размера и получили широкое распространение сначала локальные, а затем и глобальные вычислительные сети.

Сжатие по способу RLE

В стандартах PCX и BMP предусмотрены простые алгоритмы упаковки и распаковки данных, которые называются Run Length Encoding или RLE. Реализация способа RLE в этих стандартах различается в деталях, но суть остается неизменной. Она заключается в том, что группа повторяющихся кодов заменяется двумя байтами, первый из которых содержит количество повторов, а второй – повторяемый код. Чем больше размер группы одинаковых кодов, тем выше степень сжатия.

Способ RLE основан на анализе содержимого соседних байтов. У рисунков, подготовленных с применением палитры, в них находятся коды смежных точек. А у полноцветных рисунков в каждой тройке подряд расположенных байтов хранятся базовые цвета точек, и проверять их совпадение не имеет смысла. Коды базовых цветов совпадают только у точек, окрашенных в оттенки серого цвета. Из 16М возможных комбинаций на оттенки серого цвета приходится всего 256!

Для того чтобы сжатие стало возможным, надо изменить порядок анализа байтов строки рисунка. Это можно сделать двумя способами: либо предварительно разложить строку на три группы кодов одноименных базовых цветов и сжимать каждую группу независимо друг от друга, либо трижды повторить процесс упаковки строки, обрабатывая каждый раз коды одноименных базовых цветов, отстоящие друг от друга на три байта. Так или иначе, но при упаковке полноцветных рисунков необходима раздельная обработка трех групп одноименных базовых цветов каждой строки.

Эффективность способа RLE зависит от структуры сжимаемого рисунка. Она тем выше, чем чаще в нем встречаются подряд расположенные одноцветные точки. Оценить ее в общем случае невозможно, поэтому мы ограничимся примерами трех рисунков, характеристики которых приведены в табл. 7.5. Первый рисунок является значком, предназначенным для оформления рабочей области экрана, в нем использованы только оттенки серого цвета. Второй получен в результате сканирования цветной фотографии женского лица, в этом рисунке количество цветов не соответствует качеству изображения, на котором много пятен инородного происхождения. Третий рисунок взят из коллекции Corel PrintHouse, он подготовлен на высоком профессиональном уровне. Это снимок берега моря, уходящего за горизонт, на переднем плане волны прибоя и несколько лодок. У этого рисунка количество цветов соответствует качеству изображения.

Таблица 7.5. Результат сжатия трех полноцветных рисунков.

Табл. 7.5 иллюстрирует недостатки способа сжатия RLE и очевидное преимущество стандарта JPEG. Приведенные в ней данные получены в результате преобразования файлов из формата JPG в форматы BMP (не упакованный файл) и PCX (упаковка по способу RLE).

Из табл. 7.5 видно, что только в одном случае файл формата PCX оказался короче файла формата BMP примерно на 35%. Это произошло потому, что на фотографии женское лицо окружает довольно большое пространство одноцветного фона. В двух остальных случаях сжатие по способу RLE не дает ощутимых результатов. Причина кроется не только в недостатках способа сжатия, но и в самих рисунках.

Применение палитры ограничивало разнообразие кодов точек до 256, поэтому в рисунках неизбежно повторялись одноцветные точки и их комбинации. В этих условиях алгоритм LZW, реализованный в стандарте GIF, обеспечивал вполне удовлетворительные результаты.

У полноцветных рисунков разнообразие цветов (кодов) точек ограничивает только структура изображения. При этом чем больше разнообразие кодов точек, тем меньше вероятность обнаружить в рисунке их одинаковые комбинации. И никакой способ сжатия не будет эффективен до тех пор, пока не будет ограничено количество использованных в рисунке цветов.

Находящееся на экране, или напечатанное на бумаге изображение предназначено для восприятия человеком. Наш орган зрения является не столь совершенным инструментом, как это кажется. Поэтому правомерна такая постановка вопроса: можно ли изменить цвета в рисунке так, чтобы человеческий глаз этого не заметил, и одновременно появилась возможность сжатия? При определенных условиях ответ на этот вопрос положительный.

Результаты психофизиологических исследований свидетельствуют о том, что мы с вами лучше воспринимаем небольшие изменения яркости, чем небольшие изменения цвета. Незначительное изменение цветов точек при сохранении их яркости может оказаться незаметным для глаза. Но для этого надо иметь возможность независимо изменять яркость и цвет, что не возможно сделать в пространстве цветов RGB.