Artefato de compressão

a artefato de compressão (ou artefato ) é uma distorção perceptível de mídia (incluindo imagens, áudio e vídeo) causada pela aplicação de compressão com perdas. A compactação de dados de perdas envolve descartar alguns dos dados da mídia para que se tornem pequenos o suficiente para serem armazenados no espaço de disco desejado ou transmitido ( transmitido ) dentro da largura de banda disponível (conhecida como taxa de dados ou taxa de bits). Se o compressor não puder armazenar dados suficientes na versão compactada, o resultado será uma perda de qualidade ou introdução de artefatos. O algoritmo de compactação pode não ser inteligente o suficiente para discriminar as distorções de pouca importância subjetiva e aquelas censuráveis ao usuário.

Os artefatos de compressão digital mais comuns são os blocos DCT, causados pelo algoritmo de compressão de transformação de cosseno discreto (DCT) usado em muitos padrões de mídia digital, como formatos de arquivo de vídeo JPEG, MP3 e MPEG. Esses artefatos de compactação aparecem quando a compactação pesada é aplicada e ocorrem frequentemente em mídia digital comum, como DVDs, formatos de arquivo de computador comuns, como arquivos JPEG, MP3 e MPEG e algumas alternativas ao disco compacto, como a Sony; Formato Minidisc. Mídia não compactada (como laserdiscs, CDs de áudio e arquivos WAV) ou mídias compactadas sem perdas (como FLAC ou PNG) não sofrem de artefatos de compressão.

A minimização de artefatos perceptíveis é um objetivo essencial na implementação de um algoritmo de compressão com perdas. No entanto, os artefatos são ocasionalmente intencionalmente produzidos para fins artísticos, um estilo conhecido como arte de Glitch ou datamoshing.

Tecnicamente falando, um artefato de compressão é uma classe específica de erro de dados que geralmente é a conseqüência da quantização na compressão de dados de perdas. Onde a codificação de transformação é usada, normalmente assume a forma de uma das funções básicas do espaço de transformação do codificador.

Ao executar a codificação de codificação de cosseno discreto baseado em bloco (DCT) para quantização, como nas imagens compactadas por JPEG, vários tipos de artefatos podem aparecer.

• Anelando
• Contouring
• Posterização
• Ruído de escada (aliando) ao longo de bordas de curva
• Blockiness em regiões "busy" (bloquear artefatos de fronteira, às vezes chamados (macro)bloqueio, acolchoamento ou checkerboarding)

Outros algoritmos com perdas, que usam a correspondência de padrões para desduplicar símbolos semelhantes, são propensos a introduzir erros difíceis de detectar em texto impresso. Por exemplo, os números " 6 " e " 8 " pode ser substituído. Observou -se que isso acontece com JBIG2 em certas máquinas de fotocopiadoras.

Com taxas baixas de bits, qualquer esquema de codificação baseado em blocos com perdas introduz artefatos visíveis em blocos de pixels e limites de bloco. Esses limites podem transformar os limites do bloco, os limites do bloco de previsão ou ambos, e podem coincidir com os limites de macrobloco. O termo macroblock é comumente usado, independentemente da causa do artefato. Outros nomes incluem bloqueio, ladrilhos, mosaicing, pixelating, acolchoado e tabuleiro de xadrez.

Block-Artifacts são resultado do próprio princípio da codificação de transformação de bloco. A transformação (por exemplo, a transformação de cosseno discreto) é aplicada a um bloco de pixels e, para obter compressão com perdas, os coeficientes de transformação de cada bloco são quantizados. Quanto menor a taxa de bits, mais grosseiramente os coeficientes são representados e mais coeficientes são quantizados para zero. Estatisticamente, as imagens têm mais conteúdo de baixa frequência que o conteúdo de alta frequência, por isso é o conteúdo de baixa frequência que permanece após a quantização, o que resulta em blocos embaçados e de baixa resolução. No caso mais extremo, apenas o coeficiente de DC, esse é o coeficiente que representa a cor média de um bloco, é retida e o bloco de transformação é apenas uma única cor após a reconstrução.

Como esse processo de quantização é aplicado individualmente em cada bloco, os blocos vizinhos quantizam os coeficientes de maneira diferente. Isso leva a descontinuidades nos limites do bloco. Estes são mais visíveis em áreas planas, onde há poucos detalhes para mascarar o efeito.

Várias abordagens foram propostas para reduzir os efeitos da compressão da imagem, mas usar técnicas padronizadas de compressão/descompressão e manter os benefícios da compactação (por exemplo, menores custos de transmissão e armazenamento), muitos desses métodos se concentram em " -Processamento " isto é, processando imagens quando recebido ou visualizado. Nenhuma técnica de pós-processamento foi demonstrada para melhorar a qualidade da imagem em todos os casos; Consequentemente, nenhum recebeu uma aceitação generalizada, embora alguns tenham sido implementados e estejam em uso em sistemas proprietários. Muitos programas de edição de fotos, por exemplo, possuem algoritmos proprietários de redução de artefato JPEG embutidos. O equipamento de consumo geralmente chama isso de pós-processamento " MPEG Ruído Reduction ".

Artefato de limite no JPEG pode ser transformado em mais agradáveis " grãos " Não muito diferente dos de filmes fotográficos ISO altos. Em vez de apenas multiplicar os coeficientes quantizados com a etapa de quantização [- q /2; q /2] pode ser adicionado ao coeficiente desquantalizado. Este método pode ser adicionado como parte integrante dos descompactadores JPEG que trabalham nos trilhões de imagens JPEG existentes e futuras. Como tal, não é um " pós-processamento " técnica.

O problema do toque pode ser reduzido no horário da codificação, superando os valores do DCT, apertando os anéis.

A posterização geralmente só ocorre com baixa qualidade, quando os valores de CC recebem pouca importância. Ajustar a tabela de quantização ajuda.

Quando a previsão de movimento é usada, como em MPEG-1, MPEG-2 ou MPEG-4, os artefatos de compressão tendem a permanecer em várias gerações de quadros descomprimidos e se movem com o fluxo óptico da imagem, levando a um efeito peculiar , parte em meio a um efeito de pintura e#34; grime " Isso se move com objetos na cena.

Erros de dados no fluxo de bits compactados, possivelmente devido a erros de transmissão, podem levar a erros semelhantes a grandes erros de quantização ou podem interromper a análise do fluxo de dados inteiramente por um curto período de tempo, levando a "interrupção; -Up " da imagem. Onde os erros brutos ocorreram no fluxo de bits, os decodificadores continuam aplicando atualizações à imagem danificada por um intervalo curto, criando uma imagem fantasma " efeito, até receber o próximo quadro compactado independentemente. Na codificação de imagens do MPEG, eles são conhecidos como quadros i 34; com o ' i ' Aumentando para "Intra" Intra ". Até que o próximo I-Frame chegue, o decodificador pode executar a ocultação de erros.

As descontinuidades de limite de bloco podem ocorrer nas bordas dos blocos de previsão de compensação de movimento. Em movimento compressão de vídeo compensado, a imagem atual é prevista por blocos de mudança (macroblocks, partições ou unidades de previsão) de pixels de quadros previamente decodificados. Se dois blocos vizinhos usarem diferentes vetores de movimento, haverá uma descontinuidade na borda entre os blocos.

Artefatos de compressão de vídeo incluem resultados cumulativos de compressão das imagens imóveis compreendendo, por exemplo, toque ou outra ocupação de borda em imagens sucessivas e sucessivas aparecem em sequência como um brilho cintilante de pontos em torno das bordas, chamado mosquito ruído , como eles se assemelham a mosquitos enxameados ao redor do objeto. O chamado ruído de mosquito " é causado pelo algoritmo de compressão de transformação de cosseno discreto baseado em bloco (DCT) usado na maioria dos padrões de codificação de vídeo, como os formatos MPEG.

Os artefatos nos limites do bloco podem ser reduzidos aplicando um filtro de desbloqueio. Como na codificação imobiliária, é possível aplicar um filtro de desbloqueio à saída do decodificador como pós-processamento.

Codificação de vídeo prevista em movimento com um loop de previsão fechado, o codificador usa a saída do decodificador como a referência de previsão a partir da qual os quadros futuros são previstos. Para esse fim, o codificador integra conceitualmente um decodificador. Se este " decodificador " Executa um desbloqueio, a imagem desbloqueada é usada como uma imagem de referência para compensação de movimento, o que melhora a eficiência da codificação, impedindo uma propagação de artefatos de bloco entre os quadros. Isso é chamado de filtro de desbloqueio em loop. Os padrões que especificam um filtro de deblock em loop incluem VC-1, H.263 Anexo J, H.264/AVC e H.265/HEVC.

Compressão de áudio com perdas normalmente funciona com um modelo psicoacústico - um modelo de percepção da audição humana. Os formatos de áudio com perdas geralmente envolvem o uso de uma transformação de domínio de tempo/frequência, como uma transformação de cosseno discreto modificado. Com o modelo psicoacústico, são explorados efeitos de mascaramento como mascaramento de frequência e mascaramento temporal, de modo que os sons que devem ser imperceptíveis não são registrados. Por exemplo, em geral, os seres humanos são incapazes de perceber um tom tranquilo tocado simultaneamente com um tom semelhante, mas mais alto. Uma técnica de compactação com perdas pode identificar esse tom silencioso e tentar removê -lo. Além disso, o ruído de quantização pode estar oculto " onde eles seriam mascarados por sons mais proeminentes. Com baixa compressão, um modelo PSY conservador é usado com pequenos tamanhos de bloco.

Quando o modelo psicoacústico é impreciso, quando o tamanho do bloco de transformação é restrito ou quando a compressão agressiva é usada, isso pode resultar em artefatos de compressão. Artefatos de compressão em áudio compactado normalmente aparecem como toque, pré-eco, " artefatos de pássaros ", abalando, chocando, alboritando, com um toque metálico, um sentimento subaquático, sibilos, ou " granulação". ;.

Um exemplo de artefatos de compressão no áudio é aplausos em um arquivo de áudio relativamente altamente comprimido (por exemplo, 96 kbit/s mp3). Em geral, os tons musicais têm formas de onda repetidas e variações mais previsíveis no volume, enquanto aplausos é essencialmente aleatório, portanto, difícil de comprimir. Uma faixa de aplausos altamente compactada pode ter um toque metálico " e outros artefatos de compressão.

artefatos de compressão podem ser usados intencionalmente como um estilo visual, às vezes conhecido como arte Glitch . A Arte da Glitch de Rosa Menkman faz uso de artefatos de compressão, particularmente os blocos discretos de transformação de cosseno (blocos DCT) encontrados na maioria dos formatos de compressão de dados de mídia digital, como imagens digitais JPEG e áudio digital MP3. Em imagens estáticas, um exemplo é jpegs pelo fotógrafo alemão Thomas Ruff, que usa artefatos intencionais de JPEG como base do estilo da imagem.

Na arte, uma técnica usada é datamoshing , onde dois vídeos são intercalados para que os quadros intermediários sejam interpolados de duas fontes separadas. Outra técnica envolve simplesmente transcodificar de um formato de vídeo com perdas para outro, o que explora a diferença na maneira como os codecs de vídeo separados processam as informações de movimento e cores. A técnica foi pioneira pelos artistas Bertrand Avins em colaboração com Christian Jacquemin em 2006 com o DivXPrime, Sven König, Takeshi Murata, Jacques Perconte e Paul B. Davis em colaboração com Paperrad, e mais recentemente usada por David Oreilly e dentro de videos de música por presidência e presidência e presidência e videos -cantores e videos -presidentes e com o Paperad, e mais recentemente usados por David Oreilly e em videos de música para presidência e por Nabil Elderkin no " bem -vindo ao desgosto " Videoclipe para Kanye West.

Há também um gênero de memes da Internet, onde imagens frequentemente absurdas são propositadamente comprimidas às vezes várias vezes para o efeito cômico. As imagens criadas usando esta técnica são frequentemente referidas como "Deep Fried" "

• DivXPrime Primeiros experimentos conhecidos de software de vídeo de datamoshing por Bertrand Planes & Christian Jacquemin (baseado no algoritmo Xvid)
• Teaser para "nascimento sônico" um filme curto dirigido por Jérome Blanquet, efeito datamoshing por David Olivari, produzido por [Metronomic]. Filme completo: "Namor Sonic"
• informação Um software de gravação de vídeo GPL.
• Exemplo de artefatos de compressão de vídeo pesados.
• JPEG Tutor, um applet interativo que permite investigar os efeitos da mudança da matriz de quantificação.
• JPEG deringing e deblocking: software Matlab e plug-in Photoshop