JPEG

Introduction

JPEG 은 Joint Photographic Experts Group에 의해서 표준화된 압축 기법입니다.

“Joint”는 ISO와 CCITT의 협력을 의미합니다. 각각 ISO는 국제 표준화 기구이며, CCITT는 국제 전신 전화 자문 위원회 입니다.

 

-컬러정지영상 압축에 관한 표준화가 처음으로 시작된 것은 1980년대 초였는데, 그 후 표

준방식을 통신용도까지 넓히기 위해 CCITT, SG8과의 합동위원회가 조직되고 ISO /

TC97 / SC2 / WG 8산하에 JPEG이 설치되었다. JPEG는 원래 조직명칭이었지만, 최근

에는 MPEG과 마찬가지로 압축알고리즘의 권고 그 자체를 말하는 것으로 사용되고 있

다. JPEG의 압축기술은 MPEG의 기본기술로서(양자화 메트릭스 개념)채택되었다.

-JPEG은 최종적으로 부호화영상품질의 주관적 평가실험을 거쳐, 기본방식으로서

ADCT(Adaptive Discrete Cosine Transform)를, 확장방식으로서 산술부호화

(Arithmetic Coding) / 허프만 부호화(Huffman Coding)를 각각 채용하였다.

 

 

영상 압축의 원리

1) 공간 중복성(Spatial Redundancy) : 영상 내 화소간의 중복성

인접한 화소들은 서로 비슷한 값을 가진다.

사람의 눈은 화소 값이 갑자기 변하는 고주파성분에 둔감하다.

 

2) 대역간 중복성(Spectral Redundancy)

회색영상은 대역신호가 1개이고, 컬러영상은 대역신호가 3개(R:빨강, G:녹색, B:파

랑)이다. 대역신호가 2개 이상인 경우 상호간 중복성 제거한다. R,G,B 3개의 신호는

명암 정보가 중복되어 상당히 유사하다. YIQ 방식은 사람의 눈이 색상보다는 밝기에

민감하다는 사실에 착안한 방식으로, 색을 밝기(Luminance)인 Y성분과 색상

(Chrominance)인 I와 Q성분으로 구분한다. Y성분은 오차에 민감하므로 색상성분인

I와 Q보다 많은 비트를 사용하여 코딩한다. 일반적인 Y:I:Q의 비트율은 4:2:2이다.

 

3) 통계 중복성(Statistical Redundancy)

데이터에 내재한 상관성을 이용한 압축

Entropy Coding: Huffman 코딩

 

 

JPEG은 Human Vision System 의 한계를 활용한다. 인간의 눈은 컬러 색상에서의 조그만 변화보다는 밝기에서의 조그만 변화를 더 쉽게 인지할 수 있다. 이런 인간 시각 시스템의 특징을 활용하여 JPEG은 좀 더 컬러 정보 많이 제거한다.

 

1/20까지 압축률을 크게 하여도 원래 영상과 비교해서 차이가 없어 보이게 할 수 있다.

 

JPEG 방법에서는 고주파 자료가 여과되므로, 날카로운 에지들로 구성된 영상에서는 잘 수행될 수가 없다.

JPEG 방법으로 영상을 압축할 때, 결과 영상의 질에 대한 수준(Q 또는 Q factor)을 제시하여야 한다.

 

Q가 높게 설정될수록 영상의 질은 더욱 좋아질 것 이면서, 파일의 크기는 더욱 커질 것이다. Q가 작게 설정될수록 영상의 질이 저하되지만, 파일의 크기는 작아질 것이다. 이것은 손실 압축 방법에 있어서 발생하는 영상의 질과 압축률 양자간의 대립되는 문제이다. 큰 압축률이 영상의 질에 손상을 주지 않고 달성될 수 없다.

 

영상 저하 특징

• blocky structure
  • 영상 화소들이 합쳐진 사각형들의 묶음체로 변질된다.
  • 뭉쳐진 사각형들은 뭉쳐지기 이전의 화소들의 평균값으로 구성될 것이다.
• 윤곽화
  • 윤곽화는 점차적인 음영을 가진 영역에서 보여진다. 공명은 날카로운 에지들 주위에서 발생한다.
• ringing effect
  • 공명은 날카로운 에지들 주위에서 발생한다.

 

베이스라인 JPEG압축 방법