Improvement on lossy color image compression by dynamic quantization

Abstract

The general data compression algorithms are classified into two types: lossless and lossy compression. The lossless data compression allows no discrepancy from original data when the original data is recovered from the compressed version. This type of data compression is suitable for text, database files, executable files, etc. The lossy data compression, on the other hand, allows for a discrepancy between the original one and its recovery version. This type of data compression can be applied to some type of data, e.g., images, pictures, video, sound, etc. As much discrepancy is allowed as is acceptable. The lossy data compression can compress up to a 25 to 1 compression ratio while still maintaining good quality. The common way to control the amount of discrepancy is Root Mean Square error(RMS error). However, most algorithms currently in use cannot control the quality directly from RMS error. This master project proposes an idea to improve performance of lossy image compression using dynamic quantization. The algorithm is based on image transformation similar to the JPEG but users can control RMS error to the prescribed value. The algorithm guarantees that the RMS error is not greater than the specified value. The prototype of the proposed algorithm on lossy image compression is developed and implemented. The experiment results show that the proposed algorithm can well control RMS -error while keeping good quality of the image picture. Many types of the images are tested and their results are presented.

ขั้นตอนวิธีในการบีบอัดข้อมูลโดยทั่วไป สามารถ จำแนกได้เป็น 2 วิธีคือ การบีบอัดข้อมูลแบบลอสเลส และ การบีบอัดข้อมูลแบบลอสซี่ โดยที่การบีบอัดข้อมูลแบบ ลอสเลสนั้น หลังจากที่มีการขยายข้อมูลกลับมา ข้อมูลจะ ต้องไม่เกิดการผิดเพี้ยนไปจากเดิม การบีบอัดข้อมูลด้วย วิธีนี้เหมาะสำหรับใช้กับข้อมูลประเภท ข้อความ ฐานข้อมูล โปรแกรมที่ใช้สำหรับรันงาน (executable files) เป็นต้น ส่วนการบีบอัดข้อมูลแบบลอสซี่นั้นจะแตกต่างออกไป โดยหลัง จากที่มีการขยายข้อมูลกลับมา ข้อมูลที่ได้สามารถที่จะผิด เพี้ยนไปจากเดิมได้ ซึ่งการบีบอัดข้อมูลด้วยวิธีนี้ จะ เหมาะสำหรับใช้กับข้อมูลประเภท รูปภาพ วีอีโอ เสียง เป็นต้น โดยข้อมูลที่ผิดเพี้ยนไปนั้นจะต้องอยู่ในเกณฑ์ที่ สามารถยอมรับได้ การบีบอัดข้อมูลแบบลอสซี่นั้น ตามปกติ แล้วอัตราส่วนในการบีบอัดข้อมูลอาจจะได้สูงถึง 25 ต่อ 1 โดยที่ข้อมูลที่ขยายกลับมาจะยังคงมีคุณภาพที่สามารถยอม รับได้ สิ่งที่ใช้เป็นตัวควบคุมการเกิดความผิดเพี้ยนของ ข้อมูล เรียกว่า ความผิดพลาดรูทมีนสแควร์ อย่างไรก็ตาม ขั้นตอนวิธีในการบีบอัดข้อมูลแบบลอสซี่ส่วนใหญ่ที่ใช้ใน ปัจจุบัน จะไม่สามารถควบคุมคุณภาพของข้อมูลโดยอาศัย ค่าความผิดพลาดรูทมีนสแควร์ได้ โครงงานวิจัยนี้ จึงเสนอแนวความคิดในการเพิ่ม ประสิทธิภาพในการบีบอัดข้อมูลรูปภาพโดยใช้วิธีไดนามิค ควันไทเซชั่น (Dynamic Quantization) เพื่อควบคุม คุณภาพของข้อมูลให้เป็นไปตามที่กำหนดค่าความผิดพลาด รูทมีนสแควร์ได้ ขั้นตอนวิธีนี้ใช้หลักการทรานส์ฟอร์ม ข้อมูล (Transformation) ที่มีรากฐานเดียวกับที่ใช้ใน JPEG แต่ผู้ใช้สามารถกำหนดค่าความผิดพลาดรูทมีนสแควร์ได้ ซึ่งขั้นตอนวิธีนี้ จะควบคุมค่าความผิดพลาดรูทมีนสแควร์ ไม่ให้เกินไปจากที่กำหนดไว้ได้ นอกจากนี้ ผู้จัดทำโครงการวิจัยยังได้ทำการพัฒนา โปรแกรมต้นแบบ (Prototype) ที่ใช้สำหรับการบีบอัด ข้อมูลรูปภาพแบบลอสซี่ด้วยวิธี ไดนามิค ควันไทเซชั่น ซึ่ง จากการทดสอบกับรูปภาพหลาย ๆ ชนิด พบว่าขั้นตอนวิธี ที่นำเสนอนี้สามารถควบคุมความผิดพลาดรูทมีนสแควร์ได้ และยังสามารถรักษาคุณภาพของภาพไว้ได้เป็นอย่างดี