MrSID od firmy LizardTech je nov∞ program pro komprimaci obrazov∞ch dat, urƒen∞ zejména pro obrázky v aplikacích GIS, ale jeho pouºití je naprosto obecné.
Kdyº vlnky komprimují obraz...
Oproti b╪ºn╪ pouºívanému formátu JPEG je kompresní pom╪r formátu MrSID o mnoho v∞hodn╪jτí a lze s ním zpracovávat skuteƒn╪ obrovské obrazy. V∞hodné vlastnosti formátu MrSID plynou zejména z pouºití pom╪rn╪ nové technologie nazvané vlnky (wavelets). MrSID p²edstavuje sadu nástrojà pro kompresi a dekompresi rastrov∞ch obrazà ve velkém rozliτení. Pouºitá technologie b╪ºn╪ dosahuje kompresního pom╪ru od 1 : 3 do 1 : 50, p²ípadn╪ aº 1 : 100. P²estoºe MrSID pat²í mezi ztrátové komprese, je v∞sledná kvalita p²ijatelná i p²i velk∞ch kompresních pom╪rech.
Co p²ináτejí vlnky
Základní p²íƒinou vysoké kvality v∞stupu kompresního programu MrSID je pouºití vlnek (wavelets). Proto krátce popíτi, jak∞m zpàsobem tato technologie funguje a co p²ináτí.
Matematická teorie vlnek (theory of wavelets) je známa jiº desítky let a vlnky se proslavily hlavn╪ svou schopností efektivn╪ reprezentovat obrazová data (viz obrazov∞ formát pouºívan∞ FBI pro uchovávání otiskà prstà). P²esto jejich komerƒní nasazení stále není p²íliτ patrné. Setkáváme se s nimi jen u velmi specializovan∞ch produktà, jako je práv╪ MrSID. P²íƒinou màºe b∞t i to, ºe ºádn∞ ISO standard pouºívající vlnky pro komprimaci obrazà zatím neexistuje (uvidíme, co p²inese formát JPEG2000).
Matematická teorie vlnek je pom╪rn╪ komplikovaná a p²esahuje rámec tohoto ƒlánku, proto se budeme p²eváºn╪ zab∞vat pouze dàsledky pouºití této technologie.
Ztrátová komprese spoƒívá v rozkladu originálního obrazu do formy, která umoºσuje v obraze separovat základní (nosnou) a detailní informaci. Zaokrouhlením detailní sloºky dojde k urƒité ztrát╪ informace (odtud název ztrátová komprese), ale v∞sledn∞ obraz se vizuáln╪ liτí pouze v málo post²ehnuteln∞ch detailech.
P²íkladem takového rozkladu je diskrétní kosinová transformace (Discrete Cosine Transformation - DCT), která reprezentuje obraz jako souƒet koneƒného poƒtu kosinov∞ch signálà. Detailní sloºku obrazu p²edstavují vysoké frekvence a sloºku základní frekvence nízké. Potlaƒením koeficientà náleºejících vysok∞m frekvencím (detailà) dojde k v∞razné kompresi informace. DCT rozkladu pouºívá nap²íklad formát JPEG, kter∞ dosahuje kompresních pom╪rà okolo 20 : 1, ale degradace obrazu je pak ƒasto patrná.
Dalτím p²íkladem rozkladu obrazu na základní a detailní ƒást je práv╪ diskrétní vlnková transformace (Discrete Wavelet Transformation - DWT). DWT umoºσuje reprezentovat obraz efektivn╪ji neº DCT.
DWT rozkládá obraz do tzv. bázov∞ch funkcí, které jsou obecn╪ v∞hodn╪jτí pro reprezentaci digitálních signálà neº sinusové nebo kosinusové funkce. DWT navíc rozkládá obraz pyramidov∞m zpàsobem, tj. opakovan╪ sniºuje rozliτení obrazu o polovinu, a to aº do dané velikosti obrazu. Pàvodní obraz je p²itom v pam╪ti reprezentován stále stejnou maticí, coº znaƒn╪ spo²í místo i ƒas na jeho zpracování. Tomuto druhu rozkladu se ²íká multi-resolution (vícem╪²ítkov∞). Zaokrouhlování detailní sloºky p²i ztrátové kompresi pomocí DWT probíhá pro kaºd∞ stupeσ pyramidového rozkladu zvláτ£, tudíº degradace obrazu je daleko mén╪ patrná neº u DCT. Uºivatel màºe navíc sám zvolit, kterou úroveσ detailu si p²eje zachovat a kterou lze naopak potlaƒit.
Pyramidov∞ rozklad na více m╪²ítek je v∞hodn∞ nejen pro vlastní kompresi, ale lze ho vhodn╪ vyuºít také pro prohlíºení a p²enos v∞sledn∞ch obrazà. Pouºije se vºdy jen ta ƒást rozkladu obrazu, která odpovídá poºadovanému rozliτení (m╪²ítku) obrazu na obrazovce. To umoºσuje snazτí a rychlejτí práci s obrazy o velkém rozliτení (DTP, CAD nebo GIS). Tento rozklad má navíc schopnost tzv. vno²ení datového proudu (embedded stream). Vno²ení umoºσuje p²enáτet a zobrazovat obrázky jeτt╪ neúplné, podobn╪ jako to známe z internetu u formátà Interlaced GIF a Progressive JPEG. Oproti uveden∞m formátàm se vτak obraz objevuje se stále jemn╪jτími detaily, a to bez znám∞ch "ƒtvereƒkov∞ch efektà" (blocking artifacts).
Vτechny uvedené vlastnosti vlnek program MrSID pln╪ vyuºívá, proto podstatn╪ p²evyτuje moºnosti formátu typu JPEG.
MrSID Encoder
MrSID se skládá z nástroje pro komprimaci obrazà do formátu SID (MrSID Encoder) a ze sady programà pro jejich prohlíºení a konverzi.
Testovaná verze programu MrSID Encoder b╪ºela pod Windows 95/98/NT, ale k dispozici jsou i verze pro systémy IBM (AIX 4.2.1), SGI (Irix 6.2), Sun (Solaris 2.5.1) a Linux (RedHat 5.2). Vlastní instalace komprimaƒního programu je chrán╪na hardwarov∞m klíƒem a licenƒním ƒíslem. Program nemá speciální poºadavky, ale velikost operaƒní pam╪ti urƒuje maximální velikost zpracovávan∞ch obrazà. Maximální moºná velikost zpracovávan∞ch obrazà je dále omezena zvolenou licencí. V ¼R jsou nabízeny verze MrSID Professional (obrazy do 500 MB) a MrSID Publisher (bez omezení).
Po instalaci máte k dispozici jednoduch∞ program pro snadné p²evád╪ní jednoho nebo více obrazà do formátu SID. Program navíc umoºσuje skládat více obrazà do jednoho obrovského (mosaicing), coº se uplatní zejména v oblasti GIS.
Rozhraní programu tvo²í jediné okno, které je rozd╪leno na ƒást, v níº uºivatel zadá obrazy pro konverzi, na ƒást, v níº se zadávají parametry vlnkové komprese, a na ƒást, v níº je generován protokol o konverzi. Pro konverzi jsou podporovány formáty známé zejména z GIS: TIFF, GeoTIFF, USGS Digital Ortho Quads (DOQ), Band-Interleaved a Band-Sequential (BIL, BIP, BSQ), 1-, 3- a 4pásmov∞ ERDAS LAN (LAN) a Sun Raster (RAS, RAST). Pro vytvá²ení obrovsk∞ch obrazà z mozaiky jsou podporovány následující formáty: TIFF, TIFF World (TFW), GeoTIFF, BIL, BIP, BSQ s hlaviƒkov∞mi soubory (HDR) files, USGS DOQ, 1-, 3- a 4pásmov∞ LAN.
Program je urƒen pro profesionální nasazení, tudíº v╪tτina jeho funkcí p²edpokládá dávkové zpracování. Vstupem jsou lokace zdrojov∞ch obrazà, parametry komprese a v∞stupní adresá² pro obrazy. Program u kaºdého zadaného obrazu odhaduje v∞slednou velikost a p²ed konverzí odhadne i pot²ebné místo na disku. Pokud p²ípona zadaného obrazu není známa, lze ji dodateƒn╪ specifikovat. Pro zpracování obrazà lze urƒit pomocn∞ diskov∞ prostor, vyºádat si protokol o konverzi, potlaƒit varovná hláτení apod.
Parametry komprese odpovídají pouºití vlnkové transformace (DWT). Zadáváme poºadovan∞ kompresní pom╪r (od 1 : 3 do 1 : 100), stupeσ pyramidové dekompozice (poƒet úrovní Zoom Levels nebo nejmenτí dosaºené m╪²ítko), kterému pak odpovídá pouºit∞ první náhledov∞ obrázek (thumbnail). Vτechny parametry ovlivσují v∞slednou velikost a kvalitu obrazà. Voliteln╪ lze zadat i maximální velikost bloku dekompozice - ta ovlivní rychlost prohlíºení v∞sledného obrazu, ale ne jeho velikost. Specialitou programu je moºnost zadání parametrà G-Weight a Weight, které ovlivσují v∞slednou ostrost a kvalitu barev obrazà. Pro aplikace v GIS tak lze vytvá²et více kontrastní a mén╪ barevné obrazy se zdàrazn╪n∞mi ƒarami.
Dalτí specialitou je vlastní vytvá²ení mozaik, tj. vytvá²ení jednoho obrazu z mnoha. Pro tento úƒel je nutné definovat rozloºení obrazà v mozaice a jejich pozice ve v∞sledném obraze. Pokud se obrazy p²ekr∞vají, pak je moºné specifikovat transparentní barvu (No Data Value Color), která bude p²i p²ekrytí vynechána. Zadávání pozic souborà mozaiky závisí na pouºitém formátu, ale nejƒast╪ji se parametry zapíτí do speciálního AUX souboru, jak specifikuje manuál.
Jeτt╪ p²ed spuτt╪ním konverze lze vybrat jen ƒást ze zadan∞ch obrazà, které se mají zpracovávat, a obrazy lze navíc rozd╪lit do skupin s ràzn∞mi parametry konverze.
MrSID Encoder dokáºe vytvá²et skuteƒn╪ obrovské obrazy, jejichº velikost màºe b∞t v╪tτí neº 3 GB a p²itom pro jejich vytvá²ení vyºaduje "jen" 512 MB operaƒní pam╪ti. Uº tyto parametry p²evyτují moºnosti b╪ºn╪ pouºívan∞ch programà a formátà, p²esto jsem provedl alespoσ základní srovnání formátu s hojn╪ pouºívan∞m formátem JPEG.
JPEG versus MrSID
Porovnání komprese JPEG a MrSID je obtíºné, protoºe oba formáty vyuºívají ztrátové komprese, a hodnocení kvality v∞sledného obrazu je tedy subjektivní. Porovnání kvality komprese bylo provád╪no podle následujícího algoritmu: Parametry komprese formátu SID byly nastaveny tak, aby obrázek m╪l p²ijatelnou kvalitu, v∞sledná velikost souboru byla brána jako reference a parametry formátu JPEG byly nastaveny tak, aby v∞sledn∞ obrázek m╪l shodnou velikost souboru. V∞sledkem bylo subjektivní hodnocení, zda v∞sledn∞ obraz je vizuáln╪ p²ijateln∞.
K testování byla pouºita sada obrazà z normy ISO 12640, která se pouºívá pro testy navrhovan∞ch standardních formátà. Sadu tvo²í digitalizované fotografie sejmuté v rozliτení 300 dpi. Celkov∞ v∞sledek byl opravdu p²ekvapiv∞, pro dosaºení shodného vizuálního hodnocení byl JPEG v pràm╪ru ƒty²ikrát v╪tτí neº MrSID. Kvalita v∞sledného obrazu ve formátu JPEG byla p²i stejné velikosti souboru jako pro formát SID nep²ijatelná (viz obrázky). JPEG vykazoval velkou ztrátu detailu a barevné informace. Se zvyτujícím se kompresním pom╪rem formátu SID se sice p²idával skvrnov∞ τum, ale nedocházelo k ruτiv∞m "ƒtvereƒkov∞m efektàm" a k v∞raznému zkreslení barev jako u formátu JPEG.
Prohlíºeƒe obrázkà MrSID
Ten prav∞ poºitek z formátu SID je teprve p²i prohlíºení komprimovan∞ch obrazà. I ten nejv╪tτí obraz se na obrazovce objevuje velmi rychle. Obraz se zobrazuje nejprve v náhledu a postupn╪ získává na detailech. Zv╪tτování, zmenτování a posunování se d╪jí opravdu okamºit╪. To vτe díky pouºití jiº zmín╪né pyramidové dekompozice vlnek (multi-resolution).
Pro obrázky ve formátu SID je k dispozici celá ²ada prohlíºeƒà pro v╪tτinu platforem a WWW server (MrSID Image Server). Oproti kódovacímu programu je znaƒná ƒást prohlíºeƒà k dispozici zdarma a naleznete je i na Chip CD 11/99.
Formát SID màºete prohlíºet bu╘ pomocí samostatného programu MrSID Viewer, nebo pomocí zásuvn∞ch modulà. Zásuvné moduly jsou pro programy Adobe Photoshop, ArcView a pro webové prohlíºeƒe Netscape Communicator a MS Explorer. K dispozici je i komponenta ActiveX, pomocí které lze formát SID prohlíºet i v p²ísluτn∞ch aplikacích.
Samostatn∞ prohlíºeƒ MrSID Viewer umoºσuje obrázek nejen prohlédnout, ale i vytisknout nebo p²evést zp╪t do standardního formátu TIFF. Obraz lze p²evést bu╘ cel∞, nebo jen ƒást, a to v zadaném rozliτení. Vedle nástrojà pro zv╪tτování, zmenτování a posouvání obrazà má zobrazovaƒ i nástroje pro detailní zv╪tτení (Microscope), rychlou navigaci v obraze (Telescope), m╪²ení vzdáleností (Measure) a pro kopírování obrazu do schránky.
Záv╪r
Program MrSID m╪ p²íjemn╪ p²ekvapil, protoºe má vτechny kvality, které jsem od komprimaƒního programu na obrázky oƒekával - ud╪len∞ Chip Tip mu po zásluze pat²í. Vedle jednoduchého a intuitivního ovládání bych vyzdvihl také velmi p╪kn╪ zpracované manuály (v elektronické i tiτt╪né podob╪). Hardwarové nároky kodéru i dekodéru jsou p²ijatelné a odpovídají profesionálnímu pouºití. Cena není nízká, ale op╪t odpovídá profesionálnímu nasazení a uspo²enému místu na discích.
MrSID je urƒen zejména pro nasazení v oblasti GIS, ale své uplatn╪ní najde i v DTP a CAD. Nap²íklad DTP studia mohou program MrSID pouºívat pro archivaci sv∞ch obrazov∞ch dat, a to bez obav z velké újmy na kvalit╪ obrazà. Θspora místa na discích je p²itom díky pouºití vlnek opravdu znatelná a nástroje na práci s formátem MrSID jsou dostateƒné. Práce s obrazy ve velkém rozliτení je v programu MrSID skuteƒn╪ velmi rychlá; mnohdy si ƒlov╪k neuv╪domuje, ºe pàvodní p²edloha zabírala na disku megabajty, nebo dokonce gigabajty. Obrazy ve formátu MrSID jsou navíc vhodné pro p²enos a vystavovaní na internetu.
Formát MrSID dokazuje, ºe p²i komprimaci pomocí vlnek se profesionálové nemusejí obávat pouºít ztrátovou kompresi.
