Restauració d'imatges JPEG

Autor: Lluís Batlle i Rossell, <viric@vicerveza.homeunix.net>

Director: Josep Maria Aroca i Farrerons, <aroca@ma4.upc.edu>

Estructura

Motius
Pèrdues als JPEG
Tècniques de recuperació
Implementació

Motius

Popularitat del JPEG
- Pràcticament amb implementacions des de 1992
- Internet
- Càmeres digitals
Moltes tècniques proposades
Falta de descodificadors alternatius
Falta de programari lliure relacionat

Codificació JPEG

Canvi de plans de color
Delmat dels plans de color
Transformada DCT a cada pla
Quantització dels coeficients de la DCT
Compressió sense pèrdues d'aquests coeficients quantitzats

Canvi dels plans de color

RGB a YCbCr

Delmat dels plans de color

2x2:1x1:1x1 (blavor)

Transformada DCT per pla [1]

Divisió en blocs de 8x8 independents
Enmirallat als blocs incomplets
Transformació DCT per bloc

Transformada DCT per pla [2]

Exemple de bloc transformat

127	127	127	127	127	127	127	0
127	127	127	0	0	127	0	127
127	127	0	127	127	0	127	127
127	0	127	0	127	127	0	127
191	0	191	191	0	191	0	191
191	191	0	191	191	0	191	191
191	0	191	0	0	191	191	191
0	191	191	191	191	191	191	191

914.25	-18.30	82.36	-13.49	39.75	14.22	94.96	-7.02
-173.46	128.41	-12.29	60.55	5.73	-34.41	-7.00	-6.30
82.36	-22.47	-58.21	-2.88	-168.41	-14.50	-84.32	15.02
43.19	60.55	30.28	33.45	35.68	88.66	1.19	-21.81
39.75	0.52	-168.41	-17.90	-39.75	-7.97	112.78	-19.59
-48.80	-34.41	26.71	88.66	-18.63	46.05	6.01	116.77
94.96	5.09	-84.32	-4.57	112.78	-22.99	-339.29	-3.40
15.02	-6.30	8.21	-21.81	-11.80	116.77	75.79	-48.91

Quantització dels coeficients

Divisió i arrodoniment

Exemple de bloc quantitzat (q=40)

914.25	-18.30	82.36	-13.49	39.75	14.22	94.96	-7.02
-173.46	128.41	-12.29	60.55	5.73	-34.41	-7.00	-6.30
82.36	-22.47	-58.21	-2.88	-168.41	-14.50	-84.32	15.02
43.19	60.55	30.28	33.45	35.68	88.66	1.19	-21.81
39.75	0.52	-168.41	-17.90	-39.75	-7.97	112.78	-19.59
-48.80	-34.41	26.71	88.66	-18.63	46.05	6.01	116.77
94.96	5.09	-84.32	-4.57	112.78	-22.99	-339.29	-3.40
15.02	-6.30	8.21	-21.81	-11.80	116.77	75.79	-48.91

20	14	13	20	30	50	64	76
15	15	18	24	33	73	75	69
18	16	20	30	50	71	86	70
18	21	28	36	64	109	100	78
23	28	46	70	85	136	129	96
30	44	69	80	101	130	141	115
61	80	98	109	129	151	150	126
90	115	119	123	140	125	129	124

46	-1	6	-1	1	0	1	0
-12	9	-1	3	0	0	0	0
5	-1	-3	0	-3	0	-1	0
2	3	1	1	1	1	0	0
2	0	-4	0	0	0	1	0
-2	-1	0	1	0	0	0	1
2	0	-1	0	1	0	-2	0
0	0	0	0	0	1	1	0

Descodificació JPEG

Descodificació dels coeficients quantitzats (sense pèrdues)
Estimació dels coeficients no quantitzats
Transformada IDCT a cada pla
Interpolació dels plans de color
Canvi de plans de color (YCbCr → RGB)

Descodificació convencional [1]

Punt mig de l'interval de quantització
Independència entre blocs
Independència entre plans
Independència del tipus d'imatges
Simplicitat
Velocitat

Descodificació convencional [2]

Efecte de blocs
Efecte d'escala
Efecte d'anells
Vessament de color

Noves tècniques

Suavitzat entre blocs
- Màxim a posteriori
- Projecció sobre conjunts convexos
- Segmentació
- Reaplicació de DCT/Quantització
Accentuació de cantonades
Projecció sobre l'espai de quantització
Influència de l'intensitat de llum als plans de color

Programari

Aplicació i combinació de tècniques
Fàcil variació de les tècniques
Comparació a ull nu de les tècniques
Quantificació de la qualitat
Fidelitat al JPEG original
Temps de càlcul irrellevant

Cadena de descodificació

Desquantització i IDCT

Convencional: punt mig de l'interval
Variable aleatòria exponencial

Recuperació de plans

Nosratinia
HP
Froment
O'Rourke
Robertson
Trianta
HContrast
Projecció a l'espai de quantització
LoadPlane / SavePlane

Escaladors / Plans de color

IntScaler
FancyScaler
LumScaler
YCC2RGB

Demostració

Conclusions

És possible obtenir millors descodificacions dels JPEG
Tècniques a l'abast del públic no acadèmic
Hem introduït noves tècniques, i n'hem permès la combinació
Hem recopilat l'estat de l'art de la descodificació
Permetem la continuitat amb llicències de codi lliure tant al programari com a la memòria

Treball futur

Fer l'aplicació més còmoda
Escriure'n un manual d'ús
Continuar atents a les noves tècniques desenvolupades
Integrar les implementacions dels algorismes a altres programes

Reconeixement

Han contribuït a la realització del projecte:

Jacques Froment, Université de Bretagne Sud - LMAM
Nikhil Hegde, University of Texas, Multimedia Communications Laboratory

Han contribuït especialment a provar el programari i a jutjar imatges:

Olga Txernixova
Ferriol Macip
Maixa Teròkhina

Revisió de la realització del projecte:

Josep Maria Aroca, UPC, Director