ANALYSIS OF DISTORTIONS DUE TO BPG-BASED LOSSY COMPRESSION OF NOISE-FREE AND NOISY IMAGES
АНАЛІЗ СПОТВОРЕНЬ, СПРИЧИНЕНИХ BPG-СТИСНЕННЯМ З ВТРАТАМИ БЕЗШУМНИХ І ЗАШУМЛЕНИХ ЗОБРАЖЕНЬ
Сторінки: 128-135 . Номер: №5, 2023 (325) 
Автори:
KOVALENKO B. V.
National Aerospace University – KhAI
ORCID ID: 0000-0002-9360-0691
e-mail: b.kovalenko@khai.edu
LUKIN V. V.
National Aerospace University – KhAI
ORCID ID: 0000-0002-1443-9685
e-mail: v.lukin@khai.edu
КОВАЛЕНКО БОГДАН В, ЛУКІН ВОЛОДИМИР
Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2023-325-5-128-135
Розширена анотація англійською мовою
Compression algorithms have become a popular way to deal with the problem of rapidly increasing data volume produced by images from different sources. These algorithms can be divided into two groups called lossless and lossy compression. In the case of providing a high compression ratio, lossy compression is needed. The paper utilizes Better Portable Graphics (BPG) as one of the promising lossy compression coders. For compression procedures, noise presence plays an important role in the sense that noise can affect compression performance and resulting image quality. This article deals with an analysis of the statistical characteristics of distortions introduced due to image lossy compression by the BPG coder.
The subject of this paper is the statistical characteristics of distortions introduced due to lossy compression of noise-free and noisy grayscale images. The goal is to analyze the characteristics of distortions introduced by the BPG coder and provide information about residual noise that can appear due to the compression of noisy images. The task is to calculate the statistical characteristics of distortions for several cases (noise-free vs. compressed; noise-free vs. noisy-compressed; noisy vs. noisy-compressed), create histograms, and analyze their behavior.
The main results are the following. The properties of the introduced distortions have to be studied for the reasonable setting of the coder parameters and control of compressed image quality. We show that the distortions might have distribution close to a Gaussian but it can be also heavy-tailed. This depends on several factors including the noise presence in an image to be compressed, image complexity, and the coder parameter Q. The noise presence leads to specific properties of introduced distortions and residual noise that can be useful for further post-filtering of compressed noisy images.
Keywords: BPG coder, lossy image compression, distortion analysis, greyscale images.
Анотація українською мовою
Алгоритми стиснення стали популярним способом вирішення проблеми швидкого збільшення обсягу даних, отриманих із зображень з різних джерел. Ці алгоритми можна розділити на дві групи, які називаються стисненням без втрат і стисненням з втратами. У випадку забезпечення вищого коефіцієнту стиснення потрібно використовувати стиснення з втратами. У статті використано Better Portable Graphic (BPG) як один з перспективних методів стиснення з втратами. Для процедур стиснення наявність шуму відіграє важливу роль у тому сенсі, що шум може впливати на якість стиснення та якість отриманого зображення. Ця стаття присвячена аналізу статистичних характеристик спотворень, що вносяться внаслідок стиснення зображень з втратами за допомогою кодера Better Portable Graphics (BPG).
Предметом дослідження є статистичні характеристики спотворень, що вносяться внаслідок стиснення з втратами напівтонових зображень з шумом та без шуму. Мета – проаналізувати характеристики спотворень, що вносяться BPG-кодером, та надати інформацію про залишкові шуми, які можуть з’являтися при стисненні зашумлених зображень. Завдання полягає в обчисленні статистичних характеристик спотворень для кількох випадків (без шуму проти стисненого; без шуму проти стисненого зображення з шумом; зображення з шумом проти зображення з шумом та стисненого), побудові гістограм та аналізі їхньої поведінки.
Основні результати полягають у наступному. Вивчено властивості внесених спотворень для обґрунтованого налаштування параметрів кодера та контролю якості стисненого зображення. Показано, що спотворення можуть мати розподіл, близький до гаусівського, але розподіл може мати і важкий хвіст. Це залежить від декількох факторів, включаючи наявність шуму в зображенні, що стискається, складність зображення та значення параметру кодера Q. Наявність шуму призводить до специфічних властивостей внесених спотворень та залишкового шуму, знання яких може бути корисними для подальшої пост-фільтрації стиснутих зображень з шумом.
Ключові слова: BPG-кодер, стиснення зображень з втратами, аналіз спотворень, напівтонові зображення.
