Файл прогрессивной графики

ПГФ

Расширение имени файла	.pgf
Тип интернет-СМИ	изображение/x-pgf
Магическое число	504746ч ( ASCII PGF)
Разработано	Ксерайна ГмбХ
Первоначальный выпуск	2000 ( 2000 )
Последний выпуск	7.21.7 2021 ( 2021 )
Тип формата	вейвлета изображения на основе растрового Формат
Расширено с	JPEG , PNG
Открытый формат ?	LGPLv2

PGF ( файл прогрессивной графики ) — это вейвлетов на основе формат растровых изображений , который использует без потерь и сжатие данных с потерями . PGF был создан для улучшения и замены формата JPEG . Он был разработан одновременно с JPEG 2000 , но с упором на скорость, а не на степень сжатия .

PGF может работать с более высокими коэффициентами сжатия, не тратя больше времени на кодирование/декодирование и не создавая характерных «блочных и размытых» артефактов исходного стандарта JPEG на основе DCT . Это также позволяет выполнять более сложные прогрессивные загрузки .

Цветовые модели

PGF поддерживает широкий спектр цветовых моделей:

• Оттенки серого с 1, 8, 16 или 31 битом на пиксель.
• Индексированный цвет с размером палитры 256.
• Цветное изображение RGB с 12, 16 (красный: 5 бит, зеленый: 6 бит, синий: 5 бит), 24 или 48 бит на пиксель.
• ARGB с 32 битами на пиксель. Цветное изображение
• Цветное изображение L*a*b с 24 или 48 битами на пиксель
• Цветное изображение CMYK с 32 или 64 битами на пиксель.

Техническое обсуждение

PGF утверждает, что достигает улучшенного качества сжатия по сравнению с JPEG, добавляя или улучшая такие функции, как масштабируемость. Его производительность сжатия аналогична исходному стандарту JPEG. очень низкие и очень высокие степени сжатия (включая сжатие без потерь В PGF также поддерживаются ). Способность конструкции обрабатывать очень широкий диапазон эффективных скоростей передачи данных является одной из сильных сторон PGF. Например, чтобы уменьшить количество бит изображения ниже определенного значения, в первом стандарте JPEG рекомендуется уменьшить разрешение входного изображения перед его кодированием — то, что обычно не является необходимым для этой цели, когда использование PGF из-за его свойств масштабируемости вейвлетов.

Цепочка процессов PGF состоит из следующих четырех этапов:

1. Преобразование цветового пространства (в случае цветных изображений)
2. Дискретное вейвлет-преобразование
3. Квантование (в случае сжатия данных с потерями)
4. Иерархическое кодирование битовой плоскости по длине серий

Трансформация цветовых компонентов

Первоначально изображения необходимо преобразовать из цветового пространства RGB в другое цветовое пространство, что приводит к трем компонентам , которые обрабатываются отдельно. PGF использует полностью обратимое модифицированное преобразование цвета YUV . Матрицы преобразования:

${\begin{bmatrix}Y_{r}\\U_{r}\\V_{r}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}{\frac {1}{4}}&{\frac {1}{2}}&{\frac {1}{4}}\\1&-1&0\\0&-1&1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}};\qquad \qquad {\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&{\frac {3}{4}}&-{\frac {1}{4}}\\1&-{\frac {1}{4}}&-{\frac {1}{4}}\\1&-{\frac {1}{4}}&{\frac {3}{4}}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}Y_{r}\\U_{r}\\V_{r}\end{bmatrix}}$

Компоненты цветности можно, но не обязательно, уменьшать по разрешению.

Вейвлет-преобразование

Затем компоненты цвета подвергаются вейвлет-преобразованию до произвольной глубины. размером блока 8x8 В отличие от JPEG 1992, который использует дискретное косинусное преобразование , PGF использует одно обратимое вейвлет-преобразование: округленную версию биортогонального -преобразования CDF 5/3 вейвлет . Этот банк вейвлет-фильтров точно такой же, как обратимый вейвлет, используемый в JPEG 2000. Он использует только целочисленные коэффициенты, поэтому выходные данные не требуют округления (квантования) и поэтому не вносят никакого шума квантования.

Квантование

После вейвлет-преобразования коэффициенты скалярно квантоваются , чтобы уменьшить количество битов, представляющих их, за счет потери качества. Выходные данные представляют собой набор целых чисел, которые необходимо закодировать побитно. Параметром, который можно изменить для установки конечного качества, является шаг квантования: чем больше шаг, тем больше сжатие и потеря качества. При шаге квантования, равном 1, квантование не выполняется (используется при сжатии без потерь). В отличие от JPEG 2000, PGF использует только степени двойки, поэтому значение параметра i представляет шаг квантования, равный 2. ^я . Простое использование степеней двойки не требует операций целочисленного умножения и деления.

Кодирование

Результатом предыдущего процесса является набор поддиапазонов , которые представляют несколько масштабов аппроксимации.Поддиапазон — это набор коэффициентов — целых чисел , которые представляют аспекты изображения, связанные с определенным диапазоном частот, а также пространственной областью изображения.

Квантованные поддиапазоны далее разбиваются на блоки , прямоугольные области вейвлет-области. Обычно они выбираются таким образом, чтобы коэффициенты внутри них по поддиапазонам примерно образовывали пространственные блоки в области (реконструированного) изображения и собирались в макроблок фиксированного размера .

Кодер должен кодировать биты всех квантованных коэффициентов макроблока, начиная со старших битов и переходя к менее значимым битам. В этом процессе кодирования каждая битовая плоскость макроблока кодируется за два так называемых прохода кодирования : сначала биты кодирования значимых коэффициентов, затем биты уточнения значимых коэффициентов. Очевидно, что в режиме без потерь все битовые плоскости должны быть закодированы, и ни одна битовая плоскость не может быть отброшена.

Только значимые коэффициенты сжимаются с помощью адаптивного кодера Rice (RLR), поскольку они содержат длинные серии нулей. Кодер RLR с параметром k (логарифмическая длина серии нулей) также известен как элементарный код Голомба порядка 2. ^к .

Сравнение с другими форматами файлов

• JPEG 2000 немного более экономичен при обработке естественных изображений. PSNR для той же степени сжатия в среднем на 3% лучше , чем PSNR PGF. Он имеет небольшое преимущество в степени сжатия, но более длительное время кодирования и декодирования.
• PNG (портативная сетевая графика) более экономичен при обработке изображений со многими пикселями одного цвета.

Существует несколько самопровозглашенных преимуществ PGF перед обычным стандартом JPEG:

• Превосходная производительность сжатия : качество изображения (измеренное в PSNR ) при той же степени сжатия в среднем на 3 % лучше, чем PSNR в формате JPEG. При более низких скоростях передачи данных (например, менее 0,25 бит/пиксель для изображений в оттенках серого) PGF имеет гораздо более существенное преимущество перед некоторыми режимами JPEG: артефакты менее заметны и практически отсутствуют блокировки. Преимущества сжатия по сравнению с JPEG объясняются использованием DWT .
• Представление с несколькими разрешениями : PGF обеспечивает бесшовное сжатие нескольких компонентов изображения, при этом каждый компонент несет от 1 до 31 бит на выборку компонента. Благодаря этой функции нет необходимости хранить отдельно изображения предварительного просмотра ( миниатюры ).
• Прогрессивная передача по точности разрешения, обычно называемая прогрессивным декодированием: PGF обеспечивает эффективную организацию кодового потока, прогрессивную по разрешению. Таким образом, после того, как получена меньшая часть всего файла, можно увидеть более низкое качество конечного изображения, качество можно повышать монотонно, получая больше данных из источника.
• Сжатие без потерь и с потерями : PGF обеспечивает сжатие как без потерь, так и с потерями в единой архитектуре сжатия. Сжатие как с потерями, так и без потерь обеспечивается за счет использования обратимого (целочисленного) вейвлет-преобразования.
• Пространственная информация побочного канала : прозрачность и альфа-плоскости полностью поддерживаются.
• Извлечение ROI : Начиная с версии 5, PGF поддерживает извлечение областей интереса ( ROI ) без декодирования всего изображения.

Доступное программное обеспечение

Автор опубликовал libPGF через SourceForge под лицензией GNU Lesser General Public License версии 2.0. Xeraina предлагает бесплатный кодер и декодер консоли Windows , а также программу просмотра PGF на базе WIC для 32- и 64-битных платформ Windows. Другие приложения WIC, включая File Explorer, могут отображать изображения PGF после установки этого средства просмотра.

Digikam — популярное программное обеспечение для редактирования и каталогизации изображений с открытым исходным кодом, которое использует libPGF для своих миниатюр. Он использует функцию прогрессивного декодирования изображений PGF для хранения одной версии каждой миниатюры, которую затем можно без потерь декодировать в разные разрешения, что позволяет пользователям динамически изменять размер миниатюр без необходимости их повторного расчета.

См. также

• Сравнение форматов графических файлов
• Сопутствующие форматы графических файлов : ECW , JPEG , JPEG 2000 , JPEG XR.
• Форматы файлов изображений
• Сжатие изображения

Расширение файла

Расширение файла .pgf и TLA PGF также используются для несвязанных целей:

• Adobe Illustrator использовал формат прогрессивной графики до инкапсулированного PostScript .
• PGF/TikZ использует формат переносимой графики в SourceForge проекте PGF .
• XnView и Konvertor Расширение файла, связанного с .pgf с портфолио графикой .