ترميز الصور تقنيات ترميز ضغط البيانات معالجة الصور

ترميز اقتطاع الكتلة (Block Truncation Coding)

- BTC, ترميز اقتطاع الكتلة, ضغط الصور, فقدان البيانات

مقدمة إلى ترميز اقتطاع الكتلة

ترميز اقتطاع الكتلة (Block Truncation Coding أو BTC) هو تقنية ضغط صور فقدان البيانات تُستخدم بشكل أساسي لضغط الصور ذات التدرج الرمادي. تعتمد هذه التقنية على تقسيم الصورة الأصلية إلى كتل أصغر، ثم معالجة كل كتلة على حدة لتقليل كمية البيانات اللازمة لتمثيلها. على الرغم من أن BTC يؤدي إلى فقدان بعض التفاصيل في الصورة، إلا أنه يحقق معدلات ضغط جيدة مع الحفاظ على جودة مقبولة للصورة المستعادة. يعتبر BTC بسيطًا نسبيًا في التنفيذ، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب سرعة في الضغط وفك الضغط.

آلية عمل ترميز اقتطاع الكتلة

تتضمن عملية ترميز اقتطاع الكتلة عدة خطوات أساسية:

  1. تقسيم الصورة: يتم تقسيم الصورة الأصلية إلى كتل غير متداخلة ذات حجم ثابت. عادةً ما تكون هذه الكتل مربعة، مثل 4×4 أو 8×8 بكسل.
  2. حساب الإحصائيات: لكل كتلة، يتم حساب قيمتين رئيسيتين:
    • المتوسط الحسابي (Mean): يتم حساب متوسط قيمة البكسلات في الكتلة.
    • الانحراف المعياري (Standard Deviation): يتم حساب الانحراف المعياري لقيم البكسلات في الكتلة، وهو مقياس لتباين هذه القيم.
  3. تحديد قيمتي التمثيل: يتم تحديد قيمتين لتمثيل البكسلات في الكتلة بناءً على مقارنة قيم البكسلات بالمتوسط الحسابي. غالبًا ما تُستخدم قيمتان:
    • قيمة عليا (High Value): تمثل البكسلات التي تكون قيمتها أكبر من أو تساوي المتوسط الحسابي.
    • قيمة دنيا (Low Value): تمثل البكسلات التي تكون قيمتها أقل من المتوسط الحسابي.

    يتم حساب هاتين القيمتين لضمان الحفاظ على متوسط الكتلة الأصلية وانحرافها المعياري قدر الإمكان.

  4. إنشاء خريطة البتات (Bit Map): يتم إنشاء خريطة بتات لكل كتلة، حيث يمثل كل بت بكسلًا في الكتلة. إذا كانت قيمة البكسل أكبر من أو تساوي المتوسط الحسابي، يتم تعيين البت بقيمة 1؛ وإذا كانت أقل من المتوسط الحسابي، يتم تعيين البت بقيمة 0.
  5. الترميز: يتم ترميز كل كتلة بتمثيل القيمتين العليا والدنيا وخريطة البتات.

فك ترميز اقتطاع الكتلة

عملية فك الترميز هي عكس عملية الترميز. لاستعادة الصورة، يتم اتباع الخطوات التالية:

  1. استقبال البيانات المشفرة: يتم استقبال البيانات المشفرة لكل كتلة، والتي تتضمن القيمتين العليا والدنيا وخريطة البتات.
  2. إعادة بناء الكتلة: لكل كتلة، يتم استخدام خريطة البتات لإعادة بناء قيم البكسلات. إذا كان البت في الخريطة يساوي 1، يتم تعيين قيمة البكسل بالقيمة العليا؛ وإذا كان البت يساوي 0، يتم تعيين قيمة البكسل بالقيمة الدنيا.
  3. تجميع الكتل: يتم تجميع الكتل المستعادة لتكوين الصورة النهائية.

مزايا وعيوب ترميز اقتطاع الكتلة

مثل أي تقنية ضغط صور، يتمتع ترميز اقتطاع الكتلة بمزايا وعيوب:

المزايا:

  • بساطة التنفيذ: يعتبر BTC بسيطًا نسبيًا في التنفيذ، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب سرعة في الضغط وفك الضغط.
  • سرعة المعالجة: نظرًا لبساطته، يمكن تنفيذ BTC بسرعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات في الوقت الفعلي.
  • لا يتطلب معالجة معقدة: لا يتطلب BTC عمليات حسابية معقدة مثل تحويلات فورييه أو جيب التمام المتقطعة، مما يقلل من متطلبات الطاقة الحسابية.

العيوب:

  • فقدان البيانات: BTC هو تقنية ضغط فقدان البيانات، مما يعني أن بعض التفاصيل في الصورة الأصلية ستفقد أثناء عملية الضغط.
  • جودة الصورة المستعادة: قد تكون جودة الصورة المستعادة أقل من جودة الصورة الأصلية، خاصةً في الصور التي تحتوي على تفاصيل دقيقة.
  • ظهور تأثيرات الحجب (Blocking Artifacts): نظرًا لمعالجة الكتل بشكل مستقل، قد تظهر تأثيرات الحجب على الصورة المستعادة، خاصةً عند معدلات الضغط العالية.
  • معدلات الضغط: قد لا تحقق BTC معدلات ضغط عالية مقارنة بتقنيات الضغط الأخرى الأكثر تعقيدًا.

تحسينات على ترميز اقتطاع الكتلة

تم تطوير العديد من التحسينات على ترميز اقتطاع الكتلة لتحسين جودة الصورة المستعادة وتقليل تأثيرات الحجب وزيادة معدلات الضغط. بعض هذه التحسينات تشمل:

  • ترميز اقتطاع الكتلة التكيفي (Adaptive BTC): في هذا النوع من BTC، يتم تكييف حجم الكتلة أو القيمتين المستخدمتين للتمثيل بناءً على خصائص الكتلة الأصلية. على سبيل المثال، يمكن استخدام كتل أصغر في المناطق التي تحتوي على تفاصيل دقيقة وكتل أكبر في المناطق التي تحتوي على تدرجات لونية سلسة.
  • ترميز اقتطاع الكتلة الملون (Color BTC): تم تطوير إصدارات من BTC للصور الملونة، حيث يتم تطبيق BTC على كل قناة لونية (مثل الأحمر والأخضر والأزرق) على حدة.
  • تقنيات ما بعد المعالجة (Post-processing Techniques): يمكن استخدام تقنيات ما بعد المعالجة على الصورة المستعادة لتقليل تأثيرات الحجب وتحسين الجودة المرئية.

تطبيقات ترميز اقتطاع الكتلة

على الرغم من وجود تقنيات ضغط صور أكثر تطوراً، لا يزال ترميز اقتطاع الكتلة يستخدم في بعض التطبيقات بسبب بساطته وسرعته. تتضمن بعض التطبيقات:

  • تطبيقات الرسومات المضمنة (Embedded Graphics Applications): يمكن استخدام BTC في الأنظمة المضمنة حيث تكون الموارد الحسابية محدودة.
  • ضغط الصور في الوقت الفعلي (Real-time Image Compression): نظرًا لسرعته، يمكن استخدام BTC في تطبيقات ضغط الصور في الوقت الفعلي، مثل مؤتمرات الفيديو.
  • تخزين الصور البسيطة (Simple Image Storage): يمكن استخدام BTC لتخزين الصور في التطبيقات التي لا تتطلب جودة صورة عالية جدًا.

مثال توضيحي لترميز اقتطاع الكتلة

لتوضيح كيفية عمل ترميز اقتطاع الكتلة، لنفترض أن لدينا كتلة من الصورة بحجم 4×4 بكسل، وقيم البكسلات هي كالتالي:


100 120 130 140
110 130 140 150
120 140 150 160
130 150 160 170
  1. حساب المتوسط الحسابي: متوسط قيم البكسلات في الكتلة هو (100+120+130+140+110+130+140+150+120+140+150+160+130+150+160+170) / 16 = 138.75
  2. تحديد القيمتين العليا والدنيا:
    • نحسب مجموع قيم البكسلات الأكبر من المتوسط: 140+150+140+150+160+140+150+160+170 = 1360
    • وعددها = 9
    • اذن القيمة العليا تساوي 1360/9 = 151.1
    • نحسب مجموع قيم البكسلات الاصغر من المتوسط: 100+120+130+110+130+120+130 = 843
    • وعددها = 7
    • اذن القيمة الدنيا تساوي 843/7 = 120.4
  3. إنشاء خريطة البتات: بناءً على المتوسط الحسابي (138.75)، يتم إنشاء خريطة البتات:

0 0 0 1
0 0 1 1
0 1 1 1
0 1 1 1

في هذه الخريطة، يمثل 1 البكسلات التي قيمتها أكبر من أو تساوي المتوسط الحسابي، ويمثل 0 البكسلات التي قيمتها أقل من المتوسط الحسابي.

  1. الترميز: يتم ترميز الكتلة بالقيمتين العليا والدنيا (151.1 و 120.4) وخريطة البتات.

عند فك الترميز، يتم استخدام القيمتين العليا والدنيا وخريطة البتات لإعادة بناء قيم البكسلات في الكتلة.

ترميز اقتطاع الكتلة مقابل تقنيات الضغط الأخرى

يجب مقارنة ترميز اقتطاع الكتلة بتقنيات الضغط الأخرى لفهم مكانته بينها، على سبيل المثال:

  • JPEG: وهو معيار لضغط الصور الثابتة، يستخدم تحويل جيب التمام المتقطع (DCT) لضغط البيانات. يقدم JPEG جودة صورة أفضل من BTC عند معدلات ضغط مماثلة، ولكنه أكثر تعقيدًا حسابيًا.
  • PNG: وهو تنسيق لضغط الصور بدون فقدان البيانات، يستخدم خوارزمية DEFLATE. يوفر PNG جودة صورة أفضل من BTC، لكنه يحقق معدلات ضغط أقل.
  • GIF: يستخدم تنسيق GIF ضغط LZW، وهو مناسب للصور ذات عدد محدود من الألوان. يمكن أن يكون GIF بديلاً لـ BTC في بعض الحالات، ولكن BTC قد يكون أسرع في التنفيذ.

خاتمة

ترميز اقتطاع الكتلة (BTC) هو تقنية ضغط صور فقدان البيانات بسيطة وسريعة تستخدم بشكل أساسي لضغط الصور ذات التدرج الرمادي. على الرغم من وجود تقنيات ضغط صور أكثر تطوراً، إلا أن BTC لا يزال يستخدم في بعض التطبيقات التي تتطلب سرعة في الضغط وفك الضغط، مثل الأنظمة المضمنة وتطبيقات ضغط الصور في الوقت الفعلي. تم تطوير العديد من التحسينات على BTC لتحسين جودة الصورة المستعادة وتقليل تأثيرات الحجب وزيادة معدلات الضغط.

المراجع

مقالات مرتبطة