Страница 3: ДСТУ 4189:2003. Інформаційні технології. Метод цифрового кодування напівтонових нерухомих зображень JPEG. Випробовування на відповідність (61568)

Примітка. Як і багато інших тестів для випробовування на відповідність, визначені в цьому стандарті тести для базових кодерів і декодерів не є вичерпними щодо відповідності їх функційним технічним умовам. Тому проходження вказаних тестів не гарантує повну функційну придатність. Це спостереження має подвійний прихований зміст:

Мета випробовування на відповідність полягає в наданні конструкторам, виробникам і ко­ристувачам продукту набору процедур для достовірного визначення відповідності продукту зазна­ченому набору вимог. Крім того, визначені в цьому стандарті тести на відповідність призначено для досягнення таких спеціальних цілей:

• підвищити достовірність обміну стисненими даними;

• зменшити ймовірність того, що кодери та декодери, які функціюють на базі дискретного косинусного перетворення, передадуть зображення зниженої якості із-за недостатньої точності розрахунку або квантування;

• допомогти конструкторам найповніше задовольнити вимоги до кодерів і декодерів згідно з ISO/IEC 10918-1.

Мета тестів для випробовування на відповідність, визначених у 5, полягає у визначенні відпо­відності деякого потоку стиснених даних зображення або потоку даних таблиці специфікації ви­могам до формату обміну або до скороченого формату, заданого в ISO/IEC 10918-1.

У даному підрозділі об’єднано міркування, що стосуються викладених у цьому стандарті тестів для випробовування на відповідність кодера і декодера.

ISO/IEC 10918-1 пред’являє до декодера більше вимог, ніж до кодера. Це розходження зумов­лене тим, що будь-який кодер повинен виробляти стиснені дані тільки в обмеженому діапазоні значень параметрів, а декодери для можливості обміну повинні обробляти зображення з шир­шим діапазоном параметрів. Зокрема, декодер повинен обробляти:

1. весь діапазон і комбінацію значень параметрів, заданих процесом кодування (у цьому випадку його розглядають як декодер загального призначення), або

2. підмножину значень параметрів, задану деякими конкретними застосовуваннями (у цьому випадку його розглядають як прикладний декодер — див. 4.3.2).

Кожний процес кодування, визначений в ISO/IEC 10918-1, характеризується широким діапа­зоном параметрів. Однак відомо, що для багатьох застосовань може бути достатньо лише об­меженої підмножини параметрів. Наприклад, звичайна база даних зображень може використо­вувати лише чорно-білі зображення певного розміру.

Тому Комітет JPEG під час розробляння міжнародного стандарту встановив відмінності між декодерами загального призначення та декодерами для конкретних застосовань (прикладними). Попередня концепція важлива для забезпечення обміну для взаємопов’язаних застосовань і для апаратних та програмних декодерів, які може бути вбудовано в багато різних застосовань. Пізніша концепція дозволяє органам стандартизації визначати як вимоги для прикладних декодерів підмножину процесів кодування із стандарту ISO/IEC 10918-1.

Указані відмінність і принцип побудови вимог до декодера (4.3.1) означають, що для деко­дера загального призначення тест на відповідність повинен по можливості використовувати увесь діапазон і сполуку значень параметрів, визначених процесом кодування. Це означає також, що тест для прикладних декодерів повинен бути вироблений тільки для комбінації і діапазону пара­метрів, властивих даному конкретному випадку.

Будучи у багатьох відношеннях вичерпними, тести на відповідність декодерів загального призначення, однак, не перевіряють увесь допустимий діапазон усіх параметрів. Діапазон значень багатьох параметрів ширший за той, який можна перевірити тестом. При цьому для деяких параметрів, наприклад, для кількості відліків у рядку (X) і кількості рядків (Y), бажано перевірити увесь їх допустимий діапазон, оскільки на практиці в деяких випадках потрібно функціювання у всьому діапазоні.

Відповідно до принципових вимог до кодера, останній може працювати тільки в обмеженому діапазоні параметрів, оскільки за своєю природою кодери мають прикладний характер. Тому не існує поняття кодера загального порядку, і жоден тест на відповідність кодера не призначено для перевіряння різних значень параметрів (єдиний загальний аспект відповідності кодера стосується точності дискретного косинусного перетворення — див. 4.3.3).

У ISO/IEC 10918-1 ДКП квантувач і ЗДКП визначено ідеальними математичними формулами. Оскільки у формулах мають на увазі нескінченну точність, виконавці повинні вирішити, як їх апрокси- мувати. Розуміння ефективності або вартості можуть заохочувати до апроксимації з меншою точні­стю, однак комбінація ДКП і табличного методу квантування з пристосуванням до психологічного порогу забезпечує процесам на базі ДКП чудові характеристики, які дають зображення високої якості.

Ці характеристики можуть деградувати у разі обчислювальних процедур ДКП і квантування з недостатньою точністю. Цей стандарт забезпечує метод узгодженості тестування, направлений на усунення такої деградації.

Оскільки не потрібно обчислювати ДКП з точністю більшою, ніж це необхідно для наступного квантування, для кодерів на базі ДКП метод випробовування на відповідність пов’язано з точністю коефіцієнтів квантування (використання у випробовуваннях коефіцієнтів квантування задоволь­няє і практичне обмеження, що полягає в тому, що у разі практичної реалізації неквантовані коефі­цієнти звичайно не доступні). Аналогічним чином, метод випробовування декодера на відповідність ставить вимоги до точності деквантування сигналу ЗДКП, які сумісні з вимогами до квантування коефіцієнтів ДКП.

Варто зазначити, що потрібна точність є функцією таблиць квантування, використовуваних у цьому випробовуванні. Таблиці з відносно великими (грубими) значеннями квантування відповідають тесту менш строгому, ніж таблиці з відносно меншими (мілкими) значеннями. Таким чином, проход­ження точного тесту означає, що кодер або декодер будуть працювати як кодер або декодер з ідеальним ДКП або ЗДКП лише за умови, що в тесті використано спеціальну таблицю квантування. Для кодера, що пройшов випробовування з таблицею помірно грубого квантування, не гарантова­но тієї самої якості, як у ідеального кодера, навіть за використання таблиці дрібного квантування.

Для загальних тестів для випробовування на відповідність на базі ДКП, регламентованих у цьому стандарті, наведено комплект таблиць квантування помірної точності. Досягаючи цієї точності, кодери та декодери забезпечують якість зображення, достатню у багатьох випадках, без збитків обчислювального походження. Для варіантів, що потребують більшої або меншої точності, може бути специфіковано інші таблиці квантування з метою використання в тестах на відповідність для конкретних застосовань.

Згідно з визначенням, тести на відповідність для декодерів загального призначення контролюють увесь діапазон і комбінацію значень параметрів, визначених випробовуваним процесом кодування. Для декодерів загального призначення тести на відповідність побудовано так, що декодери, які задовольняють вимоги цих тестів, може бути використовано для багатьох прикладних варіантів або для обміну даними між ними.

Загальні тести на відповідність для кодерів і декодерів на базі ДКП визначають таблиці кванту­вання, для яких необхідний рівень обчислювальної точності, що забезпечує достатню для бага­тьох застосовань якість зображення.

Прикладні тести використовують для випробовування на відповідність декодерів прикладного типу, тобто декодерів, які забезпечують підмножину процесу кодування, і для перевіряння точності декодерів і кодерів, які призначено для використовування в застосуваннях і які мають точність більшу або меншу, ніж точність, визначена загальними тестами на відповідність. Прикладні тести на відповідність створюють згідно з основною частиною стандартів конкретних застосовань так, щоб вони задовольняли вимоги конкретної прикладної задачі.

Для конструювання прикладних тестів на відповідність визначено дві різні процедури: одна — для процесів на базі ДКП, інша — для процесів без втрат. Прикладні тести на відповідність для процесів на базі ДКП може бути визначено таблицями квантування, які вибирають на основі вимог до точності прикладної задачі.

Для випробовування на відповідність кодера та декодера використовують стандартні дані. У випробовуваннях на відповідність кодера використовують два типи даних тесту на відповідність: тестові дані початкового зображення та еталонні тестові дані кодера. Аналогічно, існують два типи даних тесту на відповідність, використовувані для випробовування на відповідність декодера: стиснені тестові дані та еталонні тестові дані декодера.

Дані для випробовування на відповідність кодерів та випробовування на відповідність декодерів загального призначення розміщено на CD-ROM в каталогах TestDataDisk1, TestDataDisk2, TestDataDisk3.

Національна примітка

Дані на CD-ROM повністю відповідають даним, які розповсюджено на трьох дискетах разом з міжнародним стандартом ISO/IEC 10918-2.

4. ВИПРОБОВУВАННЯ НА ВІДПОВІДНІСТЬ ФОРМАТУ СТИСНЕНИХ ДАНИХ

Щоб визначити формат стиснених даних, необхідно виконати випробовування згідно з 5.1, 5.2 або 5.3, які використовують загальну додаткову процедуру 5.4.

Для вказаних нижче потоків стиснених даних існують окремі тести:

1. стиснені дані зображення, кодовані неієрархічними процесами у форматі обміну (див. 5.1.1);

2. стиснені дані зображення, кодовані ієрархічними процесами у форматі обміну (див. 5.1.2);

3. стиснені дані зображення, кодовані неієрархічними процесами у скороченому форматі (див. 5.2.1);

4. стиснені дані зображення, кодовані ієрархічними процесами у скороченому форматі (див. 5.2.2);

5. стиснені дані у скороченому форматі для таблиць специфікацій (див. 5.3).

У кожному з перших параграфів додатків F, G, Н та J стандарту ISO/IEC 10918-1 визначено двадцять дев’ять процесів кодування.

У розділі 3 цього стандарту їм присвоєно номери: “процес кодування п”, де п — ціле число від 1 до 29.

Додаток В ISO/IEC 10918-1 містить вимоги до синтаксису для стиснених даних. Умовні познаки для схем синтаксису подано у В.1.3 та на рисунку В.1 стандарту ISO/IEC 10918-1. Маркери іденти­фікують, як призначено в ISO/IEC 10918-1, таблиця В.1.

У таблицях 1, 3, 5 цього розділу надано спеціальні відомості про вимоги до синтаксису для маркерів. Необхідні маркери та сегменти маркерів для стиснених даних позначають “G”. Маркери, які можуть бути в стиснених даних як необов’язкові, позначають “о”. Знак тире (-) для певного мар­кера або сегмента маркера, наявних у стиснених даних процесу кодування, позначає невідповідність.

За наявності маркера його параметри потрібні в обов’язковому порядку.

Посилання в лівих колонках таблиць 1, 3 і 5 стандарту ISO/IEC 10918-1 вказують, де нада­но синтаксичні вимоги для кожного сегмента маркера.

Порядок маркерів у таблицях не має значення.

Примітка 1. Тести є частковими, оскільки перевіряють в основному синтаксичну коректність даних. Проходження тесту не означає відповідність стиснених даних всім вимогам ISO/IEC 10918-1.

Примітка 2. Поточні схеми не використовують більшу частину значень параметрів. Майбутні розширення можуть мати більш розвинуті процедури випробовування, базовані на значеннях параметрів.

Примітка 3. Цей стандарт не містить вимог, щоб випробовування було реалізовано у точній відповідності до схем про­цедур, наданих у даному розділі. Випробовування повинні лише реалізувати функцію, еквівалентну описаній у даному розділі.

Примітка 4. Для спрощення викладення припускають, що ємність буфера, який зберігає стиснені дані, досить велика, щоб вмістити увесь потік стиснених даних

Примітка 5. У разі будь-якого розходження між цим розділом і ISO/IEC 10918-1 перевагу має стандарт.

6. 1 Випробовування на відповідність синтаксису формату обміну даних стисненого зображення

На рисунку 1 подано основну процедуру випробовування на відповідність синтаксису неієрархіч­них процесів кодування.

Рисунок 1 — Процедура випробовування з неієрархічним синтаксисом

“Усі потрібні маркери знайдено?” означає, що виявлено всі маркери, позначені “G” в колонці процесу, який перевіряють (таблиця 1). Пропуск потрібного маркера робить стиснені дані невідпо­відними синтаксису. Усі інші виявлені маркери повинні мати “о” у колонці для відповідного про­цесу. Виявлений у стиснених даних маркер, який має (-) у колонці відповідного процесу або відсутній у таблиці, робить стиснені дані невідповідними синтаксису.