Il Comitato JPEG 2000 dell’ISO (International Standards Organization) ha recentemente approvato le specifiche finali di un nuovo algoritmo di compressione con il quale è possibile comprimere le immagini fino a 200 volte in meno rispetto alla dimensione originaria, senza degradare le caratteristiche dell’immagine finale (un rapporto 200:1 significa che un’immagine che prima occupava 6Mb, col nuovo algoritmo potrebbe occupare solo 30Kb!).
Le nuove specifiche, che saranno classificate come “ISO 15444” quando verranno ufficialmente rilasciate nel 2001, utilizzano particolari algoritmi di trasformazione delle lunghezze d’onda, invece della trasformata di Fourier impiegata in precedenza.
Le specifiche del nuovo formato sono state già rilasciate ad alcuni sviluppatori. Il 90% della tecnica utilizzata è in effetti un perfezionamento degli algoritmi impiegati nel compressore LuraWave (che da tempo disponibile di vari ed interessanti plug-in per varie applicazioni Mac) ed il frutto di varie collaborazioni con enti di ricerca, sviluppatori ed università di tutto il mondo. Il tutto reso possibile anche grazie al fatto che il Governo Americano, ha recentemente de-classificato e reso possibile l’uso di alcuni algoritmi utilizzati in precedenza, ad esempio, nei satelliti-spia.
Non essendo molte le modifiche effettuate al draft del progetto originario (rivisto lo scorso anno, nel mese di maggio, alle Hawaii), alcuni produttori di hardware OEM hanno già iniziato a lavorare sui primi prototipi di encoder e decoder necessari in alcuni campi d’applicazione.
La seconda parte del draft, nella quale verranno discusse le tecniche che consentono alle terze parti di rilasciare “estensioni” per il sistema, verrà discussa il prossimo anno.
Lo standard originario JPEG2000 sarà rilasciato sul mercato freeware ma alle terze parti, sarà consentito rilasciare add-in ed estensioni, sulle quali potranno liberamente scegliere se percepire o meno delle royalty.
Kai Barthel, direttore del reparto ricerca e sviluppo della LuraTech ha dichiarato che “il lavoro fatto finora, è in grado di soddisfare le richieste del 90% degli sviluppatori di applicazioni, ma è necessario un altro 90% di lavoro per soddisfare le richieste del 10% del mercato restante”.
Tra le richieste più interessanti, che verranno aggiunte nel lavoro che manca, segnaliamo la gestione del testo, attivando una particolare modalità di compressione “al volo” su un singolo documento. Per gestire quello che è definito il cosiddetto “contenuto mixed-raster”, nella seconda parte delle specifiche, sarà incluso un sistema che consentirà di segmentare, ad esempio, la pagina di una rivista, in porzioni di testo in bianco e nero e porzioni di immagini a colori.
L’attuale algoritmo di compressione JPEG, in effetti, spesso crea fastidiosi testi sfumati o con lettere che sembrano mosse, rendendo di conseguenza difficile, ad esempio, effettuare OCR di un testo.
Altre aggiunte alla seconda parte delle specifiche, riguardano le immagini “in movimento”. Molti prodotti attualmente codificano i singoli frame di un’immagine con l’algoritmo JPEG, mostrando successivamente una semplice sequenza di ogni singola immagine; per poter essere memorizzate con questo sistema, ogni singola immagine deve essere salvata da qualche parte.
La seconda parte delle specifiche JPEG2000, conterrà un sistema sulla quale sarà possibile indicare dove salvare le sole le modifiche effettive tra un frame e, grazie a questi dati, determinare l’ordine e la velocità con la quale mostrare ogni singolo frame dando la sensazione di movimento.
Il comitato per la standardizzazione del formato JPEG2000, sta valutando l’uso di QuickTime come riproduttore di Motion-JPEG 2000, ma la decisione finale sarà presa nel corso di una riunione del comitato che si dovrà tenere nel corso di quest’anno.
L’algoritmo
Lo standard JPEG2000 promette di comprimere le immagini con un rapporto di 200:1 e con risultati qualitativi decisamente superiori a quelli che sono attualmente consentiti dallo standard JPEG.
La tecnologia chiave che consente questo procedimento è il passaggio da onde sinusoidale ottenute con la trasformata coseno discreta in trasformate tempo-scala (o wavelet), tecnica già utilizzata in altri campi d’applicazione quali il signal processing, la codifica multirisoluzione di immagini, la codifica a sottobande per la compressione di segnali audio, l’analisi di segnali non stazionari come quelli geofisici, biomedici, ecc. Benché molto diverse fra loro, tutte queste applicazioni trovano i loro fondamenti concettuali nell’unica teoria delle wavelet la quale, a sua volta, si presenta molto articolata, comprendendo sia il caso di segnali a tempo continuo che quello di segnali a tempo discreto.
Le basi wavelet, in effetti si sono dimostrate negli ultimi anni un valido strumento in molti ambiti: dall’analisi funzionale alla compressione di immagini, dall’analisi dei segnali alla rappresentazione di operatori, dagli algoritmi rapidi in algebra lineare all’analisi armonica.
L’algoritmo comprende varie e complesse funzioni per la generazione di pixel “fuzzy” (a dimensione variabile) che sfruttano un meccanismo completamente diverso dalla generazione di singoli pixel ottenuti con la trasformata coseno discreta.
Nella codifica JPEG, il degrado più grande nelle immagini è quello dovuto all’evidenziazione di sottoblocchi di compressione. Quando un blocco viene compresso, non vengono tenuti in considerazione i pixel adiacenti a quelli dei bordi del blocco generando, a forti livelli di compressione, delle differenze molto marcate proprio in prossimità di questi ultimi.
La codifica Wavelet supera invece questo ostacolo, permettendo di applicare la trasformata Wavelet a tutta l’immagine: si parte da un’immagine e applicando due diverse operazioni matematiche in quattro combinazioni diverse si generano quattro sotto-immagini grandi un quarto dell’originale che messe insieme hanno la stessa dimensione dell’originale. Ogni applicazione di questi operatori matematici svolge particolari compiti d’analisi scandagliano l’immagine orizzontalmente, verticalmente e diagonalmente generando una sorta “d’onda madre” di pixel scuri e chiari, facilmente ed efficacemente comprimibili in quella che è definita “piramide wavelet”.
Più che di trasformata Wavelet, sarebbe a questo punto necessartio parlare di “famiglie” di trasformate, in quanto ne esistono numerosi tipi che rispondono a precise caratteristiche come la continuità , la smussatezza, la discretizzazione etc.
[A cura di Newton ]
