Artefacto de compresión

Imaxe orixinal, con boa nitidez e grao de cor.

Perda de claridade nos contornos e ton borroso en alta compresión JPEG.

Un artefacto de compresión (ou artefacto) é unha distorsión apreciable do medio (incluíndo Imaxe, reprodución e gravación de son, e vídeo) causada pola aplicación dun algoritmo de compresión con perda.

A compresión con perda implica descartar parte dos datos do medio para que sexa o suficientemente simplificado como para ser almacenado no espazo de disco desexado (coñecido como taxa de datos ou taxa de bits para o medio que está a ser transmitido). Se o compresor non puidese reproducir os datos suficientes na versión comprimida como para reproducir o orixinal, o resultado é unha diminución da calidade ou a introdución de artefactos. Alternativamente, o algoritmo de compresión pode non ser o suficientemente intelixente como para saber que distorsións teñen a suficiente importancia subxectiva, podendo chegar a ser de feito, rechamante para o observador.

Os artefactos de compresión ocorren en moitos medios comúns como DVD, formatos de arquivos comúns como JPEG, MP3, ou MPEG, e algunhas alternativas ao compact disc, como o formato MiniDisc de Sony. Os medios non comprimidos (como Laserdisc, CD Son e arquivos WAV) ou algoritmos de compresión sen perda (tales como FLAC ou PNG) non sofren de artefactos de compresión.

O obxectivo principal da implementación de algoritmos de compresión con perda é a minimización de artefactos perceptibles. Con todo, ocasionalmente, os artefactos prodúcense intencionadamente para propósitos artísticos. Un estilo coñecido como Glitch art.

Tecnicamente falando, un artefacto de compresión é unha clase de erro de datos particular, como consecuencia da cuantificación dixital na compresión de datos con perda. Onde se usa a codificación por transformación, o artefacto toma a forma dunha das funcións base do espazo de transformación do programador.

Nas artes gráficas, a impresión pode producir un patrón excesivamente visible de patrón moiré. Parte da preimpresión consiste en seleccionar ángulos de pantalla e frecuencias de semitons que minimizan o moiré. A visibilidade do moiré non é totalmente predicíbel. O mesmo conxunto de pantallas pode producir bos resultados con algunhas imaxes, pero moiré visíbel con outras.

Imaxes

Comparación dos artefactos de compresión en formato JPEG co formato PNG sen perda

Cando se realiza a codificación baseada en bloques mediante cuantificación, como nas imaxes comprimidas en JPEG, poden aparecer varios tipos de artefactos.

• Artefactos de anel
• Contorneado
• Posterización
• Ruído graduado ao longo de contornos curvados
• Bloques en rexións "ocupadas" (ás veces chamado picado ou taboleiro de xadrez)

Redución do artefacto de imaxe

Propuxéronse varias aproximacións para reducir os efectos da compresión de imaxe, pero para utilizar técnicas de compresión/descompresión e reter os beneficios da compresión (como menor transmisión e custos de almacenamento), moitos destes métodos téñense focalizado no "post-procesado". É dicir, procesar as imaxes cando se reciben ou se visualizan. Non se mostrou técnicas de post-procesado para mellorar a calidade de imaxe en todos os casos. Consecuentemente, ningunha delas ten unha ampla aceptación, aínda que algunhas se teñen implementado e utilizado en sistemas propietarios. Moitos programas de edición fotográfica incorporan algoritmos propietarios de redución de artefactos JPEG, entre os que se atopa Paint Shop Pro.

Vídeo

Cando se usa a predición de movemento, como en MPEG-1, MPEG-2 ou MPEG-4, os artefactos de compresión tenden a manterse nas varias xeracións de imaxes descomprimidas, e móvense co fluxo óptico da imaxe, converténdose nun efecto peculiar, entre efecto de pintura e "sucidade" que se move cos obxectos da escena.

Os erros de datos no fluxo de bits comprimido tenden a erros similares aos de cuantificación pesada, ou pode interromper a análise do fluxo completamente durante un curto espazo de tempo, tendendo a "romper" a imaxe. Cando ocorren erros importantes no fluxo de datos, os descodificadores continúan aplicando actualizacións sobre a imaxe danada durante un pequeno intervalo de tempo, creando un efecto de "imaxe pantasma", até recibir a seguinte imaxe comprimida independente. Na codificación MPEG, a isto chámaselle "Intra-frames".

Ruído de mosquito

Entre os artefactos de compresión de vídeo, inclúense os resultados acumulativos da compresión de imaxes fixas, como os artefactos de anel ou outros efectos que aparecen nas sucesivas imaxes fixas como unha secuencia de puntos borrosos e brillantes sobre os bordos, chamada "ruído de mosquito", xa que parece un enxame de mosquitos voando ao redor do obxecto.

Son

A compresión de son con perda normalmente traballa cun modelo psicoacústico; un modelo de percepción auditiva humana. Os formatos de son con perda, normalmente implican o uso dunha transformación do dominio tempo/frecuencia, como unha transformada de coseno discreta modificada. Co modelo psicoacústico, utilízanse enmascaramentos de frecuencia e de tempo de tal forma que os sons que deberían ser imperceptíbeis non se gravan. Por exemplo, en xeral, os seres humanos son incapaces de percibir un ton silencioso reproducido simultaneamente cun ton máis ruidoso. Unha técnica de compresión con perda debería identificar o ton silencioso e tratar de eliminalo. Tamén, a cuantificación do ruído pode ser "escondida" alá onde se enmascare por sons máis prominentes. Con baixa compresión, utilízase un modelo psicoacústico conservativo con bloques de pequeno tamaño.

Cando o modelo psicoacústico non é preciso, cando o tamaño do bloque a transformar é restrinxido, ou ao utilizar unha compresión agresiva, pódense xerar artefactos de compresión. Estes, preséntanse como pre-eco, "artefactos de paxaro", estrondo, son metálico, sensación subacuática, asubío etc...

Unha boa maneira de observar artefactos de compresión no son é escoitar os aplausos nun arquivo de son cunha compresión relativamente alta (p.e. 96kbit/seg MP3). En xeral, os tons musicais conteñen patróns de onda repetitivos e variacións máis predicibles no volume, mentres que os aplausos son esencialmente aleatorios e, por tanto, difíciles de comprimir. Unha pista de aplausos con elevada compresión mostrará moi ben o "son metálico" e outros artefactos.

Uso artístico

Uso artístico de fallas de vídeo

Os artefactos de compresión poden usarse intencionadamente como estilos visuais, ás veces coñecidos como glitch art

Nas imaxes fixas, un exemplo é Jpegs polo fotógrafo alemán Thomas Ruff, que fai uso de artefactos JPEG intencionados como base do estilo da foto.

O cómic coñecido como Sweet Bro and Hella Jeff está realizado nun estilo artístico incriblemente terrible de maneira irónica. O artista tamén usa as mesmas imaxes copiadas e pegadas repetidamente de forma que as imaxes van empeorando co tempo.

En videoarte, unha técnica chamada datamoshing consiste en dous vídeos que se intercalan de tal forma que as imaxes son interpoladas desde fontes separadas. Outra técnica implica transcodificación simple desde un vídeo con perda a outro, explotando a diferenza na que codecs de vídeo distintos procesan o movemento e a información de cor. A técnica foi usada polos artistas Sven König, Takeshi Murata, Jacques Perconte e Paul B. Davis en colaboración con Paperrad, e máis recentemente utilizada por David OReilly e no vídeo musical de Chairlift e Kanye West.

Tamén hai obras de artistas que usan o efecto moiré dun xeito buscado e deliberado, en especial os do Op-Art, un vínculo entre as Matemáticas e a Arte

Véxase tamén

Outros artigos

• Artefacto (erro de observación)
• Perda de xeración
• JPEG
• JPEG 2000
• Algoritmo de compresión con perda

Ligazóns externas

• https://archive.today/20060319071906/http://www.dpreview.com/learn/?/Glossary/Digital_Imaging/Artifacts_01.htm Artigo sobre artefactos
• https://web.archive.org/web/20150320231030/http://david-o.net/wordpress/2010/08/accouchement-sonique-jerome-blanquet/ Película dirixida por Jérome Blanquet, efecto datamoshing por David Olivari.