You cannot select more than 25 topics
Topics must start with a letter or number, can include dashes ('-') and can be up to 35 characters long.
187 lines
10 KiB
TeX
187 lines
10 KiB
TeX
\documentclass[a4paper,11pt, fleqn, reqno, oneside]{report}
|
|
\usepackage[T1]{fontenc}
|
|
\usepackage[utf8]{inputenc}
|
|
\usepackage{polski}% polska czcionka
|
|
\usepackage[polish]{babel}
|
|
\usepackage{amsfonts}
|
|
\usepackage{amsmath}
|
|
\usepackage{amsthm}
|
|
%\usepackage{indentfirst}
|
|
\usepackage[hmargin=2.5cm, vmargin=2.5cm, hcentering]{geometry}
|
|
\usepackage{setspace} %Pakiet do lokalnej zmiany interlinii
|
|
\usepackage{enumerate} %Pakiet do robienia niestandardowych list.
|
|
\usepackage{ulem} %Pakiet do tekstu z kropkami pod nim
|
|
\usepackage{xcolor}
|
|
\usepackage{hyperref}
|
|
%dodatkowe operatory matematyczne
|
|
\DeclareMathOperator{\sgn}{sgn} %funkcja signum
|
|
\newcommand{\norm}[1]{\left\Vert #1\right\Vert} %norma \norm{x}=||x||
|
|
\newcommand{\ilsk}[2]{\left\langle #1 , #2\right\rangle} %iloczyn skalarny \ilsk{x}{y}=<x,y>
|
|
|
|
%definicje różnych oznaczeń zbiorów
|
|
\newcommand{\R}{\mathbb{R}} %zb. liczb rzeczywistych
|
|
\newcommand{\N}{\mathbb{N}} %zb. liczb naturalnych
|
|
\newcommand{\C}{\mathbb{C}} %zb. liczb zespolonych
|
|
\newcommand{\Z}{\mathbb{Z}} %zb. liczb całkowitych
|
|
\newcommand{\K}{\mathbb{K}} %oznaczenie na ciało K
|
|
\newcommand{\CB}{\mathcal{B}} %oznaczenie na B pisane, np w przestrzeni zbiorów ograniczonych lub sigma ciałach borelowskich
|
|
|
|
%style potrzebne dla zmiany domyślnych styli twierdzeń i definicji
|
|
\newtheoremstyle{crr1}% styl dla twierdzeń
|
|
{\topsep}% Space above, empty = `usual value'
|
|
{\topsep}% Space below
|
|
{\itshape}% Body font - czcionka pochylona
|
|
{0pt}% Indent amount (empty = no indent, \parindent = para indent)
|
|
{\bfseries}% Thm head font
|
|
{.}% Punctuation after thm head
|
|
{ }% Space after thm head: \newline = linebreak or " "
|
|
{\thmname{#1}\thmnumber{ #2}\thmnote{ (\textit{#3})}}% Thm head spec
|
|
|
|
\newtheoremstyle{crr2}% styl dla definicji
|
|
{\topsep}% Space above, empty = `usual value'
|
|
{\topsep}% Space below
|
|
{\normalfont}% Body font - czcionka normalna
|
|
{0pt}% Indent amount (empty = no indent, \parindent = para indent)
|
|
{\bfseries}% Thm head font
|
|
{.}% Punctuation after thm head
|
|
{ }% Space after thm head: \newline = linebreak or " "
|
|
{\thmname{#1}\thmnumber{ #2}\thmnote{ (\textit{#3})}}% Thm head spec
|
|
%definicja różnych matematycznych środowisk
|
|
\theoremstyle{crr1}
|
|
\newtheorem{tw}{Twierdzenie}[chapter]
|
|
\newtheorem{lem}[tw]{Lemat}
|
|
\newtheorem{wn}[tw]{Wniosek}
|
|
\theoremstyle{crr2}
|
|
\newtheorem{df}[tw]{Definicja} %chapter - numeracja wg rozdziału, section - wg "sekcji"
|
|
\newtheorem{prz}[tw]{Przykład} %Dodanie [df] sprawia, że przykłady i definicje będą miały wspólną numerację
|
|
\newtheorem{uw}[tw]{Uwaga}
|
|
%definiowanie środowiska dla dowodu
|
|
\newenvironment{dwd}{\noindent{\bf Dowód:}\rm }{\hfill\qed\par}
|
|
% potrzebne gdy wyświetla się "Spis rzeczy" zamiast "Spis treści" i "Literatura" zamiast "Bibliografia"
|
|
\addto\captionspolish{\renewcommand{\contentsname}{Spis treści}}
|
|
\addto\captionspolish{\renewcommand{\bibname}{Bibliografia}}
|
|
%-----------------------------------------------------------------------------------
|
|
\begin{document}
|
|
\setlength{\mathindent}{20pt}% wcięcie wzorów matematycznych
|
|
\begin{titlepage}
|
|
\begin{center}
|
|
{\LARGE Uniwersytet Śląski w Katowicach}
|
|
\vskip 1cm
|
|
{\LARGE Wydział Nauk Ścisłych i Technicznych}
|
|
\vskip 1cm
|
|
{\LARGE Instytut Informatyki}
|
|
\vskip 3cm
|
|
{\Large \bf Wojciech Janota}% wstaw swoje dane
|
|
\vskip 1cm
|
|
{\large Numer albumu 354540}% numer albumu
|
|
\vskip 2.5cm
|
|
\begin{doublespace}
|
|
{\LARGE \bf OPTYMALIZACJA KOMPRESJI OBRAZÓW \\W FORMACIE JPEG ZA POMOCĄ METOD UCZENIA MASZYNOWEGO}% tytuł pracy
|
|
\end{doublespace}
|
|
\vskip 1cm
|
|
{\large PRACA DYPLOMOWA\\MAGISTERSKA}
|
|
\end{center}
|
|
\vspace{3.0cm}
|
|
\begin{flushright}
|
|
\parbox{4.5cm}{Promotor: \\
|
|
Dr Rafał Skinderowicz}
|
|
\end{flushright}
|
|
\vspace{3cm}
|
|
\begin{center}
|
|
Sosnowiec 2024% rok
|
|
\end{center}
|
|
\newpage
|
|
\thispagestyle{empty}
|
|
\noindent
|
|
Słowa kluczowe: \dotuline{kompresja, uczenie maszynowe, DCT, dyskretna transformata kosinusowa, JPEG\hfill}\\[1cm]% wstaw swoje słowa kluczowe max 2 linijki
|
|
\textbf{Oświadczenie autora pracy}\\[1cm]
|
|
Ja niżej podpisany/a:\\
|
|
\par imię (imiona) i nazwisko: \dotuline{Wojciech Janota\hfill}\\% wstaw swoje dane
|
|
\par autor pracy dyplomowej pt. \dotuline{Optymalizacja kompresji obrazów w formacie JPEG\hfill}\\% wstaw swój tytuł
|
|
\par\dotuline{za pomocą metod uczenia maszynowego\hfill}\\%
|
|
|
|
\noindent Numer albumu: 354540\\% wstaw numer albumu
|
|
|
|
\noindent Student/ka Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach\\
|
|
|
|
\noindent kierunku studiów\\
|
|
\dotuline{Informatyka\hfill}\newline
|
|
|
|
\noindent specjalności\\
|
|
\dotuline{Analiza Danych\hfill}\\% wstaw swoją specjalność
|
|
|
|
\noindent Oświadczam, że ww. praca dyplomowa:
|
|
\begin{itemize}
|
|
\item
|
|
została przygotowana przeze mnie samodzielnie\footnote{uwzględniając merytoryczny wkład promotora (w ramach prowadzonego seminarium dyplomowego)},
|
|
\item
|
|
nie narusza praw autorskich w rozumieniu ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych (tekst jednolity Dz. U. z 2006 r. Nr 90, poz. 631, z późn. zm.) oraz dóbr osobistych chronionych prawem cywilnym,
|
|
\item
|
|
nie zawiera danych i informacji, które uzyskałem/-am w sposób niedozwolony,
|
|
\item
|
|
nie była podstawą nadania dyplomu uczelni wyższej lub tytułu zawodowego ani mnie, ani innej osobie.
|
|
\end{itemize}
|
|
\vskip 1cm
|
|
Oświadczam również, że treść pracy dyplomowej zamieszczonej przeze mnie w Archiwum Prac Dyplomowych jest identyczna z treścią zawartą w wydrukowanej wersji pracy.\\[1cm]
|
|
\textbf{Jestem świadomy/a odpowiedzialności karnej za złożenie fałszywego oświadczenia.}\\[1cm]% lub Jestem świadomy
|
|
\parbox{6cm}{\dotfill\center{Data}}\hfill\parbox{6cm}{\dotfill\center{Podpis autora pracy}}
|
|
\end{titlepage}
|
|
\setcounter{page}{1}
|
|
\tableofcontents %wyświetlanie spisu treści
|
|
|
|
\chapter*{Wstęp}
|
|
\addcontentsline{toc}{chapter}{Wstęp}
|
|
\section*{Wprowadzenie}
|
|
\paragraph{}
|
|
Na przełomie lat 90 i 2000 ubiegłego wieku miała miejsce rewolucja w podejściu do sposobu korzystania z komputerów. Internet, bo to o nim mowa, stał się integralną częścią życia codziennego ludzi na całym świecie,
|
|
co zrodziło całą klasę nowych wyzwań dla informatyków. Jednym z największych problemów, które musiały zostać rozwiązane, było zmniejszenie ilości danych przesyłanych przez sieć. Było to podyktowane ograniczeniami technologicznymi, między innymi
|
|
małymi przepustowościami sieci, czy też dopiero rodzącymi się standardami. Wtedy też powstawały pierwsze algorytmy do kompresji obrazów, które
|
|
były kluczowe dla rozwoju Internetu, jaki znamy dzisiaj.
|
|
|
|
Jednym z pierwszych, a zarazem bardziej popularnych formatów kompresji obrazów został standard JPEG\footnote{ISO/IEC 10918} w wersji 1.
|
|
Prace nad nim rozpoczęto już w 1986 roku, natomiast gotowy projekt zaprezentowano w roku 1992. Ostatnia jego wersja pojawiła się w roku
|
|
1994\cite{jpeg_1_website}. Do dziś jest najbardziej rozpowszechnionym formatem, w którym przesyłane są obrazy, zdjęcia, a większość urządzeń potrafi go zdekodować i wyświetlić.
|
|
|
|
W ostatnich latach powstało wiele ,,następców'' formatu JPEG, którzy oferują wyższy stopień kompresji oraz lepszą jakość obrazu. Należą do nich m.in.:
|
|
|
|
\begin{itemize}
|
|
\item JPEG XL - nowy standard opracowany przez konsorcjum JPEG, zaprezentowany w 2022 roku. Skupia się na balansie pomiędzy stopniem kompresji, prędkości dekodowania i enkodowania oraz jakością\cite{jpeg_xl_website},
|
|
\item HEIC/HEIF - opracowany przez grupę ekspercką MPEG\footnote{The Moving Picture Experts Group} i zaprezentowany w 2015 roku. Opiera się na formacie HEVC\footnote{High Efficiency Video Coding}, zapewnia rozmiar pliku wyjściowego o około 50\% mniejszy w porównaniu do klasycznego JPEG (przy zachowaniu podobnej jakości)\cite{heif_website},
|
|
\item WEBP - opracowany przez Google oraz zaprezentowany w 2010 roku. Opiera się na enkoderze VP8, zapewnia kompresję o około 20-30\% lepszą od JPEG przy podobnej jakości\cite{webp_google_website}.
|
|
\end{itemize}
|
|
|
|
\paragraph{}
|
|
Wszystkie z podanych powyżej narzędzi mają za cel poprawić najważniejsze aspekty kodeka używanego do przesyłania obrazów
|
|
przez sieć: jak największe zmniejszenie rozmiaru przy zachowaniu podobnej (jak najlepszej) jakości. Niestety osiagają to,
|
|
zmieniając kodek, przez co nie zachowują kompatybilności wstecznej ze starszymi urządzeniami i systemami, które nie obsługują
|
|
nowszych technologii. W tej pracy zaprezentowane zostanie rozwiązanie, które zachowuje pełną kompatybilność wsteczną z formatem
|
|
JPEG w swojej podstawowej formie. Otrzymany enkoder zostanie porównany pod względem jakości otrzymanych obrazów oraz stopnia
|
|
kompresji z dostępnymi rozwiązaniami.
|
|
|
|
\paragraph{}
|
|
Istotą tej pracy jest stworzenie bardziej zaawansowanego sposobu kompresji obrazów, przy zachowaniu pełnej kompatybilności z
|
|
formatem JPEG. Zdecydowano, że wykorzystane do tego celu zostaną metody uczenia maszynowego, które będą dokonywały optymalizacji
|
|
w algorytmie enkodującym obraz.
|
|
|
|
\paragraph{}
|
|
Prezentowana praca została podzielona na kilka rozdziałów:
|
|
|
|
\begin{itemize}
|
|
\item analiza tematu: przybliżenie tematu, analiza dostępnych narzędzi, opis podstaw merytorycznych oraz proponowanego rozwiązania od strony teoretycznej,
|
|
\item wymagania i narzędzia: zdefiniowanie wymagań funkcjonalnych i niefunkcjonalnych, opis wybranych narzędzi,
|
|
\item specyfikacja wewnętrzna i zewnętrzna: opis opracowanego rozwiązania z perspektywy ogólnej (użytkownika końcowego) oraz stricte technicznej (dla osoby technicznej),
|
|
\item testy i weryfikacja: opis środowiska testowego, porównanie wyników dla różnych podejść, analiza otrzymanych reultatów,
|
|
\item podsumowanie i wnioski: prezentacja wniosków wynikających z analizy wynikówtestów, krytyka proponowanego rozwiązania i propozycje poprawek.
|
|
\end{itemize}
|
|
|
|
\paragraph{Wkład pracy autora}
|
|
Przedmiotem pracy było opracowanie i zaimplementowanie nowego algorytmu enkodującego dane, jego analiza, opracowanie metod, które
|
|
pozwolą na jego porównanie do aktualnie dostępnych rozwiązań, dokonanie testów i porównań oraz sformułowanie wniosków. Wszytskie powyższe zadania zostały zrealizowane przez autora pracy.
|
|
|
|
\chapter{Analiza tematu}
|
|
|
|
\bibliographystyle{plain}
|
|
\bibliography{bibliography}
|
|
|
|
\end{document}
|