En el curso que doy de Proceso Digital de Imágenes (PDI), es siempre importante hablar de un tema que muchas veces es difícil de abordar. Se trata del de la compresión de archivos, en particular, del de la compresión de imágenes, el cual en alguna medida permite que las mismas ocupen menos espacio en los medios de almacenamiento y mejor aún, que la transmisión de las imágenes y fotos sea más rápido. Por ejemplo, si puede reducir una imagen al 10% de su tamaño en bytes, pues puedo, en principio, enviar diez imágenes por el precio de una, para decirlo de manera coloquial. Así, la compresión ayuda muchas veces a ser más eficientes en lo que se refiere al uso del ancho de banda por Internet. Por otra parte, la compresión permite usar menos espacio de almacenamiento.
Hay básicamente dos esquemas usados en este tema:
- Compresión sin pérdida de información (losseless)
- Compresión con pérdida de información (lossy)
En la primera, la compresión y descompresión del archivo (para convertir la imagen comprimida y podamos verla), no pierde información del archivo original. Vamos, al descomprimir la imagen es estrictamente igual a la original. La segunda compresión, en cambio, pierde información y el efecto de comprimir quizás no lo note el ojo humano al descomprimir y mostrar la imagen, pero si vemos a detalle veremos que habremos perdido información de la imagen original.
Cabe decir que a cambio de ahorrar bytes en el archivo original de almacenamiento, la versión comprimida debe descomprimirse y eso finalmente lleva tiempo. En cómputo no existe ningún procedimiento ganar-ganar. Si ganamos en espacio perdemos en tiempo y viceversa. Esto es un buen ejemplo de ello.
Los esquemas de compresión de imágenes son variados y los más usados son JPG o TIFF. Hace unos años, más de 20, el formato PCX, del cual hablaré en otro artículo próximamente, era uno de los más usados y simples, pero cayó en desuso ante sofisticados esquemas de compresión como los que plantean TIFF o JPG.
Pensando en cómo ejemplificar la compresión de imágenes, como una primera aproximación al problema, se me ocurrió que podía reducir a una tercera parte cualquier imagen que estuviese en tonos de grises. La razón de ello es simple: en 24 bits de color tenemos 8 bits para el rojo, 8 para el verde y otros 8 para el azul. Así, tenemos más de 16 millones de posibles colores con combinación de bytes R,G,B, que es el modelo conocido precisamente como RGB. Pero en tonos de gris tenemos solamente 256 tonos posibles. Cada tripleta R,G,B contiene R=G=B, es decir, las componentes de color en RGB son idénticas entre sí. Por ello, tenemos el tono de gris más oscuro (el negro), como (0,0,0), un poco menos negro será (1,1,1), menos negro aún será (2,2,2) y así sucesivamente. El blanco será (255,255,255).
Si esto es así, una imagen en tonos de gris puede reducirse a la tercera parte de su tamaño original leyendo una sola componente (el R, el G o el B de cada pixel de la imagen) y escribiendo en un archivo de bytes esa componente de cada pixel en la imagen. La idea es muy simple de programar y el algoritmo es éste:
(dar click en la imagen para verla más grande)
Cabe decir que cuando tengo la imagen que voy a procesar, primero la paso a tonos de gris tomando las componentes R, G y B, sumándolas y dividiendo de manera entera entre 3, es decir:
Gris := (R + G + B) div 3;
Así me aseguro que la imagen es de tonos de gris. De hecho, al convertir de color a tonos de gris ya perdemos información de color de la imagen, pero en este caso no es el asunto que discutimos.
Ahora bien, ¿cómo podríamos mostrar la compresión lossy, que es donde sí se pierde información al recuperar la imagen comprimida? Una idea sencilla resultó ésta: Tomemos una imagen en color y entonces revisemos las componentes de color (R,G,B). Tomemos el Rojo, la R y listo, digamos que ése es el tono de gris. Por lo tanto la imagen final en cada pixel tendrá el componente (R,R,R) en donde había antes un (R,G,B). ¿Qué tanto podría cambiar la imagen original en blanco y negro usando solamente la componente R de cada pixel?
He aqui dos imágenes. La de la derecha es la imagen en tonos de gris original. La de la izquierda es utilizando solamente la componente R(ed) para formar el tono de gris.
Tonos de gris vs Lossy (usando la coordenada R)
La diferencia visual quizás no es muy notable, pero de alguna manera, si nos fijamos con cuidado, veremos que la imagen "lossy" es un poco más oscura. Si en lugar de usar la componente R usáramos la B, encontraríamos un resultado "lossy" más obvio:
Tonos de gris vs Lossy (usando la coordenada B)
De hecho, se me ha ocurrido hacer un experimento más: Tomemos la imagen original en tonos de gris y saquemos los tres componentes de color, R, G y B, tomando uno de ellos al azar para formar el pixel correspondiente como (R,R,R), (G,G,G) o (B,B,B). Tal vez así, al elegir consistentemente el R, el G o el B de forma que se distribuyan esos tonos de gris formados con una sola componente, el resultado final podría ser mejor. Hice la prueba, pero me llevé una sorpresa inesperada:
Tonos de gris vs Lossy al azar (entre coordenadas R,G y B)
En resumen, usar una sola componente parece que no es tan descabellado si es que usamos la componente R o la G. Con la componente B la descompresión si muestra que se ha perdido mucha información de la imagen original. Probablemente la coordenada R sea la mejor opción en este caso.
El esquema mostrado reduce las imágenes a un 33% del tamaño original, lo cual quizás no puede considerarse malo, peor por ejemplo, esta misma imagen en JPG se reduce dos veces lo que podemos lograr con esta idea.
Aún así, no hay ninguna mejora con respecto al tamaño de la imagen comprimida. Digamos que es independiente de la componente elegida aunque para fines ilustrativos, usar el tono de gris calculado antes de procesar la imagen nos da una imagen resultante en donde no se pierde información de la imagen original.
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