ICER (formato de archivo)

ICER es un formato de archivo de compresión de imágenes basado en ondículas utilizado por los rovers de la NASA en Marte . ICER cuenta con modos de compresión con y sin pérdida .

Los rovers Spirit y Opportunity de la misión de exploración de Marte utilizaron ICER. La compresión de imágenes a bordo se emplea ampliamente para optimizar el uso de los recursos de enlace descendente . El rover Curiosity admite el uso de ICER para sus cámaras de navegación (aunque las demás cámaras utilizan otros formatos de archivo).

La mayoría de las imágenes MER se comprimen con el software de compresión de imágenes ICER. Las imágenes MER restantes que se comprimen utilizan el software de compresión sin pérdidas de baja complejidad ( LOCO ) modificado, un submodo sin pérdidas de ICER.

ICER es un compresor de imágenes basado en ondículas que permite un equilibrio óptimo entre la cantidad de compresión (expresada en términos de volumen de datos comprimidos en bits / píxel ) y la consiguiente degradación de la calidad de la imagen (distorsión). ICER presenta algunas similitudes con JPEG2000 en lo que respecta a ciertas operaciones con ondículas.

El desarrollo de ICER estuvo impulsado por el deseo de lograr un alto rendimiento de compresión al tiempo que se satisfacían las necesidades especializadas de las aplicaciones en el espacio profundo .

Para controlar la calidad de la imagen y el nivel de compresión en ICER, el usuario especifica una cuota de bytes (el número nominal de bytes que se utilizarán para almacenar la imagen comprimida) y un parámetro de nivel de calidad (que es, en esencia, un objetivo de calidad). ICER intenta producir una imagen comprimida que cumpla con el nivel de calidad utilizando la menor cantidad de bytes comprimidos posible. Deja de producir bytes comprimidos una vez que se alcanza el nivel de calidad o la cuota de bytes, lo que ocurra primero.

Esta configuración ofrece mayor flexibilidad en comparación con los compresores (como el compresor JPEG utilizado en Mars Pathfinder) que solo permiten controlar la calidad de la imagen mediante un único parámetro. Con ICER, cuando la principal preocupación es el ancho de banda disponible para transmitir la imagen comprimida, se puede establecer el objetivo de calidad en "sin pérdidas" y la cuota de bytes especificada determinará el grado de compresión obtenido.

En el otro extremo, cuando la única consideración importante es una calidad de imagen mínima aceptable, es posible especificar una cuota de bytes suficientemente grande y la cantidad de compresión estará determinada por el nivel de calidad especificado.

Para minimizar los errores, ICER genera el flujo de bits comprimido en fragmentos o segmentos separados que pueden decodificarse de forma independiente. Estos segmentos representan regiones rectangulares de la imagen original, pero se definen en el dominio de la transformada. Si, en cambio, la imagen se dividiera directamente y se aplicara la transformada wavelet por separado a cada segmento, bajo compresión con pérdidas, los límites entre segmentos tenderían a ser perceptibles en la imagen reconstruida, incluso cuando no se pierden datos comprimidos.

Dado que ICER ofrece una función para la flexibilidad automatizada en la elección del número de segmentos, la eficacia de la compresión puede sopesarse frente a la protección contra la pérdida de paquetes, adaptándose así a diferentes tasas de error del canal.

Un mayor número de segmentos no siempre es perjudicial para la eficacia de la compresión: muchas imágenes se comprimen de forma más eficaz utilizando de 4 a 6 segmentos (para imágenes de megapíxeles) porque las distintas regiones de la imagen acaban en segmentos diferentes.

JPEG 2000 comparte algunas características de diseño con el formato de compresión de imágenes ICER, que se utiliza para enviar imágenes desde los vehículos exploradores de Marte .

ICER (al igual que JPEG 2000) se basa en ondículas y proporciona

• compresión progresiva.
• Compresión sin pérdidas (utilizando el compresor LOCO).
• compresión con pérdidas.
• Corrección de errores de contexto de imagen para limitar los efectos de la pérdida de datos en el canal de espacio profundo.

En general, ICER ofrece un rendimiento de compresión con pérdida comparable al del estándar de compresión de imágenes JPEG2000.

Características comunes de ICER-JPEG 2000

• Ambos ofrecen un número variable de mosaicos de imagen para aumentar la eficacia de la compresión en el canal de espacio profundo. Los mosaicos de imagen reducen las exigencias de memoria y el tiempo de procesamiento.
• Ambos ofrecen una cuota de 'bytes'.
• Ambos ofrecen una cuota de "calidad".

JPEG2000 e ICER tienen muchas diferencias internas importantes.

• JPEG 2000 utiliza aritmética de punto flotante, mientras que ICER solo utiliza aritmética de enteros. Por lo tanto, ICER tendrá un buen rendimiento en CPU que solo manejan enteros, como la T414 Transputer , mientras que JPEG 2000 no tendrá un rendimiento tan bueno, ya que se ve obligado a emular el punto flotante .
• ICER recurre a un compresor LOCO (Low Complexity Lossless Compression) interno independiente para la compresión de imágenes sin pérdidas.
• JPEG 2000 implementa un compresor sin pérdidas de ondículas simétrico de baja complejidad, pero ICER utiliza un compresor sin pérdidas que no utiliza ondículas y que solo maneja números enteros.
• ICER y JPEG 2000 codifican los espacios de color de forma diferente.
• ICER, en su formato actual, comprime mejor las imágenes monocromáticas que las imágenes en color debido a su origen como formato de archivo interno de la Red de Espacio Profundo de la NASA.
• El ICER está sujeto a un exceso inferior al 1 % cuando se aplican cuotas de bytes y calidad. Por otro lado, los códecs JPEG2000 suelen estar diseñados para no exceder nunca sus cuotas de bytes.

ICER fue creado para procesadores de 32 bits de gama baja (esencialmente computadoras integradas ) en naves espaciales. Finalmente, se utilizó en los vehículos exploradores de Marte. Nunca se ha utilizado en aplicaciones en tiempo real, solo en tiempo casi real.

JPEG2000 ha sido utilizado por muchas aplicaciones de procesamiento de imágenes en tiempo casi real y en tiempo real (cine digital, radiodifusión). La principal ventaja del códec es que es de uso libre (JPEG2000 PARTE 1). El comité JPEG ha declarado: “Siempre ha sido un objetivo importante del comité JPEG que sus estándares sean implementables en su forma básica sin el pago de regalías ni derechos de licencia. [...] Se han alcanzado acuerdos con más de 20 grandes organizaciones que poseen muchas patentes en esta área para permitir el uso de su propiedad intelectual en relación con el estándar sin el pago de derechos de licencia ni regalías”. El software Remote Graphics de Hewlett-Packard utiliza un códec de vídeo llamado HP3 (códec) que afirma derivar de la compresión del rover de Marte; esto podría ser una implementación en tiempo real de ICER. ^{[ 1 ]}

ICER ofrece un nuevo modo llamado Spectral+ICER que permite reducir los niveles de distorsión ( también conocidos como errores de nivel de gris) en las imágenes ICER. Este modo, por el momento, solo se utiliza con las sondas Mars Pathfinder, pero podría implementarse de forma más generalizada en el estándar ICER..

ICER-3D es un compresor para imágenes hiperespectrales. Los segmentos de contención de errores en ICER-3D se definen espacialmente (en el dominio de la transformada wavelet), de forma similar a JPEG 2000. Los datos transformados wavelet se particionan de forma muy parecida a como se hace en ICER, con la diferencia de que en ICER-3D los segmentos se extienden a través de todas las bandas espectrales. Los segmentos de contención de errores en ICER e ICER-3D se definen utilizando una versión sin modificar del algoritmo de partición rectangular de ICER.

En ICER-3D, los contextos se definen en función de dos coeficientes vecinos en la dimensión espectral y sin coeficientes vecinos en el mismo plano espacial. Esto contrasta con el esquema de modelado de contexto utilizado por ICER, que emplea información previamente codificada de coeficientes espacialmente vecinos.

ICER-3D aprovecha las dependencias de datos 3D, en parte, mediante una descomposición wavelet 3D. La descomposición específica utilizada por ICER-3D incluye pasos de descomposición espacial adicionales en comparación con una descomposición Mallat 3D. Esta descomposición modificada ofrece ventajas en forma de un rendimiento de distorsión de tasa cuantitativamente mejorado y en la eliminación de artefactos de oscilación espectral .

ICER-3D aprovecha las propiedades de correlación de los datos hiperespectrales transformados mediante ondículas, utilizando un procedimiento de modelado de contexto que enfatiza las dependencias espectrales (en lugar de espaciales) en dichos datos. Esto supone una ventaja significativa con respecto al modelador de contexto espacial alternativo considerado.

ICER-3D también hereda la mayoría de las características importantes de ICER, incluyendo la compresión progresiva, la capacidad de realizar compresión con y sin pérdidas, y un esquema eficaz de contención de errores para limitar los efectos de la pérdida de datos en el canal de espacio profundo.

• El compresor de imágenes de ondículas progresivas ICER
• Compresión de imágenes con pérdida en vehículos exploradores de Marte
• ICER 3D