ICER (تنسيق الملف)

ICER هو تنسيق ملفات ضغط الصور القائم على الموجات الصغيرة ، والذي تستخدمه مركبات ناسا الجوالة على سطح المريخ . يحتوي ICER على نمطين للضغط: الضغط مع فقدان البيانات والضغط بدون فقدانها .

استخدمت مركبتي استكشاف المريخ " سبيريت " و "أوبورتيونيتي" تقنية ضغط الصور ICER. ويُستخدم ضغط الصور على متن المركبتين على نطاق واسع لتحقيق أقصى استفادة من موارد الإرسال . وتدعم مركبة "كيوريوسيتي" استخدام تقنية ICER لكاميرات الملاحة الخاصة بها (بينما تستخدم جميع الكاميرات الأخرى تنسيقات ملفات أخرى).

تُضغط معظم صور MER باستخدام برنامج ضغط الصور ICER. أما صور MER المتبقية التي تُضغط فتستخدم برنامج LOCO (ضغط بدون فقدان البيانات منخفض التعقيد ) المُعدَّل، وهو نمط فرعي من ICER لا يفقد البيانات.

ICER هو ضاغط صور يعتمد على الموجات الصغيرة، ويتيح تحقيق توازن دقيق بين مقدار الضغط (المُعبَّر عنه بحجم البيانات المضغوطة بالبتات لكل بكسل ) والتدهور الناتج في جودة الصورة (التشوه). يتشابه ICER مع JPEG2000 في بعض العمليات المختارة للموجات الصغيرة.

كان الدافع وراء تطوير ICER هو الرغبة في تحقيق أداء ضغط عالٍ مع تلبية الاحتياجات المتخصصة لتطبيقات الفضاء السحيق .

للتحكم في جودة الصورة ومقدار الضغط في برنامج ICER، يُحدد المستخدم حصة بايت (العدد الاسمي للبايتات المستخدمة لتخزين الصورة المضغوطة) ومعامل مستوى الجودة (وهو في الأساس هدف للجودة). يسعى برنامج ICER إلى إنتاج صورة مضغوطة تُلبي مستوى الجودة المطلوب باستخدام أقل عدد ممكن من البايتات المضغوطة. ويتوقف عن إنتاج البايتات المضغوطة بمجرد الوصول إلى مستوى الجودة أو حصة البايتات، أيهما أسبق.

يُوفر هذا الترتيب مرونةً إضافيةً مقارنةً ببرامج الضغط (مثل برنامج ضغط JPEG المُستخدم في مركبة Mars Pathfinder) التي تُتيح مُعاملًا واحدًا فقط للتحكم في جودة الصورة. باستخدام ICER، عندما يكون الشاغل الرئيسي هو عرض النطاق الترددي المُتاح لنقل الصورة المضغوطة، يُمكن ضبط هدف الجودة على "بدون فقدان"، وستُحدد حصة البايتات المُحددة مقدار الضغط المُتحقق.

وعلى النقيض من ذلك - عندما يكون الاعتبار المهم الوحيد هو الحد الأدنى المقبول لجودة الصورة - فمن الممكن تحديد حصة بايت كبيرة بما فيه الكفاية وسيتم تحديد مقدار الضغط من خلال مستوى الجودة المحدد.

لتحقيق احتواء الأخطاء، تُنتج خوارزمية ICER دفق البتات المضغوط على شكل أجزاء أو مقاطع منفصلة يمكن فك تشفيرها بشكل مستقل. تمثل هذه المقاطع مناطق مستطيلة من الصورة الأصلية، ولكنها مُعرّفة في مجال التحويل. أما إذا تم تقسيم الصورة مباشرةً وتطبيق تحويل المويجات بشكل منفصل على كل مقطع، ففي ظل الضغط مع فقدان البيانات، ستكون الحدود بين المقاطع واضحة في الصورة المُعاد بناؤها حتى في حالة عدم فقدان أي بيانات مضغوطة.

بما أن ICER يوفر إمكانية المرونة الآلية في اختيار عدد الأجزاء، يمكن الموازنة بين فعالية الضغط وحماية فقدان الحزم، وبالتالي استيعاب معدلات خطأ القناة المختلفة.

لا يعني وجود المزيد من الأجزاء بالضرورة أن يكون سيئًا لفعالية الضغط: يتم ضغط العديد من الصور بشكل أكثر فعالية باستخدام 4 إلى 6 أجزاء (للصور ذات الميغابكسل) لأن المناطق المتباينة من الصورة ينتهي بها الأمر في أجزاء مختلفة.

يشترك تنسيق JPEG 2000 في بعض أوجه التشابه في التصميم مع تنسيق ضغط الصور ICER المستخدم لإرسال الصور من المركبات الجوالة على سطح المريخ .

تعتمد تقنية ICER (مثل JPEG 2000) على الموجات الصغيرة وتوفر

• الضغط التدريجي.
• الضغط بدون فقدان (باستخدام ضاغط LOCO).
• الضغط مع فقدان البيانات.
• تصحيح خطأ سياق الصورة للحد من آثار فقدان البيانات على قناة الفضاء العميق.

يوفر برنامج ICER بشكل عام أداء ضغط مع فقدان البيانات ينافس معيار ضغط الصور JPEG2000.

الميزات المشتركة لـ ICER-JPEG 2000

• يوفر كلا النظامين عددًا متغيرًا من مربعات الصور لزيادة فعالية الضغط عبر قناة الفضاء العميق. تقلل مربعات الصور من متطلبات الذاكرة ووقت المعالجة.
• كلاهما يقدم حصة "بايت".
• كلاهما يقدم حصة "جودة".

يوجد بين JPEG2000 و ICER العديد من الاختلافات الداخلية الهامة

• يستخدم برنامج JPEG 2000 العمليات الحسابية ذات الفاصلة العائمة، بينما يستخدم برنامج ICER العمليات الحسابية ذات الأعداد الصحيحة فقط. ولذلك، سيتمتع برنامج ICER بأداء جيد على وحدات المعالجة المركزية التي تعتمد على الأعداد الصحيحة فقط، مثل معالج T414 Transputer ، بينما لن يكون أداء برنامج JPEG 2000 جيدًا لأنه مُجبر على محاكاة الفاصلة العائمة .
• يعود برنامج ICER إلى ضاغط LOCO (ضغط منخفض التعقيد بدون فقدان) داخلي منفصل لضغط الصور بدون فقدان.
• يستخدم JPEG 2000 ضاغطًا متماثلًا منخفض التعقيد يعتمد على الموجات الصغيرة بدون فقدان البيانات، بينما يستخدم ICER ضاغطًا لا يعتمد على الموجات الصغيرة فقط.
• يقوم كل من ICER و JPEG 2000 بتشفير مساحات الألوان بشكل مختلف.
• يقوم برنامج ICER بشكله الحالي بضغط الصور أحادية اللون بشكل أفضل من الصور الملونة نظرًا لأصوله كصيغة ملف داخلية لشبكة الفضاء العميق التابعة لناسا .
• لا تتجاوز نسبة تجاوز معدل الخطأ في نسبة التحويل (ICER) 1% عند تطبيق حصص البايت والجودة. في المقابل، صُممت برامج ترميز JPEG2000 عادةً بحيث لا تتجاوز حصص البايت المخصصة لها.

صُممت تقنية ICER لوحدات المعالجة المركزية منخفضة الأداء ذات 32 بت ( أي الحواسيب المدمجة ) في المركبات الفضائية. وقد استُخدمت في نهاية المطاف في مركبات استكشاف المريخ الجوالة. ولم تُستخدم قط في أي تطبيق يعمل في الوقت الفعلي، بل في تطبيقات شبه فورية فقط.

يُستخدم معيار JPEG2000 في العديد من تطبيقات معالجة الصور في الوقت الفعلي وشبه الفعلي (السينما الرقمية، البث التلفزيوني). من أهم مزايا هذا المعيار أنه مجاني الترخيص (JPEG2000 الجزء 1). وقد صرّحت لجنة JPEG قائلةً: "لطالما كان من أهداف لجنة JPEG أن تكون معاييرها قابلة للتطبيق في شكلها الأساسي دون دفع أي رسوم ترخيص أو حقوق ملكية فكرية. [...] وقد تم التوصل إلى اتفاقيات مع أكثر من 20 منظمة كبيرة تمتلك العديد من براءات الاختراع في هذا المجال، تسمح باستخدام ملكيتها الفكرية فيما يتعلق بالمعيار دون دفع أي رسوم ترخيص أو حقوق ملكية فكرية". يستخدم برنامج الرسومات عن بُعد من شركة هيوليت-باكارد مُشفّر فيديو يُسمى HP3 (codec)، والذي يُزعم أنه مُشتق من ضغط مركبة المريخ الجوالة - وقد يكون هذا تطبيقًا فوريًا لمعيار ICER. ^{[ 1 ]}

يُقدّم مركز ICER نمطًا جديدًا يُسمى Spectral+ICER ، يُتيح إمكانية تقليل مستويات التشوه ( أو ما يُعرف بأخطاء تدرج الرمادي) في صور ICER. يُستخدم هذا النمط حاليًا فقط مع مركبات Mars Pathfinders، ولكن من المتوقع أن يُعمّم استخدامه في معيار ICER..

ICER-3D هو برنامج ضغط للصور فائقة الطيف. تُحدد قطاعات احتواء الأخطاء في ICER-3D مكانيًا (في مجال تحويل المويجات)، على غرار JPEG 2000. تُقسّم البيانات المُحوّلة بالمويجات بنفس طريقة ICER تقريبًا، باستثناء أن قطاعات ICER-3D تمتد عبر جميع النطاقات الطيفية. تُحدد قطاعات احتواء الأخطاء في كل من ICER و ICER-3D باستخدام صيغة غير مُعدّلة من خوارزمية تقسيم المستطيلات الخاصة بـ ICER.

في نموذج ICER-3D، تُحدد السياقات بناءً على معاملين متجاورين في البُعد الطيفي، دون وجود معاملات متجاورة في نفس المستوى المكاني. وهذا يختلف عن مخطط نمذجة السياق المستخدم في نموذج ICER، والذي يعتمد على معلومات مُشفّرة مسبقًا من معاملات متجاورة مكانيًا.

يستغل نظام ICER-3D الترابط بين البيانات ثلاثية الأبعاد جزئيًا باستخدام تحليل الموجات الصغيرة ثلاثي الأبعاد. يتضمن التحليل المستخدم في ICER-3D خطوات تحليل مكاني إضافية مقارنةً بتحليل مالات ثلاثي الأبعاد. يوفر هذا التحليل المُعدَّل مزايا تتمثل في تحسين أداء معدل التشوه كميًا، وفي التخلص من تشوهات الرنين الطيفي .

يستفيد برنامج ICER-3D من خصائص الارتباط في البيانات الطيفية الفائقة المحولة باستخدام الموجات الصغيرة، وذلك من خلال استخدام إجراء نمذجة سياقية يركز على التبعيات الطيفية (بدلاً من المكانية) في البيانات المحولة. وهذا يوفر ميزة كبيرة مقارنةً بنموذج السياق المكاني البديل الذي تم النظر فيه.

كما يرث ICER-3D معظم الميزات المهمة لـ ICER، بما في ذلك الضغط التدريجي، والقدرة على إجراء ضغط بدون فقدان وضغط مع فقدان، ونظام فعال لاحتواء الأخطاء للحد من آثار فقدان البيانات على قناة الفضاء العميق.

• ضاغط الصور الموجي التدريجي ICER
• ضغط الصور مع فقدان البيانات من مركبات المريخ الجوالة
• آيسر ثلاثي الأبعاد