Спосіб безартефактного кодування (варіанти) та спосіб декодування зображень (варіанти)

1. Спосіб безартефактного кодування зображень, згідно з яким для зображення, записаного в файл растрового формату: задають розмір підмножини випадково вибраних пікселів, здійснюють генерацію масиву випадково вибраних координат пікселів, формують підмножину випадково вибраних пікселів на основі генерованого масиву координат, формують основну модель зображення шляхом інтерполяції амплітуд кольору на підмножині випадково вибраних пікселів, формують масив даних помилки шляхом обчислення різниці амплітуд кольору пікселів зображення та пікселів основної моделі, здійснюють архівування масиву даних помилки, записують у файл архівований масив даних помилки, підмножину випадково вибраних пікселів, координати випадково вибраних пікселів або параметри генерації масиву випадково вибраних координат пікселів. 2 (19) 1 3 91591 4 3. Спосіб безартефактного кодування зображень параметри генерації масиву випадково вибраних за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що форпікселів використовують посилання на попередньо мують підмножину випадково вибраних пікселів задану таблицю координат випадково вибраних шляхом розбиття вхідного зображення на ідентичпікселів, розташовану в окремому файлі на машині елементарні області з суміжними межами, занозчитуваному носії даних. дання єдиного правила обходу пікселів у вищена13. Спосіб декодування зображень, кодованих званих елементарних областях та вибору єдиного способом кодування за п. 1, згідно з яким: піксела в кожній елементарній області з координарозкривають файл та відновлюють архівований тою, яку вибирають з попередньо генерованого масив даних помилки, масиву випадкових чисел. формують основну модель зображення шляхом 4. Спосіб безартефактного кодування зображень інтерполяції амплітуд кольору на підмножині випаза п. 3, який відрізняється тим, що як ідентичні дково вибраних пікселів, з використанням алгориелементарні області використовують прямокутнитму інтерполяції, який тотожний застосованому ки. при кодуванні, 5. Спосіб безартефактного кодування зображень формують відновлене зображення шляхом підсуза п. 3, який відрізняється тим, що задають прамовування інтерпольованих амплітуд кольору зі вило обходу пікселів у ідентичних елементарних значеннями помилки, які містить відновлений маобластях, яке полягає в послідовному переборі сив даних помилки. пікселів, що належать до ідентичної елементарної 14. Спосіб декодування зображень, кодованих області, в напрямку зліва направо та зверху дониспособом кодування за п. 2, згідно з яким: зу. розкривають файл та відновлюють архівований 6. Спосіб безартефактного кодування зображень масив даних редукованої помилки, за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що як здійснюють відновлення редукованої помилки метод інтерполяції при формуванні основної мошляхом множення на множник квантування, застоделі зображення використовують тріангуляцію сований при кодуванні, та вирахування набору Делоне. значень випадкового шуму, генерованого синхро7. Спосіб безартефактного кодування за п. 1 або п. нізованим генератором випадкових чисел, 2, який відрізняється тим, що одночасно з архівуформують основну модель зображення шляхом ванням масиву даних помилки додатково здійсінтерполяції амплітуд кольору на підмножині випанюють архівування підмножини випадково вибрадково вибраних пікселів з використанням алгоритних пікселів та координат випадково вибраних му інтерполяції, тотожного застосованому при копікселів. дуванні, 8. Спосіб безартефактного кодування зображень формують відновлене зображення шляхом підсуза п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що при мовування інтерпольованих амплітуд кольору зі формуванні підмножини випадково вибраних пікзначеннями помилки, які містить відновлений маселів здійснюють корекцію координат випадково сив даних редукованої помилки. вибраних пікселів. 15. Спосіб декодування зображень за п. 13 або п. 14, який відрізняється тим, що розкривають файл 9. Спосіб безартефактного кодування зображень за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що здійста відновлюють архівований масив даних помилки, нюють багаторівневе подання масиву даних помипідмножину випадково вибраних пікселів та коорлки. динати випадково вибраних пікселів. 10. Спосіб безартефактного кодування за п. 2, 16. Спосіб декодування зображень за п. 13 або п. який відрізняється тим, що здійснюють нелінійне 14, який відрізняється тим, що здійснюють обчиквантування при редукції помилки. слення координат випадково вибраних пікселів за 11. Спосіб безартефактного кодування зображень допомогою синхронізованого генератора випадкоза п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що як вих чисел. параметри генерації масиву випадково вибраних 17. Спосіб декодування зображень за п. 13 або п. 14, який відрізняється тим, що здійснюють постпікселів використовують параметр синхронізації генератора випадкових чисел. фільтрацію відновленого зображення. 12. Спосіб безартефактного кодування зображень за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що як Винахід належить здебільше до кодування та декодування зображень та може бути використаний для обробляння інформації зображення, представленого у цифровій формі. Обробляння полягає в генерації вибраного масиву даних з загального масиву даних, компресії вибраного масиву даних для більш ефективного зберігання у пам'яті запам'ятовуючого пристрою, зокрема, у пам'яті комп'ютера, з подальшим використання вибраного масиву даних для відтворення копії зображення, наприклад, на паперовому носії або екрані монітора тощо. Кодування аналогового сигналу, наприклад, зображень, які отримані від будь-якого засобу вводу (телевізійного датчика, фотоапарата, сканера), використовують для видалення надлишковості та зменшення великої кількості непотрібної інформації природного (вхідного) зображення. При кодуванні, особливо при досягненні великих коефіцієнтів стиснення, можлива втрата деякої частини інформації. Це може бути як корисна інформація 5 91591 6 про деталі зображення, так і суміш шуму та артемножина. Потім здійснюють стискання квантованої фактів, яку має будь-яке вхідне зображення, предмножини частотних коефіцієнтів амплітуд кольору ставлене у цифровій формі. Відношення «сигпікселів, наприклад, з допомогою алгоритму Хафнал/шум» споконвічно є кінцевим за рахунок шумів фмана або арифметичного кодування. При дековід засобів вводу зображення. Для відновлення дуванні здійснюють дії, які є такими же, як і при кодованого зображення використовують декодукодуванні, але в зворотному порядку. вання, яке в основному симетричне кодуванню, та Після використання ДКП здійснюють відкиданмістить ті ж самі дії, що й при кодуванні, але в звоня високочастотних компонентів амплітуд кольорів ротній послідовності. зображення шляхом квантування коефіцієнтів Відомо, що при будь-якому перетворенні безДКП, що дозволяє отримати суттєве стискання перервного аналогового сигналу в цифровий (дисзображення, маючи часткову втрату інформації кретизації) за допомогою засобів вводу, зокрема про зображення, проте одночасно дозволяє суттєпри перетворенні природного зображення або зово збільшити швидкість кодування. Але часткова браження, отриманого за допомогою цифрового втрата інформації після проведення ДКП та кванфотоапарату, сканера тощо в цифрову форму, в тування призводить до появи блочних та інших отриманому зображенні з'являються артефакти, як артефактів. Таким чином, наявність артефактів у результат недотримання вимог теореми відліків відновленому зображенні унеможливлює застосу(теорема Уіттакера - Найквіста - Котельникова вання методу кодування та декодування за алгоШеннона, джерело - R. Cook, "Stochastic Sampling ритмом JPEG у таких галузях, як, наприклад, меin Computer Graphics" ACM Transactions on Graphдицина або геологія, де потрібні високоякісні ics, Jan. 1986, стор. 51-72, стор. 52, 53). Артефакзображення, які мають особливу інформацій цінтом зображення є будь-яка нова структура або ність та які в подальшому можуть бути застосовані елемент зображення, які не присутні на відобране тільки для візуального спостереження, але й жуваному об'єкті, але присутні на його зображенні будуть піддані подальшій обробці для добування із та які мають невипадковий характер. Артефакти зображень важливої інформації (наприклад, супувідображаються при виводі цифрового зображентникові або рентгенівські знімки). У таких випадках, ня на засіб виводу, наприклад монітор або при як правило, застосовують формально безвтратні печаті зображення на принтері та погіршують методи кодування/декодування зображень. якість зображення, а також мають властивість наТак, відомий спосіб кодування та декодування копичуватися. Прикладом візуального відображензображень JPEG-LS ня артефактів є східчаста структура ліній або країв (http://www.jpeg.org/jpeg/jpegls.html), який здійснює об'єктів зображення растрової графіки. Для борокодування зображення без втрат інформації про тьби з артефактами зображень застосовують, назображення, або, як опція, з невеликими втратами приклад, пре фільтрацію (попередню фільтрацію) інформації про зображення. В основі цього спосоз використанням відомих функцій фільтра або побу лежить алгоритм кодування LOCO-I (Low Comстфільтрацію або сполучення цих засобів (М. plexity Compression for Images) (M. Weinberger, G. Dippe and E. Wold. Antialiasing through Stochastic Seroussi, G. Sapiro, "The LOCO-I Lossless Image Sampling. In Computer Graphics (SIGGRAPH'85 Compression Algorithm: Principles and StandardizaConference Proceedings), стор. 69-78, 1985, стор. tion into JPEG-LS", Hewlett-Packard Laboratories 69). Technical Report No. HPL-98-193R1, November Варто відмітити те, що, як правило, при вико1998, revised October 1999. IEEE Trans. Image ристанні вищезазначених методів ставиться заProcessing, Vol. 9, August 2000, стор.1309-1324). вдання утримання інтенсивності артефактів на За цим способом здійснюють формування основвизначеному рівні при збільшенні коефіцієнта стиної моделі зображення шляхом інтерполяції ампліснення зображення. туди кольору поточного піксела на підмножині амЗаявнику відомо багато способів кодування та плітуд кольорів попередньо оброблених пікселів, декодування зображень, серед яких найближчими наприклад, двох сусідніх, формують масив помилє наступні. ки між основною моделлю зображення та висхідВідомий спосіб кодування та декодування зоним зображенням та кодують цю помилку на оснображень, який здійснює стискання з втратами інві коду Голомба-Райса. Під час формування формації про зображення, розроблений групою основної моделі використовують також методи експертів в області фотографії - JPEG (Joint Phoаналізу структури зображення та пошуку та форtographic Experts Group) (http://www.jpeg.org/). Цей мування контекстної моделі зображення на основі метод досить розповсюджений для кодування та надлишковості інформації зображення, що ускладекодування зображень та включає наступні етаднює застосування цього способу. При цьому мепи: розподіл висхідного зображення, яке предстатоди формування контекстної моделі зображення влене множиною амплітуд яскравості та множинане є універсальними для різних типів зображення. ми амплітуд кольорів пікселів, на рівні прямокутні Додатково застосування такого способу у галузях, області, які являють собою підмножини (матриці) таких як, наприклад, медицина, де повинні викорипікселів розміром 8x8, дискретне косинусне перетстовуватись зображення без жодних артефактів, ворення (ДКП), яке формує з множини амплітуд через що файли для збереження мають дуже векольору пікселів множину частотних коефіцієнтів ликі об'єми, призводить до того, що об'єм графічамплітуд кольору пікселів. Після здійснення ДКП ної інформації медичних закладів збільшується на значення множини частотних коефіцієнтів амплісотні Тбайт у рік, що неприпустимо. туд кольору пікселів квантується, для зменшення Відомий спосіб кодування та декодування кооб'єму інформації, який містить вищезазначена льорових зображень без втрат, в якому викорис 7 91591 8 товують ентропійне кодування. За цим способом але й не дозволяють здійснити видалення артеформують основну модель зображення з амплітуд фактів у вхідному (оригінальному) зображенні, а кольору поточних пікселів шляхом інтерполяції також мають неефективні показники «стисненамплітуд кольору попередньо оброблених пікселів ня/якість» зображення при переході до кодування при попередньому заданому правилі обходу усіх з втратами. пікселів у висхідному зображенні. Далі формують За прототип прийнято спосіб кодування та демасив даних помилки шляхом обчислення різності кодування зображень з втратами, за яким для вхіміж інтерпольованими значеннями пікселів та знадного від цифрового зображення, представленого ченнями пікселів оригінального зображення. Потім множиною пікселів, отриманих, наприклад, за доздійснюють перетворення величини помилки у помогою сканування та передачі його у пам'ять бінарний вигляд та здійснюють пошук безперервкомп'ютера, формують підмножину пікселів по них серій нульових значень помилки з наступним принципу розміщення пікселів в ряд або стовпчик частковим їх видаленням. Для ненульових значень згідно з лінією сканування зображення. Встановпомилки, які залишилися, генерують код, який полюють граничне значення помилки. В кожному з казує кількість ненульових значень (заявка № вибраних підмножин визначають початкові та кінWO2006/010644, опублікований 04.072007р., МПК: цеві пікселі та виконують формування основної H04N1/417). моделі зображення інтерполяцією на основі початТакож відомий спосіб кодування та декодуванкового піксела та пікселів, які сумісно з начальним ня зображень, за яким здійснюють інтерполяцію та конечним пікселами утворюють лінію або криву. амплітуди кольорів пікселів, використовуючи підмДалі здійснюють обчислення помилки між інтерпоножину пікселів, які розташовані навколо відносно льованим та оригінальним зображеннями та поріпоточного піксела, для визначення амплітуди ковнюють з попередньо визначеним граничним знальору поточного, на основі чого формують основченням. При перевищенні цього значення, ну модель зображення. Далі здійснюють квантувищевказані дії виконують відносно такого піксела вання підмножини навколишніх пікселів з заданим до досягнення конечного піксела у кожній з підммножником квантування та підраховують загальну ножин пікселів. Наприкінці зберігають у файл знапомилку для кожної квантованої підмножини начення початкового та кінцевого пікселів та відстань вколишніх пікселів. На підставі значень помилки між ними з використанням ентропійного кодуванформують кодову таблицю для кожної підмножиня, а також здійснюють редукцію масиву даних ни, здійснюють кодування величини помилки на помилки (патент № US5245679, опублікований основі відновлених значень помилки з кодової 14.09.1993р., МПК: G06K9/36, G06K9/46). Даний таблиці пов'язаних з поточним пікселом. При деметод простий у реалізації, але не дозволяє видакодуванні здійснюють відновлення зображення лити або зменшити появу артефактів в процесі сумуванням величини помилки, взятої з кодової кодування. При цьому здійснення кодування з таблиці, з величиною поточного піксела, при цьому втратами призводить до погіршення відношення використовують підмножини навколишніх пікселів, «стиснення/якість», що обмежує використання які використовувалися при кодуванні (патент № способу. US5680129, опублікований 21.10.1997р., МПК: В основу винаходу поставлено задачу покраН03М7/30). щення способу кодування та декодування зобраЗа наступним способом кодування та декодужень, який би забезпечував відсутність когерентвання зображень здійснюють аналогічні дії з форних артефактів у відновленому зображенні мування основної моделі зображення та обчис(отриманому при декодуванні) при одночасному лення масиву даних помилки. Інтерполяцію збільшенні ефективності стисненні цифрового зоздійснюють у визначеним чином розбитих підоббраження без втрат або з втратами та покращення ластях зображення, здебільше прямокутних, а співвідношення стиснення-якість зображення шлямасив даних помилки обмежують в заданих межах хом забезпечення характеру помилки у вигляді шляхом порівняння з граничним значенням та повипадкового шуму при декодуванні зображення та дальшим розділенням поточної під області на меутримання синтезованої помилки у визначених нші підобласті до досягнення мінімального розміру межах, що залежать від ступеню (коефіцієнту) підобласті (патент № US4791486, опублікований стиснення зображення, яке необхідно досягти. 13.12.1988р., МПК: H04N7/12). За цим способом Поставлена задача вирішується таким чином, здійснюють обмеження значень помилки у визнащо у способі безартефактного кодування зобрачених межах, що дозволяє покращити стиснення жень, згідно з яким для зображення, записанного в масиву даних помилки та зменшення об'єму вихідфайл растрового формату, за винаходом: ного файлу при кодуванні. Але у відновленому - задають розмір підмножини випадково образображенні, отриманому цим способом, зберіганих пікселів; ються когерентні складові спектру помилки, які - здійснюють генерацію масиву випадково обпогіршують зображення. Також при повторних стираних координат пікселів; сненнях такого зображення за цим способом - формують підмножину випадково обраних піотримують накопичення вказаних артефактів, що кселів на основі генерованого масиву координат; зменшує область його використання (наприклад, - формують основну модель зображення шляунеможливлюють застосування отриманих зобрахом інтерполяції амплітуд кольору на підмножині жень у медицині або геології, де потрібні зобравипадково обраних пікселів; ження без сторонніх елементів). - формують масив даних помилки шляхом обЗазначені способи кодування не привносять числення різниці амплітуд кольору пікселів фізичнових артефактів у силу безвтратності кодування, ного зображення та пікселів основної моделі; 9 91591 10 - здійснюють архівування масиву даних поми- розкривають файл зображення та відновлюлки; ють архівований масив даних редукованої помил- записують у файл масив даних помилки, підки; множину випадково обраних пікселів, координати - здійснюють відновлення редукованої помилвипадково обраних пікселів або параметри генеки шляхом множення на множник квантування, рації масиву випадково обраних координат піксезастосований при кодуванні, та вирахування наболів. ру значень випадково шуму, генерованого синхроТакож поставлена задача вирішується тим, що нізованим генератором випадкових чисел; у способі декодування зображень, згідно з винахо- формують основну модель зображення шлядом: хом інтерполяції амплітуд кольору на підмножині - розкривають файл зображення та відновлювипадково обраних пікселів з використанням алгоють архівований масив даних помилки; ритму інтерполяції, тотожному застосованому при - формують основну модель зображення шлякодуванні; хом інтерполяції амплітуд кольору на підмножині - формують відновлене зображення шляхом випадково обраних пікселів, з використанням алпідсумовування інтерпольованих амплітуд кольору горитму інтерполяції, який тотожній застосованому з відновленими значеннями помилки. при кодуванні; Формування підмножини випадково обраних - формують відновлене зображення шляхом пікселів можуть здійснювати шляхом розбиття підсумовування інтерпольованих амплітуд кольору вхідного зображення на ідентичні елементарні з відновленими значеннями помилки. області з суміжними межами, завдання єдиного Також поставлена задача вирішується таким правила обходу пікселів у вищеназваних елеменчином, що у способі безартефактного кодування тарних областях та вибору єдиного піксела в кожзображень, згідно з яким для зображення, запиній елементарній області з координатою, яку обисанного в файл растрового формату, за винахорають з попередньо генерованого масиву дом: випадкових чисел. - задають розмір підмножини випадково обраВ якості ідентичних елементарних областей них пікселів; можуть використовувати прямокутники. - здійснюють генерацію масиву випадково обДодатково можуть задавати правило обходу раних координат пікселів; пікселів у елементарних областях, яке полягає в - формують підмножину випадково обраних піпослідовному переборі пікселів, що належать до кселів на основі генерованого масиву координат; елементарної області, в напрямку зліва направо - формують основну модель зображення шлята зверху донизу. хом інтерполяції амплітуд кольору на підмножині В якості методу інтерполяції при формуванні випадково обраних пікселів; основної моделі зображення можуть використову- формують масив даних помилки шляхом обвати тріангуляцію Делоне. числення різниці амплітуд кольору пікселів фізичДодатково можуть здійснювати архівування ного зображення та пікселів основної моделі; підмножини випадково обраних пікселів та коор- здійснюють формування редукованого мадинат випадково обраних пікселів. сиву даних помилки шляхом: Також можуть здійснювати корекцію координат - завдання граничної величини помилки та випадково обраних пікселів, багаторівневе поданмножника квантування; ня масиву даних значень помилки або здійснюють - порівняння значень помилки за абсолютним нелінійне квантування при редукції помилки. значенням з попередньо встановленою граничною В якості параметрів генерації масиву випадковеличиною; во обраних пікселів можуть використовувати па- присвоєнню значенням помилки, які за абсораметр синхронізації генератора випадкових чилютним значенням менші граничної величини, сел, наприклад, кодове слово. нульового значення; В якості параметрів генерації масиву випадко- генерації набору значень випадкового шуму во обраних пікселів можуть використовувати посиза допомогою програмного генератора випадкових лання на попередньо задану таблицю координат чисел; випадково обраних пікселів, розташовану в окре- підсумовування значень помилки, які за абмому файлі на матеріальному носії даних. солютним значенням більше граничної величини, з При декодуванні зображень можуть розкриванабором значень випадкового шуму; ти файл зображення та відновлювати архівований - квантування отриманих підсумованих знамасив даних помилки, підмножину випадково обчень з використанням попередньо встановленого раних пікселів та координати випадково обраних множника квантування; пікселів. - здійснюють архівування масиву даних редуТакож можуть здійснювати обчислення кооркованої помилки; динат випадково обраних пікселів за допомогою - записують у файл масив даних редукованої синхронізованого генератора випадкових чисел. помилки, підмножину випадково обраних пікселів, Додатково можуть здійснювати постфільтракоординати випадково обраних пікселів або парацію відновленого зображення. метри генерації масиву випадково обраних коорМіж сукупністю суттєвих ознак способу безардинат пікселів. тефактного кодування та декодування зображень, Також поставлена задача вирішується таким що заявляється, і технічним результатом, що дочином, що у способі декодування зображень, згідсягається, існує наступний причинно-наслідковий но з винаходом: зв'язок. 11 91591 12 При проведенні пошуку винахідниками встаномації про зображення, згідно з теоремою Уиттакевлено, що існують теоретичні роботи з викорисра - Найквиста - Котельникова - Шеннона. тання стохастичної (випадкової) вибірки для змеНа відмінність від відомих способів кодування ншення кількості артефактів у відновленому та декодування зображень, наприклад вищеопизображенні при кодуванні та декодуванні. Так, у саного JPEG, частина інформації зображення – роботі [М. Dippe and E. Wold. Antialiasing through артефактна складова (когерентний спектр помилStochastic Sampling. In Computer Graphics (SIGки), яка виникає після первинного оцифровування, GRAPH'85 Conference Proceedings), стор.69-78, при декодуванні заміщується випадковим шумом, 1985, стор.69] досліджена задача перетворення амплітуда якого плавно зростає пропорційно росту масиву даних помилки, значення якої носять поскоефіцієнта стискання до визначеної межі, яка тійний характер (як було зазначено раніше, це і є обумовлена візуально прийнятною якістю зобраартефакти), у випадковий шум, амплітуда якого ження та може змінюватися в залежності від потплавно зростає по мірі росту коефіцієнта стисканреб застосування відновленого зображення. ня. Таким чином, помилка перетворення на зоВиконання випадкової вибірки за допомогою браженні буде мати вигляд зернистості та розмиподілу вихідного зображення на ідентичні елементості, що близько до звичайного фізичного тарні області з суміжними межами, завдання єдизображення, наприклад, фотознімку, який отриманого правила обходу пікселів у названих елеменно за допомогою звичайного плівкового фотоапатарних областях та вибору одного піксела у кожній рату. елементарній області з координатою, яку обираПри проведенні досліджень з отримання стисють з попередньо генерованого масиву випадконеного відновленого зображення та використовувих чисел, дозволяє гарантувати, що в кожній ючи данні роботи, винахідниками з'ясовано, що елементарній області буде обрано один піксел та формування основної моделі зображення на осносередня щільність пікселів з декілька елементарві стохастичної вибірки пікселів вхідного зобраних областей буде близька до середній щільності ження в поєднанні з архівуванням масиву даних пікселів по всій площині малюнка, а також спроспомилки та формуванням файлу для зберігання тити вибір та запам'ятовування координат випадінформації про зображення, який містить масив ково відібраних пікселів у файл при кодуванні та даних помилки, підмножину випадково обраних витяг при декодуванні. У роботі [М. Dippe and E. пікселів, координат випадково обраних пікселів, а Wold. Antialiasing through Stochastic Sampling. In також формування редукованого масиву даних Computer Graphics (SIGGRAPH '85 Conference Proпомилки шляхом завдання граничної величини ceedings), стор. 69-78, 1985] описано, що шляхом помилки та множника квантування, порівняння застосування різних засобів стохастичної (випадабсолютних значень помилки з граничною величикової) дискретизації (розподіл Пуссона (стор. 71, ною помилки, обнуління значень помилки, які мефіг. 2, 3 або розпиленої дискретизації (стор. 72, нше граничного значення помилки, та підсумовуфіг. 4, 5)) можна регулювати відношення «сигвання значень помилки, які більше граничного нал/шум» та розподільчу здатність відновленого значення помилки, з набором значень випадкового зображення. шуму, які генеруються за допомогою генератора Інтерполяція амплітуд кольору на підмножині випадкових чисел, квантування ненульових знавипадково обраних пікселів призначена для обчичень помилки з попередньо встановленим множслення величин амплітуд кольору решти пікселів, ником квантування, дозволяє отримати перетвоякі складають основну модель зображення. Викорення когерентних складових спектру помилки в ристання в якості алгоритму інтерполяції білінійної шумоподібний спектр та уникнути появи блочних інтерполяції на трикутниках (тріангуляції Делоне) та східчастих артефактів у відновленому зобрадозволяє отримати розмитості дрібних деталей в женні, а також здійснити часткове або повне переосновній моделі зображення, що виконує функцію творення вищеназваних артефактів, отриманих фільтру, що згладжує. при первинному перетворенні фізичного зобраРедукція масиву величин помилки вищевказаження у шумоподібний вид. ним чином призводить до відтворення вихідних Використання при кодуваннівипадкової вибірвеличин помилки з визначеною величиною погріки пікселів шляхом завдання розміру підмножини шності, яка залежить від параметрів редукції, тобвипадково обраних пікселів, генерації масиву вито граничної величини помилки та множника кванпадково обраних координат пікселів, формування тування. Спектр такої залишкової погрішності має підмножини випадково обраних пікселів на основі вигляд, близький до випадкового шуму, та практигенерованого масиву координат, дозволяє уникнучно не відрізняється від шуму, який має місце при ти генерації артефактів при одночасному наблизастосуванні засобів аналогового представлення жені величин масиву помилки до випадкового шузображувальної інформації. Враховуючі те, що у му. При застосуванні випадкової вибірки пікселів вихідному (природному) зображенні є шум, як було масив величин помилки буде мати вигляд випадзазначено раніше, то додатковий шум, який внокового шуму (візуально - розмитості), а не регулясять за допомогою редукції масиву величин помирної структури, яку мають сходові та блочні артелки, візуально невидимий до визначеної межі. При факти та яка помітна візуально. Метою цьому на відновленому зображенні залишаються застосування стохастичної вибірки пікселів для дрібні деталі, тонкі лінії та межі або вони передапобудови основної моделі зображення є формуються з невеликим контрольованим розмиттям. вання такої підмножини пікселів вихідного зобраШумова складова величини помилки необхідна ження, яка містить мінімум надлишковості інфортільки для «розмазування» помилок квантування, особливо у нижній частині діапазону амплітуд ко 13 91591 14 льору. Цьому видалення шумоподібної складової трикутники з суміжними сторонами. Усередині копри архівуванні масиву даних помилки дозволяє жного з цих елементарних трикутників здійснюють значно підвищити ступінь архівування масиву веапроксимацію вищевказаної характеристичної поличин помилки за рахунок появи в масиві значної верхні за допомогою частини площини. Коефіцієнкількості нульових величин. При відновленні зоти а, в, с рівняння, яке описує площину f(x,y) = браження в процесі декодування когерентні склаax+by+c обчислюють локально для кожного трикудові спектру помилки будуть замінені складовою тника шляхом вирішення лінійної системи. Така шумоподібного виду. інтерполяція одночасно має властивості фільтру, Варто відмітити, що погрішність вихідних веякий згладжує дрібні деталі зображення. Також личин помилки прямо пропорційна попередньо можливе використання таких відомих методів провстановленим множнику квантування та граничній сторової інтерполяції, як метод найближчого сувеличині помилки. сідства, білінійну, біквадратичну, бікубічну інтерЗдійснення попереднього завдання величини поляцію, B-сплайн інтерполяцію, інтерполяцію множника квантування та граничної величини поЛагранжа тощо. милки дозволяє обмежити середньоквадратичну На основі інтерпольованих пікселів та випадвеличину помилки в визначених межах, що спроково обраних пікселів формують основну модель щує процес кодування та декодування. Це також зображення. Далі обчислюють помилку між ампліпризводить до відсутності необхідності застосутудами кольору пікселів вихідного зображення та вання додаткових алгоритмів для утримання сепікселів основної моделі зображення. редньої величини помилки у заданих межах, які Для мінімізації помилки здійснюють формузастосовуються, зокрема, у наведених аналогах вання підмножини відкорельованих випадково при описі рівня техніки. обраних пікселів на основі підмножини випадково Багаторівневе кодування дозволяє додатково обраних пікселів. підвищити коефіцієнт стиснення зображення та З отриманих різниць формують масив даних оптимізувати швидкість стискання. помилки, який на наступному етапі кодування арУточнення координат масиву випадково відібхівують за допомогою відомих алгоритмів архівації раних пікселів дозволяє зменшити величини поданих, наприклад, алгоритму Хаффмана, кодуванмилки. ня серій послідовностей (Run Length Encoding Спосіб безартефактного кодування та декодуRLE) тощо. При різновидах реалізації заявленого вання зображень здійснюють наступним чином. способу також додатково здійснюють архівацію У вхідному цифровому зображенні, яке предпідмножини випадково обраних пікселів та коорставляє собою в загальному розумінні матрицю динат випадково обраних пікселів. [b(i, j)], де і - кількість пікселів у горизонтальному На останньому етапі записують масив даних рядку, j - кількість рядків у вхідному зображенні, помилки, підмножину випадково обраних пікселів, задають розмір підмножини випадково вибраних координати випадково обраних пікселів у файл, пікселів. Розмір підмножини обмежується визнаякий розташовують у запам'ятовувальному приченою кількістю пікселів і залежить від розмірів строї комп'ютера (наприклад, оперативній пам'яті вихідного зображення та необхідною точністю відкомп'ютера, жорсткому диски) або іншому запам'ятворення відновленого зображення при декодутовувальному пристрої, призначеному для зберіванні. гання файлів. Далі розбивають вихідне зображення на іденДля декодування і отримання відновленого тичні елементарні області з суміжними межами. В зображення виконують аналогічні дії в зворотній якості елементарних областей вибирають, наприпослідовності та використовують такі ж параметри, клад, прямокутники. Також такими областями мояк і при кодуванні. Так, розкривають файл зображуть бути будь-які прямокутники з суміжними меження та розархівовують масив даних помилки, жами. Задають єдине правило обходу для кожної підмножину випадково обраних пікселів, координаелементарної області, яке полягає в послідовному ти випадково обраних пікселів. Після чого формупереборі пікселів, які розташовані усередині елеють основну модель зображення шляхом інтерпоментарної області, в напрямку зліва направо та ляції амплітуд кольору на підмножині випадково зверху донизу. Потім здійснюють генерацію кооробраних пікселів. Далі виконують підсумовування динат пікселів в кожній з елементарних областей. множини інтерпольованих амплітуд кольору з маНа основі з цих координат формують масив випасивом даних помилки та таким чином отримують дково обраних координат пікселів. відновлене зображення. В кожній з отриманих елементарних областей За таким способом кодування масив амплітуд обирають піксел за координатами, які отримані кольору пікселів співпадає з вихідним зображенпопередньою генерацію, використовуючи для кожням, тобто виконується кодування без втрат. ної елементарної області єдине визначене правиПри кодуванні з втратами, як запропоновано у ло обходу, після чого формують підмножину випаваріанті реалізації способу, виконують такі ж самі дково обраних пікселів. дії в тій же послідовності, але після формування Далі здійснюють інтерполяцію амплітуд кольомасиву даних помилки здійснюють формування ру на підмножині випадково обраних пікселів. В редукованого масиву даних помилки. Для цього на якості методу інтерполяції, наприклад, використоначальному етапі кодування з втратами сумісно з вують двомірну інтерполяцію на основі тріангуляції завданням таких параметрів кодування, як розмір Делоне. Для цього підмножина випадково обраних підмножини випадково обраних пікселів, завдають пікселів, яка утворює характеристичну поверхню граничну величину помилки та множник квантуамплітуди кольору, розбивається на елементарні вання. Далі виконують порівняння значень помил 15 91591 16 ки з граничною величиною помилки по абсолютлки та порівняння значення помилки по абсолютному значенню. Значенням, які менші за граничну ній величині з заданим граничним значенням. Далі величину помилки, присвоюють нульове значення. визначають ті елементарні області, в яких значенДо значень, які більше граничної величини помилня помилки, які перевищують задану граничну веки, додають значення випадкового шуму, які отриличину, мають максимальну величину, та обирамані за допомогою генератора випадкових чисел. ють в цих областях інші піксели таким чином, що При декодуванні файлу з редукованим масизначення помилки зменшувались. Після цього завом даних помилки додатково здійснюють відновписують у файл відкориговані координати пікселів лення редукованої помилки шляхом множення на та масив даних помилки, який сформовано на осмножник квантування та вирахування набору знанові відкорегованих пікселів. Варто відмітити, що чень випадкового шуму, які отримано з викориспри здійснені корекції координат випадково обратанням синхронізованим генератором випадкових них пікселів розмір вихідного файлу залишається чисел. Така синхронізація здійснюються, напритаким же, як і без здійснення корекції. Таким чиклад, ініціюванням такого ж саме генератора вином, корекція координат випадково обраних піксепадкових чисел за допомогою того ж саме начальлів служить для звуження статистичного розподіного значення, що й при генерації набору значень лення значень помилки, що призводить до випадкового шуму при кодуванні. Інтервал значень покращення стискання масиву даних помилки при такого шуму задають при кодуванні в начальних архівуванні. параметрах, він визначає амплітуду випадкового Прикладом здійснення безартефактного спошуму. собу кодування та декодування зображень є отриДля редукування масиву даних помилки можмання стиснених зображень, представлених на ливо здійснення нелінійного квантування отриманаступних фото. них ненульових значень помилки з випадковим На фото 1 та 9 представлені вхідні кольорові шумом з будь-яким з відомих методів, використозображення без стискання. вуючи необхідний для цього набір параметрів. При На фото 2 та 10 представлені зображення, цьому у подальшому у файл записують масив дадля яких застосовано стискання з втратами (здійсних редукованої помилки. нення редукції масиву даних помилки) з попередПри кодуванні з втратами може виконуватися ньо заданими граничною величиною помилки, яка багаторівневе кодування масиву даних помилки. дорівнює 4, та множником квантування, який доріДля цього в масиві даних помилки виконують вивнює 4. падкову вибірку, причому її розмір задають більНа фото 3 та 11 представлене зображення, шим ніж розмір підмножини випадково обраних для якого застосовано стискання з втратами (здійпікселів. На основі цієї вибірки формують наступснення редукції масиву даних помилки) з попередний рівень представлення значень помилки, тобто ньо заданими граничною величиною помилки, яка підмножину випадкових даних помилки. З цією дорівнює 8, та множником квантування, який дорімножиною також виконують обробку за допомогою внює 8. граничного порогу або нелінійне квантування та На фото 4 та 12 представлені зображення на отримують масив даних помилки, в якому багато основі масиву даних помилки, який сформовано нульових значень та який краще піддається кодупри здійсненні стискання зображення на фото 1 та ванню. В подальшому можливо, що здійснюють 9. ще випадкову вибірку підмножину випадкових даНа фото 5 та 13 представлено зображення на них помилки та граничну обробку та квантування. основі масиву даних помилки, який сформовано Кількість таких рівнів масиву даних помилки обипри здійсненні стискання зображення на фото 1 та рають пропорційно розмірам вихідного зображен9. ня та розміру відновленого зображення. Таким На фото 6 та 14 представлено збільшений чином досягають формування такої підмножини фрагмент зображення на фото 1 та 9. На фото 7 випадково обраних пікселів, яка містить мінімум та 15 представлено збільшений фрагмент зобранадлишковості інформації пікселів. ження на фото 2 та 10. На фото 8 та 16 представДля подальшого підвищення ефективності колено збільшений фрагмент зображення на фото 3 дування здійснюють корекцію координат випадкота 11. Артефакти у вигляді невеличких сходинок во обраних пікселів після формування масиву дапо контурах предметів на фото 6, 7, 8, 14, 15, 16 них помилки, наприклад, таким чином. Спочатку в виникають та етапі перетворення фізичного (оригікожній ідентичній елементарній області обирають нального) зображення у цифрову форму. один піксел, відмінний від піксела, який було обраПредставлені зображення наочно демонструно під час формування підмножини випадково обють відсутність когерентних складових помилки раних пікселів. Попередньо задають розмір підмартефактів на стиснених зображеннях та заміщенножини випадково обраних пікселів, яка включає в ня їх випадковим шумом, який має вигляд розмисебе декілька ідентичних елементарних областей, тості. Також очевидна залежність кількості дрібних та задають граничне значення помилки для такої деталей зображення від значень попередньо запідмножини випадково обраних пікселів. Далі фоданих граничної величини помилки та множника рмують підмножину випадково обраних пікселів з квантування при стисненні зображення. Варто віддекількох ідентичних елементарних областей. На мітити, що наданні зображення являють собою основі цієї підмножини здійснюють аналіз статисзображення невиткої розподільної здатності тики значень помилки по вказаній підмножині шля(512x512 пікселів), що свідчить про ефективність хом побудови гістограми на основі обчислення запропонованого методу навіть для зображень середньоквадратичного та пікового значень помитакого розміру, тим більше про підвищення ефек 17 91591 18 тивності для зображень з більшою розподільною може бути використаний, наприклад, для медичздатністю, які, як правило, використовують у раніних зображень або зображень, які отримують під ше названих галузях, не тільки для візуального час наукових експериментів, у галузях, де потрібні спостереження. зображення високої якості з повною неприпустиміЗаявлений спосіб безартефактного кодування стю наявності артефактів, а також підвищення та декодування зображень за допомогою перетвоякості декодованого зображення та спрощення рення когерентного спектру помилки (артефактних процедури кодування та декодування шляхом відскладових зображення) у шумоподібний спектр сутності спеціальних методів аналізу структури дозволяє забезпечити відсутність когерентних арзображення. тефактів при стисненні цифрового зображення та 19 Комп’ютерна верстка В. Мацело 91591 Підписне 20 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601