Спосіб компресії бітових зображень на базі методів вагового кодування

Спосіб компресії бітових зображень на базі методів вагового кодування, що містить етапи переходу до кольорнорізнісного подання зображень, дискретно-косинусного перетворення, який відрізняється тим, що замість етапу арифметичного кодування довжин двійкових серій використано спосіб нерівновагого позиційного кодування бітових площин з попереднім розрахунком довжин двійкових серій та обчислення значення коду для нерівновагого позиційного числа. (19) (21) u201103434 (22) 23.03.2011 (24) 25.11.2011 (46) 25.11.2011, Бюл.№ 22, 2011 р. (72) ЮДІН ОЛЕКСАНДР КОСТЯНТИНОВИЧ, ЧУНАРЬОВА АННА ВАДИМІВНА, ГУЛАК НАТАЛІЯ КОСТЯНТИНІВНА, БАРАННІК ВОЛОДИМИР ВІКТОРОВИЧ, СКРИННИК ОЛЕКСАНДР ПАВЛОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 3 64835 втратою якості необхідно розробити нові методи кодування трансформант, які забезпечують: підвищення стійкості до ступеня когерентності зображень за кількістю надмірності, що скорочується, та ступеня компресії для заданих вимог щодо якості відновлених зображень; побудову технологій реалізації процесів стиску з затратою такої кількості операцій, при якому обробка буде здійснюватися в реальному часі. Існуючі технології стиску використовують кодування бітового подання трансформант із метою скорочення надмірності базуються на підходах, пов'язаних з виявленням та описом областей нульових і одиничних елементів. Методи кодування бітових площин класифікуються залежно від мірності обробки, від опису положення областей нульових і одиничних елементів типу характеристик, що виявляються. Однак для таких підходів кодування бітових площин, властиві наступні недоліки: залежність ефективності від насиченості двійкових об'єктів змішаними зонами одиничних і двійкових елементів; складність опису та виявлення двійкових об'єктів неправильної форми. Це приводить до того, що: для насичених зі змішаними областями бітових площин, коефіцієнт стиску може бути менше 1; витрати кількості машинних операцій на реалізацію технології кодування бітових площин трансформанти в кілька разів перевершують обчислювальні витрати на виконання перетворень [2]. Для підвищення ступеня стиску відеоданих на основі технології компресії зображень із регульованою втратою якості пропонується розробити новий спосіб стиснення трансформант, що підвищить стійкість до ступеня когерентності зображень по кількості надмірності, яка усувається, підвищить ступінь компресії для заданих вимог щодо якості відновлювальних зображень та дасть можливість організації процесів стиску та обробки в реальному часі. Технічний результат, який може бути отриманий при створенні даної корисної моделі полягає в скороченні сумарного часу обробки відеоінформації та підвищення ступеня стиску в сучасних інформаційно-комунікаційних системах та мережах. Поставлена задача вирішується за рахунок побудови способу стиску зображень з умов бітового подання транформант дискретного косинусного перетворення сформованого на основі нерівновагового позиційного кодування масивів довжин двійкових серій з регульованою втратою якості. У випадку бітового подання трансформант на обробку надходять вертикальні послідовності       1  u  1/  u  1  u    де  qbp  k , q dkbp  1  , , , ..., dk1 , де k  1 q , k  1 qc . Дані  послідовності являють собою двійковий запис цілочисленних компонент сkℓ трансформант dctперетворень. Після виявляють довжини двійкових серій у напрямку вертикалей бітового представлення трансформант (БПТ) та утворюють послідо     вність  1 , ...,   , ..., dk  , де   - довжина θ-ї k k  k двійкової серії, виявленої для двійкового подання (k; ℓ)-й компоненти трансформанти. Розглядають загальний випадок, коли формується довільна кількість 0 двійкових серій, довжини яких рівні uθ≥1 (1) і можуть бути не рівними між собою (2) u≠u,   1  i ≠. , Тоді відображення Еkℓ послідовності довжин двійкових серій як позиційного числа записують формулою E k  де    1    1   k  u  1 , (3)   u  1 - ваговий коефіцієнт довжини θ-і    1 серії. За рахунок усунення надмірності в трансформованих зображеннях ведуть розрахунок концентрації основної енергії вихідного сигналу в низькочастотних компонентах.  qbp  log2 c k ,   (4)  де qbp - кількість розрядів для низькочастотних (low frequency) компонент трансформант dctперетворення; kℓ, ℓ - координати низькочастотних компонентів у трансформанті; сkℓ - компонента розташована у трансформанті на перетині k-й рядка й ℓ-го стовпця; На подання високочастотних компонентів (розташованих у нижньому правому куті трансформанти) затрачують найменшу кількість двійкових розрядів h qbp  log2 c k h, h , (5) На основі виконання умов про реалізацію нерівномірного бітового розподілу компонент трансформант за (4) та (5) між ваговими коефіцієнтами відповідних двох сусідніх довжин серій не виконується рівності, тобто    1  u  1/  u  1  u  ,    1  u  1 ,  u  1 d     4 - вагові коефіцієнти відповідно для (θ+1)-ї і θ-ї довжин серій; uθ, u основи відповідно θ-і і -і довжин серій. Дана нерівність указує на: нерівноваговість основ довжин двійкових серій; залежність значень вагових кое (6) фіцієнтів від позиції відповідної довжини серії в послідовності. Звідси нерівновагим позиційним числом нази     вають послідовність величин (  1 , ...,   , ..., dk  , k k  що задовольняють умовам (4), (5). 5 64835 Скорочення надмірності відбудеться у випадку виконання нерівності Ek  2qbp , де Еkℓ - значення коду, сформованого для (k;ℓ)-ї послідовності довжин двійкових серій. Значення коду Еkℓ обмежене зверху величиною накопиченого добутку основ (uф+1) довжин двійкових серій. Звідси виконують нерівності         1   log2 E'k   1  log2  u  1  1 та   q Ek  2 bp . Виходить, нерівноваге позиційне кодування послідовності довжин двійкових серій має потенційні можливості для забезпечення ступеня стиску бітового подання компонент трансформант для довільного їх змісту. Ступінь стиску бітового подання компонент трансформант збільшується у випадку підвищення значень довжин двійкових серій. Для інтеграції нерівновагого позиційного кодування (НРГЖ) довжин двійкових серій, виявлених на бітових площинах, у технологію компресії трансформованих зображень необхідно: - забезпечити узгодження між вимогами, пропонованими до НРПК для збільшення ступеня стиску, мінімізації часу обробки, і особливостями бітового перетворення трансформант (БПТ) дискретного косинусного перетворення; - врахувати особливості процесу обчислення значення коду нерівновагого позиційного числа (НРПЧ) при побудові кодових конструкцій стислого подання зображення для забезпечення: виключення випадків, що приводять до переповнення машинного слова; мінімізації кодової надмірності; скорочення кількості двійкових розрядів на кодове подання службових даних, формованих при обчисленні кодів НРПЧ; - виявити можливості і організувати процес компактного представлення службових даних, що утворюються для технології обробки трансформованих зображень, на основі нерівновагого позиційного кодування. Для виконання даних вимог технологія компресії трансформованих зображень повинна базуватися на наступних етапах. 1. Формування БПТ дискретного косинусного перетворення. 2. Виявлення довжин двійкових серій (ДДС) у напрямку бітових площин . 3. Побудова масиву довжин двійкових серій. Заповнення масиву ДДС проводять в міру обчислення ДДС у напрямку стовпців. Для визначення розмірів масивів використовуються співвідношення: =[Ф/s]+1, s=W/([Іog2qℓqc]+1). 4. Для побудованого масиву довжин двійкових серій проводять обчислення компонентів fi вектора Fℓ={f1, ..., fs} основ нерівновагого позиційного числа. При цьому враховується, що ℓ'i,j=ℓi,j-1. Розраховують основи f'i ДДС за формулою: f 'i  max 'i, j  1, →j