Спосіб стиснення цифрових кольорових відеозображень, що містять вимірювальну інформацію

Спосіб стиснення цифрових кольорових відеозображень, що містять вимірювальну інформацію, який включає відокремлення цифрових даних про яскравість цифрового кольорового відеозображення від цифрових даних про його колір та розподіл цих даних по різних каналах цифрового кольорового відеозображення, після чого виконують субдискретизацію цифрових даних для кожно C2 1 3 тень разів, то вказані способи, незважаючи на відсутність викривлень вимірювальної інформації, неможливо використовувати для стиснення цих відеозображень. Друга група способів стиснення базується на виключенні деякої частини цифрових даних про яскравість та колір дискретних точок цифрового кольорового відеозображення. Такі способи забезпечують значне стиснення цих відеозображень (в десятки разів), але за рахунок виникнення викривлень цифрових даних. При великих степенях стиснення викривлення можуть бути досить значними. Окрім того, вказані способи орієнтовані на забезпечення прийнятної візуальної якості цифрового кольорового відеозображення, відновленого після стиснення, при його спостеріганні людиною. В результаті, можна досягти потрібну степінь стиснення цифрових кольорових відеозображень, але точність передачі вимірювальної інформації, що міститься на цих відеозображеннях, буде недостатньою. Якщо забезпечити потрібну точність передачі вимірювальної інформації, що міститься на цифрових кольорових відеозображеннях, то в цьому випадку степінь стиснення цих відеозображень буде недостатньою. Тому такі способи стиснення безпосередньо не можуть бути використані для стиснення цифрових кольорових відеозображень, що містять вимірювальну інформацію. Найбільш близьким за сукупністю суттєвих ознак до способу-винаходу є спосіб стиснення цифрових кольорових відеозображень, що містять вимірювальну інформацію, на основі дискретного косинусного перетворення (спосіб стиснення JPEG) [3, с. 123-126], що обраний за прототип. Як і спосіб-винахід, спосіб-прототип включає перетворення кольорового простору цифрового кольорового відеозображення, після чого виконують субдискретизацію цифрових даних для кожного з каналів цифрового кольорового відеозображення, який описує колір цього відеозображення, статистичне кодування цифрових даних для кожного з каналів цифрового кольорового відеозображення. Проте, на відміну від способу-винаходу, у способі-прототипі після субдискретизації цифрових даних проводиться розподіл цифрових даних, що відносяться до кожного каналу цифрового кольорового відеозображення, на блоки з фіксованим розміром 8х8 дискретних точок та виконується дискретне косинусне перетворення для кожного з цих блоків. Виключення частини корисної інформації виконується шляхом цілочисельного ділення результатів дискретного косинусного перетворення на коефіцієнти, що містяться в таблиці квантування. В цьому випадку виключаються цифрові дані, що відносяться до верхніх частот в спектрі цифрового кольорового відеозображення. Таблиця квантування задається при введенні параметрів способу-прототипу і може бути різною для різних каналів цифрового кольорового відеозображення. Крім того, в способі-прототипі виключаються цифрові дані про верхні частоти в спектрі цифрового кольорового відеозображення. Оскільки верхні частоти значною мірою визначають форму і положення контурів об'єктів на даному 81789 4 відеозображенні, а по контурах об'єктів в подальшому визначаються геометричні характеристики цих об'єктів, то в результаті мають місце значні викривлення вимірювальної інформації на цифровому кольоровому відеозображенні. Крім того, блоки, на які розподіляється цифрове кольорове відеозображення, мають фіксований розмір. Тому спосіб-прототип не враховує локальних особливостей даного відеозображення. Ці особливості, наприклад, можуть відображати форму та розташування контурів об'єктів на певній ділянці цифрового кольорового відеозображення і їх неврахування приводить до викривлень вимірювальної інформації. Також в способі-прототипі для досягнення значної степені стиснення цифрових кольорових відеозображень необхідно вилучити значну частину цифрових даних. В результаті на відеозображенні з'являються завади у вигляді дискретної блочної структури. Це призводить до значних викривлень контурів об'єктів, що мають округлу форму (викривлення вимірювальної інформації про геометричні характеристики об'єктів), та до значних викривлень ділянок відеозображень з плавною зміною кольору (викривлення вимірювальної інформації про колір об'єктів). Для зменшення величини викривлень вимірювальної інформації потрібно значно зменшити степінь стиснення цифрових кольорових відеозображень за способом-прототипом. Таким чином, суттєвими недоліками способупрототипу є наявність значних викривлень вимірювальної інформації, що міститься на цих відеозображеннях, та/або недостатня степінь стиснення цифрових кольорових відеозображень. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу стиснення цифрових кольорових відеозображень, що містять вимірювальну інформацію, щоб забезпечити підвищення точності передачі вимірювальної інформації на стиснутих цифрових кольорових відеозображеннях та/або підвищення степені стиснення цифрових кольорових відеозображень. Поставлена задача вирішується шляхом того, що перед виконанням перетворення кольорового простору цифрового кольорового відеозображення визначають параметри фрактального кодування, які забезпечують задану точність передачі вимірювальної інформації для області її використання, після субдискретизації цифрових даних для кожного з каналів цифрового кольорового відеозображення, який описує колір цього відеозображення, виконують фрактальне кодування цифрових даних для кожного з каналів цифрового кольорового відеозображення, а після фрактального кодування цифрових даних для кожного з каналів цифрового кольорового відеозображення виконують статистичне кодування цих даних. При фрактальному кодуванні цифрового кольорового відеозображення виконується розподіл цифрових даних для кожного з каналів кольорового цифрового відеозображення на рангові блоки, наприклад, методом квадродерева. В цьому випадку забезпечується змінний розмір рангових блоків, який адаптується до локальних особливостей 5 цифрового кольорового відеозображення. Якщо на деякій ділянці цифрового кольорового відеозображення присутній контур об'єкта, то виконується розподіл цієї ділянки на більш дрібні рангові блоки. Це забезпечує при стисненні більш точну передачу координат контура об'єкта як складової частини вимірювальної інформації. Також, якщо деяка ділянка цифрового кольорового відеозображення є однорідною областю без наявності контурів об'єктів, то розмір рангових блоків на цій ділянці збільшується. В результаті значно зменшується загальна кількість рангових блоків, що забезпечує підвищення степені стиснення цифрового кольорового відеозображення. Як відомо [5, с. 78, 86-87], в ході фрактального кодування ведеться пошук стискаючого перетворення, яке виконується для кожного рангового блоку і відображає один з доменних блоків в цей ранговий блок. В ході такого пошуку знаходяться подібні області цифрового кольорового відеозображення. Це, в свою чергу, дозволяє зменшити обсяг цифрових даних, необхідних для зберігання даного відеозображення і підвищити степінь його стиснення. Величина викривлень цифрових даних на стиснутому цифровому кольоровому відеозображенні може бути різною, що визначається параметрами фрактального кодування цих даних. Тому перед виконанням перетворення кольорового простору цифрового кольорового відеозображення визначають параметри фрактального кодування, які забезпечують задану точність передачі вимірювальної інформації для області її використання. Для цього виконують та досліджують процес фрактального кодування набору тестових цифрових кольорових відеозображень, що належать до класу відеозображень, який використовуються як носій вимірювальної інформації для області її використання. Визначені таким чином параметри фрактального кодування використовують для стиснення потоку цифрових кольорових відеозображень в автоматизованій вимірювальній системі. Таким чином, спосіб-винахід забезпечує підвищення точності передачі вимірювальної інформації на стиснутих цифрових кольорових відеозображеннях та/або підвищення степені стиснення цифрових кольорових відеозображень. Спосіб-винахід виконують в такій послідовності: 1. Перед виконанням перетворення кольорового простору цифрового кольорового відеозображення визначають параметри фрактального кодування, які забезпечують задану точність передачі вимірювальної інформації для області її використання Для цього виконують та досліджують процес фрактального кодування набору тестових цифрових кольорових відеозображень, що належать до класу відеозображень, який використовується як носій вимірювальної інформації для області її використання. 2. Перетворюють кольоровий простір цифрового кольорового відеозображення. Зазвичай, таке перетворення включає перехід від кольорового простору RGB, в якому формують цифрові кольорові відеозображення більшість апаратних засобів 81789 6 формування цифрових відеозображень, до кольорового простору YCbCr. Цей кольоровий простір найбільш придатний для виконання процедури стиснення за рахунок окремого зберігання цифрових даних, що характеризують яскравість і колір дискретних точок цифрового кольорового відеозображення. 3. Виконують субдискретизацію цифрових даних для кожного з каналів цифрового кольорового відеозображення, який описує колір цього відеозображення. Субдискретизація забезпечує додаткове стиснення цифрових кольорових відеозображень. 4. Виконують фрактальне кодування цифрових даних для кожного з каналів цифрового кольорового відеозображення. Для цього використовують параметри фрактального кодування, визначені в п. 1. В ході фрактального кодування виконують розподіл цифрових даних для кожного з каналів кольорового цифрового відеозображення на рангові блоки, наприклад, методом квадродерева. 5. Виконують статистичне кодування цифрових даних для кожного з каналів цифрового кольорового відеозображення. Це забезпечує додаткове стиснення цифрових кольорових відеозображень за рахунок видалення інформаційної надлишковості. Для статистичного кодування цифрових даних можуть бути використані, наприклад, код Хаффмена або арифметичне кодування. Спосіб-винахід пояснюється кресленням, де зображено пристрій, що реалізує цей спосіб. Пристрій містить: об'єкт 1, що досліджується, пристрій 2 формування цифрових кольорових відеозображень, електронну обчислювальну машину (ЕОМ) 3, до складу якої входять інтерфейс 4 передачі цифрових даних, пам'ять 5, центральний процесор 6 та монітор 7. Пристрій працює таким чином. Об'єкт 1, що досліджується, розміщений в полі зору оптичної системи пристрою 2 формування цифрових кольорових відеозображень. В результаті формується нестиснуте цифрове кольорове відеозображення поверхні об'єкта 1, яке містить вимірювальну інформацію про колір та геометричні характеристики цього об'єкта. Далі це відеозображення по інтерфейсу 4 передачі цифрових даних вводиться в пам'ять 5 ЕОМ 3. За допомогою центрального процесора 6 в ЕОМ 3 виконується стиснення цифрового кольорового відеозображення об'єкта 1 у відповідності зі способом-винаходом. Початкове нестиснуте та стиснуте цифрове кольорове відеозображення відображається на моніторі 7. Для визначення розбіжностей між початковим нестиснутим та стиснутим цифровим кольоровим відеозображенням за допомогою процесора 6 було розраховано пікове співвідношення сигнал/шум [5, с. 91-92] для стиснутого цифрового кольорового відеозображення. Це співвідношення є найпростішою кількісною оцінкою точності передачі вимірювальної інформації. Результати цих обчислень також відображаються на моніторі 7. За допомогою пристрою, що реалізує запропонований спосіб-винахід, було проведено ряд досліджень. 7 81789 В даному випадку об'єктом 1, що досліджується, був зразок природного лицювального каменю. Зовнішній вигляд і якість поверхні такого зразка визначають декоративні та естетичні властивості природного лицювального каменю. Для кількісної оцінки якості поверхні таких зразків необхідно визначити геометричні характеристики і колір структурних елементів поверхні зразка, що утворюють текстуру природного походження [6]. В якості пристрою 2 формування цифрових кольорових відеозображень використовувався цифровий фотоапарат Nikon Cool Pix 880., а в якості ЕОМ 3 - персональний комп'ютер Pentium 4-1,7 ГГц. На виході пристрою 2 формування цифрових кольорових відеозображень отримували нестиснуті відеозображення з такими характеристиками: 8 розмір 2048х1536 дискретних точок, глибина кольору 24 біти на дискретну точку. За допомогою центрального процесора 6 в ЕОМ 3 виконували стиснення цифрового кольорового відеозображення об'єкта 1 у відповідності зі способомвинаходом, використовуючи розподіл цифрового кольорового відеозображення на рангові блоки методом квадродерева. В таблиці для цифрових кольорових відеозображень 5 різних типів поверхонь природного лицювального каменю наведено кількісну оцінку точності передачі вимірювальної інформації на основі пікового співвідношення сигнал/шум yPSNR, також отримане стиснення цифрових кольорових відеозображень. Таблиця Тип поверхні природного лицювального каменю 1 2 3 4 5 Спосіб-винахід Стиснення, разів yPSNR, дБ 99,54 48,52 102,57 52,31 117,84 139,94 98,51 51,13 103,16 53,97 Для порівняння також було виконано стиснення цих же відеозображень за допомогою способупрототипу. Параметри фрактального кодування в способі-винаході підбиралися таким чином, щоб забезпечити приблизно однакову точність передачі вимірювальної інформації у способі-винаході та способі-прототипі. Як бачимо з таблиці, в цьому випадку спосіб-винахід забезпечує в (1,2...1,5) рази вищу степінь стиснення цифрових кольорових відеозображень у порівнянні зі способомпрототипом. Параметри фрактального кодування також можуть бути підібрані таким чином, щоб забезпечити підвищення точності передачі вимірювальної інформації при заданій степені стиснення або, щоб забезпечити одночасне підвищення точності передачі вимірювальної інформації та підвищення степені стиснення цифрових кольорових відеозображень. Таким чином, була доведена можливість практичної реалізації запропонованого способу, а також його спроможність забезпечити підвищення точності передачі вимірювальної інформації та Спосіб-прототип Стиснення, разів yPSNR, дБ 99,42 36,91 101,89 44,18 116,91 95,01 97,49 42,86 101,23 44,71 підвищення степені стиснення цифрових кольорових відеозображень. Література: 1. Прэтт У. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ. - М.: Мир, 1982.-792с. 2. Жураковский Ю.П. Передача информации в ГАП. - К.: Вища школа, 1991.-216с. 3. Мюррей Д., Ван Райпер У. Энциклопедия форматов графических файлов: Пер. с англ. - К.: BHV, 1997. - 672с. 4. Шлихт Г.Ю. Цифровая обработка цветных изображений . - М.: ЭКОМ, 1997.-336с. 5. Уэлстид С. Фракталы и вейвлеты для сжатия изображений в действии. - М.: Триумф, 2003. 320с. 6. Патент України на винахід №71412А, G01В7/00. Спосіб контролю зовнішнього вигляду поверхні виробів з лицювального каменю / Є.С.Купкін, Ю.О. Подчашинський. №20031212802; Заявл. 29.12.2003; Опубл. 15.11.2004, Бюл. №11. 9 Комп’ютерна верстка В. Клюкін 81789 Підписне 10 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