Спосіб кодування і декодування даних з використанням структури символу алфавіту оптично зчитуваного цифрового коду

Реферат: Спосіб кодування і декодування даних з використанням структури символу алфавіту оптично зчитуваного цифрового коду. Встановлюється відповідність між значеннями оптичної густини, що ділять щонайменше на три рівні інтервали діапазон оптичної густини, властивий способу формування зображення символів на фотографічному і на друкарському носіях, і вирішальними правилами для розпізнавання, на фотографічному або на друкарському носієві зображення формується зображення кожного символу, яке містить компактно згруповані область вирішальних правил і область кодованих даних, кожна із вказаних областей складається з множини розміщених щільно, без пропусків і перекриттів, геометрично однакових неподільних дискретних елементів. UA 96381 U (12) UA 96381 U UA 96381 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до способу кодування і декодування даних і може бути використана для компактного запису великої кількості інформації шляхом запису й оптичного зчитування інформації у вигляді символів цифрового коду, виконаних як на фотографічному, так і на друкарському носіях інформації. Однією з найбільш поширених оптично зчитуваних форм представлення інформації, призначеної для машинної обробки, є цифровий код. Алфавіт символів цифрового коду визначається кількістю станів, кожному з яких ставиться у відповідність числове значення символу. Алфавіт з найменшою кількістю символів, достатньою для запису цифрового коду, містить два символи, відповідні двом взаємовиключним однозначно інтерпретовуваним станам відмітної ознаки. Потужність такого алфавіту невисока і дорівнює 2, а кількість інформації на один символ алфавіту дорівнює 1 біт. І на фотографічному, і на друкарському носіях інформації кожен символ такого алфавіту цифрового коду представляється одним оптично зчитуваним неподільним об'єктом, найчастіше прямокутної або круглої форми, що має одне з двох значень відмітної ознаки. До кодів, що використовують подібний алфавіт, відносяться широко поширені одно- і двовимірні штрих-коди. Відомі такі одновимірні штрих-коди: EAN, Code 39, Code 128, Codabar, Interleaved 2of5, MSI Plessey. Існує більше 20 різних двовимірних штрих-кодів: QR Code, Code 16k, Code 49, Pdf417, Maxicode, Ultracode, Datamatrix, Aztec та ін. Збільшення інформаційної місткості на одиницю площі фотографічного і друкарського носіїв інформації можливе шляхом зменшення площі, яку займає розглянутий символ цифрового коду. Вказане зменшення площі обмежене роздільною здатністю, яка на сьогодні для фотографічного носія становить 850-1200 ліній/мм [http://www.fujifilm.eu/fileadmin/products/prescale/Microfilm_and_Industrial_Film/specification_sheet.p df], а для друкарського 600 dpi [http://graphics.kodak.com/KodakGCG/uploadedFiles/Products/Printers_and_Presses/Production_Bla ck_and_White/Digimaster_EX125/Tab_Contents/DigiHD125_SellSheet_US_NOV2013.pdf]. Ще одним шляхом збільшення інформаційної місткості на одиницю площі фотографічного і друкарського носіїв є збільшення потужності алфавіту і, відповідно кількості інформації, що передається одним символом алфавіту. Відомо, що при позиційному кодуванні найбільше значення числа, яке кодується, N дорівнює кількості розміщень з повтореннями: (1) N  mn 35 де m - потужність алфавіту коду; n - кількість розрядів. Згідно з формулою Хартлі кількість інформації, що передається однією кодовою послідовністю, дорівнює: I  log N 40 45 Для порівняння кількості інформації Im , що передається однією кодовою послідовністю з використанням алфавіту потужності m з кількістю інформації Ib , що передається однією кодовою послідовністю з використанням алфавіту потужності b , необхідно порівнювані значення кількості інформації виразити в однакових одиницях вимірювання. Наприклад, якщо b  2 , то одиницею вимірювання кількості інформації є біт. [Цымбал В.П. Теория информации и кодирование: учебник. - 4-е изд., перераб. и доп. - К.: Вища шк., 1992. - 263 с.] Для цього використовується вираз: Im  50 (2) lg m  logb mn lg b (3) Очевидно, що за умови рівної кількості розрядів n код з більшою потужністю алфавіту дозволяє складати кодові послідовності, що містять більшу кількість інформації. Відомі оптично зчитувані символи, що є неподільними об'єктами з відмітними ознаками, які мають декілька взаємовиключних однозначно інтерпретовуваних станів. Такими відмітними ознаками на сьогодні є: оптична густина [US 4783672 Method and apparatus for coding 1 UA 96381 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 photographic materials, ЕР 1678664В1 Method of recording and reading digital data on a photographic support], колір [US 5426289 A Color code], інтенсивність люмінесценції [RU 2010103922 Способ кодирования и декодирования данных]. В усіх перерахованих варіантах символом цифрового коду є один оптично зчитуваний неподільний об'єкт, що характеризується станом відмітної ознаки. При використанні оптичної густини як відмітної ознаки, як заявлено в [ЕР 1678664В1 Method of recording and reading digital data on a photographic support], кількість станів символу може досягати 256, тобто кількість інформації, що передається одним символом такого алфавіту, може досягати 16 бітів. Для розглянутих символів алфавітів цифрових кодів властивий один істотний недолік, а саме: збільшення інформаційної місткості на одиницю площі носія інформації шляхом одночасного зменшення площі символу і збільшення числа станів відмітної ознаки пов'язане із труднощами забезпечення якості розпізнавання символів. Аналогом, найбільш близьким по сукупності ознак до корисної моделі, є оптично зчитуваний двовимірний, код [US 5726435 A Optically readable two-dimensional code and method and apparatus using the same]. Цей двовимірний код включає множину клітинок, кожна з яких представляє двійково-кодований елемент даних. Двійково-кодований елемент даних представлений групою клітинок. Група клітинок є символом алфавіту коду. Наприклад, символ у вигляді двовимірної квадратної області може містити 9 двійкових елементів. Кожен такий символ, складений з оптично розпізнаваних двох видів елементів - білих (світлих) і чорних (темних) клітинок. Таким чином, один символ є кодовим зображенням двійкового дев'ятирозрядного числа. Згідно з виразом (1) такий символ має 512 станів, і згідно з виразом (3) кількість інформації на такий символ дорівнює 9 бітів. Недоліком аналога є те, що в ньому використано алфавіт кодування з найменшим з можливих значень потужності, і отже, найменшою кількістю інформації на один символ. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалити спосіб кодування і декодування даних з використанням структури символів алфавіту оптично зчитуваного цифрового коду, що дозволяє представляти одним символом більшу кількість інформації без зниження якості розпізнавання символів, при декодуванні. Технічним результатом здійснення заявленого способу кодування і декодування даних з використанням структури символу алфавіту оптично зчитуваного цифрового коду є збільшення інформаційної місткості на одиницю площі на фотографічному і друкарському носіях без зниження якості розпізнавання символів при декодуванні. Поставлена задача та технічний результат досягаються тим, що пропонується спосіб кодування і декодування даних з використанням структури символу алфавіту оптично зчитуваного цифрового коду, в якому встановлюється відповідність між значеннями оптичної густини, що ділять щонайменше на три рівні інтервали діапазон оптичної густини, властивий способу формування зображення символів на фотографічному і на друкарському носіях, і вирішальними правилами для розпізнавання, на фотографічному або на друкарському носієві зображення формується зображення кожного символу, яке містить компактно згруповані область вирішальних правил і область кодованих даних, кожна із вказаних областей складається з множини розміщених щільно, без пропусків і перекриттів, геометрично однакових неподільних дискретних елементів, кожен з геометрично однакових неподільних дискретних елементів, які складають область вирішальних правил, має значення оптичної густини, що відповідає одному з визначених вирішальних правил для розпізнавання, склад області кодованих даних растрового зображення символу визначається кількістю геометрично однакових неподільних дискретних елементів, що різняться значеннями оптичної густини, проміжними між відповідними вирішальним правилами для розпізнавання, взаємне розташування геометрично однакових неподільних дискретних елементів, які складають область кодованих даних зображення кожного символу, являє собою їх сполучення, унікальне і неповторне в інших символах, склад і взаємне розташування геометрично однакових неподільних дискретних елементів області кодованих даних растрового зображення кожного символу тотожні щонайменше одному значенню кодованих даних, закодований інформаційний зміст області кодованих даних встановлюється шляхом зчитування з носія зображення кожного з символів та аналізу зчитаних даних зображення з метою ідентифікації області кодованих даних і області вирішальних правил зображення символу, а також визначення взаємного розташування геометрично однакових неподільних дискретних елементів, які складають вказані області, співставлення значень оптичної густини геометрично однакових неподільних дискретних елементів, які складають область кодованих даних, зі значеннями оптичної густини геометрично однакових неподільних дискретних елементів, які визначені як вирішальні правила, перетворення складу і взаємного розташування геометрично однакових неподільних 2 UA 96381 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дискретних елементів області кодованих даних зображення кожного з символів у щонайменше одне значення кодованих даних. Досягнення заявленого технічного результату в частині збільшення інформаційної місткості на одиницю площі на фотографічному і на друкарському носіях досягається двома шляхами. Перший - це щільне, без пропусків і перекриттів, розміщення символів кодуючого алфавіту на фотографічному носієві або на друкарському матеріалі, і щільне, без пропусків і перекриттів, прилягання суміжних геометрично однакових неподільних дискретних елементів у зображенні символу. Такій умові задовольняють геометрично однакові неподільні дискретні елементи у формі квадрата, рівностороннього трикутника і правильного шестикутника. Другий - це використання геометрично однакових неподільних дискретних елементів, що мають більшу кількість станів і відповідно передають більшу кількість інформації. У корисній моделі заявлено використання геометрично однакових неподільних дискретних елементів растрового зображення символів цифрового коду, що мають не менше трьох станів відмітної ознаки - значення оптичної густини. Наприклад, згідно з виразом (3) кількість інформації на символ, зображення якого складається з дев'яти геометрично однакових неподільних елементів, з яких три - належать області вирішальних правил, дорівнює 24 біти. У порівнянні з розглянутим вище аналогом, де кількість інформації на символ коду дорівнює 9 бітам, заявлена структура символу забезпечує у 2,6 разу більшу кількість інформації на символ. Отже, інформаційна місткість на одиницю площі на фотографічному і на друкарському носіях збільшується у 2, 6 разу. Досягнення заявленого технічного результату в частині забезпечення якості розпізнавання символів при декодуванні досягається введенням у структуру символів області вирішальних правил, що складається щонайменше з двох геометрично однакових неподільних елементів, що відрізняються значеннями оптичної густини. Вказані значення оптичної густини ділять на рівні інтервали діапазон оптичної густини, властивий способу формування зображення символів на фотографічному і на друкарському носіях зображення. Такі значення оптичної густини, згідно з ознаковим методом розпізнавання, використовуються як вирішальні правила (границі між класами). Інтервали, на які вирішальними правилами розбитий діапазон оптичної густини, властивий способу формування зображення символів на фотографічному і на друкарському носіях зображення, є класами. Представлення класів у вигляді інтервалів значень оптичної густини дозволяє зменшити кількість помилок розпізнавання при декодуванні, обумовлених помилками вимірювання значення оптичної густини геометрично однакових неподільних дискретних елементів растрового зображення символу коду. Отже, включення до структури символу геометрично однакових неподільних дискретних елементів зображення, значення оптичної густини яких використовуються як вирішальні правила для розпізнавання, дозволяє підвищити якість розпізнавання символу при декодуванні. Алфавіт, що містить символи запропонованої структури, може бути використаний в мікрографії. Сучасні мікрографічні технології забезпечують перенесення як паперових, так і електронних документів на мікроформи і назад. Зокрема СОМ - системи дозволяють з високою інформаційною місткістю на одиницю площі носія записувати на мікроформи цифрову інформацію символами запропонованої структури. Наприклад, СОМ-система Zeutschel OP 500 має роздільну здатність до 11520×7200 пікселів на 16/35 мм мікроплівках і підтримує всі стандартні формати файлів в чорно-білому кольорі, у відтінках сірого і кольорі, такі як TIFF, TIFF LZW, JPG, Jp2, BMP, PDF, JPM, GIF тощо [http://www.zeutschel.de/en/produkte/mikrofilmsysteme/mikrofilmplotter]. Сучасні сканери мікроформ мають оптичну роздільну здатність до 800 dpi, забезпечують сканування з обробкою зображень з глибиною сірого 10-12 бітів з подальшим перетворенням в 256 відтінків сірого [http://graphics.kodak.com/docimaging/uploadedFiles/2400-3000DV_plus.pdf, http://kmbs.konicaminolta.us/wps/wcm/connect/41fe1b37-а14е-4021-80d5c84d2920b40c/ms7000mkII_brochure.pdf?MOD=AJPERES&CQNVERT_TO=url&CACHEID=41fe1b3 7-a14e-4021-80d5-c84d2920b40c, http://www.zeutschel.de/zeutschel/export/sites/zeutschel/media/downloads/brochures/en/microfilm_sc anner_om1200-1600-1700.pdf]. Отже, сучасні мікрографічні технології дозволяють як записувати на мікроформи з високою інформаційною місткістю на одиницю площі носія цифрову інформаціюсимволами запропонованої структури, так і зчитувати її. 3 UA 96381 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 30 Спосіб кодування і декодування даних з використанням структури символу алфавіту оптично зчитуваного цифрового коду, який відрізняється тим, що встановлюється відповідність між значеннями оптичної густини, що ділять щонайменше на три рівні інтервали діапазон оптичної густини, властивий способу формування зображення символів на фотографічному і на друкарському носіях, і вирішальними правилами для розпізнавання, на фотографічному або на друкарському носієві зображення формується зображення кожного символу, яке містить компактно згруповані область вирішальних правил і область кодованих даних, кожна із вказаних областей складається з множини розміщених щільно, без пропусків і перекриттів, геометрично однакових неподільних дискретних елементів, кожен з геометрично однакових неподільних дискретних елементів, які складають область вирішальних правил, має значення оптичної густини, що відповідає одному з визначених вирішальних правил для розпізнавання, склад області кодованих даних растрового зображення символу визначається кількістю геометрично однакових неподільних дискретних елементів, що різняться значеннями оптичної густини, проміжними між відповідними вирішальним правилами для розпізнавання, взаємне розташування геометрично однакових неподільних дискретних елементів, які складають область кодованих даних зображення кожного символу, являє собою їх сполучення, унікальне і неповторне в інших символах, склад і взаємне розташування геометрично однакових неподільних дискретних елементів області кодованих даних растрового зображення кожного символу тотожні щонайменше одному значенню кодованих даних, закодований інформаційний зміст області кодованих даних встановлюється шляхом зчитування з носія зображення кожного з символів та аналізу зчитаних даних зображення з метою ідентифікації області кодованих даних і області вирішальних правил зображення символу, а також визначення взаємного розташування геометрично однакових неподільних дискретних елементів, які складають вказані області, співставлення значень оптичної густини геометрично однакових неподільних дискретних елементів, які складають область кодованих даних, зі значеннями оптичної густини геометрично однакових неподільних дискретних елементів, які визначені як вирішальні правила, перетворення складу і взаємного розташування геометрично однакових неподільних дискретних елементів області кодованих даних зображення кожного з символів у щонайменше одне значення кодованих даних. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4