СПОСОБ СЖАТИЯ ГРАФИЧЕСКИХ ФАЙЛОВ Российский патент 2013 года по МПК G06T3/40 

Описание патента на изобретение RU2485591C1

Изобретение относится к обработке, сжатию и передаче информации, в частности к способу сжатия графических файлов, и может быть использовано в системах передачи и приема сжатых графических файлов.

Из уровня техники известен способ (US 7020837, 28.03.2006) для эффективного сжатия графического содержания в сложных файлах PDF, содержащих комбинированные сложные графические страницы, каждая из которых составлена из базовой страницы и нуля или более наложений, а также страниц PDF. При этом страницы и графические элементы каждой страницы сохранены в статических файлах PDF.

Известен способ (CN 1595452, 16.03.2005) сжатия без потерь для графического файла, в котором сжимают графический файл согласно заданным параметрам длины регистра сжатия. Выбирают оптимальный параметр длины регистра сжатия. После этого сжимают графический файл согласно выбранному оптимальному параметру длины. Затем главная информация файла (графическая информация), информация сжатия и так далее вместе со сжатыми данными записываются в файле, тем самым формируя файл сжатия.

Недостатками известных способов является то, что после передачи сжатых файлов и их декомпрессии графическое изображение на выходе теряет четкость, при том что способы-аналоги обеспечивают относительно низкую степень сжатия, что не позволяет сжатые ими файлы передавать с большой скоростью по каналам передачи данных.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является контурный способ сжатия графических файлов (патент РФ №2339998, 06.03.2007 г.). В известном способе-прототипе кадр графического изображения уменьшают при помощи специальной функции (ресайза), по меньшей мере, в 4 раза, сжимают и сохраняют его в сжатом файле, который декомпрессируют и увеличивают, по меньшей мере, в 4 раза. Затем исходный кадр графического изображения накладывают на декомпрессионный увеличенный кадр, производят поиск разницы пиксельных значений между исходным кадром графического изображения и декомпрессионным увеличенным кадром из заданного значения контраста по признаку контрастных элементов при помощи арифметического вычитания друг из друга. Затем, полученный кадр со значениями контура контрастных элементов сжимают без потерь и сохраняют в сжатом файле.

Недостаток способа-прототипа состоит в том, что для изображений с достаточно низким показателем контрастности полученный кадр со значениями контура контрастных элементов будет содержать относительно малое число нулевых коэффициентов. В результате для него обеспечивается довольно низкая степень сжатия, что не позволяет сжатые файлы передавать с большой скоростью по каналам передачи данных. Кроме того, известный способ-прототип не обеспечивает максимально возможную степень сжатия кадра графического изображения исходя из заданного качества восстановленного и увеличенного кадра графического изображения.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение степени сжатия графических файлов и скорости их передачи по каналам данных для заданной величины пикового отношения сигнал/шум.

Это достигается тем, что способ сжатия графических файлов, включающий операции изменения геометрических размеров исходных кадров графического изображения с последующей декомпрессией кадров графического изображения и качественной оценки параметров, отличается тем, что сначала задают число возможных градаций уменьшения геометрических размеров исходного кадра, затем уменьшают его геометрические размеры на величину первой градации, сжимают, декомпрессируют и увеличивают до исходного размера, после чего определяют величину пикового отношения сигнал/шум, характеризующую качество восстановленного кадра по сравнению с исходным, и сравнивают ее с предварительно заданным значением, при этом если полученное значение превысит заданное, то все операции повторяют для второй и последующих градаций до тех пор, пока величина пикового отношения сигнал/шум не станет меньше или равна заданному значению отношения сигнал/шум.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг.1 - принцип представления кадра графического изображения на основе 5 возможных градаций уменьшения его исходных геометрических размеров. Здесь L - горизонтальный размер кадра, выраженный в пикселях; H - вертикальный размер кадра, выраженный в пикселях;

фиг.2 - исходный кадр графического изображения и декомпрессированный кадр после сжатия его алгоритмом JPEG;

фиг.3 - увеличенный до исходного размера декомпрессированный кадр после сжатия алгоритмом JPEG его копии, геометрические размеры которой были уменьшены в 2 раза по отношению к исходному размеру, и увеличенный до исходного размера декомпрессированный кадр, после сжатия алгоритмом JPEG его копии, геометрические размеры которой были уменьшены в 3 раза по отношению к исходному размеру;

фиг.4 - увеличенный до исходного размера декомпрессированный кадр после сжатия алгоритмом JPEG его копии, геометрические размеры которой были уменьшены в 4 раза по отношению к исходному размеру, и увеличенный до исходного размера декомпрессированный кадр после сжатия алгоритмом JPEG его копии, геометрические размеры которой были уменьшены в 5 раза по отношению к исходному размеру.

Способ сжатия графических файлов JPEG (файл JPEG - сжатый файл с расширением *.jpg (англ. Joint Photographic Experts Group, по названию организации-разработчика)) реализуется следующим образом.

В конкретном примере реализации способа число градаций задано равным пяти.

1. Определяют число возможных градаций уменьшения геометрических размеров исходного кадра.

Градация уменьшения геометрических размеров исходного кадра d представляет шаг деления L - горизонтального размера кадра графического изображения в пикселях и H - вертикального размера кадра графического изображения согласно формулам:

где Ld - горизонтальный размер кадра графического изображения в пикселях для d-й градации (на шаге градации d); Hd - вертикальный размер кадра графического изображения в пикселях для d-й градации (на шаге градации d).

Согласно формуле (1) для первой градации d=1 (на 1-м шаге градации) геометрические размеры кадра графического изображения не изменяются: L1=L и H1=H. Для второй градации d=2-L2=L/2 и H2=H/2. Для третьей градации d=3-L3=L/3 и H3=H/3 и т.д.

Чем ниже пропускная способность и чем меньше свободного места на носителе информации, тем большим выбирают значение градаций.

В качестве примера на фиг.1 показаны геометрические размеры тестового кадра графического изображения для числа градаций d=5.

Реализовать процедуру уменьшения геометрических размеров кадра графического изображений для второй и последующих градаций можно при помощи ресайза, описанного в патенте РФ №2339998, 06.03,2007 г., или посредством программы «Microsoft office picture manager», которая входит в состав пакета программ «Средства Microsoft Office».

2. Задают качество восстановленного и увеличенного кадра графического изображения величиной пикового отношения сигнал/шум (PSNR) к исходному кадру. С учетом того, что исходное трехцветное изображение имеет 3 компоненты - R, G, B [см. Телевидение (общий курс), Под ред. П.В.Шмакова, М.: «Связь», 1970, с.41], то итоговое выражение для PSNR будет иметь вид:

где L - горизонтальный размер кадра графического изображения в пикселях; H - вертикальный размер кадра графического изображения; (Yk(l, h)- l-е, h-е значение пикселя k-й компоненты исходного кадра графического изображения;

- l-е, h-е значение пикселя k-й компоненты декомпрессированного после сжатия и увеличенного до исходного геометрического размера кадра; B - число битов, отводимых на точку (в зависимости от количества представляемых цветов на каждую точку отводится от 1 до 48 битов); K=3 - число компонентов R, G, B.

Чем меньше различий в числовых значениях пикселей между исходным кадром графического изображения и декомпрессированным после сжатия и увеличенным до исходного геометрического размера кадра, тем выше значение показателя PSNR. Следовательно, тем меньше претерпевает изменений файл после процедур уменьшения геометрических размеров и сжатия с помощью алгоритма JPEG.

В исходном состоянии кадр графического изображения хранится в графическом файле BMP (от англ. Bitmap Picture - формат хранения растровых изображений, разработанный компанией Microsoft). После сжатия - в графическом файле JPEG.

Выбор заданного качества восстановленного и увеличенного кадра графического изображения PSNRдоп определяется техническими возможностями системы передачи информации или свободным объемом носителя информации. Чем ниже пропускная способность и чем меньше свободного места на носителе информации, тем ниже выбирают исходное значение показателя PSNRдоп.

3. Уменьшают геометрические размеры исходного кадра на значение первой градации L1=L и H1=H, после чего его сжимают.

Для градации d=1 геометрические размеры графического кадра не меняются. При сжатии кадра графического изображения используют алгоритм сжатия с потерями JPEG. В результате получают графический файл с расширением *.jpg.

Алгоритмы сжатия на базе алгоритма сжатия с потерями JPEG известны и описаны, например, в (Б.Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. С.893-896).

4. Декомпрессируют сжатый графический файл с расширением *.jpg и увеличивают геометрические размеры графического файла до исходного размера. Для градации d=1 геометрические размеры декомпрессированного графического кадра не увеличивают.

Декомпрессировать сжатый графический файл с расширением *.jpg в графический файл с расширением *.bmp можно посредством программы Paint, которая входит в пакет стандартных программ операционной системы Windows любой версии.

Увеличить декомпрессированный файл можно при помощи ресайза, описанного в патенте РФ №2339998, 06.03.2007 г., или посредством программы «Microsoft office picture manager», которая входит в состав пакета программ «Средства Microsoft Office».

В качестве примера на фиг.2 представлен исходный кадр графического изображения и декомпрессированный кадр после сжатия его алгоритмом JPEG для градации d=1.

5. Оценивают величину PSNR для градации d=1 и сравнивают ее с предварительно заданной величиной PSNRдоп.

Для оценки пикового отношения сигнал/шум PSNRd для декомпрессированного и увеличенного до исходного размера кадра графического изображения (для градации d=1 геометрические размеры кадра после декомпрессии не увеличивают) применяют формулу (2).

Сравнивают величину PSNR1 для d=1 с величиной PSNRдоп.

Если PSNR1>PSNRдоп, то этапы 3, 4 и 5 повторяют до тех пор, пока не будет выполнено условие PSNR1≤PSNRдоп.

Каждая последующая градация уменьшения геометрического размера исходного кадра ведет к ухудшению качества по показателю PSNR для декомпрессированного и увеличенного до исходного размера кадра.

В качестве примера на фиг.3 и 4 показаны декомпрессированные и увеличенные до исходного размера кадры для градаций d=2, d=3, d=4, d=5.

В качестве итогового сжатого графического файла с расширением *.jpg выбирают файл, полученный на последней градации, если выполняется условие PSNR1=PSNRдоп. В противном случае, если выполняется условие PSNR1<PSNRдоп, в качестве итогового сжатого графического файла с расширением *.jpg выбирают файл, полученный на предыдущей градации уменьшения геометрического размера исходного кадра.

В качестве примера, для тестового изображения на фиг.1 представлены оцененные величины по формуле (2) для 1, 2, 3, 4 и 5 градаций: PSNR1=36,9384 дБ, PSNR2=31,9429 дБ, PSNR3=29,4774 дБ, PSNR4=27,8353 дБ, PSNR5=26,7854 дБ.

Объем исходного файла BMP кадра графического изображения составлял 921654 байт. Объемы сжатых файлов JPEG для 1, 2, 3, 4 и 5 градации соответственно 43943 байта, 13071 байт, 7026 байт, 4589 байт, 3331 байт.

Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков, заключающихся в том, что определяют число возможных градаций уменьшения геометрических размеров исходного кадра, среди которых находят такую, при которой PSNR сжатого, а потом декомпрессированного и увеличенного до исходного размера кадра графического изображения к исходному кадру не превысит предварительно заданного PSNR, обеспечивается максимально возможная степень сжатия.

Похожие патенты RU2485591C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ СЖАТИЯ ГРАФИЧЕСКИХ ФАЙЛОВ 2012
  • Дворников Сергей Викторович
  • Умбиталиев Александр Ахатович
  • Устинов Андрей Александрович
  • Винокуров Марк Евгеньевич
RU2498407C1
СПОСОБ СЖАТИЯ ГРАФИЧЕСКИХ ФАЙЛОВ 2012
  • Дворников Сергей Викторович
  • Кожевников Дмитрий Анатольевич
  • Костырев Андрей Леонидович
  • Кривошеева Елена Евгеньевна
  • Устинов Андрей Александрович
  • Цветков Василий Валерьевич
RU2500032C1
КОНТУРНЫЙ СПОСОБ СЖАТИЯ ГРАФИЧЕСКИХ ФАЙЛОВ 2007
  • Степанов Виктор Владимирович
RU2339998C1
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИЗОБРАЖЕНИЯ ПО КАНАЛУ СВЯЗИ 2016
  • Верещагин Вячеслав Николаевич
  • Нехорошев Георгий Валентинович
  • Штефан Владимир Иванович
RU2646362C1
Способ передачи изображения по каналу связи 2015
  • Верещагин Вячеслав Николаевич
  • Пеленков Илья Игоревич
RU2616562C1
СИСТЕМА ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ 2007
  • Степанов Виктор Владимирович
RU2336659C1
СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ОБМЕНА СИГНАЛАМИ АУДИОВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ 2002
  • Рейнольдз Джоди Линн
  • Ингрэхем Роберт Уолтер
RU2282888C2
Способ и устройство сжатия видеоинформации для передачи по каналам связи с меняющейся пропускной способностью и запоминания в системах хранения данных с использованием машинного обучения и нейросетей 2018
  • Свириденко Владимир Александрович
RU2698414C1
СПОСОБ ОБРАБОТКИ РАСТРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ 2012
  • Заварикин Дмитрий Николаевич
  • Кадейшвили Алексей Андреевич
  • Книжный Игорь Михайлович
RU2488885C1
СПОСОБ ВСТРАИВАНИЯ СООБЩЕНИЯ В ЦИФРОВОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ФОРМАТА JPEG 2000 2012
  • Радаев Сергей Владимирович
  • Кирюхин Дмитрий Александрович
  • Двилянский Алексей Аркадьевич
  • Люлин Александр Николаевич
  • Иванов Иван Владимирович
RU2517337C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 485 591 C1

Реферат патента 2013 года СПОСОБ СЖАТИЯ ГРАФИЧЕСКИХ ФАЙЛОВ

Изобретение относится к методам сжатия цифровых изображений. Техническим результатом является повышение степени сжатия графических файлов. В способе задают число возможных градаций уменьшения геометрических размеров исходного кадра, уменьшают его геометрические размеры на величину первой градации, сжимают, декомпрессируют и увеличивают до исходного размера, затем определяют величину пикового отношения сигнал/шум и сравнивают ее с предварительно заданным значением, при этом если полученное значение превысит заданное, то все операции повторяют для второй и последующих градаций до тех пор, пока величина пикового отношения сигнал/шум не станет меньше или равна заданному значению указанного отношения. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 485 591 C1

Способ сжатия графических файлов, включающий операции изменения геометрических размеров исходных кадров графического изображения с последующей декомпрессией кадров графического изображения и качественной оценки параметров, отличающийся тем, что сначала задают число возможных градаций уменьшения геометрических размеров исходного кадра, затем уменьшают его геометрические размеры на величину первой градации, сжимают, декомпрессируют и увеличивают до исходного размера, после чего определяют величину пикового отношения сигнал/шум, характеризующую качество восстановленного кадра по сравнению с исходным, и сравнивают ее с предварительно заданным значением, при этом если полученное значение превысит заданное, то все операции повторяют для второй и последующих градаций до тех пор, пока величина пикового отношения сигнал/шум не станет меньше или равна заданному значению отношения сигнал/шум.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2013 года RU2485591C1

СПОСОБ СЖАТИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ЦВЕТНЫХ ВИДЕОИЗОБРАЖЕНИЙ 2010
  • Балакирев Сергей Владимирович
  • Бардюков Дмитрий Алексеевич
  • Дворников Сергей Викторович
  • Ковайкин Юрий Владимирович
  • Осадчий Александр Иванович
  • Устинов Андрей Александрович
RU2434358C1
СПОСОБ СЖАТИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ И ВИДЕОПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ 2009
  • Мишуровский Михаил Наумович
  • Джосан Оксана Васильевна
  • Рычагов Михаил Николаевич
  • Рыбаков Олег Сергеевич
  • Ли Сан-Су
RU2420021C2
Способ приготовления мыла 1923
  • Петров Г.С.
  • Таланцев З.М.
SU2004A1
US 7003168 B1, 21.02.2006.

RU 2 485 591 C1

Авторы

Умбиталиев Александр Ахатович

Дворников Сергей Викторович

Шипилов Николай Николаевич

Устинов Андрей Александрович

Даты

2013-06-20Публикация

2012-04-11Подача