Способ эффективного кодирования и декодирования цифрового изображения Российский патент 2020 года по МПК G06T9/40 H04N19/184 H04N19/85 H04N19/63 H04N19/124 

Описание патента на изобретение RU2723896C1

Изобретение относится к области обработки изображений, в частности к способам кодирования и декодирования цифровых изображений, и предназначено для использования в съемочной аппаратуре космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли, а также в системах передачи и записи потока изображений высокого разрешения в режиме реального времени.

Современные КА дистанционного зондирования Земли, такие как Worldwiev-2, RapidEye, SPOT-6, Pleiades-HR имеют на борту съемочную аппаратуру, формирующую изображения высокого разрешения со скоростью, значительно превосходящей пропускную способность радиолинии передачи данных в наземный пункт приема. В связи с этим КА используют бортовое кодирование изображений по стандарту JPEG2000 [1], который является способом сжатия цифровых изображений [2]. Существенным недостатком данного способа является высокая вычислительная сложность, что приводит к высокой ресурсоемкости и низкой пропускной способности при его бортовой реализации на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС).

Также известен способ сжатия (кодирования) цифрового изображения Subband-Block Hierarchical Partitioning (далее способ SBHP) [3], который из источников информации позиционируется как альтернатива стандарту JPEG2000 [1] с низкой вычислительной сложностью и входит в верификационную модель стандарта JPEG2000 (VM 4.2). Способ SBHP по сущности наиболее близок к предлагаемому изобретению и выбран за прототип.

Способ SBHP поддерживает все характеристики стандарта JPEG2000 и отличается только способом эффективного кодирования, где вместо вычислительно-сложного алгоритма бит-ориентированного арифметического кодирования используется сортировка вейвлет-коэффициентов по способу set-partitioning embedded block (SPECK) [4, 5] и дополнительное кодирование Хаффмана [6].

Способ SBHP (фиг. 1) заключается в выполнении следующих операций: считывают из внешней памяти цифровое изображение, представленное в виде двумерного блока Ci,j пикселов или вейвлет-коэфициентов размером NC x NC, определяют номер старшей битовой плоскости MSB двумерного блока пикселов с помощью выражения и передают полученные данные на формирователь выходного потока, а считанный двумерный блок пикселов сохраняют в регистровой памяти для дальнейшей работы. Регистровая память позволяет иметь доступ к каждому биту пиксела, соответственно, к каждой битовой плоскости ВРn двумерного блока пикселов. Далее кодирование идет последовательно от старшей битовой плоскости MSB до младшей битовой плоскости 0. Текущую битовую плоскость BPn одновременно подают на блок рекурсивного кодирования значимых бит и блок кодирования уточняющих бит. Рекурсивное кодирование значимых бит заключается в обновлении содержимого вспомогательных массивов памяти LSS (список значимости множеств - содержит их координаты, размер и информацию о значимости), LIS (список незначимых множеств - содержит их координаты и размер), LSP (список значимых пикселов - содержит их координаты). А также в процессе рекурсивного кодирования битовой плоскости производят: сортировку на значимые и незначимые множества с учетом вспомогательных массивов памяти LSS и LIS и выражения (т.е. Sn(B)=1, если в битовом множестве В есть хотя бы один ненулевой бит); по результатам анализа битовых множеств на значимость (0 или 1) заполняют карту значимости SMn; выделение знаков значимых бит Sn с учетом содержимого вспомогательного массива памяти LSP. Карта значимости SMn подвергается кодированию Хаффмана с получением сжатой карты значимости Далее знаки значимых бит, сжатую карту значимости подают на формирователь выходного потока.

Кодирование уточняющих бит осуществляют с учетом обновленного массива памяти LSP с получением уточняющих бит RBn, которые тоже подают на формирователь выходного потока. После обработки всех битовых плоскостей двумерного массива формирователь выходного потока объединяет все полученные данные и выдает выходной поток в следующем виде: MSB, SMMSB, SMSB, RBMSB, SMMSB-1, SMSB-1, RBMSB-1, … SM0, S0, RB0. Декодирование цифрового изображения производится в обратном порядке.

Способ декодирования по сути выполняет все те же действия, что и в способе SBHP кодирования (приведенный выше), но в обратном порядке.

Способ SBHP [3] позволяет производить кодирование потока цифровой информации со скоростью 100 мегапикселей в секунду (что превышает примерно в 4 раза быстродействие JPEG2000) и сжимать изображения разрядности 11-12 бит с коэффициентами сжатия 2-20 раз с потерями и примеров 2 раза - без потерь с удовлетворительным качеством декодирования изображения.

Недостатком известного способа SBHP является высокая вычислительная сложность рекурсивной сортировки битовых множеств, которая при аппаратной реализации приводит к использованию большого количества памяти и низкой скорости кодирования и декодирования.

Задачей данного изобретения является снижение вычислительной сложности, увеличение быстродействия обработки данных и уменьшение объема используемой памяти, при сохранении хорошего качества кодирования и декодирования цифрового изображения.

Для решения поставленной задачи предложены способ эффективного кодирования цифрового изображения и способ эффективного декодирования цифрового изображения.

Сущность способа эффективного кодирования цифрового изображения заключается в следующем: из массива внешней памяти считывают по Z-развертке цифровое изображение, представленное в виде двумерного блока Ci,j размером NCB=NC × NC, где NC - число пикселов в строке/столбце, с получением одномерного блока, который сохраняют в регистровой памяти кодера, одновременно с этим в кодере рассчитывают номер старшей битовой плоскости MSB двумерного блока Ci,j, анализируют знаки его значимых пикселов Sk, из одномерного блока выделяют битовые плоскости BPn где n от 0 до MSB, которые далее последовательно и независимо друг от друга обрабатывают, для каждой битовой плоскости формируют L-уровневое иерархическое бинарное квадродерево mHQT, где L=log4NCB, при этом нулевой уровень формируют путем копирования в него всех битов битовой плоскости BPn, а последующие уровни заполняют на основе предыдущих путем оценки значимости их бит согласно формуле

где

далее оценивают компактность карты значимости CL для полученного L-уровневого иерархического бинарного квадродерева согласно формуле: и компактность карты значимости С1 для 1 -уровневого иерархического бинарного квадродерева согласно формуле: затем выбирают минимальную компактность Cmin=min(CL, C1, NCB) и по ее значению посредством реверсивного кодирования формируют 2-битный флаг Fn и карту значимости SMn исходя из следующих условий: если минимальная компактность Cmin равна размеру двумерного блока NCB, то 2-битному флагу Fn присваивается значение 112 и в карту значимости SMn переносятся биты нулевого уровня иерархического бинарного квадродерева; если минимальная компактность Cmin равна компактности карты значимости C1 для 1-уровневого иерархического бинарного квадродерева, то 2-битному флагу Fn присваивается значение 102 и в карту значимости SMn переносятся биты первого уровня и все значимые биты нулевого уровня иерархического бинарного квадродерева; если минимальная компактность Cmin равна компактности карты значимости CL для L-уровневого иерархического бинарного квадродерева, то 2-битному флагу Fn присваивается значение 012 и в карту значимости SMn переносятся все значимые биты уровней от L-1 до 0 иерархического бинарного квадродерева; карту значимости SMn подвергают энтропийному кодированию с получением сжатой карты значимости после обработки всех битовых плоскостей одномерного блока объединяют все полученные данные и формируют на выходе кодера поток кодированного цифрового изображения в следующем виде: номер старшей битовой плоскости MSB, сжатые карты значимости всех битовых плоскостей разделенные 2-битными флагами F0..n..MSB, и знаки всех значимых пикселов Sk.

Сущность способа эффективного декодирования цифрового изображения заключается в следующем: на вход декодера подают размер NCB двухмерного блока, где NCB=NC × NC, NC - число пикселов в строке/столбце, и поток кодированного цифрового изображения, представленный в виде: номер старшей битовой плоскости MSB, сжатые карты значимости всех битовых плоскостей разделенные 2-битными флагами F0..n..MSB, и знаки всех значимых пикселов Sk, в декодере сжатые карты значимости SMn*, где n от 0 до MSB-1, последовательно и независимо друг от друга подвергают энтропийному декодированию с получением карты значимости SMn, одновременно с этим выделяют 2-битный флаг Fn, соответствующий сжатой карте значимости и находят количество уровней L иерархического бинарного квадродерева исходя из условий: если Fn=112, то L=1; если Fn=102, то L=2; если Fn=012, то L=log4NCB; далее посредствам реверсивного декодирования карты значимости SMn и с учетом количества уровней L иерархического бинарного квадродерева формируют само L-уровневое иерархическое бинарное квадродерево mHQT, начиная с уровня L-1 путем переноса бит из карты значимости SMn на этот уровень в соответствии с условием:

где х - текущий бит карты значимости,

нулевой уровень иерархического бинарного квадродерева mHQT является битовой плоскостью BPn одномерного блока, которую записывают в регистровую память, после обработки всех сжатых карт значимости где n от 0 до MSB-1, с получением всех битовых плоскостей BPn одномерного блока, а также учитывая знаки значимых пикселов Sk формируют одномерный блок, который затем преобразуют по Z-развертке в двухмерный блок Ci,j, который представляет собой декодированное цифровое изображение и подают его на выход декодера.

Считывание по Z-развертке цифрового изображения с получением одномерного блока при кодировании позволило упростить кодирование и снизить вычислительную сложность.

Возможность анализа знаков значимых пикселов, выделение из одномерного массива битовых плоскостей BPn, где n от 0 до MSB, которые далее последовательно и независимо друг от друга обрабатывают способствует снижению вычислительной сложности, увеличению быстродействия обработки данных и уменьшению объема используемой памяти.

Формирование для каждой битовой плоскости L-уровневого иерархического бинарного квадродерева, оценивание компактности карты значимости CL и С1, выбор минимальной компактности, формирование 2-битного флага и карты значимости позволило сохранить хорошее качество цифрового изображения при кодировании и декодировании.

Формирование на выходе кодера потока кодированного цифрового изображения в определенном виде и последовательности обеспечивает корректную передачу закодированного цифрового изображения и обратного его качественного декодирования, что позволяет сохранить хорошее качество цифрового изображения.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена блок-схема способа SBHP (прототип). На фиг. 2 приведена блок-схема эффективного кодирования цифрового изображения. На фиг. 3 представлена блок-схема эффективного декодирования цифрового изображения.

Предложенный способ эффективного кодирования цифрового изображения может быть реализован следующим образом (фиг. 2): из массива внешней памяти 1 цифровое изображение, представленное в виде двумерного блока Ci,j размером NCB=NC × NC, где NC - число пикселов в строке/столбце кратное 4, подают на вход кодера 2 и там считывают при помощи преобразователя 3 по Z-развертке с получением одномерного блока. Процедура считывания по Z-развертке является классическим действием [7].

Полученный одномерный блок сохраняют в регистровой памяти 4 кодера 2 (фиг. 2). Одновременно с этим в преобразователе 3 рассчитывают номер старшей битовой плоскости MSB двумерного блока по формуле и анализируют знаки его значимых пикселов согласно формуле и полученные данные передают в формирователь 5 потока кодированного цифрового изображения.

Регистровая память 4 кодера 2 позволяет из одномерного блока выделить битовые плоскости BPn, где n от 0 до MSB, так как регистровая память 4 представляет собой массив n-битных регистров, каждый из которых содержит n элементарных ячеек памяти триггеров (каждый триггер может хранить один бит информации). Следовательно, каждый пиксел одномерного блока записывается в свой регистр и у реверсивного кодера 6 в последующем в любой момент времени есть доступ к любому биту (битовой плоскости) пикселов.

Далее из регистровой памяти 4 кодера 2 выделенные битовые плоскости последовательно и независимо друг от друга подают в реверсивный кодер 5, в котором для каждой битовой плоскости формируют L-уровневое иерархическое бинарное квадродерево mHQT, где L=log4NCB, при этом нулевой уровень формируют путем копирования в него всех битов битовой плоскости BPn, а последующие уровни заполняют на основе предыдущих путем оценки значимости их бит согласно формуле

где

Реверсивный кодер 6 оценивает компактность карты значимости CL для полученного L-уровневого иерархического бинарного квадродерева согласно формуле: и компактность карты значимости С1 для 1 -уровневого иерархического бинарного квадродерева согласно формуле:

Затем реверсивный кодер 6 выбирает минимальную компактность Cmin=min(CL, C1, NCB) и по ее значению посредством реверсивного кодирования формирует 2-битный флаг Fn и карту значимости SMn исходя из следующих условий: если минимальная компактность Cmin равна размеру двумерного блока NCB, то 2-битному флагу Fn присваивается значение 112 и в карту значимости SMn переносятся биты нулевого уровня иерархического бинарного квадродерева; если минимальная компактность Cmin равна компактности карты значимости С1 для 1-уровневого иерархического бинарного квадродерева, то 2-битному флагу Fn присваивается значение 102 и в карту значимости SMn переносятся биты первого уровня и все значимые биты нулевого уровня иерархического бинарного квадродерева; если минимальная компактность Cmin равна компактности карты значимости CL для L-уровневого иерархического бинарного квадродерева, то 2-битному флагу Fn присваивается значение 012 и в карту значимости SMn переносятся все значимые биты уровней от L-1 до 0 иерархического бинарного квадродерева. Полученные биты 2-битного флага Fn передают в формирователь 5 потока кодированного цифрового изображения.

Полученные карты значимости SMn на выходе реверсивного кодера 6 содержат небольшую избыточность (порядка 1-3%), которую устраняют с помощью энтропийного кодирования для получения максимального коэффициента сжатия, поэтому биты карты значимости SMn подвергают энтропийному кодированию с получением сжатой карты значимости Энтропийное кодирование можно производить как в реверсивном кодере 6, так и в отдельном энтропийном кодере 7. Наиболее подходящим вариантом с точки зрения производительности является энтропийное кодирование с помощью детерминированных таблиц Хаффмана [6], которое и используется в данном способе. Однако для этих целей возможно использовать другой тип энтропийного кодирования, например адаптивное арифметическое кодирование.

Сжатую карту значимости передают в формирователь 5 потока кодированного цифрового изображения.

Выше перечисленными действиями производят обработку всех битовых плоскостей BPn, где n от 0 до MSB.

Формирователь 5 объединяет все полученные данные и формирует на выходе кодера 2 поток кодированного цифрового изображения в следующем виде: номер старшей битовой плоскости MSB, карты значимости всех битовых плоскостей разделенные 2-битными флагами F0..n..MSB, и знаки всех значимых пикселов Sk.

Из массива внешней памяти 1 на вход кодера 2 можно подавать любое цифровое изображение, которое может представлять собой пикселы исходного (ни чем не обработанного) цифрового изображения или пикселы цифрового изображения предварительно обработанного, например, с помощью двухмерного декоррелирующего преобразования (вейвлет, Фурье, Баттерворт), которое перераспределяет энергию в пикселах цифрового изображения. Однако для получения максимальной эффективности кодирования цифрового изображения необходимо использовать предварительно обработанное изображение.

В способе эффективного декодирования цифрового изображения по сути выполняют все те же действия, что и в способе эффективного кодирования (приведенном выше), но в обратном порядке.

Предложенный способ эффективного декодирования цифрового изображения может быть реализован следующим образом (фиг. 3): на вход декодера 1 подают размер NCB двухмерного блока, где NCB=NC × NC, NC - число пикселов в строке/столбце, и поток кодированного цифрового изображения, представленный в виде: номер старшей битовой плоскости MSB, сжатые карты значимости всех битовых плоскостей разделенные 2-битными флагами F0..n..MSB, и знаки всех значимых пикселов Sk. В декодере 1 посредством анализатора 2 выделяют сжатые карты значимости где n от 0 до MSB-1, и которые далее последовательно и независимо друг от друга подвергают энтропийному декодированию с получением карты значимости SMn. Энтропийное декодирование можно производить как в отдельном энтропийном декодере 3, так и в реверсивном декодере 4. Метод энтропийного декодирования должен быть идентичным тому методу энтропийного кодирования (таблицы Хаффмана или арифметическое кодирование), который был применен в кодере.

Одновременно с этим анализатор 2 выделяет знаки значимых бит Sk, а также 2-битный флаг Fn, соответствующий сжатой карте значимости SMn*, и находит количество уровней L иерархического бинарного квадродерева исходя из условий: если Fn=112, то L=1; если Fn=102, то L=2; если Fn=012, то L=log4NCB.

В реверсивном декодере 4 посредствам реверсивного декодирования карты значимости SMn и с учетом количества уровней L иерархического бинарного квадродерева формируют само L-уровневое иерархическое бинарное квадродерево mHQT, начиная с уровня L-1 путем переноса бит из карты значимости SMn на этот уровень. L-уровневое иерархическое бинарное квадродерево mHQT формируется при декодировании сверху вниз по уровням на основании предыдущего уровня и бит карты значимости SMn в соответствии с условием:

где х - текущий бит карты значимости.

Нулевой уровень иерархического бинарного квадродерева mHQT является битовой плоскостью BPn одномерного блока, которую записывают в регистровую память 5 декодера 1.

Декодер знаков 6 после декодирования MSB битовых плоскостей получает знаки значимых пикселов Sk одномерного блока от анализатора 2 и восстанавливает знаки всех пикселов одномерного блока в массиве регистровой памяти 5 на основании значений их амплитуд (если амплитуда больше нуля, то знак переносится из Sk в соответствующий пиксел, иначе пиксел пропускается).

После обработки всех сжатых карт значимости SMn*, где n от 0 до MSB-1, с получением всех битовых плоскостей BPn одномерного блока, а также учитывая знаки значимых пикселов Sk формируют одномерный блок, который затем с помощью преобразователя 7 преобразуют по координатам Z-развертки в двухмерный блок Ci,j, который представляет собой декодированное цифровое изображение, и подают его на выход декодера 1.

Предложенный способ эффективного кодирования и декодирования цифрового изображения, основанный на построении иерархического квадродерева для битовой плоскости, характеризуется упрощенной схемой формирования карты значимости, что позволяет сократить количество ресурсов памяти ~ в 1,5 раза и повысить быстродействие ~ в 2 раза (200 мегапикселей в секунду) по сравнению с прототипом, а также сжимать изображения разрядности 11-12 с коэффициентами сжатия от 2 до 20-ти с потерями и ~ 2 без потерь с хорошим качеством декодированного цифрового изображения.

Источники информации

1. Bormin Huang, Satellite Data Compression, Springer New York DordrechtHeidelberg, London, 2011, p. 33-45.

2. Taubman D.S. and Marcellin M.W., JPEG2000: Fundamentals, Standards and Practice. Kluwer Academic Publishers, Boston, 2002.

3. C. Chrysafis, A. Said, A. Drukarev, A. Islamand W.A. Pearlman. SBHP - A low complexity wavelet coder. IEEE Int. Conf. Acoust, Speech Signal Processing (ICASSP), Vol. 4, pp. 2035-2038, June 2000.

4. US 6965700 B2 (WILLIAM A. PEARLMAN), Nov. 15, 2005, весь документ.

5. W.A. Pearlman, A. Islam, N. Nagaraj and A. Said. Efficient, low-complexity image coding with a set-partitioning embedded block coder. IEEE transactions on circuits and systems for video technology, Vol. 14, No. 11, November 2004.

6. Huffman D.A. - A method for the construction of minimum redundancy codes. Proc. Inst. Electr. Radio Eng., Vol. 40, No. 9, pp. 1098-1101, September 1952.

7. G.M. Morton. A computer oriented geodetic data base and a new technique in file sequencing. Technical report, IBM Ltd., Ottawa, Ontario, Canada, 1966.

Похожие патенты RU2723896C1

название год авторы номер документа
КОДЕР, ДЕКОДЕР И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПАКТНОГО MV ХРАНИЛИЩА 2019
  • Сычев, Максим Борисович
  • Соловьев, Тимофей Михайлович
  • Карабутов, Александр Александрович
  • Иконин, Сергей Юрьевич
  • Чэнь, Цзяньлэ
RU2783385C2
КОДЕР, ДЕКОДЕР И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПАКТНОГО MV ХРАНИЛИЩА 2019
  • Сычев, Максим Борисович
  • Соловьев, Тимофей Михайлович
  • Карабутов, Александр Александрович
  • Иконин, Сергей Юрьевич
  • Чэнь, Цзяньлэ
RU2771925C1
УПРАВЛЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЛОЖНОСТЬЮ И ТОЧНОСТЬЮ В МУЛЬТИМЕДИЙНОМ КОДЕКЕ, ОСНОВАННОМ НА ПРЕОБРАЗОВАНИИ 2008
  • Сринивасан Сридхар
  • Ту Чэнцзе
  • Регунатхан Шанкар
RU2518417C2
КОДЕР, ДЕКОДЕР И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ 2020
  • Сетураман, Срирам
  • Котеча, Сагар
  • А, Джива Радж
  • Эсенлик, Семих
RU2824186C2
КОДИРОВАНИЕ ВИДЕОДАННЫХ, ИСПОЛЬЗУЯ ИНФРАСТРУКТУРУ ДВУХУРОВНЕВОГО МНОГОТИПНОГО ДЕРЕВА 2017
  • Ли Сян
  • Чэнь Цзяньлэ
  • Чжан Ли
  • Чжао Синь
  • Чуан Сяо-Чиан
  • Цзоу Фэн
  • Карчевич Марта
RU2746935C2
ЗАВИСЯЩЕЕ ОТ РЕЖИМА СКАНИРОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ БЛОКА ВИДЕОДАННЫХ 2011
  • Чжэн Юньфей
  • Кобан Мухаммед Зейд
  • Соле Рохальс Хоэль
  • Карчевич Марта
RU2547239C2
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЫСТРОГО И ЭФФЕКТИВНОГО СЖАТИЯ И РАСПАКОВКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ 2016
  • Хулскен Бас
RU2727936C2
УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЕ КОДИРОВАНИЕ СОДЕРЖИМОГО ЭКРАНА С УЛУЧШЕННЫМИ СПОСОБАМИ КОДИРОВАНИЯ ТАБЛИЦЫ ПАЛИТРЫ И ИНДЕКСНОЙ КАРТЫ 2015
  • Юй Хаопин
  • Ма Чжан
  • Ван Вэй
  • Сюй Мэн
RU2654200C1
СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ ВИДЕО, СПОСОБ ДЕКОДИРОВАНИЯ ВИДЕО, УСТРОЙСТВО КОДИРОВАНИЯ ВИДЕО, УСТРОЙСТВО ДЕКОДИРОВАНИЯ ВИДЕО И ПРОГРАММА 2017
  • Тоно Кеиити
RU2720358C1
ЭФФЕКТИВНОЕ ПО ПАМЯТИ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНТЕКСТА 2012
  • Чиэнь Вэй-Цзюн
  • Карчевич Марта
  • Ван Сянлинь
RU2580066C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 723 896 C1

Реферат патента 2020 года Способ эффективного кодирования и декодирования цифрового изображения

Изобретение относится к средствам для кодирования и декодирования цифрового изображения. Технический результат заключается в повышении эффективности обработки цифрового изображения. Из массива внешней памяти считывают по Z-развертке цифровое изображение, представленное в виде двумерного блока Ci,j размером NCB=NC × NC, где NC - число пикселов в строке/столбце, с получением одномерного блока, который сохраняют в регистровой памяти кодера. Одновременно с этим в кодере рассчитывают номер старшей битовой плоскости MSB двумерного блока Ci,j, анализируют знаки его значимых пикселов Sk, из одномерного блока выделяют битовые плоскости BPn, где n от 0 до MSB, которые далее последовательно и независимо друг от друга обрабатывают. Для каждой битовой плоскости формируют L-уровневое иерархическое бинарное квадродерево mHQT, где L=log4NCB, при этом нулевой уровень формируют путем копирования в него всех битов битовой плоскости BPn, а последующие уровни заполняют на основе предыдущих путем оценки значимости их бит согласно формуле где далее оценивают компактность карты значимости CL для полученного L-уровневого иерархического бинарного квадродерева. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 723 896 C1

1. Способ эффективного кодирования цифрового изображения, в котором из массива внешней памяти считывают по Z-развертке цифровое изображение, представленное в виде двумерного блока Ci,j размером NCB=NC × NC, где NC - число пикселов в строке/столбце, с получением одномерного блока, который сохраняют в регистровой памяти кодера, одновременно с этим в кодере рассчитывают номер старшей битовой плоскости MSB двумерного блока Ci,j, анализируют знаки его значимых пикселов Sk, из одномерного блока выделяют битовые плоскости BPn, где n от 0 до MSB, которые далее последовательно и независимо друг от друга обрабатывают, для каждой битовой плоскости формируют L-уровневое иерархическое бинарное квадродерево mHQT, где L=log4NCB, при этом нулевой уровень формируют путем копирования в него всех битов битовой плоскости BPn, а последующие уровни заполняют на основе предыдущих путем оценки значимости их бит согласно формуле:

где

далее оценивают компактность карты значимости CL для полученного L-уровневого иерархического бинарного квадродерева согласно формуле: и компактность карты значимости С1 для 1-уровневого иерархического бинарного квадродерева согласно формуле: затем выбирают минимальную компактность Cmin=min(CL, С1, NCB) и по ее значению посредством реверсивного кодирования формируют 2-битный флаг Fn и карту значимости SMn исходя из следующих условий: если минимальная компактность Cmin равна размеру двумерного блока NCB, то 2-битному флагу Fn присваивается значение 112 и в карту значимости SMn переносятся биты нулевого уровня иерархического бинарного квадродерева; если минимальная компактность Cmin равна компактности карты значимости С1 для 1-уровневого иерархического бинарного квадродерева, то 2-битному флагу Fn присваивается значение 102 и в карту значимости SMn переносятся биты первого уровня и все значимые биты нулевого уровня иерархического бинарного квадродерева; если минимальная компактность Cmin равна компактности карты значимости CL для L-уровневого иерархического бинарного квадродерева, то 2-битному флагу Fn присваивается значение 012 и в карту значимости SMn переносятся все значимые биты уровней от L-1 до 0 иерархического бинарного квадродерева;

карту значимости SMn подвергают энтропийному кодированию с получением сжатой карты значимости после обработки всех битовых плоскостей одномерного блока объединяют все полученные данные и формируют на выходе кодера поток кодированного цифрового изображения в следующем виде: номер старшей битовой плоскости MSB, сжатые карты значимости всех битовых плоскостей разделенные 2-битными флагами F0..n..MSB, и знаки всех значимых пикселов Sk.

2. Способ эффективного декодирования цифрового изображения, в котором на вход декодера подают размер NCB двухмерного блока, где NCB=NC × NC, NC - число пикселов в строке/столбце, и поток кодированного цифрового изображения, представленный в виде: номер старшей битовой плоскости MSB, сжатые карты значимости всех битовых плоскостей разделенные 2-битными флагами F0..n..MSB, и знаки всех значимых пикселов Sk, в декодере сжатые карты значимости где n от 0 до MSB, последовательно и независимо друг от друга подвергают энтропийному декодированию с получением карты значимости SMn, одновременно с этим выделяют 2-битный флаг Fn, соответствующий сжатой карте значимости и находят количество уровней L иерархического бинарного квадродерева исходя из условий: если Fn=112, то L=1; если Fn=102, то L=2; если Fn=012, то L=log4NCB;

далее посредствам реверсивного декодирования карты значимости SMn и с учетом количества уровней L иерархического бинарного квадродерева формируют само L-уровневое иерархическое бинарное квадродерево mHQT, начиная с уровня L-1 путем переноса бит из карты значимости SMn на этот уровень в соответствии с условием:

где х - текущий бит карты значимости,

нулевой уровень иерархического бинарного квадродерева mHQT является битовой плоскостью BPn одномерного блока, которую записывают в регистровую память, после обработки всех сжатых карт значимости SMn*, где n от 0 до MSB-1, с получением всех битовых плоскостей BPn одномерного блока, а также учитывая знаки значимых пикселов Sk формируют одномерный блок, который затем преобразуют по Z-развертке в двухмерный блок Ci,j, который представляет собой декодированное цифровое изображение и подают его на выход декодера.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2723896C1

СПОСОБ АППАРАТНОГО СЖАТИЯ ЦИФРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ СЪЕМОЧНОЙ АППАРАТУРЫ СКАНИРУЮЩЕГО ТИПА 2016
  • Иванов Александр Петрович
  • Полонский Александр Владимирович
  • Коревко Алексей Игоревич
  • Мысливец Виталий Владимирович
RU2628122C1
US 7418144 B2, 26.08.2008
US 6711299 B2, 23.03.2004
Устройство для контроля импульсов 1982
  • Денисов Александр Анатольевич
  • Урецкий Иосиф Моисеевич
SU1062623A1
Станок для изготовления деревянных ниточных катушек из цилиндрических, снабженных осевым отверстием, заготовок 1923
  • Григорьев П.Н.
SU2008A1
СПОСОБ КОМПРЕССИИ И ДЕКОМПРЕССИИ СТАТИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ И ВИДЕОИНФОРМАЦИИ В ЦИФРОВОЙ ФОРМЕ 2007
  • Гроппен Виталий Оскарович
  • Проскурин Александр Евгеньевич
  • Соколова Екатерина Андреевна
RU2339082C1

RU 2 723 896 C1

Авторы

Новицкий Виталий Владимирович

Цветков Виктор Юрьевич

Лопато Андрей Геннадьевич

Мирончик Дмитрий Юрьевич

Даты

2020-06-18Публикация

2019-08-30Подача