Устройство кодирования параметров элементов изображения и устройство декодирования параметров элементов изображения Советский патент 1990 года по МПК G06T9/00 

77

см

дированпые значения матрицы М4 могут быть использованы непосредственно (в случае применения дисплея с нор- мальным разрешением) либо после восстановления в последовательно включенных первом блоке декодирования и блоке интерполяционной фильтрации и суммирования в блоке суммирования с восстановленными разностными значениями. Полученные значения параметров после дельта-ИКМ кодирования в блоке кодирования могут использоваться для дисплея с высоким разрешением. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для пеализации систем визуального отображения данных с сокращением избыточности хранящейся информации о параметрах элементов изображения. Цель изобретения - сокращение избыточности кодирующих данных. Устройство кодирования параметров изображения с помощью блока 10 формирования элементов изоброжения объекта передачи 11 формирует матрицу М1 из 720 . 560 значений параметров элементов изображений, например, составляющих яркости- Y и цветности - U,V. Значения матрицы М1 фильтруются в блоке 12 фильтрации нижних частот в значения матрицы М2. В блоке 13 вычисления разности определяются разностные значения матрицы М3 путем поэлементного вычитания значений матрицы М2 и значений матрицы М1. Эти значения кодируются во втором блоке 14 кодирования и могут быть записаны на запоминающей среде 17. Кроме того, значения матрицы М2 прореживаются в блоке 16 децимационной фильтрации в значения матрицы М4 из 360 . 270 элементов, которые кодируются в первом блоке 15 кодирования для записи на запоминающей среде 17, в качестве которойможет быть использован оптический компакт-диск. Для восстановления записанной информации используется устройство декодирования параметров элементов изображения, в котором разностные значения восстанавливаются во втором блоке декодирования, а кодированные значения матрицы М4 могут быть использованы непосредственно (в случае применения дисплея с нормальным разрешением) либо после восстановления в последовательно включенных первом блоке декодирования и блоке интерполяционной фильтрации и суммирования в блоке суммирования с восстановленными разностными значениями. Полученные значения параметров после дельта-ИКМ кодирования в блоке кодирования могут использоваться для дисплея с высоким разрешением. 2 с.п ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для реализации систем визуаль- ного отображения данных с сокращением избыточности хранящейся информации о параметрах элементов изображения.

Цель изобретения - сокращение из- быточности кодирующих данных.

На фиг.1 и 2 приведена последовательность этапов способа кодирования и декодирования соответственно, на которых основана реализация устройств на фиг.З и 4 - блок-схемы устройств кодирования и декодирования параметров элементов изображения соответственно; на фиг.З - схема системы отображения данных при использовании устройства декодирования.

Способ кодирования (фиг.1) состоит из этапа 1 фильтрации нижних частот, этапа 2 децимационной фильтрации, этапа 3 определения разности, этапа 4 первого кодирования и этапа 5 второго кодирования.

Способ декодирования (фиг.2) состоит из этапов 6 и 7 второго и первого декодирования соответственно, эта- па 8 интерполяционной фильтрации и этапа 9 объединения или дополнения.

Устройство кодирования параметров элементов изображения (фиг.З), содержит блок 10 формирования злемен- тов изображения объекта передачи 11, блок 12 фильтрации нижних частот, блок 13 вычисления разности, второй блок 14 кодирования, первый блок 15 кодирования и блок 16 децимацион- ной фильтрации. Кодированные данные о параметрах элементов изображения запоминаются на запоминающей среде 17

Устройство декодирования параметров элементов изображения (фиг.4) содержит первый 18 и второй 1 9 декодирования, блок 20 интерполяционной фильтрации, блок 21 суммирования и блок 22 кодирования. Восстановленное

изображение отображается на дисплее 23. Цифрами у линий связи (фиг.З и 4) обозначена их разность.

Система отображения данных (фиг.5) содержит видеогенератор 24, процессор 25, массовое запоминающее устройство 26, устройство 27 памяти программ, устройство 28 видеопамяти, клавиатуру 29 графический планшет 30, устройство 31 декодирования параметров элементов изображения, цифроана- логовые преобразователи 32-34, преобразователь 35 сигналов Y,U,V (где V - составляющая яркости, U, V - составляющие цветности) в сигналы R,G и В (где Rs G, В - составляющие красного, зеленого и синего цветов соответственно), шину 36, таймер 37, формирующий сигналы синхронизации на шинах 38 и 39 синхронизации, декодирующее устройство 40, системную шину 4 1 и устройство 42 визуального отображения.

При кодировании параметров элементов изображения (фиг.1) информация в форме первой матрицы Ml из значений параметров элементов изображения (HI), соответствующая дисплею с повышенной разрешающей способностью на этапе 1 фильтрации нижних частот преобразуется во вторую матрицу М2 из значений параметров элементов изображения (LO), которые представляют изображение относительно пониженной разрешающей способности в сравнении со значениями параметров элементов изображения исходной (первой) матрицы Ml.

На этапе 2 децимационной фильтрации производится прореживание отсчетов матрицы М2 путем выборки только каждого второго значения параметров элементов изображения матрицы Ml, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. В результате получается четвертая матрица М4 пони женной плотности элементов иэображения из значений параметров элементов изображения (N0).

На этапе 3 определения разности формируется третья матрица МЗ путем вычисления разности значений параметров элементов изображения матриц Ml и М2 для каждого значения. Полученная матрица МЗ из 720x560 разностных значений параметров элементов изображения (D1) на этапе 4 первого кодирования преобразуется в первый набор результирующих цифровых данных RDD1. При этом на этапе 4 значения D1 квантуются и статистически кодируются.

В случае необходимости может быть предусмотрен этап 5 второго кодирования значений N0 матрицы М4 во втот рой набор результирующих цифровых данных KDD2. Информация, полученная на этапе 2, соответствует дисплею с нормальной разрешающей способностью Значения параметров элементов изображения на всех этапах кодирования могут быть представлены в виде импульс- но-кодовой модуляции (ИКМ) сигналов. Первый и второй наборы данных RDD1 и RDD2 могут быть -зафиксированы на подходящей запоминающей среде для хранения информации SK.

При декодировании наборов данных RDD1 и RDD2 (фиг.2) в значения параметров элементов исходного изображения на этапе 7 первого декодирования первый набор цифровых данных RDD1, считанный из запоминающей среды SM, преобразуется в первую восстановленную матрицу МЗ из разностных значений параметров элементов изображения (D1). Второй набор данных RDD2, считанный из запоминающей среды SM, при необходимости декодируется на этапе 6 второго декодирования в матрицу М4 из 360х280 значе- «ний параметров элементов изображения (N0) и на этапе 8 интерполяционной фильтрации преобразуется во вторую восстановленную матрицу М2 из 720 560 значений параметров элементов изображения (LO). Эти две восстановленные матрицы М2 и МЗ1 на этапе 9 объединения или дополнения образуют восстановленную матрицу Ml из- значений параметров элементов изображения (HI). Восстановленная матрица Ml и матрица МА могут быть использованы для воспроизведения соответственно с высокой и низкой разрешающими способностями начального изображения.

В качестве этапа 4 первого кодирования эффективно использование многоуровневого и статистического кодирования на основе рассмотренных критериев. Когда используется только несколько уровней кодирования (наприQ мер, три) для разностных величин в матрице МЗ, на этапе 7 первого декодирования для повышения точности воспроизводимого изображения должно проводиться различие между кодированj ными значениями для крутых и плавных переходов. Этого можно достичь се лективным введением для крутых переходов в код разностной величины постоянного весового коэффициента, кото0 рый будет давать декодированное значение, растянутое в сравнении с декодированным значением, полученным от идентичнбго кода, но без весового коэффициента, и используемым для ап5 проксимации меньшего разностного значения .

В качестве этапа 5 второго кодирования может использоваться дельта- кодирование, обеспечивающее информа0 Дню относительно скорости изменения значений параметров элементов изображения матрицы М4. Эта информация может использоваться для введения значений весового коэффициента для крутых переходов разностных значений (пунктирная линия RC/C, фиг.1). На этапе 7 первого декодирования весовые коэффициенты могут быть учтены за счет использования информации

Q о крутизне переходов на этапе 8 интерполяционной фильтрации.

Устройство кодирования (фиг.З) работает следующим образом.

Блок 10 формирования элементов

5 изображения образует отсчеты изображения в качестве информации в форме элементов изображения в матрице Ml из дискретных значений элементов изображения. Каждое из этих

Q значений элементов изображения представляется в значениях трех параметров, представленных Зх8-бит кодами ИКМ, использующими YUV-кодирование. Каждая матрица значений параметров

с элементов изображения составляется из трех дискретных субматриц - одной; относительно каждого из значений па- раметров элементов изображения Y, U и V. Это кодирование дает несжатые

5

натуральные изображения, 8 битов в глубину для 256 цветов так, что при битах на элемент изображения должно требоваться приблизительно 325 кбит емкости памяти для полноэкранного изображения без перемежения (650 кбит требуется для чересстрочного изображения). Устройство кодирования уплотняет данные и дает значи- тельную экономию этой емкости памяти без какого-либо серьезного ухудшения качества изображения.

Значения параметров Y, U и V фильтруются в блоке 12 фильтрации нижних частот, в результате чего формируется матрица М2 из дискретных значений параметров элементов изображения с более низкой разрешающей способностью, представленных бит кодами ИКМ.

Полученные на выходе блока 12 значения параметров Y ,U иУ элементов изображения подаются на блок 13 вычисления разности, где поэлементно вычитаются из значений параметров Y, U и V от блока 10 формирования элементов изображения. В результате вычитания значений параметров матриц Ml и М2 на выходе блока 13 формируют- ся значения параметров матрицы МЗ из разностных значений параметров Y , U и V элементов изображения, представленных бит кодами ИКМ. Разностные значения параметров Y , U и V элементов изображения марицы МЗ в блоке 14 кодирования квантются с небольшим числом уровней квантования, включающих и нулевой уровень, и статистически кодируются ли- бо соответствующим многоразрядным кодом, либо кодом с ограниченной длиной для нулевых разностных значений. Полученные на выходе блока 14 кодированные значения параметров Y,, U , и V запоминаются на запоми« $ ° , -7

нающеи среде 17.

Кроме того, значения параметров Y , U и V с выхода блока фильтрации нижних частот поступают на блок 16 децимационной фильтрации, в котором происходит прореживание отсчетов матрицы М2 путем выборки только каждого второго значения параметров элементов изображения из матрицы М2, как по горизонтали, так и по вертикали. В результате формируется матрица М4 из значений параметров Yw, If и V элементов изображения, представленных бит кодами ИКМ. Значения параметров Y , U и V кодируются блоком 15 кодирования в дельта-ИКМ код, а полученные значения Yr, Ur и Vr запоминаются на запоминающей среде 17. Эта запоминающая среда 17 может представлять собой носитель оптической записи, т.е. компактный диск (Philips Technical Review. - Volume 40 1982, № 6), который служит в качестве постоянного запоминающего устройства, чтобы обеспечить постоянное хранение цифровых данных. Эти цифровые данные могли бы дополнительно формироваться другим форматом, подходящим средством изменения формата, перед запоминанием, чтобы делать их совместимыми с требованиями памяти для компактных дисков. Это изменение формата может представлять собой блочное или непрерывное (сверточное) кодирование, как по отдельности, так и в совокупности, используя, например, коды Рида/Соломона, чтобы реализовать детектирование ошибок и коррекцию запоминаемых цифровых данных.

При необходимости выстановления изображения, хранящегося на запоминающей среде 17, используется устройство декодирования (фиг.4), в котором кодированные значения параметров Y ,„, Ur, Vp и Y, Uj, V декодируются в первом и втором блоках 18 и 19 декодирования в значения параметров Y U , , V 1 и Y, U, V матриц М4 и МЗ соответственно. Значения параметров Y , , и матрицы М4 восстанавливаются в блоке 20 интерполяционной фильтрации в значения восстановленной матрицы М2 из значений параметров элементов изображения и в блоке 21 суммирования суммируются с значениями параметров Y, U и V, матрицы МЗ восстановленных значений параметров изображения. На выходе блока 21 формируется восстановленная матрица Ml из 720x560 значений параметров Y,, U 1 и V(элементов изображения, I

Из этих значений параметров могут быть получены с помощью блока 22 кодирования дельта-ИКМ коды этих значений, которые предназначены для дисплея 23 с высокой разрешающей способностью.

Для дисплея с нормальной разрешающей способностью из элементов изображения возможно непосредственное использование значений параметров Y , и и V,, считанных с запоминающей среды 17.

Используемые способы кодирования/ декодирования изображения основаны на известной теории The Laplacian Pyramid as a Compact Image Code. - IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-31, №4, 1983.

Публикация Philips Technical Review, Volume 40,1982, N3 6 дает четыре статьи по вопросу компактных дисков.

В описании предполагалось, что значения параметров элементов изображения Y, U и V кодировались и декодровались идентично. Однако, так как составляющие сигнала цветности U и V имеют меньшую информативность, чем яркостная составляющая Y, эти составляющие сигнала цветности U и V могут на практике выбираться при половинной частоте отсчета от той, с которой производится выборка яркост- ной составляющей Y. В качестве следсвия матрицы для составляющих сигнала цветности U и V должны иметь половинную разрешающую способность по горизонтали в сравнении с матрицами для яркостной составляющей Y. В качестве другой альтернативы составляющие сигнала цветности U и V могут запомниться непосредственно (после изменения формата)на запоминающей среде 17 для хранения информации с использованием, в случае необходимости, только дельта-кодирования, и только яркостная составляющая Y кодируется в качестве комбинации матрицы значений Y с низкой разрешающей способностью и матрицы значений, пре ставляющих разность между значениями Y этого сигнала и значениями Y с низкой, разрешающей способностью.

Система отображения данных (фиг.5 показывает пример использования устройства 31 декодирования параметров элементов изображения. Цифровые данные, которые считываются из массового запоминающего устройства 26 на компакт-дисках под управлением процессора 25, расформатируются, декодируются устройством 31 и затем записываются в дельта-ИКМ форме в устройство 28 видеопамяти. Из уст5

0

5

ройства 28 данные при помощи видеогенератора 24 отображаются на устройстве 42 визуального отображения.

Способ кодирования может повторяться, чтобы получать один или более дополнительных уровней уплотнения данных, в силу чего далее 0 шать количество данных, которые должны запоминаться для изображения, и, таким образом, далее сокращать время загрузки, требуемое, чтобы считывать данные из запоминающей среды для хранения информации и записывать их в запоминающее устройство дисплея.

Формула изобретения

0

5

0

5

0

5

блока декодирования соединен с, ин-ния, информационней вх,од которого соформационным входом блока интерполя-единен с выходом бпока суммирования

ционной фильтрации, блок кодирова-а выход является выходом устройства.

М1 (HI)

.М2 (LD)

М4 (NO)

RCfC

|, 1.г--

II

Г

RD1TC

. v v

RDD2

LLцшш .

Тб J

360X280N

8

П2 (LO)

М2 --

(LO)

М5 . (01}

RCfC

.г--

f

4

RBBt

ч

t

RDD

Г

.... тя -„

мз

()

RC/JJ

L-Mt

/ 720«560(HI)

.2

36

35

-

V

JL

L

37

38