Устройство кодирования параметров элементов изображения и устройство декодирования параметров элементов изображения

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,ЯУ„„1581230 (gg)g G 06 F 15/62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н IlATEHTY

М2

f14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4202509/24-24 (22) 10.04,87 (31) 8609078 (32) 14,04.86 (33) GB (46) 23 ° 07.90. Бюл. ¹ 27 (71) H.Â. Филипс Глоэлампенфабрикен (ыт.) (72) Норман Денни Ричардс (GB)

J(53) 681.326 (088.8) (56) Патент США № 4425588, кл. Н 04 N 5/91, опублик. 1984. (54) УСТРОЙСТВО КОДИРОВАНИЯ IIAPAMETР0В ЭЛЕМЕНТОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЕКОДИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для реализации систем визуального отображения данных с сокращением избы-. точности хранящейся информации о параметрах элементов изображения. Цель изобретения — сокращение избыточности кодирующих данных. Устройство кодирования параметров изображения с помощью блока 10 формирования элементов изображения объе ста передачи 11

И!

2 формируе™трицу М l из 720 к560 значений параметров элементов иэображений, например, составляющих яркости—

Y и цветности — U V. Значения матрицы Мl фильтруются в блоке 12 фильтрации нижних частот в значения матрицы М2. В блоке )3 вычисления разности определяются разностные значения матрицы МЗ 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 360к270 элементов, которые кодируются в первом блоке 15 кодирования для записи на запоминающей среде 17, в качестве которой может 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 ко1581230 диро ванные з начения матрицы М4 могут быть использованы непосредственно (в случае применения дисплея с нор1 мальным разрешением) либо после восстановления в последовательно включен1 ных первом блоке декодирования и блоке интерполяционной фильтрации и сумИзобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для реализации систем визуаль- Ф5 ного отображения данных с сокращением избыточности хранящейся информации о параметрах элементов изображения.

Цель изобретения — сокращение из- 20 быточности кодирующих данных.

На фиг.l и 2 приведена последовательность этапов способа кодирования и декодирования соответственно, на которых основана реализация устройств.25 на фиг.З и 4 — блок-схемы устройств кодирования и декодирования параметров элементов иэображения соответственно; на фиг.5 - схема системы отображения данных при использовании ЭО устройства декодирования.

Способ кодирования (фиг.l) 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 ? второго и первого декодирования соответственно, эта- 10 па 8 интерполяционной фильтрации и . этапа 9 объединения или дополнения.

Устройство кодирования нараметров элементов изображения (фиг.З). содержит блок 10 формирования элемен- 4g 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 децимационной фильтрации. Кодированные данные о параметрах элементов изображения запоминаются на запоминающей среде 17.

Устройство декодирования параметров элементов изображения (фиг.4) содержит первый 18 и второй 19 блоки декодирования, блок 20 интерполяционной фильтрации, блок 21 суммирования и блок 22 кодирования, Восстановленное мирования в блоке суммирования с восстановленными разностными значениями. Полученные значения параметров после дельта-HKM кодирования в блоке кодирования могут иск.ользоваться для дисплея с высоким разрешением. 2 с.п. ф-лы, 5 ил. изображение отображается на дисплее

23. Цифрами у линий связи (фиг.3 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, цифроаналоговые преобразователи 32-34, преобразователь 35 сигналов Y,U,V (где

V — составляющая яркости, U, V — составляющие цветности) в сигналы R,G и В (где R С,  — 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 41 и устройство 42 визуального отображения.

При кодировании параметров элементов изображения (фиг.1) информация в форме первой матрицы Мl из 720>560 значений параметров элементов изображения (Нl), соответствующая дисплею с повышенной разрешающей способностью на этапе 1 фильтрации нижних частот преобразуется во вторую матрицу М2 из 720 560 значений параметров элементов изображения (1.0), которые представляют изображение относительно пониженной разрешающей способности в сравнении со значениями параметров элементов изображения исходной (первой) матрицы М1.

На этапе 2 децимационной фильтрации производится прореживание отсчетов матрицы М2 путем выборки только каждого второго значения параметров элементов иэображения матрицы Ml как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. В результате получается четвертая матрица М4 пони женной плотности элементов иэображе1581230 ния из 360 280 значений параметров элементов изображения (NO) .

На этапе 3 определения разности формируется третья матрица МЗ путем

5 вычисления разности значений параметров элементов иэображения матриц Ml и М2 для каждого значения. Полученная матрица МЗ из 720>560 разностных значений параметров элементов иэображения (Dl) на этапе 4 первого кодирования преобразуется в первый набор результирующих цифровых данных RDDI.

При этом на этапе 4 значения Dl квантуются и статистически кодируются.

В случае необходимости может быть предусмотрен этап 5 второго кодирования значений NO матрицы М4 во вто-. рой набор результирующих цифровых данных RDD2, Информация, полученная 20 на этапе 2, соответствует дисплею с нормальной разрешающей способностью.

Значения параметров элементов изображения на всех этапах кодирования могут быть представлены в виде импульс- 25 но-кодовой модуляции (ИКМ) сигналов.

Первый и второй наборы данных RDDI u

RDD2 могут быть зафиксированы на подходящей запоминающей среде для хранения информации SM. 30

При декодировании наборов данных

RDDl и И)Р2 (фиг.2) в значения параметров элементов исходного изображения на этапе 7 первого декодирования первый набор цифровых данных

RDDl, считанный из запоминающей среды SM преобразуется в первую восстановленную матрицу МЗ из 720 560 раз-.. ностных значений параметров элемен- 40 тов изображения (Р1). Второй набор данных RDD2, считанный из запоминающей среды $М, при необходимости декодируется на этапе 6 второго декодиро- . вания в матрицу M4 из 360"280 значе45 агний параметров элементов изображения (NO) и на этапе 8 интерполяционной фильтрации преобразуется во вторую восстановленную матрицу М2 из

720 «560 значений параметров элементов изображения (LO). Эти две восI становленные матрицы М2 и МЗ на этапе 9 объединения или дополнения образуют восстановленную матрицу MI из—

720 560 значений параметров элементов изображения (HI). Восстановленная матрица Ml и матрица М4 могут быть использованы для воспроизведения соответственно с высокой H низкой раэрешающими способностями начального изображения, В качестве этапа 4 первого кодиро-. вания эффективно использование многоуровневого и статистического кодирования на основе рассмотренных критериев. Когда используется только несколько уровней кодирования (например, три) для разностных величин в матрице МЗ, на этапе 7 первого декодирования для повышения точности воспроизводимого изображения должно проводиться различие между кодированными значениями для крутых и плавных переходов. Этого можно достичь се-. лективным введением для крутых переходов в код разностной величины постоянного весового коэффициента, который будет давать декодированное значение, "растянутое" в сравнении с декодированным значением, полученным от идентичнбго кода, но без весового коэффициента, и используемым для аппроксимации меньшего разностного значения.

В качестве этапа 5 второго кодирования может использоваться дельтакодирование, обеспечивающее информацию относительно скорости изменения значений параметров элементов изображения матри ы М4, Эта информация может использоваться для введения значений весового коэффициента для крутых переходов разностных значений (пунктирная линия RC/Ñ, фиг.l). На этапе 7 первого декодирования весовые коэффициенты могут быть учтены за счет использования информации о крутизне переходов на этапе 8 интерполяционной фильтрации.

Устройство кодирования (фиг,3) работает следующим образом.

Блок 10 формирования элементов изображения образует отсчеты изображения в качестве информации в форме элементов изображения в матрице Мl из 7203560 дискретных значений эле» ментов изображения. Каждое из этих значений элементов иэображения представляется в значениях трех параметров, представленных 3 8-бит кодами

ИКМ, использующими YUV-кодирование.

Каждая матрица значений параметров элементов изображения составляется из трех дискретных субматриц — одной; относительно каждого из значений параметров элементов изображения Y

U u V. Это кодировачие дает несжатые

1581230 натуральные изображения, 8 битов в глубину для 256 цветов так, что при

3/8 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 u V фильтруются в блоке 12 фильтрации нижних частот, в результате чего формируется матрица М2 из 720к560 дискретных значений параметров элементов изображения с более низкой разрешающей способностью, представленных

Зм8 бит кодами ИКМ.

Полученные на выходе блока 12 значения параметров Y U и7 элементов изображения подаются на блок 13 вычисления разности, -где поэлементно 25 вычитаются из значений параметров

Y U u V от блока 10 формирования элементов изображения. В результате вычитания значений параметров матриц

Ml и М2 на выходе блока 13 формируют- 3р ся значения параметров матрицы МЗ из 720 560 разностных значений параметров Y, U " и V " элементов изображения, представленных З /8 бит кодами

HKN. Разностные значения параметров

Y U " "и V" элементов изображения матрицы MÇ в блоке 14 кодирования квантуются с небольшим числом уровней квантования, включающих и нулевой уровень, и статистически кодируются либо соответствующим многоразрядным кодом, либо кодом с ограниченной длиной для нулевых разностных значений, Полученчые на выходе блока 14 кодированные значения параметров 45

У,1 0,1 и V< запо наются íà запонающей среде 17, Кроме того, значения параметров

Y, U и Ч с выхода блока 12 фильтрации нижних частот поступают на блок

16 децимацианной фильтрации, в котором происходит прореживание отсчетов матрицы М2 путем выборки только каждого второго значения параметров элементов изображения из матрицы N2, как по горизонтали, так и по вертикали. В результате формируется матрица М4 из 360/ 280 значений параметров Y, П и V элементов изоб// /// //f ражения, представленных 3//8 бит кодами HKM. Значения параметров Y"

U "/ и V / кодируются блоком 15 кодирования в дельта-HKM код, а полученные значения Y U u V запоминаются

Р на запоминающей среде 17. Эта запоминающая среда 17 может представлять собой носитель оптической записи, т.е. компактный диск (Philips Technical Review. — Volume 40 1982, N 6), который служит в качестве постоянного запоминающего устройства, чтобы обеспечить постоянное хранение цифровых данных. Эти цифровые данные мог." ли 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 У „, U< 7 г H Уд, Ug > Vg декодируются первом и втором блоках 18 и 19 деко/// дирования в значения параметров Y / соответственно. Значения параметров

У,, U, и 7" матрицы М4 восстанав1 ливаются в блоке 20 интерполяционной . фильтрации в значения восстановленной матрицы М2 из 720 /560 значений параметров элементов изображения и в блоке 21 суммирования суммируются с значениями параметров У1, П, и V, мат// - // // рицы МЗ восстановленных значений параметров изображения, На выходе блока 21 формируется восстановленная матрица М1 из 720 /560 значений параметров У,, П и 7 элементов

1 1 изображения.

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

1581230

Для дисплея с нормальной разрешающей способностью из 360 280 элементов изображения возможно непосредственное использование значений параметров Y, U> и Ч„ считанных с за5 . r поминающей среды 17.

Используемые способы кодирования/ декодирования изображения основаны на известной теории The Laplacian

Pyramid as à Compact Image Code.

IEEE Transactions on Communications, Vol. СОМ-31, М4, 1983.

Публикация "Philips Technical

Review", .Volume 40,1982, N - 6 дает четыре статьи по вопросу компактных дисков.

В описании предполагалось, что значения параметров элементов изображения Y, U u V кодировались и декодировались идентично. Однако, так как составляющие сигнала цветнасти 0 и V имеют меньшую информативность, чем яркостная составляющая У, эти сос— тавляющие сигнала цветнссти 1i и V 25 могут на практике выбираться при пав лавинной частоте отсчета от той, с которой производится выборка яркостной составляющей Y. В качестве следст-— вия матрицы для составляющих сигнала цветности U u V должны иметь половинную разрешающую способность по горизонтали в сравнении с матрицами для яркостной составляюшей У, В качестве другой альтернативы составля35 ющие сигнала цветности U u V могут запомниться непосредственно (после изменения формата)на запоминающей среде 17 для хранения информации с использованием, в случае необходимос- 40 ти, только дельта-кодирования, и только яркостная составляющая Y кодируется в качестве комбинации матрицы значений У с низкой разрешающей способностью и матрицы значений, пред- 5 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 устройства 28 данные при помощи видеогенератора 24 отображаются на устройстве

42 визуального отображения.

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

Формула и з о б р е т ения

1. Устройство кодирования параметров элементов иэображения, содержащее последовательно соединенные блок фильтрации нижних частот и блок децимационной фильтрации, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью сокращения избыточности кодирующих данных, в него введены блок формирования элементов изображения, блок вычисления разности, первый информационный вход которого и информационный вход блока фильтрации нижних частот соединены с выходом блока формирования элементов изображения, выход блока фильтрации нижних частот соединен с вторым информационным входом блока вычисления разности, первый и второй блоки кодирования, информационные входы которых соединены с выходом блока децимационной фильтрации и блока вычисления разности соответственно, а выходы являются первым и вторым информационными выходами устройства соответственно.

2. Устройство декодирования параметров элементов изображения, содержащее блок интерполяционной фильтрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения избыточности кодирующих данных, в него введены первый и второй блоки декодирования, информационные входы которых являются первым и вторым информационными входами устройства соответственно, блок суммирования, первый и второй информационные входы которого соединены с выходами блока интерполяционной фильтрации и второго блока декодирования соответственно, выход первого

12

11

1581230 блока декодирования соединен с информационным входом блока интерполяционной фильтрации, блок кодирования, информационный вход которого соединен с выходом блока сумж рования а выход является выходом устройства.

Составитель А. Ушаков г

Редактор Н. Бобкова Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий

Заказ 2026 Тираж 567 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101