Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей



Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей
Способ сжатия изображений и видеопоследовательностей

 


Владельцы патента RU 2420021:

Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." (KR)

Изобретение относится к обработке видеоданных и, в частности, к способу сжатия видеопоследовательностей. Техническим результатом является эффективное сжатие цветного высококачественного изображения без видимых визуальных искажений. Предложено каждый цветной пиксель представлять тремя цветовыми компонентами, каждую из которых изначально кодируют десятью битами. Кодирование осуществляют путем разбиения исходного цветного видеокадра на неперекрывающиеся пространственные блоки и последующего разделения битового представления каждой из цветовых компонент пикселя на старшую часть, состоящую из более чем одного старшего бита, и младшую часть, состоящую из, по меньшей мере, одного младшего бита, далее раздельного кодирования старшей и младшей частей, причем кодирование старшей части осуществляют путем применения более одного способа кодирования, каждый из которых учитывает межпиксельные связи только в пределах обрабатываемого пространственного блока, оценки погрешности кодирования, выбора способа кодирования, дающего наименьшую погрешность, пересылки данных о способе кодирования посредством передачи префиксного кода, кодирования младшей части, которое осуществляется путем усреднения более одного значения, входящего в младшую часть, причем размеры областей усреднения в пределах младшей части зависят от выбранного метода кодирования старшей части, устанавливают фиксированное наперед количество бит, необходимое для компактного представления исходного пространственного цветного блока. 24 з.п. ф-лы, 29 ил., 13 табл.

 

Заявляемое изобретение касается способов обработки видеоданных и, в частности, способа сжатия видеопоследовательностей.

Как известно, эффективность обмена информацией повышается, если удается снизить избыточность передаваемого сообщения, например, удалив несущественные части, а точнее, такие элементы, которые достаточно легко поддаются восстановлению на принимающей стороне. Если при передаче письменных сообщений целые фразы можно заменить условными символами, например математическими, или аббревиатурами, то при передаче изображений, а тем более видеозаписей, приходится применять более сложные методы, удаляя из передаваемых изображений несущественную информацию о точках (пикселях) по специально разработанной методике и затем восстанавливая эти точки при воспроизведении изображений. При этом степень сжатия и корректность восстановления изображения зависят от применяемого алгоритма, а сложные, детально проработанные алгоритмы требуют наличия значительных вычислительных ресурсов.

Из уровня техники известны разные подходы и алгоритмы, используемые для сжатия изображений и видеопоследовательностей, в частности, следует упомянуть решение, описанное в выложенной заявке на патент США №2008/0019598 [1]. В описанном способе и устройстве обработке подвергают довольно крупные блоки размером 4×4 пикселя, что подразумевает буферизацию четырех строк (линий) во входящем потоке. При этом формируются четыре цвета и соответствующее растровое отображение (битовая карта). Такой подход обеспечивает сжатие без визуальных потерь только сигналов с высокой степенью стационарности, т.е. пригоден для сжатия ограниченного набора естественных изображений.

В патентах США №7239743 [2] и №7082217 [3] также делается попытка решить проблему сжатия с фиксированным коэффициентом сжатия на основе кодирования изображения блоками размером 4×4 пикселя. В обоих патентах предусмотрено формирование цветовой палитры с построением и кодированием битовой карты. Основной недостаток этих решений заключается в том, что они ориентированы на работу с относительно крупным блоком (4×4) и неспособны эффективно обрабатывать участки нестандартного характера, например резкие непредсказуемые контуры (переходы) внутри изображения. Несколько лучше работает способ, описанный в публикации "Graphics for the Masses - A Hardware Rasterization Architechture for Moible Phones" Tomas Akenine-Moller and Jacob Strom ACM Transactions on Graphics, vol.22, no.3, Proceedings of the ACM SIGGRAPH 2003, p.801-808, July [4]. В этом способе используется алгоритм сжатия текстуры, основанный на обработке изображения блоками фиксированного размера, например 4×4, 2×4, 8×8, с последующим вычислением средних значений этих блоков и вычислением в каждом пикселе разности между индивидуальным значением его яркости и средним значением и кодированием этих разностей с помощью набора фиксированных квантователей. Этот способ также оказался неэффективным для обработки резких по цвету и яркости контуров.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является решение, описанное в выложенной заявке на патент США №2007/0253483 [5]. В этом решении тоже используют блоки размером 4×4 и применяют пространственное прогнозирование значений блока на основе различных пространственных направлений (вертикаль, горизонталь, диагонали) и помимо этого вводят так называемую пространственную фильтрацию обрабатываемого пикселя (имеется в виду устранение корреляции в одном из пространственных направлений), определяют режим прогнозирования и кодирования. Кроме того, отфильтрованные значения пикселей подвергаются различным блочным преобразованиям и кодированию. Этот подход использует несколько режимов кодирования, однако он не гарантирует фиксированную скорость передачи битов, а блок обработки имеет сравнительно большой размер (4×4). Помимо этого в данном подходе используется буферная строка для хранения ранее закодированных данных, что не позволяет осуществлять независимое кодирование блоков изображения, т.е. степень устойчивости алгоритма к помехам невысока.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке эффективного способа сжатия цветного высококачественного изображения без видимых визуальных искажений и передачи закодированных видеоданных с фиксированным коэффициентом сжатия для фиксированного наперед малого участка изображения при использовании ограниченных вычислительных ресурсов.

Технический результат достигнут за счет разработки усовершенствованного способа кодирования высококачественной видеопоследовательности, основанного на принципах кодирования для блоков размером 2×4 пикселя и предусматривающего кодирование кадров фото- или видеоизображений с разрешением 10 битов на каждую цветовую компоненту при сохранении фиксированной скорости передачи битов и фиксированной степени сжатия, причем два нижних бита и восемь верхних битов кодируют раздельно, группируя разделенные таким образом биты в блоки, применяя для каждого подобного блока более одного способа кодирования, с последующей оценкой ошибки кодирования и с выбором способа, обеспечившего минимальную ошибку, при этом сообщение о выбранном способе кодирования блока передают в виде закодированного префикса переменной длины.

При этом для эффективного применения способа предпочтительно, чтобы видеопоследовательность была представлена в виде набора кадров, причем каждый кадр рекомендуется обрабатывать как изображение, а каждое изображение должно быть представлено в виде набора неперекрывающихся блоков размером 2×4 пикселя при условии, что степень сжатия равняется 2,4.

Целесообразно также рассматривать верхние восемь битов изображения в виде блоков размером 2×4 пикселя, при этом каждый такой блок обрабатывают как единый блок размером 2×4 (далее будут рассмотрены способы такой обработки, это, в частности, способы, идентифицируемые как F-, O-, D-, L-, U-, H- и M-способы) или как два блока размером 2×2 пикселя (здесь применяют методы N, Р, S, C и E).

В качестве основных преимуществ заявляемого способа перед известными аналогами можно назвать следующие:

- сжатие цветного цифрового изображения и видеопоследовательности без визуально различимых искажений при фиксированной скорости передачи данных (fixed bitrate);

- кодирование и декодирование с фиксированной степенью сжатия в 2,4 раза для цветных изображений с 10-битной глубиной по каждой компоненте цвета при малых вычислительных ресурсах с сохранением высокого качества;

- использование лишь одной буферной строки, что гарантирует малую задержку сигнала и экономный режим использования памяти.

Заявляемый способ ориентирован на работу с небольшими блоками размером 2×4 пикселей и обеспечивает их независимое кодирование. Он обеспечивает устойчивость сжатого битового потока к помехам и произвольный доступ к любой части обрабатываемого изображения без декодирования пикселей из ранее закодированных блоков.

Способ включает в себя множество методов сжатия, каждый из которых соответствует определенным характеристикам обрабатываемого изображения; при этом выбор метода кодирования основан на оценке погрешности кодирования данного блока всеми возможными методами и выборе метода, обеспечивающего наименьшую погрешность; при декодировании для определения метода, который использован при кодировании данного блока, анализируется особый признак, передаваемый префиксами переменной длины.

Эффективное кодирование исходного цветного изображения с глубиной цвета 10 битов на компоненту обеспечивается за счет разделения его на две части; визуально важный сигнал (восемь верхних битов, формирующих изображение) и несущественный сигнал (нижние два бита). Такое разделение позволяет вводить различные степени (уровни) точности кодирования при сохранении достоверного представления основной визуальной информации.

Более детально заявляемый способ может быть представлен следующим образом.

Способ основан на блочном кодировании, при этом он ориентирован на обработку входных блоков размером 2×4 пикселя по трем цветовым каналам одновременно. Данный блок изначально требует для хранения 240 битов. После выполнения сжатия для хранения такого блока требуется 100 битов, которые в совокупности составляют следующие четыре элемента:

- Заголовок, указывающий на то, какой способ сжатия используется.

В результате экспериментов установлено, что оптимальным вариантом будет использование заголовка переменной длины (Variable Length Encoding Header - VLEH), Размер заголовка зависит от применяемого способа и может варьироваться от 1 бита до 10 битов.

- Данные о компактном представлении младших разрядов блока (Least Significant Bits Data - LSBD). В сжатом блоке размером 2×4 эти данные, как правило, зависят от выбранного способа кодирования и занимают от трех до шести битов на блок.

- Сжатый битовый поток. Он представляет в компактном виде верхние восемь наиболее существенных битов для всех пикселей в пределах блока размером 2×4.

- Дополнительная часть. Это дополняющие биты в пределах пакета, которые вводят, чтобы обеспечить фиксированную скорость передачи битов. По своему характеру эта часть является опционной и применяется лишь в случае необходимости.

Из-за ограничений, связанных с возможностями перераспределения числа битов между различными участками изображения, эффективное использование традиционного статистического кодирования, совмещенного с декоррелирующим преобразованием весьма затруднено, как показывают результаты соответствующих исследований. Кроме того, из-за отсутствия возможности эффективной декорреляции в вертикальном направлении (ограниченные объемы внутренней памяти), универсальные и сравнительно эффективные традиционные способы кодирования микроизображений в данных условиях непригодны.

Именно поэтому, чтобы сжать десять битов изображения, по каждому цветовому каналу предлагается применить два раздельных способа сжатия: один для верхних восьми битов, а другой для младших двух битов.

При этом старшие восемь разрядов исходного блока размером 2×4 пикселя, составляющие в совокупности также блок 2×4 8-битных значений, кодируют всеми возможными способами, а затем выбирают способ, обеспечивающий наименьшую погрешность. Предложенные в изобретении способы исходя из размера обрабатываемого блока можно разделить на две группы. Способы первой группы предназначены для обработки блока 2×4 целиком. Способы (методы) второй группы предназначены для обработки блока 2×4 в виде двух подблоков размером 2×2, при этом для каждого такого подблока размером 2×2 выбирают оптимальный способ (метод). В данном изобретении предложено использование семи способов первой группы, а именно:

D-Способ. Предназначен для кодирования блоков, включающих в себя сложные участки изображения и участки с явно выраженными диагональными границами.

F-Способ. Оптимизирован для эффективной передачи изображений, которые содержат участки с выраженным градиентом. Метод допускается применять как в отношении одного цветового канала, так и для одновременной обработки всех трех цветовых каналов.

M-Способ. Предназначен для обработки контрольных изображений, с помощью которых проверяют разрешающую способность выходного устройства, настраивают телевизионные приемники и т.п. Подобные изображения состоят, в основном, из кривых с различной амплитудой, направлениями и изменяющимися частотными характеристиками.

O-Способ. Используют тогда, когда один цветовой канал по своим энергетическим характеристикам в целом существенно превосходит другие каналы внутри обрабатываемого блока 2×4. При этом рассматриваются четыре возможные ситуации, когда доминирует канал яркости, каналы R, G или B.

L-Способ. Применяют к блоку размером 2×4 во всех трех каналах одновременно. Для обеспечения эффективного представления внутренней структуры изображения для каждого подблока размером 2×2 формируют собственную палитру. Затем используется один из трёх режимов: режим межблочного дифференциального кодирования палитр для двух соседних подблоков 2×2, режим дифференциального кодирования цветов внутри каждого подблока и режим прямого квантования цветов палитры.

U-Способ. Предназначен для таких участков изображения, которые представляют собой сочетание структурно-сложных и равномерных областей; при этом равномерные области кодируются средним значением, в то время как структурно-сложные участки передаются более эффективными методами.

H-Способ. Способ предназначен для кодирования участков натуральных изображений, в которых присутствуют плавные переходные области, без ярко выраженных диагонально-ориентированных границ. Способ обрабатывает блок 2×4, рассматривая его как совокупность двух блоков 2×2, использует дискретное косинусное преобразование 2×2. Кодирование коэффициентов основано на применении набора фиксированных квантователей.

Для подблоков размером 2×2 были разработаны пять других способов (для отличия от ранее описанных способов далее будем называть их «методами»), входящих во вторую группу. Эти методы независимо применяются к обоим подблокам 2×2, а затем для каждого исходного блока выбирается сочетание методов, обеспечивающее минимальную погрешность. К методам второй группы относятся следующие:

N-метод. Метод предназначен для кодирования областей натуральных изображений, основан на новом преобразовании блока пикселей, называемом NSW-преобразованием и процедуре фиксированного квантования разностных составляющих. NSW-преобразование является простым двумерным преобразованием на основе комбинации предикативного кодирования, одномерного вейвлет-преобразования Хаара, лифтинг-схемы. В результате применения указанного преобразования к значениям пикселей вычисляются разностные значения, которые затем подвергаются фиксированному квантованию на основе набора нелинейных фиксированных квантователей.

P-метод. Метод является модификацией N метода и обеспечивает кодирование подблока 2×2 с использованием вертикальных/горизонтальных/диагональных преимущественных направлений, а также кодирования на основе среднего значения.

C-метод. Метод основан на NSW-преобразовании и заключается в его применении ко всем цветовым каналам одновременно с последующим групповым кодированием разностных величин из трех цветовых каналов совместно. За счет этого, в случае если разностные величины NSW-преобразования по трем цветовым каналам в достаточной мере сходны, достигается повышение точности кодирования (квантования) путем увеличения динамического диапазона квантователя и устранения независимости выбора квантователя от цветового канала.

E-метод. Метод применяется для повышения точности передачи цветовых переходов, возникающих на границе двух чистых цветов.

S-метод. Этот метод весьма схож с N методом и отличается модифицированной процедурой кодирования, которая адаптирована для передачи участков изображений, на которых разностные величины принимают сравнительно малые значения по всем трём цветовым каналам в пределах подблока 2×2.

Выбор метода и способа кодирования определяется тем, какой из примененных методов и способов сжатия цветного блока 2×4 обеспечивает наименьшую величину ошибки.

Выбор метода осуществляется поэтапно.

Этап 1. Левые и правые подблоки 2×2, входящие в обрабатываемый блок 2×4, подвергают сжатию пятью методами: N, Р, C, S и E. B результате этого формируют набор погрешностей (ошибок) и промежуточных битовых потоков.

Этап 2. Для каждого подблока выбирают наилучший метод. Выбор основан на поиске наименьшей величины погрешности среди всех рассчитанных.

Этап 3. Определяют наилучшую комбинацию методов для блока 2×4 на основе методов N, Р, C, S и E, примененных к левому и правому подблокам, а также вычисляют комбинационную погрешность.

Этап 4. Блок 2×4 обрабатывают семью способами: D, O, M, F, L, U, H. При этом рассчитывают погрешности кодирования текущего блока каждым из указанных семи способов.

Этап 5. Определяют минимальную погрешность, сравнивая комбинационную погрешность и погрешности, вызванные применением способов D, O, M, F, L, U, H. В результате выбирают наилучший способ.

Этап 6. В выходной буфер заносят VLEH, соответствующий выбранному способу сжатия.

Этап 7. В выходной буфер заносят также сжатый битовый поток.

Этап 8. На основе выбранного способа сжатия выполняют соответствующее кодирование младших разрядов (LSB) и результаты кодирования также включают в исходящий поток.

Этап 9. В случае необходимости добавляют дополняющие биты для обеспечения фиксированной скорости передачи обрабатываемого блока 2×4.

Фиг.1 - основные этапы способа кодирования.

Фиг.2 - вид 2.1 - исходный подблок 2×2; вид 2.2 - направления разностей NSW-преобразования; вид 2.3 - блок-схема N-метода.

Фиг.3 - виды 3.1-3.4 - преимущественные способы кодирования P-метода; вид 3.5 - блок-схема P-метода.

Фиг.4 - вид 4.1 - схема оценки дополнительных свободных битов для P-метода; вид 4.2 - последовательность битового потока с дополнительными свободными битами.

Фиг.5 - вид 5.1 - упрощенная последовательность действий E-метода; вид 5.2 - графическое представление структуры блока 2×4 и ее интерпретация в E-методе.

Фиг.6 - детальная схема способа кодирования отдельного цветового перехода.

Фиг.7 - вид 7.1 - иллюстрация разделения блока 2×4 на левый и правый подблоки 2×2; вид 7.2 - блок-схема D-способа.

Фиг.8 - вид 8.1 - иллюстрация положения опорных точек и отдельных производных в F-способе; вид 8.2 - блок-схема F-способа.

Фиг.9 - блок-схема O-способа.

Фиг.10 - блок-схема L-способа.

Фиг.11 - блок-схема способа определения цветов палитры блока 2×2.

Фиг.12 - общая блок-схема U-способа.

Фиг.13 - вид 13.1 - блок-схема первого способа кодирования, входящего в U-способ; вид 13.2 - логическая схема кодирования среднего значения «гладкого» цвета в первом способе кодирования, входящего в U-способ.

Фиг.14 - общая блок-схема второго способа кодирования, входящего в U-способ.

Фиг.15 - детальная блок-схема кодирования одного цвета в пределах блока 2×4 в соответствии со вторым способом кодирования, входящего в U-способ.

Фиг.16 - условные обозначения цветовых компонент пикселей в пределах блока 2×4, используемые при расчете ошибки кодирования.

Фиг.17 - вид 17.1 - способ разделения битов в пределах пространственного блока 2×4 на существенную и несущественную части; - вид 17.2 - способ частичной группировки младших битов при кодировании младших разрядов.

Основные этапы разработанной методики кодирования показаны на Фиг.1. Каждый кадр видеопоследовательности рассматривается в виде независимого цветного изображения. Каждое изображение представляется в виде множества неперекрывающихся блоков размером 2×4. Этап 100 заключается во вводе изображения, представлении его в виде блоков и их кодировании возможными способами. При этом изначально 10-битные данные разделяются на существенную и несущественную части. Далее, существенная часть, образующая блок 2×4 из 8-битных значений обрабатывается на этапах 101…121, в то время как младшая часть, образующая блок 2×4 из 2-битных значений, обрабатывается на этапе 123. Каждый непересекающийся блок 2×4 исходного изображения разделяется на левый подблок размером 2×2 (три канала), правый подблок размером 2×2 (три канала), а также рассматривается как целый блок размером 2×4 (три канала). Левый подблок обрабатывают на этапах 101, 103, 105, 107, 109. Правый подблок обрабатывают на этапах 102, 104, 106, 108, 110. Целый блок обрабатывают на этапах 111-117.

После того как каждый блок подвергнется кодированию всеми доступными в конкретном случае способами, определяют погрешности кодирования и выбирают способ, дающий наименьшую погрешность для каждого блока (этапы 118-120). На этапе 121 определяют погрешность кодирования, вызванную раздельным кодированием левого и правого подблоков на этапах 101, 103, 105, 107, 109 и 102, 104, 106, 108, 110 соответственно. На этапе 122 выбирают оптимальный способ (среди способов, выбранных на этапах 118-120).

На этапе 123 кодируют данные младших разрядов (LSBD Least Significant Bits Data). Число битов при кодировании LSBD зависит от выбранного способа кодирования.

На этапе 124 формируют выходной битовый поток, который состоит из заголовка, указывающего на то, какой способ использован. Размер заголовка зависит от конкретного способа и может занимать от одного до десяти битов. Затем в поток вносят данные о младших разрядах (LSBD) блока 2×4 в сжатом виде. В зависимости от выбранного способа эти данные могут занимать от трех до шести битов на блок 2×4. В случае необходимости поток пополняется дополняющими битами, которые предназначены для обеспечения фиксированной скорости битового потока. Подблок размером 2×2 кодируется набором методов. Первый из таких методов основан на NSW-преобразовании и называется N-метод. Этот метод применяют на этапах 101, 102. Преобразование NSW является новым двумерным преобразованием, разработанным на основе комбинации предикативного кодирования, одномерного вейвлет-преобразования Хаара, лифтинг-схемы.

Будем рассматривать блок размером 2×2 в любом цветовом канале как набор из четырех значений A, B, C, D (Фиг.2.1). Набор из четырех исходных значений A, B, C, D преобразуют в четыре значения: {A, B, C, D}→{s, h, v, d} согласно следующим формулам:

h=A-B
ν=A-C B=A-h
d=A-D C=A-ν
D=A-d

где s - означает среднее значение четырех пикселей, h, v, d - простейшие градиенты в направлениях: горизонталь, вертикаль, диагональ (Фиг.2.2). Блок-схему N-метода иллюстрирует Фиг.2.3. На этапе 200 выполняют преобразование NSW, получая значения s, h, v, d. Первоначально для хранения s требуется восемь битов, h, v, d занимают по девять битов на каждое значение: 1-разряд для хранения знака+8-разрядная величина. Для компактного представления этих данных используются определенные процедуры. N-метод применяют к подблоку 2×2, который входит в состав блока размером 2×4 для трех цветовых каналов. Очевидно, что каждый подблок 2×2 должен кодироваться в среднем не более чем 90:6=15 битами. Эти пятнадцать битов должны представлять s, h, v, d с достаточной точностью. В целях обеспечения надежности и простоты кодирования кодирование величины s осуществляется с использованием простого равномерного квантования. Точность в шесть битов является достаточной для представления среднего значения для естественных частей изображений - этап 201. Квантование набора разностных величин {h, v, d} основано на построении набора фиксированных квантователей, подобного оптимальному фиксированному квантованию Ллойда-Макса - этапы 202…208 (см. "Quantizers for symmetric gamma distributions" in Proc. IEEE Globecom Conf, p.214-118, 1983; "The enhanced LBG algorithm" // Giuseppe Patane, Marco Russo) - [6]. При этом каждый квантователь относится к изображению с определенной структурой и состоит из более чем одного значения, являющегося уровнем восстановления квантованного значения. Процесс квантования заключается в выявлении подходящего квантователя среди набора квантователей для {h, v, d} (этап 209 после этапов 202…208) для одного цвета, а затем нахождении для каждой разности соответствующего уровня восстановления (этап 210). Из-за ограниченного битового бюджета налагаются следующие ограничения: набор квантователей состоит из восьми отдельных квантователей, каждый из которых имеет четыре значения: два положительных и симметрично два отрицательных (эти значения здесь и далее называются уровнями восстановления). Обычно значения уровней восстановления заключены в диапазоне [-255…255]. При этом модули значений уровней восстановления одного квантователя представляют собой монотонно возрастающую дискретную функцию. Таблица с предпочтительными уровнями восстановления приведена ниже:

Таблица 1
Таблица квантования
Номер квантователя Id×0 Id×1 Id×2 Id×3
0 -220 -80 80 220
1 -23 -4 4 23
2 -200 -10 10 200
3 -80 -40 40 80
4 -138 -50 50 138
5 -63 -18 18 63
6 -42 -12 12 42
7 -104 -28 28 104

Процесс кодирования разностных величин {h, v, d} включает в себя следующее:

- определение номера квантователя N из набора квантователей, три величины которого являются наилучшим приближением для {h, v, d};

- определение индексов уровней восстановления для {h, v, d} в квантователе с номером N.

Описанный процесс кодирования разностных величин здесь и далее обозначается процессом фиксированного квантования по таблице (FQvT). Для большего обобщения имеет смысл сформулировать FQvT в общих математических терминах. Набор квантователей может быть описан в виде двумерной матрицы Q (таблицы квантования), включающей QS строк (квантователей) и IX столбцов (уровней восстановления или квантования). Допустим, что требуется выполнить квантование набора разностных величин {d1…dK}. Определим общее выражение для вычисления погрешности Е приближения, которая вызвана квантованием исходного набора разностных величин {d1…dK}. Не ограничивая общности, положим, что она может зависеть от набора разностей {d1…dK}, выбранных уровней восстановления {Id1…IdK}, а также выбранного квантователя QI. Е=Е({d1…dK}, (Id1…IdK}, QI). Нахождение оптимального квантователя из набора квантователей заключается в определении аргумента выражения:

Это выражение математически описывает этапы 202…208 и условный переход на Фиг.2.3. С технической точки зрения оно означает, что для каждого квантователя (QI) набор разностных величин {d1…dK} должен быть аппроксимирован наилучшими уровнями восстановления, которые однозначно идентифицируются индексами {IdQ11…IdQIK). Затем среди всех квантователей из набора квантователей должен быть выбран только один, и это должно обеспечить минимальную погрешность аппроксимации. Для данного квантователя QI и данной разностной величины dj наилучший уровень восстановления в общем случае определяется выражением:

Следует отметить, что другой способ определить наилучший уровень восстановления состоит в том, чтобы сравнить dj со средними точками между смежными уровнями восстановления. В этом случае требуется лишь выполнить операции "сравнения". Кроме того, легко заметить, что если таблица является симметричной (каждый квантователь включает в себя положительные и отрицательные величины), то во время квантования нужно рассмотреть лишь амплитуды разностных величин.

Функция E({d1…dK}, {Id1…IdK), QI) может также включать дополнительные веса, которые позволят вычислять взвешенную погрешность (если, например, используются разностные величины из цветовых каналов с различной видимостью). Очевидно, что представленная таблица квантования не может идеально передать произвольную комбинацию {h, v, d}. Однако результаты проведенных экспериментов указывают на то, что для естественных изображений множество значений (h, v, d) локализовано в определенных подобластях. Исходя из этого таблица квантования оптимизирована именно для этих случаев.

Выбор оптимального квантователя (или строки в таблице 1) основан на вычислении погрешности аппроксимации подблока определенным набором {h', v', d'}. Рассмотрим процесс квантования разностных величин h, v, d как добавление аддитивного шума к исходным значениям:

Тогда погрешность интенсивностей пикселей A, B, C, D может быть оценена следующим образом:

Если среднее значение s подвергается квантованию, то соответствующая Δs должна прибавляться к ΔА для того, чтобы корректно оценить оставшиеся пиксельные погрешности.

На основе проведенных исследований приемлемые результаты могут быть достигнуты, если в качестве меры погрешности Е использовать сумму квадратов значений ΔA, ΔB, ΔC, ΔD (этап 207). Для каждой строки вычисляют эту величину и затем выбирают минимум. Следует отметить, что эта величина, по существу, является среднеквадратичным отклонением ошибки кодирования подблока (погрешность квантования, вызванная квантованием значения s, не рассматривается, но также может быть учтена).

В тех или иных целях для оценки меры погрешности могут быть использованы и более простые функциональные зависимости. Например, значение максимального отклонения MAX(|Δh|, |Δv|, |Δd|) также рекомендовано к применению. Результаты экспериментов также подтверждают ее эффективность.

Второй метод обработки подблока размером 2×2 - это P-метод, который реализуется на этапах 103 и 104. Преобразование NSW эффективно используется при кодировании естественных частей изображений. Но некоторые из них могут состоять из одного вертикального/горизонтального элемента. В этом случае одна из разностей будет близка нулю и таблица квантования N-метода не будет столь эффективной. Для преодоления этой проблемы таблица квантования оптимизирована под указанные случаи. Кроме того, добавлены дополнительные подрежимы кодирования, обеспечивающие эффективную передачу подблоков с вертикальными/горизонтальными или диагональными преимущественными направлениями, а также однородными участками в пределах подблока размером 2×2. Способ кодирования определяется субпрефиксом переменной длины (VL), который указывает, какой тип кодирования используется. В P-методе используют семь подрежимов. Они представлены в Таблице 2. Обобщенная блок-схема Р-метода показана на Фиг.3.5.

Таблица 2
Субпрефиксы VL для метода NSWPZ
Субпрефикс (двоичное представление) Название подрежима
00 Горизонтальное преимущественное направление (H структура)
01 Вертикальное преимущественное направление (V структура)
100 h величина близка к 0
101 v величина близка к 0
110 d величина близка к 0
1110 Диагональное преимущественное направление (D структура)
1111 Среднее значение

H структура означает, что для кодирования подблока 2×2 используются две "опорные точки" A, C (Фиг.3.1). Каждая из них кодируется семью битами (простое усечение младшего разряда). Усеченный младший разряд восстанавливается нулевым значением.

V структура означает, что для кодирования подблока 2×2 используют две "опорные точки" A, B (Фиг.3.2). Каждая из них кодируется семью битами (простое усечение младшего разряда). Усеченный младший разряд восстанавливается нулевым значением.

D структура означает, что для кодирования подблока 2×2 используют две "опорные точки" A, B (Фиг.3.3). Каждая из них кодируется шестью битами (простое усечение двух младших разрядов). Усеченные младшие разряды восстанавливаются бинарным значением 10b. По сравнению с режимом H/V-структур в этом случае опорные точки A, В используются для восстановления точек C, D следующим способом: D=A, C=B.

Режим среднего значения используется для того, чтобы кодировать все пиксели A, B, C, D через среднее значение (однородный блок), а среднее значение занимает восемь битов.

Один из режимов "h/v/d величина близка к нулю" используется, если после NSW-преобразования одна из величин (h, v, d) близка к нулю. Префиксы выбраны на основе следующих соответствий:

100: |А-В |~0

101: |А-С |~0

110: |A-D |~0

В каждом случае только две разностные величины подвергаются квантованию:

h≡0; {v, d}→{Квантователь N, Iv, Id},

v≡0; {h, d}→{Квантователь N, Ih, Id},

d≡0; {h, v}→{Квантователь N, Ih, Iv}.

Предпочтительная таблица квантования, описывающая набор квантователей для метода NS WPZ, представлена ниже:

Таблица 3
Таблица квантования. Р-метод
Номер квантователя Id×0 Id×1 Id×2 Id×3
0 -250 -240 240 250
1 0 0 -7 7
2 -224 -9 9 224
3 -118 -66 66 118
4 -94 -19 19 94
5 -220 -125 125 220
6 -185 -52 52 185
7 -39 -12 12 39

Величина s первоначально кодируется шестью битами простым усечением двух младших разрядов, однако в ряде случаев точность представления может быть повышена за счет более эффективного кодирования разностных величин. Процесс кодирования включает в себя следующие этапы: на этапе 300 подблок размером 2×2 кодируют с помощью структуры H; на этапе 301 подблок размером 2×2 кодируют с помощью структуры V; на этапах 302 и 303 подблок размером 2×2 кодируют соответственно с помощью структуры D и среднего значения. После этого на этапе 304 вычисляют погрешности, вызванные соответствующими способами кодирования подблока. Затем выполняют NSW-преобразование (этап 305). Среди модулей разностных величин (h, v, d) определяют наименьшее значение - этап 306. Затем две ненулевые разностные величины кодируют методом FQvT с помощью Таблицы 3 и процесса квантования, описанного выше (этап 307). На этапе 308 определяют дополнительные свободные биты и исходя из этого величину s кодируют с точностью шесть, семь или восемь битов. Оценивают погрешность, вызванную кодированием блока 2×2 с помощью метода FQvT - этап 309. Среди полученных на этапе 310 пяти погрешностей выбирают наименьшую. Соответствующий субпрефикс из Таблицы 2 вводят в битовый поток перед сжатыми данными - этап 311.

В результате экспериментов установлено, что 6-битовая точность представления среднего значения в ряде случаев оказывается недостаточной для обеспечения визуальной идентичности некоторых участков изображения. В связи с этим предложено один из квантователей (Номер 1) использовать как индикатор. Он содержит как нулевые значения, так и ненулевые значения, которые кодируются префиксными кодами специального вида: Id×0→0b; Id×1→ запрещенное значение; Id×2→10b; Id×3→11b. Таблица с уровнями восстановления для этого квантователя приведена ниже:

Номер квантователя Id×0 Id×1 Id×2 Id×3
1 0 0 запрещенное значение -7 7

Алгоритм для выявления числа "Свободных Битов" показан на Фиг.4.1. Декодер может определить наличие свободных битов аналогичным образом, в силу чего когерентность кодера/декодера не нарушается. Соответствие числа свободных битов и точности представления среднего значения указано в Таблице 4:

Таблица 4
Интерпретация свободных битов
Количество свободных битов Точность представления "s" величины
0 6
1 7
9 8

Для эффективного декодирования индексы, кодирующие разностные величины, должны быть включены в сжатый поток перед закодированной информацией о среднем значении. Рекомендованная структура показана на Фиг.4.2.

Третий метод этой группы называется S-метод. Этот метод применяют на этапах 105, 106. Он разработан специально для воспроизведения участков со сравнительно малой интенсивностью (и, следовательно, с малыми разностными величинами) во всех трех цветовых каналах в пределах подблока 2×2 и является модификацией N-метода за счет применения иной таблицы квантования и иной процедуры кодирования среднего.

Величина s кодируется с использованием пять битов следующим образом:

- берут младшие шесть битов восьмибитового представления величины s;

- из них старшие пять битов рассматриваются как кодовое представление величины s. При декодировании младший разряд декодированной величины s восстанавливают нулевым значением.

Таблица квантования обеспечивает передачу незначительных изменений интенсивностей:

Таблица 5
Таблица квантования. Кодирование малых значений
Номер квантователя Id×0 Id×1 Id×2 Id×3
0 -1 -2 1 2
1 -2 -6 2 6
2 -1 -4 1 4
3 -4 -10 4 10
4 -3 -8 3 8
5 -4 -20 4 20
6 -8 -40 8 40
7 -3 -15 3 15

Процедура квантования разностных величин аналогична соответствующей процедуре N-метода.

Четвертый метод называется C-метод. Его применяют на этапах 107 и 108. Метод основан на применении NSW-преобразования и заключается в его применении ко всем цветовым каналам одновременно с последующим групповым кодированием разностных величин из трех цветовых каналов совместно. Эффективность данного метода для определенного класса изображений обуславливается высокой схожестью амплитуд разностных величин после NSW-преобразования всех трех каналов и их совокупным широким динамическим диапазоном, что является отличительной особенностью отдельных областей указанного класса изображений. За счет группового кодирования, увеличения динамического диапазона квантователя (до восьми уровней восстановления), а также устранения независимости выбора квантователя от цветового канала достигается повышение точности кодирования (квантования), в случае если разностные величины NSW-преобразования по трем цветовым каналам в достаточной мере сходны. Эти особенности могут быть рассмотрены как отличительные признаки заявляемого изобретения. Таблица 6 представляет рекомендованный оптимизированный набор квантователей.

Таблица 6
Таблица квантования. C-метод
Номер квантователя Id×0 Id×1 Id×2 Id×3 Id×4 Id×5 Id×6 Id×7
0 -128 -180 -213 -245 128 180 213 245
1 -3 -15 -30 -50 3 15 30 50
2 -20 -86 -160 -215 20 86 160 215
3 -50 -82 -104 -130 50 82 104 130
4 -90 -145 -194 -240 90 145 194 240
5 -9 -40 -73 -106 9 40 73 106
6 -163 -122 -66 -15 15 66 122 163
7 -180 -139 -63 -25 25 63 139 180

Процесс квантования весьма схож с процессом квантования, примененным в N-методе. Основное отличие состоит в том, что для всего набора разностных величин из подблока 2×2: {hR, hG, hB, vR, vG, vB, dR, dG, dB} выбирают один общий квантователь. Каждая из разностных величин кодируется посредством 3-битового значения. В целом девять разностей занимают: 9×3=27 битов. Индекс квантователя кодируется тремя битами, что в итоге дает (27+3)=30 битов. Каждая величина {sR, sG, sB} кодируется пятью битами путем усечения трех младших разрядов. Восстановление засеченных разрядов осуществляется через бинарное значение 100b. В целом, подблок 2×2 в трёх цветовых каналах кодируется использованием сорока пяти битов. Для определения оптимального квантователя применяется процедура, аналогичная процедуре, используемой в N-методе. Для обеспечения оптимального визуального качества суммарная погрешность приближения набора разностных величин во всех трех цветовых каналах должна учитывать различную цветовую чувствительность зрительной системы человека. В частности, в данном изобретении предложено использовать специально определенные веса, отражающие различное восприятие наблюдателем красного, зеленого и синего цветов. В этом случае погрешность Е, порожденную процедурой FQvT для {hR, hG, hB, vR, vG, vB, dR, dG, dB}, можно выразить следующим образом:

Здесь ΔhC, ΔvC, ΔdC обозначают ошибку приближения h/v/d разностных величин после FQvT процедуры в цветовом канале C. Wc - весовые коэффициенты, отражающие относительную видимость каждого из цветовых каналов C для человека. Более простой способ оценки погрешности E заключается в расчете суммы взвешенных максимальных ошибок кодирования h/v/d разностных величин:

Этот способ оценки погрешности обеспечивает адекватные результаты с точки зрения визуального качества закодированного изображения и рекомендован к применению в случае, если сложность реализации является критической.

Пятый метод обозначается как E-метод. Он выполняется на шагах 109 и 110. Известно, что на границах между двумя чистыми цветами стандартные методы кодирования могут вызывать видимые искажения. Ввиду этого предложено расщепить исходный блок 2×4 на четыре микроблока меньшего размера с размерами 1×2 пикселей - шаг 500 на Фиг.5.1. При этом каждый микроблок 1×2 состоит из двух пространственных пикселей, обозначенных A, B - Фиг.5.2. Каждый пространственный пиксель состоит из трех цветовых компонент R, G, B. Для каждого микроблока определяется доминирующий канал и затем осуществляется передача значений пикселей в доминирующем канале путем кодирования соответствующих значений в шесть битов; минорные (неосновные) каналы кодируются посредством передачи средних значений между двумя значениями для каждой пространственной позиции, при этом используется процедура квантования и ограничения - шаг 501. Блок-схема кодирования микроблока 1×2 показана на Фиг.6. На шаге 602 рассчитывается сумма интенсивностей пикселей по каждому цветовому каналу. Затем осуществляется последовательное сравнение рассчитанных сумм для того, чтобы определить основной (доминирующий) канал. Если сумма интенсивностей в пределах красного канала больше, чем соответствующие суммы в пределах зеленого и синего - шаг 603, то делается заключение о доминировании красного канала. Иначе, если сумма интенсивностей в пределах зеленого канала больше, чем сумма интенсивностей красного и синего - шаг 604, делается заключение о доминировании зеленого канала. Иначе, если сумма интенсивностей в пределах синего канала больше, чем сумма интенсивностей красного и зеленого - шаг 605, делается заключение о доминировании синего канала. В противном случае предполагается, что доминирующим каналом является яростный канал, а цветоразностные каналы являются минорными - шаг 606. Интенсивности пикселей доминирующего канала сохраняются во временных переменных D1/D2. В зависимости от того какие каналы признаны минорными, вычисляются определенные средние значения - шаги 608, или 609, или 610. Ключевой особенностью является способ расчета среднего: усреднение производится не в пределах каждого минорного канала, а между двумя минорными каналами в каждой пространственной позиции. Для примера рассмотрим шаг 608. Первое среднее значение рассчитывается в пространственной позиции A между красным и синим каналами. Второе среднее значение рассчитывается путем усреднения интенсивностей в пространственной позиции B в красном и синем каналах. После этого временные переменные, которые хранят значения доминантного канала, кодируются 6-битными значениями путем усечения двух младших разрядов - шаг 607. Восстановление усеченных разрядов осуществляется двоичным значением 10b. Усредненные значения минорных каналов вначале ограниваются по верхнему порогу, равному шестидесяти трем (если значение больше 63, оно устанавливается равным 63) - шаг 611. Затем ограниченные значения квантуются усечением трех младших разрядов - шаг 612. Восстановление усеченных разрядов осуществляется двоичным значением 100b. С каждым микроблоком 1×2 передается дополнительная информация, указывающая номер доминирующего канала (два бита).

В дополнение к описанным выше методам авторами разработаны семь способов кодирования, которые предназначены для кодирования блока 2×4. Данные способы дополняют комплект методов, описанных выше, и в определенных случаях обеспечивают более эффективную передачу внутренней структуры изображения.

Первый способ этой группы будем далее называть D-способом. Способ применяется на шаге 113. Он предназначен для тех участков изображения, в которых присутствует совокупность небольших областей с четко выраженной структурой (кроссдиагональные границы) и небольших натуральных областей. D-способ метод заключается в определении подблоков 2×2 в пределах блока 2×4, которые обладают регулярной (кроссдиагональной) и натуральной структурой. Подблок с регулярной структурой кодируется с использованием заранее заданного шаблона и шаблонных значений. Шаблон определяет пространственные позиции для каждого из шаблонных значений. Подблок с натуральной структурой кодируется посредством квантования значений пикселей, которое выражается в усечении младших двух битов.

Процесс кодирования блока 2×4 D-способом раскрывается на Фиг.7.1, 7.2. На шаге 700 определяется подблок с регулярной (шаблонной) структурой. Для этого определяются шаблонные значения левого и правого подблоков 2×2, затем определяются ошибки приближения левого и правого подблоков 2×2 шаблонным кодированием. Исходя из сравнения вычисленных ошибок определяется подблок с наиболее выраженной регулярной структурой. Описанные действия выполняются на шагах 701, 702.

Шаблонные значения определяются в соответствии со следующими формулами:

Здесь: C0, C1 - шаблонные значения, k - индекс подблока. k=0 - левый подблок, k=1 - правый подблок.

Ошибка B1E(k) приближения подблока шаблонным кодированием вычисляется по формуле:

После этого номер подблока, который будет закодирован с использованием шаблонного кодирования, помещают в исходящий сжатый поток.

Второй способ далее будем называть F-способом. Он реализуется на шаге 111. Способ предназначен для эффективного представления блоков, состоящих их 2×4 пикселей с градиентной структурой. Способ может быть применен к каждому цветовому каналу индивидуально. Для обеспечения заданной скорости потока, а также поддержки высокой точности представления градиентных переходов в качестве элементов кодирования используются средние опорные точки, среднее значение модулей горизонтальных межпиксельных разностей, а также знаки каждой из разностей. Опорные точки, а также направления отдельных межпиксельных разностей показаны на Фиг.8.1. Блок-схема способа показана на Фиг.8.2. На шаге 800 вычисляются 6 разностных величин: D1, D2, D3, D4, D5, D6. На шаге 801 вычисляется среднее значение модулей величин D1…D6. На шаге 802 вычисляются знаки каждой из разностных величин. В качестве кодовой информации передается среднее значение модулей разностей, знаки разностей, а также две опорные точки - A2, B2 - шаг 803. Опорные точки передаются без потерь. Таким образом, F-способ может быть сформулирован следующим образом: кодирование блоков, содержащих градиентные участки, выполняют одновременно или отдельно по трем каналам, осуществляя следующие операции:

- вычисляют шесть разностных величин D1, D2, D3, D4, D5, D6 по формулам: D1=A1-A2; D2=A2-A3; D3=A3-A4; D4=B1-B2; D5=B2-B3; D6=B3-B4;

- вычисляют среднее значение модулей разностных величин D1…D6;

- вычисляют знаки каждой из разностных величин D1…D6;

- в качестве кодовой информации передают среднее значение модулей разностей, знаки разностей, а также две опорные точки - A2, B2.

Третий способ предназначен для эффективного кодирования высокочастотных тестовых изображений и далее будет обозначаться как M-способ. Он применяется на шаге 117. Способ включает в себя три подспособа кодирования.

Первый подспособ кодирования заключается в применении несимметричного равномерного квантования пикселей исходного блока. При этом каждый пиксель блока, а точнее, интенсивность по каждому цветовому каналу для каждого пикселя блока кодируется тремя или четырьмя битами. 3/4-битные коды, описывающие закодированные значения пикселей, вычисляются по следующим формулам (здесь индекс i обозначает ось ординат, j обозначает ось абсцисс):

где I - значение пикселя исходного блока; C - битовый код, который кодирует соответствующий пиксель. Процедура декодирования пикселей, закодированных таким образом, описывается следующими формулами (здесь D - декодированный пиксель):

Второй подспособ кодирования основан на усреднении с частичным огрублением двух подблоков 2×2 в пределах блока 2×4. При этом кодовые величины вычисляются согласно следующим формулам:

Для этого подспособа процедура декодирования выполняется в соответствии со следующими формулами:

Третий подспособ кодирования основан на частичной реконструкции одного из цветовых каналов по двум другим, пиксели которых кодируются путем усечения нескольких младших разрядов. В частности, красный и зеленый канал кодируются согласно формулам:

в то время как два крайних пикселя синего канала, которые не могут быть реконструированы из красного и зеленого каналов, кодируются согласно следующим формулам:

,

Процедура декодирования в этом случае реализуется в соответствии с выражениями:

После применения к обрабатываемому блоку 2×4 описанных выше трех подспособов определяется подспособ, обеспечивающий минимальную ошибку. Его номер (один из трех) передается в первых двух битах сжатого потока.

Четвертый способ, используемый при кодировании блока 2×4, будем определять как способ кодирования доминирующего цвета или O-способ. Он применяется на шаге 112. Способ является эффективным, если один цветовой канал по своим энергетическим характеристикам существенно превосходит другие цветовые каналы в пределах блока. В данном способе анализируется четыре ситуации: доминирующим является яростный канал, красный, зеленый или синий. Для указания номера доминирующего цвета используется 2-битный индекс. Значения пикселей доминирующего цвета передаются без искажений 8-битными значениями. Значения двух оставшихся каналов кодируются посредством усреднения в пределах каждого из каналов и передачи каждого такого среднего значения 8-битной величиной. Подробная блок-схема данного способа представлена на Фиг.9. На шаге 900 рассчитываются суммы интенсивностей пикселей по каждому из каналов красного, зеленого или синего. Затем на шагах 901, 902, 903 выполняется последовательное сравнение значений трех рассчитанных сумм с заданным наперед пороговым значением. Принятие решения о номере доминирующего канала осуществляется на шагах 904, 905, 906 в зависимости от результатов сравнения на шагах 901, 902, 903. Если ни одно сравнение не было успешным, предполагается, что доминирующим является яростный канал, а цветоразностные каналы являются минорными - шаг 907. Затем на шаге 908 вычисляются средние значения минорных каналов. Затем интенсивности пикселей доминирующего канала, а также средние значения минорных каналов кодируются без потерь - шаги 909, 910. Таким образом, сжатый поток состоит из 2-битного индекса доминирующего канала, восьми 8-битных значений пикселей доминирующего канала, а также двух 8-битных значений средних величин минорных каналов.

Пятый способ мы назвали L-способом. Способ применяется на шаге 114 к блоку 2×4 для всех трех цветовых каналов одновременно. При этом цветовые каналы обрабатываются независимо. В пределах блока 2×4 для каждого подблока 2×2 формируется своя двухцветная палитра. Затем используется один из трех режимов кодирования двух палитр: режим дифференциального кодирования палитр, режим дифференциального кодирования цветов в пределах палитры или явное квантование цветов. Использование дифференциального кодирования палитр или дифференциального кодирования цветов палитр обеспечивает в ряде случаев повышенную точность передачи. Кроме того, зачастую одна из палитр оказывается состоящей из равных цветов.

Ввиду этого предложена дополнительная обработка цветов, которая может повысить вероятность использования режима дифференциального кодирования. Блок-схема способа представлена на Фиг.10. На шагах 1000 и 1001 выполняется определение двухцветных палитр для левого и правого подблоков 2×2. На шаге 1003 для оценки возможности использования режима дифференциального кодирования палитр выполняется проверка логического условия:

InterCondition≡(-2≤C00-C10<2)∧(-1≤C01-C11≤2),

Здесь: (C00, C01) цвета первой палитры (левый подблок 2×2), (C10, C11) цвета второй палитры (правый подблок 2×2). Если указанное условие верно, то цвета первой палитры передаются без потерь, в то время как цвета второй палитры кодируются как поправки к цветам из первой - шаг 1011. При этом выполняются следующие действия:

- вычисляются два индекса, значения которых преобразуются в числа больше либо равные нулю согласно выражениям:

TIdx_y=C00-C10+2. Диапазон индекса: [0…3];

TIdx_x=C01-C11+1. Диапазон индекса: [0…3];

- рассчитанные индексы преобразуются в 4-битную величину CDVal (Cumulative Difference Value - обобщенная разностная величина) с использованием таблицы, описывающей совместное распределение индексов TIdx_x/TIdx_y:

TIdx_x=0 TIdx_x=1 TIdx_x=2 TIdx_x=3
TIdx_y=0 0 1 2 3
TIdx_y=1 4 5 6 7
TIdx_y=2 8 9 10 11
TIdx_y=3 12 13 14 15

Использование таблицы распределения индексов является дополнительным отличительным способом кодирования, поскольку совокупность величин индексов TIdx_x/TIdx_y уже сама по себе обеспечивает возможность кодирования разностной информации. Однако использование таблицы позволяет расширить диапазон возможных взаимных значений цветов палитр за счет потенциальной локализации и удаления редко встречающихся комбинаций, а также кодирования иных. Для декодирования индексов TIdx_x/TIdx_y используются две дополнительные таблицы:

CDVal
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
TIdx_y -2 -2 -2 -2 -1 -1 -1 -1 0 0 0 0 1 1 1 1
CDVal
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
TIdx_x -1 0 1 2 -1 0 1 2 -1 0 1 2 -1 0 1 2

Они позволяют вычислить соответствующие индексы на основе четырехбитного значения CDVal. Восстановление значений разностей выполняется на основе формул:

C00-C10=TIdx_y-2. Новый диапазон: [-2…2]

C01-C11=TIdx_x-1. Новый диапазон: [-1…2]

Дополнительная обработка цветов палитр, увеличивающая вероятность использования дифференциального кодирования палитр, заключается в следующем.

- Детектирование факта равенства цветов в каждой палитре и установление флага равенства (FP) в 1 в случае равенства:

if(C00=C01)→FP1=1

else→FP1=0

if(C10=C11)→FP2=1

else→FP2=0

- Проверка того, что только одна палитра имеет равные цвета:

FP1+FP2=1

- Предположим, что цвета первой палитры равны (C00=C01). Тогда в первую палитру должен быть «вставлен» цвет из второй палитры, который является наиболее удаленным от изначальных цветов первой палитры. Для этого осуществляется проверка условия |C00-C11|<|C00-C10| и выполняется вставка фиктивного цвета:

If|С00-С11|<|С00-С10|→С00=С10

Else С01=С11

- В случае если вставка фиктивного цвета была осуществлена, информация об этом должна быть сохранена в логической временной переменной для того, чтобы в случае, если режим дифференциального кодирования палитр, тем не менее, невозможно задействовать, восстановить измененный цвет.

Конечным шагом дифференциального режима кодирования палитр является генерация карты цветов, состоящей из четырех записей - шаг 1010. В случае если на шаге 1003 условие оказалось ложным, каждая палитра кодируется независимо в одном из двух возможных режимов: режиме дифференциального кодирования цветов палитры или режиме явного квантования. На шаге 1004 InterDifbit устанавливается в нулевое значение, чтобы обеспечить декодер информацией о невозможности использования режима дифференциального кодирования палитр. Затем цвета в каждой палитре переупорядочиваются таким образом, что первый по порядку следования цвет в каждой из палитр соответствует первому (левому - верхнему) пикселю в пределах соответствующего подблока 2×2. Затем на шаге 1005 осуществляется проверка условия для дифференциального кодирования цветов в пределах каждой из палитр. В целях упрощения на блок-схеме отражены шаги кодирования только для палитры, соответствующей левому блоку. Если условие верно, IntraDifBit устанавливается в единичное значение, первый цвет кодируется без потерь, второй цвет кодируется как 2-битная поправка к первому цвету - шаг 1007. Если на шаге 1006 условие оказалось ложным, каждый цвет кодируется путем усечения младших трех разрядов - шаг 1008. Восстановление усеченных битов осуществляется бинарным значением 100b. Аналогичные действия выполняются для второй (правой) палитры. В заключение на шаге 1009 формируется карта цветов, состоящая из трех записей. L-способ использует два вида карты цветов: карту цветов, состоящую из трех записей, и карту цветов, состоящую из четырех цветов. Карта цветов, состоящая из трех записей, означает, что первый пиксель в блоке всегда кодируется первым по порядку следования цветом палитры. Каждая запись в карте цветов является битовым кодом цвета, используемого для кодирования данного пикселя. Определение цвета, которым будет закодирован текущий пиксель, основано на переборе всех цветов палитры и выборе того, абсолютная разница между интенсивностью которого и исходным значением пикселя минимальна. Определение цветов палитры может быть реализовано с использованием различных математических и алгоритмических подходов, например на основе метода наименьших квадратов. Блок-схема способа определения двух цветов, предложенного в данном изобретении, представлена на Фиг.11. Этот способ представляет собой компромисс между сложностью и эффективностью и заключается в разделении исходных значений четырех пикселей на две группы и расчете средних значений в пределах каждой группы, которые затем рассматриваются как цвета палитры.

Шестой способ называется U-способ и применяется на шаге 115. Способ предназначен для областей цветного изображения, в которых присутствует комбинация комплексных и относительно равномерных участков в пределах одного цветового канала или в пределах одного обрабатываемого подблока. Способ состоит из двух подспособов: U1 и U2, которые используются для компактного представления исходного блока 2×4 и оптимизированы под возможные комбинации комплексных и относительно равномерных участков изображения. На основе расчета ошибок приближения исходного блока обоими подспособами выбирается оптимальный, то есть обеспечивающий меньшую ошибку. Общая блока схема U-способа представлена на Фиг.12. Рассмотрим подспособ U1. Он применяется для подблока 2×2, входящего в состав исходного блока 2×4, и эффективен в случае, если один из трех цветовых каналов подблока 2×2 может быть закодирован средним значением, в то время как оставшиеся два канала (так называемые «активные цвета») кодируются с использованием NSW-преобразования и процедуры FQvT. Блок-схема подспособа представлена на Фиг.13.1 (в целях упрощения на блок-схеме показаны шаги только для одного подблока). На шаге 1300 рассчитываются средние значения mR, mG, mB по каждому цветовому каналу в пределах обрабатываемого подблока. Затем для каждого цветового канала рассчитывается сумма абсолютных разностей (SAD) - шаг 1301. В качестве примера ниже приведена формула расчета SAD для канала красного:

SADR=|AR-mR|+|BR-mR|+|CR-mR|+|DR-mR|

Затем определяется цветовой канал, который может быть оптимально передан средним значением: SAD значения цветовых каналов сравниваются с установленным наперед пороговым значением (SMOOTH_THRESHOLD) в фиксированном порядке: зеленый канал, затем красный канал, затем синий. Если все SAD больше порогового значения, выбирается тот цветовой канал, который обладает минимальным SAD - шаги 1302, 1303. Определяется, является ли среднее значение «равномерного» цветового канала малым или нет, путем сравнения с другим заданным наперед порогом, равным тридцати двум. Если среднее значение «равномерного» цветового канала мало, вместо явного указания номера этого цветового цвета 2-битным префиксом (номер цветового канала может принимать значение 0, 1 или 2) этот 2-битный префикс устанавливается равным трем и далее передается дополнительно 2-битное значение, явно указывающее номер «равномерного» цветового канала. Затем среднее значение «равномерного» цветового канала кодируют 3-битным значением путем усечения младших двух битов. В противном случае среднее значение кодируется 6-битным значением путем усечения младших двух разрядов - шаги 1304, 1305, 1306. Оставшиеся два цвета («активные цвета») в пределах подблока 2×2, обозначенные далее как первый и второй цвета, кодируются с использованием NSW-преобразования и FQvT следующим образом (шаги 1307, 1308):

- для пикселей в пределах первого и второго цвета в пределах данного подблока выполняется NSW-преобразование. В результате рассчитываются два набора значений: {s1, h1, v1, d1}, {s2, h2, v2, d2};

- {h1, v1, d1}, {h2, v2, d2} кодируются с использованием таблицы квантователей - Таблица 8. При этом каждый набор разностных величин {h1, v1, d1}, {h2, v2, d2} кодируется с использованием своего квантователя. Процедура квантования подобна FQvT квантованию, описанному выше. Оптимальный квантователь вычисляется исходя из определения квантователя среди восьми возможных так, что обеспечивается минимальная ошибка приближения каждого из наборов разностных величин {h1, v1, d1}, {h2, v2, d2};

- Величины s1, s2 кодируются в одном из двух режимов:

- 6/6 битов: режим используется, если среднее значение «равномерного» цветового канала мало и битовый бюджет позволяет кодировать s1, s2 путем усечения младших двух разрядов;

- дифференциальный режим используется, если режим «6/6 битов» не может быть применен, при этом выполняются следующие шаги:

- Оценивается ошибка, вызванная кодированием s1, s2 в 5/5 битов (усечение младших трех разрядов):

ErrQuant=|s1-(s1&0×F8)|0×04|+|s2-(s2&0×F8)|0×04|

Оценивается ошибка, вызванная квантованием s1, s2 в 6/6 битов с последующим дифференциальным представлением s2 как 3-битной знаковой поправки к s1:

- temp_s1=s1&0×FC; temp_s2=s21&0×FC;

- temp_s2=temp_s2-temp_s0;

- clamp(temp_s2, -31, 31) - «ограничение по двум порогам»

- temp_s2=temp_s2&0×FC

- temp_s2=temp_s2+temp_sl

ErrDifQuant=|s1-temp_s1+s2-temp_s2;

- Если (ErrQuant<ErrDifQuant), s1, s2 кодируются в режиме 5/5 битов путем усечения младших трех разрядов; иначе s1, s2 кодируются как: 6 битов (s1)+3 бита + знак (s2-s1).

Формат сжатого потока является важным аспектом U1 подспособа:

- Девятнадцать битов → сжатая информация о средних значениях (пояснено на Фиг.13.2);

- Три бита → номер квантователя: для первого активного цветового канала;

- (3+3+3) бит → индексы уровней восстановления разностных значений {h, v, d} первого активного цветового канала;

- Три бита → номер квантователя для второго активного цветового канала;

- (3+3+3) бит → индексы уровней восстановления разностных значений {h, v, d} второго активного цветового канала.

Таким образом, для кодирования одного подблока 2×2 требуется сорок три бита. Описанные выше шаги выполняются для обоих подблоков 2×2, входящих в состав обрабатываемого блока 2×4.

Таблица 8
Таблица квантования. U1 подспособ
Quantize - Set N Id×0 Id×1 Id×2 Id×3 Id×4 Id×5 Id×6 Id×7
0 0 -18 -34 -45 0 18 34 45
1 -14 -60 -115 -160 14 60 115 160
2 -6 -38 -62 -95 6 38 62 95
3 -56 -77 -100 -112 56 77 100 112
4 -70 -107 -142 -160 70 107 142 160
5 0 -17 -32 -130 0 17 32 130
6 -53 -125 -196 -232 53 125 196 232
7 -16 -65 -100 -120 16 65 100 120

В случае если в одном цветовом канале в пределах блока 2×4 пиксели одного подблока 2×2 образуют равномерную структуру, в то время как пиксели второго подблока 2×2 образуют неравномерную область, эффективным способом кодирования является U2 подспособ, блок-схема которого показана на Фиг.14; подробная блок-схема процесса кодирования отдельно взятого цветового канала в пределах блока 2×4 показана на Фиг.15. Каждый цветной блок 2×4 рассматривается как три независимых блока по трем цветовым каналам: красный блок 2×4, зеленый блок 2×4 и синий блок 2×4. Каждый из них расщепляется на два смежных подблока 2×2 - шаг 1500. Для каждого из них рассчитывается ошибка приближения средним значением - шаги 1501, 1502. В качестве ошибки, не снижая общности, выбрана SAD, описанная выше. Затем на шаге 1503 определяется равномерный подблок с последующим его кодированием - шаг 1504 или 1506. Второй подблок кодируется с использованием NSW-преобразования и процедуры FQvT - шаги 1505, 1507. Соответствующая таблица квантования представлена в таблице 9. Каждая разностная величина из {h, v, d} кодируется посредством 3-битного индекса, указывающего лучший уровень восстановления в пределах квантователя, номер которого также передается 3-битным значением, s-значение кодируется 7-битовым значением путем усечения младшего разряда, который восстанавливается нулевым значением. Для указания подблока, который является равномерным, используется 1-битный индекс. Таким образом, каждый цветовой канал в пределах блока 2×4 кодируется с использованием 7+(3+3+3+3)+1+8=28 битов, что составляет восемьдесят четыре бита на весь блок 2×4.

Таблица 9
Таблица квантования. U2 подспособ
Номер квантователя Id×0 Id×1 Id×2 Id×3 Id×4 Id×5 Id×6 Id×7
0 -60 -141 -178 -233 60 141 178 233
1 -2 -16 -28 -50 2 16 28 50
2 -10 -76 -150 -190 10 76 150 190
3 -44 -80 -108 -129 44 80 108 129
4 -100 -150 -201 -227 100 150 201 227
5 -1 -2 -3 -5 1 2 3 5
6 -8 -38 -65 -88 8 38 65 88
7 -60 -110 -160 -170 60 110 160 170

Последний способ этой группы называется способом кодирования на основе преобразования Адамара (H-способ). Способ применяется на шаге 116. В H-способе исходный блок 2×4 рассматривается как совокупность двух подблоков 2×2, и применяется известное преобразование Адамара (иначе называемое целочисленное Дискретное Косинусное Преобразование 2×2 - см. "Multiresolution progressive image transmission using a 2×2 DCT", Seock Hoon Woo, Chee Sun Won // IEEE 07803-5123-1/99) [7] к каждому из них с последующей специально разработанной процедурой кодирования FQvT. Преобразование описывается следующими формулами:

Прямое преобразование:

Обратное преобразование:

Известно, что данное преобразование осуществляет разделение исходного сигнала на компоненты с различной визуальной значимостью для наблюдателя. Исходя из этого диагональная компонента преобразования - dD может быть установлена в нулевое значение без существенного ухудшения качества. Оставшиеся компоненты S, dH, dV кодируются следующим образом:

- S компонента кодируется 6-битным значением путем усечения двух младших разрядов. Восстановление осуществляется двоичным значением 10b;

- {dH, dV} компоненты квантуются путем поиска наилучшего квантователя и наилучшего уровня восстановления в пределах квантователя.

Для каждого квантователя, входящего во множество из восьми квантователей, определяется наилучший уровень восстановления компонент {dH, dV} исходя из минимизации модуля разности между уровнем восстановления и значением соответствующей компоненты. Ошибка кодирования {dH, dV} компонент каким-либо квантователем рассчитывается путем суммирования модуля разницы соответствующего уровня восстановления и значения каждой из компонент, которая является минимальной среди всех возможных в пределах данного квантователя. Затем определяется квантователь, который обеспечивает минимальную ошибку кодирования. Таблица квантования, оптимизированная для квантования {dH, dV} компонент, представлена в Таблице 10.

Таблица 10
Таблица квантования {dH, dV} компонент
Номер квантователя Id×0 Id×1 Id×2 Id×3 Id×4 Id×5 Id×6 Id×7
0 -6 -47 -86 -106 6 47 86 106
1 -20 -30 -41 -47 20 30 41 47
2 -1 -20 -38 -48 1 20 38 48
3 -3 -10 -16 -20 3 10 16 20
4 -18 -40 -64 -75 18 40 64 75
5 -6 -16 -26 -32 6 16 26 32
6 -8 -40 -73 -89 8 40 73 89
7 -9 -30 -52 -63 9 30 52 63

Каждый подблок 2×2 в пределах одного цветового канала кодируется с использованием шести битов для кодирования среднего, 3-битного номера квантователя и двух 3-битных индексов для кодирования оптимальных уровней восстановления dH, dV компонент.

Выбор способа кодирования для текущего обрабатываемого блока 2×4 основан на определении способа кодирования среди всей совокупности способов, используемых в данном изобретении, обеспечивающего минимизацию ошибки кодирования. Исходя из общих рассуждений следует, что эффективность и адекватность меры оценки искажения (ошибки кодирования) может оказывать существенное влияние на визуальное качество сжатого изображения. На основе проведенного анализа различных способов оценки искажений, не ограничивая общности, в данном изобретении использованы два способа оценки искажений, подробное описание которых дано ниже.

Необходимо подчеркнуть, что описанные два способа не ограничивают применение иных способов оценки визуального качества, а лишь являются вариантами реализации. Рассмотрим блок пикселей 2×4 по всем трем цветовым каналам - Фиг.16. Первым способом оценки искажений является расчет Взвешенной Среднеквадратичной Ошибки (B-СКО, WMSE)

Здесь символы A, B, C, D обозначают пиксели, расположенные в исходном блоке, как это показано на Фиг.16. Символы A, B, C, D с верхним подчеркиванием обозначают пиксели, расположенные в искаженном (закодированном) блоке. Wc являются весовыми коэффициентами, отражающими относительную значимость цветового канала. Экспериментально установлено, что приемлемые результаты с точки зрения визуального восприятия сжатого изображения могут быть получены со следующими значениями весовых коэффициентов:

Красный канал Зеленый канал Синий канал
WC value 6 16 4

Второй способ оценки искажений, предложенный в данном изобретении, назван Взвешенный Квадратичный Макс-Макс Критерий (ВКММК, WSMMC). Рассмотрим подблок 2×2, входящий в блок 2×4 - Фиг.16. Для определенности рассмотрим первый подблок (A1, B1, C1, D1 пиксели). Расчет WSMMC состоит из следующих шагов:

- Рассчитывают взвешенный квадрат максимума попиксельного отклонения между исходным и закодированным блоком по всем трем цветовым каналам:

- Рассчитывают сумму величин, определенных на первом шаге:

- Рассчитывают максимум среди величин, определенных на первом шаге:

MMax=MAX[MaxSqR, MaxSqG, MaxSqB]

- Рассчитывают сумму величин, полученных на втором и третьем шагах:

WSMMC=SMax+Mmax

Чтобы рассчитать WSMMC для всего блока 2×4, необходимо сложить WSMMC-значения, рассчитанные для обоих подблоков 2×2.

Выбор способа компрессии состоит из следующих пунктов:

- Левый и правый подблоки, входящие в состав одного блока 2×4, кодируются раздельно пятью известными методами: N, P, C, S, E-методами. После сжатия каждого подблока одним из пяти известных методов N, P, C, S, E выполняется расчет ошибки согласно одному из способов, описанных выше, а также осуществляется формирование промежуточных битовых потоков;

- Для каждого из двух подблоков определяется метод, дающий минимальную ошибку - шаги 118, 119;

- На основе результатов пункта 2 для блока 2×4, состоящего из двух подблоков 2×2, определяется наилучшая комбинация методов N, P, C, S, E, обеспечивающая минимальную комбинационную погрешность (ошибку) кодирования блока 2×4 в виде двух подблоков 2×2 - шаг 121;

- Весь исходный блок 2×4 обрабатывается каждым из семи способов D, O, M, F, L, U, H, которые оптимизированы для сжатия блока 2×4. При этом после кодирования блока любым из указанных способов рассчитывается ошибка кодирования согласно одному из способов, описанных выше;

- Вычисляется минимальная ошибка среди ошибок, вызванных применением семи известных способов D, O, M, F, L, U, H к исходному блоку 2×4 - шаг 120;

- Вычисляется минимальная ошибка. В результате определяется оптимальный способ кодирования, обеспечивающий минимальную ошибку - шаг 122.

Каждый обрабатываемый блок 2×4 состоит из пикселей, каждый из которых представлен тремя цветовыми компонентами, каждая из которых изначально представлена 10-битным значением, в результате компрессии кодируется ровно 100 битами. Они представляют собой так называемый элементарный сжатый пакет, который состоит в свою очередь из VLEH, сжатых битов, битов, представляющих информацию о младших разрядах в компактном виде, и дополняющих битов (опционально).

Совокупность информации о возможных методах кодирования (исходя из всех возможных в рамках данного изобретения комбинаций), количестве сжатых битов, количестве битов, требуемых для кодирования младших разрядов, длине VLEH и значений битов, входящих в него, а также количестве дополняющих битов, представлена в таблице 11. Значения и длины VLEH и соответственно, количество битов, необходимых для кодирования младших разрядов, а также количество дополняющих битов зависят от реализации, однако общий принцип формирования выходного сжатого потока является одним из ключевых принципов, отличающих данное изобретение. В таблице имя метода включает одну-две буквы. В последнем случае расшифровка имени осуществляется следующим образом: первая буква соответствует методу, кодирующему левый подблок 2×2, вторая буква соответствует методу, кодирующему правый подблок 2×2.

Каждый заголовок может занимать от 1 до 10 битов; номер бита, указанный в таблице, означает порядок, в котором соответствующий бит помещается / извлекается из битового потока.

Кодирование младших разрядов (LSB-кодирование) относится к эффективному методу представления двух младших разрядов исходных 10-битных значений пикселей в пределах обрабатываемого блока 2×4 по одному или нескольким цветовым каналам. В данном изобретении предложены четыре различные процедуры LSB кодирования.

3-битное кодирование

Для каждого цвета выполняется расчет огрубленного среднего значения младших разрядов в пределах блока 2×4:

Здесь: Ic (x, y) - исходное 10-битное значение пикселя в цветовом канале C в позиции (x, y). mLSBc состоит из одного бита, описывающего огрубленное среднее младших разрядов. Огрубленные средние по всем трем цветовым каналам в совокупности образуют 3-битное число, являющееся закодированной информацией о младших разрядах в пределах блока 2×4.

4-битное кодирование

Этот способ кодирования младших разрядов аналогичен 3-битному LSB-кодированию для красного и синего цветовых каналов. Для зеленого канала используется более точное представление младших разрядов за счет раздельного кодирования младших битов левого и правого подблоков:

Огрубленные средние по красному и синему каналу в совокупности с двумя битами, описывающими огрубленные средние значения младших разрядов двух подблоков в зеленом канале, в совокупности составляют 4-битное значение, являющееся закодированной информацией о младших разрядах в пределах блока 2×4.

5-битное кодирование

Этот способ кодирования младших разрядов аналогичен 3-битному LSB-кодированию для синего цветового канала. Для красного и зеленого канала используется более точное представление младших разрядов за счет раздельного кодирования младших битов левого и правого подблоков:

Огрубленное 1-битовое среднее по синему каналу в совокупности с двумя битами, описывающими огрубленные средние значения младших разрядов двух подблоков в красном канале и двух битов, описывающих огрубленные средние значения младших разрядов двух подблоков в зеленом канале, в совокупности составляют 5-битное значение, являющееся закодированной информацией о младших разрядах в пределах блока 2×4.

6-битное кодирование

Для каждого цветового канала используется два бита для представления огрубленной информации о средних значениях младших разрядов подблоков в пределах исходного блока 2×4:

В этом методе 6-битное значение, являющееся закодированной информацией о младших разрядах в пределах блока 2×4, формируется путем объединения трех 2-битных значений, соответствующих огрубленной информации о среднем значении младших разрядов.

Восстановление соответствующих частей двух младших битовых плоскостей основано на получении одного или двух битов по каждому цветовому каналу и формировании среднего значения для двух битовых плоскостей по всему блоку 2×4 или формировании двух средних значений для двух битовых плоскостей в пределах левого и правого подблоков 2×2. Среднее значение (Middle Value) рассчитывается согласно формуле:

В иллюстративных целях на чертежах 17.1 и 17.2 показано расщепление исходных 10-битных значений в пределах блока 2×4 на две части: 8-битную и 2-битную, а также расщепление двух младших битовых плоскостей на две части: левую и правую.

Заявляемое изобретение может быть использовано в различных промышленных изделиях, которые применяются для обработки высококачественных цветных изображений высокого разрешения. Основная область применения - ТВ-вещание и ТВ-воспроизведение высококачественного видеопотока. Применение данного изобретения в изделиях потребительской электроники может привести к существенному снижению требований к внутренним аппаратным ресурсам, таким как память, шины данных, без снижения качественных характеристик изделий, что в свою очередь позволит снизить сопутствующие издержки. Помимо этого в область применения может быть включено телевидение сверхвысокой четкости, а также дисплеи для мобильных устройств. Кроме того, заявляемое изобретение может быть использовано как часть сложной системы видеокодирования для промежуточного хранения обрабатываемых изображений без визуальных потерь с целью снижения объемов требуемой памяти.

1. Способ компактного битового представления высококачественной цветной видеопоследовательности, заключающийся в блочном кодировании каждого цветного видеокадра видеопоследовательности, в котором каждый цветной пиксель представляют тремя цветовыми компонентами, каждую из которых изначально кодируют десятью битами, отличающийся тем, что кодирование осуществляют путем разбиения исходного цветного видеокадра на неперекрывающиеся пространственные блоки, состоящие из более чем одного пикселя по горизонтали и двух пикселей по вертикали, последующего разделения битового представления каждой из цветовых компонент пикселя на старшую часть, состоящую из более чем одного старшего бита, и младшую часть, состоящую из, по меньшей мере, одного младшего бита, в сумме образующих исходные десять битов, раздельного кодирования старшей и младшей частей, причем кодирование старшей части осуществляют путем применения более одного способа кодирования, каждый из которых учитывает межпиксельные связи только в пределах обрабатываемого пространственного блока и применяется для сокращения количества битов, необходимых для представления обрабатываемых данных, оценки погрешности кодирования, выбора способа кодирования, дающего наименьшую погрешность, пересылки данных о способе кодирования посредством передачи префиксного кода, кодировании младшей части, которое осуществляется путем усреднения более одного значения, входящего в младшую часть, причем размеры областей усреднения в пределах младшей части зависят от выбранного метода кодирования старшей части, и за счет выбора способа кодирования старшей части, обеспечивающего наименьшую погрешность, способа кодирования младшей части, размера префиксного кода, указывающего используемый способ кодирования, а также количества дополняющих неинформационных битов, устанавливают фиксированное наперед количество битов, необходимое для компактного представления исходного пространственного цветного блока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что видеопоследовательность представляют в виде набора кадров, причем каждый кадр обрабатывают как изображение, а каждое изображение представляют в виде набора неперекрывающихся блоков размером 2×4 цветных пикселя, каждый из которых состоит из трех 10-битных значений, и при этом каждый такой блок в результате компрессии представляется битовым пакетом с наперед заданным фиксированным количеством бит, меньшим чем количество бит, необходимых для хранения исходного блока в несжатом виде.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что старшие восемь битов каждой компоненты цветных пикселей обрабатываемого кадра рассматривают и обрабатывают как блоки размером 2×4 пикселя.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что старшие восемь битов каждой компоненты цветных пикселей обрабатываемого кадра рассматривают и обрабатывают как блоки размером 2×4 пикселя, каждый из которых в свою очередь представляется как два подблока размером 2×2 пикселя.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что обработку каждого из подблоков размером 2×2 пикселя осуществляют оптимальным методом, выбранным независимо из совокупности методов обработки подблока 2×2 по результатам оценки погрешности кодирования данного блока.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что в процессе обработки каждого блока размером 2×4 пикселя осуществляют кодирование всеми доступными в конкретном случае способами и затем выбирают способ кодирования, дающий минимальную погрешность, причем выбор осуществляют путем сравнения погрешности кодирования оптимальным способом блока размером 2×4 пикселей с совокупной погрешностью этого блока, представленного как два подблока размером 2×2 пикселя.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что в блоке 2×4 выявляют подблоки 2×2, которые соответствуют относительно регулярной структуре, т.е. принадлежащей преимущественно фону и нерегулярной структуре, т.е. принадлежащей преимущественно естественному изображению, причем операция выявления заключается в выполнении операций по следующим этапам:
- находят блок с регулярной структурой путем определения шаблонных значений для левого и правого подблока 2×2, определения ошибок, вызванных кодированием левого и правого подблока 2×2 с регулярной структурой, сравнения шаблонных значений и выбора блока с преимущественно регулярной структурой, при этом шаблонные значения структуры в двух цветах вычисляют по следующим формулам:


где C0(k), C1(k) - шаблонные значения для левого подблока 2×2 (k=0) и правого подблока (k=1);
- ошибки BlE(k), вызванные кодированием левого и правого подблоков 2×2 с регулярной структурой, вычисляют по формуле:

затем номер подблока, который будет закодирован с использованием шаблонного кодирования, помещают в исходящий сжатый поток с последующим сохранением шаблонных значений; значения пикселей незакодированного подблока кодируются посредством усечения младших двух битов.

8. Способ по п.3, отличающийся тем, что кодирование блоков осуществляют параллельно тремя подспособами, а именно:
- подспособом, основанным на последовательном сдвиге цвета и состоящим из следующих этапов:
- интенсивность по каждому цветовому каналу для каждого пикселя блока кодируют тремя или четырьмя битами, вычисляемыми по следующим формулам:



где if обозначает условную операцию ЕСЛИ, else обозначает условную операцию ИНАЧЕ, которая логически связана с использованной выше операцией if, индекс i обозначает ось ординат, j обозначает ось абсцисс, I - значение пикселя исходного блока, С - битовый код, кодирующий соответствующий пиксель, при этом процедура декодирования пикселей, закодированных таким образом, описывается следующими формулами (здесь D - декодированный пиксель):



- подспособом кодирования, основанным на усреднении с частичным огрублением двух подблоков 2×2 в пределах блока 2×4, при котором кодовые величины вычисляют согласно следующим формулам:



при этом декодирование выполняют в соответствии со следующими формулами:



- подспособом кодирования, основанным на частичной реконструкции одного из цветовых каналов по двум другим, пиксели которых кодируют путем усечения нескольких младших битов; в частности красный и зеленый канал кодируют согласно формулам:


и два крайних пикселя синего канала, которые не могут быть реконструированы из красного и зеленого каналов, кодируют согласно следующим формулам:
, ,
причем процедура декодирования реализуется в соответствии с выражениями:





после применения к обрабатываемому блоку 2×4 описанных выше трех подспособов определяют подспособ, обеспечивающий минимальную ошибку, и его номер передают в первых двух битах сжатого потока.

9. Способ по п.3, отличающийся тем, что при обработке блоков с неравномерной интегральной насыщенностью цветовых каналов используют метод доминирующего цвета, заключающийся в том, что выполняют анализ четырех ситуаций, а именно проверяют, какой из каналов является доминирующим: яркостный канал, красный канал, зеленый канал или синий канал, причем в качестве указателя номера доминирующего цвета используют 2-битный индекс, и значения пикселей доминирующего цвета передают без искажений 8-битными значениями, тогда как значения двух оставшихся каналов кодируют посредством усреднения в пределах каждого из каналов и передачи каждого такого среднего значения 8-битной величиной.

10. Способ по п.3, отличающийся тем, что при обработке блоков 2×4 выполняют формирование цветовой палитры, причем все три цветовых канала обрабатывают одновременно и независимо, при этом для каждого подблока 2×2 формируют свою двухцветную палитру любым из известных способов, при этом предпочтительный способ заключается в разделении исходных значений четырех пикселей подблока 2×2 на две группы относительно среднего и расчете средних значений в пределах каждой группы, которые затем рассматриваются как цвета палитры, и применяют один из трех режимов кодирования, а именно режим дифференциального кодирования палитр, режим дифференциального кодирования цветов в пределах палитры или явное квантование цветов, для чего вначале оценивают возможность использования режима дифференциального кодирования палитр с помощью проверки первого логического условия:
InterCondition≡(-2≤C00-С10<2)∧(-1≤C01-С11≤2),
где (C00, C01) - цвета первой палитры, относящейся к левому подблоку 2×2, (С10, С11) - цвета второй палитры, относящейся к правому подблоку 2×2, с учетом того, что предпочтительно использовать предварительную обработку цветов каждой из палитр, которая заключается в проверке того, что только одна палитра из двух имеет равные цвета, и в этом случае замене одного из них на цвет из другой палитры, который является наиболее удаленным в смысле абсолютного значения от значений равных цветов, при этом, если первое логическое условие соблюдается, то цвета первой палитры передаются без потерь, в то время как цвета второй палитры кодируются как поправки к цветам из первой палитры, исходя из следующих действий:
- вычисляют два индекса, значения которых преобразуют в числа больше либо равные нулю согласно выражениям:
TIdx-y=С00-С10+2, где диапазон индекса: [0…3],
TIdx-x=C01-C11+1, где диапазон индекса: [0…3];
- преобразуют рассчитанные индексы в 4-битную обобщенную разностную величину (CDVal) с использованием таблицы, описывающей совместное распределение индексов TIdx-x/TIdx-y:

при этом последующее декодирование индексов TIdx-x/TIdx-y выполняют на основе двух дополнительных таблиц:

а восстановление значении разностей выполняют на основе формул:
C00-C10=TIdx-y-2 с новым диапазоном: [-2…2],
C01-C11=TIdx-x-1 с новым диапазоном: [-1…2];
в случае, если первое логическое условие не выполнено, производится отмена замены цветов, если оно было осуществлено, и затем цвета в каждой палитре переупорядочиваются таким образом, что первый по порядку следования цвет в каждой из палитр соответствует первому (левому-верхнему) пикселю в пределах соответствующего подблока 2×2, после чего осуществляется проверка второго логического условия дифференциального кодирования цветов для каждой из палитр, заключающаяся в анализе абсолютной разности значений цветов в каждой из палитр, и если условие для рассматриваемой палитры верно, кодировании первого цвета без потерь, а второго цвета в виде 2-битной поправки к первому цвету; в противном случае значение каждого цвета кодируется путем усечения младших трех разрядов, при этом восстановление усеченных бит осуществляется бинарным значением 100b; в заключении формируется карта цветов, которая может состоять из 3-х записей или 4-х записей, при этом карта цветов, состоящая из 3-х записей означает, что первый по порядку следования цвет соответствует первому пикселю в подблоке, при этом, в целях обеспечения заданного битового бюджета, карту цветов из 4-х записей предпочтительнее использовать для режима дифференциального кодирования палитр.

11. Способ по п.3, отличающийся тем, что при обработке блоков для областей цветного изображения, в которых присутствует комбинация комплексных и относительно равномерных участков в пределах одного цветового канала, или в пределах одного обрабатываемого подблока, используют два подспособа: U1 и U2, обеспечивающие возможность компактного представления исходного блока 2×4 и оптимизированные под возможные комбинации комплексных и относительно равномерных участков изображения, при этом на основе расчета ошибок приближения исходного блока обоими подспособами выбирают оптимальный подспособ, обеспечивающий наименьшую ошибку, причем подспособ U1 применяют в отношении каждого подблока 2×2, входящего в состав исходного блока 2×4, в случае, когда один из трех цветовых каналов подблока 2×2 пригоден для кодирования средним значением, в то время как два оставшихся канала кодируют с использованием Non-Separable Wavelet (NSW) преобразования и процедуры Fixed Quantization via Table (FQvT); подспособ U2 применяют в отношении блока 2×4 в пределах одного цветового канала в случае, когда один подблок 2×2 в пределах рассматриваемого канала пригоден для кодирования средним, в то время как другой подблок 2×2 в пределах рассматриваемого канала может быть эффективно закодирован с использованием NSW преобразования и процедуры FQvT.

12. Способ по п.3, отличающийся тем, что при обработке блоков используют способ кодирования, заключающийся в том, что исходный блок 2×4 рассматривают как совокупность двух подблоков 2×2, каждый из которых рассматривают как набор из четырех значений А, В, С, D, и применяют преобразование Адамара к каждому из подблоков с последующей
процедурой кодирования FQvT, при этом преобразование описывается следующими формулами:
прямое преобразование:

обратное преобразование:

при этом оставшиеся компоненты S, dH, dV кодируют следующим образом:
- S компонента кодируют 6-битным значением путем усечения двух младших разрядов, а восстановление осуществляют двоичным значением 10b;
- {dH, dV} компоненты квантуют путем поиска наилучшего квантователя и наилучшего уровня восстановления в пределах квантователя,
причем для каждого квантователя, входящего во множество из восьми квантователей, определяют наилучший уровень восстановления компонент {dH, dV}, исходя из минимизации модуля разности между уровнем восстановления и значением соответствующей компоненты; ошибку кодирования {dH, dV} компонент каким-либо квантователем рассчитывают путем суммирования модуля разницы соответствующего уровня восстановления и значения каждой из компонент, которая является минимальной среди всех возможных в пределах данного квантователя; затем определяют квантователь, который обеспечивает минимальную ошибку кодирования, применяя нижеприведенную таблицу квантования, оптимизированную для квантования {dH, dV} компонент:

при этом каждый подблок 2×2 в пределах одного цветового канала кодируют с использованием шести битов для кодирования среднего, 3-битного номера квантователя и двух 3-битных индексов для кодирования оптимальных уровней восстановления dH, dV компонент.

13. Способ по п.4, отличающийся тем, что при обработке каждый подблок 2×2 рассматривают как набор из четырех значений А, В, С, D, к которым применяют NSW-преобразование, получая четыре значения: {А, В, С, D}→{s, h, v, d} согласно следующим формулам:

h=A-B
v=A-C B=A-h
d=A-D C=A-v
DA-d

где s означает среднее значение четырех пикселей, h, v, d - простейшие градиенты в направлениях: горизонталь, вертикаль, диагональ, при этом каждый подблок 2×2 кодируют в среднем 15 битами, причем кодирование величины s осуществляют с использованием простого равномерного квантования с точностью в среднем 6 битов; квантование набора разностных величин {h, v, d} осуществляют путем построения набора фиксированных квантователей, при этом каждый квантователь относится к изображению с определенной структурой и состоит из более чем одного значения, являющегося уровнем восстановления квантованного значения, а процесс квантования заключается в следующем: выявление подходящего квантователя среди набора квантователей для {h, v, d} для одного цвета, а затем нахождение для каждой разности соответствующего уровня восстановления, при этом налагаются следующие ограничения: набор квантователей состоит из восьми квантователей, каждый из которых имеет четыре значения: два положительных и симметрично два отрицательных, которые выполняют функции уровней восстановления в соответствии с таблицей:

при этом процесс кодирования разностных величин {h, v, d} включает в себя следующие операции:
- определение номера квантователя N из набора квантователей, три величины которого являются наилучшим приближением для {h, v, d};
- определение индексов уровней восстановления для {h, v, d} в квантователе с номером N.

14. Способ по п.4, отличающийся тем, что при обработке подблоков 2×2 применяют преобразование NSW и оптимизированную таблицу квантования

при этом используют дополнительные семь подрежимов кодирования в отношении подблоков с вертикальными/горизонтальными или диагональными преимущественными направлениями, а также однородными участками в пределах блока размером 2×2, причем способ кодирования определяется субпрефиксом переменной длины (VL), который указывает, какой тип кодирования используется

где Н структура означает, что для кодирования подблока 2×2 используют две "опорные точки" А, С, каждую из которых кодируют семью битами, выполняя простое усечение младшего разряда, причем усеченный младший разряд восстанавливают нулевым значением; V структура означает, что для кодирования подблока 2×2 используют две "опорные точки" А, В, каждую из которых кодируют семью битами, выполняя простое усечение младшего разряда, причем усеченный младший разряд восстанавливают нулевым значением; D структура означает, что для кодирования подблока 2×2 используют две "опорные точки" А, В, каждую из которых кодируют шестью битами, выполняя простое усечение двух младших разрядов, причем усеченные младшие разряды восстанавливают бинарным значением 10b, при этом младший из усеченных разрядов восстанавливается значением 0, в то время как старший усеченный разряд восстанавливается значением 1; опорные точки А, В используют для восстановления точек С, D следующим способом: D=A, C=B; режим среднего значения используют для кодирования всех пикселей А, В, С, D средним значением, получая однородный блок, а среднее значение занимает восемь битов; режим "h/v/d величина близка к нулю" используют, если после NSW преобразования одна из (h, v, d) близка к нулю, при этом префиксы выбирают на основе следующих соответствий: 100|А-В|~0; 101|А-С|~0; 110:|A-D\~0,
при этом в каждом случае только две разностные величины подвергают квантованию:
h=0; {v, d}→{Квантователь N, Iv, Id}
v=0; {h, d}→{Квантователь N, Ih, Id}
d=0; {h, v}→{Квантователь N, Ih, Iv}, а величина s кодируется 6, 7 или 8 битами; при этом процесс кодирования подблока включает в себя следующие этапы: подблок размером 2×2 кодируют с помощью структуры H; далее подблок размером 2×2 кодируют с помощью структуры V; затем подблок размером 2×2 кодируют соответственно с помощью структуры D и среднего значения с последующим вычислением погрешностей, вызванных соответствующими способами кодирования подблока, после чего выполняют NSW преобразование и среди модулей разностных величин (h, v, d) определяют наименьшее значение, затем две ненулевые разностные величины кодируют методом FQvT с помощью таблицы

и процесса квантования, описанного выше, затем определяют 20 количество свободных битов путем изначального задания количества свободных битов равным 0, анализа номера выбранного квантователя, и если он оказался равным 1, последовательного сравнения с 0 индексов уровней восстановления для каждой из двух ненулевых разностных величин и увеличения на 1 количества свободных битов в случае равенства индекса уровня восстановления в каждом из двух сравнений и, исходя из этого, кодирования величины s с точностью шесть, семь или восемь битов в соответствии с таблицей:

затем оценивают погрешность, вызванную кодированием подблока 2×2 с помощью метода FQvT, и среди полученных пяти погрешностей выбирают наименьшую, и соответствующий субпрефикс вводят в битовый поток перед сжатыми данными.

15. Способ по п.4, отличающийся тем, что при обработке блоков применяют преобразование NSW ко всем цветовым каналам одновременно с последующим групповым кодированием разностных величин из трех цветовых каналов совместно в соответствии с таблицей оптимизированного набора квантователей:

причем для всего набора разностных величин из подблока 2×2: {hR, hG, hB, vR, vG, vB, dR, dG, dB} выбирают один общий квантователь и каждую из разностных величин кодируют посредством 3-битового значения таким образом, что в целом девять разностей занимают: 9×3=27 битов, при этом индекс квантователя кодируют тремя битами, что в итоге дает (27+3)=30 битов, а каждую величину из {sR, sG, sB} кодируют в пять битов путем усечения трех младших разрядов, причем восстановление усеченных разрядов осуществляют через бинарное значение 100b таким образом, что два младших усеченных разряда восстанавливаются 0 значением, а старший из усеченных восстанавливается 1 значением, при этом оптимальное визуальное качество обеспечивают за счет использования заранее определенных весов, отражающих различное восприятие наблюдателем красного, зеленого и синего цветов, которые учитывают при вычислении погрешности Е, порожденной процедурой FQvT для {hR, hG, hB, vR, vG, vB, dR, dG, dB}, выражающейся следующим образом:

где ΔhC, ΔvC, ΔdC обозначают ошибку приближения h/v/d разностных величин после FQvT процедуры в цветовом канале С; Wc - весовые коэффициенты, отражающие относительную видимость каждого из цветовых каналов С∈{R, G, В} для человека.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что оценку погрешности Е выполняют путем расчета суммы взвешенных максимальных ошибок кодирования h/v/d разностных величин:

17. Способ по п.3, отличающийся тем, что при обработке блоков расщепляют исходный блок 2×4 на 4 микроблока меньшего размера с размерами 1×2 пикселей, при этом каждый микроблок 1×2 состоит из двух пространственных пикселей А и В, каждый пространственный пиксель состоит из трех цветовых компонент R,G,B; для каждого микроблока определяют доминирующий канал и затем осуществляют передачу значений пикселей в доминирующем канале путем кодирования соответствующих значений в шесть битов; неосновные каналы кодируют посредством передачи средних значений между двумя значениями для каждой пространственной позиции, при этом используют процедуру квантования и ограничения, заключающуюся в том, что интенсивности пикселей доминирующего канала сохраняют во временных переменных D1/D2 и в зависимости от того, какие каналы признаны неосновными, вычисляют определенные средние значения, при этом усреднение производят между двумя неосновными каналами в каждой пространственной позиции, затем временные переменные, которые хранят значения доминантного канала, кодируют 6-битными значениями путем усечения двух младших разрядов, причем последующее восстановление усеченных разрядов осуществляют двоичным значением 10b; усредненные значения неосновных каналов сначала ограничивают по верхнему порогу, равному 63, затем ограниченные значения квантуют усечением трех младших разрядов, причем восстановление усеченных разрядов осуществляют двоичным значением 100b, и с каждым микроблоком 1×2 передают дополнительную информацию, указывающую 2-битный номер доминирующего канала.

18. Способ по п.4, отличающийся тем, что при обработке подблока 2×2 для воспроизведения участков с малыми разностными величинами во всех трех цветовых каналах в пределах подблока 2×2 применяют альтернативную процедуру кодирования среднего, а именно: кодируют величину s с использованием пять битов следующим образом:
- берут младшие шесть битов восьмибитового представления величины s;
- из них старшие пять битов рассматривают как кодовое представление величины s;
при декодировании младший разряд декодированной величины s восстанавливают нулевым значением; при этом передачу незначительных изменений интенсивностей обеспечивают за счет применения следующей таблицы квантования:

19. Способ по п.3, отличающийся тем, что каждый обрабатываемый блок 2×4 рассматривают как составленный из пикселей, каждый из которых представлен тремя цветовыми компонентами, каждая из которых изначально представлена 10-битным значением, и в результате компрессии блок кодируют 100 битами, представляющими собой элементарный сжатый пакет, который состоит в свою очередь из Variable Length Encoding Header (VLEH), сжатых битов, битов, представляющих информацию о младших разрядах в компактном виде, и возможных дополняющих битов, при этом сводную информацию о возможных методах кодирования, о количестве сжатых битов, о количестве битов, требуемых для кодирования младших разрядов, о длине VLEH и значений битов, входящих в него, а также о количестве дополняющих битов, представляют в виде следующей таблицы:

где идентификацию использованного метода осуществляют одной или двумя буквами, причем в последнем случае расшифровка метода осуществляется следующим образом: первая буква соответствует методу, кодирующему левый подблок 2×2, вторая буква соответствует методу, кодирующему правый подблок 2×2, одна буква соответствует способу, кодирующему блок 2×4, при этом каждый заголовок VLEH занимает от 1 до 10 битов; номер бита, указанный в таблице, означает порядок, в котором соответствующий бит помещается/извлекается из битового потока.

20. Способ по п.1, отличающийся тем, что при выборе оптимального метода кодирования для текущего обрабатываемого блока 2×4 осуществляют проверку эффективности способа оценки искажений, основанного на Взвешенном Квадратичном Макс-Макс Критерии (WSMMC) и заключающегося в следующем:
- рассчитывают взвешенный квадрат максимума попиксельного отклонения между исходным и закодированным блоком по всем трем цветовым каналам:

- рассчитывают сумму величин, определенных на первом шаге:

- рассчитывают максимум среди величин, определенных на первом шаге:
ММах=Max[MaxSqR, MaxSqG, MaxSqB]
- рассчитывают сумму величин, полученных на втором и третьем шагах: WSMMC=SMax + Mmax,
затем складывают WSMMC-значения, рассчитанные для обоих подблоков 2×2, при этом выбор оптимального метода кодирования сводят к выполнению следующих этапов:
- левый и правый подблоки, входящие в состав одного блока 2×4, кодируют раздельно пятью известными методами: N, Р, С, S, Е-методами и после сжатия каждого подблока одним из пяти известных методов N, Р, С, S, Е выполняют расчет ошибки согласно одному из заявляемых способов, а также осуществляют формирование промежуточных битовых потоков;
- для каждого из двух подблоков определяют метод, дающий минимальную ошибку;
- на основе результатов предыдущего этапа для блока 2×4, состоящего из двух подблоков 2×2, определяют наилучшую комбинацию методов N, Р, С, S, Е, обеспечивающую минимальную комбинационную ошибку кодирования блока 2×4 в виде двух подблоков 2×2;
- весь исходный блок 2×4 обрабатывают каждым из семи способов D, О, М, F, L, U, Н, которые оптимизированы для сжатия блока 2×4, при этом после кодирования блока любым из указанных способов рассчитывают ошибку кодирования согласно одному из заявляемых здесь способов;
- вычисляют минимальную ошибку среди ошибок, вызванных применением семи заявляемых здесь способов D, О, М, F, L, U, Н к исходному блоку 2×4;
- вычисляют минимальную ошибку, на основании чего определяют оптимальный способ кодирования, обеспечивающий минимальную ошибку.

21. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют кодирование младших разрядов (LSB) в отношении двух младших разрядов исходных десятибитных значений пикселей в пределах обрабатываемого блока 2×4 по одному или нескольким цветовым каналам.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что выполняют 3-битное кодирование, заключающееся в том, что для каждого цвета выполняют расчет огрубленного среднего значения младших разрядов в пределах блока 2×4:

где Ic(х, у) - исходное десятибитное значение пикселя в цветовом канале С в позиции (х, у); mLSBC состоит из одного бита, описывающего огрубленное среднее младших разрядов, при этом огрубленные средние по всем трем цветовым каналам в совокупности образуют 3-битное число, являющееся закодированной информацией о младших разрядах в пределах блока 2×4.

23. Способ по п.21, отличающийся тем, что выполняют 4-битное кодирование, заключающееся в том, что для зеленого канала используют более точное представление младших разрядов за счет раздельного кодирования младших битов левого и правого подблоков:

при этом огрубленные средние по красному и синему каналу в совокупности с двумя битами, описывающими огрубленные средние значения младших разрядов двух подблоков, в зеленом канале в совокупности составляют четырехбитное значение, являющееся закодированной информацией о младших разрядах в пределах блока 2×4.

24. Способ по п.20, отличающийся тем, что выполняют 5-битное кодирование, заключающееся в том, что для красного и зеленого канала используют более точное представление младших разрядов за счет раздельного кодирования младших битов левого и правого подблоков:




при этом огрубленное однобитовое среднее по синему каналу в совокупности с двумя битами, описывающими огрубленные средние значения младших разрядов двух подблоков в красном канале и двух битов, описывающих огрубленные средние значения младших разрядов двух подблоков в зеленом канале в совокупности составляют 5-битное значение, являющееся закодированной информацией о младших разрядах в пределах блока 2×4.

25. Способ по п.20, отличающийся тем, что выполняют 6-битное кодирование, заключающееся в том, что для каждого цветового канала используют два бита для представления огрубленной информации о средних значениях младших разрядов подблоков в пределах исходного блока 2×4:


при этом 6-битное значение, являющееся закодированной информацией о младших разрядах в пределах блока 2×4, формируют путем объединения трех двухбитных значений, соответствующих огрубленной информации о среднем значении младших разрядов, и восстановление соответствующих частей двух младших битовых плоскостей основано на получении одного или двух битов по каждому цветовому каналу и формировании среднего значения для двух битовых плоскостей по всему блоку 2×4 или формировании двух средних значений для двух битовых плоскостей в пределах левого и правого подблоков 2×2, причем среднее значение (Middle Value) рассчитывают согласно формуле:



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке мультимедийного сигнала, в частности к способу видеокодирования и видеодекодирования кадров переключения каналов (CSF) для разрешения захвата и ресинхронизации видеопотока.

Изобретение относится к цифровому кодированию видео и, в частности, к кодированию с переменной длиной (VLC) коэффициентов преобразования в расширенных уровнях схемы масштабируемого кодирования видео (SVC).

Изобретение относится к области кодирования и декодирования видеосигнала, в частности к способу и устройству для масштабируемого кодирования и декодирования видеосигнала.

Изобретение относится к кодированию видео и, более конкретно, к способам адаптации скорости кодирования видео к состояниям обратной линии связи. .

Изобретение относится к кодированию цифрового видео и, более конкретно, к кодированию длин серий коэффициентов преобразования на уровнях расширения в схеме масштабируемого кодирования (SVC) видео.

Изобретение относится к обработке изображений и, в частности, к адаптивному основанному на контексте кодированию с переменной длиной (CAVLC) для кодирования уровня улучшения с крупной гранулярной масштабируемостью (CGS) при масштабируемом кодировании видеосигнала (SVC).

Изобретение относится к кодированию и декодированию видеосигналов и, в частности, к способами и устройствам взвешенного прогнозирования для масштабируемого кодирования и декодирования видеосигналов.

Изобретение относится к области кодирования цифрового видео и, в частности, к кодированию, хранению и передаче масштабируемого видео. .

Изобретение относится к кодированию цифрового видео, а более конкретно к кодированию переменной длины (VLC) структур кодированных блоков (СВР), используемых для того, чтобы кодировать видео.

Изобретение относится к цифровому кодированию видео и, более конкретно, кодированию с переменной длиной (VLC) коэффициентов преобразования в уровнях расширения схемы масштабируемого кодирования видео (SVC).

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для цифрового телевещания параллельно двух телеканалов на одной несущей частоте. .

Изобретение относится к системам кодирования/декодирования цифровых сигналов изображения, используемых для технологии кодирования и сжатия изображений или технологии передачи данных сжатых изображений.

Изобретение относится к системам кодирования/декодирования сжатого изображения с использованием ортогонального преобразования и прогнозирования/компенсации движения на основе разрешающей способности компонентов цвета и цветового пространства входного сигнала изображения.

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для телевещания в формате HDTV. .

Изобретение относится к технике радиосвязи, может быть использовано для цифрового телевидения в отведенном для аналового телевидения диапазоне ДМВ. .

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для цифрового телевидения в диапазоне ДМВ. .

Изобретение относится к технике радиосвязи и может использоваться для телевещания в дециметровом диапазоне. .

Изобретение относится к сжатию сигналов с фиксированной запятой без введения смещения. .
Наверх