Способ аппаратного сжатия цифрового изображения для съемочной аппаратуры сканирующего типа

Изобретение относится к области обработки изображения. Технический результат - увеличение скорости сжатия цифрового изображения. Способ сжатия цифрового изображения заключается в том, что задают значение требуемого числа бит при сжатии, значения весовых коэффициентов для различных частотных диапазонов, построчно накапливают полные кадры цифрового изображения и передают их на вход модуля сжатия для многоуровневого преобразования цифрового сигнала кадра посредством многократного применения одномерного дискретного вейвлет-преобразования с получением набора коэффициентов вейвлет-преобразования в разных частотных диапазонах, осуществляют скалярное квантование коэффициентов вейвлет-преобразования, получают сжатое изображение путем побитового арифметического кодирования квантованных коэффициентов, причем применение одномерного дискретного вейвлет-преобразования осуществляют в два прохода, скалярное квантование коэффициентов вейвлет-преобразования производят с учетом определяемых коэффициентов квантования, подсчитывают число бит в сжатом цифровом изображении кадра, рассчитывают коэффициент потерь текущего кадра и передают для скалярного квантования следующего кадра изображения. 5 ил.

 

Изобретение относится к области обработки изображения, в частности, к способам сжатия цифрового изображения, и может быть использовано в съемочной аппаратуре сканирующего типа космических аппаратов (КА), предназначенных для дистанционного зондирования Земли.

В связи с разработкой цифровых технологий передачи и обработки изображений, видеосигналов, а также с применением в аппаратах дистанционного зондирования поверхности Земли продольных ПЗС-сканеров, требующих большого количества (несколько десятков тысяч) фоточувствительных датчиков, считывающих сигналы одновременно, встает вопрос хранения и предварительного сжатия цифровых видеоизображений на борту КА.

Известен способ аппаратного сжатия цифрового изображения в съемочной аппаратуре КА Pleiades-HR [1], основанный на функции вейвлет-преобразования и разработанный в международном стандарте JPEG2000 [2], который по сущности наиболее близок к предлагаемому изобретению и выбран нами в качества прототипа.

В этом способе сжатия цифрового изображения задают значение требуемого числа бит при сжатии S0, значения весовых коэффициентов γb для различных частотных диапазонов и сохраняют их в буфере, построчно накапливают в буфере кадры изображения и поочередно передают полные кадры изображения на вход модуля сжатия. Преобразовывают цифровой сигнал кадра посредством многоуровневого дискретного вейвлет-преобразования по методу Маллата. На каждом уровне за первый проход одновременно преобразуют строки кадра с получением высокочастотных (Н) и низкочастотных (L) коэффициентов вейвлет-преобразования, за второй проход преобразуют столбцы кадра с получением высокочастотных (Н) и низкочастотных (L) коэффициентов вейвлет-преобразования. На последующих уровнях преобразованию подвергаются только низкочастотные (L) коэффициенты вейвлет-преобразования.

В частности, для выполнения 4-уровневого вейвлет-преобразования необходимо совершить 8 проходов с промежуточным сохранением всех результатов и в результате получить 13 наборов вейвлет-коэффициентов при разной частоте (фиг. 1).

После осуществляют скалярное квантование полученных коэффициентов вейвлет-преобразования, используя значения коэффициентов квантования ki для разных частотных диапазонов, с получением квантованных коэффициентов. Коэффициенты квантования ki определяются заданными значениями требуемого числа бит при сжатии S0 и значениями весовых коэффициентов γb для различных частотных диапазонов. Для всех кадров информации значения коэффициентов квантования ki постоянны.

Далее квантованные вейвлет-коэффициенты подвергают бит-ориентированному арифметическому кодированию и получают сжатое изображение в виде битового потока.

Полученный битовый поток анализируют, сортируют в порядке убывания значимости бит, после чего на выход модуля сжатия передают S0 наиболее значимых бит.

Способ позволяет производить сжатие потока цифровой информации со скоростью 25 мегапикселей в секунду и сжимать изображения разрядности 11-12 бит с коэффициентами сжатия 2-20 с потерями с удовлетворительным качеством декодированного изображения и ~ 2 - без потерь.

Недостатком данного способа сжатия является низкая скорость сжатия из-за использования большого количества проходов при вейвлет-преобразовании, необходимости промежуточного сохранения большого объема обрабатываемых данных, а так же из-за наличия трудоемкой и длительной операции анализа и сортировки информации.

Задача изобретения состоит в увеличении скорости сжатия цифрового изображения при сохранении высоких значений коэффициентов сжатия и удовлетворительного качества декодированного изображения.

Для решения поставленной задачи предложен способ аппаратного сжатия цифрового изображения для съемочной аппаратуры сканирующего типа заключающийся в том, что задают значение требуемого числа бит при сжатии S0, значения весовых коэффициентов γb для различных частотных диапазонов и сохраняют их в буфере, там же построчно накапливают полные кадры цифрового изображения и поочередно передают их на вход модуля сжатия для многоуровневого преобразования цифрового сигнала кадра посредством многократного применения одномерного дискретного вейвлет-преобразования с получением набора коэффициентов вейвлет-преобразования в разных частотных диапазонах, далее осуществляют скалярное квантование коэффициентов вейвлет-преобразования с получением квантованных коэффициентов, путем побитового арифметического кодирования квантованных коэффициентов получают сжатое изображение в виде битового потока, в отличие от прототипа, дополнительно задают значение коэффициента потерь Q0 и сохраняют его в буфере, многократное применение одномерного дискретного вейвлет-преобразования осуществляют в два прохода: за первый проход производят все уровни преобразования по строкам кадра изображения, за второй проход производят все уровни преобразования по столбцам кадра изображения, скалярное квантование коэффициентов вейвлет-преобразования производят с учетом коэффициентов квантования ki, определяемых из соотношения , где Qi - коэффициент потерь, i - порядковый номер кадра, i=1…n, подсчитывают число бит в сжатом цифровом изображении кадра, рассчитывают коэффициент потерь текущего кадра , рассчитанные значения Qi передают для скалярного квантования следующего кадра изображения.

Выполнение в предложенном способе многоуровневого преобразования цифрового сигнала кадра посредством многократного применения одномерного дискретного вейвлет-преобразования в два прохода: за первый проход производят все уровни преобразования по строкам кадра изображения, за второй проход производят все уровни преобразования по столбцам кадра изображения, позволило сократить количество проходов обработки изображения кадра и увеличить скорость сжатия цифрового изображения.

Используя число бит Si, полученное при обработке кадра, получают коэффициент потерь текущего кадра Qi, который учитывают при скалярном квантовании последующего кадра, что позволяет исключить трудоемкую, длительную операцию анализа и сортировки битового потока, и приводит к увеличению скорости сжатия изображения при сохранении высоких значений коэффициента сжатия и качества декодированного изображения.

На фиг. 1 представлено 4-уровневое дискретное вейвлет-преобразование Маллата. На фиг. 2 приведена блок-схема модуля сжатия. На фиг. 3 приведена схема первого прохода 4-уровневого дискретного вейвлет-преобразования (над строкой изображения). На фиг. 4 показано 4-уровневое дискретное вейвлет-преобразование, используемое в способе аппаратного сжатия цифрового изображения для съемочной аппаратуры сканирующего типа. На фиг. 5 представлена таблица весовых коэффициентов γb для разных частотных диапазонов.

Предложенный способ реализован следующим образом: задают значения требуемого числа бит при сжатии S0, весовых коэффициентов γb для различных частотных диапазонов, коэффициент потерь Q0 и сохраняют их в буфере. Также в буфере построчно накапливают кадры изображения, а потом поочередно передают их и все сохраненные значения S0, γb, Q0 коэффициентов на вход модуля сжатия 1 (фиг. 2).

Многоуровневое преобразование цифрового сигнала кадра выполняют в преобразователе 2 посредством многократного применения одномерного дискретного вейвлет-преобразования (1D_DWT) в два прохода. За первый проход проводят все уровни дискретного вейвлет-преобразования по строкам (см. фиг. 3) с получением для каждого уровня высокочастотных (Н) и низкочастотных (L) коэффициентов вейвлет-преобразования. На первом уровне обрабатывают весь кадр изображения, на последующий уровнях - только низкочастотные (L) коэффициенты вейвлет-преобразования. За второй проход производят все аналогичные уровни преобразования по столбцам кадра изображения.

В частности, для выполнения 4-уровневого дискретного вейвлет-преобразования необходимо совершить всего 2 прохода с одним промежуточным сохранением результатов и получить 25 наборов вейвлет-коэффициентов при разной частоте (фиг. 4).

Далее в квантователе 3 (фиг. 2) осуществляют скалярное квантование полученных коэффициентов вейвлет-преобразования с учетом коэффициентов квантования, определяемых из соотношения , где γb - весовые коэффициенты для различных частотных диапазонов, Qi - коэффициент потерь, i - порядковый номер кадра, i=1…n, .

В кодировщике 4 путем побитового арифметического кодирования квантованных вейвлет-коэффициентов получают сжатое изображение в виде битового потока, который подается на выход модуля сжатия 1 и на калькулятор 5, где подсчитывают число бит Si в сжатом цифровом изображении кадра, рассчитывают коэффициент потерь Qi текущего кадра , где Qi-1 - значение коэффициента потерь для предыдущего кадра, Si - число бит полученное после сжатия текущего кадра информации, S0 - требуемое число бит при сжатии кадра информации.

Рассчитанное значение коэффициента потерь Qi текущего кадра передают в квантователь 3 для скалярного квантования следующего кадра изображения.

Таким образом, учитывая изменение коэффициента потерь Qi, обеспечивается равенство среднего числа бит Si, заданному числу бит S0.

Восстановление изображения (декодирование) производят в обратном порядке.

Данный способ аппаратного сжатия цифрового изображения для съемочной аппаратуры сканирующего типа позволил сжимать поток цифровой информации со скоростью ПО мегапикселей в секунду, что в ~ 4раза превышает данные прототипа, а также сжимать изображения разрядности 11-12 бит с коэффициентами сжатия от 2 до 20-ти с потерями с удовлетворительным качеством восстановленного изображения и ~ 2 без потерь, при этом наилучшее качество наблюдается при коэффициентах сжатия до 10.

Источники информации

1. Bormin Huang, Satellite Data Compression, Springer New York Dordrecht Heidelberg, Лондон, 2011, p. 33-45.

2. Taubman D. S. and Marcellin M. W., JPEG 2000: Fundamentals, Standards and Practice. Kluwer Academic Publishers, Boston, 2002.

Способ аппаратного сжатия цифрового изображения для съемочной аппаратуры сканирующего типа заключается в том, что задают значение требуемого числа бит при сжатии S0, значения весовых коэффициентов γb для различных частотных диапазонов и сохраняют их в буфере, там же построчно накапливают полные кадры цифрового изображения и поочередно передают их на вход модуля сжатия для многоуровневого преобразования цифрового сигнала кадра посредством многократного применения одномерного дискретного вейвлет-преобразования с получением набора коэффициентов вейвлет-преобразования в разных частотных диапазонах, далее осуществляют скалярное квантование коэффициентов вейвлет-преобразования с получением квантованных коэффициентов, путем побитового арифметического кодирования квантованных коэффициентов получают сжатое изображение в виде битового потока, отличающийся тем, что дополнительно задают значение коэффициента потерь Q0 и сохраняют его в буфере, многократное применение одномерного дискретного вейвлет-преобразования осуществляют в два прохода: за первый проход производят все уровни преобразования по строкам кадра изображения, за второй проход производят все уровни преобразования по столбцам кадра изображения, скалярное квантование коэффициентов вейвлет-преобразования производят с учетом коэффициентов квантования ki, определяемых из соотношения kib⋅Qi-1, где Qi - коэффициент потерь, i - порядковый номер кадра, i=1…n, подсчитывают число бит Si в сжатом цифровом изображении кадра, рассчитывают коэффициент потерь текущего кадра , рассчитанные значения Qi передают для скалярного квантования следующего кадра изображения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системе беспроводной связи, и более конкретно, к способу каналообразования в полосе свободного диапазона частот и устройству для него. Техническим результатом является эффективное задание канала для беспроводной локальной сети (WLAN) в полосе свободного диапазона частот.

Изобретение относится к области технологии Интернета, в частности к способу и устройству для обеспечения выбора эпизода видеоматериала. Техническим результатом является обеспечение более простого и удобного выбора эпизода видеоматериала, тем самым улучшая бесперебойность просмотра.

Изобретение относится к передаче широковещательных сигналов изображения высокой четкости (HD). Техническим результатом является собственно создание устройства передачи/приема широковещательных сигналов.

Изобретение относится к оконечному устройству клиента, серверу передачи в системе телевидение по Интернет протоколу (IPTV). Техническим результатом является предоставление множества разного содержания, которое может быть воспроизведено в телевизионном приемнике, для того чтобы сделать качество услуги среди провайдеров услуги более однородным.

Изобретение относится к адаптивной потоковой передаче в среде с несколькими путями передачи. Техническим результатом является улучшение эффективности потоковой передачи мультимедийного контента.

Изобретение относится к видео декодированию, и в частности к определению набора опорных картинок (RPS), которые используются в предсказывающем декодировании текущей картинки (изображения).

Изобретение относится к способу и устройству кодирования/декодирования изображений. Техническим результатом является обеспечение высокоэффективного кодирования/декодирования матриц квантования посредством введения однонаправленного способа сканирования, такого как горизонтальное/вертикальное сканирование при кодировании матриц квантования.

Изобретение относится к системам связи и передачи данных и, в частности, к потоковой передаче мультимедийных данных. Техническим результатом является переключение без стыков потока мультимедийных данных с широковещательной на одноадресную передачу.

Изобретение относится к кодированию с предсказанием с использованием компенсации движения. Техническим результатом является более точное предсказание на основе эффективной интерполяции изображений.

Изобретение относится к области кодирования/декодирования видеоданных. Технический результат – повышение эффективности кодирования и декодирования видеоданных.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении качества восстановленного изображения. Устройство для декодирования видео содержит процессор, который сконфигурирован для получения из битового потока информации о способе определения группы пикселей, подлежащих компенсации, и, когда вышеуказанная информация получена, получения значения компенсации из битового потока; когда определена группа пикселей, подлежащих компенсации, согласно полосам на основании информации о способе определения группы пикселей, подлежащих компенсации, применения значения компенсации к пикселю, соответствующему полосе, среди пикселей текущего блока; и когда определена группа пикселей, подлежащих компенсации, согласно уровням граничного значения, на основании информации о способе определения группы пикселей, подлежащих компенсации, применения значения компенсации к пикселю, соответствующему уровню граничного значения, среди пикселей текущего блока, причем полоса является одной из множества полос, причем множество полос генерируется посредством разбиения общего диапазона значений пикселей одного или более пикселей в текущем блоке. 22 ил., 2 табл.

Группа изобретений относится к технологиям арифметического кодирования/декодирования данных. Техническим результатом является повышение эффективности арифметического кодирования/декодирования данных. Предложено устройство арифметического декодирования, которое декодирует закодированные данные для каждой из единичных областей целевого изображения. Устройство содержит модуль выведения индекса контекста, модуль декодирования синтаксиса. Модуль выведения индекса контекста сконфигурирован для вывода индексов контекста флагов присутствия/отсутствия коэффициента преобразования, указывающих, является ли коэффициент преобразования равным 0, для каждой из единичных областей. Модуль декодирования синтаксиса сконфигурирован для арифметического декодирования флагов присутствия/отсутствия коэффициента преобразования на основании состояния вероятности, обозначенного выведенными индексами контекста. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 103 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в уменьшении визуальных артефактов для некоторых трудных для кодирования видов контента. Способ кодирования, выполняемый кодером, осуществляет кодирование упомянутым кодером по меньшей мере одного слайса в по меньшей мере одном изображении видеопотока путем использования меньшего максимального размера преобразования для единиц интра-кодирования в интер-кодируемом слайсе по сравнению с максимальным размером преобразования для единиц интра-кодирования в интра-кодируемом слайсе и/или максимальным размером преобразования для единиц интер-кодирования. 9 н. и 30 з.п. ф-лы, 33 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологиям кодирования/декодирования видеосигнала. Техническим результатом является повышение эффективности декодирования видеосигнала. Предложен способ декодирования видеосигнала. Способ содержит этап, на котором осуществляют выполнение энтропийного декодирования битового потока, причем из битового потока определяют остаточный пиксел, относящийся к текущему блоку. Далее согласно способу выполняют внутрикадровое предсказание текущего блока на основании прилегающих к текущему блоку пикселов. А также определяют восстановленный пиксел текущего блока на основании остаточного пиксела и предсказываемого пиксела, определенного в результате внутрикадрового предсказания. При этом предсказываемый пиксел текущего блока получают, используя прилегающий сверху к текущему блоку пиксел и вариацию, относящуюся к прилегающим пикселам. 2 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологиям кодирования/декодирования видеосигнала. Техническим результатом является повышение эффективности декодирования видеосигнала. Предложен способ декодирования видеосигнала. Способ содержит этап, на котором выполняют энтропийное декодирование битового потока, при этом из битового потока определяют остаточный пиксел, относящийся к текущему блоку. Далее, согласно способу, определяют опорные пикселы на основании прилегающих к текущему блоку пикселов и выполняют внутрикадровое предсказание текущего блока на основании опорных пикселов. А также определяют восстановленный пиксел текущего блока на основании остаточного пиксела и предсказываемого пиксела, определенного в результате внутрикадрового предсказания. При этом, если прилегающие пикселы включают недоступный пиксел, не используемый для внутрикадрового предсказания, то недоступный пиксел заменяют пикселом, прилегающим к недоступному пикселу. 2 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологиям кодирования/декодирования видеосигнала. Техническим результатом является повышение эффективности декодирования видеосигнала. Предложен способ декодирования видеосигнала. Способ содержит этап, на котором выполняют энтропийное декодирование битового потока, причем из битового потока определяют коэффициент квантования, относящийся к текущему блоку. Далее, согласно способу определяют коэффициент преобразования путем выполнения обратного квантования коэффициента квантования. А также определяют остаточный пиксел текущего блока путем выполнения обратного преобразования коэффициента преобразования. Осуществляют выполнение внутрикадрового предсказания текущего блока на основании прилегающих к текущему блоку пикселов. 2 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологиям кодирования/декодирования видеосигнала. Техническим результатом является повышение эффективности декодирования видеосигнала. Предложен способ декодирования видеосигнала. Способ содержит этап, на котором выполняют энтропийное декодирование битового потока, при этом из битового потока определяют коэффициент квантования, относящийся к текущему блоку. Далее, согласно способу, получают коэффициент преобразования путем выполнения обратного квантования коэффициента квантования. Далее получают остаточный пиксел текущего блока путем выполнения обратного преобразования коэффициента преобразования. А также выполняют внутрикадровое предсказание текущего блока на основании прилегающих к текущему блоку пикселов. 2 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологиям кодирования/декодирования видеосигнала. Техническим результатом является повышение эффективности декодирования видеосигнала. Предложен способ декодирования видеосигнала. Способ содержит этап, на котором выполняют энтропийное декодирование битового потока, при этом из битового потока определяют коэффициент квантования, относящийся к текущему блоку. Далее, согласно способу, получают коэффициент преобразования путем выполнения обратного квантования коэффициента квантования. А также получают остаточный пиксел текущего блока путем выполнения обратного преобразования коэффициента преобразования. Выполняют внутрикадровое предсказание текущего блока на основании прилегающих к текущему блоку пикселов. Определяют восстановленный пиксел текущего блока на основании предсказываемого пиксела, определенного посредством внутрикадрового предсказания, и остаточного пиксела. 2 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области декодирования движущихся изображений. Технический результат - создание эффективной технологии декодирования движущегося изображения, позволяющей обеспечивать высокую эффективность параллельной обработки данных предсказания с компенсацией движения при одновременном выполнении предсказания с компенсацией движения на множестве смежных блоков предсказания. Устройство декодирования движущегося изображения, адаптированное к декодированию блока декодирования, состоящего из не менее чем одного блока предсказания, содержит блок декодирования, выполненный с возможностью декодирования индекса определения кандидата из битового потока, в котором индекс для определения кандидата с информацией о движении со слиянием, используемого в блоке предсказания, являющемся объектом декодирования, кодирован в качестве индекса определения кандидата; блок генерирования кандидатов с информацией о движении со слиянием, выполненный с возможностью извлечения множества кандидатов с информацией о движении со слиянием, совместно используемых для всех блоков предсказания в блоке декодирования, осуществляемого в случае, когда информация, указывающая на извлечение или неизвлечение кандидата с информацией о движении со слиянием, совместно используемого для всех блоков предсказания в блоке декодирования, является информацией, указывающей на извлечение кандидата с информацией о движении со слиянием, совместно используемого для всех блоков предсказания в блоке декодирования; и блок выбора информации о движении со слиянием, выполненный с возможностью выбора одного кандидата с информацией о движении со слиянием из множества кандидатов с информацией о движении со слиянием и использования выбранного кандидата с информацией о движении со слиянием в блоке предсказания, являющемся объектом декодирования, причем блок генерирования кандидатов с информацией о движении со слиянием извлекает множество кандидатов с информацией о движении со слиянием на основе размера и положения блока предсказания, являющегося объектом декодирования, в случае, когда информация, указывающая на извлечение или неизвлечение кандидата с информацией о движении со слиянием, совместно используемого для всех блоков предсказания в блоке декодирования, является информацией, указывающей на неизвлечение кандидата с информацией о движении со слиянием, совместно используемого для всех блоков предсказания в блоке декодирования. 3 н.п. ф-лы, 36 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении устойчивости к ошибкам. Способ для декодирования видеоданных содержит определение значения элемента синтаксиса, которое сигнализирует, присутствуют ли параметры задержки удаления из буфера кодированных картинок (СРВ) уровня суб-картинок в сообщениях дополнительной информации расширения (SEI) тактирования картинок; независимо от значения переменной выведение времени прибытия в СРВ для единицы доступа (AU) и номинального времени удаления для AU на уровне AU, при этом СРВ работает на уровне AU, когда значением упомянутой переменной является 0, и СРВ работает на уровне суб-картинок, когда значением упомянутой переменной является 1; установку номинального времени удаления единицы декодирования (DU) на основе вышеуказанного элемента синтаксиса; на основе того, что упомянутая переменная равна 1 и либо low_delay_hrd_flag равен 0, либо номинальное время удаления DU больше или равно конечному времени прибытия в СРВ единицы декодирования (DU), установку времени удаления из СРВ единицы декодирования (DU) равным номинальному времени удаления DU; и во время удаления из СРВ единицы декодирования (DU) декодирование DU. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 16 ил., 4 табл.

Изобретение относится к области обработки изображения. Технический результат - увеличение скорости сжатия цифрового изображения. Способ сжатия цифрового изображения заключается в том, что задают значение требуемого числа бит при сжатии, значения весовых коэффициентов для различных частотных диапазонов, построчно накапливают полные кадры цифрового изображения и передают их на вход модуля сжатия для многоуровневого преобразования цифрового сигнала кадра посредством многократного применения одномерного дискретного вейвлет-преобразования с получением набора коэффициентов вейвлет-преобразования в разных частотных диапазонах, осуществляют скалярное квантование коэффициентов вейвлет-преобразования, получают сжатое изображение путем побитового арифметического кодирования квантованных коэффициентов, причем применение одномерного дискретного вейвлет-преобразования осуществляют в два прохода, скалярное квантование коэффициентов вейвлет-преобразования производят с учетом определяемых коэффициентов квантования, подсчитывают число бит в сжатом цифровом изображении кадра, рассчитывают коэффициент потерь текущего кадра и передают для скалярного квантования следующего кадра изображения. 5 ил.

Наверх