Устройство кодирования параметров элементов изображения и устройство декодирования параметров элементов изображения

(51)5 С 06 Г 15/62 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Бюпс кодще И 4 М 2 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(72) Норман Денни Ричардс (СВ) (53) 681,326 (088.8)(56) Патент США4425588, кл. Н 04 Н 5/91, опублик. 1984. (54) УСТРОЙСТВО КОДИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЕКОДИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для реализации систем визуального отображения данных с сокращением изб точности хранящейся информации о параметрах элементов изображения. Цель изобретения - сокращение избыточности кодирующих данных. Устройство кодирования параметров изображения с помощью блока 10 формирования элемен тов изображения объе та передачи 11 формирует матрицу М 1 из 720 к 560 значений параметров элементов иэображений, например, составляющих яркости - У и цветности - П, Ч, Значения матрицы М 1 фильтруются в блоке 12 фильтрации нижних частот в значения матрицы М 2. В блоке 13 вычисления разности определяются разностные значения матрицы МЗ путем поэлементного вычитания значений матрицы М 2 и значений матрицы М 1. Эти значения кодируются во втором блоке 14 кодирования и могут быть записаны на запоминающей среде 17, Кроме того, значения матрицы М 2 прореживаются в блоке 16 децимационной фильтрации в значения с 2е матрицы М 4 из 360 х 270 элементов, которые кодируются в первом блоке 15ирования для записи на запоминаюй среде 17, в качестве которой может быть использован оптический компакт-диск. Для восстановления записанной информации используется устройство декодирования параметров элементов изображения, в котором разностные значения восстанавливаются во втором блоке декодирования, а ко1581230 дированпые значения матрицы М 4 могутбыть использованы непосредственно(в случае применения дисплея с нормальным разрешением) либо после восстановления в последовательно включенных первом блоке декодирования и блокеинтерполяционной фильтрации и сумИзобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для реализации систем визуального отображения данных с сокращением избыточности хранящейся информации о параметрах элементов изображе"ния.Цель изобретения - сокращение избыточности кодирующих данных.На фиг,1 и 2 приведена последовательность этапов способа кодированияи декодирования соответственно, накоторых основана реализация устройстве 25на фиг.З и 4 - блок-схемы устройствкодирования и декодирования параметров элементов иэображения соответственно; на фиг.5 - схема системы отображения данных при использовании ЭОустройства декодирования,Способ кодирования (фиг.1) состоит из этапа 1 фильтрации нижнихчастот, этапа 2 децимационной фильтрации, этапа 3 определения разности,этапа 4 первого кодирования и этапа5 второго кодирования.Способ декодирования (фиг,2) состоит из этапов 6 и 7 второго и первого декодирования соответственно, эта Опа 8 интерполяционной фильтрации и. этапа 9 объединения или дополнения.Устройство кодирования параметров элементов изображения (фиг,З).содержиТ блок 10 формирования элементов изображения объекта передачи 11,блок 12 фильтрации нижних частот,блок 13 вычисления разности, второйблок 14 кодирования, первый блок15 кодирования и блок 16 децимационной фильтрации. Кодированные данныео параметрах элементов изображениязапоминаются на запоминающей среде 17.Устройство декодирования параметров элементов изображения (фиг,4)содержит первый 18 и второй 19 блоки декодирования, блок 20 интерполяционнойфильтрации, блок 21 суммирования иблок 22 кодирования, Восстановленное мирования в блоке суммирования свосстановленными разностными значениями. Полученные значения параметров после дельта-ИКМ кодирования вблоке кодирования могут использоваться для дисплея с высоким разрешением. 2 с.п. ф-лы, 5 ил. изображение отображается на дисплее23. Цифрами у линий связи (фиг,З и 4)обозначена их разность.Система отображения данных (фиг.5)содержит видеогенератор 24, процессор 25, массовое запоминающее устройство 26, устройство 27 памяти программ, устройство 28 видеопамяти, клавиатуру 29, графический планшет 30,устройство 31 декодирования параметров элементов изображения, цифроаналоговые преобразователи 32-34, преобразователь 35 сигналов У,У,Ч (гдеЧ - составляющая яркости, 11, Ч - составляющие цветности) в сигналы К,Си В (где К, С, В - составляющие красного, зеленого и синего цветов соответственно), шину 36, таймер 37, формирующий сигналы синхронизации нашинах 38 и 39 синхронизации, декодирующее устройство 40, системную шину 41 и устройство 42 визуальногоотображения,При кодировании параметров элементов изображения (фиг,1) информацияв форме первой матрицы М 1 из 720 х 560значений параметров элементов изображения (Н 1), соответствующая дисплеюс повышенной разрешающей способностьюна этапе 1 фильтрации нижних частотпреобразуется во вторую матрицу М 2из 720560 значений параметров элементов изображения (1.0), которыепредставляют изображение относительно пониженной разрешающей способностив сравнении со значениями параметровэлементов изображения исходной (первой) матрицы М 1.На этапе 2 децимационной фильтрации производится прореживание отсчетов матрицы М 2 путем выборки толькокаждого второго значения параметровэлементов иэображения матрицы М 1,как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. В результатеполучается четвертая матрица М 4 пониженной плотности элементов иэображе 1581230ния из 360280 значений параметровэлементов изображения (НО),На этапе 3 определения разностиформируется третья матрица МЗ путем5вычисления разности значений параметров элементов иэображения матриц М 1и М 2 для каждого значения. Полученнаяматрица МЗ из 720560 разностных значений параметров элементов иэображения (01) на этапе 4 первого кодирования преобразуется в первый набор результирующих цифровых данных И)01,При этом на этапе 4 значения 01 квантуются и статистически кодируются.В случае необходимости может бытьпредусмотрен этап 5 второго кодирования значений Ю матрицы М 4 во вто-.рой набор результирующих цифровыхданных 8002, Информация, полученная 20на этапе 2, соответствует дисплеюс нормальной разрешающей способностью.Значения параметров элементов изображения на всех этапах кодирования могут быть представлены в виде импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) сигналов.Первый и второй наборы данных КРР 1 иИЮ 2 могут быть зафиксированы на подходящей запоминающей среде для хранения информации БМ, 30 При декодировании наборов данных Ю 01 и К 002 (фиг,2) в значения параметров элементов исходного изображения на этапе 7 первого декодирования первый набор цифровых данных35 ИЮ 1, считанный из запоминающей среды БМ, преобразуется в первую восстановленную матрицу МЗ из 720 д 560 раз- ностных значений параметров элемен тов изображения (Р 1), Второй набор данных ВРР 2, считанный из запоминающей среды ЯМ, при необходимости декодируется на этапе 6 второго декодирования в матрицу М 4 из 360"280 значе 45 агний параметров элементов изображения (ИО) и на этапе 8 интерполяционной фильтрации преобразуется во вторую восстановленную матрицу М 2 из 720 560 значений параметров элементов изображения (1.0). Эти две вос/становленные матрицы М 2 и МЗ на этапе 9 объединения или дополнения образуют восстановленную матрицу М 1 из - 720560 значений параметров элементов изображения (Н 1). Восстановленная матрица М 1 и матрица М 4 могут быть использованы для воспроизведения соответственно с высокой и низкой раэрешающими способностями начальногоизображения,В качестве этапа 4 первого кодиро-.вания эффективно использование многоуровневого и статистического кодирования на основе рассмотренных критериев. Когда используется тольконесколько уровней кодирования (например, три) для разностных величин вматрице МЗ, на этапе 7 первого декодирования для повышения точностивоспроизводимого изображения должнопроводиться различие между кодированными значениями для крутых и плавныхпереходов. Этого можно достичь се-.лективным введением для крутых переходов в код разностной величины постоянного весового коэффициента, который будет давать декодированное значение, "растянутое" в сравнении сдекодированным значением, полученнымот идентичнбго кода, но без весовогокоэффициента, и используемым для аппроксимации меньшего разностного значения,В качестве этапа 5 второго кодирования может использоваться дельтакодирование, обеспечивающее информацию относительно скорости изменениязначений параметров элементов изображения матрицы М 4, Эта информация может использоваться для введения значений весового коэффициента для крутых переходов разностных значений(пунктирная линия КС/С, фиг.1). Наэтапе 7 первого декодирования весовые коэффициенты могут быть учтеныза счет использования информациио крутизне переходов на этапе 8 интерполяционной фильтрации.Устройство кодирования (фиг,З)работает следующим образом,Блок 10 формирования элементовизображения образует отсчеты изображения в качестве информации в формеэлементов изображения в матрице М 1из 720 х 560 дискретных значений элементов изображения. Каждое из этихзначений элементов иэображения представляется в значениях трех параметров, представленных Зх 8-бит кодамиИКМ, использующими 7117-кодирование.Каждая матрица значений параметровэлементов изображения составляетсяиз трех дискретных субматриц - одной,относительно каждого из значений параметров элементов изображения У,11 и Ч, Это кодировачие дает несжатыенатуральные изображения, 8 битов вглубину для 256 цветов так, что приЗс 8 битах на элемент изображениядолжно требоваться приблизительно325 кбит емкости памяти для полноэкранного изображения без перемежения(650 кбит требуется для чересстрочного изображения). Устройство кодирования уплотняет данные и дает значи-тельную экономию этой емкости памятибез какого-либо серьезного ухудшениякачества изображения.Значения параметров 7, П и Чфильтруются в блоке 12 Фильтрациинижних частот, в результате чего формируется матрица М 2 из 720 к 560 дискретных значений параметров элементовизображения с более низкой разрешающей способностью, представленныхЗх 8 бит кодами ИКМ.Полученные на выходе блока 12 значения параметров У,Г иЧ элементовизображения подаются на блок 13 вычисления разности, где поэлементно 25вычитаются из значений параметров7, Б и Ч от блока 10 формированияэлементов изображения. В результатевычитания значений параметров матрицМ 1 и М 2 на выходе блока 13 формируются значения параметров матрицы МЗиз 720560 разностных значений параметров У , Б " и Ч ф элементов изображения, представленных Зх 8 бит кодамиИКМ. Разностные значения параметровУ, 11 д иЧ" элементов изображения матрицы МЗ в блоке 14 кодирования квантуются с небольшим числом уровней квантования, включающих и нулевой уровень, и статистически кодируются либо соответствующим многоразряднымкодом, либо кодом с ограниченнойдлиной для нулевых разностных значений, Полученчые на выходе блока 14кодированные значения параметров 4571, Б,1 и Ч 1 запоминаются на запоминающей среде 17,Кроме того, значения параметровУ, Б и Ч с выхода блока 12 фильтрации нижних частот поступают на блок16 децимационной фильтрации, в котором происходит прореживание отсчетовматрицы М 2 путем выборки только каждого второго значения параметровэлементов изображения из матрицы М 2,как по горизонтали, так и по вертикали. В результате формируется матрица М 4 из 360280 значений параметров У , П и Ч элементов изобю,ю О ражения, представленных Зф 8 бит кодами ИКМ. Значения параметров Уц, Пц и Чц кодируются блоком 15 кодирования в дельта-ИКМ код, а полученные значения У, Б и Ч запоминаются на запоминающей среде 17, Эта запоминающая среда 17 может представлять собой носитель оптической записи, т,е, компактный диск (РЬ 11 рз ТесЬп 1- са 1 Кеч 1 еч. - Чо 1 шпе 40 1982, 11 6), который служит в качестве постоянного запоминающего устройства, чтобы обеспечить постоянное хранение цифровых данных. Эти цифровые данные мог." ли бы дополнительно формироваться другим Форматом, подходящим средством изменения формата, перед запоминанием, чтобы делать их совместимыми с требованиями памяти для компактных дисков. Это изменение формата может представлять собой блочное или непрерывное (сверточное) кодирование, как по отдельности, так и в совокупности, используя, например, коды Рида/Соломона, чтобы реализовать детектирование ошибок и коррекцию запоминаемых цифровых данных.При необходимости выстановления изображения, хранящегося на запоминающей среде 17, используется устройство декодирования (фиг,4), в котором кодированные значения параметров У , Б, Ч г и УС 1, Б, Ч 1 декодируются в первом и втором блоках 18 и 19 деко 6( дирования в значения параметров У, соответственно. Значения параметров У, , О, и Чф матрицы М 4 восстанав 1ливаются в блоке 20 интерполяционной . фильтрации в значения восстановленной матрицы М 2 из 720560 значений параметров элементов изображения и в блоке 21 суммирования суммируются с значениями параметров У , П, и Ч, мати и й рицы МЗ восстановленных значений параметров изображения, На выходе блока 21 Формируется восстановленная матрица М 1 из 720 х 560 значений параметров У П и Ч элементов изображения. Из этих значений параметров могут быть получены с помощью блока 22 кодирования дельта-ИКМ коды этих значений, которые предназначены для дисплея 23 с высокой разрешающей способностью, 1581230 1 ОДля дисплея с нормальной разрешающей способностью из 360 ф 280 элементов изображения возможно непосредственное использование значений параметров Т , Б и Ч считанных с за 5. гпоминающей среды 17.Используемые способы кодирования/декодирования изображения основанына известной теории ТЬе 1.ар 1 асапРугаппй аз а Сошрас 1 шапе Соде.1 ЕЕЕ Тгапзасгдопз оп Сопппипсаопз,Чо 1. СОМ, 94, 1983,Публикация "РЬ 11 рз ТесЬп 1 са 1Кечдеч", .Чо 1 цте 40,1982, М 6 даетчетыре статьи по вопросу компактныхдисков.В описании предполагалось, чтозначения параметров элементов изображения У, Б и Ч кодировались и декодировались идентично. Однако, так каксоставляющие сигнала цветнасти 11 и Чимеют меньшую информативность, чемяркостная составляющая У, эти составляющие сигнала цветнссти Б и Ч 25могут на практике выбираться при половинной частоте отсчета от той, скоторой производится выборка яркостной составляющей У. В качестве следст- -вия матрицы для составляющих сигнала цветности Б и Ч должны иметь половинную разрешающую способность погоризонтали в сравнении с матрицамидля яркостной составляюшей У. В качестве другой альтернативы составля 35ющие сигнала цветности Б и Ч могутзапомниться непосредственно (послеизменения формата)на запоминающейсреде 17 для хранения информации сиспользованием, в случае необходимости, только дельта-кодирования, итолько яркостная составляющая У кодируется в качестве комбинации матрицы значений У с низкой разрешающейспособностью и матрицы значений, представляющих разность между значениямиУ этого сигнала и значениями У с низкой разрешающей способностью.Система отображения данных (фиг,5)показывает пример использования устройства 31 декодирования параметровэлементов изображения. Цифровыеданные, которые считываются из массового запоминающего устройства 26на компакт-дисках под управлениемпроцессора 25, расформатируются, декодируются устройством 31 и затемзаписываются в дельта-ИКМ форме вустройство 28 видеопамяти, Из устройства 28 данные при помощи видеогенератора 24 отображаются на устройстве 42 визуального отображения.Способ кодирования мажет повторяться, чтобы получать один или более дополнительных уровней уплотнения данных, в силу чего далее уменьшать количество данных, которые должны запоминаться для изображения, и, таким образом, далее сокращать время загрузки, требуемое, чтобы считывать данные из запоминающей среды для хранения информации и записывать их в запоминающее устройство дисплея,Формула и з о б р е т ения1. Устройство кодирования параметров элементов иэображения, содержащее последовательно соединенные блок фильтрации нижних частот и блок децимационной фильтрации, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью сокращения избыточности кодирующих данных, в него введены блок формирования элементов изображения, блок вычисления разности, первый информационный вход которого и информационньп вход блока фильтрации нижних частот соединены с выходом блока формирования элементов изображения, выход блока фильтрации нижних частот соединен с вторым информационным входом блока вычисления разности, первый и второй блоки кодирования, информационные входы которых соединены с выходом блока децимационной фильтрации и блока вычисления разности соответственно, а выходы являются первым и вторым информационными выходами устройства соответственно,12. Устройство декодирования параметров элементов изображения, содержащее блок интерполяционной фильтрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения избыточности кодирующих данных, в него введены первый и второй блоки декодирования, информационные входы которых являются первым и вторым информационными входами устройства соответственно, блок суммирования, первый и второй информационные входы которого соединены с выходами блока интерполяционной фильтрации и второго блока декодирования соответственно, выход первого12 11 1581230 Яо(НЦ блока декодирования соединен с информационным входом блока интерполяционной фильтрации, блок кодирования, информационный вход которого соединен с выходом блока суммированияа выход является выходом устройства.оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,агарина, 10 аказ 2026 Тираж 567НИИПИ Государственного комитета113035, Москва,Подписноезобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР Раушская наб., д, 4/5