Сжатие телевизионных изображений методом слоев



Скачать 70.67 Kb.
Дата21.10.2016
Размер70.67 Kb.
УДК 681.32+621.397+621.391.1
СЖАТИЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ МЕТОДОМ СЛОЕВ
Т.А.Протасова, асп.
Разработка эффективных методов сжатия различных сигналов и, прежде всего, изображений, является в настоящее время достаточно важной задачей и обусловлена бурным развитием потребностей во всех видах передачи, хранения и обмена видеоинформации.

Актуальность проблемы сжатия различных сигналов стала еще более очевидной в связи с возникновением в последние 3-4 года нового научно-технического направления, получившего названия “мультимедиа”. Под этим термином понимается объединение и решение на базе компьютеров многообразных задач синтеза, анализа и передачи (обмена) речи, видеоизображений, дизайна, факса, графики и текста, алгоритмов и микропрограмм и многих других задач. Очевидно, что передача видеоизображений приводит к перегрузкам каналов связи, так как самый маленький телевизионный фильм состоит из сотен тысяч кадров, а каждый кадр из сотен тысяч и миллионов бит. Особенно большая нагрузка ложится на каналы связи при передаче телевизионных изображений в реальном масштабе времени.

Сегодня уже известно значительное число методов сжатия телевизионных и других видеосигналов. Однако несмотря на это, продолжается поиск новых методов сжатия видеоинформации.

Следует отметить, что все существующие методы и алгоритмы сжатия можно разделить на две группы [1]:

1 Сжатие с потерей информации. При этом невозможно достоверно восстановить всю исходную информацию.

2 Сжатие без потери информации.

В данной работе предлагается алгоритм сжатия телевизионных черно-белых полутоновых изображений на основе метода слоев. Этот метод относится ко второй группе методов в соответствии с предложенной классификацией.

Рассмотрим более подробно метод слоев и алгоритм сжатия на его основе.

Проведенный анализ многих объектов на основе учета статистических свойств распределения тонов в изображениях позволяет сделать следующий вывод, что обычно значение уровней градаций яркости находится в пределах до 16. Уменьшение числа уровней градаций приводит к ухудшению качества изображения за счет потери информативности. В то же время необоснованное увеличение числа уровней яркости приводит к резкому возрастанию объема памяти. Во многих случаях бывает достаточно два уровня.

Суть метода слоев состоит в преобразовании m-многозначных кодов уровней яркости в их n-разрядное двоичное представление, подсчете числа единиц в каждой из n двоичных последовательностей длины m, преобразовании их в сочетание, переходе от сочетания к многозначному биномиальному числу и затем нумерации этого биномиального числа.



Пример. Пусть строка содержит девять элементов изображения разной яркости, интенсивность которых представлена следующими многозначными кодами уровней яркости: 7, 11, 9, 0, 12, 3, 11, 7, значения которых не превышают 11. Необходимо разложить строку на слои, представленные двоичными кодовыми последовательностями.

Решение. Так как максимальное значение уровня яркости определяется числом 11, то количество возможных слоев определяется соотношением

.
Представим каждое число строки (уровень яркости) двоичным четырехразрядным кодом. Запишем полученные значения в n строк, соблюдая разрядность, т.е. в первую строку запишем старшие разряды, в n-ю - младшие. Получим следующие четыре строки:
0 1 1 0 0 1 0 1 0

1 0 0 1 0 1 0 0 1

1 1 0 1 0 0 1 1 1

1 1 1 1 0 0 1 1 1 .


Полученные слои с помощью рассмотренного далее алгоритма будут преобразованы в их сжатые отображения - номера.

Известные методы нумерации [2] осуществляют процедуру сжатия в течение одной процедуры. Однако эти методы сложны и трудно реализуемы аппаратно и при этом недостаточно универсальны.

Устранить эти недостатки можно путем использования структурных систем счисления, в частности, многозначной биномиальной системы счисления [3]. При использовании структурных систем счисления нумерация осуществляется в два этапа - сначала организовывается переход к числу в биномиальной системе счисления, а затем происходит переход от этого числа к его номеру.

Многозначная q-ичная биномиальная система счисления характеризуется тем, что:

а) ее диапазон и весовые значения разрядов задаются биномиальными коэффициентами;

б) максимальное число разрядов в биномиальных числах равно k;

в) количество r информационных разрядов для различных биномиальных чисел является переменным;

г) алфавит используемых цифр с учетом нуля содержит m-k цифр, где m - параметр системы счисления, влияющий на ее диапазон;

д) вес разряда зависит от его местоположения в числе, стоящей в нем цифры и предшествующих цифр;

е) содержит контрольное число q=m-k, превышение которого в биномиальном числе приводит к появлению в нем ошибки.

Числовая функция, представляющая многозначную биномиальную систему счисления, имеет следующий вид:
(1)
где , , ,

цифра (r-j)-го разряда, j=1,2,...,r.

Для представления двоичного кодового слова в виде биномиального числа необходимо в порядке возрастания записать адреса (номера разрядов) единиц в кодовых комбинациях. Полученная монотонно возрастающая последовательность представляет собой сочетание. Например, нумеруемому кодовому слову 011001010 соответствует сочетание 1367 при нумерации разрядов справа налево, начиная с нулевого.

Переход от сочетания к многозначному биномиальному числу организуется с помощью алгоритма, построенного на основе следующего утверждения.

Утверждение. Если есть сочетание, и если от каждой, кроме первой цифры сочетания отнять предыдущую при счете слева направо цифру сочетания и единицу, а первая цифра равна старшей цифре сочетания, то полученная цифра
(2)
является элементом последовательности, которая образует многозначное биномиальное число

Доказательство. В силу равномощности множеств многозначных чисел и сочетаний достаточно установить инъективность функции g, которая ставит в соответствие каждому сочетанию многозначное число a=g(b) по формуле (2). Рассмотрим два различных сочетания и и покажем, что тогда . Пусть - первый слева разряд, в котором эти сочетания различаются, то есть
, i=1,...,l-1, (3)
. (4)
Так как по определению (2), то из (3) и (4) вытекают цепочки соотношений:
,

,
которые влекут неравенство . Утверждение доказано.

Алгоритм преобразования сочетания в многозначное биномиальное число имеет следующий вид:

1 Старшая цифра многозначного биномиального числа равна первой цифре сочетания.

2 Вычисляется следующая цифра многозначного биномиального числа до тех пор, пока не будет получена младшая цифра многозначного биномиального числа.

Переход от многозначного биномиального числа к номеру осуществляется путем подстановки в (1) вместо их значений и вычисления количественного эквивалента биномиального числа в десятичной системе счисления.

Рассмотрим пример, иллюстрирующий данный способ сжатия дискретной информации.

Пример. Необходимо сжать первый из полученных слоев 011001010 путем нумерации.

Решение

1 Определяем длину последовательности m=9.

2 Подсчитываем в последовательности число единиц k=4.

3 Определяем параметр системы счисления q=m-k=9-4=5.

4 Представляем двоичное кодовое слово в виде сочетания: нумеруемому кодовому слову 011001010 соответствует сочетание 1367.

5 Переходим от сочетания к многозначному биномиальному числу. Согласно алгоритму:


; ;

;

.
Таким образом получено многозначное биномиальное число 1120.

6 Осуществим переход от биномиального числа к номеру. Для этого воспользуемся числовой функцией многозначной биномиальной системы счисления (1). При параметрах k=4, q=5 функция имеет вид



Подставим в формулу вместо цифр значения и вычислим количественный эквивалент биномиального числа в позиционной системе счисления. Таким образом при k=4, q=m-k=5 и ; ; ; количественные эквиваленты разрядов равны соответственно: ; ; ; .

Соответственно десятичный эквивалент многозначного биномиального числа 1120 равен . Для хранения полученного номера необходимо семь двоичных разрядов, следовательно, сжатие информации произошло на два разряда, и коэффициент сжатия в этом случае равен .

При сжатии коротких последовательностей коэффициент сжатия небольшой. Однако при сжатии телевизионных изображений метод слоев позволяет поднять эффективность сжатия в несколько раз.

Задача восстановления сжатой информации решается путем преобразования номера в биномиальное число, и затем осуществляется переход от биномиального кода к двоичному кодовому слову [4].

Таким образом, представленный метод сжатия телевизионных изображений и алгоритм на его основе позволяют путем нумерации эффективно сжимать полутоновые изображения, предварительно разложенные на двоичные последовательности. Такой подход позволяет в конечном итоге разрабатывать недорогие помехоустойчивые устройства кодирования.

SUMMARY
The compression algorithm for TV images based on the method of the layers is proposed. Given by separation binary sequences are transformed into combinations, then according to the developed algorithm the transition from the combinations to the multivalued binomial numbers is done, and after thase numbers are numbered.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Фомин А. Ф. Анализ методов и международных рекомендаций по сжатию изображений. Обзор. “Электросвязь”, N5, 1995.

2. Амелькин В. А. Методы нумерационного кодирования. Новосибирск: Наука, 1986. - 158с.

3. Борисенко А. А., Онанченко Е. Л., Кобяков А. Н. Системы счисления с биномиальным основанием/Вест. Сум.ун-та, 1994, N1.- С.96-101.

4. Онанченко Е. Л., Протасова Т. А. Преобразование позиционных кодов в биномиальные с многозначным алфавитом /Вест. Сум. Ун-та, 1995, N3.-С.63-66.


Поступила в редколлегию 9 июля 1996 г.
Каталог: bitstream -> 123456789
123456789 -> Ресурсное обеспечение экономического развития промышленных регионов в кризисных условиях
123456789 -> Аналого-цифровые преобразователи Общие сведения
123456789 -> Конспект лекций по учебной дисциплине «международное публичное право» тема 1 понятие, сущность и роль международного права в современных международ ны Х отношениях
123456789 -> Московский государственный
123456789 -> Беларусь молдова: взаимодействие в условиях перехода на новый уровень
123456789 -> Конспект лекций по курсу «История славянских народов: История России и Украины
123456789 -> Acceptor — акцептор access — доступ, подход; вход, лаз accessible
123456789 -> 1. Предмет прикладной климатологии Задачи науки Изучаемые явления и процессы
123456789 -> Тема 17. Паннельно-лучистое отопление 17 Характеристика и классификация панельно лучистого отопления
123456789 -> В. Н. Каразина конституционное право украины учебное пособие


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал