УДК 519.68:681.3

Современные информационные технологии/3. Программное обеспечение

Гулак Н. К., Здоров О.Ю., Калатур О.В.

Національний авіаційний університет (НАУ)

Скорочення надмірності в трансформованих зображеннях методом позиційного нерівновагового кодування

Вступ

Найбільш повна інформація доставляється на основі відео й графіки. Обсяги відео-потоків для сучасних систем формування й знімання інформації змінюються в межах від десятків Мбіт до сотні Гбіт. Звідси частка відео-інформаційного потоку займає до 90% від загального потоку інформації оброблюваної, переданої й аналізованої в інформаційних системах (ІС).

Один з напрямків підвищення ефективності функціонування інформаційних систем та оперативності доведення інформації до споживача полягає в скороченні обсягів відеоданих за рахунок інтегрування в інформаційні системи технологій компресії зображень, тобто скорочення обсягів оброблюваних і переданих даних.

Постановка задачі

Метою статті є обґрунтування підходів щодо скорочення надмірності в трансформованих зображеннях, що базується на кодуванні бітових плоскостей, сформованих для двійкового подання компонентів трансформант.

Обґрунтування підходу щодо скорочення надмірності в трансформованих зображеннях

Процес стиску полягає в проведенні комплексної обробки, що складає із двох основних технологічних етапів.

Етап 1 - підготовчий етап. Даний етап виконується для одержання проміжної структури подання вихідних відеоданих, що забезпечує потенційну можливість для:

- скорочення психовізуальної надмірності з урахуванням регулювання рівня якості відновлюваних зображень;

- реалізації декількох технологій кодування, що дозволяють стиснути трансформанти без внесення втрат.

Перший вид перетворення складається у зміні колірного простору зображення. Вихідне зображення представляється в машинному виді триколірною моделлю RGB (червона, зелена й синя колірні складові).

У випадку стиску із втратами якості відновлених відеоданих вихідне зображення описується кольорово-відмінною моделлю YCrCb [73].

У режимі компресії без внесення втрати, якості зображення з RGB опису переводиться в колірний простір YUV [52].

Другий етап технології стиску відеоданих пов'язаний з побудовою методів кодування, що забезпечують скорочення надмірності в трансформантах дискретного косинусного перетворення. Дискретне косинусне перетворення використає укрупнену по всьому блоку статистику даних, а значить і інтегровану взаємну кореляцію. Коефіцієнт взаємної кореляції буде близький до 0,9. Це дозволяє для широкого класу зображень одержувати трансформанти dct з наступними властивостями: компоненти трансформанти з більшими значеннями сконцентровані у відносно малій області трансформанти, навпаки компоненти з мінімальними значеннями займають більшу площу трансформанти.

Двійкові подання компонентів трансформант містять зони нульових елементів. Причому, розміщення й довжина нульових зон залежить від координати відповідного компонента у трансформанті. Для компонентів, що відповідають низькочастотним складовим, нульові зони розміщаються в середині й наприкінці двійкового подання. Навпаки для високочастотних компонентів характерне розміщення нульових зон на початку двійкового подання.

Для виключення надмірності в трансформанті dct-перетворення на основі використання такої її особливості пропонується здійснювати нерівномірне кодування компонентів. Для цього використовуються стратегії реалізації нерівномірного бітового розподілу компонент трансформант.

Технологія компресії трансформованих зображень на базі методу нерівновагового позиціонованого кодування має наступні етапи (рис. 1):

Рис.1. Структурно-аналітична модель реалізації методу нерівновагового позиціонованого кодування трансформант

1. Формування бітового представлення трансформант дискретного косинусного перетворення.

2. Знаходження довжин двійкових серій у напрямі бітових площин.

3. Побудова массиву довжин двійкових серій. Заповнення массиву ДДС проводиться у міру обчислення довжин двійкових серій у напрямі стовпчиків. Для знаходження розмірів масивів використовуються співвідношення:

4. Для побудованого масиву довжин двійкових серій проводиться обчислення компонентів f_i основ нерівновагового позиціонованого числа.

5. Обчислення значення коду для НРПЧ.

Для інтеграції нерівновагого позиційного кодування (НРПК) довжин двійкових серій, виявлених на бітових площинах, у технологію компресії трансформованих зображень необхідно:

- забезпечити узгодження між вимогами, пропонованими до НРПК для збільшення ступеня стиску, мінімізації часу обробки, і особливостями БПТ дискретного косинусного перетворення;

- врахувати особливості процесу обчислення значення коду нерівновагого позиційного числа (НРПЧ) при побудові кодових конструкцій стислого подання зображення для забезпечення: виключення випадків, що приводять до переповнення машинного слова; мінімізації кодової надмірності; скорочення кількості двійкових розрядів на кодове подання службових даних, формованих при обчисленні кодів НРПЧ;

- виявити можливості і організувати процес компактного представлення службових даних, що утворюються для технології обробки трансформованих зображень, на основі нерівновагого позиційного кодування.

Висновки

· Нерівноваге позиційне кодування послідовності довжин двійкових серій має потенційні можливості для забезпечення ступеня стиску бітового подання компонент трансформант для довільного їх змісту. Ступінь стиску бітового подання компонент трансформант збільшується у випадку підвищення значень довжин двійкових серій.

· Додаткове підвищення ступеня стиску при використанні НРПК двійкових даних можливе за рахунок додаткового збільшення середньої довжини двійкової серії.

Література

1. Королев А.В. Метод быстрого восстановления двоичных данных // Системи обробки iнформацiї. — Харкiв: НАНУ, ПАНМ, ХВУ. — 2002. — Вип. 4(20). —С. 25—29.

2. Жихарев В.Я., Луханин М.И., Чумаченко И.В. Алгебраические методы проектирования устройств сжатия информации // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. — 2000. — С. 73 — 76.

3. Юдін О.К., Гулак Н.К. Технологія стиснення трансформованих потоків даних. Защита информации: сборник научных трудов НАУ. – Киев: НАУ – 2009. Вып.16. – С. 224-227