DE10230810B4 - Verfahren zur Komprimierung und Dekomprimierung von Bilddaten - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Komprimierung von Bilddaten, die aus einem Array einzelner Bildpunkte (Pixel) bestehen, wobei jedes Pixel (0–419) einen Pixelwert aufweist, der Farb- oder Helligkeitsinformation des Pixels beschreibt, mit den Schritten:
Ermitteln eines Prioritätswertes für jedes Pixel des Arrays durch Festlegen des verwendeten Pixels als Bezugspixel (P0) und Berechnen eines Pixeldifferenzwertes anhand des jeweiligen Pixelwerts des Bezugspixels (P0) in Bezug auf die Pixelwerte einer zuvor festgelegten Gruppe von benachbarten Pixel (P1–P4);
Zusammenfassen der für die Berechnung des Prioritätswertes hinzugezogenen Pixel (P0–P4) zu einer Pixelgruppe,
Sortieren der Pixelgruppen des Bildarrays anhand des Prioritätswertes des zugeordneten Bezugspixels (P0); und
Abspeichern und/oder Übertragen der Pixelgruppen entsprechend ihrer Priorität, wobei je nach dem angestrebten Kompressionsfaktor nur ein Teil der Pixelgruppen abgespeichert und/oder übertragen wird.
nach dem Patent DE 101 52 612 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Positionen der Pixelgruppen im Array durch Positionswerte bestimmt sind, diese mit den Pixelgruppen...

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Komprimierung von Bilddaten, die aus einem Array einzelner Bildpunkte (Pixel) bestehen, wobei jedes Pixel einen Pixelwert aufweist, der Farb- oder Helligkeitsinformation des Pixels beschreibt, gekennzeichnet durch die Schritte:
• a) Ermitteln eines Prioritätswertes für jedes Pixel des Arrays durch Festlegen des verwendeten Pixels als Bezugspixel (P0) und Berechnen eines Pixeldifferenzwertes anhand des jeweiligen Pixelwerts des Bezugspixels (P0) in Bezug auf die Pixelwerte einer zuvor festgelegten Gruppe von benachbarten Pixel (P1–P4);
• b) Zusammenfassen der für die Berechnung des Prioritätswertes hinzugezogenen Pixel (P0–P4) zu einer Pixelgruppe,
• c) Sortieren der Pixelgruppen des Bildarrays anhand des Prioritätswertes des zugeordneten Bezugspixels (P0); und
• d) Abspeichern und/oder Übertragen der Pixelgruppen entsprechend ihrer Priorität, wobei je nach dem angestrebten Kompressionsfaktor nur ein Teil der Pixelgruppen abgespeichert und/oder übertragen wird.
nach dem Hauptpatent DE 101 52 612 .
• Gleichermaßen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Dekomprimierung von Bilddaten, die mit dem entsprechenden Kompressionsverfahren komprimiert wurden,
  gekennzeichnet durch die Schritte:
• a) Generieren eines leeren Bildarrays aus den eingelesenen Kenngrößen des komprimierten Bildes,
• b) Einlesen der Eck-Pixelgruppen und Einfügen an den vier Bildecken des Bildarrays,
• c) Bilden von Dreiecken durch Verbinden von jeweils drei unmittelbar benachbarter Pixelgruppen durch mindestens eine Linie,
• d) Ausfüllen der die Fläche der Dreiecke bildenden Pixel durch einen aus den das Dreieck bildenden Pixelgruppen berechneten Farb- und/oder Helligkeitsverlauf,
• e) Einlesen und Einfügen der nächsten Pixelgruppe in das Bildarray;
• f) Wiederholen der Schritte c) bis f).
nach dem Hauptpatent DE 101 52 612 .
• Informationen liegen in der heutigen Zeit häufig schon in elektronischer Form vor. Dabei gibt es schon heute eine Vielzahl von Datenformaten, die für unterschiedliche Anwendungen optimiert sind bzw. herstellerabhängig sind. Standardisiert sind diese Datenformate z.B. als sogenannte MIME-Types, Dokumentenformate und Grafikformate. Dokumente können aus Dokumenten unterschiedlicher Datenformate zusammengestellt werden, z.B. bei einer Web-Seite. Überlappen sich jedoch einzelne Dokumente, z.B. ein transparenter Text über einem Bild, oder Nutzung einer Laufschrift, so ist es schwierig, eine optimale Kombination zu finden, bei der höchste Kompressionsraten erzielt werden. Dies liegt unter anderem daran, dass die einzelnen Dokumente voneinander unabhängig sind.
• Die im Hauptpatent DE 101 52 612 beschrieben Verfahren der priorisierenden Pixelübertragung bieten eine Vielzahl von Vorteilen, z.B. hoher Kompressionsfaktor, Skalierbarkeit, Fehlertoleranz, etc. In Einzelfällen kann es jedoch günstiger sein, eine Kombination verschiedener Kompressionsverfahren einzusetzen. Hierbei entsteht nun das Problem, diese unterschiedlichen Verfahren optimal miteinander zu kombinieren. Grundlage für die Komprimierung soll jedoch weiterhin die priorisierende Pixelübertragung sein.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren nach dem Hauptpatent DE 101 52 612 derart weiterzubilden, dass eine effektive Kompression von aus mehreren verschiedenen Dokumententypen bestehenden Dokumenten möglich ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
• Bei den im Hauptpatent DE 101 52 612 beschriebenen Verfahren werden z.B. digitale Bild- oder Videodaten bearbeitet, die aus einem Array einzelner Bildpunkte (Pixel) bestehen, wobei jedes Pixel einen Pixelwert aufweist, der Farb- oder Helligkeitsinformation des Pixels beschreibt. Die Position eines Pixels im Array ist durch einen Positionswert definiert. Erfindungsgemäß wird jedem Pixel bzw. jeder Pixelgruppe eine Priorität zugeordnet und die Pixel entsprechend ihrer Priorisierung in einer Prioritätenliste abgelegt. Dieses Liste enthält zu jedem Zeitpunkt, die nach der Priorisierung sortierten Pixelwerte. Entsprechend der Priorisierung werden diese Pixel, und die für die Berechnung der Priorisierung benutzten Pixelwerte, übertragen bzw. abgespeichert. Ein Pixel bekommt eine hohe Priorität, wenn die Unterschiede zu seinen benachbarten Pixel sehr groß sind. Zur Rekonstruktion werden die jeweils aktuellen Pixelwerte auf dem Display dargestellt. Die noch nicht übertragenden Pixel werden aus den schon übertragenden Pixel berechnet.
• Erfindungsgemäß werden bei der Übertragung der zusätzlichen Informationen Positionswerte verwendet, die nicht in den eigentlichen Daten vorkommen sondern außerhalb des Bereichs des Bildarrays liegen.
• Im Empfänger werden die zusätzlichen Informationen anhand ihrer spezifischen Positionswerte erkannt und in das Bildarray eingelesen.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die zusätzlichen Informationen in Form von Texturen übertragen. Sie liegen vorzugsweise in komprimierter Form vor und werden in dieser Form übertragen. Die zusätzlichen Informationen können dabei in einem beliebigen, komprimierten Format vorliegen.
• Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass durch die Verwendung von zusätzlichen Informationen in Form von Texturen, die außerhalb der eigentlichen Bildinformation aber innerhalb des selben Datenstroms übertragen werden, ein wesentlich höherer Komprimierungsfaktor möglich ist. Dadurch, dass die Textur innerhalb des Datenstroms übertragen wird, braucht kein zusätzlicher Übertragungskanal geöffnet werden. Dieses wird zum Beispiel beim heutigen Stand der Technik bei Web-Seiten gemacht, bei denen z.B. für jedes Bild eine neue Verbindung aufgebaut wird. Die vorgestellte Inline-Datenübertragung stellt automatisch die Synchronisation bei Echtzeit-Anwendungen sicher. Eine Übertragung von Texturen erlaubt zusätzlich eine einfachere Weiterverarbeitung. Da Texte innerhalb der Textur zum Beispiel im ASCII-Format übertragen werden können, ist eine Zeichenerkennung (OCR) auf der Empfängerseite nicht mehr notwendig.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
• Eine Kombination von priorisierender Pixelübertragung mit anderen (Kompressions-) Verfahren ist vorteilhaft anzuwenden, wenn die anderen Verfahren eine der folgenden Eigenschaften besitzen.
• – großflächige Muster, die z.B. in SVG (Skalierbare Vektor Grafik) vorliegen
• – häufig vorkommende Sprites (Bitmapmuster)
• – weitgehend aus Text bestehend, so das eine ASCII Übertragung Vorteile bringen würde (z.B. Zeitung, Fax)
• In der Quelle wird das Bild oder Video zunächst wie üblich verarbeitet und eine priorisierende Liste der Pixelgruppen erstellt. Parallel dazu wird die zusätzliche Information (z.B. Text, Muster) im Ursprungsformat, eventuell komprimiert, bereitgestellt.
• In der priorisierenden Übertragung wird grundsätzlich zunächst die Arrayposition und dann die Werte der jeweiligen Pixelgruppe übertragen. Der Maximalwert der Arrayposition ergibt sich aus der Höhe h × Breite b des Arrays. Positionswerte, die außerhalb des Arrays liegen, können dann dazu benutzt werden, Zusatzinformationen zu übertragen. Da es eine Vielzahl von möglichen Zusatzinformationen gibt, ist es notwendig, die Art der Zusatzinformation zu beschreiben. Um eine größtmögliche Flexibilität und Kompatibilität zu gewährleisten, sollten vorhandene Dokumentenformate, z.B. MIME-Typen, zur Anwendung kommen.
• Die Texturen werden in dem gleichen Datenstrom wie die eigentlichen Bild-/Videodaten übertragen. Der Unterschied besteht allerdings darin, dass der Positionswert außerhalb des normalen Bereichs des Arrays liegt.
• Erlaubte Positionswert ist dann: maximale Höhe h × maximale Breite b + k Dabei ist k ein vorher definierter Wert, der dem Sender und Empfänger bekannt ist und festlegt, dass es sich um eine Textur handelt Wird dieser Positionswert übertragen, erkennt die Applikation im Empfänger dass es sich um eine Textur handelt.
• Anstelle der nun folgenden Werte der Pixelgruppen wird zunächst ein Header übertragen, der die Eigenschaften der Textur und evtl. weitere Informationen enthält. Der Header kann z.B. die folgenden Felder enthalten:
• • Dokumentenformat der Textur
• • Position der Textur im Bild/Videoarray
• • Größe der Textur im Array
• • Anzahl der Bytes die zur Übertragung notwendig sind
• • Teil der Gesamttextur, wenn diese aufgrund der Größe in mehrere Teile zerlegt werden muss
• • Weitere Felder zur weiteren Verwendung
• Nach dem Header werden die eigentlichen Texturdaten übertragen.
• Auf Empfängerseite wird dann das Array mit den übertragenden Texturen wieder zusammengeführt und angezeigt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Komprimierung von Bilddaten, die aus einem Array einzelner Bildpunkte (Pixel) bestehen, wobei jedes Pixel (0–419) einen Pixelwert aufweist, der Farb- oder Helligkeitsinformation des Pixels beschreibt, mit den Schritten: Ermitteln eines Prioritätswertes für jedes Pixel des Arrays durch Festlegen des verwendeten Pixels als Bezugspixel (P0) und Berechnen eines Pixeldifferenzwertes anhand des jeweiligen Pixelwerts des Bezugspixels (P0) in Bezug auf die Pixelwerte einer zuvor festgelegten Gruppe von benachbarten Pixel (P1–P4); Zusammenfassen der für die Berechnung des Prioritätswertes hinzugezogenen Pixel (P0–P4) zu einer Pixelgruppe, Sortieren der Pixelgruppen des Bildarrays anhand des Prioritätswertes des zugeordneten Bezugspixels (P0); und Abspeichern und/oder Übertragen der Pixelgruppen entsprechend ihrer Priorität, wobei je nach dem angestrebten Kompressionsfaktor nur ein Teil der Pixelgruppen abgespeichert und/oder übertragen wird. nach dem Patent DE 101 52 612 , dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen der Pixelgruppen im Array durch Positionswerte bestimmt sind, diese mit den Pixelgruppen übertragen werden, und dass zusätzliche Informationen übertragen werden, denen Positionswerte zugeordnet werden, die nicht in den eigentlichen Daten vorkommen sondern außerhalb des Bereichs des Arrays liegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Informationen einen Positionswert von Höhe h × Breite b des Bildarrays + k aufweisen.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Informationen in Form von Texturen übertragen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Informationen in komprimierter Form vorliegen und übertragen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Informationen als zu einem bestimmten Dokumentenformat zugehörig gekennzeichnet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Informationen einen Header umfasst, der die Eigenschaften der Textur enthält und wahlweise eines oder mehrere der nachfolgenden Felder enthält: • Dokumentenformat der Textur • Position der Textur im Bild/Videoarray • Größe der Textur im Array • Anzahl der Bytes die zur Übertragung notwendig sind • Teil der Gesamttextur, wenn diese aufgrund der Größe in mehrere Teile zerlegt werden muss • Felder zur weiteren Verwendung
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass den zusätzlichen Informationen in Abhängigkeit von ihrer inhaltlichen, zeitlichen oder geräteabhängigen Relevanz Prioritäten zugeordnet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Informationen in absteigender Reihenfolge ihrer Priorität übertragen werden.
9. Verfahren zur Dekomprimierung von Bilddaten, die mit dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 komprimiert wurden, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Generieren eines leeren Bildarrays aus den eingelesenen Kenngrößen des komprimierten Bildes, b) Einlesen der Eck-Pixelgruppen und Einfügen an den vier Bildecken des Bildarrays, c) Bilden von Dreiecken durch Verbinden von jeweils drei unmittelbar benachbarter Pixelgruppen durch mindestens eine Linie, d) Ausfüllen der die Fläche der Dreiecke bildenden Pixel durch einen aus den das Dreieck bildenden Pixelgruppen berechneten Farb- und/oder Helligkeitsverlauf, e) Einlesen und Einfügen der nächsten Pixelgruppe in das Bildarray; f) Wiederholen der Schritte c) bis f), nach dem Hauptpatent DE 101 52 612 , dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Informationen im Empfänger anhand ihrer spezifischen Positionswerte erkannt und in das Bildarray eingelesen werden.