MX2013004826A - Metodo para comprimir valores digitales de archivos de imagen, audio y/o video. - Google Patents

Metodo para comprimir valores digitales de archivos de imagen, audio y/o video.

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Abstract

Un método para compresión diferencial de una secuencia de valores digitales adaptada para evitar la propagación de error durante la restauración de los valores.

Description

METODO PARA COMPRIMIR VALORES DIGITALES DE ARCHIVOS DE IMAGEN, AUDIO Y/O VÍDEO.
CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención actual se refiere al campo' de comprimir valores digitales de un archivo de imagen, audio y/o video digital, particularmente de un archivo que comprende una secuencia de valores..
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las principales. limitaciones de los . métodos de compresión son por un lado reducir tanto como sea posible el volumen, medido en octetos, de un archivo digital inicial, . al comprimirlo, y por . otro lado, restaurar el. archivo¦ tan cercano como sea posible al archivo inicial.
Ciertos métodos de compresión hacen posible restaurar exactamente los valores iniciales. Este es el caso, para modulación DPCM. De acuerdo con este método, un valor original, es .decir el primer valor del archivo digital inicial, se mantiene, entonces cada otro valor se reemplaza por su- diferencia con el valor que precede en el archivo inicial. Los números correspondientes a las diferencias generalmente son más pequeños que aquellos correspondientes a los valores iniciales, lo que hace posible obtener un archivo comprimido. Para restaurar un valor . inicial, sólo se necesita agregar el respaldo de diferencia al valor. inicial precedente, es decir, se agrega las diferencias' de valor sucesivo junto con él valor original.
Sé permite que se reduzcan los . espacios entre dos valores iniciales tanto como, sea posible haciendo posible obtener la relación de compresión más importante posible. Esto es. como se introdujo la modulación DPCM. Sin embargo, la relación de compresión obtenida usando el método DPCM se mantiene baja. La idea de aplicar compresión adicional ál archivo de las diferencias se aprecia por lo tanto atractivo. Sin embargo, los errores causados por esta compresión nueva acumulada conforme, durante la restauración, se agregan las diferencias sucesivas junto con el valor, original. De acuerdo con el método ADPCM (DPCM Adaptivo) , s . desvia parcialmente estos errores usando un algoritmo pretendido para predecirlos. Este método se mantiene insatisfactorio a la luz de las relaciones de compresión que se deséa alcanzar.
Por el contrario, la invención pretende proponer un método de compresión sencillo y poderoso que haga posible combinar las ventajas de una relación de compresión más importante con la del método DPCM solo, mientras, mantiene las ventajas de una codificación diferencia, sin propagación de erro .
SUMARIO DE LA INVENCIÓN 'Un método de acuerdo con la invención para comprimir un archivo digital, es decir un archivo que comprende una secuencia de valores digitales iniciales, se caracteriza en que, para un primer valor inicial en la secuencia,, el valor comprimido de tal primer valor inicial es igual al valor inicial original a- continuación, en el que, para cada valor inicial actual, · sucesivamente, se llevan a cabo las siguientes etapas: - se calcula la diferencia entre el valor inicial actual y el valor descomprimido del valor inicial que. precede inmediatamente el valor actual; a continuación, - se calcula el valor comprimido de dicha diferencia usando una función de compresión; a continuación, -' se calcula el valor descomprimido correspondiente ' a dicho valor inicial actual; a continuación, - en que se aplica las tres etapas precedentes al valor inmediatamente siguiente si hay uno;' y, se constituye una secuencia comprimida de valores comprimidos, cada uno correspondiente a un valor inicial respectivo.
De esta manera, no hay propagación de error. . · Ventajosamente, se mantiene, en el valor comprimido, el signo de la diferencia. Preferiblemente, el valor comprimido se redondea hasta el- número entero más cercano.
La función dé compresión complementaria puede ser una función de raíz n°, ri>l, por ejemplo, la función, de ."raíz cuadrada" o la . función de "raíz cúbica".
La función de compresión complementaria también puede ser una división por una constante C, con C>1. .
.. De¦ acuerdo con la invención, uri método de descompresión paira una secuencia de valores digitales comprimidos usando uno de los métodos de acuerdo con la invención se caracteriza en que para un primer valor comprimido de la secuencia comprimida, el valor descomprimido correspondiente es igual al primer · valor comprimido a continuación, en el que, para cada valor comprimido actual, sucesivamente, se realiza las siguientes etapas : - se calcula el valor descomprimido correspondiente al aplicar, al valor comprimido actual, una función inversa de la función de compresión complementaria y luego agregar¦ el valor descomprimido precedente; a continuación,., - en ese aplica la etapa precedente al valor comprimido inmediatamente siguiente si hay uno; y, . - se constituye una secuencia descomprimida de valores descomprimidos, cada uno correspondiente a un: valor inicial respectivo.' Ventajosamente, la función inversa mantiene el signo del valor comprimido.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Se describirán enseguida varias modalidades de la invención, como ejemplos no Limitantes, en referencia a las figuras adjuntas en las cuales: - la figura 1 es una gráfica que ilustra la restauración de valores digitales de un archivo de imagen> los valores comprimidos correspondientes a la parte entera de ¦ la raíz cuadrada de las diferencias calculados con el método DPCM y con el método de acuerdo con la invención; y, -. la figura 2 es una gráfica que ilustra l restauración de valores digitales de un archivo de imagen, los valores comprimidos correspondiente a la parte entera de la raíz cúbica de las diferencias calculados con el método DPCM' y con el método de acuerdo con la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la invención, el método de compresión puede expresarse por las siguientes fórmulas generales: - dando una secuencia inicial S de primeros valores Va, ... , Vp, Vq, ... , Vz . - el valor comprimido VCa del primer valor Va de la secuencia S es tal que: VCa=Va; el valor restaurado VDa del valor comprimido VCa . es tal que: VDa=VCa=Va y, - para un valor actual Vq diferente de Va, la secuencia S es tal que: • dado un valor descomprimido VDp correspondiente a un valor Vp que precede el valor actual Vq en la secuencia S o el valor comprimido VCq del valor actual . Vq es: VCq= + I redondeado [f (Dq) ] | , si Dq>0, y VCq=¦- I redondeado [f (Dq) ] i , si Dq<0 ¦ con: Dq-Vq-VDp • el valor descomprimido VDq, correspondiente al valor actual Vq. es : VDq= +.| redondeado [fl (VCq).] | +VDp, si VCq>0, y VDq= - 1 redondeado [fl (VCq)] |+ VDp, si VCq<0 • el redondeo se da hasta el numero entero más cercano, y • donde f es una función de compresión complementaria.
En las . fórmulas anteriores, "z" no representa un valor 26°, sino el último valor de la secuencia, sin-' tener en cuenta el número de. valores que incluye la secuencia.- La función de compresión complementaria f y su · f1 inverso puede definirse sobre un intervalo de valores iniciales, o de diferencias |Vq-VDp| suficientes para permitir un procesamiento suficiente de los valores iniciales. Por ejemplo, si la función de compresión f es :un logaritmo, sólo puede aplicarse a diferencias mayores qué 1, el valor comprimido de las otras diferencias se considera nulo. Si la función f es un logaritmo "x" base/ también puede aplicarse a las "diferencias más 1," por ejemplo f (Vq)=logx(l+|Vq-VDp| ) .
. La siguiente Tabla TI comprende: - en su primera columna, los valores al comienzo de un archivo de imagen digital, se llaman valores iniciales; en la segunda columna, los valores se reducen usando el método DPCM, correspondiente a los valores iniciales; · . en la tercera columna, los valores comprimidos correspondientes; - en la cuarta columna, los valores dé diferencia descomprimidos;. - en la quinta columna, los valores descomprimidos, con el método DPCM,. correspondiente a los valores iniciales; y, en la sexta columna, las desviaciones observadas entre el valores iniciales Vi y los valores descomprimidos VD obtenidos usando el método DPCM.
La función dé compresión complementaria f usada, en este ejemplo para obtener los valores de la tercera columna es la función "raíz cuadrada" del valor absoluto de la. diferencia D, o: VC=f (D)=\'| D| - Tabla TI - En la tabla Ti, hay siete valores iniciales Vi de la secuencia S, incluyendo el primer valor Va=142.
Se nota que, en el método DPCM ilustrado en la tabla 1, el error E entre los valores restaurados VD y los valores iniciales Vi se incrementa, en valor absoluto, hasta que alcanza 8, es deeir: 8/166 # 5% de error.¦ Es obvio que para un archivo actual que comprende una secuencia S de más de ' siete valores, el error E puede alcanzar figuras mucho más altas.
La Tabla T2 enseguida comprende: - en su primera columna, los mismos .. valores del inicio del . archivo de. imagen digital como aquellos de la columna 1 de la tabla 1; en la segunda columna, los valores de . diferencia, correspondiente a los valores iniciales se reducen usando el método de acuerdo con la invención; en la tercera columna, los valores de diferencia comprimidos; - en la. cuarta columna, los valores de diferencia descomprimidos; y, - en la quinta columna, los valores . completamente descomprimidos usando el método de acuerdo con la invención, correspondiente a los valores iniciales;, y, - en la sexta. 'columna, las desviaciones observadas entre los valores iniciales Vi y los . valores descomprimidos VD obtenidos usando el método de acuerdo con la invención.
La función dé compresión complementaria f usada en este ejemplo para obtener los valores de la tercera columna.es la misma como la que se usa en el caso de la. tabla TI, es decir la función de "raíz cuadrada".
- Tabla T2 - Se nota que, en el método de' acuerdo con l . invención ilustrado en la tabla 2, el error E entré, los valores restaurados VD y los valores iniciales Vi es estable en valor absoluto, y no excede 2, es decir 2/166 # 1% de error. Esta estabilidad se reproduce, sin tener en cuenta el número de valores iniciales Vi de la secuencia S.
La. Figura 1 ilustra, en la misma gráfica, con las mismas escalas, la secuencia S de valores' Vi de' la primera columna de las tablas 1 y 2, la secuencia. SI de los valores comprimidos y descomprimidos correspondientes usando el método DPCM, constituye la quinta columna de la tabla 1, y la secuencia S2 de los valores comprimidos y descomprimidos correspondientes usando el método de acuerdo. con la invención, constituye la quinta columna de la tabla 2.
Se nota que la secuencia SI de valores restaurados, obtenida usando el . método DPCM tiende a desviarse de la secuencia de valores iniciales. Esto resulta del hecho de que, durante la descompresión con el método DPCM, los errores causados por la compresión-descompresión acumulada una con la otra, conforme se mueve desde el valor original Va pasa por la secuencia S de valores iniciales.
Se nota que la secuencia S2 de valores restaurados obtenida usando el método de acuerdo con la invención es muy cercana a la secuencia de valores iniciales y no se desvia de esta. Esto demuestra la ventaja del método de acuerdo con la invención.
Las Tablas T3 y T.4 son similares a las tablas TI ' y T2, respectivamente. En el ejemplo ilustrado en las tablas T3. y T4, asi como en la figura 2, la secuencia S. de valores iniciales es idéntica a la que se usa para las tablas TI · y T2, pero la función de. compresión complementaria f usada' para obtener los valores de la tercera columna es la función de "raíz cúbica" . .
Tabla T3 Tabla T4 Se nota que, en el método DPCM ilustrado en la tabla 3, error E entre los valores restaurados VD y los valores iniciales Vi se incrementa hasta que alcanza 9, . es decir 9/166 >¦ 5% de error. Es obvio que para un archivo real que comprende una secuencia S de más de siete valores, el error E posiblemente alcance cifras mucho más altáis.
... Se .nota/ que, en él método de acuerdo con la . invención ilustrado en la tabla 4, el error E entre los valores restaurados VD y. los valores iniciales Vi es. estable, en valor absoluto, y no excede 3, es. decir 2/166 < 2% de error. Esta estabilidad se reproduce, sin tener .en cuenta el número de valores iniciales Vi de la secuencia S.
La Figura 2 ilustra, en la misma gráfica, con' las mismas escalas/ la secuencia S de valores Vi de la primer columna de las tablas 3 ánd 4., la secuencia S3 de los valores comprimidos, y descomprimidos correspondientes usando el método DPCM, . constituye la quinta columna de la tabla 3, y la secuencia S de los 'valores comprimidos y descomprimidos correspondientes .usando el método de acuerdo' con lá invención, constituye la quinta columna de la tabla 4.
Se nota que la secuencia S3 de valores restaurados obtenida usando el método DPCM tiende a desviarse de la secuencia de los valores iniciales, aún más fuertemente que la secuencia SI . Se nota que la. secuencia S'4 de valores restaurados obtenida usando el método de acuerdo con la invención es muy cercana .a la secuencia de valores iniciales y no se desvia de ésta. Esto, demuestra . además la ventaja del método de acuerdo con la invención. . ' Por supuesto, la invención no se limita a los ejemplos que se acaban de describir.
De 'esta manera, la función de compresión complementaria puede ser una función del' tipo raíz n°, el valor n siendo tan grande como son grandes las diferencias predecibles entre los dos valores sucesivos. La función de compresión complementaria también puede ser una división por una constante C, en la cual C puede ser tan grande como son grandes' las diferencias predecibles entre los dos valores sucesivos. Por supuesto, estos ejemplos no son limitantes.

Claims (9)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES
1. Un método, para comprimir una. secuencia "(S) de valores digitales iniciales (Va, ... , Vp, Vq, Vr, .... , Vz) en una secuencia comprimida (SC) de valores comprimidos (Va, ... , VCp, VCq, VCr, VCz), pretendida para restaurar estos valores en una secuencia descomprimida (S2, S4) de valores descomprimidos (Va,..., VDp, VDq, VDr, VDz) , caracterizado porque para un .primer valor, inicial (Va) de la secuencia, el valor comprimido. (VCa=Va) del primer valor inicial es igual a dicho primer valor inicial (Va) y el valor descomprimido (VDa=VCa=Va) de dicho valor comprimido (VCa) del primer valor inicial (Va) es igual a. dicho primer valor inicial (Va) , a .continuación, en el que, para cada valor inicial actual (Vq) , se llevan a cabo las siguientes etapas: se calcula la diferencia (Dq=Vq-VDp) entre el valor inicial actual (Vq) y el valor descomprimido (VDp) del valor inicial que precede inmediatamente, el valor actual (Vq) ; a continuación, se calcula el valor comprimido (VCq=f[Dq]) de dicha diferencia (Dq) . usando una función de, compresión complementaria (f); a continuación., se calcula el valor descomprimido (VDq=f1 [VCq] +VDp) correspondiente a dicho valor inicial actual . (Vq) ; a continuación, en que. se aplica las tres etapas precedentes al valor inmediatamente siguiente (Vr) si hay uno; y, se constituye la secuencia comprimida (SC) de los valores comprimidos (Va, VCp, VCq, VCr, VCz) , .cada uno correspondiente a 'un valor inicial respectivo (Vam Vp, Vq, Vr, ... , Vz) .
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el valor comprimido se redondea hasta el número entero más cercano.
3. El método de conformidad con la¦.reivindicación 1 o 2, caracterizado porque se mantiene, en el ' alor comprimido, el signo de la diferencia (si Dq<0 entonces VCq<0 y si Dq>0 entonces VCq>0)
4. El método de conformidad con una de las reivindicaciones, i hasta 3, caracterizado porque · la función de compresión complementaria (f) es una. función de raíz n°, n>l.
5. El método . de conformidad con la. reivindicación 4, caracterizado porque la función de compresión complementaria (f) es la función de "raíz cuadrada".
6. El ' método . de .. conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la función de compresión complementaria (f) es la función de "raíz cúbica".
7. ' El método de conformidad con una de las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado porque la función de compresión complementaria (f) es una división por una constante C, con. OI.
8'. Un método, para descomprimir una secuencia (Va, ..., VCp, VCq, VCr, VCz) de valores digitales comprimidos usando uno de los métodos de conformidad con una de las reivindicaciones 1. hasta 7, caracterizado porque para un primer valor comprimido (VCa) de la secuencia comprimida, el valor descomprimido: (VDa) es igual al primer valor comprimido (VCa=Va) a continuación, en él que, para cada valor comprimido actual (VCq), sucesivamente, se realiza las siguientes etapas: se calcula el. valor descomprimido correspondiente (VDq=f1 [VCq] +VDp) ' al aplicar, al ¦ valor comprimido actual (VCq), una función, inversa de la . función de compresión complementaria (f) y luego agrega el valor descomprimido precedente (VDp) ; a continuación, - en que .se aplica la etapa . precedente al valor comprimido inmediatamente siguiente (VCr) si hay uno; y, - se constituye una secuencia descomprimida (S2, S4) de valores descomprimidos (Va, ... , VDp, VDq, VDr, ... , VDz) , cada uno correspondiente a un valor inicial respectivo (Va, ... , Vp, Vq, Vr, ... , Vz) .
9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la función inversa, (f1) mantiene el signo del valor comprimido (si VCq<0 entonces .f1(VCq)<0 y si VGq>0 entonces f1 (VCq-) >0) ..
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