PL227649B1 - Sposób i system przetwarzania obrazu barwnego, zwłaszcza w urządzeniach akwizycji, przetwarzania i składowania lub transmisji obrazów przeprowadzających kompresję obrazów cyfrowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i system przetwarzania obrazu barwnego, zwłaszcza w urządzeniach akwizycji, przetwarzania i składowania lub transmisji obrazów przeprowadzających kompresję obrazów cyfrowych.

Znanych jest wiele systemów akwizycji, przetwarzania i składowania lub transmisji barwnych obrazów w których przeprowadza się kompresję danych. Z kompresji korzystamy ponieważ obecnie przetwarzane obrazy barwne charakteryzują się dużymi wielkościami, a dzięki kompresji istotnie ogr aniczamy objętość zbiorów danych zawierających obrazy i w konsekwencji oszczędniej wykorzystujemy zarówno pamięci masowe systemów przetwarzających obrazy, jak i szerokości pasm przenoszenia sieci teleinformatycznych. Czasami traktowany przez użytkownika jako całość system przeprowadzający kompresję obrazów może faktycznie składać się z kilku wzajemnie niezależnych podsystemów, jak na przykład z systemu akwizycji oraz składowania obrazów w formie nieskompresowanej oraz z systemu transmisji wykonującego, celem przyspieszenia transmisji, kompresję obrazów.

Celem kompresji jest usuwanie nadmiarowości ze zbiorów danych. Nadmiarowość jest naturalna dla niektórych klas zbiorów danych takich jak teksty pisane, gdzie często powtarzają się niektóre wyrazy lub ich fragmenty, czy też obrazy w których sąsiadujące piksele mają zazwyczaj zbliżoną ba rwę. Podstawowym kryterium determinującym przydatność danej metody kompresji jest uzyskiwany z jej użyciem współczynnik kompresji - czyli stosunek wielkości zbioru danych przed kompresją do wielkości tego samego zbioru po kompresji, ale w praktycznych zastosowaniach równie ważna jest prędkość realizacji procesu kompresji. Istnienie szybkich metod kompresji konieczne jest w systemach, które dysponując ograniczonymi zasobami pamięci i mocy obliczeniowej muszą przetwarzać dane napływające w czasie rzeczywistym. Prędkość kompresji jest również ważna gdy decyduje ona o komforcie użytkownika systemu wykorzystującego kompresję, np. fotografa wykonującego serię zdjęć cyfrowym aparatem fotograficznym. Bezstratna metoda kompresji to taka, której działanie jest w pełni odwracalne, tzn. z każdego skompresowanego nią zbioru danych można odtworzyć zbiór danych identyczny ze zbiorem poddanym kompresji. W przypadku zbiorów danych takich jak obrazy cyfrowe stosowane są również metody stratne. Metody stratne pozwalają na odtworzenie jedynie przybliżonej zawartości obrazu sprzed kompresji, przy czym uzyskują współczynniki kompresji istotnie lepsze od metod bezstratnych. Dla niektórych klas zbiorów danych poddawanych kompresji, takich jak: obrazy medyczne będące podstawą diagnozy, obrazy traktowane jako dokumenty, obrazy które będą podlegać dalszemu przetwarzaniu bądź analizie oraz obrazy, których akwizycja jest kosztowna, należy stosować metody bezstratne.

Obraz cyfrowy jest dyskretną reprezentacją naturalnego obrazu otrzymaną w wyniku procesu akwizycji bądź wygenerowaną w sposób sztuczny. Obraz najczęściej jest reprezentowany cyfrowo jako prostokątna tablica pikseli. Piksel, jako element obrazu cyfrowego, reprezentuje odpowiadający mu fragment powierzchni obrazu rzeczywistego. Barwa piksela (kolor, nasycenie i jasność) obrazu barwnego opisywana jest za pomocą kilku wartości - składowych barwy w pewnej przestrzeni barw. Powszechnie stosowaną w urządzeniach prezentacji obrazów cyfrowych - takich jak monitory komputerowe, przestrzenią barw jest przestrzeń RGB, w której zawarte składowe R, G i B oznaczają odpowiednio: składową jasności koloru czerwonego nazywaną również krócej składową czerwoną, składową jasności koloru zielonego nazywaną składową zieloną i składową jasności koloru niebieskiego nazywaną składową niebieską. Przestrzeń RGB jest stosowana, gdyż ze względu na budowę zmysłu wzroku człowieka zaprezentowanie mu barwy będącej sumą składowych R, G i B pozwala wywołać wrażenie odbierania barwy z prawie pełnego spektrum barw występujących w naturze. Również urządzenia akwizycji i przetwarzania obrazów często wykorzystują przestrzeń barw RGB.

Metody kompresji obrazów barwnych oparte zazwyczaj są o metody kompresji obrazów w poziomach szarości. W najprostszym przypadku składowe R, G i B obrazu cyfrowego traktowane są jak trzy niezależne obrazy w stopniach szarości (jasność danej składowej traktowana jest jako jasność poziomu szarości) i kompresowane niezależnie od siebie. Składowe przestrzeni RGB są silnie skorelowane - dla przykładu jasny fragment obrazu będzie zazwyczaj miał dużą jasność we wszystkich trzech składowych obrazu, dlatego też lepsze współczynniki kompresji uzyska się poprzedzając kompresję transformacją składowych barwy do innej, mniej nadmiarowej, przestrzeni barw.

Przestrzenie barw stosowane w przetwarzaniu, analizie i kompresji obrazów zazwyczaj zawierają 3 składowe z których jedna odpowiada za jasność barwy, a pozostałe łącznie ze składową jasności pozwalają zrekonstruować kolor i nasycenie. Historycznie wcześniej transmitowane obrazy był y

PL 227 649 B1 obrazami w stopniach szarości, a więc np. sygnał telewizyjny zawierał jedynie składową jasności barwy. Późniejsze wprowadzenie transmisji sygnału barwnego zostało zrealizowane tak, aby zachować zgodność z istniejącymi odbiornikami. Sygnał uzupełniono o nie-nadmiarowe składowe umożliwiające rekonstrukcję koloru i nasycenia barwy; czarno-biały odbiornik telewizyjny z docierającego do niego sygnału transmisji barwnej pobiera i prezentuje jedynie składową jasności, a kolorowy przetwarza wszystkie składowe sygnału. Najpopularniejszą tego typu przestrzenią jest YCC, która występuje w kilku wariantach: YCrCb, Y'CrCb, YPrPb, YUV, a stosowana jest zarówno w analogowej transmisji sygnału telewizyjnego, jak i w cyfrowym przetwarzaniu obrazów, w tym w kompresji obrazów stat ycznych i ruchomych. Poszczególne składowe tej przestrzeni wyznaczane są jako sumy ważone składowych R, G i B, np. następująco: jasność Y = 0,299 R + 0,587 G + 0,114 B, składowe barwne Cr = 0,5 R - 0,41869 G - 0,08131 B oraz Cb = 0,5 B - 0,16875 R - 0,33126 G. W przypadku kompresji bezstratnej obrazów cyfrowych użyta transformacja musi być, również dla wartości całkowitych, w pełni odwracalna. Przykładem może być stosowana w międzynarodowym standardzie kompresji stratnej i bezstratnej obrazów JPEG2000 [ITU-T; ISO/IEC: Information technology - JPEG 2000 image coding system: Core coding system. ITU-T Recommendation T.800 and ISO/IEC International Standard 15444-1] transformacja Reversible Color Transform (RCT), która jest znacznie uproszczoną, całkowitoliczbową oraz odwracalną aproksymacją transformacji do przestrzeni YCrCb. Poszczegó lne składowe przestrzeni barw po transformacji RCT wyznaczane są następująco: jasność Y' = 0,25 (R + 2 G + B), składowe barwne C'r = R - G oraz C'b = B - G. Wyznaczenie składowych Y', C'r i C'b wymaga wykonania sześciu operacji takich jak wyznaczanie sumy, różnicy i iloczynu.

Tor przetwarzania obrazu w systemach akwizycji, przetwarzania i składowania lub transmisji obrazów cyfrowych zazwyczaj składa się z wielu elementów przetwarzających informację o obrazie dostarczaną na różne sposoby - jako pierwotny sygnał optyczny, jako analogowy sygnał elektryczny, bądź jako strumień danych cyfrowych. Tor przetwarzania obrazu barwnego w systemie wykorzystującym kompresję danych, w którym korzystnie jest umieścić na sposób będący przedmiotem patentu dodatkowy element realizujący transformację przestrzeni barw, w swej końcowej części jest zawsze torem cyfrowym; dane o obrazie występujące w postaci cyfrowej podlegają kompresji, po czym są zapisywane lub transmitowane. Początkowa część toru może również być cyfrowa (jeżeli system nie obejmuje akwizycji obrazu, a jedynie przetwarzanie obrazu dostarczanego w postaci cyfrowej) lub analogowa (gdy częścią systemu jest element akwizycji obrazu) - w tym przypadku jednym z elementów toru przetwarzania jest konwerter analogowo-cyfrowy. W systemach dokonujących akwizycji obrazów pierwszym elementem toru przetwarzania obrazu jest element optoelektroniczny realizujący akwizycję obrazu polegającą na konwersji docierającego drogą optyczną obrazu na sygnał elektryczny. Takim elementem jest np. w przypadku cyfrowego aparatu fotograficznego matryca elementów światłoczułych, a w przypadku skanera linijka elementów światłoczułych. Informacja o obrazie uzyskiwana w elemencie akwizycji czasami jest niepełna. Matryce w aparatach fotograficznych mogą być zbudowane z komórek, z których każda rejestruje wszystkie 3 składowe R, G oraz B barwy piksela (matryca Foveon X3), lub tylko jedną (np. matryce z filtrami kolorów i komórkami ułożonymi w tzw. Bayer pattern). Komórki linijki elementów światłoczułych skanera mogą jednocześnie rejestrować wszystkie składowe barwy, lub jedynie jasność światła odbitego od skanowanego materiału oświetlanego przemiennie światłem koloru czerwonego, zielonego i niebieskiego. Gdy faktycznie rejestrowane nie są wszystkie składowe barwy pikseli, to zazwyczaj brakujące składowe w dalszej części toru przetwarzania obrazu są interpolowane na podstawie składowych zarejestrowanych przez sąsiadujące komórki; w takim przypadku, jeżeli system zawiera element realizujący transformację przestrzeni barw, to będzie się on znajdować w torze przetwarzania obrazu po elemencie realizującym interpolację brakujących składowych.

Sposób według wynalazku polega na tym, że dane reprezentujące obraz za pomocą składowych R, G i B, gdzie R to składowa jasności koloru czerwonego, G - składowa jasności koloru zielonego i B - składowa jasności koloru niebieskiego, poddaje się transformacji składowych barwy pikseli do R, DRG i DGB, gdzie R oznacza składową czerwoną, DRG wyznaczoną różnicę pomiędzy wartościami składowych czerwonej i zielonej a DGB wyznaczoną różnicę pomiędzy wartościami składowych zielonej i niebieskiej, przy czym korzystnie tak otrzymane dane kompresuje się za pomocą bezstratnej metody JPEG-LS lub JPEG2000. Dane poddawane transformacji są analogowe lub cyfrowe.

W miejsce składowej DRG otrzymuje się składową zanegowaną DRG' wyznaczoną jako różnicę pomiędzy wartościami składowych zielonej i czerwonej lub w miejsce składowej DGB otrzymuje się składową zanegowaną DGB' wyznaczoną jako różnicę pomiędzy wartościami składowych niebieskiej i zielonej.

PL 227 649 B1

W miejsce składowej DRG otrzymuje się składową modularną DRG wyznaczoną w arytmetyce modularnej, z modułem równym wielkości przedziału wartości składowej R pikseli obrazu, jako różnicę pomiędzy wartościami składowych czerwonej i zielonej powiększoną o stałą wartość wybraną z przedziału od 0 do pomniejszonej o 1 wielkości przedziału wartości składowej R pikseli obrazu.

Stała wartość, o którą powiększana jest różnica pomiędzy wartościami składowych czerwonej i zielonej, jest równa połowie modułu.

W miejsce składowej DGB otrzymuje się składową modularną DGB wyznaczoną w arytmetyce modularnej, z modułem równym wielkości przedziału wartości składowej R pikseli obrazu, jako różnicę pomiędzy wartościami składowych zielonej i niebieskiej powiększoną o stałą wartość wybraną z przedziału od 0 do pomniejszonej o 1 wielkości przedziału wartości składowej R pikseli obrazu.

Stała wartość, o którą powiększana jest różnica pomiędzy wartościami składowych zielonej i niebieskiej, jest równa połowie modułu.

System według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera w torze przetwarzania obrazu przed elementem dokonującym kompresji cyfrowej danych obrazu, element systemu realizujący transformację składowych barwy pikseli do składowych R, DRG i DGB, gdzie R oznacza składową czerw oną barwy, DRG wyznaczoną różnicę pomiędzy wartościami składowych czerwonej i zielonej a DGB wyznaczoną różnicę pomiędzy wartościami składowych zielonej i niebieskiej.

Elementem dokonującym kompresji cyfrowej jest kompresor JPEG2000 lub kompresor JPEG-LS.

Element systemu realizujący transformację składowych barwy do składowych R, DRG i DGB może w torze przetwarzania obrazu być umieszczony przed, po lub pomiędzy ewentualnie dodatk owymi elementami realizującymi operacje na obrazie poprzedzające jego ostateczną kompresję.

Dodatkowymi elementami są: wzmacniacz sygnału analogowego, konwerter analogowo-cyfrowy, filtr redukujący szumy, element korygujący dane uszkodzonych komórek matrycy.

Zazwyczaj poddawane kompresji obrazy cyfrowe opisane są za pomocą składowych kolorów, takich jak R, G i B, lub za pomocą składowych innej, mniej nadmiarowej przestrzeni barw, takiej jak YCC, pośród których pierwsza składowa reprezentuje jasność barwy, a pozostałe łącznie z pierwszą składową pozwalają odtworzyć kolor i nasycenie barwy. Rozwiązanie według wynalazku polega na zastosowaniu w systemie przetwarzania obrazów elementu realizującego transformację składowych do nowej przestrzeni barw, która łączy w sobie wybrane cechy przestrzeni RGB oraz przestrzeni YCC. Nowa przestrzeń zawiera jedną składową koloru, tj. czerwoną składową barwy, nie zawiera składowej jasności barwy i zawiera dwie składowe wyznaczone tak, by zminimalizować zawarte w składowych informacje nadmiarowe a jednocześnie by możliwe było na podstawie składowych nowej przestrzeni odtworzenie jasności, koloru i nasycenia barwy. Składowa czerwona barwy dla typowych obrazów naturalnych charakteryzuje się najmniejszą energią, najmniejszą zawartością szumu i największą podatnością na kompresję spośród wszystkich składowych przestrzeni RGB oraz w porównaniu do składowej jasności barwy przestrzeni takich jak YCC. Zatem korzystnie jest kompresować składową czerwoną bez modyfikowania jej. Pozostałe składowe przestrzeni RGB są silnie skorelowane wzajemnie oraz ze składową czerwoną, a więc zawierają informacje nadmiarowe pogarszające współczynniki kompresji obrazu, przy czym względnie najsłabsza korelacja występuje pomiędzy składowymi czerwoną i niebieską, a silniejsza pomiędzy składowymi czerwoną i zieloną oraz zieloną i niebieską. Większość informacji nadmiarowych usuniemy wyznaczając różnice pomiędzy tymi składowymi lub pomiędzy składowymi a jasnością barwy, jednak czynność ta pozostawi szum obecny w składowych. Jeżeli nowe składowe wyznaczane są jako różnice pomiędzy odpowiednio składową czerwoną i składową zieloną (składowa DRG) oraz składową zieloną i składową niebieską (składowa DGB), to ze względu na silną korelację składowej czerwonej ze składową zieloną oraz składowej zielonej ze składową niebieską znaczna większość informacji nadmiarowych zawartych w składowych zostaje skutecznie usunięta. Udział szumu w uzyskanych składowych nie jest minimalny, ale dla typ owych obrazów uzyskiwane współczynniki kompresji bezstratnej są bardzo dobre, w przeciętnym przypadku przewyższają współczynniki uzyskiwane przy zastosowaniu innych elementów transformacji składowych, a realizacja transformacji jest bardzo prosta.

Gdy element realizujący transformację przestrzeni barw umieszczony jest w cyfrowej części toru przetwarzania obrazu barwnego, to strumień danych opisujących składowe R, G i B obrazu przed transformacją zawiera liczby całkowite z pewnego przedziału wartości interpretowane jako jasności odpowiednich składowych barwy pikseli. Wielkość tego przedziału nazywana jest nominalną głębią jasności danej składowej i określana jest dla użytych w systemie elementów akwizycji i wstępnego przetwarzania obrazu (tj. przede wszystkim konwertera analogowo-cyfrowego), a nie dla konkretnego

PL 227 649 B1 obrazu (np. dla obrazu niedoświetlonego, którego składowe pikseli mogą być z przedziału o rozmiarze mniejszym, niż nominalna głębia jasności). Typowa nominalna głębia jasności każdej ze składowych R, G i B to 256, a sam przedział wartości składowych pikseli zazwyczaj obejmuje wartości od 0 do 255, przy czym rzadko jest to inny przedział, np. przedział od -128 do 127. Po transformacji wartości składowej R pikseli znajdują się w takim samym przedziale jak przed transformacją, natomiast wartości składowych DRG i DGB pikseli są z przedziału odpowiednio szerszego (przedział od -255 do 255 w typowym przypadku). Czasami pożądane jest, aby przedział wartości składowej pikseli podlegającej następnie kompresji nie był zwiększony, lub by nie zawierał wartości ujemnych. Jest to pożądane dla niektórych metod kompresji, lub ich konkretnych realizacji, jak również w systemach, gdzie dane obrazowe do kompresora przesyłane są za pomocą dedykowanych szyn danych, których szerokość dostosowana jest do nominalnych głębi jasności składowych. Zachowanie oryginalnego przedziału wartości pożądane będzie również dla systemów realizujących tę część toru przetwarzania danych obrazowych programowo - wartości z przedziału od 0 do 255 można zapisać na 8 bitach, czyli na jednym bajcie; do zapisania wartości z przedziału od -255 do 255 potrzeba 9 bitów lub 2 bajtów. Korzystne zatem może być dodatkowe odwracalne przekształcenie składowych pikseli DRG i DGB tak, aby sprowadzić je do przedziału wartości składowej R pikseli. Cel ten można osiągnąć wyznaczając nowe składowe pikseli w arytmetyce modularnej, z modułem równym wielkości przedziału wartości składowej R pikseli obrazu (tj. 256 w typowym przypadku). Ze względu na współczynniki uzyskiwane przez bezstratne metody kompresji korzystne będzie dodatkowe zwiększenie wyznaczanych jako różnice nowych składowych pikseli o stałą wartość, korzystnie wynoszącą połowę modułu (128 w typowym przypadku). Aby po dekompresji bezstratnie odtworzyć oryginalne składowe R, G i B, odwrotną tran sformację przestrzeni barw należy odpowiednio zrealizować w arytmetyce modularnej oraz dodatkowo wykonać operację sumowania ze stałą wartością.

Zaletą rozwiązania według wynalazku, w odniesieniu do przetwarzania w urządzeniu, w którym w torze przetwarzania obrazu nie zawarto elementu transformacji składowych, jest poprawa współczynnika kompresji, a tym samym po kompresji objętość zbioru danych zawierającego obraz jest znacznie mniejsza, co pozwala zaoszczędzić przestrzeń pamięci masowej. Ponadto czas przesyłu siecią teleinformatyczną obrazu zapisanego sposobem według wynalazku zmniejsza się istotnie.

W porównaniu do przetwarzania w systemie, w którym w torze przetwarzania obrazu przed elementem realizującym kompresję znajduje się element realizujący transformację składowych do jednej ze znanych i stosowanych w przetwarzaniu obrazów przestrzeni barw, taką jak transform acja RCT, przetwarzanie na sposób według wynalazku powoduje w przypadku przetwarzania przez system typowych obrazów naturalnych, że po kompresji bezstratnej objętość zbioru danych zawierającego obraz jest nieznacznie mniejsza. Skompresowany obraz nie zawiera dostępnej wprost składowej jasności, jednak nie jest to wadą rozwiązania według wynalazku jeżeli kompresujemy obraz barwny po to, by go w całości zdekompresować. Jednocześnie element transformacji jest istotnie prostszy w realizacji od typowego elementu transformacji przestrzeni barw, gdyż jego realizacja wymaga wyk onania jedynie dwóch operacji wyznaczania różnicy, przy czym element transformacji odwrotnej k onieczny do odtworzenia obrazu w oryginalnej przestrzeni barw jest równie prosty.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie realizacji na rysunkach na którym fig. 1 przedstawia tor przetwarzania obrazu, a fig. 2 przedstawia schemat dekompresji danych zapisanych sposobem według wynalazku oraz w dodatkowym przykładzie (Przykład 2) realizacji elementu transformacji składowych w arytmetyce modularnej.

P r z y k ł a d 1

Przykładowy system przetwarzania obrazów zastosowany jest w cyfrowym aparacie fotograficznym zapisującym na karcie pamięci zdjęcia w postaci skompresowanej bezstratnie. System przetwarzania obrazu barwnego zawiera w torze przetwarzania obrazu przed elementem 1 dokonującym kompresji cyfrowej danych obrazu, element systemu 2 realizujący transformację składowych barwy pikseli do składowych R, DRG i DGB, gdzie R oznacza składową czerwoną barwy, DRG wyznaczoną różnicę pomiędzy wartościami składowych czerwonej i zielonej a DGB wyznaczoną różnicę pomiędzy wartościami składowych zielonej i niebieskiej.

Strumień światła niosący informacje o fotografowanym obrazie kierowany jest przez elementy optyczne aparatu fotograficznego na matrycę światłoczułą. Każda komórka matrycy jednocześnie rejestruje wszystkie trzy składowe barwy padającego na nią światła. Odpowiadające poszczególnym komórkom matrycy piksele rejestrowanego obrazu przekazywane są na wyjście matrycy za pomocą sygnałów elektrycznych reprezentujących jasności składowych barwy: czerwonej (R), zielonej (G)

PL 227 649 B1 i niebieskiej (B). Po ewentualnym wzmocnieniu tych sygnałów i następnie konwersji analogowocyfrowej strumień danych opisujących obraz jest wstępnie przetwarzany przez dodatkowe elementy 3 systemu, odpowiedzialne na przykład za korekcję pikseli z uszkodzonych komórek matrycy, zmianę rozdzielczości obrazu czy redukcję szumów, na wyjściu z których otrzymujemy obraz, który chcemy zapisać tak, by móc go bez zniekształceń odtworzyć. Przyjmijmy, że pierwsze 3 piksele w pierwszym wierszu obrazu przeznaczonego do zapisania opisane są przez składowe o wartościach: piksel 1: R=220 G=130 B=130, piksel 2: R=120 G=160 B=80, piksel 3: R=20 G=190 B=30. Następnie piksele obrazu wprowadzane są na wejście dodatkowego elementu 2 transformacji składowych R, G i B do składowych R, DRG i DGB, przy czym nie przeprowadzamy przekształcenia składowych tak, aby przedział wartości składowych pikseli DRG i DGB był taki sam, jak przedział wartości składowych R, G i B. Na wyjściu z tego elementu otrzymujemy składowe R, DRG i DGB opisujące kolejne piksele. Dla ww. przykładowych pikseli będzie to: piksel 1: R=220 DRG=R-G=220-130=90 DGB=G-B=130130=0, piksel 2: R=120 DRG=-40 DGB=80, piksel 3: R=20 DRG=-170 DGB=160. Piksele obrazu opisane składowymi R, DRG i DGB poddajemy kompresji bezstratnej metodą JPEG2000 za pomocą kompresora 1, po czym strumień skompresowanych danych zapisywany jest jako plik na karcie pamięci. Wielkość obrazu zapisanego na karcie pamięci będzie przeciętnie mniejsza, niż w przypadku zastosowania standardowych transformacji składowych lub przetwarzania danych obrazowych bez zastosowania elementu transformacji przestrzeni barw.

Element systemu 2 realizujący transformację składowych barwy do składowych R, DRG i DGB może w torze przetwarzania obrazu być umieszczony przed, po lub pomiędzy ewentualnie dodatk owymi elementami 3 realizującymi operacje na obrazie poprzedzające jego ostateczną kompresję. Dodatkowymi elementami 3 mogą na wzmacniacz sygnału analogowego, konwerter analogowocyfrowy, filtr redukujący szumy, element korygujący dane uszkodzonych komórek matrycy.

Odtworzenie obrazu opisanego za pomocą składowych R, G i B pokazane na rysunku fig. 2 będzie prostym odwróceniem procesu przetwarzania prowadzącego do zapisania obrazu w postaci skompresowanej, tzn. najpierw plik zawierający skompresowany obraz musi zostać odczytany i przetworzony przez dekompresor (element odwracający działanie kompresora, na wyjściu którego otrzymamy obraz opisany składowymi R, DRG i DGB). Na wyjściu z dekompresora przykładowe 3 piksele opisane będą składowymi o wartościach: piksel 1: R=220 DRG= 90 DGB=0, piksel 2: R=120 DRG=-40 DGB=80, piksel 3: R=20 DRG=-170 DGB=160. Następnie składowe pikseli muszą zostać przetworzone przez element wykonujący transformację składowych R, DRG i DGB do składowych R, G i B, na wyjściu którego otrzymamy dla przykładowych trzech pikseli następujące składowe: piksel 1: R=220 G=R-DRG=130 B=G-DGB=130, piksel 2: R=120 G=160 B=80, piksel 3: R=20 G=190 B=30. Otrzymane składowe są identyczne ze składowymi obrazu, który przeznaczony był do napisania i mogą zostać przekazane dalej do elementu prezentującego obraz na ekranie aparatu.

P r z y k ł a d 2

Tor przetwarzania danych obrazowych zbudowany jest jak w przykładzie 1, przy czym zastosowano element transformacji składowych R, G i B do składowych R, DRG i DGB, który wyznacza nowe składowe z użyciem arytmetyki modularnej. Nominalna głębia jasności składowych R, G i B wynosi 256, a wartości składowych R, G i B pikseli znajdują się w przedziale od 0 do 255. Składowe DRG i DGB wyznaczane są w arytmetyce modularnej z modułem 256; przeprowadzane jest również zwiększenie składowych pikseli DRG i DGB o stałą wartość wynoszącą połowę wartości modułu, czyli o 128. Dla takich samych trzech pikseli obrazu przeznaczonego do zapisania, jak w przykładzie 1 (opisanych składowymi o wartościach: piksel 1: R=220 G=130 B=130, piksel 2: R=120 G=160 B=80, piksel 3: R=20 G=190 B=30), składowe na wyjściu elementu transformacji są wyznaczane następująco: piksel 1: R=220 DRG=[R-G+128](mod 256)=[220-130+128](mod 256)=218 DGB=[G-B+128] (mod 256)=[130-130+128](mod 256)=128, piksel 2: R=120 DRG=88 DGB=208, piksel 3: R=20 DRG=214 DGB=32. Na wyjściu z elementu transformacji składowych nie otrzymaliśmy składowych pikseli o wartościach ujemnych, ani o wartościach większych od 255; przedział wartości nowych składowych pikseli DRG i DGB jest taki sam, jak przedział wartości składowych R, G i B. Piksele obrazu opisane składowymi R, DRG i DGB poddajemy kompresji bezstratnej metodą JPEG2000, po czym strumień skompresowanych danych zapisywany jest jako plik na karcie pamięci. Podczas odtwarzania obrazu, po odczytaniu skompresowanego obrazu z karty i przetworzeniu przez dekompresor, na wyjściu z dekompresora otrzymujemy piksele obrazu opisane następującymi składowymi: piksel 1: R=220 DRG=218 DGB=128, piksel 2: R=120 DRG=88 DGB=208, piksel 3: R=20 DRG=214 DGB=32. Aby otrzymać piksele opisane składowymi R, G i B, należy składowe otrzymane po dekompresji

PL 227 649 B1 przetworzyć za pomocą elementu wykonującego w arytmetyce modularnej transformację składowych R, DRG i DGB do składowych R, G i B, na wyjściu którego otrzymamy dla przykładowych trzech pikseli następujące składowe: piksel 1: R=220 G=[R-DRG+128](mod 256)=[220-218+128] (mod 256)=130 B=[G-DGB+128](mod 256)=[130-128+128](mod 256)=130, piksel 2: R=120 G=160 B=80, piksel 3: R=20 G=190 B=30. Otrzymane składowe są identyczne ze składowymi obrazu, który przeznaczony był do zapisania i mogą zostać przekazane dalej do elementu prezentującego obraz na ekranie aparatu.

Claims (14)

1. Sposób przetwarzania obrazu barwnego, zwłaszcza w urządzeniach akwizycji, przetwarzania i składowania lub transmisji obrazów przeprowadzających kompresję obrazów c yfrowych, znamienny tym, że sygnał zawierający obraz barwny reprezentowany za pom ocą składowych R, G, i B, gdzie R to składowa jasności koloru czerwonego, G - składowa jasności koloru zielonego i B - składowa jasności koloru niebieskiego, poddaje się transformacji składowych barwy do składowych R, DRG i DGB, gdzie R oznacza składową jasności koloru czerwonego, DRG wyznaczoną różnicę pomiędzy wartościami składowych jasności koloru czerwonego i koloru zielonego a DGB wyznaczoną różnicę pomiędzy wartościami składowych jasności koloru zielonego i koloru niebieski ego, przy czym tak otrzymany sygnał kompresuje się.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnał poddawany transformacji jest w postaci cyfrowej ciągu M słów opisujących kolejne piksele obrazu, a zawierających trzy N-bitowe pola opisujące jasności składowych R, G i B danego piksela obrazu, gdzie M jest liczbą pikseli z których składa się obraz, przy czym długość N pola bitowego korzystnie wynosi 8 lub 16 bitów.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnał poddawany transformacji jest w postaci cyfrowej ciągu trzech słów, z których każde opisuje inną składową barwy spośród składowych R, G i B. a zawiera M N-bitowych pół opisujących jasności danej składowej barwy dla kolejnych pikseli obrazu, gdzie M jest liczbą pikseli z których składa się obraz, przy czym długość N pola bitowego korzystnie wynosi 8 lub 16 bitów.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że otrzymany w wyniku transformacji sygnał kompresuje się bezstratnie zgodnie ze standardem JPEG-LS lub JPEG2000.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w miejsce składowej DRG otrzymuje się składową zanegowaną DRG' wyznaczoną jako różnicę pomiędzy wartościami składowych jasności koloru zielonego i koloru czerwonego lub w miejsce składowej DGB otrzymuje się składową zanegowaną DGB' wyznaczoną jako różnicę pomiędzy wartościami składowych jasności koloru niebieskiego i koloru zielonego.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w miejsce składowej DRG otrzymuje się składową modularną DRG wyznaczoną w arytmetyce modularnej, z modułem równym wielkości przedziału wartości składowej R pikseli obrazu, jako różnicę pomiędzy wart ościami składowych jasności koloru czerwonego i koloru zielonego powiększoną o stałą wartość wybraną z przedziału od 0 do pomniejszonej o 1 wielkości przedziału wartości składowej R pikseli obrazu.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stała wartość, o którą powiększana jest różnica pomiędzy wartościami składowych jasności koloru czerwonego i koloru zielonego, jest równa połowie modułu.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w miejsce składowej DGB otrzymuje się składową modularną DGB wyznaczoną w arytmetyce modularnej, z modułem równym wielkości przedziału wartości składowej R pikseli obrazu, jako różnicę pomiędzy wart ościami składowych jasności koloru zielonego i koloru niebieskiego powiększoną o stałą wartość wybraną z przedziału od 0 do pomniejszonej o 1 wielkości przedziału wartości składowej R pikseli obrazu.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że stała wartość, o którą powiększana jest różnica pomiędzy wartościami składowych jasności koloru zielonego i koloru niebieskiego, jest równa połowie modułu.

PL 227 649 B1

10. System przetwarzania obrazu barwnego, zwłaszcza w urządzeniach akwizycji, przetwarzania i składowania lub transmisji obrazów przeprowadzających kompresję obrazów cyfrowych, znamienny tym, że zawiera umieszczony w torze przetwarzania obrazu przed modułem kompresji cyfrowej (1) moduł transformacji (2) składowych barwy pikseli do składowych R. DRG i DGB. gdzie R oznacza składową jasności koloru czerwonego, DRG wyznaczoną różnicę pomiędzy wartościami składowych jasności koloru czerwonego i koloru zielonego a DGB wyznaczoną różnicę pomiędzy wartościami składowych jasności koloru zielonego i koloru niebieskiego.

11. System według zastrz. 10, znamienny tym, że moduł transformacji (2) składowych barwy pikseli zbudowany jest z dwóch N+1-bitowych sumatorów wyznaczających różnice swoich argumentów w kodzie uzupełnień do dwóch w taki sposób, że na wejście pierwszego sumatora wprowadzane są składowe jasności kolorów czerwonego i zielonego, a otrzymana na wyjściu sumatora ich N+1-bitowa różnica wyprowadzana jest z modułu jako składowa DRG, na wejście drugiego sumatora wprowadzane są składowe jasności kolorów zielonego i niebieskiego, a otrzymana na wyjściu sumatora ich N+1 -bitowa różnica wyprowadzana jest z modułu jako składowa DGB, natomiast N-bitowa składowa jasności koloru czerwonego (składowa R) wyprowadzana jest na wyjście modułu bez modyfikacji, przy czym N jest długością słów bitowych na których składowe barwy wprowadzane są do modułu.

12. System według zastrz. 10, znamienny tym, że moduł kompresji cyfrowej (1) jest zgody ze standardem JPEG-LS lub JPEG2000.

13. System według zastrz. 10, znamienny tym, że moduł transformacji (2) w torze przetwarzania obrazu jest umieszczony przed, po, lub pomiędzy ewentualnie dodatkowymi modułami (3) realizującymi operacje na obrazie poprzedzające jego ostateczną kompresję.

14. System według zastrz. 13, znamienny tym, że dodatkowymi modułami (3) są: wzmacniacz sygnału analogowego, konwerter analogowo-cyfrowy, filtr redukujący szumy, moduł korekcji sygnału z uszkodzonych komórek matrycy.