PT90388B

PT90388B - Processo e dispositivo para comprimir dados video de cor codificados

Info

Publication number: PT90388B
Application number: PT90388A
Authority: PT
Inventors: John Music; Gordon H Smith; James L Thomas
Original assignee: Uvc Corp
Priority date: 1988-04-27
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1994-04-29
Also published as: FI896257A0; CA1324654C; PT90388A; JPH02504099A; AU616262B2; IL90023A0; NZ228807A; JP2583628B2; BR8906932A; WO1989010675A1; EP0339938A3; AU3356189A; KR900701130A; ATE140114T1; KR950009459B1; EP0339938B1; EP0339938A2; DE68926760D1; DE68926760T2

Description

MEMORIA DESCRITIVA

ANTECEDENTES DO INVENTO

Campo do invento:

Este invento refere-se na generalidade a informação de pro cessamento de sinal e em particular ao campo de processamento de sinais de informação de sequência de tempo, tais como sinais video, com a finalidade de comprimir a quantidade de informação a ser transferida de um campo de codificação para um campo de desco dificação. Um uso especial do invento é na comunicação de dados video de cor em linhas telefónicas.

Arte anterior:

A codificação de sinais de televisão digital necessita g_e ralmente de uma velocidade de transmissão de aproximadamente 200 Mbits/s. Recentes desenvolvimentos nos dispositivos codificadores têm permitido que a velocidade de transmissão seja cortada pja ra menos do que 2 Mbits/s. Dispositivos codificadores usando aná lise jde -bL&eo- orientada de quadros de imagem video e o processamento por um coeficiente de transformação de cosseno discreto (DCT) híbrido convencional permite a transmissão a velocidades de entre 64 Kbits/s e 3Θ4 Kbits/s. Tal dispositivo ê descrito por Gerken e Schiller em A Lou/ Bit-Rate Image Sequence Coder Combining A Progressive DPCM On Interleaved Rasters With A Hybrid DCT Techenique, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Volume SAC-5, nS. 7, Agosto 1987. As técnicas de codificação adaptativas aplicadas ao tal processamento DCT permitiram a trans missão de dados video a velocidades tão baixas como de um a dois bits por pixel, como é descrito por Chen e Smith, Adaptive Coding of Monochrome and Color Images, IEEE Transactions on Commjj nications Volume COM-25, nS. 11, de 19 de Novembro de 1977. Contudo, a informação transmitida a velocidades tão baixas de dados afecta seriamente a capacidade de reconstruir um número suficiente de quadros por segundo de modo a que a imagem de tempo real s_e ja aceitável para um espectador. Existem linhas telefónicas de alta capacidade as quais transportam transmissão numa relação até 1,544 Mbits/s, mas tais linhas são extremamente caras para uma ve

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-3locidade de uso dedicada e s3o ainda bastante caras para uma velocidade de uso programada. Existem linhas telefónicas de mais baixa capacidade as quais permitem a transmissão a velocidades até 56 Kbits/s e 64 Kbits/s. Existem comercialmente disponíveis dispositivos de codificação e de video digital relativamente caros, os quais transmitirão um sinal video com 56 000 bits por segundo, de modo a que é necessário utilizar uma combinação de um dispositivo desta natureza com a linha telefónica de alta capacidade de 1,544 Mbits/s para permitir uma velocidade de enquadramen to muito mais rápida do que cerca de um quadro por segundo. 0 l_i mite de velocidade de transmissão de corrente de linhas telefónicas normais aproxima-se de 18 000 bits por segundo, de modo que a transmissão de imagens video em sequência de tempo real em linhas telefónicas normais, como foi visto em realizaçães anteriores, não foi possível.

Foram usados vários esquemas para reduzir a quantidade de redundância de informação a ser transmitida num sinal video digital. Uma técnica é utilizar uma câmara de exploração lenta; e outra* técríica é transmitir todas as linhas de exploração ordem p_a ra cada quadro. Outra técnica implica o envio apenas das partes de um quadro de imagem que são determinadas como sendo importantes ou para serem mudadas de alguma maneira significativa, pela divisão do quadro de imagem num número de segmentos ou blocos que são tipicamente grupos de pixels 3x3 ou 4x4 e analisando o conteú do dos blocos. Estas técnicas também tendem a reduzir a resolução da imagem video.

Outra técnica na redução do tempo de transmissão, que não diminui a resolução de uma imagem transmitida, é a codificação do comprimento de percurso. Na codificação do comprimento de percur so, as linhas de exploração de um quadro de imagem são codificadas como um valor do conteúdo de cor de uma série de pixels e te_n do o comprimento da sequência de pixels aquele valor ou amplitude de valores. Os valores podem ser uma medida da amplitude de um sinal video ou outras propriedades de tais sinais video, tais como luminância ou crominância. Um exemplo de um dispositivo, que utiliza a codificação do comprimento de percurso da amplitude dos

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-4sinais video, é a patente dos Estados Unidos n2. 3 6C9 244 (Mounts) Naquele dispositivo, uma memória de quadro determina também diferenças quadro a quadro, de modo a que apenas aquelas diferenças de um quadro para o seguinte são para ser transmitidas. Outro exemplo de um processo para transmitir sinais video como valores de comprimento de percurso comprimidos os quais também utilizam cod_i ficação estatística de valores frequentes para reduzir o número de bits necessários para representar dados é a patente dos Estados Unidos nS. 4 420 771 (Pirsch).

Idealmente, seria desejável uma compressão da informação video de cor para permitir a sequênciação em tempo real de quadros de imagem numa relação até 15 quadros por segundo e em relaçães de bits tão baixas como 11 500 bits por segundo, para permitir a comunicação de dados video de cor em linhas telefónicas normais. Um dispositivo de compressão de dados video, que permite conseguir relaçães de transmissão de dados equivalente a dispositivos usando linhas telefónicas de maior qualidade com mais eficiência e equipamento de menor custo do que é normalmente fornecido, seria tambôTn'' dedlTfável.

SUMARIO DD INVENTO presente invento proporcio na um processo e um disposi t_i vo para comprimir dados video de cor num dispositivo de comunicações video, no qual é utilizada uma função de luminancia para determinar diferenças entre a luminância de pixels nas linhas de e_x ploração da imagem, para determinar a mudança completa em torno de certos pontos de decisão em cada linha de exploração, e no qual o tamanho de palavra digital dos valores de cor é reduzido. Depois disso os pixels nas linhas de exploração da imagem são codificados como uma série de comprimentos de percurso dos valores de cor comprimidos digitalmente.

Em resumo e em termos gerais, o processo para comprimir dados video de cor de acordo com o presente invento, ê para uso num dispositivo de comunicaçães video tendo meios para produzir um sinal video de cor incluindo três sinais componentes de cor di. gital de primeiro, segundo e terceiro tamanhos de palavra digital e incluindo a determinação de uma função de luminancia para cada

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-5pixel, baseada nos sinais de cor digital; determinação de, pelo menos, um parâmetro de decisão baseado em diferenças entre uma di. ta função de luminância entre pixels a uma dada distância uns dos outros; determinação de qual dos pixels representa pontos de decisão baseados na comparação de, pelo menos, um parâmetro de deci. são com valores de limiar; redução do tamanho de palavra de sinais de cor digital para fornecer sinais de cor digital reduzida de quarto, quinto e sexto tamanhos de palavra digital; e codificação dos pixels em linhas de exploração como combinaçães de comprimentos de percurso com sinais de cor reduzidos digitalmente.

invento também serve, geralmente, para um dispositivo para comprimir dados video de cor para usar num dispositivo de c_o municaçães video tendo meios para produzir um sinal video de cor incluindo três sinais de cor digital de primeiro, segundo e terceiro tamanhos de palavra digital e tendo meios para determinar uma função de luminância para cada pixel baseada em sinais de cor digital; o dispositivo de compressão de dados compreendendo meios para determinar, pelo menos, um parâmetro de decisão, baseado em di f er_enças,_na-di ta função de luminância, entre pixels a uma dada distância uns dos outros; meios para determinarem qual dos pixels representa pontos de decisão baseados na comparação dos parâmetros de decisão com um ou mais valores de limiar correspondentes; meios para reduzirem o tamanho de palavra dos sinais de cor digital para dar sinais de cor digital reduzidos de quarto, quinto e sexto tamanhos de palavra digital; e meios para codificarem os pixels em linhas de exploração como combinaçães de comprimentos de percurso dos sinais de cor reduzidos digitalmente. 0 invento também serve para uma camara a qual inclui o dispositivo de compressão de dados.

Numa concretização preferida é utilizado o valor completo dos parâmetros de decisão; numa realização alternativa preferida, é utilizada a relação de mudança dos parâmetros de decisão. Numa maneira normalmente preferida do invento, os sinais componentes de cor digital são RGB (vermelho, verde e azul) e os tamanhos de pa lavra de componente de cor são iguais. 0 tamanho de palavra diqi tal do componente de cor digital é, de preferência, inicialmente seis bits por cada cor componente e a função de luminância é de69 142

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-6terminada com uma precisão baseada nos valores de cor digital da seis bits. Depois disso o tamanho de palavra dos componentes de cor digital ê reduzido a quatro bits cada e os componentes de com primento de percurso e cor são codificados juntos como um fluxo de bits de informação combinada de comprimento de percurso e cor em palavras digitais de dezasseis bits.

Outros aspectos e vantagens do invento tornar-se-ão evidentes a partir da descrição detalhada seguinte e dos desenhos anexos que representam por meio de exemplo as possibilidades do i nv ento.

DESCRIÇÃO BREVE DOS DESENHOS

A figura 1 é um diagrama esquemático do dispositivo e prç> cesso para comprimir dados video de cor num dispositivo de comuni cação video;

a figura 2 é um gráfico de luminância através de uma linha de exploração numa imagem video;

a figura 3 mostra uma representação de comprimento de per curso de configuração numa linha de exploração video; e a figura A mostra uma representação de comprimento de per curso de transição em pontos de decisão inclinados de uma linha de exploração video.

DESCRIÇÃO DETALHADA DO INVENTO

Como mostrado nos desenhos com a finalidade de representa ção, o invento é concretizado num processo e dispositivo para com primir dados video de cor num dispositivo de comunicaçães video tendo meios para produzir um sinal video de cor para uma pluralidade de quadros de imagem, com cada quadro de imagem incluindo uma pluralidade de linhas de exploração compostas por uma plural_i dade de pixels, tendo cada linha de exploração um pixel inicial e um pixel final e incluindo cada pixel em cada quadro, três sinais componentes de primeiro, segundo e terceiro tamanhos de palavra digital. Para cada pixel é determinada uma função de luminância, baseada em, pelo menos, um dos três sinais componentes de cor digital para, pelo menos, uma porção substancial dos pixels nas li69 142

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-7nhas de exploração do quadro de imagem e um ou mais parâmetros de decisão baseados na diferença da função de luminância entre pixels, pelo menos, a uma distância predeterminada de putro pixel sendo na linha de exploração determinada para, pelo menos, uma porção substancial dos pixels nas linhas de exploração do quadro de imaz gem. E determinado o valor completo de mudança de, pelo menos, um dos parâmetros de decisão para cada dos pixels e as quantidades de mudança são comparadas com um valor de limiar carrespondejn te para determinar qual dos pixels nas linhas de exploração estão localizados em pontos de decisão significativas no parâmetro de decisão de pixel a pixel.

tamanho de palavra de, pelo menos, um dos trâs sinais componentes de cor digital ê reduzida para fornecer três sinais componentes de cor digital reduzida digitalmente de quarto, quinto e sexto tamanhos de palavra digital, respectivamente, para cada pixel e estes sinais componentes de cor digital reduzidos são codificados para cada linha de exploração como uma pluralidade de combinações de comprimentos de percurso de pixel e os sinais componerrtds dã^cor reduzidos para cada comprimento de percurso, sendo os comprimentos de percurso determinados entre um ponto inicial para cada linha de exploração, pontos intermédios que são pontos de decisão ou pontos intermédios entre os pontos de decisão e um pixel final tendo cada comprimento de percurso um sétimo tamanho de palavra digital.

A conversão da informação video de cor para comprimentos de percurso representando transições da informação video de cor de um local de mudança para o seguinte, permite o sombreado e outras transições graduais de informação de cor as quais por outro lado necessitarão de uma codificação pixel a pixel para evitar a resolução reduzida. A codificação dos componentes de cor digital reduzidos no seu tamanho de palavra digital total reduz a quanti. dade de informação que é para ser transmitida, sem qualquer redução perceptiva significativa na informação de cor recebida. A implementação do invento permite a compressão de dados video de cor para níveis que permitem telecomunicação em tempo real e outras aplicações da compressão de dados video de cor sem perdas signifi.

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-8cativas de informação perceptível.

De acordo com o presente invento, é então proporcionado um processo para comprimir dados video de cor num dispositivo de comunicações video, tendo meios para produzirem um sinal video de cor para uma pluralidade de quadros de imagem video, incluindo cada quadro de imagem um grande número de linhas de exploração compostas por um grande número de pixels, tendo cada linha de exploração um pixei inicial e um pixei final, e incluindo cada pixei na dito quadro de imagem três sinais componentes de cor digital de primeiro, segundo e terceiro tamanhos de palavra digital, respectivamente, incluindo o dito processo os pasos de determinar uma função de luminância para cada pixei baseada em, pelo menos, um dos ditos trâs sinais componentes de cor digital; determinar, pelo menos, um parâmetro de decisão para pelo menos uma porção substancial dos pixels nas linhas de exploração do dito quadro de imagem baseado na diferença da dita, pelo menos, uma função de Ijj minância entre pixels a, pelo menos, uma distância predeterminada de, pelo menos, um outro pixei em cada linha de exploração; determitiâr' cfual^- dos pixels representa pontos de decisão baseados em, pelo menos, um parâmetro de decisão e em, pelo menos, um limiar adaptativo; reduzir o tamanho de palavra de, pelo menos, um dos ditos trâs sinais componentes de cor digital reduzida para fornecer três sinais componentes de cor digital de quarto, quinto e sexto tamanhos de palavra digital, respectivamente, para cada dito pixei; codificar o dito grande número de pixels em cada linha de exploração como um grande número de combinações de comprimentos de percurso de pixei e os ditos três sinais componentes de cor re duzida para cada dito comprimento de percurso, sendo os ditos com primentos de percurso determinados entre o dito pixei inicial para cada linha de exploração, os pontos intermédios seleccionados de um grupo dos ditos pontos de decisão e os pontos intermédios aos ditos pontos de decisão e o dito pixei final e sendo cada com primento de percurso de um sétimo tamanho de palavra digital.

presente invento proporciona, além disso, um dispositivo para comprimir dados video de cor num dispositivo de comunicações video tendo uma câmara para produzir um sinal video de cor

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-9para uma pluralidade de quadros de imagem video, com cada quadro de imagem incluindo uma pluralidade de linhas de exoloração compostas por uma pluralidade de pixels, tendo cada linha de exploração um pixel inicial e um pixel final e incluindo cada pixel no dito quadro três sinais componentes de cor digital de primeiro, segundo e terceiro tamanhos de palavra digital, respectivamente, incluindo o dito dispositivo meios para determinarem uma função de luminSncia para cada pixel baseada em, pelo menos, um dos ditos três sinais componentes de cor digital; meios para determinarem, pelo menos, um parSmetro de decisão para, pelo menos, uma porção substancial dos pixels nas linhas de exploração dos ditos quadros de imagem baseados na diferença da dita função de luminâjn cia entre pixels a, pelo menos, uma distância predeterminada de, pelo menos, um outro pixel em cada linha de exploração; meios pa, ra determinarem qual dos pixels representa os pontos de decisão em, pelo menos, um parâmetro de decisão e, pelo menos, um limiar adaptativo para determinar qual dos ditos pixels representa pontos de decisão; meios para reduzirem o tamanho de palavra de, p_e lo menos, um__dos ditos três sinais componentes de cor digital reduzidos para fornecer três sinais componentes de cor digital de quarto, quinto e sexto tamanhos de palavra digital, respectii/amen te, para cada dito pixel; meios para codificarem a dita pluralidade de pixels em cada linha de exploração como uma pluralidade de combinaçães de comprimentos de percurso de pixels e os ditos três sinais componentes de cor reduzidos respectivos para cada di. to comprimento de percurso, sendo os ditos comprimentos de percur so determinadas entre o dito pixel inicial para cada linha de exploração, os pontos interr.edios seleccionados de um grupo dos ditos pontos de decisão e pontos intermédios dos ditos pontos ds decisão e o dito pixel final e sendo cada comprimento de percurso de um sétimo tamanho de palavra digital. Adicionalmente o presente invento proporciona uma câmara que inclui o dispositivo de compres, são de dados, para usar num dispositivo de comunicaçães vídeo.

Como é representado nos desenhos, numa implementação preferida do invento, o dispositivo de comunicaçães video tem a capa cidade de produzir uma imagem video de cor usando uma câmara video RGB gerando um sinal RGB analógico nos 60 campos por segundo nor69 142

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-10mais, com cada campo rspresentando metade da imagem num modo entr_B laçado. 0 sinal para os quadros de imagem video gerado pela câma ra 10 é recebido por um conversor analógico para digital 12, o qual converte os componentes analógicas vermelho, verde e azul (RGB) em componentes RGB digitais, os quais são cada digitalizados como palavras digitais de seis bits, formando grupos de bits para os componentes RGB para cada pixel da imagem video de cor de dezoito bits.

tipo de dispositivo usado para gerar a fonte de imagem video de cor nâo é crucial para o invento, como uma câmara gerando um sinal composto NTSC (transmissão a cor de televisão américa na) padrão o qual é convertido para uma saida digital RGB seria também adequado como seria uma relaçSo de campo diferindo do padrão de 60 campos por segundo. A saída da câmara também nâo precisa de ser estritamente RGB, visto que os outros trâs grupos com ponentes de cor podem ser usados para criar e transmitir imagens video de cor. Por exemplo, os três componentes de cor digital p.o dem ser ciano, magenta e amarelo; tonalidade, saturação e intensidad-e; dvr^até duas cores distintas e um terceiro parâmetro baseado no sinal video completo, tal como a tonalidade, saturação ou intensidade de um sinal video analógico original, de modo que existiria alguma ponderação da informação de cor gerada pela câna ra.

Também nâo é essencial que os três componentes sejam repre sentados pelo mesmo número de bits, visto que é sabido na indústria de televisão que certas gamas de cores nâo sâo tâo facilmente distinguidas pelo olho humano. Tal ponderação de informação podia envolver uma redução no número de bits usados para o componente vermelho num esquema RGB, por exemplo, permitindo assim a transmissão de mais gradações de outra informação de cor que é efectivamente perceptivel.

Adicionalmente, a fonte das imagens video de cor a serem comprimidas pode ser um meio de armazenagem, tal como um disco vi deo, um meio de armazenagem de ficheiro de computador, uma fita video ou semelhante do qual a informação video de cor pode ser processada para introdução no dispositivo de compressão de dados

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-11video de cor do invento.

sinal RGB digitalizado é recebido pela porção de dispositivo de transiç3o 14 do dispositivo de captação de imagem 16, o qual inclui, de preferência, meios de circuito integrado e meios de memória associada. A primeira parte principal do instrumento de captura de imagem é o dispositivo de transição o qual inclui circuitos para determinarem uma função de luminância baseada em três componentes de cor de sinal video para cada elemento de imagem, ou pixel, de cada linha de exploração na sequência de quadros de imagem video gerada pela extremidade frontal do disposiUi vo. No modo preferido, o conversor de luminância 18 soma os bits de cada um dos três componentes de cor digital para cada pixel nas linhas de exploração do quadro de imagem video para obter um valor de luminância (ou intensidade) e realiza outros processamen tos dos dados obtidos. No dispositivo do presente invento cada linha de exploração contém de preferência 480 pixels que condizem com a resolução da câmara e que permitem uma melhor resolução do que é, tipicamente, conseguido na arte anterior, em que geralmente ap-erras'2tf5^—pixels são utilizados por linha de exploração. A ljj minância dos três componentes de cor pode ser ponderada para dar maior significado a uma cor ou a duas cores para fornecer a função de luminância, e pode também ser baseada, em parte, numa fonte original de sinal video analógico. Contudo, a função de luminância é, de preferência, baseada em parte, pelo menos, na soma dos três componentes de cor digital. A função de luminância deri. vada da soma dos três componentes de cor de seis bits tem portanto um tamanha de palavra digital de oito bits. Esta função de ljj minância para cada pixel é utilizada na entrada do dispositivo de captura para avaliação de um ou mais parâmetros de decisão baseados na função de luminância para determinação daqueles pixels que funcionam como pontos de decisão em torno dos quais um ou mais dos parâmetros de decisão são encontrados para variarem a partir de um conjunto pré-armazenado de valores de limiar.

A função de luminância é um excelente indicador das alterações de cor na imagem, ou movimentos de objectos na imagem. No

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-12dispositivo de captura de imagem podem também ser usados um ou mais parâmetros de decisão baseados na função de luminância como a base para determinar as diferenças de linha para linha e as sequências distintivas de pixeis que definem margens de objectos que podem ser determinadas a moverem-se de quadro para quadro. Ge ralmente, a luminância ou outra combinação de componentes de cor, a qual inclui a função de luminância, passa por alteraçães significativas onde há alterações nas características da imagem.

A câmara também introduz anomalias ou artifícios na imagem video, devidas a ruídos na resolução de amostragem de cor, os quais idealmente deveriam ser eliminados para reduzir a quantidade de dados a serem transmitidos visto que não contribuem com qualquer benefício para a imagem. Quando a imagem é visionada com um novo campo todo o sexagésimo segundo, o efeito de tais ano maiias é integrado fora pelo olho humano. ftreas tendo uma aparêjn cia lisa e com pouco detalhe efectivo, sob observação próxima parecem mover-se lentamente. ^sta aparência é também conhecida como o efeito de mosquito. Quando uma imagem é parada de modo a que^ap.enas—um campo ou quadro de imagem esteja a ser examinado, a imagem torna uma aparência granulada ou com malhas. □ impacto do ruído nos dados de luminância encontra-se na forma de pequenas variações na luminância calculada. Quando a imagem é digitalizada, o processo de digitalização também converte todos estes artifícios em representações digitais, ainda que eles não representem detalhe de imagem. 0 processamento de luminância no instrumento de captura de imagem funciona para eliminar tais detalhes sem significado.

Um processo de eliminação preferido dos detalhes não essenciais causados pelo ruído nos dados de luminância é determinar os pontos de alteração baseados, pelo menos, em parte na função de luminância para pixeis nas linhas de exploração por comparação de diferenças em um ou mais parâmetros de decisão com os limiares adaptativos correspondentes. Isto é a chamada codificação de con figuração. Qs parâmetros de decisão incluem, de preferência, as diferenças da função de luminância entre pixeis determinadas entre pixeis imediatos (Diff-l) numa linha de exploração, π mais um n mais dois, ou mesmo a uma outra distância, onde n representa a

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-13posição numa linha de exploração do pixel a ser examinado para al_ terações em luminância; entre primeiras diferenças adjacentes (Diff-2) e um parâmetro cumulativo (Cum- dif f) o qual ê uma soma das funções diferença individuais Diff-1, e Diff-2. Cada parâmetro de decisão tem o seu correspondente limiar adaptativo, tendo um valor de defeito o qual é sujeito a modificação pelo disposit_i vo em resposta a ajustamentos do operador. 0 limiar adaptativo tem de preferência um valor de defeito o qual pode ser ajustado pela entrada do dispositivo de captura que reage ao operador ou seiecçães de processador para resolução. A selecção dos parâmetros de limiar para determinar qual das configurações ou pontos de decisão de transição é bastante subjectivo. A selecção dos p_a râmetros determina o número de pontos de dados necessários para definir a imagem e também determina a qualidade de percepção completa da imagem.

Tipicamente, para a determinação da característica de com primento de percurso usam-se dois limiares. Um é a alteração cumulativa na luminância desde o último ponto de decisão, Cumdiff. A Ctrtodiffníisparará um ponto de decisão se for maior que 6 e o número de pixels desde o último ponto de decisão for maior que 5. □utro parâmetro de decisão é a soma de dois valores diferença adjacentes, Diff 2 (isto é, o mesmo que a diferença entre os valo res de luminância que estão afastados dois pixels). Se o valor Diff 2 é calculado para ser maior do que tipicamente 32, o lógico significará que a linha está a entrar numa margem, que identifica um ponto de decisão e ficará na característica de margem até que o valor Diff 2 caia abaixo de 20. Quando sai do modo de margem, a cor do pixel seguinte é levada para trás para o pixel onde foi feita a determinação da margem inicial. Também, se a Diff 2 muda de sinal, isso significa um novo ponto de decisão. Alterando os valores para os limiares cumdiff afecta grandemente a qualidade e complexidade de dados da imagem.

Na determinação da inclinação dos pontos de decisão (vérX tices), são usadas três condições gerais. E determinada uma incl_i nação inicial no ponto de decisão e todas as medidas são baseadas naquela inclinação. A inclinação inicial, INITS, é determinada

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-14pelo cálculo da função seguinte chamada NDIFF2:

NDIFF2 = (luminSncia^ _{+ 2}) - luminânciaζ))/2

INITS é o valor de NDIFF2 imediatamente após o ponto de decisão. CUFQIFF no caso de inclinação é definido do seguinte modo:

CUMOIFF^) = CUMOIFF^ _i_₁>₎ + NDIFFZ^

Se o valor absoluto do CUMDIFF é tipicamente maior que 20 e o número de pixels no comprimento de percurso é tipicamente maior que 10, então será disparado um ponto de decisão. Do mesmo modo, se o valor absoluto do NDIFF2 é menor ou igual a, tipicamejn te, 4 e o comprimento de percurso é tipicamente maior que 5, será disparado um ponto de decisão a menos que o último ponto de decisão tenha sido também disparado deste modo. 0 terceiro parâmetro de decisão é também baseado em NDIFF2:

TRIGVAL/.\ = IMDIFF2/.X - INITS (χ) (l) limiar para TRIGVAL é usualmente ajustado na amplitude de 4 a 10 e disparará um ponto de decisão sempre que o valor abso luto -atirij«—un exceda o valor ajustado e o comprimento de percurso seja pelo menos 2 pixels. Podem ser usadas outras técnicas mas estas parecem dar imagens de boa qualidade com um número acei tável de pontos de dados.

Uma representação gráfica de um gráfico típico de luminâri cia através de uma linha de uma imagem video é mostrada na Figura

2. A função de luminância dos pixels intersectados pela linha de exploração 36 é graficamente representada pela linha 38. Como é mostrado na Figura 3, um gráfico dos pontos de decisão baseado na comparação de um dos parâmetros de decisão com o respectivo limiar de diferença adaptativo numa técnica de codificação de confiqu ração resulta numa linha escalonada 40, uma sequência de linhas direitas horizontais, através do modelo de luminância. Cada linha horizontal representa um comprimento separado de uma cor espe cifica.

Uma segunda abordagem que pode ser usada para eliminar os detalhes não essenciais, é uma técnica de codificação de transição ou inclinação, a qual é representada na Figura 4. Nesta técni

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-15ca, a relação de alteração das diferenças no parâmetro de decisão entre pixels é determinada, e as velocidades de alteração destas diferenças são comparadas com um limiar adaptativo de velocidade de alteração de diferença pré-armazenada para determinar pontos de decisão ou pontos de vértice. Estes pontos de alteração cu pontos de decisão são indicados como X's na linha 39. Eles indicam a localização do vértice seguinte. 0 comprimento de percurso é definido como sendo a distância de pixel entre pontos de decisão para ambas as técnicas de codificação de configuração e codificação de inclinação. De acordo com a técnica de codificação de trajo sição ou inclinação, os dados de luminância resulta numa linha 42 representando uma série de vértices ou pontos de decisão de ineli nação, os quais podem ser usados para controlar os segmentos de cor entre pontos de decisão. Um dispositivo de configuração pode produzir uma transição suave de valores de cor para o comprimento de percurso entre pontos de decisão quando a informação codificada é para ser recuperada. Nesta técnica, para cada linha de exploração uma cor inicial é transmitida, seguida de tantas sequências ..de. vaie-r-es de comprimento de percurso e de cor quanto as necessárias para representar o conteúdo do quadro de imagem.

No dispositivo de captura de imagem da Figura 1, o detector de ponto de decisão 26 para determinar os pontos de decisão pode alternativamente ser capaz de utilizar um ou outro destes processos para fixar os pontos de decisão na cor dos pixels na imagem, visto que cada processo tem as suas respectivas vantagens e desvantagens. A técnica de codificação de configuração é tipicamente mais apropriada para imagens com uma complexidade de objectos com margens ou linhas distintivas. Por outro lado, a técnica de codificação da inclinação é mais adequada para codificar transições graduais em alterações de cor de escurecimento ou gradual, mas pode necessitar codificação adicional para representar imagens complexas com imagens tendo muitas margens e linhas.

No desenvolvimento preferido da técnica de codificação de inclina, ção, será comparada uma sequência de limiares com parâmetros de decisão e o parâmetro cumulativo (cum-diff) e também será util_i zado um limiar cumulativo e adaptativo para determinar pontos de decisão, para ter em conta as velocidades de mudança graduais lejn

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-16tas da luminância as quais ainda resultariam numa mudança de luminância acumulada a qual é suficientemente significativa para m.e recer identificação de um ponto de decisão.

Os três códigos de cor componente são também tratados no processador 28 de comprimento de percurso para baixar os dois bits menos significativos dos valores de seis bits para os componentes de cor, reduzindo cada componente de cor no modo preferido para palavras digitais de quatro bits.

Alternativamente, numa realização preferida, o instrumento de transição pode também conter uma representação predetermina da de projecção de cor de três cores componentes, com um código de n bits correspondendo a uma combinação de cor especial. Aqui, as cores da imagem são combinados tão próximo quanto possível com as cores na projecção de cor. Como uma outra alternativa, os códigos de cor podem ser também aproximados. Estes componentes truri cados ou reduzidos de cor digital são então codificados com os comprimentos de percurso entre pontos de decisão no processador 28 de comprimento de percurso. Embora o tamanho de bit preferido para os componentes de cor reduzidos seja quatro bits, tal como o tamanho de palavra digital de entrada para os componentes de cor da extremidade frontal analógica, pode ser de tamanhos diferentes para variar o conteúdo informativo, podendo também os componentes de cor digital reduzidos ser de tamanhos diferentes. Uma combina ção particular de tamanhos de palavra digital, para componentes de cor, pode incluir um tamanho reduzido para o componente vermelho, devido ao reconhecimento na indústria da reduzida perceptibi^ lidade deste componente.

Estas técnicas de codificação de configuração e codificação de inclinação compensam um número variável de bits para serem usados para representar um quadro de imagem inicial e então alteraçães nos quadras de imagem subsequentes, de modo a codificarem o número mínimo de bits para cada quadro de imagem. Isto é signi ficativo, uma melhoria sobre a arte anterior que analisa tipicamente um bioco de pixels de quatro por quatro ou três por três pa. ra comprimir a informação num tal bloco, que resulta sempre na uti lização do mesmo número de bits para representar o conteúdo infoj?

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-17mático na imagem, quer tenha havido ou nao alterações fora do segmento.

A segunda porção maior do dispositivo de captura de imagem é a memória intermédia de captura (CBM) 29, a qual recebe os comprimentos de percurso codificados e componentes de cor reduzidos representando algumas 200 linhas de dados de um quadro de ima gem. Em alternância, se a velocidade de dados necessária se torna muito alta para enviar imagens numa velocidade desejada, podem ser armazenados menores números de linhas de exploração, tais como 150 ou 100 linhas. A informação de comprimento de percurso e de componente de cor na memória de captura é então transmitida p_a ra o processador 30 de dados video, o qual faz o acesso dos dados de comprimento de percurso e dados de cor na memória tampão de cor por um controlode acesso 35, e funciona como uma interface para transformar e transmitir a informação video num formato adequado para transmissão pelo modem 32, ligado ao telefone 34, e o qual pode incluir meios para, além disso, comprimir os dados video, em 33. Ds dados videos podem também ser comparados com um quadro de imag&m·-a-nheTTDr armazenado numa memória 31 de imagem antiga.

Λ

E possível analisar adicionalmente num processador de sim plificação 33 de um processador 30 de dados video, a diferença em valores de cor de pixels após os códigos de cor terem sido trunca dos para fornecer os códigos componente de cor reduzidos, e para encadear comprimentos de percurso de tais códigos de componente de cor reduzidos os quais variam menos do que um dado valor de l_i miar, ou para encadear mais comprimentos de percurso dos códigos de cor reduzidos baseados na diferença de um ou mais dos parâmetros de decisão em relação a um limiar correspondente. Como o c_6 digo de comprimento de percurso está tipicamente a um máximo de quatro bits para ser compatível com as combinaçães de código de comprimento de percurso e cor de 16 bits,com bus de computador de 16 bits na implementação de corrente, o encadeamento de uma sequência de pixels para cada comprimento de percurso, seria espera do que permitisse a codificação até dezasseis pixels por comprimento de percurso. Contudo, na implementação de corrente são usa dos os valores 0 a 15 para representar comprimentos de percurso

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-18de 2 para 17 pixels, visto que comprimentos de percurso de 0 e 1 não têm significado. Em alternativa também podem ser determinados maiores comprimentos de percurso inicial mente, bem como podem ser compatíveis com diferentes capacidades de bus de computador, para permitir comprimentos de percurso maiores do que 4 bits e combinações de código de cor de comprimento de percurso maiores que 16 bits.

Como mencionado anteriormente, espera-se que os limites da compressão necessária para o adequado alisamento da informação numa sequenciação em tempo real de imagens video em telecomunicações seria cerca de 15 quadros por segundo para transmissão em l_i nhas de telefone normal. Seria possível usar um modem a 1200 bps (bits por segundo), mas isto abrandaria consideravelmente o número de quadros por segundo possíveis no dispositivo de comunicações. Idealmente, o dispositivo é configurado para um modo semi-duplex e um modo de configuração de duplex completo necessitaria de utilizar duas linhas telefónicas. Idealmente o modem que é pa ra ser usado é um que utilizaria a maior largura de banda possível &* po'de‘~rreT' o modem convencional de 2400 bps ou de 9600 bps ou modems especiais, fornecendo relações de bits mais altas, podem ser usados.

Embora o invento tenha sido descrito no contexto de um dispositivo de conferência telefónica video, o invento também pode ser adaptado para usar em dados video de cor comprimida em meios magnéticos, tais como discos flexíveis magnéticos os quais podem ser usados no armazenamento e comunicação de tais dados através de dispositivos de computador, discos rígidos magnéticos para armazenagem de imagem ou curtas sequências video, ou em dis. cos video para toca discos video os quais podiam transmitir a informação na forma de um filme de longa metragem.

Na descrição anterior, foi demonstrado que o processo e dispositivo para comprimir dados video de cor pode conseguir uma eliminação significativa de ruídos exteriores introduzidos por uma cSmera video e pode resultar numa significativa melhoria na codificação da menor quantidade de informação necessária para reconstruir quadros de imagem video de cor numa sequência em tempo

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-19real de imagem video.

Será observado que o processo e dispositivo para comprimir dados video de cor num dispositivo de comunicações video de acordo com o invento reduz os tamanhos de palavra digital dos dados codificados e codifica apenas o mínimo de pontos de decisão neces sários em linhas de exploração em imagens de cor video para recepção, armazenagem e/ou recuperação por um dispositivo para descomprimir e descodificar a informação video de cor.

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Claims

1 - Processo para comprimir dados video de cor num dispositivo de comunicação video tendo meios para produzirem um sinal video de cor para uma pluralidade de quadros de imagem video, con preendendo cada quadro de imagem uma pluralidade de linhas de exploração compostas por uma pluralidade de pixels tendo cada linha de exploração um pixel inicial e um pixel final, e compreendendo cada pixel, no dito quadro de imagem, três sinais componentes de cor digitais de primeiro, segundo e terceiro tamanhos de palavra digital respectivamente, sendo o dite processo caracterizado por compreender os passos de:

a) determinar uma função de luminância para cada pixel baseada em, pelo menos, um dos ditos três sinais de componentes de cor digitais;

b) determinar, pelo menos, um parâmetro de decisão para, pelo menos, uma porção substancial dos pixels nas linhas de expl_o ração do dito quadro de imagem baseado na diferença da dita função de luminância entre pixels, pelo menos, a uma distância predeterminada de, pelo menos, um outro pixel err. cada linha ds expljc ração ;

c) determinar quais dos ditas pixels representam pontos de decisão baseados, pelo menos, num parâmetro de decisão e num limiar de adaptação;

d) reduzir o tamanho de palavra de, pelo menos, um dos ditos trâs sinais componentes de cor digitais reduzidos para fornecer um a três sinais de componentes de cor digitais de quarto, quinto e sexto tamanhos de palavra digital, respectivamente, para cada um dos ditos pixels;

e) codificar a dita pluralidade de pixels em cada linha de exploração como uma pluralidade de combinações de comprimentos de percurso de pixel e os ditos três respectivos sinais de componentes de cor, reduzidos, para cada dito comprimento de percurso, sendo determinados os ditos comprimentos de percurso entre o dito pixel inicial para cada linha de exploração, os pontos intermédios

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-21s el ecci o ns dos do grupo dos ditos pontos de decisão e dos pontos intermédios dos ditos pontos de decisão e o dite pixel final e seri do cada comprimento de percurso de um sétimo tamanho de palavra digital.

2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza do por o dito passo para determinar quais dos ditos pixels representam pontos de decisão compreender a comparação do valor absoltj to do dito, pelo menos, um parâmetro de decisão com, peie menos, um limiar de diferença absoluta adaptador.

3 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza do por o dito passo para determinar quais dos ditos pixels representam pontos de decisão compreender a determinação da velocidade da mudança do dito, peio menos, um parâmetro de decisão para cada um dos ditos pixels para os quais a dita diferença da função de luminância foi determinada; e a comparação da dita velocidade de mudança do dito, pelo menos, um parâmetro de decisão com uma vel_o cidade de adaptação do limiar de mudança.

. ,

4 Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza do por o passo de comparação das ditas velocidades de mudança com uma velocidade de adaptação do limiar de mudança para determinar os ditos pontos de decisão incluir a comparação de, pelo menos, um dito parâmetro de decisão com um limiar de diferença cumulativo de adaptação.

5 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza do por o passo para determinar a dita função de luminância compre ender a soma de cada um dos três sinais de componentes de cor digitais.

6 - Processo de acordo com a reivindicação 5, caracteriza do por o passo para determinar a dita função de luminância incluir a ponderação da soma dos ditos três sinais de componentes de cor digitais em relação a um ou mais dos ditos três sinais de componentes de cor digitais.

7 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza do por ser determinado um primeiro parametro de decisão a partir da diferença na dita função de luminância, entre um primeiro pixel

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-22e um segundo pixel imediato afastado da distância de um pixel do dito primeiro pixel numa linha de exploração.

8 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza do por ser determinado um primeiro parâmetro de decisão a partir da diferença na dita função de luminância, entre um primeiro pixel e um segundo pixel imediato afastado da distância de dois pixeis do dito primeiro pixel numa linha de exploração.

9 - Processo de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracte rizado por ser determinado um parâmetro de decisão cumulativo a partir da soma das ditas diferenças de pixeis imediatos.

10 - Processo de acordo com a reivindicação 14, caracteri zado por ser determinado um segundo parâmetro de decisão a partir das diferenças entre as ditas diferenças de pixeis imediatos.

11 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir adicionalmente o passo de encadear os comprimentos de percurso na dita pluralidade de combinações de comprimentos de percurso e componentes de cor reduzidos numa linha de explora^ão, •n-s^-quais estão associados com os componentes de cor reduzidos cujas diferenças são menores que um limiar predeterminado de diferença de cor.

12 - Dispositivo para comprimir dados video de cor num dispositivo de comunicação video tendo uma câmara para produzir um sinal video de cor para uma pluralidade de quadros de imagem video, compreendendo cada quadro de imagem uma pluralidade de linhas de exploração compostas por uma pluralidade de pixeis, tendo cada linha de exploração um pixel inicial e um pixel final e compreendendo cada pixel no dito quadro três sinais componentes de cor digitais de primeiro, segundo e terceiro tamanhos de palavra digital, respectivamente, sendo o dito dispositivo caracterizado por compreender:

a) meios para determinarem uma função de luminância para cada pixel baseada em, pelo menos, um dos ditos três sinais de componentes de cor digitais 5

b) meios para determinarem, pelo menos, um parâmetro de

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-23decisão para, pelo menos, uma porção substancial dos pixels nas linhas de exploração do dito quadra de imagem baseado na diferença da dita, pelo menos, uma função de luminância entre pixels, pe. lo menos, a uma distância predeterminada a partir de, pelo menos, um outro pixel em cada linha de exploração;

c) meios para determinarem qual dos ditos pixels representa os pontos de decisão baseados em, pelo menos, um parâmetro de decisão e, pelo menos, um limiar de adaptação;

d) meios para reduzirem o tamanho de palavra de, pelo rne nos, um dos ditos três sinais de componentes de cor digitais redjj zidos para fornecerem um a três sinais de componentes de cor digi_ tais de quarto, quinto e sexto tamanhos de palavra digital, respectivamente, para cada dito pixel;

e) meios para codificarem a dita pluralidade de pixels em cada linha de exploração como uma pluralidade de combinações de comprimentos de percurso de pixels e os ditos três respectivos si. nais de componentes de cor reduzidos para cada dito comprimento de percurso^, sendo os ditos comprimentos de percurso determinados entre o dito pixel inicial para cada linha de exploração, pontos intermédios seleccionados a partir de um grupo dos ditos pontos de decisão e pontos intermédios dos ditos pontos de decisão e o dito pixel final e sendo cada comprimento de percurso de um sétimo tamanho de palavra digital.

13 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por os ditos meios para determinarem qual dos ditos pixels representa pontos de decisão compreender meios para comparararem os valores absolutos do dito, pelo menos, um parâmetro de decisão com, pelo menos, um limiar de diferença absoluta de adapta ção.

14 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por os ditos meios para determinarem qual dos ditos pixels representa pontos de decisão, compreenderem:

a) meios para determinarem a velocidade de mudança do di. to, pelo menos, um parâmetro de decisão para cada um dos ditos pixels para os quais a dita diferença da função de luminância foi

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SD,'-í/DTW/33652/02 0 determinada; e

b) meios para compararem a dita velocidade de mudança do dito, pelo menos, um parâmetro de decisão com um limiar de veloci dade de mudança de adaptação correspondente para determinarem qual dos ditos pixels representa as pontos de decisão.

15 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por os ditos meios para determinarem a dita função de l_u minância compreenderem meios para somar cada um dos ditos três s_i nais de componentes de cor digitais.

16 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por os ditos meios para determinarem a dita função de Ilj minância incluir a ponderação da soma dos ditos três sinais de componentes de cor digitais em relação a um ou mais dos ditos três sinais de componentes de cor digitais.

17 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por incluir adicionalmente meios para encadearem os comprimentos de percurso na dita pluralidade de combinaçães de comprimento' tfG-p^rcurso e componentes de cor reduzidos numa linha de exploração, os quais estão associados com componentes de cor red_u zidos cujas diferenças são menores do que um limiar predeterminado de diferença de cor.