RU2419246C1 - Method to compress and recover fixed halftone video images - Google Patents

Method to compress and recover fixed halftone video images Download PDF

Info

Publication number
RU2419246C1
RU2419246C1 RU2010102379/09A RU2010102379A RU2419246C1 RU 2419246 C1 RU2419246 C1 RU 2419246C1 RU 2010102379/09 A RU2010102379/09 A RU 2010102379/09A RU 2010102379 A RU2010102379 A RU 2010102379A RU 2419246 C1 RU2419246 C1 RU 2419246C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coefficients
matrix
frequency coefficients
elements
image
Prior art date
Application number
RU2010102379/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Балакирев (RU)
Сергей Владимирович Балакирев
Дмитрий Алексеевич Бардюков (RU)
Дмитрий Алексеевич Бардюков
Сергей Викторович Дворников (RU)
Сергей Викторович Дворников
Юрий Владимирович Ковайкин (RU)
Юрий Владимирович Ковайкин
Игорь Николаевич Оков (RU)
Игорь Николаевич Оков
Андрей Александрович Устинов (RU)
Андрей Александрович Устинов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2010102379/09A priority Critical patent/RU2419246C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2419246C1 publication Critical patent/RU2419246C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Abstract

FIELD: information technologies. ^ SUBSTANCE: matrix of frequency coefficients of a video image is calculated at the transmitting side by doing an operation of two-dimensional cosine conversion. Then 2p coefficients of two-dimensional linear forecasting (TDLFC) are calculated in a matrix of quantised counts of a fixed halftone image and are sent into a digital communication channel. The TDLFC quantised values are used to form an envelope of frequency coefficients, which is applied to determine coordinates of frequency coefficients in the order of their absolute values decreasing. Then values of frequency coefficients corresponding to the found coordinates are quantised and sent to the communication channel. When recovering messages on the basis of TDLFC received from the communication channels, an envelope of frequency coefficients is formed, using which, coordinates are assigned to the received frequency coefficients in the structure of their matrix, and the video image is recovered by doing an operation of a reverse two-dimensional discrete cosine conversion above the recovered matrix of frequency coefficients. ^ EFFECT: provision of compression and recovery of fixed halftone images with reduction of information transfer speed with preservation of the specified recovery quality. ^ 4 cl, 14 dwg, 1 app

Description

Изобретение относится к области электросвязи, а именно к методам передачи видеоизображений по цифровым каналам связи, преимущественно низкоскоростным.The invention relates to the field of telecommunications, and in particular to methods for transmitting video images through digital communication channels, mainly low speed.

Известны способы кодирования видеоизображений на основе статистического кодирования и кодирования с предсказанием, см., например, книгу: У.Претт. Цифровая обработка изображений. Часть 2. - М.: Мир, 1982, с.641-688. В данных способах кодируют изображения с поэлементной обработкой, когда непрерывный видеосигнал преобразуется в последовательность квантованных отсчетов и затем представляется кодовыми словами в виде нулей и единиц.Known methods of encoding video images based on statistical coding and prediction coding, see, for example, the book: W. Prett. Digital image processing. Part 2. - M .: Mir, 1982, p.641-688. In these methods, bitwise processed images are encoded when a continuous video signal is converted into a sequence of quantized samples and then represented by code words in the form of zeros and ones.

Известны также способы кодирования на основе преобразования (см., например, книгу: Н.Ахмед, К.Р.Рао. Ортогональные преобразования при обработке цифровых сигналов. - М.: Радио и связь, 1980, с.192-201; М. Леонард. Схема реализующая алгоритм сжатия изображений неподвижных объектов // Электроника. 1991. №10. С.20-24), включающие выполнение трех операций: сначала изображение подвергается двумерному ортогональному преобразованию, полученные в результате коэффициенты преобразования квантуются и в дальнейшем кодируются для передачи по каналу связи.Conversion-based encoding methods are also known (see, for example, the book: N. Ahmed, K. R. Rao. Orthogonal transformations in the processing of digital signals. - M.: Radio and communications, 1980, p.192-201; M. Leonard, A Scheme Implementing an Algorithm for Compressing Images of Fixed Objects // Electronics, 1991. No. 10, P.20-24), including three operations: first, the image undergoes two-dimensional orthogonal transformation, the resulting conversion coefficients are quantized, and subsequently encoded for transmission over communication channel.

Недостатком перечисленных выше способов-аналогов является относительно высокая скорость передачи сообщений при заданном качестве их восстановления на приеме.The disadvantage of the above analogue methods is the relatively high speed of message transmission for a given quality of their recovery at the reception.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному способу является способ сжатия и восстановления речевых сообщений, описанный в патенте РФ №2226043, МПК7 H04N 7/30 от 20.03.04 г.The closest in technical essence to the claimed method is the method of compression and restoration of voice messages described in the patent of the Russian Federation No. 2226043, IPC 7 H04N 7/30 from 03/20/04

Известный способ-прототип заключается в том, что предварительно идентично на передающей стороне и на приемной стороне генерируют случайную квадратную матрицу размером m×m элементов. Генерируют случайные прямоугольные матрицы из единичных и нулевых элементов размером N×m и m×N элементов, преобразуют случайные прямоугольные матрицы размером N×m и m×N элементов путем деления элементов каждой строки случайной прямоугольной матрицы размером N×m элементов на сумму единиц соответствующей строки и деления элементов каждого столбца случайной прямоугольной матрицы размером m×N элементов на сумму единиц соответствующего столбца. Вычисляют матрицу размером N×N элементов путем последовательного перемножения полученной после преобразования прямоугольной матрицы размером N×m элементов, случайной квадратной матрицы размером m×m элементов и полученной после преобразования прямоугольной матрицы размером m×N элементов. Последовательно инвертируют каждый элемент случайных прямоугольных матриц размером N×m и m×N элементов. Затем повторно преобразуют случайные прямоугольные матрицы размером N×m и m×N элементов и повторно вычисляют матрицу размером N×N элементов путем последовательного перемножения полученной после преобразования прямоугольной матрицы размером N×m элементов, случайной квадратной матрицы размером m×m элементов и полученной после преобразования прямоугольной матрицы размером m×N элементов. Вычитают сумму квадратов разности от аналогичной суммы, полученной на предыдущем шаге, и, в случае положительной разности, сохраняют инвертированное значение элемента, а в противном случае - выполняют его повторную инверсию. Передают множество нулевых и единичных элементов прямоугольных матриц размером N×m и m×N элементов по каналу связи, принимают множество нулевых и единичных элементов прямоугольных матриц размером N×m и m×N элементов из канала связи и преобразуют их путем деления элементов каждой строки прямоугольной матрицы размером N×m элементов на сумму единиц соответствующей строки и деления элементов каждого столбца прямоугольной матрицы размером m×N элементов на сумму единиц соответствующего столбца. Каждый элемент случайной квадратной матрицы размером m×m элементов принадлежит диапазону -500÷+500. В качестве сообщения, подлежащего сжатию и восстановлению, используют неподвижное полутоновое видеоизображение, из которого формируют матрицу квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения размером М×М элементов, присвоив каждому ее элемент S(x,y), где x=1,2,…,M; y=1,2,…,M, квантованное значение соответствующего пиксела неподвижного полутонового видеоизображения. Преобразуют матрицу квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения размером М×М элементов к цифровому виду, при этом предварительно формируют матрицу коэффициентов двумерного дискретного косинусного преобразования (ДДКП) размером М×М элементов путем перемножения матрицы дискретного косинусного преобразования (ДКП) размером М×М элементов на матрицу квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения размером М×М элементов и на транспонированную матрицу дискретного косинусного преобразования размером М×М элементов. Формируют матрицу коэффициентов ДДКП размером N×N элементов на основании выражения A(i,j)=L(i,j), где i=1,2,…,N, j=1,2,…,N, L(i,j) - i-й, j-й элемент матрицы коэффициентов ДДКП размером М×М элементов, A(i,j) - i-й, j-й элемент матрицы коэффициентов ДДКП размером N×N элементов, причем выбирают N≤M. На передающей и приемной сторонах идентично формируют нормировочную матрицу размером N×N элементов, элементы которой С(i,j) вычисляют по формулеThe known prototype method is that previously randomly on the transmitting side and on the receiving side generate a random square matrix of size m × m elements. Random rectangular matrices are generated from single and zero elements of size N × m and m × N elements, random rectangular matrices of size N × m and m × N elements are transformed by dividing the elements of each row of a random rectangular matrix of size N × m elements by the sum of units of the corresponding row and dividing the elements of each column of a random rectangular matrix of size m × N elements by the sum of the units of the corresponding column. A matrix of N × N elements is calculated by successively multiplying the resulting rectangular matrix of N × m elements after transformation, a random square matrix of m × m elements and obtained after the transformation of a rectangular matrix of m × N elements. Each element of random rectangular matrices of size N × m and m × N elements is sequentially inverted. Then, random rectangular matrices of N × m and m × N elements are recalculated and the matrix of N × N elements is recalculated by successively multiplying the resulting rectangular matrix of N × m elements, a random square matrix of m × m elements and obtained after the transformation rectangular matrix of size m × N elements. Subtract the sum of the squares of the difference from the same amount obtained in the previous step, and, in the case of a positive difference, save the inverted value of the element, and otherwise, perform its repeated inversion. The set of zero and single elements of rectangular matrices of size N × m and m × N elements is transmitted over the communication channel, the set of zero and single elements of rectangular matrices of size N × m and m × N elements is transmitted from the communication channel and they are converted by dividing the elements of each row of the rectangular matrices of size N × m elements by the sum of units of the corresponding row and dividing the elements of each column of a rectangular matrix of size m × N elements by the sum of units of the corresponding column. Each element of a random square matrix of size m × m elements belongs to the range -500 ÷ + 500. As a message to be compressed and restored, a stationary grayscale video image is used, from which a matrix of quantized samples of a stationary grayscale video image of size M × M elements is formed, assigning each of its elements S (x, y), where x = 1,2, ..., M ; y = 1,2, ..., M, the quantized value of the corresponding pixel of the still grayscale video image. The matrix of quantized samples of a fixed halftone video image of size M × M elements is converted to digital form, while the matrix of coefficients of a two-dimensional discrete cosine transform (DDC) of size M × M elements is preformed by multiplying the matrix of discrete cosine transform (DCT) of size M × M elements by a matrix quantized samples of a fixed grayscale video image of M × M size elements and the transposed matrix of discrete cosine transform times erom M × M elements. Form the matrix of coefficients of the DCTD with the size of N × N elements based on the expression A (i, j) = L (i, j), where i = 1,2, ..., N, j = 1,2, ..., N, L (i , j) is the i-th, j-th element of the matrix of coefficients of the DCTD size M × M elements, A (i, j) is the i-th, j-th element of the matrix of coefficients of the DCTD size N × N elements, and N≤M . On the transmitting and receiving sides, a normalization matrix of the size N × N elements is identical formed, the elements of which C (i, j) are calculated by the formula

Figure 00000001
.
Figure 00000001
.

Затем формируют матрицу нормированных коэффициентов ДДКП размером N×N элементов, путем умножения каждого коэффициента A(i,j) на соответствующий ему элемент нормировочной матрицы размером N×N элементов. После вычисления матрицы размером N×N элементов рассчитывают сумму квадратов разностей между элементами матрицы размером N×N элементов и соответствующими им элементами матрицы нормированных коэффициентов ДДКП размером N×N элементов, а после повторного вычисления матрицы размером N×N элементов повторно рассчитывают сумму квадратов разностей между элементами матрицы размером N×N элементов и элементами матрицы нормированных коэффициентов ДДКП размером N×N элементов. После преобразования на приемной стороне прямоугольных матриц размером N×m и m×N элементов формируют матрицу восстановленных нормированных коэффициентов ДДКП размером N×N элементов путем последовательного перемножения полученной после преобразования прямоугольной матрицы размером N×m, случайной квадратной матрицы размером m×m элементов и полученной после преобразования прямоугольной матрицы размером m×N элементов. Затем формируют матрицу восстановленных коэффициентов ДДКП размером N×N элементов путем деления значения каждого i-го, j-го элемента матрицы восстановленных нормированных коэффициентов ДДКП размером N×N элементов на соответствующий элемент нормировочной матрицы размером N×N элементов. Формируют матрицу восстановленных коэффициентов ДДКП размером М×М элементов, путем присвоения значения каждого i-го, j-го элемента матрицы восстановленных коэффициентов ДДКП размером N×N элементов каждому i-му, j-му элементу матрицы восстановленных коэффициентов ДДКП размером М×М элементов, а в качестве остальных элементов записывают нули. Формируют матрицу восстановленных квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения путем перемножения транспонированной матрицы ДКП размером М×М элементов на матрицу восстановленных коэффициентов ДДКП размером М×М элементов и на матрицу ДКП размером М×М элементов. Представляют матрицу восстановленных квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения размером М×М элементов в виде неподвижного полутонового видеоизображения, присвоив каждому пикселю неподвижного полутонового видеоизображения значение соответствующего элемента матрицы восстановленных квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения размером М×М элементов.Then, a matrix of normalized coefficients of the DCTD with the size of N × N elements is formed by multiplying each coefficient A (i, j) by the corresponding element of the normalization matrix with the size of N × N elements. After calculating a matrix of N × N elements, the sum of the squares of the differences between the elements of the matrix of N × N elements and the corresponding elements of the matrix of normalized DCT coefficients of N × N elements is calculated, and after recalculating the matrix of N × N elements, the sum of the squares of the differences between matrix elements of size N × N elements; and elements of a matrix of normalized coefficients of DCTD of size N × N elements. After the conversion, on the receiving side of the rectangular matrices of N × m and m × N elements in size, a matrix of restored normalized DCT coefficients of N × N elements is formed by sequentially multiplying the resulting rectangular matrix of N × m size, a random square matrix of m × m elements in size and obtained after transforming a rectangular matrix of size m × N elements. Then, a matrix of reconstructed DCT coefficients of N × N element size is formed by dividing the value of each i-th, j-th element of the matrix of restored normalized DCT coefficients of N × N elements by the corresponding element of the normalization matrix of N × N elements. A matrix of reconstructed DDKD coefficients with the size of M × M elements is formed by assigning the value of each i-th, j-th element of the matrix of reconstructed DDKP coefficients with the size of N × N elements to each i-th, j-th element of the matrix of restored DDKP coefficients with the size of M × M elements , and as the remaining elements, zeros are written. A matrix of reconstructed quantized samples of a fixed grayscale video image is formed by multiplying the transposed DCT matrix of M × M elements by a matrix of restored DCT coefficients of M × M elements and by a DCT matrix of M × M elements. A matrix of reconstructed quantized samples of a still halftone video image of size M × M elements is presented in the form of a motionless grayscale video image, assigning to each pixel of a motionless grayscale video image the value of the corresponding element of the matrix of reconstructed quantized samples of a still grayscale video image of size M × M elements.

При использовании способа-прототипа без ухудшения качества восстановления сообщений обеспечивается сжатие исходных изображений до величины, при которой возможна передача неподвижных полутоновых изображений по цифровым каналам связи со скоростью 256÷512 кбит/с.When using the prototype method without compromising the quality of message recovery, the compression of the original images to a value at which it is possible to transmit stationary grayscale images through digital communication channels at a speed of 256 ÷ 512 kbit / s is possible.

Недостатком этого способа-прототипа является относительно низкое качество восстановленных видеоизображений при использовании каналов связи с ограниченной пропускной способностью. Это объясняется тем, что в способе-прототипе матрицу восстановленных квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения размером М×М элементов вычисляют путем выполнения обратного двумерного дискретного косинусного преобразования над матрицей восстановленных коэффициентов дискретного косинусного преобразования размером М×М элементов. Причем N×N элементов данной матрицы (N≤M), занимающих ее верхний левый квадрант, формируют на основе принятого из канала связи цифрового потока, а остальные элементы считают равными нулю.The disadvantage of this prototype method is the relatively low quality of the reconstructed video images when using communication channels with limited bandwidth. This is because in the prototype method, the matrix of reconstructed quantized samples of a fixed halftone video image of size M × M elements is calculated by performing an inverse two-dimensional discrete cosine transform on a matrix of reconstructed coefficients of a discrete cosine transform of size M × M elements. Moreover, N × N elements of this matrix (N≤M) occupying its upper left quadrant are formed on the basis of a digital stream received from the communication channel, and the remaining elements are considered equal to zero.

При этом делается допущение о том, что N×N элементов матрицы ДДКП содержат наиболее значимые (максимальные по абсолютному значению) коэффициенты. Такое построение декодера привод к тому, что для увеличения коэффициента сжатия необходимо уменьшать параметр N, что приводит к увеличению числа нулевых коэффициентов матрицы ДДКП. С другой стороны, уменьшение значения N приводит к тому, что к нулевому значению приравниваются в том числе и значимые коэффициенты ДДКП. Это, в свою очередь, приводит к снижению качества восстанавливаемых изображений. Таким образом, фиксированная конфигурация ненулевых коэффициентов ДДКП в виде верхнего левого квадранта размером N×N элементов приводит либо к низкому коэффициенту сжатия при хорошем качестве восстановленных изображений, либо к их низкому качеству при относительно высоком коэффициенте сжатия.In this case, an assumption is made that the N × N elements of the matrix of the DDKP contain the most significant (maximum in absolute value) coefficients. Such a construction of the decoder leads to the fact that in order to increase the compression coefficient, it is necessary to reduce the parameter N, which leads to an increase in the number of zero coefficients of the DCT matrix. On the other hand, a decrease in the value of N leads to the fact that significant coefficients of the DCT are also equated to a zero value. This, in turn, leads to a decrease in the quality of the restored images. Thus, the fixed configuration of nonzero DDCD coefficients in the form of an upper left quadrant of size N × N elements leads either to a low compression ratio with good quality of the reconstructed images, or to their low quality with a relatively high compression ratio.

Целью изобретения является разработка способа сжатия и восстановления сообщений, обеспечивающего повышение качества восстановленных видеоизображений при использовании низкоскоростных каналов связи.The aim of the invention is to develop a method of compression and recovery of messages, providing improved quality of the recovered video images using low-speed communication channels.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе сжатия и восстановления сообщений, заключающемся в том, что неподвижное видеоизображение преобразуют в цифровую форму, для чего формируют матрицу квантованных отсчетов неподвижного видеоизображения, вычисляют ее частотные коэффициенты (матрицу спектра изображения) путем выполнения операции двумерного дискретного косинусного преобразования, квантуют частотные коэффициенты, значения которых превышают заданный уровень и передают их по каналу связи, по принятым частотным коэффициентам восстанавливают матрицу квантованных отсчетов неподвижного изображения. В представленном способе после формирования матрицы квантованных отсчетов по значениям ее элементов вычисляют коэффициенты двумерного линейного предсказания ax1, ax2,…,axp и ay1, ay2,…,ayp, где p - глубина предсказания. Затем квантуют их и передают в канал связи, по значениям квантованных коэффициентов двумерного линейного предсказания формируют огибающую частотных коэффициентов. По сформированной огибающей определяют координаты частотных коэффициентов в порядке убывания их абсолютных значений, затем значения частотных коэффициентов, соответствующих найденным координатам, квантуют и последовательно передают в канал связи, причем число Kots подлежащих передаче коэффициентов задают предварительно в зависимости от требуемого качества восстановления изображения. После приема коэффициентов двумерного линейного предсказания и частотных коэффициентов, по коэффициентам двумерного линейного предсказания формируют на приемной стороне огибающую частотных коэффициентов, так же как на передающей стороне, по которой присваивают принятым частотным коэффициентам координаты в структуре матрицы спектра изображения, а вместо недостающих частотных коэффициентов в структуре матрицы оставляют нулевые значения. После чего восстанавливают изображение путем перемножения транспонированной матрицы дискретно-косинусного преобразования на матрицу восстановленных коэффициентов двумерного дискретно-косинусного преобразования и на матрицу дискретно-косинусного преобразования. Представляют матрицу восстановленных квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения в виде неподвижного полутонового видеоизображения, присвоив каждому пикселю неподвижного полутонового видеоизображения значение соответствующего элемента матрицы восстановленных квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения.This goal is achieved by the fact that in the known method of compressing and restoring messages, namely, that a stationary video image is converted to digital form, for which a matrix of quantized samples of a stationary video image is formed, its frequency coefficients (image spectrum matrix) are calculated by performing a two-dimensional discrete cosine operation transformations, quantize frequency coefficients whose values exceed a predetermined level and transmit them over the communication channel, according to the adopted frequency coefficient itsientam restore the matrix of quantized samples of the still image. In the presented method, after the formation of a matrix of quantized samples from the values of its elements, two-dimensional linear prediction coefficients ax 1 , ax 2 , ..., ax p and ay 1 , ay 2 , ..., ay p are calculated, where p is the prediction depth. Then they are quantized and transmitted to the communication channel, the envelope of the frequency coefficients is formed from the values of the quantized coefficients of the two-dimensional linear prediction. Using the generated envelope, the coordinates of the frequency coefficients are determined in descending order of their absolute values, then the values of the frequency coefficients corresponding to the found coordinates are quantized and sequentially transmitted to the communication channel, and the number K ots of coefficients to be transmitted is pre-set depending on the required image restoration quality. After receiving two-dimensional linear prediction coefficients and frequency coefficients, the two-dimensional linear prediction coefficients form an envelope of frequency coefficients on the receiving side, as well as on the transmitting side, on which coordinates are assigned to the received frequency coefficients in the structure of the image spectrum matrix, and instead of the missing frequency coefficients in the structure matrices leave zero values. Then restore the image by multiplying the transposed matrix of the discrete cosine transform on the matrix of the restored coefficients of the two-dimensional discrete cosine transform and the matrix of the discrete cosine transform. A matrix of reconstructed quantized samples of a still grayscale video image is presented in the form of a grayscale video image by assigning each pixel of a grayscale video image the value of the corresponding element of the matrix of reconstructed quantized grayscale samples of a stationary grayscale video image.

Благодаря новой совокупности существенных признаков, за счет вычисления огибающей частотных коэффициентов неподвижного полутонового изображения и вычисления коэффициентов двумерного линейного предсказания матрицы спектра этого изображения, обеспечивается существенное сокращение объема цифрового потока на выходе кодера. Для уменьшения цифрового представления видеоизображения кодируют и передают не все спектральные коэффициенты, а только Kots спектральных коэффициентов из области спектра с максимальной энергией.Thanks to a new set of essential features, by calculating the envelope of the frequency coefficients of a fixed grayscale image and calculating the two-dimensional linear prediction coefficients of the spectrum matrix of this image, a significant reduction in the volume of the digital stream at the encoder output is provided. To reduce the digital representation of the video image, not all spectral coefficients are encoded and transmitted, but only K ots of spectral coefficients from the spectral region with maximum energy.

Таким образом, отличие предлагаемого способа сжатия от способа-прототипа состоит в том, что область значимых коэффициентов спектра не является фиксированной, а определяется для каждого сжимаемого сообщения путем вычисления огибающей спектра на основе коэффициентов двумерного линейного предсказания.Thus, the difference between the proposed compression method and the prototype method is that the region of significant spectrum coefficients is not fixed, but is determined for each compressible message by calculating the spectrum envelope based on two-dimensional linear prediction coefficients.

Это позволяет повысить качество восстановленных видеоизображений при использовании каналов связи с ограниченной пропускной способностью.This allows you to improve the quality of the restored video when using communication channels with limited bandwidth.

Заявленный способ поясняется чертежами:The claimed method is illustrated by drawings:

- Фиг.1 - Формирование матрицы квантованных отсчетов;- Figure 1 - Formation of a matrix of quantized samples;

- Фиг.2 - Спектральное представление коэффициентов преобразования;- Figure 2 - Spectral representation of the conversion coefficients;

- Фиг.3 - Представление i-го, j-го элемента значения яркости i-го, j-го пикселя исходного изображения как линейной комбинации предшествующих отсчетов;- Figure 3 - Representation of the i-th, j-th element of the brightness value of the i-th, j-th pixel of the original image as a linear combination of previous samples;

- Фиг.4 - Формирование матриц Dy;- Figure 4 - Formation of matrices Dy;

- Фиг.5 - Формирование матриц Dx и М(j);- Figure 5 - Formation of matrices Dx and M (j);

- Фиг.6 - Вычисление огибающей по строкам ACHx(i),

Figure 00000002
;- 6 - Calculation of the envelope on the lines ACHx (i),
Figure 00000002
;

- Фиг.7 - Вычисление огибающей по столбцам ACHy(j),

Figure 00000003
;- Fig.7 - Calculation of the envelope on the columns ACHy (j),
Figure 00000003
;

- Фиг.8 - Расчет огибающей коэффициентов ДДКП;- Fig - Calculation of the envelope of the coefficients of the DDKP;

- Фиг.9 - Ранжирование элементов матрицы огибающей коэффициентов ДДКП в порядке убывания значений;- Fig.9 - The ranking of the matrix elements of the envelope of the coefficients of the DDKP in descending order of values;

- Фиг.10 - Формирование последовательности частотных коэффициентов подлежащих передаче по каналу связи;- Figure 10 - Formation of a sequence of frequency coefficients to be transmitted over the communication channel;

- Фиг.11 - Восстановление матрицы ДДКП на приемной стороне;- 11 - Recovery matrix DKKP on the receiving side;

- Фиг.12 - Сжатие и восстановление видеоизображения.- Fig - Compression and restoration of the video image.

Возможность реализации заявленного способа сжатия и восстановления сообщений объясняется следующим. При необходимости передачи по каналу связи сообщения, для передачи которого в условиях ограничения скорости предоставляемого канала связи требуется недопустимо большой временной интервал, используют различные приемы сокращения объема цифрового представления передаваемого сообщения.The ability to implement the claimed method of compression and recovery of messages is explained as follows. If it is necessary to transmit a message over a communication channel, for the transmission of which, under the conditions of limiting the speed of the provided communication channel, an unacceptably large time interval is required, various methods of reducing the digital representation of the transmitted message are used.

Например (см. книгу: У.Претт. Цифровая обработка изображений. Часть 1. - М.: Мир, 1982, с.96-118), кодируемое сообщение представляют в виде произведения матрицы опорных векторов на матрицу коэффициентов разложения. Для этой цели используют один из известных приемов: дискретное косинусное преобразование, быстрое преобразование Фурье, преобразование Карунена-Лоэва, Вейвлет-преобразование и другие. При этом по каналу связи достаточно передать только коэффициенты разложения в предположении, что на приемной стороне для восстановления сообщения будут использоваться аналогичные (как и на передаче) опорные вектора.For example (see the book: W. Prett. Digital Image Processing. Part 1. - M .: Mir, 1982, p.96-118), the encoded message is represented as the product of the matrix of support vectors by the matrix of decomposition coefficients. For this purpose, one of the well-known techniques is used: the discrete cosine transform, the fast Fourier transform, the Karunen-Loeve transform, the wavelet transform, and others. In this case, it is sufficient to transmit only the decomposition coefficients on the communication channel under the assumption that at the receiving side, similar (as in transmission) reference vectors will be used for message recovery.

Такой прием обуславливает некоторое снижение объема информации, необходимого для передачи по каналу связи, и одновременное достижение требуемого качества восстановленных сообщений.Such a technique causes a certain decrease in the amount of information required for transmission over the communication channel, and at the same time achieve the required quality of the restored messages.

Таким образом, при некотором ухудшении качества передаваемой информации обеспечивают снижение объема информации, необходимого для передачи. В то же время объем передаваемой информации о матрице опорных векторов и матрице коэффициентов разложения все еще велик, что не соответствует требованиям к современным каналам связи при сохранении требуемого качества. В предлагаемом способе решается задача снижения объема передаваемой информации при одновременном сохранении требуемого качества.Thus, with some deterioration in the quality of the transmitted information, they provide a decrease in the amount of information necessary for transmission. At the same time, the amount of transmitted information about the matrix of support vectors and the matrix of decomposition coefficients is still large, which does not meet the requirements for modern communication channels while maintaining the required quality. The proposed method solves the problem of reducing the amount of information transmitted while maintaining the required quality.

Предлагаемый способ включает проведение следующих действий.The proposed method includes the following steps.

В качестве сообщения, подлежащего сжатию и восстановлению, далее рассматривается неподвижное полутоновое видеоизображение (см. фиг.1а), из которого формируют матрицу квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения размером P×N элементов, присвоив каждому ее элементу A(i,j), где i=1,2,…,Р; j=1,2,…,N, квантованное значение соответствующего пикселя неподвижного полутонового видеоизображения (см. фиг.1б и фиг.12 (1)).As a message to be compressed and restored, a stationary halftone video image is considered (see Fig. 1a), from which a matrix of quantized samples of a stationary halftone video image of size P × N elements is formed, assigning each of its elements A (i, j), where i = 1,2, ..., P; j = 1,2, ..., N, the quantized value of the corresponding pixel of a stationary grayscale video image (see fig.1b and Fig.12 (1)).

С целью уменьшения объема информации, передаваемой по каналу связи, используют дискретное косинусное преобразование, описанное, например, в кн.: Н.Ахмед, К.Р.Рао. Ортогональные преобразования при обработке цифровых сигналов. - М.: Связь, 1980, с.156-159.In order to reduce the amount of information transmitted over the communication channel, a discrete cosine transform is used, described, for example, in the book: N. Ahmed, K. R. Rao. Orthogonal transformations when processing digital signals. - M .: Communication, 1980, p. 156-159.

Матрицу коэффициентов ДДКП размером PxN элементов формируют на основании выражения

Figure 00000004
где
Figure 00000005
- матрица коэффициентов ДДКП размером P×N элементов,
Figure 00000006
- матрица квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения размером P×N элементов,
Figure 00000007
- матрица прямого ДКП, размером Р×Р элементов;
Figure 00000008
- матрица обратного ДКП, размером N×N элементов (см. фиг.12 (2)).The matrix of coefficients of the DCTD with the size of PxN elements is formed based on the expression
Figure 00000004
Where
Figure 00000005
- the matrix of coefficients DKPP size P × N elements,
Figure 00000006
- a matrix of quantized samples of a stationary grayscale video image of size P × N elements,
Figure 00000007
- matrix direct DCT, size R × P elements;
Figure 00000008
- matrix inverse DCT, size N × N elements (see Fig. 12 (2)).

Наиболее информативными, с точки зрения качества восстановления передаваемого видеоизображения (см. фиг.2а) являются коэффициенты ДДКП с максимальной энергией, располагающиеся, как правило, в левом верхнем квадранте матрицы коэффициентов ДДКП размером P×N элементов. Однако, как показывают исследования, местоположение значимых коэффициентов для различных изображений может быть различным (см. фиг.2б).The most informative, in terms of the quality of restoration of the transmitted video image (see Fig. 2a), are the maximum-energy DCT coefficients, located, as a rule, in the upper left quadrant of the DCTD coefficient matrix with the size of P × N elements. However, studies show that the location of significant coefficients for different images may be different (see figb).

Для определения местоположения значимых коэффициентов находят огибающую коэффициентов ДДКП. С этой целью вычисляют коэффициенты двумерного линейного предсказания ax1, ax2,…,axp и ay1, ay2,…,ayp,, где p - глубина предсказания (см. фиг.12 (3)). Величину p выбирают в пределах от 8 до 12. Такой диапазон выбора количества вычисляемых коэффициентов линейного предсказания связан с тем, что при p меньше 8 на приемной стороне не удастся с необходимой точностью аппроксимировать огибающую спектра видеоизображения, увеличение же значения параметра p больше 12 не дает какого-либо значительного повышения точности аппроксимации. Для вычисления коэффициентов двумерного линейного предсказания, как и в случае вычисления коэффициентов одномерного линейного предсказания, необходимо решить задачу минимизации среднеквадратической ошибки между исходным и предсказанным сообщениями, относительно этих коэффициентов (см., например, книги: Дж.Д.Маркел, А.Х.Грей. Линейное предсказание речи. - М.: Связь, 1980, с.13-23; А.А.Устинов, А.А.Рощин, Д.А.Бардюков. Параметрическое кодирование речи с линейным предсказанием. - СПб.: ВАС, 2008, с.30-32).To determine the location of significant coefficients, find the envelope of the coefficients of the DCT. For this purpose, two-dimensional linear prediction coefficients ax 1 , ax 2 , ..., ax p and ay 1 , ay 2 , ..., ay p ,, are calculated, where p is the prediction depth (see Fig. 12 (3)). The value of p is chosen in the range from 8 to 12. This range of the choice of the number of calculated linear prediction coefficients is due to the fact that when p is less than 8, it is not possible to approximate the envelope of the video image spectrum with the necessary accuracy, while increasing the value of the parameter p more than 12 does not give any Any significant increase in approximation accuracy. To calculate the coefficients of two-dimensional linear prediction, as in the case of calculating the coefficients of one-dimensional linear prediction, it is necessary to solve the problem of minimizing the mean square error between the original and the predicted messages regarding these coefficients (see, for example, the books: J.D. Markel, A.Kh. Gray, Linear Prediction of Speech. - Moscow: Communication, 1980, pp. 13-23; A.A. Ustinov, A.A. Roshchin, D.A. Bardyukov. Parametric coding of speech with linear prediction. - St. Petersburg: YOU. , 2008, p.30-32).

Поясним особенности вычисления коэффициентов двумерного линейного предсказания.Let us explain the features of calculating the coefficients of two-dimensional linear prediction.

Пусть A(i,j) - i-й, j-й элемент значения яркости i-го, j-го пикселя исходного изображения, тогда предсказанное значение i-го, j-го элемента изображенияLet A (i, j) be the i-th, j-th element of the brightness value of the i-th, j-th pixel of the original image, then the predicted value of the i-th, j-th image element

Figure 00000009
можно определить как линейную комбинацию p предшествующих элементов i-й строки и p предшествующих элементов j-го столбца (см. фиг.3):
Figure 00000009
can be defined as a linear combination of p previous elements of the i-th row and p previous elements of the j-th column (see figure 3):

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
,
Figure 00000012
.
Figure 00000011
,
Figure 00000012
.

Для всех элементов j-го столбца исходного изображения данное выражение можно записать в матричной форме в виде:For all elements of the jth column of the source image, this expression can be written in matrix form in the form:

Figure 00000013
,
Figure 00000013
,

где Dy(j) - матрица размером P×p, составленная из элементов j-го столбца изображения (см. фиг 4а), имеющая вид (см. фиг.4в):where Dy (j) is a matrix of size P × p composed of elements of the jth column of the image (see Fig. 4a), having the form (see Fig. 4c):

Figure 00000014
Figure 00000014

M(j)- матрица размером Р×р элементов (см. фиг.5д), состоящая из j-x строк матриц Dx(k),

Figure 00000015
имеющих вид (см. фиг.5б, в, г):M (j) is a matrix of size P × p elements (see Fig.5d), consisting of jx rows of matrices Dx (k),
Figure 00000015
having the form (see figb, c, d):

Figure 00000016
Figure 00000016

С учетом найденного выражения для j-го предсказанного столбца задачу поиска коэффициентов предсказания в виде векторов ax и ay можно записать в виде:Based on the expression found for the jth predicted column, the problem of searching for prediction coefficients in the form of vectors ax and ay can be written in the form:

Figure 00000017
Figure 00000017

Решение данной задачи приведено в приложении. После вычисления коэффициентов двумерного линейного предсказания ax и ay их преобразуют в вид, пригодный для квантования, квантуют и передают в канал связи, по значениям квантованных коэффициентов двумерного линейного предсказания вычисляют двумерную огибающую коэффициентов ДДКП.The solution to this problem is given in the appendix. After calculating the two-dimensional linear prediction coefficients, ax and ay convert them to a suitable form for quantization, quantize them and transmit to the communication channel, using the values of the quantized two-dimensional linear prediction coefficients, calculate the two-dimensional envelope of the DCT coefficients.

Как было отмечено выше, непосредственно коэффициенты предсказания не квантуются. Это объясняется их высокой чувствительностью к влиянию ошибок цифрового канала связи и отсутствием четких диапазонов динамического изменения, что, в свою очередь, затрудняет процесс их квантования. Поэтому перед квантованием введен промежуточный этап, заключающийся в преобразовании коэффициентов предсказания в набор линейных спектральных частот (ЛСЧ) (см., например, книгу: А.А.Устинов, А.А.Рощин, Д.А.Бардюков. Параметрическое кодирование речи с линейным предсказанием. - СПб.: ВАС, 2008, с.37 -43).As noted above, prediction coefficients themselves are not quantized. This is explained by their high sensitivity to the influence of errors in the digital communication channel and the lack of clear ranges of dynamic change, which, in turn, complicates the process of quantization. Therefore, before quantization, an intermediate stage was introduced, which consists in converting prediction coefficients into a set of linear spectral frequencies (LSP) (see, for example, the book: A. A. Ustinov, A. A. Roshchin, D. A. Bardyukov. Parametric coding of speech with linear prediction. - SPb .: VAS, 2008, p. 37 -43).

Для вычисления двумерной огибающей коэффициентов ДДКП определяют элементы (см. фиг.6 и 7 соответственно):To calculate the two-dimensional envelope of the coefficients of the DKDP determine the elements (see Fig.6 and 7, respectively):

Figure 00000018
,
Figure 00000018
,

Figure 00000019
,
Figure 00000019
,

где P и N - размеры матрицы изображения,

Figure 00000020
,
Figure 00000021
, ax и ау - значения вычисленных 2p коэффициентов двумерного линейного предсказания. На основе найденных элементов ACHx(i),
Figure 00000022
и ACHy(j),
Figure 00000023
вычисляют элементы двумерной огибающей коэффициентов ДДКП в соответствии с выражением (см. фиг.8 и фиг.12(4)):where P and N are the dimensions of the image matrix,
Figure 00000020
,
Figure 00000021
, ax and ay are the values of the calculated 2p coefficients of two-dimensional linear prediction. Based on the found elements ACH x (i),
Figure 00000022
and ACH y (j),
Figure 00000023
calculate the elements of the two-dimensional envelope of the coefficients of the DCT in accordance with the expression (see Fig. 8 and Fig. 12 (4)):

Figure 00000024
Figure 00000024

Ранжируют элементы матрицы огибающей частотных коэффициентов (см. фиг.9а) в порядке убывания их значений (см. фиг.9б). По сформированной огибающей (см. фиг.8) определяют координаты частотных коэффициентов в порядке убывания их абсолютных значений. Затем значения частотных коэффициентов, соответствующих найденным координатам, квантуют и последовательно передают в канал связи, причем число Kots подлежащих передаче коэффициентов, задают предварительно в зависимости от требуемого качества восстановления изображения (см. фиг.10 и фиг.12(5)).The elements of the envelope matrix of the frequency coefficients are ranked (see Fig. 9a) in descending order of their values (see Fig. 9b). The envelope formed (see Fig. 8) determines the coordinates of the frequency coefficients in descending order of their absolute values. Then, the values of the frequency coefficients corresponding to the found coordinates are quantized and sequentially transmitted to the communication channel, and the number K ots of coefficients to be transmitted is predetermined depending on the required image restoration quality (see Fig. 10 and Fig. 12 (5)).

После приема коэффициентов двумерного линейного предсказания и частотных коэффициентов (см. фиг.12 (7)), по коэффициентам двумерного линейного предсказания формируют на приемной стороне огибающую частотных коэффициентов (см. фиг.12 (8)), так же как на передающей стороне (см. фиг.8). По сформированной огибающей (см. фиг.11а) присваивают принятым частотным коэффициентам (см. фиг.11б) координаты в структуре матрицы спектра изображения, а вместо недостающих частотных коэффициентов в структуре матрицы оставляют нулевые значения (см. фиг.11в и фиг.12 (10)).After receiving two-dimensional linear prediction coefficients and frequency coefficients (see Fig. 12 (7)), the two-dimensional linear prediction coefficients form an envelope of frequency coefficients on the receiving side (see Fig. 12 (8)), as well as on the transmitting side ( see Fig. 8). According to the generated envelope (see Fig. 11a), the received frequency coefficients (see Fig. 11b) are assigned coordinates in the structure of the image spectrum matrix, and instead of the missing frequency coefficients in the matrix structure, zero values are left (see Fig. 11c and Fig. 12 ( 10)).

Далее формируют матрицу восстановленных квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения (см. фиг.12 (11)) путем перемножения транспонированной матрицы ДКП размером Р×Р элементов на матрицу восстановленных коэффициентов ДДКП размером P×N элементов и на матрицу ДКП размером N×N элементов, т.е. на основании формулы:Next, a matrix of reconstructed quantized samples of a fixed grayscale video image is formed (see Fig. 12 (11)) by multiplying the transposed DCT matrix with a size of P × P elements by a matrix of restored DCT coefficients with a size of P × N elements and a DCT matrix of N × N elements, t .e. based on the formula:

Figure 00000025
,
Figure 00000025
,

где

Figure 00000026
- матрица восстановленных квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения размером P×N элементов.Where
Figure 00000026
- a matrix of reconstructed quantized samples of a stationary grayscale video image with a size of P × N elements.

На последнем этапе представляют матрицу

Figure 00000027
в виде неподвижного полутонового видеоизображения, присвоив каждому пикселю неподвижного полутонового видеоизображения значение соответствующего элемента матрицы
Figure 00000028
.At the last stage, they present the matrix
Figure 00000027
in the form of a motionless grayscale video image, assigning each pixel of a motionless grayscale video image the value of the corresponding matrix element
Figure 00000028
.

В целом процесс сжатия и восстановления неподвижного полутонового видеоизображения можно представить в виде схемы (см. фиг.12).In general, the process of compression and restoration of a stationary grayscale video image can be represented in the form of a circuit (see Fig. 12).

1 - матрица квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения;1 - matrix of quantized samples of a stationary grayscale video image;

2 - матрица частотных коэффициентов неподвижного полутонового видеоизображения;2 - matrix of frequency coefficients of a fixed grayscale video image;

3 - коэффициенты двумерного линейного предсказания матрицы неподвижного полутонового видеоизображения 1;3 - coefficients of two-dimensional linear prediction of a matrix of a stationary grayscale video image 1;

4 - огибающая частотных коэффициентов неподвижного полутонового видеоизображения;4 - envelope of the frequency coefficients of a stationary grayscale video image;

5 - последовательность частотных коэффициентов неподвижного полутонового видеоизображения, подлежащая передаче;5 is a sequence of frequency coefficients of a fixed grayscale video image to be transmitted;

6 - цифровой канал связи;6 - digital communication channel;

7 - восстановленные коэффициенты двумерного линейного предсказания матрицы неподвижного полутонового видеоизображения 1;7 - reconstructed two-dimensional linear prediction coefficients of a matrix of a fixed grayscale video image 1;

8 - огибающая частотных коэффициентов неподвижного полутонового видеоизображения, сформированная на основе 7;8 - envelope of the frequency coefficients of a fixed grayscale video image, formed on the basis of 7;

9 - последовательность принятых частотных коэффициентов неподвижного полутонового видеоизображения;9 is a sequence of received frequency coefficients of a fixed grayscale video image;

10 - восстановленная матрица частотных коэффициентов неподвижного полутонового видеоизображения;10 - reconstructed matrix of frequency coefficients of a fixed grayscale video image;

11 - восстановленная матрица квантованных отсчетов неподвижного полутонового видеоизображения.11 is a reconstructed matrix of quantized samples of a still grayscale video image.

Для оценки возможности достижения сформулированного технического результата при использовании заявленного способа сжатия и восстановления сообщений было проведено имитационное моделирование на ПЭВМ. В предлагаемом способе высокая степень сжатия исходного сообщения достигнута за счет того, что для формирования на приемной стороне неподвижного полутонового видеоизображения в цифровой канал связи необходимо передать 2p коэффициентов двумерного линейного предсказания и Kots коэффициентов ДДКП.To assess the feasibility of achieving the formulated technical result when using the claimed method for compressing and recovering messages, simulation was carried out on a PC. In the proposed method, a high compression ratio of the original message is achieved due to the fact that in order to form a stationary grayscale video image on the receiving side, it is necessary to transmit 2p two-dimensional linear prediction coefficients and K ots of the DCT coefficients.

Практические исследования показывают, что при оставлении 1/16 спектральных коэффициентов двумерного дискретно-косинусного преобразования от общего количества коэффициентов матрицы коэффициентов двумерного дискретно-косинусного преобразования размером 512×512 элементов пиковое отношение сигнал/шум для исходного и восстановленного видеоизображения составляет порядка 40 дБ.Practical studies show that while leaving 1/16 of the spectral coefficients of the two-dimensional discrete cosine transform of the total number of coefficients of the matrix of two-dimensional discrete cosine transform coefficients of 512 × 512 elements, the peak signal-to-noise ratio for the original and reconstructed video image is about 40 dB.

При P и N равными 512 коэффициент сжатия при качестве 40 дБ соответствует 50 раз. Исследования показывают, что при сжатии исходного изображения в соответствии со способом-прототипом при сжатии в 50 раз пиковое соотношение сигнал/шум для восстановленного изображения соответствует 31 дБ.With P and N equal to 512, the compression ratio at 40 dB corresponds to 50 times. Studies show that when compressing the original image in accordance with the prototype method, when compressing 50 times, the peak signal-to-noise ratio for the reconstructed image corresponds to 31 dB.

Приложениеapplication

Задача поиска коэффициентов линейного предсказания ax и ay сводится к решению выражения (1):The task of searching for linear prediction coefficients ax and ay reduces to solving expression (1):

Figure 00000029
Figure 00000029

где Dy(j) - матрица размером Р×р, составленная из элементов j-го столбца изображения, имеющая вид (см. фиг.5):where Dy (j) is a matrix of size P × p, composed of elements of the j-th column of the image, having the form (see figure 5):

Figure 00000030
Figure 00000030

M(j) - матрица размером Р×p элементов, состоящая из j-строк матриц Dx(k),

Figure 00000031
, имеющей вид (см. фиг.6):M (j) is a matrix of size P × p elements, consisting of j-rows of matrices Dx (k),
Figure 00000031
having the form (see Fig.6):

Figure 00000032
Figure 00000032

Для вычисления ax найдем производную целевой функции (1) относительно данного вектора и приравняем ее к нулю:To calculate ax, we find the derivative of the objective function (1) with respect to the given vector and equate it to zero:

Figure 00000033
Figure 00000033

Вектор коэффициентов линейного предсказания ах определим путем решения уравнения (2):The vector of linear prediction coefficients ax is determined by solving equation (2):

Figure 00000034
Figure 00000034

Для сокращения громоздкости дальнейших расчетов введем следующие обозначения:To reduce the cumbersomeness of further calculations, we introduce the following notation:

Figure 00000035
Figure 00000035

Figure 00000036
Figure 00000036

Перепишем выражение (3) с вновь введенными обозначениями:We rewrite expression (3) with the newly introduced notation:

Figure 00000037
Figure 00000037

Для нахождения ау подставим выражение (4) в выражение целевой функции:To find ay, we substitute expression (4) into the expression of the objective function:

Figure 00000038
Figure 00000038

где

Figure 00000039
Where
Figure 00000039

Найдем производную целевой функции (5) по ay и приравняем ее к нулю:We find the derivative of the objective function (5) with respect to ay and equate it to zero:

Figure 00000040
Figure 00000040

Решая уравнение (6) относительно ay, получим:Solving equation (6) with respect to ay, we obtain:

Figure 00000041
Figure 00000041

Таким образом, результатом последовательного решения уравнений (6) и (2) являются коэффициенты линейного предсказания ay и ax.Thus, the sequential solution of equations (6) and (2) results in linear prediction coefficients ay and ax.

Claims (4)

1. Способ сжатия и восстановления неподвижных полутоновых видеоизображений, заключающийся в том, что неподвижное видеоизображение преобразуют в цифровую форму, для чего формируют матрицу квантованных отсчетов неподвижного видеоизображения, вычисляют ее частотные коэффициенты (матрицу спектра изображения) путем выполнения операции двумерного дискретного косинусного преобразования, квантуют частотные коэффициенты значения которых превышают заданный уровень и передают их по каналу связи, по принятым частотным коэффициентам восстанавливают матрицу квантованных отсчетов неподвижного изображения, отличающийся тем, что после формирования матрицы квантованных отсчетов по значениям ее элементов вычисляют 2р коэффициентов двумерного линейного предсказания ах1, ах2, …, ахр и ay1, ау2, …, аур, где p - глубина предсказания, затем квантуют их и передают в канал связи, по значениям квантованных коэффициентов двумерного линейного предсказания формируют огибающую частотных коэффициентов, по которой определяют координаты частотных коэффициентов в порядке убывания их абсолютных значений, затем значения частотных коэффициентов, соответствующих найденным координатам, квантуют и последовательно передают в канал связи, причем число Kots подлежащих передаче коэффициентов, задают предварительно в зависимости от требуемого качества восстановления изображения, после приема коэффициентов двумерного линейного предсказания и частотных коэффициентов, по коэффициентам двумерного линейного предсказания формируют на приемной стороне огибающую частотных коэффициентов, по которой присваивают принятым частотным коэффициентам координаты в структуре матрицы спектра изображения, после чего восстанавливают изображение путем выполнения обратного двумерного дискретного косинусного преобразования над восстановленной матрицей спектра изображения, а вместо недостающих частотных коэффициентов в структуре матрицы оставляют нулевые значения.1. The method of compression and recovery of stationary grayscale video images, which consists in the fact that the stationary video image is converted into digital form, for which a matrix of quantized samples of the stationary video image is formed, its frequency coefficients (image spectrum matrix) are calculated by performing the two-dimensional discrete cosine transform operation, frequency frequencies are quantized coefficients whose values exceed a predetermined level and transmit them over the communication channel, according to the accepted frequency coefficients of the recovery pour in a matrix of quantized samples of a still image, characterized in that after the formation of a matrix of quantized samples from the values of its elements, 2p coefficients of two-dimensional linear prediction ax 1 , ax 2 , ..., ax p and ay 1 , ay 2 , ..., ay p , where p - the depth of the prediction, then they are quantized and transmitted to the communication channel, according to the values of the quantized coefficients of the two-dimensional linear prediction, the envelope of the frequency coefficients is formed, which determine the coordinates of the frequency coefficients in descending order of their absolute values of the then values of frequency coefficients corresponding to the found coordinates are quantized and are sequentially transmitted to the communication channel, wherein the number K ots be transmitted coefficients set previously, depending on the desired quality of image reconstruction, after receiving the coefficients of the two-dimensional linear prediction and frequency coefficients, the coefficients two-dimensional linear prediction form on the receiving side the envelope of the frequency coefficients, which assign to the adopted frequency coefficient cients coordinates in the matrix structure of the spectrum of the image, after which the reduced image by performing two-dimensional inverse discrete cosine transform on the reconstructed image array spectrum, instead of missing frequency coefficients in the matrix structure is left to zero. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициенты двумерного линейного предсказания вычисляют путем решения задачи минимизации среднеквадратической ошибки между матрицами исходного и предсказанного изображения, относительно коэффициентов двумерного линейного предсказания ах1, ах2, …, ахр и ау1, ау2, … аур, а их число р выбирают в интервале р=8÷12.2. The method according to claim 1, characterized in that the two-dimensional linear prediction coefficients are calculated by solving the problem of minimizing the mean square error between the matrices of the original and the predicted image, relative to the two-dimensional linear prediction coefficients ax 1 , ax 2 , ..., ax p and ay 1 , ay 2 , ... ay r , and their number p is chosen in the interval p = 8 ÷ 12. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что огибающую частотных коэффициентов формируют путем последовательного вычисления огибающей по строкам ACHx (i) и столбцам ACHy (j) матрицы частотных коэффициентов по формулам:
Figure 00000042
,
Figure 00000043
,
где P и N размеры матрицы изображения, i=1,N, j=1,P, ax и ay значения вычисленных 2p коэффициентов двумерного линейного предсказания, а полную огибающую частотных коэффициентов рассчитывают как векторное произведение:
Figure 00000044
.
3. The method according to claim 1, characterized in that the envelope of the frequency coefficients is formed by sequentially calculating the envelope according to the rows ACH x (i) and columns ACH y (j) of the matrix of frequency coefficients according to the formulas:
Figure 00000042
,
Figure 00000043
,
where P and N are the sizes of the image matrix, i = 1, N, j = 1, P, ax and ay are the values of the calculated 2p coefficients of two-dimensional linear prediction, and the full envelope of the frequency coefficients is calculated as the vector product:
Figure 00000044
.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение Kots выбирают в соответствии с необходимым качеством восстанавливаемого изображения. 4. The method according to claim 1, characterized in that the value of K ots is chosen in accordance with the required quality of the restored image.
RU2010102379/09A 2010-01-25 2010-01-25 Method to compress and recover fixed halftone video images RU2419246C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010102379/09A RU2419246C1 (en) 2010-01-25 2010-01-25 Method to compress and recover fixed halftone video images

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010102379/09A RU2419246C1 (en) 2010-01-25 2010-01-25 Method to compress and recover fixed halftone video images

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2419246C1 true RU2419246C1 (en) 2011-05-20

Family

ID=44733832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010102379/09A RU2419246C1 (en) 2010-01-25 2010-01-25 Method to compress and recover fixed halftone video images

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2419246C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2573770C2 (en) * 2014-06-17 2016-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) Method of compressing images
RU2593991C2 (en) * 2011-10-18 2016-08-10 Кт Корпорейшен Video encoding method, video decoding method, video encoding device and video decoding device
RU2602834C2 (en) * 2011-10-19 2016-11-20 Кт Корпорейшен Method and device for video data encoding/decoding
RU2649787C1 (en) * 2012-07-06 2018-04-04 Нтт Докомо, Инк. Video predictive encoding device, video predictive encoding method, video predictive encoding program, video predictive decoding device, video predictive decoding method and video predictive decoding program

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHUNG-YEN LU, KUEI-ANN WEN, On the Design of Selective Coefficient DCT Module, IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS FOR VIDEO TECHNOLOGY, vol.8, №2, April 1998. *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10264283B2 (en) 2011-10-18 2019-04-16 Kt Corporation Method and apparatus for decoding a video signal using adaptive transform
RU2593991C2 (en) * 2011-10-18 2016-08-10 Кт Корпорейшен Video encoding method, video decoding method, video encoding device and video decoding device
RU2719302C2 (en) * 2011-10-18 2020-04-17 Кт Корпорейшен Video decoding method
RU2719375C2 (en) * 2011-10-18 2020-04-17 Кт Корпорейшен Video decoding method
RU2719377C2 (en) * 2011-10-18 2020-04-17 Кт Корпорейшен Video decoding method
RU2715382C2 (en) * 2011-10-18 2020-02-27 Кт Корпорейшен Video signal decoding method
US10575015B2 (en) 2011-10-18 2020-02-25 Kt Corporation Method and apparatus for decoding a video signal using adaptive transform
US9866832B2 (en) 2011-10-19 2018-01-09 Kt Corporation Method and apparatus for encoding/decoding image using transform skip flag
US9930333B2 (en) 2011-10-19 2018-03-27 Kt Corporation Method and apparatus for encoding/decoding image using transform skip flag
US9832464B2 (en) 2011-10-19 2017-11-28 Kt Corporation Method and apparatus for encoding/decoding image using transform skip flag
US10313667B2 (en) 2011-10-19 2019-06-04 Kt Corporation Method and apparatus for encoding/decoding image using transform skip flag
RU2626013C1 (en) * 2011-10-19 2017-07-21 Кт Корпорейшен Video signal decoding method
RU2626014C1 (en) * 2011-10-19 2017-07-21 Кт Корпорейшен Video signal decoding method
RU2625911C1 (en) * 2011-10-19 2017-07-19 Кт Корпорейшен Video signal decoding method
RU2625912C1 (en) * 2011-10-19 2017-07-19 Кт Корпорейшен Video signal decoding method
RU2602834C2 (en) * 2011-10-19 2016-11-20 Кт Корпорейшен Method and device for video data encoding/decoding
RU2721933C2 (en) * 2011-10-19 2020-05-25 Кт Корпорейшен Video decoding method
RU2649787C1 (en) * 2012-07-06 2018-04-04 Нтт Докомо, Инк. Video predictive encoding device, video predictive encoding method, video predictive encoding program, video predictive decoding device, video predictive decoding method and video predictive decoding program
RU2573770C2 (en) * 2014-06-17 2016-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) Method of compressing images

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100912415B1 (en) Implementation of a transform and of a subsequent quantization
JP3205498B2 (en) Coding method and decoding method for continuous image
JP3868014B2 (en) Video signal encoding method and apparatus
US9332258B2 (en) Method and device for display stream compression
JPH01503588A (en) Digital image compression and transmission system using visually weighted transform coefficients
EP2773122A1 (en) Method and device for display stream compression
US8331454B2 (en) Integer transform function for video compression systems
RU2419246C1 (en) Method to compress and recover fixed halftone video images
Alam et al. An improved JPEG image compression algorithm by modifying luminance quantization table
JP3777002B2 (en) Video signal encoding method and video signal encoding apparatus
Kabir et al. Edge-based transformation and entropy coding for lossless image compression
US7450769B2 (en) Image processing method for facilitating data transmission
US7085421B2 (en) Image processing method for facilitating data transmission
JPH09200762A (en) Method and device for encoding video signal
RU2261532C1 (en) Method for compressing and restoring messages
RU2434358C1 (en) Method of compressing and reconstructing moving colour video images
RU2628122C1 (en) Method of hardware compressing digital image for shooting equipment of scanning type
Walker et al. A low-power, low-memory system for wavelet-based image compression
JPS62154987A (en) High-efficiency image encoding system
RU2374785C2 (en) Method for compression and recovery of messages
JPH09200778A (en) Method and device for encoding video signal
Kranthi et al. Enhanced image compression algorithm for image processing applications
RU2226043C1 (en) Method for compression and recovery of messages
RU2216791C1 (en) Method for compressing and recovering voice messages
RU2246798C1 (en) Message compression and recovery process

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120126