Есть конспект?
Пришлите нам!

Прогресс в системе сжатия блоков пикселов при обработке изображений


ПРОГРЕСС В СИСТЕМЕ СЖАТИЯ БЛОКОВ ПИКСЕЛОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Группой инженеров американской компании Thomson Consumer Electronics, Ink. разработано устройство для сжатия блоков пикселов в системе обработки изображений. Его использование в системах с обработкой MPEG сигналов позволяет обеспечить технический результат в виде точного сжатия информации пикселов перед ее запоминанием.

Эффективное использование памяти важно при конструировании и эксплуатации процессоров изображений. Например, в таких потребительских изделиях, как телевизионные системы, могут использоваться процессоры изображений, предусматривающие обработку ЭГК-2 - сигналов (сигналов в формате, соответствующем алгоритму ЭГК-2). Стандарт МРЕС(МОС/МЭК 13181-2 (стандарт Международной организации по стандартизации/Международной электротехнической комиссии 13181-2) от 10 мая 1994 г.) сжатия ЭГК-сигналов (сигналов в формате, соответствующем алгоритму ЭГК (Экспертной группы по кинематографии)) - это широко распространенный стандарт обработки изображений, который, в частности, приемлем для использования со спутниковыми, кабельными и наземными радиовещательными системами, в которых - среди прочих видов обработки изображений - применяется обработка по стандартам телевидения высокой четкости (ТВЧ). Изделия, в которых используются дисплеи высокой четкости, требуют наличия памяти емкостью 96 мегабит или более для временного запоминания ЭГК-декодированных (декодированных в формате, соответствующем алгоритму ЭГК) сигналов, перед отображением. ЭКГ-процессору (процессору, использующему формат, соответствующий алгоритму ЭГК) , эти кадры нужны для оценки и компенсации движения, чтобы восстанавливать точные изображения для отображения.

В системах, которые восстанавливают изображения из ЭГК-декодированных элементов изображения (пикселов или пелов), применяется дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ). При ДИКМ-обработке процессор формирует значение предсказания, которое предопределяет следующие значение пиксела. Схема суммирования вычитает предсказание из фактического значения пикселов, в результате чего получается разность, которая используется для представления видеоданных. Эта разность, известная как ошибка предсказания, обычно меньше, чем значение данных, так что обработка этой разности, а не первоначального значения пиксела, снижает требования к ширине полосы системы. Ошибка предсказания может иметь положительное или отрицательное значение. ЭКГ-кодер и декодер (кодер и декодер, использующие формат, соответствующий алгоритму ЭГК) описаны в работе Энга и др. "Большие преимущества сжатия видеосигналов", опубликованной в сборнике "Спектр ИИЭР (Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике)" (Ang et al. , "Video Compression Makes Big Gains", IEEE Spectrum), изданном в октябре 1991 г.

Процессоры изображений, эффективно использующие память, используют меньше памяти для запоминания кадров изображений за счет повторного кодирования (повторного сжатия) данных в блоках перед запоминанием. В пространственной области, уменьшение количества разрядов на пиксел, используемое для запоминания кадров изображений, негативно влияет на качество изображения, если нельзя точно восстанавливать пикселы до их первоначального значения. Могут возникнуть искажения, особенно в сглаженных зонах изображения. Процессоры изображений с пониженными требованиями к памяти должны точно квантовать и деквантовать ЭГК-декодированный сигнал как можно эффективнее и экономичнее.

Известно, что можно воспользоваться преимуществами ограничений оптического восприятия человека и обрабатывать данные яркости и цветности по-разному. Оптимизация законов сжатия для каждого типа данных с учетом энергетических и частотных составляющих в этих данных, а также того, что может увидеть человеческий глаз, описано в патенте США № 4575749,на имя Акампора (Асатпрога) и др. Патент Акампора посвящен сжатию по амплитуде для уменьшения шума в телевизионных сигналах перед передачей. Форматы отображения, например - 4:2:2 и 4:2:0, также описывают сжатие видеоданных, при котором данные яркости и цветности обрабатывают по-разному. Отношения форматов 4:2:2 и 4:2:0 указывают, что блок данных цветности содержит половину или четверть того количества информации, которое содержит блок данных яркости. Однако, поскольку видеоданные принимаются в процессоре дисплея, эти данные представляются в виде п-разрядных данных пикселов. Вышеуказанные известные способы сжатия не касаются сжатия применительно к процессору дисплея.

В процессоре дисплея можно обрабатывать данные яркости и цветности раздельно, но не в связи с повторным сжатием.
Примером обработки данных яркости и цветности в процессоре дисплея может быть преобразование данных с отношением 4:2:2 или 4:2:0 в данные строк растра, при котором не каждый пиксел определяется информацией цветности. Однако, это никак не связано со сжатием или повторным сжатием данных. До появления формата ЭГК (формата, соответствующего алгоритму ЭГК) мало занимались распределением памяти для процессора дисплея, потому что не было потребности рассчитывать кадр изображения, исходя из векторов движения или составной информации о движения. С введением формата ЭГК пришлось запоминать много кадров данных пикселов в памяти, связанной с дисплеем, для восстановления кадров изображения.

Сжатие или повторное сжатие данных цветности, например - посредством квантования, в настоящее время серьезно угрожает способности точно воспроизводить исходные данные цветности для отображения, что приводит к пониженному качеству изображения. Понижение требований к памяти для процессоров дисплеев, которого можно достичь, например, путем повторного сжатия данных пикселов яркости и цветности, подлежащих запоминанию в памяти кадров, и потребность в точном восстановлении данных изображения для отображения конкурируют друг с другом. В частности, это справедливо в случае системы высокой четкости, например - ТВЧ, где требуется четко отображать подробности.

Исследователи: Ю Хаопинг, Кэнфилд Барт Алан, Бейерс Билли Весли мл. и Лэм Вай-Мэн из компании Thomson Consumer Electronics, Ink. осознавали потребность в разработке системы эффективного уменьшения данных с применением минимального аппаратного обеспечения и программного обеспечения, которая будет экономить память и уменьшать размеры процессора, одновременно минимизируя искажения, вносимые в восстановленное изображение. Предложенная ими система решает эти проблемы путем раздельной обработки данных яркости и цветности в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Сущность их системы основана на том, что процессор, эффективно использующий память, принимает поток цифровых данных, состоящий из видеоданных в формате ЭГК. ЭГК-данные (данные в формате ЭГК) декодируются и подвергаются декомпрессии (операции, обратной сжатию) и подаются в процессор в виде блоков пикселов изображения данных яркости и цветности. Данные яркости и цветности повторно сжимаются до предварительно определенного числа разрядов на блок пикселов, причем каждому представлению пикселов отводится среднее число разрядов для запоминания в памяти кадров. Среднее число разрядов на представление пикселов для данных цветности, по меньшей мере, на один разряд меньше, чем для данных яркости.


Dr.BoT© Konspektiruem.ru