CC BY
55
УДК 621.391
В.В. БАРАННИК, В.Н. КРИВОНОС, А.Э. МОСКВИН, Э.А. ПЛЕШКО
МЕТОД ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОМПОНЕНТ ТРАНСФОРМАНТ В ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ РЕКОНСТРУКЦИИ ВИДЕОДАННЫХ
Описывается метод восстановления компонент трансформант в технологии декомпрессии цифровых изображений, который основывается на реконструкции вектора значимых компонент и вектора масштабирующих компонент. Отдельно предлагается реконструкция низкочастотной компоненты с использованием статистического кода. В статье излагается последовательность и основные этапы восстановления каждого вектора составляющей трансформанты. Обосновывается однозначность декодирования компонент трансформант.
1. Введение
В последнее десятилетие наблюдается бурное развитие теории и практических основ построения методов сжатия видеоданных. Повышение эффективности существующих систем передачи и хранения видеоданных с относительно ограниченными затратами достигается путем использования новых методов сжатия видеоданных. Однако для интегрирования процессов сжатия видеоданных требуется обеспечить своевременное и достоверное получение видеоинформации на приемной стороне [1-3]. Это диктует необходимость решения научно-прикладной задачи, заключающейся в обеспечении заданной достоверности и времени обработки в процессе реконструкции сжатых изображений.
Метод сжатия компонент трансформант в технологии обработки видеоданных описан в работе [4]. Особенность процесса сжатия заключается в том, что вектор Ут значимых компонент состоит из трёх составляющих, а именно: низкочастотной компоненты у1; вектора значимых компонент Ут-1; вектора масштабирующих компонент От-1. Его компоненты определяют количество повторов значимых компонент. Цель исследования состоит в разработке метода восстановления трансформированных изображений, который основывается на реконструкции низкочастотной составляющей, и векторов значимых и
масштабирующих компонент. Восстановление каждой составляющей вектора Ут предлагается проводить отдельно с использованием разных технологий реконструкции.
2. Восстановление низкочастотной компоненты в трансформированных
изображениях
Низкочастотная компонента представляется в виде разности значений текущей компоненты БС(1;) и компоненты БС(1>1) предыдущей соседней трансформанты, а именно: ДБС(1) = БС(1) - БС(1 -1), где ДБС(1;) - значение разницы компонент БС(1;) и БС(1 -1); БС(1;) - значение низкочастотной компоненты для текущей 1-й трансформанты; БС(1 — 1) - значение компоненты для предыдущей (1 — 1) -й трансформанты.
Процесс восстановления низкочастотной компоненты у1 начинается с дешифрирования статистического кода, который состоит из двух частей. Основной - это статистический код длиной, равной 11 бит, обладающий свойством преффиксности, записанный в двоичном виде [11]2. Дополнительный код [ф]2 - это количество ф дополнительных бит, которые формируются из младших разрядов значения разности ДБС(1;), записанные в двоичном виде.
Декодер перед восстановлением низкочастотных компонент трансформант получает таблицы, и в первую очередь должен из непрерывного потока битов воссоздать нормализированные компоненты преобразования. Поскольку последовательности двоичных основных кодов являются мгновенной и однозначно декодируемой, этот шаг легко реализуется при помощи табличного преобразования (табл. 1 и 2). 18
В табл.2 приняты следующие обозначения: — 21 +1,...,-21 1 - отрицательный диапазон
значения компонент БС, соответствующий 1-й категории; 21 1,...,21 — 1 - положительный диапазон значения компонент БС, соответствующий 1-й категории; 1 - номер категории;
1 = 0, 16 - значение категории от 0 до 16 бит [3].
Таблица 1
Стандартные коды для низкочастотных компонент
Категория кодирования Двоичный код Длина ^ Длина ЛБС(1;)
1 [^2 а1 1(ЛБС(1;))
0 010 0 3
1 011 1 4
2 100 2 5
3 00 3 5
4 101 4 7
5 110 5 8
6 1110 6 10
7 11110 7 12
8 111110 8 14
9 1111110 9 16
А 11111110 10 18
В 111111110 11 20
Таблица 2
Категории кодирования низкочастотных компонент
Диапазон значений компонент БС Коды разрядности для компонент БС
Отрицательный диапазон Положительный диапазон 1 = 0, 16
— 21 +1,...,—21—1 21—1,...,21 — 1 1
3. Реконструкция значимых компонент трансформант
Восстановление значимых компонент в векторе Ут—1 осуществляется в два этапа.
Первый этап. Метод восстановления компонент заключается в декодировании кодового значения Е(у)и позиционного числа с неравными соседними элементами. Основываясь на имеющейся информации, восстановление элементов построчно-масштабирующей составляющей организуется следующими действиями. Проводится восстановление элементов Ци^ . По определению на элементы Ц^ накладывается только одно ограничение, а именно Ми^ < те(у), если и=1, j=1; Ци^ < ^(у) — 1), если и=1, а j=2,т . Отсюда последовательности, составленные из элементов Цио , являются позиционными числами. Их восстановление осуществляется по формулам
М и,1 = [Е(у)и/Му) — 1)(т—11)]; (1)
Ми, = [ Е(у)и/ Му) — 1)(т—» ] — [ Е(у)и/ (w(y) — 1)(т—»+1 ] (w(y) — 1), (2)
где ^(у) — 1)(т—j) - динамический диапазон элемента Цио .
Второй этап. Связан с восстановлением элементов уио на основе полученных на предыдущем этапе величин Цио . Формула для определения величин уио на основе известных значений Цио и уи^—1 примет вид
|Ц
^ Ц„о < Уu,j-l;
Уио:
[Ци0+ 1 ^ Ц^ Уи^-1-
Объединив выражения (1) - (3), получим систему аналитических соотношений для восстановления элементов значимых компонент:
[ Е(у)„/ Ыу) - 1)(т--» ] - [ Е(у)„/ (w(y) - 1)(т--»+1 ] Му) -1),
^ цu,j < Уu,j-l;
[Е(у)и/Му)- 1)(т-Л] - [Е(у)и/Му)- 1)(т+1](w(y)-1) +1, (4)
^ Цu,j ^ Уu,j-1 •
Соотношение (4) обеспечивает восстановление вектора значимых компонент без внесения ошибок.
4. Реконструкция масштабирующих компонент трансформант
Вектор масштабирующих компонент От-1 состоит из трёх структурных составляющих (рисунок).
°т-1
0 0 0 0 0 0 в^ 0 ' 1 вт-1 вт
/ < У
1.
N.
в § Структура вектора масштабирующих компонент От-1
Обозначим в векторе От-1 каждую составляющую следующим образом: От 1 = {01(1в);02;§т } , где 0(1в) - количество первых нулевых элементов в векторе От-1, т.е. 0(1в) = {в1;...,в1в} • Здесь в^ = 0, ^ = 1,1§; 02 - элементы вектора От-1 за исключением первой и последней серии нулей, т.е. 02 = {в1в ,...,вт-1}, где вт - последняя компонента вектора От-1 [5].
Реконструкцию вектора масштабирующих компонент предлагается сформировать из трёх этапов. Рассмотрим первый этап: декодирование кода начальной серии нулей в векторе масштабирующих компонент. Код длины серии 1в представляется кодовой конструкцией [1в]2. Данная кодовая конструкция содержит информацию о её длине. Соответственно позиционирование кодового слова определяется на основе величины 1(Е1). Тогда,
зная длину 1(Е1) кодового слова, возможно безошибочно получить значение длины серии
1(Е1)-1 .
1в. Это достигается в результате таких преобразований: 1в = 2 а^' 2 ; [1в]2 = {а1,...,а^,...,а1(Е1)}, где а^- двоичный элемент последовательности [1в]2; ^- индекс двоичного элемента в [1в]2. Это позволяет получить первую составляющую Е1 вектора масштабирующих компонент От-1, а именно: вj = 0, j = 1,1в ; Е1 = {вl,•••,вj,•••,вlg}•
На втором этапе процесса восстановления осуществляется реконструкция второй структурной составляющей Е2 вектора масштабирующих компонент трансформанты. Для этого необходима служебная информация о максимальном значении динамического диапазона
последовательности в1в ,--,вт-1. Определение позиции компонент второй составляющей осуществляется по следующему правилу:
Р1(Е2) = 1(Е1) +1; Р2(Е2) = 1(Е1) +1 + ё1; Р(Е2) = Р-Д^ + ¿1,
где Pj,P2 - позиция компоненты второй структурной составляющей вектора Gm-1; l(Ej) - длина первой части кода вектора Gm-1; d1 - целое количество бит, необходимых на представление компоненты второй структурной составляющей вектора Gm-1 кодом Бодо.
После определения позиции первого и конечного бита восстанавливается соответству-
d1 с -
ющее значение: gс = '2 , С = lg +1, m -1.
Третий этап. Структурный параметр gm вектора масштабирующих компонент Gm-1 представляет собой длину последней серии элементов, имеющих нулевые значения.
Параметр gm вектора масштабирующих компонент Gm-1 на приёмной стороне определяется на основе первых двух структурных составляющих вектора Gm-1. Для этого
m-1
используется условие: ZgС = lg + Ng , с учетом чего величина gm вычисляется по следующей формуле: gm = n2 -lg -Ng, где n - линейный размер трансформанты. Выводы
Разработан метод восстановления компонент трансформант в видеоданных, который основывается на реконструкции:
1) низкочастотных компонент y1. Восстановление компонент на приёмной стороне происходит по специальным таблицам, в которых хранятся созданные кодером статистические коды;
2) вектора значимых компонент Ym-1. Восстановление значимых компонент заключается в декодировании кодового значения позиционного числа с неравными соседними элементами и динамического диапазона массивов;
3) вектора масштабирующих компонент Gm-1. Восстановление масштабирующих компонент основывается на декодировании двух основных структурных параметров вектора Gm-1, а именно: восстановление начальной нулевой серии lg, вектора Gm-1 на основе декодирования кода длины серии; восстановление последовательности, расположенной между начальной серией нулей lg и последней компонентой gm вектора Gm-1. Проводится в результате декодирования кода Бодо с использованием информации о максимальном динамическом диапазоне.
Список литературы: 1. Сэломон Д. Сжатие данных, изображений и звука. М.: Техносфера, 2004. 368с. ISBN 5-94836-027-Х. 2. GonzalesR.C. Digital image processing / R.C. Gonzales, R.E. Woods. Prentice Inc. Upper Saddle River, New Jersey 2002. 779p. 3. Баранник В.В. Метод сжатия изображений на основе неравновесного позиционного кодирования битовых плоскостей / В.В. Баранник, Н.К. Гулак, Н.А.Королева //Радюелектронш i комп'ютерш системи. Х.: ХНАУ "ХА1", 2009. Вип. 1. С. 55- 61. 4. Кривонос В.Н. Метод компактного представления вектора масштабирующих компонент трансформант / В.Н. Кривонос, Г.Н. Гулак // Сучасна спещальна техшка. 2012. №3. С. 22 - 30.
Поступила в редколлегию 11.02.2013 Баранник Владимир Викторович, д-р техн. наук, проф., начальник кафедры Харьковского университета Воздушных Сил им. Ивана Кожедуба. Научные интересы: технологии кодирования и обеспечения безопасности информации. Адрес: Украина, 61000, Харьков, ул. Сумская, 77/79. E-mail: Barannik_V_V@mail.ru.
Кривонос Владимир Николаевич, инженер Харьковского университета Воздушных Сил имени Ивана Кожедуба. Научные интересы: кодирование и защита информации для передачи в телекоммуникационных системах. Адрес: Украина, 61100, Харьков, пер. Баварский, 9, кв.50.
Москвин Андрей Эдуардович, магистр Национального технического университета «ХПИ» Научные интересы: кодирование и защита информации для передачи в телекоммуникационных системах. Адрес: Украина, 61100, Харьков, ул. Сумская, 77/79. Плешко Эдуард Анатольевич, старший научный сотрудник Укр НИИ МедТранс МОЗ Украины. Научные интересы: информационные технологии в медицине. Адрес: Украина, 61000, Харьков, ул. Сумская, 77/79. E-mail: Barannik_V_V@mail.ru.
