Введение к работе
—1 —
Актуальность темы
В последнее время особое внимание в цифровой обработке сигналов уделяется методам компрессии. Это обусловлено, прежде всего, развитием информационных технологий и огромной ролью визуальной информации во многих сферах человеческой деятельности (мультимедиа, графические базы данных для медицинской диагностики, криминалистики и проч.).
Пространственные сигналы (изображения) как источник информации характеризуются большим объемом даіпіьіх представления, что усложняет, даже при современном уровне развития техники, как процесс передачи по каналу связи, так и хранение файлов изображений. Более того, с развитием техники естественно предположить дальнейшее увеличение объема информации для представления изображений из-за увеличения разрешающей способности устройств ввода-вывода (дисплеи, сканеры, принтеры и т.п.). Поэтому особую актуальность приобретают методы компрессии пространственных сигналов, обеспечивающие возможность кодирования и декодирования (восстановления) изображения в произвольном масштабе с сохранением разрешения (масштабной инвариантностью).
Задача увеличения размеров (разрешения) изображения может быть решена с использованием линейных и нелинейных интерполяционных методов. Негативным фактором полиномиальной интерполяции является деградация резких яркостных переходов (границ) на изображениях. Совершенно иной процесс наблюдается при фрактальной интерполяции, где с увеличением числа итераций в декодере происходит генерация все более мелких деталей, что позволяет эффективно кодировать детерминистические фракталы.
Цель работы
Целью работы является разработка и исследование эффективного метода компрессии изображений с масштабно-инвариантным декодированием.
Задачи исследования
-
Исследование методов компрессии изображений, обладающих масштабно-инвариантным декодированием, а именно — интерполяционных и фрактальных методов компрессии изображений.
-
Выделение характеристик объектов (моделей изображений), хорошо моделируемых каждым из методов в отдельности.
—2—
-
Создание гибридной модели изображения, учитывающей особенности каждого из методов.
-
Разработка алгоритмов гибридного кодирования на основе предложенной модели изображения.
-
Экспериментальное исследование разработанного гибридного метода.
Методы исследования
Для решения указанных задач в диссертационной работе использовались методы математического анализа, теория дискретных сигналов, анализ существующих методов интерполяционного и фрактального кодирования, методы машинного моделирования.
Научная новизна
-
Предложена оригинальная фрактально-топологическая модель изображения, позволяющая по-новому взглянуть на некоторые существующие методы фрактальной компрессии, а также предложить новые методы компрессии изображений с масштабно-инвариантным декодированием.
-
Разработано 3 алгоритма классификации блоков на основе предложенной модели изображения и анализа работы фрактальных методов компрессии.
-
Предложена классификация методов снижения временных затрат фрактального кодирования.
-
В рамках теории интерполяционного кодирования изображений разработан и программно реализован алгоритм адаптивной билинейной децимации/интерполяции на основе алгоритма деления по квадродереву.
-
На основе предложенной модели изображения алгоритмически (и программно) разработан гибридный метод компрессии, включающий алгоритм адаптивной билинейной интерполяции в качестве субкодера топологических областей и алгоритм фрактального кодирования с локальными доменными пулами и ортогонализацисй базиса коллажа в качестве субкодера фрактальных областей. Для классификации фрагментов изображения в разработанном гибридном методе применен алгоритм классификации блоков по размеру. Проведено экспериментальное исследование разработанного гибридного метода компрессии посредством машинного моделирования.
Практическая ценность 1. Разработанный гибридный метод кодирования может быть использован для сжатия оцифрованных изображений при архивации и создании графических баз данных, в мультимедиа приложениях, для передачи по информационным кана-
лам связи (Internet/Intranet). Благодаря масштабной инвариантности декодирования разработанный метод может быть также использован в задачах масштабных преобразований изображений, что особенно полезно с учетом увеличения разрешающей способности устройств отображения визуальной информации вследствие развития техники. 2. Программно разработана библиотека классов кодеров/декодеров байтовых изображений на основе алгоритма деления по квадродереву, в состав которой входят методы: адаптивной билинейной интерполяции, адаптивной планарной аппроксимации, фрактального кодирования с глобальными и локальными пулами, с ортогонализацией базиса коллажа и без таковой, гибридного кодирования. Данная библиотека может быть использована для разработки различных программ кодирования изображений, а также для упрощения создания новых методов с помощью механизма наследования от имеющихся классов.
Внедрение результатов работы
Основные теоретические и экспериментальные результаты работы использованы при выполнении НИР ГБ-2/ТУ/Т-9 и ГБ-2/ГР/Т-17.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной рабагы докладывались и обсуждались на 49-й, 50-й и 51-й НТК ППС СПбГЭТУ в 1996, 1997 и 1998 годах; на научных семинарах института искусственного интеллекта технического уіптерситета г. Дрездена (Германия) в 1996 и 1997 годах; международной научно-технической конференции "Цифровые технологии в кино и телевидении", Санкт-Петербург, 1996 г.
Публикации
Основные положения диссертации изложены в 4 публикациях, в том числе в 3 статьях и 1 тезисах доклада на конференции. Одна работа находіггся в печати.
Структура и объем работы
