стажер кафедры инфокоммуникационных технологий
Trainee at the Department of Infocommunications
Цветков Виктор Юрьевич - д.т.н., доцент, заведующий кафедрой инфокоммуникационных технологий
220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6
тел. +375-017-293-84-08
Tsviatkou Viktar Yur’evich - D.Sc., Associate Professor, Head of the Department of Infocommunications
220013, Minsk, P. Brovka str., 6
tel. +375-017-293-84-08
д.т.н., профессор кафедры инфокоммуникационных технологий
D.Sc., Professor at the Department of Infocommunications
Рассматривается задача повышения эффективности кодирования полутоновых изображений в пространстве битовых плоскостей разностей значений пикселей, полученных с помощью дифференциального кодирования (DPCM – Differential pulse-code modulation). Для компактного представления DPCM-значений пикселей предлагается использовать комбинированный кодер сжатия, реализующий арифметическое кодирование и кодирование длин серий. Арифметический кодер обеспечивает высокие коэффициенты сжатия, но имеет высокую вычислительную сложность и значительные накладные расходы на кодирование, что делает его эффективным в основном для сжатия средних по значимости битовых плоскостей DPCM-значений пикселей. Кодирование длин серий является предельно простым и превосходит арифметическое кодирование в сжатии длинных последовательностей повторяющихся символов, часто встречающихся в старших битовых плоскостях DPCM-значений пикселей. Для битовых плоскостей DPCM-значений пикселей любого изображения может быть подобрана комбинация простых кодеров длин серий и сложных арифметических кодеров, обеспечивающая максимальный коэффициент сжатия каждой битовой плоскости и всех плоскостей в целом при наименьшей вычислительной сложности. В результате каждому изображению соответствует своя эффективная структура комбинированного кодера, зависящая от распределения бит в битовых плоскостях DPCM-значений пикселей. Для адаптации структуры комбинированного кодера к распределению бит в битовых плоскостях DPCM-значений пикселей в статье предлагается использовать прогнозирование объема арифметического кода на основе энтропии и сравнение полученного прогнозного значения с объемом кода длин серий. Вычисление энтропии осуществляется на основе значений количества повторов единичных и нулевых символов, получаемых в качестве промежуточных результатов кодирования длин серий, что не требует дополнительных вычислительных затрат. Установлено, что в сравнении с адаптацией структуры комбинированного кодера с использованием прямого определения объема арифметического кода каждой битовой плоскости DPCM-значений пикселей предложенная структура кодера обеспечивает существенное снижение вычислительной сложности при сохранении высоких коэффициентов сжатия изображений.
The problem of increasing the efficiency of coding of halftone images in the space of bit planes of differences in pixel values obtained using differential coding (DPCM – Differential pulse-code modulation) is considered. For a compact representation of DPCM pixel values, it is proposed to use a combined compression encoder that implements arithmetic coding and run-length coding. An arithmetic encoder provides high compression ratios, but has high computational complexity and significant encoding overhead. This makes it effective primarily for compressing the mean-value bit-planes of DPCM pixel values. Run-length coding is extremely simple and outperforms arithmetic coding in compressing long sequences of repetitive symbols that often occur in the upper bit planes of DPCM pixel values. For DPCM bit planes of pixel values of any image, a combination of simple run length coders and complex arithmetic coders can be selected that provides the maximum compression ratio for each bit plane and all planes in general with the least computational complexity. As a result, each image has its own effective combined encoder structure, which depends on the distribution of bits in the bit planes of the DPCM pixel values. To adapt the structure of the combined encoder to the distribution of bits in the bit planes of DPCM pixel values, the article proposes to use prediction of the volume of arithmetic code based on entropy and comparison of the obtained predicted value with the volume of run length code. The entropy is calculated based on the values of the number of repetitions of ones and zero symbols, which are obtained as intermediate results of the run length encoding. This does not require additional computational costs. It was found that in comparison with the adaptation of the combined encoder structure using direct determination of the arithmetic code volume of each bit plane of DPCM pixel values, the proposed encoder structure provides a significant reduction in computational complexity while maintaining high image compression ratios.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.