 |
||
|
||
АРИФМЕТИЧЕСКОЕ КОДИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ПОТЕРЕЙ ИНФОРМАЦИИ
И.Н. Оков, Ю.В. Коротков
Военный университет связи
Abstract – One of best methods of date compression is arithmetic coding. Well now methods of arithmetic coding are lossless coders, but their use leads to a small compression factor. In the report a new method of arithmetic coding with information loss is suggested, allowing to increase a compression factor.
Для сжатия передаваемых и хранящихся видеосообщений одним из наиболее перспективных считается способ арифметичес-кого кодирования (АК) [1].
Для стационарных источников дискретных сообщений с точно известной статистикой доказана оптимальность АК [2]. Показано, что АК по сравнению с известными методами Шеннона-Фано, Хаффмана способно обеспечить больший коэффициент сжатия kсж, определяемый как отношение длины L
x кодируемого сообщения к двоичной длине Lz сжатого сообщения:
.
Весьма ценным свойством АК является его робастность к изменяющимся, и в общем случае точно неизвестным вероятностным характеристикам кодируемых сообщений. Для этого процедура кодирования подразделяется на два этапа:
1)формирование модели кодируемого сообщения, включающей вероятность появления символов всего сообщения или его обработанной части;
2)собственно кодирования, т. е. отображения символов кодируемого сообщения кодовыми словами по правилу, которое зависит от модели сообщения.
Для нестационарных в общем случае источников видеосообщений, наибольший коэффициент сжатия обеспечивает адаптивное моделирование для АК, при котором формирование и изменение модели сообщения выполняется одновременно с его кодированием. В новом стандарте сжатия видеоизображений JPEG-2000 планируется использовать именно АК с адаптивным моделированием.
Однако существующие способы АК построены как кодеры без потери информации и их степень сжатия ограничена величиной энтропии H кодируемых сообщений. Нап-ример, типичные значения Kсж АК при сжатии квантованных коэффициентов преобразования сигналов изображений, составляют порядка 1,5-2. Существенно более высокий коэффициент сжатия можно получить при арифметическом кодировании изображений с потерей несущественной для получателя информации. Такой АК будет относиться к классу кодеров с погреш-ностью и его коэффициент сжатия определяется величиной эпсилон-энтропии He кодируемых сообщений. Значение эпсилон-энтропии нестационарных источников видеосообщений затруднительно точно подсчитать, однако известные оценки свидетельствуют, что He сжимаемых видеосообщений с допустимой для многих приложений погрешностью превышают его H в десятки раз [3]. Поэтому АК с потерей информации потенциально способен обеспечить более высокий коэффициент сжатия видео и иных сообщений, что весьма актуально для современных методов передачи и хранения огромных информационных потоков.
В арифметическом кодере с потерей
информации предлагается подменять кодируемое
сообщение X альтернативным сообщением Y=y1,y2,…,yk, состоящим из символов yj, j=
,
принадлежащих упорядоченному алфавиту S.
Сообщение Y отличается от сообщения X на
некоторую допустимую с точки зрения получателя
величину, значение которой определяется
психофизиологическими особенностями восприятия
информационного содержания сообщения
человеком-получателем.
Известно, например, что большинство подвижных и неподвижных изображений существенно избыточны и допускают по-терю значительной по объему несущественной для получателя информации. Например, глаз человека не замечает различия в изображениях, если яркости составляющих их элементов (пикселов) отличаются в сравниваемых изображениях не более чем на 5…7% [4].
Работа такого кодера с потерями описывается оптимизационным процессом вида
при ограничениях
ya,j=xj±ra,j, ra,jI R,
, где R описывает
множество допустимых значений погрешностей
символов сообщения X, случайно выбираемое
пользователем, а d(y,x) есть метрика, оценивающая
степень близости элементов сообщений X и Y. Для
различных источников сообщений следует выбирать
метрику, в наибольшей степени согласованную с
особенностями восприятия сообщений данного типа
получателем, например, среднеквадратическую для
видео сообщений.
Преимуществом предлагаемого способа кодирования является существенное увеличение коэффициента сжатия кодера источника и возможность управления данным коэффициентом, что позволит обеспечить своевременную доставку сообщений с некоторой допустимой пользователем погрешностью при изменяющихся статических характеристиках источника сообщений и канала связи.
В докладе предлагаются принципы построения арифметического кодера с потерей информации и приведены полученные оценки его эффективности для сжатия неподвижных изображений.
Литература
1.Bell T., Witten I.H., Cleary J.G. Modeling for Text Compression. ASM Computing Surveys, 4, 1989.
2.
Кричевский Р.Е. Сжатие и поиск информации. –М.: Радио и связь, 1989,-168 с.3.
Дворкович А.В., Дворкович В.П., Зубарев Ю.Б. и др. Цифровая обработка телевизионных и компьютерных изображений. –М.: Издание международного центра научной и технической информации, 1997,-212 с.4.
Птачек М. Цифровое телевидение. -М.: Радио и связь, 1990, - 512 с.| Site of Information
Technologies Designed by inftech@webservis.ru. |
|