ITU-T T 82 FRENCH-1993 Information Technology - Coded Representation of Picture and Audio Information - Progressive Bi-Level Image Compression《信息技术 图像和声音信息的编码展示 先进的双级图像压缩 信息通讯业务终端设.pdf

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1、UNION INTERNATIONALE DES TLCOMMUNICATIONS5)4 4 4 SECTEUR DE LA NORMALISATION (03/93)DES TLCOMMUNICATIONSDE LUIT15)0%-%.43 4%2-).!58 %4 02/4/#/,%30/52 ,%3 3%26)#%3 $% 4 , -!4)15%4%#(./,/)% $% , ). le bit HITOLO indique lordre de rsolution. Les codeursfonctionnant par rsolution dcroissante, le plus na

2、turel est de coder les bandes dans lordre de HITOLO. Il est naturel,pour les dcodeurs qui doivent construire limage par rsolution croissante, de traiter les bandes dans lordre oppos.Lorsquune application utilise un codeur qui envoie progressivement des donnes codes directement un dcodeur, lecodeur o

3、u le dcodeur doit utiliser une mmoire tampon pour inverser lordre des donnes. Lorsquune applicationcomprend une base de donnes, cette dernire (complte dune installation approprie) peut tre utilise commemmoire tampon pour inverser lordre (en mettant HITOLO la valeur correcte): il nest alors plus nces

4、saire de prvoirune mmoire tampon au niveau du codeur ou du dcodeur.La taille verticale dune bande est gnralement plus petite que celle de limage complte. Le nombre L0de lignes parbande dans la couche la plus basse est un autre paramtre libre. Par exemple, L0doit tre choisi pour avoir une bandedenvir

5、on 8 mm. Dans ce cas, le nombre S de bandes dune image dune feuille de papier format A4 serait denviron 35.012S = 0S = 1S = 225 dpiD = 034567850 dpiD = 1100 dpiD = 2T0808630-91/D01Figure Intro. 1 Dcomposition, dans le cas particulier de trois couches,trois bandes et un plan binaireFIGURE Intro. 1/T.

6、82.D01 = 5.4 cmTableau Intro. 1 Ordres possibles des donnes en deux tonsHITOLO SEQ Exemples dordre000,1,2 3,4,5 6,7,8010,3,6 1,4,7 2,5,8106,7,8 3,4,5 0,1,2116,3,0 7,4,1 8,5,2Avec plusieurs plans binaires (Figure Intro. 2), douze ordres de bande, donns dans le Tableau Intro. 2, sont dfinis.Comme plus

7、 haut, le bit HITOLO indique lordre de rsolution et le bit SEQ prcise si le codage est progressif ousquentiel. Le bit ILEAVE mis 1 indique lentrelacement de plusieurs plans binaires. Le bit SMID mis 1 indique quelindice s, relatif la bande, est lindice central, comme cela apparat plus clairement dan

8、s le Tableau 11, en 6.2.4.Rec. T.82 du CCITT (1993 F) iii 25 dpiD = 050 dpiD = 1100 dpiD = 2S = 0S = 1S = 2p = 1 (MSB)P = 0 (LSB)000102030405060708091011121314151617T0808640-91/D02Figure Intro. 2 Dcomposition, dans le cas particulier de trois couches,trois bandes et deux plans binairesFIGURE Intro.

9、2/T.82.D02 = 6.6 cmTableau Intro. 2 Ordres possibles des donnes dans le cas de plusieurs plansHITOLO SEQ ILEAVE SMID Exemples dordre000 0(00,01,02 06,07,08 12,13,14) (03,04,05 09,10,11 15,16,17)1 (00,01,02 03,04,05) (06,07,08 09,10,11) (12,13,14 15,16,17)00 1(00,03 01,04 02,05) (06,09 07,10 08,11) (

10、12,15 13,16 14,17)010 0(00,06,12 03,09,15) (01,07,13 04,10,16) (02,08,14 05,11,17)1(00,06,12 01,07,13 02,08,14) (03,09,15 04,10,16 05,11,17)011 0(00,03 06,09 12,15) (01,04 07,10 13,16) (02,05 08,11 14,17)100 (12,13,14 06,07,08 00,01,02) (15,16,17 09,10,11 03,04,05)1 0(12,13,14 15,16,17) (06,07,08 09

11、,10,11) (00,01,02 03,04,05)10 1(12,15 13,16 14,17) (06,09 07,10 08,11) (00,03 01,04 02,05)110 0(12,06,00 15,09,03) (13,07,01 16,10,04) (14,08,02 17,11,05)1(12,06,00 13,07,01 14,08,02) (15,09,03 16,10,04 17,11,05)111 0(12,15 06,09 00,03) (13,16 07,10 01,04) (14,17 08,11 02,05)Les deux nouvelles varia

12、bles ILEAVE et SMID ainsi que les deux variables dj dfinies HITOLO et SEQ permettentdindexer les douze ordres. Aucun ordre de bande nest attach aux quatre autres combinaisons (sur les seize possibles)de ces quatre variables binaires. Sil ny a quun seul plan, lordre des bandes ne dpend pas des variab

13、les ILEAVE etSMID, dont les valeurs sont ignores.Les donnes comprimes Cs, d, pde la bande s de la couche de rsolution d du plan binaire p sont indpendantes delordre des bandes. Tous les changements de valeur dHITOLO, de SEQ, dILEAVE et de SMID voluent dans lordre deconcatnation des donnes au train d

14、e donnes. Ainsi se manifeste la caractristique de compatibilit signale plus haut.Pour simplifier, la suite de cet article dintroduction suppose un seul plan binaire, lindice p, qui dsigne le plan binaire,tant supprim de Cs, d, p.Intro. 3 Blocs fonctionnels du codeurUn codeur peut tre dcompos commemo

15、ntr sur la Figure Intro. 3. (En codage squentiel simple, seul le codeur de lacouche de rsolution la plus basse serait utilis.)Conceptuellement, le codeur se dcompose en D codeurs de couche diffrentielle, dalgorithme identique, comme montrFigure Intro. 3: en pratique, on peut choisir pour certaines r

16、alisations de nutiliser, de faon rcursive, quun seul codeurde couche diffrentielle physique.iv Rec. T.82 du CCITT (1993 F) T0806280-90/D03Rductiondersolution etcodeur decouchediffrentielleCodeur dela couchede plusbassersolution)$Figure Intro. 3 Dcomposition du codeur)$ 1)$ 2)0Rductiondersolution etc

17、odeur decouchediffrentielle#0 $ #1 $ #3 1 $#0,0 #1,0 #3 1,0#0 $ 1 #1 $ 1 #3 1 $ 1FIGURE Intro. 3/T.82.D03 = 7.7 cmIntro. 3.1 Rduction de rsolution et codeur de couche diffrentielleTous les blocs rduction de rsolution et codeur de couche diffrentielle de la Figure Intro. 3 ayant une fonctionidentique

18、, il suffit de dcrire cette fonction pour une couche. La description fait intervenir seulement deux couches dersolution. Pour simplifier, limage entrante sera appele, dans la suite de ce paragraphe, image haute rsolution, etlimage sortante, image basse rsolution. A noter que les images haute et bass

19、e rsolution dun bloc rductionde rsolution et codage de couche diffrentielle dtermin de la Figure Intro. 3 ne sont en gnral pas les images dersolution respectivement la plus haute et la plus basse du systme complet.Un bloc rduction de rsolution et codage de couche diffrentielle de la Figure Intro. 3

20、peut lui-mme tre dcomposen sous-blocs, comme montr sur la Figure Intro. 4. Tous ces sous-blocs ne sont pas forcment utiliss dans tous lessystmes. (Se reporter aux tableaux en 4 pour une dfinition des noms des signaux.)T0806290-90/D04RductiondersolutionATMOVEPrdictiontypique(diffren-tielle)LNTPTPVALU

21、EDPVALUEPrdictiondterministeGabaritsadaptatifsGabaritmodleCodeurarithmtiqueadaptatif)S D)S D 1#S DFigure Intro. 4 Rduction de rsolution et codeur de couche diffrentielleFIGURE Intro. 4/T.82.D04 = 11.4 cmRec. T.82 du CCITT (1993 F) v Le Tableau Intro. 3 donne la signification des sigles des blocs de

22、traitement de cette figure, ainsi que de certains autrestraits dans cet article.Tableau Intro. 3 Sigles des blocs de traitementSigle SignificationAAD Dcodeur arithmtique adaptatif (adaptive arithmetic decoder)AAE Codeur arithmtique adaptatif (adaptive arithmetic encoder)AT Gabarit(s) adaptatif(s) (a

23、daptive templates)DP Prdiction dterministe (deterministic prediction)MT Gabarit modle (model templates)RR Rduction de rsolution (resolution reduction)TPB Prdiction typique (basse) typical prediction (bottom)TPD Prdiction typique (diffrentielle) typical prediction (differential)Intro. 3.1.1 Rduction

24、de rsolutionLe bloc RR effectue une rduction de rsolution. Il accepte une image haute rsolution, pour crer une image bassersolution comportant un nombre de ranges et un nombre de colonnes aussi voisins que possible de la moiti de ceuxdes ranges et colonnes dorigine.Une faon vidente de rduire la rsol

25、ution dune image donne dun facteur deux, dans les deux dimensions, est de lasous-chantillonner, en prenant une range sur deux et une colonne sur deux. Ce sous-chantillonnage est simple, maisproduit des images dune qualit subjective mdiocre, notamment lorsque limage dentre est en deux tons.Pour les i

26、mages en deux tons contenant du texte et des dessins au trait, le sous-chantillonnage donne un rsultatmdiocre, car il supprime souvent des traits fins. Le rsultat est galement mdiocre pour les images en deux tons quicontiennent des demi-teintes ou des trams ordonns pour restituer les niveaux de gris

27、, car les gris ne sont pas bienconservs, spcialement si la priode de trame est une puissance de deux, ce qui est frquemment le cas.La prsente Spcification suggre une mthode de rduction de rsolution. Cette mthode a t conue avec soin. Elle afait lobjet de tests approfondis et sest avre donner dexcelle

28、nts rsultats pour les textes, les dessins au trait, les niveauxde gris trams, les niveaux de gris en demi-teintes, ainsi que les niveaux de gris diffusion derreur.Intro. 3.1.2 Prdiction typique de couche diffrentielleLe bloc prdiction typique de couche diffrentielle (TP) procure un certain gain de c

29、odage, mais son objet estessentiellement dacclrer les mises en oeuvre. Lalgorithme de prdiction typique de couche diffrentielle recherche lesrgions de couleur uniforme: si un pixel de haute rsolution en cours de codage appartient une telle rgion, aucun destraitements normalement effectus dans les bl

30、ocs DP, AT, MT et AAE nest alors ncessaire. Sur les images de textes oude dessins au trait, la TP de couche diffrentielle permet en gnral dviter le codage de plus de 95% des pixels. Sur lesimages en deux tons restituant des niveaux de gris, les conomies de traitement sont nettement moindres.Intro. 3

31、.1.3 Prdiction dterministeLobjet du bloc prdiction dterministe (DP) est de procurer un gain de codage. Sur un des jeux dimages de testutiliss pour llaboration de la prsente Spcification, un gain de 7% a t constat: cette valeur est considre commetypique.Lorsque la rsolution dimage est rduite au moyen

32、 dun algorithme dtermin, il arrive souvent que la valeur du pixel dehaute rsolution coder puisse tre dduite de pixels dj connus du codeur et du dcodeur, cest-dire de pixels delimage basse rsolution et de limage haute rsolution qui ont une relation de causalit avec le pixel courant (pour unsens donn

33、de balayage). On dit alors que le pixel courant peut faire lobjet dune prdiction dterministe. Le bloc DPmarque les pixels de ce type, pour empcher leur traitement par le codeur arithmtique.vi Rec. T.82 du CCITT (1993 F) La prdiction dterministe est un algorithme pilot par table. Les valeurs de pixel

34、s particuliers entourant le pixel coderet appartenant limage basse rsolution et limage causale haute rsolution, sont utilises pour pointer vers unetable, afin de vrifier le caractre dterministe de ces valeurs et, dans laffirmative, dobtenir la prdiction dterministe.Les tables DP dpendent fortement d

35、e la mthode de rduction de rsolution utilise. Lorsquun codeur utilise unalgorithme de rduction de rsolution priv, il est prvu quil tlcharge des tables DP dans le dcodeur. Si uneapplication utilise lalgorithme DP par dfaut, les dcodeurs doivent toujours disposer des tables DP par dfaut, etaucune tabl

36、e DP nest transmise, ce qui est le cas pour lalgorithme de rduction de rsolution suggr dans la prsenteSpcification.Intro. 3.1.4 Gabarit modlePour chaque pixel de haute rsolution coder, le bloc MT gabarit modle fournit au codeur arithmtique un entierappel contexte. Cet entier est dtermin par les coul

37、eurs (niveaux binaires) de pixels particuliers de limage deprdiction haute rsolution, par des pixels particuliers de limage basse rsolution dj disponible et par la phasespatiale du pixel en cours de codage. La phase spatiale dtermine lorientation du pixel de haute rsolution par rapportau pixel de ba

38、sse rsolution correspondant.Le codeur arithmtique conserve pour chaque contexte une estimation de la probabilit conditionnelle du symboleattach ce contexte. Le gain de codage le plus lev est ralis lorsque cette estimation de probabilit est la foisprcise et voisine de 0 ou 1. Ainsi, les bons gabarits

39、 offrent une bonne valeur de prdiction, de telle sorte que lorsque lesvaleurs de leurs pixels sont connues, la valeur du pixel coder est hautement prvisible.Intro. 3.1.5 Gabarits adaptatifsLe bloc AT gabarits adaptatifs procure un gain substantiel de codage (atteignant parfois 80%) sur des imagesres

40、tituant les niveaux de gris en demi-teintes. Le bloc AT recherche la priodicit prsente dans limage: lorsquil trouveune priodicit, il modifie le gabarit en y incorporant le pixel prcdant le pixel courant, modulo la priodicit trouve.Un tel pixel a une excellente valeur prdictive.De telles modification

41、s sont peu frquentes: lorsque lune dentre elles a lieu, une squence de contrle (indiquesymboliquement par ATMOVE dans la Figure Intro. 4) est concatne au train de donnes de sortie. Ainsi, les dcodeursnont effectuer aucun traitement de recherche pour positionner correctement le bloc fonctionnel AT.In

42、tro. 3.1.6 Codeur arithmtique adaptatifLe bloc codeur arithmtique adaptatif AAE est un codeur entropique. Il enregistre les sorties des blocs TP et DP etdtermine sil est ncessaire de coder un pixel donn. Dans laffirmative, il enregistre le contexte et utilise un estimateurde probabilit interne pour

43、valuer la probabilit conditionnelle pour que le pixel courant ait une couleur donne. Lepixel est souvent hautement prvisible daprs le contexte, en sorte que la probabilit conditionnelle est trs voisine de 0ou 1, et quun important gain de codage entropique peut tre obtenu.La conservation des estimati

44、ons de probabilit relatives chaque contexte est un problme statistique non trivial. Il fauttrouver un compromis entre deux impratifs contradictoires: prcision des estimations et adaptation rapide lvolutionde la structure statistique de lentre.Intro. 3.2 Codeur de la couche de plus basse rsolutionLa

45、Figure Intro. 5 reprsente le codeur de la couche de rsolution la plus basse. Il est conceptuellement plus simple quele codeur de couche diffrentielle car il nutilise pas les blocs RR et DP et met en oeuvre des blocs TP, AT et MTdiffrents, car aucune couche de rsolution infrieure nest utilise en entr

46、e. Se reporter aux tableaux en 4, pour unedfinition des noms des signaux. (Tous les sous-blocs ne sont pas ncessairement utiliss dans tous les systmes.)Comme la TP de couche diffrentielle, la TP de la couche de plus basse rsolution est essentiellement destine acclrer le traitement. Les algorithmes u

47、tiliss pour les deux versions de TP sont toutefois tout fait diffrents: il nestpas possible, avec la TP de la couche de plus basse rsolution, de sauter un pourcentage aussi lev de pixels quavecla TP de couche diffrentielle. Avec des images comportant des textes et des dessins au trait, la TP de la couche de plusbasse