Адаптивное комбинированное кодирование изображений с прогнозированием объема арифметического кода

Abstract

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.