Устройство алфавитного формата сжатия изображения без потерь

Авторы патента:

H04N19/189 - Передача изображений, например телевидение (измерения, испытания G01; системы для оригиналов рукописей например, пишущие телеграфные аппараты, которые рассматриваются в подклассе G08; накопление информации, основанное на относительном перемещении носителя записи и преобразователя G11B; кодирование; декодирование или преобразование кодов вообще H03M; радиовещание или регистрация использования радиосети H04H)

H04N1/047 - детектирование, управление или компенсация ошибки скорости сканирования или положения сканирования (H04N 1/17 имеет преимущество)

Устройство алфавитного формата сжатия изображения без потерь (фиг. 6) относится к устройствам первичной обработки изображений и создано для преобразования растра в алфавитную без потерь цифровую форму (формат), полностью адаптированную для дальнейшей обработки изображения в форматах статичных изображений с потерями, а также любых подвижных изображений, (т.е. речь идет о базовом устройстве создания сквозного формата представления и обработки цифровых изображений в любом диапазоне сигналов в зависимости от существующих средств сканирования). Результирующая форма изображения, естественным образом представлена в релевантной форме, различающей: хаос, компакты, контуры, отдельно стоящие линии, т.е. адаптировано к аппроксимации и векторизация. Непосредственно на формате алфавитно сжатого изображении, в последующем, эффективно реализуемы процедуры всех классов (и их представительных подклассов):

- преобразование (хранение, сжатие с потерями, групповое сжатие, редактирование),

- анализ (распознавание, фильтрация),

- синтез (аппроксимация, векторизация),

- передача по каналам связи (с подтверждением или без, с защитой или без).

Таким образом, предлагаемое устройство является основой создания сквозного формата - для всех классов процедур обработки изображений. Эффективность предлагаемого решения состоит в следующем:

- простота (однородность) аппаратной реализации;

- непиксельный (алфавитный) текстовый формат с параллельным доступом к областям сжатого изображения;

- возможность сверхпараллельной обработки областей сжатого изображения.

Устройство алфавитного формата сжатия изображения без потерь - благодаря МЦР (фиг. 1-4) и алфавитной (фиг. 5) форме (формату) хранения и обработки - является базовым и эффективно используется в последующем, как для сжатия статичных изображений с потерями, и вплоть до сжатия потоковых видео - что еще не реализуемо в существующих форматах сжатия. Устройство просто в реализации в силу использования в операциях ограниченного (не более пяти) числа однородных декларативных (табличных) операндов, отличающихся от процедуральных операндов отсутствием индексов обращения к данным. Аппаратная реализация предлагаемого устройства (в силу указанного ограниченного числа операндов) позволяет организовать параллельную работу большого (более 10000) числа процессоров, которые являются ведомыми относительно памяти, т.е. память является ведущей, а процессоры ведомыми. Это резко меняет архитектуру компьютеров, реализующих (как в данном устройстве, так и в последующих действиях) обработку изображений, текстов и звука. В предлагаемом устройстве алфавитного сжатия изображения без потерь, входное растровое изображение (например в формате ВМР) поступает во входной блок разложения изображения из растра (отрезка) в квадрат, с помощью самоподобных отображений от центра квадрата (многоцентричная развертка, фиг. 1-4), с одновременным получением (на базе перечислимого алфавита, фиг 5) формы текстового файла, с осмысленным для наблюдателя представлением элементов изображения. На выходе устройства реализован блок формирования выходного текстового файла-пакета из денотирующей, знаковой и концептирующей компонент изображения представленного в релевантной форме, различающей: хаос, компакты, контуры, отдельно стоящие линии и т.п. Предлагаемое устройство существенно сокращает время первичной обработки изображения и примерно в 2 раза (и более) увеличивает сжатие одиночного изображения по сравнению с форматом ВМР. 4 п.ф., 9 ил.

Область техники

Устройство алфавитного формата сжатия изображения без потерь относится к устройствам первичной обработки изображений и создано для преобразования растра в алфавитную без потерь цифровую форму (формат сжатия), полностью адаптированную для дальнейшей обработки изображения в т.ч. в форматах статичных изображений с потерями, а также любых подвижных изображений. Т.е. речь идет о базовом устройстве создания сквозного формата представления и обработки цифровых изображений в любом диапазоне сигналов в зависимости от существующих средств сканирования). Алфавитно сжатые изображения структурно подготовлены для непосредственной эффективной реализации процедур по всем классам обработки (отметим наиболее представительные подклассы): хранение и преобразование (сжатие с потерями, групповое сжатие, редактирование); анализ (распознавание, фильтрация); синтез (аппроксимация, векторизация); передача по каналам связи (с подтверждением или без, с защитой или без).

Уровень техники. Аналоги и их недостатки

Аналогов представляемой полезной модели с (перечислимым) алфавитом и текстовым представлением и сжатием (на его базе) изображения нами не установлено.

В работах [1, 2] показаны и исследованы более 10 существующих кривых заполняющих пространство (КЗП) разверток и их приложений для систем отображения информации (СОИ). Известные КЗП Пеано, Гильберта, Мура, Серпинского и др. Эти КЗП являясь самоподобными, обладают общим недостатком, а именно сходимостью к точке интереса, которая заявлена как 4^p, где р - мера сходимости как вложенность квадратов. Кроме того, в этих КЗП отсутствует режим развертки от центра изображения (наиболее информативного) и низкая сходимость как на этапе отображения изображения из двухмерного в одномерное, так и на этапе адресации к памяти процессора для СОИ.

В работах [1, стр.114] и в [2, стр.153] показана проблема создания алфавита для растровых изображений, решение которой (для растровых изображений) не достижимо, в силу конструктивного ограничения по длине алфавита. Действительно, в этом случае, размер алфавита содержит, например, для цветных изображений, до 2²⁴ или 16.78 млн. символов, что неперечислимо. В работе [3, стр.162] указан усеченный алфавит, состоящий из 48 букв и ориентированный на портретный распознаватель. Его недостаток очевиден: входное изображение - монохромное; отсутствие в алфавите букв, формирующих шум; нет средств снижения неопределенности Гейзенберга, т.е. формирования фрагмента плоскости к точке зоны интереса.

Нами рассмотрен: Патент RU 2125765 С1, Способ и устройство сжатия символов, стохастический кодер (варианты), [9]. Данный патент не может рассматриваться в качестве аналога по следующим позициям: сжатие ведется с потерями; алфавит применен для цветового кодирования отдельных пикселей изображения путем применения палитры, а в нашем случае алфавит применен для пространственного кодирования изображения на основе геометрических примитивов; кодирование не является текстовым.

Прототипы

Наиболее широко применяемой является КЗП Гильберта. Это базис для всех на сегодня существующих КЗП - в силу наличия предельного индекса окрестности (Jp=4.6) ее элемента [1.стр.10]. Такая КЗП, в отличие от других, проработана вплоть до ее аппаратной реализации [2.стр.233]. Достоинство КЗП Гильберта в форме согласованности с двоичным форматом организации памяти для работы вычислителя, то есть 4^p или вычислитель работает с блоками типа байт, слово и так далее. КЗП Гильберта - четная КЗП. Недостаток четных КЗП указан выше в предыдущем разделе. Кроме того, эталонная ячейка этой КЗП (2×2), не позволяет строить геометрические примитивы, то есть создавать семантические базисы, например, в виде отрезка прямой.

Создание короткого алфавита представления цифрового изображения в существующих устройствах проблематично в силу их растрового представления, т.е. на цифровом растровом изображении невозможно создать такой алфавит [1, стр.114]. Однако, есть в этом плане, наработки, ориентированные под специализированные системы [3] в этом случае речь идет об усеченных алфавитах.

Описание полезной модели.

Устройство относится к области обработки изображений. Его применение - преобразование строчной развертки изображения в самоподобные квадраты, со стороной размером 3^p, где р - степень сходимости, р=010.

В специальных приложениях допускается, например, при 100-кратноом увеличении исходного изображения (задача построения баннера), применяется р<0. Такой принцип обеспечивает независимую центровку квадрата с наличием прямого доступа к его краю. Отображение этих квадратов в памяти процессора выполняется по правилам кривой заполняющей плоскость (КЗП) или отрезками длиной 9^p, а наличие центра обеспечивает параллельный доступ к этим отрезкам. Отсюда и название - многоцентричная развертка. При этом центр изображения (монохромного, полутонового, цветного) задан в памяти первым номером первого отрезка. Предлагаемая развертка элементов (пикселов) изображения позволяет (за счет организации памяти и сверх параллельного доступа) в десятки раз увеличить скорость обработки изображения по всем его классам процедур.

Предлагаемое стройство может быть использовано для преобразования растрового представления изображения в многоцентричное по правилам Кривой Заполняющей Плоскость (КЗП). Заявленное решение лежащее в основе устройства отличается тем, что выполняется управляемая перестановка пикселов из строчной развертки в квадратную, сторона которого равна 3^p, где p - степень приближения области реального изображения к зоне точки интереса заказчика или это управляемый уровень сходимости для точки Q^p_xy, где эта точка задана фасетом, т.е. квадратом, со стороной р, имеющего свой центр (ху), а также свою площадь 9^p и свои пронумерованные грани (периметр квадрата) в виде целых чисел.

Применение устройства - это представление изображения в смысловых единицах в темпе сканирования, т.е. без применения средств предобработки, в форме алфавита с соответствующей схемой словообразования. Такой уровень разработки позволяет отказаться от понятия Пиксел, т.е. изъять из процедур обработки изображения все (существующие) локальные операторы и перевести их в (целостные) глобальные.

Представим работу устройства в порядке функционирования его блоков. Представим блоки 1 и 2 по пункту формулы 1.

Блок 1 (входной блок устройства, фиг.6, 7, 8) - блок разложения изображения из растра в площади типа квадрат, с помощью самоподобных отображений от центра квадрата в виде многоцентричной развертки (МЦР), с получением на базе перечислимого алфавита формы текстового файла, с осмысленным для наблюдателя представлением элементов изображения. Основным отличием блока от известных решений является нечетное самоподобное отображение (от центра) изображения с последующим получением алфавита.

Выход блока 1 подключен к входу блока 2.

Блок 2 (выходной блок устройства, фиг.6, 9) - блок формирования выходного текстового файла-пакета из денотирующей, знаковой и концептирующей компонент изображения представленного в релевантной форме, различающей: хаос, компакты, контуры, отдельно стоящие линии. Выходная форма файла-пакета блока 2 (являющаяся выходом всего устройства) организована так, что непосредственно на ней в дальнейшем, выполняемы все классы обработки изображения (включая прямую аппроксимацию и векторизацию).

Основным отличием блока от известных решений является, то, что изображение на выходе блока представлено осмысленным текстом в правилах Г. Фреге.

Представим блок 1 по пункту формулы 2.

Блок 1 по пункту формулы 2 (фиг.7) состоит из следующих последовательно включенных трех блоков. Представим их работу поочередно.

Блок 3 - (входит в блок 1) - блок разложения поступившего изображения по битовым плоскостям с учетом выявления на плоскостях однородных по цветности областей: монохромных, полутоновых, цветных.

Этот блок представляет собой компонентный анализ изображения на монохром, полутон, цвет. Блок реализован стандартным способом.

Блок 4 - (входит в блок 1) - блок параллельного преобразования полученных плоскостей в код Грея.

Этот блок представляет собой аппаратную реализацию побитного сцепления в двоично отраженном (рефлексивном) коде Грея [2, стр.227].

Разложение выполняется по следующей схеме: пусть А - восьмибитное целое число, представляющее собой субпиксел изображения (компонента R, G или В цветного изображения, или значение яркости Y для полутонового изображения). Определим взаимно однозначное отображение В=В(А) следующим образом:

; , i(2,8),

где a_i(b_i) - i-ый бит исходного (выходного) числа, причем первый бит считается самым старшим, восьмой - самым младшим;

знак «плюс в кружке» означает операцию сложения по модулю 2, черта над числом - операцию битовой инверсии.

Данное отображение задает представление числа в коде Грея, получаемого из восьмибитного двоичного рефлексивного кода Грея путем его побитовой инверсии. Обратное отображение А=А(В) определяется следующим образом:

; ; , i(3,8).

Результаты прямого преобразования В=В(А) (в код Грея) и обратного преобразования А=А(В) (из кодов Грея) для всевозможных восьмибитовых чисел декларируются в виде двух 256-элементных таблиц, которые используются для преобразования чисел в программе.

Блок 5 - (входит в блок 1) - блок преобразования битовых плоскостей изображения из растра в смысловой текстовый файл на основе алфавита из 512 букв, с помощью многоцентричной развертки (МЦР) изображения от центра квадрата и данная развертка является нечетным подмножеством самоподобных отображений, в отличии, например, от развертки Гильберта. Этот блок представляет собой преобразование растрового изображения в МЦР форму.

Опишем преобразование и обработку изображения (по каждой из плоскостей) на основе многоцентричной развертки (МЦР), построенной по правилам кривой заполняющей плоскость (КЗП). Устанавливаем начало и направление рекурсии - начальная ячейка МЦР (начало рекурсии) представляет собой дискретный квадрат, состоящий из девяти клеток (3×3=9), имеющий свой центр и свои четыре грани (стороны); развертка начальной ячейки МЦР (направление рекурсии) стартует от центра к краю квадрата и далее с обходом остальных ячеек по кругу (таким образом, возможны 16 путей обхода из учета 8 граничных клеток и двух вариантов обхода - по и против часовой стрелки).

Приоритетным, в т.ч. для сканирования и визуализации изображений, является путь с обходом влево от центра и далее по часовой стрелке (фиг.1). Такую конструкцию назовем фасетом или pFas, где р - шаг рекурсии, при р=1 имеем описанную выше начальную ячейку (3×3=9).

Для формирования направления рекурсии будем различать четыре типа обхода (фиг.2) необходимые для описания 2Fas:

- описанный ранее обход w1 как начальный (1Fas1);

- обход w2 как зеркальный от 1Fas1 в левую сторону (1Fas2),

- обход w3 как зеркальный от 1Fas2 в верхнюю сторону (1Fas3),

- обход w4 как зеркальный от 1Fas3 в правую сторону.

Для получения рекурсий МЦР построена 2Fas (фиг.3) (р=2, со стороной 9 клеток, т.е. 9×9=81), отвечающая за направление рекурсий, где исходной служит начальная 1Fas, которая (на основе выше указанных вращений w), имеет их последовательность с начальным движением в квадрат влево от 1Fas и далее по часовой вокруг 1Fas или путь: w1 w2 w3 w4 w3 w2 w3 w4 w3. Собственно это и порождает направление рекурсий.

Каждая последующая рекурсия pFas (p>2), строится на основе 1Fas и 2Fas. Пример для 3Fas дан на фиг.4.

Включение рекурсий МЦР на основе 1Fas и 2Fas (р>2) позволяют плоскость представить в координатах вращения (w), носителем которых является pFas, причем точкой этой плоскости, далее Q^p_xy, является квадрат со стороной 3^p , где р=0N, где N, наперед заданный этот квадрат, в который вложим габарит исходного изображения. При р=0 (0Fas) или точка Q^p_xy вырождается в пиксел, при р>0, на который действует МЦР плоскость разбивается на Q^p-1_xy независимых точек (квадратов). Параметры xy для Q - это его центр на плоскости изображения.

Базовым является отображение декартовой плоскости в память, при взаимно однозначном отображении точки Q^p_xy в F^p или формально: Q^p_xy<--<--->F^p, при р=0, Q_xy--->P_xy; где P_xy пиксел с декартовыми координатами, а F^p - отрезок в целых числах как f_a....f_a+p, для Q^p_xy в памяти вычислителя, f_a - номер Q^p_xy или его номер центра на плоскости.

Важным преимуществом представляемого построения является то, что в изображении, представленным МЦР, выделение площади сегмента изображения по заданному критерию релевантности (т.е. по информационной ценности для наблюдателя) в плоскости изображения (в т.ч., для выделения линий прямых, областей постоянной яркости или цветности, хаотичных скоплений пикселей и др.), выполняют в форме управляемых вложений pFas по параметру р=110 в точку зоны интереса релеванта, с точностью р, с помощью представления точки интереса в изображении на основании таблиц преобразования, получаемых по п.1 (1Fas или 2Fas или pFas). И все это не требует применения уравнений местонахождения точки на физическом уровне представления изображения через его габариты.

Представим блок 1 в по пункту формулы 3.

Блок 1 по пункту формулы 3 (фиг.8) состоит из следующих последовательно включенных пяти блоков. Представим их работу поочередно.

Блок 6 - (входит в блок 1) - блок преобразования исходного изображения из растра в площади типа квадрат с помощью многоцентричной развертки (МЦР) изображения от центра квадрата, где развертка является нечетным подмножеством самоподобных отображений.

Блок выполняет отображение отрезка в квадрат с помощью МЦР, при этом точкой отрезка является пиксел, т.е. значение точки лежит в диапазоне 0-255.

Преобразование и обработки изображения на основе многоцентричной развертки (МЦР), построенной по правилам кривой заполняющей плоскость (КЗП), т.е. установкой начала и направления рекурсии, определяется тем, что начальная ячейка МЦР (начало рекурсии) представляет собой дискретный квадрат, состоящий из девяти клеток (3×3=9), имеющий свой центр и свои четыре грани (стороны); развертка начальной ячейки МЦР (направление рекурсии) стартует от центра к краю квадрата и далее с обходом остальных ячеек по кругу (таким образом, возможны 16 путей обхода из учета 8 граничных клеток и двух вариантов обхода - по и против часовой стрелки).

Приоритетным, в т.ч. для сканирования и визуализации изображений, является путь с обходом влево от центра и далее по кругу по часовой стрелке (фиг.1). Такую конструкцию назовем фасетом или pFas, где р - шаг рекурсии, при р=1 имеем описанную выше начальную ячейку (3×3=9).

- описанный ранее обход w1 как начальный (1Fas1);

- обход w2 как зеркальный от 1Fas1 в левую сторону (1Fas2),

- обход w3 как зеркальный от 1Fas2 в верхнюю сторону (1Fas3),

- обход w4 как зеркальный от 1Fas3 в правую сторону.

Каждая последующая рекурсия pFas (р>2), строится на основе 1Fas и 2Fas. Пример для 3Fas дан на фиг.4.

Включение рекурсий МЦР на основе 1Fas и 2Fas (р>2) позволяют плоскость представить в координатах вращения (w), носителем которых является pFas, причем точкой этой плоскости, далее Q^p_xy, является квадрат со стороной 3^p , где р=0N, где N, наперед заданный этот квадрат, в который вложим габарит исходного изображения. При р=0 (0Fas) или точка Q⁰_xy вырождается в пиксел, при р>0, на который действует МЦР плоскость разбивается на Q^p-1_xy независимых точек (квадратов). Параметры xy для Q - это его центр на плоскости изображения.

Таким образом МЦР создает взаимно однозначное отображение декартовой системы координат (Х, У) в натуральный ряд чисел Z.

Важным преимуществом представляемого построения является то, что в изображении, представленным МЦР, сегментация изображения производится по его релеванту (т.е. по информационной ценности для наблюдателя) в фрагменте плоскости изображения (в т.ч., для выделения линий прямых, областей постоянной яркости или цветности, хаотичных скоплений пикселей и др.).

Процесс выделения релеванта выполняют в форме управляемых вложений pFas по параметру р=110 в точку зоны интереса релеванта, с точностью р, с помощью представления точки интереса в изображении на основании таблиц преобразования, получаемых по п.1 (1Fas или 2Fas или pFas). И все это не требует применения уравнений местонахождения точки на физическом уровне представления изображения через его габариты.

Блок 7 - (входит в блок 1) - блок разложения изображения по цветности на его фрагменты.

В блоке выполняется фрагментно-компонентный анализ изображения на монохром, полутон, цвет.

Блок 8 - (входит в блок 1) - блок верификации фрагментов изображения на цветность (в RGB): монохромные, полутоновые, цветные. В блоке выполняется группировка фрагментов изображения в целом, с целью получения алфавита на цветность.

Блок 9 - (входит в блок 1) - блок разложения цветных и полутоновых фрагментов изображения на отдельные тональности по шкале 0-255, для каждого фрагмента области изображения.

Блок реализует пакетирование значений из шкалы 0-255.

Блок 10 - (входит в блок 1) - блок параллельного преобразования полученных фрагментов изображения в код Грея с получением алфавита. Изображение, представленное МЦР, раскладывают на плоскости в правилах рефлексивного кода Грея. При этом, получаем одну плоскость для монохромных, от восьми плоскостей для полутоновых и от 24 плоскостей для цветных изображения, в результате каждая плоскость задается алфавитом.

Разложение выполняется по следующей схеме:

Пусть А - восьмибитное целое число, представляющее собой субпиксел изображения (компонента R, G или В цветного изображения). Определим взаимно однозначное отображение В=В(А) следующим образом:

; , i(2, 8),

знак «плюс в кружке» означает операцию сложения по модулю 2, черта над числом - операцию битовой инверсии.

; ; , i(3, 8).

Алфавит представляет собой варианты заполнения квадрата 3*3, 9*9, 21*21 и т.д. Каждая буква задается по правилам Г. Фреге, где денотат буквы есть ее иконика, концепт буквы есть ее символ, знак буквы есть ее число или номер.

Созданный алфавит семантически представляем тремя следующими подмножествами: компакты (носители постоянных яркостей), регулярности (следы прямых), хаотичные скопления пикселей разной дисперсии.

Представим блок 2 по пункту формулы 4.

Блок 2 по пункту формулы 4 (фиг.6 и 9) состоит из следующих трех входных блоков 11, 12, 13 которые включены параллельно и их выходы подключены к своим входам блока 14. Блок 14 - выходной. Представим работу блоков.

Блок 11 - (входит в блок 2) - блок выделения из текстового файла денотирующей компоненты в форме множества разреженных матриц. Этот блок выполняет функцию смыслового представления изображения в целом, согласно его габарита, с помощью вектора, состоящего из натурального ряда чисел, где каждое число задает принадлежность, содержащую область изображения к любому из трех релевантов - хаос, компакт, линия.

Блок 12 - (входит в блок 2) - блок выделения из текстового файла знаковой компоненты в виде символьных цепочек из девяти букв.

Этот блок выполняет следующую функцию. Знаковая компонента (Z) предназначена для получения числа кратного степени 2, которое является для процессора идентификационным номером обрабатываемой области изображения.

Z - компонента обеспечивает реализацию механизма сравнения с некоторой точностью, пусть по метрике Левенштейна [8, стр.44], как областей внутри изображения и их схожесть для N - изображений с целью их группового сжатия, так и между изображения в целом. Как правило, такой механизм обеспечивает сжатие изображения от 1000 раз и выше в зависимости от количества найденных подобий, с последующей автоматической каталогизации как областей, так и изображений в целом.

Блок 13 - (входит в блок 2) - блок выделения из текстового файла концептной компоненты в виде установления взаимооднозначного отношения матрицы к символьной цепочке.

Этот блок выполняет следующую функцию. Концептирующая компонента (К) ориентирована на реализацию отображений D в Z и задает правила выделения релевантов по месту положения, как в области изображения, так и этих областей для многих пусть от 10 млн. изображений и выше.

Выходы блоков 6, 7, 8 подключены, соответственно, к первому, второму и третьему входам блока 9.

Блок 14 - (входит в блок 2) - блок формирования формата сжатия в виде пакета из денотирующей, знаковой, концептирующей компонент изображения. Выход блока 9 является выходом всего устройства, при этом выходной формат изображения адаптирован для параллельной работы по всем областям на сжатом изображении по всем классам: хранение, преобразование, анализ, синтез, передача.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показана начальная ячейка МЦР, названная 1Fas, которая представляет собой дискретный квадрат, состоящий из девяти клеток (3×3=9), имеющий свой центр и свои четыре грани (стороны); развертка МЦР начальной ячейки стартует от центра с обходом влево от центра и далее по кругу по часовой стрелке.

На Фиг.2 показаны четыре типа обхода квадрата, состоящего из девяти клеток (3×3=9): обход w1 описанный как начальный (1Fas1); обход w2 как зеркальный от 1Fas1 в левую сторону (1Fas2), обход w3 как зеркальный от 1Fas2 в верхнюю сторону (1Fas3), обход w4 как зеркальный от 1Fas3 в правую сторону; эти типы обхода необходимы для получения направления рекурсии МЦР для 2Fas.

На Фиг.3 показано направление рекурсии МЦР для 2Fas (р=2, со стороной 9 клеток, 9×9=81), где исходной служит начальная 1Fas, на основе выше указанных вращений w в последовательности с движением в квадрат влево от 1Fas и далее по часовой вокруг 1Fas: w1 w2 w3 w4 w3 w2 w3 w4 w3.

На Фиг.4 показана рекурсия МЦР для 3Fas (p=3, со стороной 27 клеток).

На Фиг.5 показан пример (один из вариантов) полного алфавита из 512 букв, который может порождать усеченный алфавит в зависимости от решаемой задачи.

На Фиг.6 показана общая структура устройства состоящая из двух последовательно включенных блоков: блока 1 - блок разложения изображения из растра в площади типа квадрат, с помощью самоподобных отображений от центра квадрата в виде многоцентричной развертки (МЦР), с получением на базе перечислимого алфавита формы текстового файла, с осмысленным для наблюдателя представлением элементов изображенияи блока 2 - блок формирования выходного текстового файла-пакета из денотирующей, знаковой и концептирующей компонент изображения представленного в релевантной форме, различающей: хаос, компакты, контуры, отдельно стоящие линии.

На Фиг.7 показана структура блока 1 (по пункту формулы 2).

Блок 1 (по пункту формулы 2) состоит из трех последовательно включенных блоков:

блок 3 - блок разложения поступившего изображения по битовым плоскостям с учетом выявления на плоскостях однородных по цветности областей: монохромных, полутоновых, цветных;

блок 4 - блок параллельного преобразования полученных плоскостей в код Грея;

блок 5 - блок преобразования битовых плоскостей изображения из растра в смысловой текстовый файл на основе алфавита из 512 букв, с помощью многоцентричной развертки (МЦР) изображения от центра квадрата и данная развертка является нечетным подмножеством самоподобных отображений.

На Фиг.8 показана структура блока 1 (по пункту формулы 3).

Блок 1 (по пункту формулы 3) состоит из пяти последовательно включенных блоков:

блок 6 - блок преобразования исходного изображения из растра в площади типа квадрат с помощью многоцентричной развертки (МЦР) изображения от центра квадрата, где развертка является нечетным подмножеством самоподобных отображений;

блок 7 - блок разложения изображения по цветности на его фрагменты;

блок 8 - блок верификации фрагментов изображения на цветность: монохромные, полутоновые, цветные;

блок 9 - блок разложения цветных и полутоновых фрагментов изображения на отдельные тональности по шкале 0-255, для каждого фрагмента области изображения;

блок 10 - блок параллельного преобразования полученных фрагментов изображения в код Грея с получением алфавита.

На Фиг.9 показана структура блока 2 по пункту формулы 4..

Блок 2 состоит из параллельно работающих входных блоков:

блок 11 - блок выделения из текстового файла денотирующей компоненты в форме множества разреженных матриц,

блок 12 - блок выделения из текстового файла знаковой компоненты в виде символьных цепочек из девяти букв,

блок 13 - блок выделения из текстового файла концептной компоненты в виде установления взаимооднозначного отношения матрицы к символьной цепочке, выходы этих блоков подключены, соответственно, к первому, второму и третьему входам блока 14:

блок 14 - блок формирования формата сжатия в виде пакета из денотирующей, знаковой, концептирующей компонент изображения, выход которого является выходом всего устройства.

Технический результат и промышленная применимость полезной модели

Устройство алфавитного формата сжатия изображения без потерь - благодаря МЦР (развертка является нечетным подмножеством самоподобных отображений) и алфавитным текстовым формам (формату) хранения и обработки - увеличивает (по результатам тестовых испытаний в 2 и более раз) сжатие и скорость обработки изображения.

Устройство является базовым и эффективно используется как исходное, для последующего сжатия: статичных изображений с потерями, и вплоть до сжатия потоковых видео - что еще не реализуемо в существующих форматах сжатия.

Таким образом, предлагаемое устройство является основой создания сквозного формата - для всех классов процедур обработки изображений.

Устройство просто в реализации в силу использования в операциях ограниченного (не более пяти) числа однородных декларативных (табличных) операндов, отличающихся от процедуральных операндов отсутствием индексов обращения к данным.

Аппаратная реализация предлагаемого устройства (в силу указанного ограниченного числа операндов) позволяет организовать параллельную работу большого (более 10000) числа процессоров, которые являются ведомыми относительно памяти, т.е. память является ведущей, а процессоры ведомыми. Это резко меняет архитектуру компьютеров, реализующих (как в данном устройстве, так и в последующих действиях) обработку изображений, текстов и звука.

Эффективность предлагаемой полезной модели в следующем:

- простота (однородность) аппаратной реализации;

- на выходе - непиксельная (алфавитная) текстовая форма (формат) с параллельным доступом к областям сжатого изображения;

- возможность сверхпараллельной обработки областей сжатого изображения.

Применяемая в устройстве многоцентричная развертка (МЦР):

- обеспечивает прямой доступ к различным блокам изображения, лежащим в оперативной памяти, в зависимости от их информационной ценности (релевантности);

- позволяет упорядочить содержимое изображения по его релевантам;

- минимизирует число обращений к внешней памяти, хранящей сотни миллионов изображений;

- в состоянии формировать в изображении семантические единицы, состоящие из сотен и выше пикселов отражающих смысловой запрос, пусть через сканер пользователя.

Устройство имеет аппаратную и аппаратно-программную реализации.

Источники информации

1. Н.Д. Горский, С.Н. Мысько, В.П. Сухаричев. Сравнительное исследование некоторых характеристик двумерных разверток. Препринт ЛНИВЦ АН СССР, 44, Л., 1982.

2. Генри Уоррен, мл. Алгоритмические трюки для программистов. Вильямс, Москва, 2004.

3. Александров В.В., Горский Н.Д., Поляков А.О. Рекурсивные алгоритмы представления и обработки данных. - в кн.: Алгоритмы и системы автоматизации исследований и проектирования. М. Наука, 1980.

4. Александров В.В., Горский Н.Д. Структуризация иерархических систем. - в кн.: Алгоритмические модели в автоматизации исследований. М. Наука, 1980.

5. Р.М. Кроновер. Фракталы и хаос в динамических системах. Основы теории. М. Постмаркет, 2000.

6. Федер Е. Фракталы. М. Мир, 1991.

7. Орловский В.А. Передача факсимильных изображений. М. Связь, 1980.

8. Кохонен Т. Самоорганизующиеся карты. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008.

9. Патент RU 2125765 С1, Способ и устройство сжатия символов, стохастический кодер (варианты).

1. Устройство алфавитного формата сжатия изображения без потерь, отличающееся тем, что входное изображение поступает во входной блок разложения изображения из растра в площади типа квадрат с помощью самоподобных отображений от центра квадрата в виде многоцентричной развертки (МЦР) с получением на базе перечислимого алфавита формы текстового файла с осмысленным для наблюдателя представлением элементов изображения, выход которого подключен к входу блока формирования выходного текстового файла-пакета из денотирующей, знаковой и концептирующей компонент изображения, представленного в релевантной форме, различающей: хаос, компакты, контуры, отдельно стоящие линии; непосредственно на полученной форме, как формате сжатия, в дальнейшем выполняемы все классы обработки изображения, включая прямую аппроксимацию и векторизацию.

2. Устройство алфавитного формата сжатия изображения без потерь по п.1, отличающееся тем, что блок разложения изображения из растра в площади типа квадрат с помощью самоподобных отображений от центра квадрата в виде многоцентричной развертки (МЦР) с получением на базе перечислимого алфавита формы текстового файла с осмысленным для наблюдателя представлением элементов изображения выполнен из трех последовательно включенных блоков: блок разложения поступившего изображения по битовым плоскостям с учетом выявления на плоскостях однородных по цветности областей: монохромных, полутоновых, цветных; блок параллельного преобразования полученных плоскостей в код Грея; блок преобразования битовых плоскостей изображения из растра в смысловой текстовый файл на основе алфавита из 512 букв с помощью многоцентричной развертки (МЦР) изображения от центра квадрата, и данная развертка является нечетным подмножеством самоподобных отображений.

3. Устройство алфавитного формата сжатия изображения без потерь по п.1, отличающееся тем, что блок разложения изображения из растра в площади типа квадрат с помощью самоподобных отображений от центра квадрата в виде многоцентричной развертки (МЦР) с получением на базе перечислимого алфавита формы текстового файла с осмысленным для наблюдателя представлением элементов изображения выполнен из последовательно включенных блоков: блок преобразования исходного изображения из растра в площади типа квадрат с помощью многоцентричной развертки (МЦР) изображения от центра квадрата, где развертка является нечетным подмножеством самоподобных отображений; блок разложения изображения по цветности на его фрагменты; блок верификации фрагментов изображения на цветность: монохромные, полутоновые, цветные; блок разложения цветных и полутоновых фрагментов изображения на отдельные тональности по шкале 0-255, для каждого фрагмента области изображения; блок параллельного преобразования полученных фрагментов изображения в код Грея с получением алфавита.

4. Устройство алфавитного формата сжатия изображения без потерь по п.1, отличающееся тем, что выходной блок формирования выходного текстового файла-пакета из денотирующей, знаковой и концептирующей компонент изображения, представленного в релевантной форме, различающей: хаос, компакты, контуры, отдельно стоящие линии, содержит на входе три параллельно работающих входных блока: блок выделения из текстового файла денотирующей компоненты в форме множества разреженных матриц, блок выделения из текстового файла знаковой компоненты в виде символьных цепочек из девяти букв, блок выделения из текстового файла концептной компоненты в виде установления взаимооднозначного отношения матрицы к символьной цепочке; и выходы этих трех блоков подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока формирования формата сжатия в виде пакета из денотирующей, знаковой, концептирующей компонент изображения, выход которого является выходом всего устройства; при этом выходная форма, как формат сжатия изображения, адаптирована для параллельной работы по всем областям на сжатом изображении, по всем классам работы с изображениями: анализ, преобразование, синтез, передача по каналам связи.