Устройство и способ кодирования узла ориентационного интерполятора

 

Изобретение относится к кодированию синтезированных изображений. Его использование для кодирования узла ориентационного интерполятора позволяет обеспечить технический результат в виде повышения эффективности интерполяции. Этот технический результат достигается в устройстве кодирования узла ориентационного интерполятора, которое обеспечивает информацию о повороте объекта в трехмерном пространстве, причем устройство кодирования содержит: устройство ввода данных поля, осуществляющее посредством анализа узла ориентационного интерполятора извлечение данных поля, подлежащих кодированию в настоящий момент времени, из ключа, который указывает информацию о положении, в котором имеет место изменение вращательного и поступательного движения на оси времени, и из значений ключа, которые указывают информацию о повороте, соответствующую информации о положении; устройство обработки посредством адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (АДИКМ), осуществляющее преобразование данных о значениях ключа в кватернион и последующую обработку кватерниона посредством АДИКМ с использованием дифференцирования по углу поворота, а также обработку данных ключа посредством дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ДИКМ); и устройство дискретизации, осуществляющее дискретизацию данных ключа и данных о значениях ключа и вывод дискретизированных данных. 4 с. и 21 з.п. ф-лы, 25 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть)о

Формула изобретения

1. Устройство кодирования узла ориентационного интерполятора, которое обеспечивает информацию о повороте объекта в трехмерном пространстве, причем устройство кодирования содержит устройство ввода данных поля, осуществляющее посредством анализа узла ориентационного интерполятора извлечение данных поля, подлежащих кодированию в настоящий момент времени, из ключа, который указывает информацию о положении, в котором имеет место изменение вращательного и поступательного движения на оси времени, и из значений ключа, которые указывают информацию о повороте, соответствующую информации о положении, устройство обработки посредством адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (АДИКМ), осуществляющее преобразование данных о значениях ключа в кватернион и последующую обработку кватерниона посредством АДИКМ с использованием дифференцирования по углу поворота, а также обработку данных ключа посредством дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ДИКМ), и устройство дискретизации, осуществляющее дискретизацию данных ключа и данных о значениях ключа и вывод дискретизированных данных.

2. Устройство кодирования узла ориентационного интерполятора по п.1, в котором обработка посредством АДИКМ содержит устройство кватернионного преобразования, осуществляющее преобразование данных о значениях ключа, извлеченных в устройстве ввода данных поля, в кватернион, устройство ДИКМ, осуществляющее вычисление значения разности между предыдущим восстановленным ключом и ключом, подлежащим кодированию в настоящий момент времени, для данных ключа, извлеченных в устройстве ввода данных поля; и устройство дифференциального преобразования поворота, для формирования матрицы дифференциального преобразования поворота, в которой данные о значениях ключа, преобразованные в виде кватерниона, представляют посредством кратчайшего расстояния при вращательном перемещении объекта, и заставляющее устройство дифференциального преобразования кода осуществлять генерацию данных ключа, соответствующих новым данным о значениях ключа, после генерации новых данных о значениях ключа на основе матрицы дифференциального преобразования поворота.

3. Устройство кодирования узла ориентационного интерполятора по п.2, в котором устройство дифференциального преобразования поворота содержит устройство генерации матрицы дифференциального преобразования поворота, создающее матрицу дифференциального преобразования поворота, которая представляет собой произведение данных о значениях ключа, подлежащих кодированию в настоящий момент времени, и комплексно сопряженных данных, полученных путем накопления предыдущих восстановленных матриц дифференциального преобразования поворота; устройство корректировки элементов, осуществляющее переопределение матрицы дифференциального преобразования поворота таким образом, чтобы она удовлетворяла условию, заключающемуся в том, что значение первого элемента кватерниона всегда является наибольшим из всех элементов кватерниона, и вывод матрицы дифференциального преобразования поворота, устройство задержки, осуществляющее сохранение матрицы дифференциального преобразования поворота, восстановленной в настоящий момент времени, в ответ на выходной сигнал устройства корректировки элементов, и выдачу предыдущей восстановленной и сохраненной матрицы дифференциального преобразования поворота, и устройство накопления, осуществляющее последовательный прием предыдущих сохраненных матриц дифференциального преобразования поворота из устройства задержки и вывод данных, полученных посредством накопления предыдущих восстановленных матриц дифференциального преобразования поворота.

4. Устройство кодирования узла ориентационного интерполятора по п.3, в котором устройство корректировки элементов содержит устройство ветвления по выполнению условия, определяющее, действительно ли значение первого элемента кватерниона является наибольшим из всех элементов матрицы дифференциального преобразования поворота, и устройство генерации значений ключа, осуществляющее генерацию новых данных о значениях ключа путем произвольного определения положения при повороте, которое может иметь кратчайшее расстояние при вращательном перемещении объекта, в том случае, если определение в условном блоке указывает, что значение первого элемента не является наибольшим, и заставляющее устройство ДИКМ осуществлять генерацию данных ключа, соответствующих новым данным о значениях ключа.

5. Устройство кодирования узла ориентационного интерполятора по п.1, дополнительно содержащее устройство статистического кодирования, осуществляющее арифметическое кодирование дискретизированных данных о значениях ключа и данных ключа.

6. Устройство кодирования узла ориентационного интерполятора по п.5, дополнительно содержащее устройство вывода, осуществляющее вывод данных, для которых выполнена операция арифметического кодирования, в виде потока данных в двоичном формате, в котором поток данных имеет такую структуру, в которой данные ключа и данные о значениях ключа сформированы отдельно.

7. Устройство кодирования узла ориентационного интерполятора по п.6, дополнительно содержащее устройство вывода, осуществляющее вывод данных, для которых выполнена операция арифметического кодирования, в виде потока данных в двоичном формате, в котором поток данных имеет такую структуру, в которой данные ключа и данные о значениях ключа образуют собой последовательные единичные пары.

8. Устройство кодирования узла ориентационного интерполятора по п.1, дополнительно содержащее в себе устройство измерения искажений, осуществляющее после восстановления выходных данных измерение искажений визуального качества данных, восстановленных из исходной информации до кодирования, в зависимости от значений дифференциала поворота.

9. Способ кодирования узла ориентационного интерполятора, который создает информацию о повороте объекта в трехмерном пространстве, а способ кодирования содержит следующие этапы: (а) посредством анализа узла ориентационного интерполятора осуществляют извлечение данных поля, подлежащих кодированию в настоящий момент времени, из ключа, который указывает информацию о положении на временной оси, в котором имеет место изменение вращательного и поступательного движения на оси времени, и из значений ключа, которые указывают информацию о повороте, соответствующую информации о положении; (б) осуществляют преобразование данных о значениях ключа в кватернион и последующую обработку кватерниона посредством адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (АДИКМ) с использованием матрицы дифференциального преобразования поворота, а также обработку данных ключа посредством дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ДИКМ); и (в) осуществляют дискретизацию данных ключа и данных о значениях ключа и вывод дискретизированных данных.

10. Способ кодирования узла ориентационного интерполятора по п.9, в котором этап (б) содержит следующие этапы: (б1) осуществляют преобразование данных о значениях ключа, извлеченных при выполнении этапа (а), в кватернион; (б2) формируют матрицу дифференциального преобразования поворота, в которой данные о значениях ключа, преобразованные в кватернион, представлены посредством кратчайшего расстояния при вращательном перемещении объекта, (б3) после генерации новых данных о значениях ключа на основе матрицы дифференциального преобразования поворота осуществляют генерацию данных ключа, соответствующих новым данным о значениях ключа, и (б4) для данных ключа, извлеченных при выполнении этапа (а) и данных ключа, генерация которых осуществлена при выполнении этапа (б3), вычисляют значение разности между предыдущим восстановленным ключом и ключом, подлежащим кодированию в настоящий момент времени.

11. Способ кодирования узла ориентационного интерполятора по п.10, в котором на этапе (б2) матрицу дифференциального преобразования поворота определяют согласно уравнению 6

где посредством Q_i обозначены данные о значениях ключа, которые преобразованы в кватернион и подлежат кодированию в настоящий момент времени, а посредством обозначено сопряженное значение данных, полученных путем накопления ранее восстановленных матриц дифференциального преобразования поворота.

12. Способ кодирования узла ориентационного интерполятора по п.10, дополнительно содержащий этапы, которые выполняют после этапа (б2):(б2-1), определяют, действительно ли выполнено условие, заключающееся в том, что значение первого элемента кватерниона всегда является наибольшим из всех элементов кватерниона (= матрице дифференциального преобразования поворота); (б2-2) в том случае, если это условие не выполнено, осуществляют переопределение матрицы дифференциального преобразования поворота и вывод матрицы дифференциального преобразования поворота на этап (в); и (б2-3) в том случае, если это условие выполнено, осуществляют вывод матрицы дифференциального преобразования поворота без изменений.

13. Способ кодирования узла ориентационного интерполятора по п.12, в котором, если при выполнении этапа (б2-2) условие не выполнено, то осуществляют переопределение матрицы дифференциального преобразования поворота посредством генерации новых данных о значениях ключа с использованием уравнения 7

|А|=|В|=|Р|=1

АВ=cos

где посредством Р обозначено новое значение данных ключа, посредством В обозначены исходные данные о значениях ключа, подлежащие кодированию в настоящий момент времени, посредством А обозначены предыдущие данные о значениях ключа, посредством обозначен угол поворота между А и В, а посредством обозначен угол поворота между А и Р.

14. Способ кодирования узла ориентационного интерполятора по п.10, в котором на этапе (б3) генерацию новых данных ключа осуществляют с использованием уравнения 9

где посредством Ki обозначены данные ключа, подлежащие кодированию в настоящий момент времени, посредством Ki-1 обозначены предыдущие данные ключа, посредством обозначен угол поворота между предыдущими данными о значениях ключа и исходными данными о значениях ключа, подлежащими кодированию в настоящий момент времени, а посредством обозначен угол поворота между предыдущими данными о значениях ключа и новыми данными о значениях ключа.

15. Способ кодирования узла ориентационного интерполятора по п.9, дополнительно содержащий этап: (г) осуществляют арифметическое кодирование дискретизированых данных о значениях ключа и ключа.

16. Способ кодирования узла ориентационного интерполятора по п.15, дополнительно содержащий этап: (д) осуществляют вывод данных, для которых выполнена операция арифметического кодирования, в виде потока данных в двоичном формате, в котором поток данных имеет такую структуру, в которой данные ключа и данные о значениях ключа сформированы отдельно.

17. Способ кодирования узла ориентационного интерполятора по п.15, дополнительно содержащий этап: (д) осуществляют вывод данных, для которых выполнена операция арифметического кодирования, в виде потока данных в двоичном формате, в котором поток данных имеет такую структуру, в которой данные ключа и данные о значениях ключа образуют последовательные единичные пары.

18. Способ кодирования узла ориентационного интерполятора по п.9, дополнительно содержащий этап, который выполняют после этапа (в): после восстановления выходных данных осуществляют измерение искажений визуального качества данных, восстановленных из исходной информации до кодирования, по отношению к значениям дифференциала поворота.

19. Способ кодирования узла ориентационного интерполятора по п.18, в котором вычисление среднеквадратичного значения (Dm) ошибки дискретизации и максимального значения (Dp) ошибки, которые являются базисными для измерения искажений визуального качества изображения, осуществляют с использованием уравнений 15 или 16

, ,

(знак обозначает операцию скалярного умножения)

где посредством Q обозначены данные о значениях ключа информации до кодирования, при этом данные о значениях ключа преобразованы в кватернион, а посредством Q' обозначены данные о значениях ключа декодированной информации, представляющие собой данные о значениях ключа, преобразованные в кватернион.

20. Устройство кодирования, осуществляющее кодирование информации о повороте, включающей в себя время поворота, оси вращения и угол поворота, которые необходимы для поворота трехмерного объекта в трехмерном пространстве, причем устройство кодирования содержит устройство кватернионного преобразования, осуществляющее преобразование поступающего на вход значения ключа в значение, выраженное в виде кватерниона, которое отображают посредством одного вещественного числа и трех мнимых чисел, устройство удаления ключевых кадров, осуществляющее выбор некоторых входных ключей, которые указывают информацию о положении, в котором имеет место изменение вращательного и поступательного движения на оси времени, и значений ключа, которые указывают информацию о повороте, соответствующую информации о положении, из всего количества ключей и значений ключа, преобразованных в значение, выраженное в виде кватерниона устройством кватернионного преобразования, при этом осуществляется удаление ключевых кадров, не выходя при этом за допустимый предельный уровень ошибок, с использованием подобия вращательного преобразования при непрерывных изменениях во времени с целью менее значительного ухудшения качества визуального изображения, устройство вычисления линейного дифференциала/дифференциала поворота, осуществляющее линейную дифференциальную обработку выбранного ключа и дифференциальную обработку выбранных значений ключа по углу поворота, устройство дискретизации, осуществляющее дискретизацию ключа и значений ключа после дифференциальной обработки, устройство обратной дискретизации, осуществляющее обратную дискретизацию разностных значений дискретизированного ключа и значения ключа для компенсации ошибок дискретизации ключа и значений ключа, которые подают на вход в следующий момент времени, устройство вычисления (или накопления) линейного интеграла/интеграла поворота, осуществляющее накопление ключа и значений ключа, для которых выполнена обратная дискретизация, устройство вычисления линейного дифференциала, осуществляющее линейную дифференциальную обработку дискретизированных значений ключа, и устройство статистического кодирования для арифметически дискретизированных значений ключа и ключа.

21. Устройство кодирования по п.20, в котором устройство вычисления линейного дифференциала/дифференциала поворота осуществляет вращательное преобразование объекта в следующее положение после его вращательного перемещения из текущего положения путем получения дифференциала поворота между значениями ключа, соответствующими непрерывным ключам, посредством дифференциального уравнения поворота в кватернионном пространстве, имеющего вид уравнения 38

22. Устройство кодирования по п.20, в котором устройство обработки путем вычисления линейного дифференциала/дифференциала поворота включает в себя устройство корректировки направления вращения, осуществляющее функцию корректировки направления вращения, которая заставляет объект совершать поворот в том же самом направлении, что и направление вращения, которое указано посредством исходной информации о повороте.

23. Устройство кодирования по п.22, в котором устройство корректировки направления вращения содержит устройство насыщения направления вращения, осуществляющее генерацию информации о предельном повороте и выдачу этой информации, определяющее устройство, выполняющее определение того, действительно ли изменено направление вращения, и устройство выбора, осуществляющее выборочный прием и вывод выходного сигнала из устройства вычисления линейного дифференциала/дифференциала поворота или выходного сигнала из устройства насыщения направления вращения, исходя из результата определения, полученного посредством определяющего устройства.

24. Устройство кодирования по п.23, в котором в том случае, когда результат определения, полученный посредством определяющего устройства, указывает, что направление вращения изменено, устройство выбора осуществляет прием и вывод выходного сигнала из устройства насыщения направления вращения вместо значения дифференциала поворота, полученного с выхода устройства обработки посредством вычисления линейного дифференциала/дифференциала поворота, а в противном случае устройство выбора осуществляет прием и вывод значения дифференциала поворота, полученного с выхода устройства обработки путем вычисления линейного дифференциала/дифференциала поворота.

25. Способ кодирования, посредством которого осуществляют кодирование информации о повороте после получения ключа, который указывает информацию о положении, в котором имеет место изменение вращательного и поступательного движения на оси времени и значений ключа, которые указывают информацию о повороте, соответствующую информации о положении, причем способ кодирования содержит следующие этапы: (а) получают значение линейного дифференциала посредством линейной дифференциальной обработки выбранного ключа, и получают значения дифференциалов поворота посредством дифференцирования выбранных значений ключа по углу поворота, и (б) для уменьшения количества бит, подлежащих кодированию, осуществляют кодирование только трех компонент, за исключением первой компоненты, из четырех компонент, образующих собой дифференциал поворота, и декодирование оставшейся одной компоненты с использованием трех компонент, декодирование которых выполняют в устройстве декодирования с использованием уравнения 39

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38, Рисунок 39, Рисунок 40, Рисунок 41, Рисунок 42, Рисунок 43, Рисунок 44, Рисунок 45, Рисунок 46, Рисунок 47, Рисунок 48, Рисунок 49, Рисунок 50, Рисунок 51, Рисунок 52, Рисунок 53, Рисунок 54, Рисунок 55, Рисунок 56, Рисунок 57, Рисунок 58, Рисунок 59, Рисунок 60, Рисунок 61, Рисунок 62, Рисунок 63, Рисунок 64, Рисунок 65, Рисунок 66, Рисунок 67, Рисунок 68, Рисунок 69, Рисунок 70, Рисунок 71, Рисунок 72, Рисунок 73, Рисунок 74, Рисунок 75, Рисунок 76, Рисунок 77, Рисунок 78, Рисунок 79