PL242013B1

PL242013B1 - System and method for processing images, in particular in devices for acquisition, processing and storage or transmission of images using digital image compression using the discrete wavelet transformation (DWT) and entropy coding

Info

Publication number: PL242013B1
Application number: PL434579A
Authority: PL
Inventors: Roman Starosolski
Original assignee: Politechnika Śląska
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2023-01-09
Also published as: PL434579A1

Abstract

System hybrydowego przetwarzania obrazów zwłaszcza w urządzeniach akwizycji, przetwarzania i składowania lub transmisji przeprowadzających kompresję obrazów cyfrowych z wykorzystaniem dyskretnej transformacji falkowej DWT i kodowania entropijnego, charakteryzuje się tym, że zawiera umieszczony w torze przetwarzania obrazu, po module DWT (3) dekomponującym obraz na podpasma a przed modułem kodowania entropijnego (9) podpasm uzyskanych po module DWT (3), moduł predykcji warunkowej (7) transformujący wybrane podpasma uzyskane po module DWT (3) do postaci ich sygnałów różnicowych, przy czym w sygnale różnicowym danego podpasma próbki tego podpasma są transformowane do postaci próbek różnicowych, przy czym próbkę różnicową wyznacza się dla danej próbki podpasma jako różnicę pomiędzy rzeczywistą wartością tej próbki podpasma a jej wartością przewidywaną z użyciem predyktora wybranego dla wszystkich próbek danego podpasma łącznie z przynajmniej dwóch predyktorów kandydujących, a przewidywanie wartości próbki danego podpasma korzystnie predyktor przeprowadza wyłącznie na podstawie już przetransformowanych próbek tego podpasma. Sposób hybrydowego przetwarzania obrazów zwłaszcza w urządzeniach akwizycji, przetwarzania i składowania lub transmisji przeprowadzających kompresję obrazów cyfrowych z wykorzystaniem dyskretnej transformacji falkowej DWT i kodowania entropijnego, polega na tym, że przed przeprowadzeniem kodowania entropijnego podpasm otrzymanych po DWT transformuje się wybrane podpasma otrzymane po DWT do postaci ich sygnałów różnicowych, przy czym w sygnale różnicowym danego podpasma próbki tego podpasma są transformowane do postaci próbek różnicowych, przy czym próbkę różnicową wyznacza się dla danej próbki podpasma jako różnicę pomiędzy rzeczywistą wartością tej próbki podpasma a jej wartością przewidywaną z użyciem predyktora wybranego dla wszystkich próbek danego podpasma łącznie z przynajmniej dwóch predyktorów kandydujących, a przewidywanie wartości próbki korzystnie przeprowadza się na podstawie już przetransformowanych próbek.The hybrid image processing system, especially in acquisition, processing and storage or transmission devices that compress digital images using the discrete wavelet transform DWT and entropy coding, is characterized in that it includes a DWT module (3) placed in the image processing path, decomposing the image into subbands and before the entropy coding module (9) of the subbands obtained after the DWT module (3), the conditional prediction module (7) transforms selected subbands obtained after the DWT module (3) into the form of their differential signals, and in the differential signal of a given subband the samples of this subband are transformed into difference samples, the difference sample being determined for a given subband sample as the difference between the actual value of that subband sample and its predicted value using a predictor selected for all samples of the given subband including at least two candidate predictors, and predicting the value of a sample of a given subband is preferably carried out by the predictor only on the basis of already transformed samples of this subband. The method of hybrid image processing, especially in acquisition, processing and storage or transmission devices that compress digital images using the discrete wavelet transform DWT and entropy coding, consists in transforming selected subbands obtained after DWT into the form of their difference signals, wherein in the difference signal of a given subband, samples of that subband are transformed into difference samples, the difference sample being determined for a given subband sample as the difference between the actual value of said subband sample and its predicted value using a predictor selected for all samples of a given subband including at least two candidate predictors, and the prediction of the sample value is preferably performed on the basis of already transformed samples.

Description

Przedmiotem wynalazku jest system i sposób hybrydowego przetwarzania obrazów zwłaszcza w urządzeniach akwizycji, przetwarzania i składowania lub transmisji przeprowadzających kompresję obrazów cyfrowych z wykorzystaniem dyskretnej transformacji falkowej DWT i kodowania entropijnego.The subject of the invention is a system and method of hybrid image processing, especially in acquisition, processing and storage or transmission devices that compress digital images using the DWT discrete wavelet transform and entropy coding.

Kompresja obrazu cyfrowego jest czynnością techniczną zmieniającą stan i postać sygnału zawierającego obraz. W znanym stanie techniki wiele systemów akwizycji, przetwarzania i składowania lub transmisji obrazów przeprowadza kompresję obrazów cyfrowych zgodnie z międzynarodowym standardem JPEG 2000 [ITU-T; I80/IEC: „Information technology - JPEG 2000 image coding system: Core coding system”, ITU-T Recommendation T.800 and ISO/IEC International Standard 15444-1, 2016]. Standard JPEG 2000 definiuje sposób kompresji stratnej i bezstratnej obrazów z wykorzystaniem takich środków technicznych jak między innymi transformacja DWT i koder entropijny. W szczególności standard ten definiuje złożoną postać i strukturę skompresowanego sygnału zawierającego obraz, wyprowadzanego jako ciąg pól bitowych o różnych długościach. Ze standardem JPEG 2000, poza systemami dla rynku konsumenckiego, zgodne są systemy stosowane w medycynie (JPEG 2000 zawarty jest w powszechnie uznawanym przez użytkowników i producentów systemów medycznych standardzie DICOM [National Electrical Manufacturers Association: „Digital imaging and communications in medicine (DICOM) part 5: Data structures and encoding”, NEMA Standard PS3.5 2019e, 2019]).Digital image compression is a technical operation that changes the state and form of the signal containing the image. In the known art, many image acquisition, processing and storage or transmission systems perform digital image compression in accordance with the international standard JPEG 2000 [ITU-T; I80/IEC: "Information technology - JPEG 2000 image coding system: Core coding system", ITU-T Recommendation T.800 and ISO/IEC International Standard 15444-1, 2016]. The JPEG 2000 standard defines the method of lossy and lossless image compression using such technical means as DWT transformation and entropy encoder. In particular, this standard defines the complex form and structure of a compressed signal containing an image, output as a sequence of bit fields of various lengths. The JPEG 2000 standard, apart from systems for the consumer market, is compatible with systems used in medicine (JPEG 2000 is included in the DICOM standard widely recognized by users and manufacturers of medical systems [National Electrical Manufacturers Association: "Digital imaging and communications in medicine (DICOM) part 5: Data structures and encoding”, NEMA Standard PS3.5 2019e, 2019]).

W znanych w stanie techniki systemach kompresja obrazów stosowana jest do ograniczenia rozmiarów sygnałów cyfrowych zawierających obrazy. W konsekwencji oszczędniej wykorzystuje się zarówno pamięci masowe, w których sygnały te zapisywane są w postaci plików, jak i szerokości pasm przenoszenia sieci teleinformatycznych, którymi te sygnały są transmitowane. Ze względu na znaczne i ciągle rosnące w obecnych czasach rozmiary i ilości pozyskiwanych obrazów, kompresja jest kluczowa dla wyżej wymienionych systemów.In prior art systems, image compression is used to reduce the size of digital signals containing images. As a consequence, both mass memories, in which these signals are saved in the form of files, and the bandwidth of ICT networks, through which these signals are transmitted, are used more sparingly. Due to the significant and constantly growing size and number of acquired images nowadays, compression is crucial for the above-mentioned systems.

Celem kompresji jest usuwanie nadmiarowości z sygnałów cyfrowych. Nadmiarowość jest naturalna dla niektórych klas sygnałów, takich jak sygnały zawierające teksty pisane, gdzie często powtarzają się niektóre wyrazy lub ich fragmenty, czy też sygnały zawierające obrazy, w których sąsiadujące piksele mają zazwyczaj zbliżoną barwę. Podstawowym kryterium determinującym przydatność danej metody kompresji jest uzyskiwany z jej użyciem współczynnik kompresji, który jest wprost proporcjonalny do stosunku rozmiaru sygnału po kompresji do rozmiaru przed kompresją. Bezstratna metoda kompresji to taka, której działanie jest w pełni odwracalne, tzn. z każdego skompresowanego nią sygnału można odtworzyć sygnał identyczny z sygnałem poddanym kompresji. W przypadku sygnałów zawierających obrazy cyfrowe stosowane są również metody stratne. Metody stratne pozwalają na odtworzenie jedynie przybliżonej zawartości obrazu sprzed kompresji, przy czym uzyskują współczynniki kompresji istotnie lepsze od metod bezstratnych. W pewnych obszarach zastosowania kompresji takich jak: obrazy medyczne będące podstawą diagnozy, obrazy traktowane jako dokumenty, obrazy które będą podlegać dalszemu przetwarzaniu bądź analizie oraz obrazy których akwizycja jest kosztowna, należy stosować kompresję bezstratną.The purpose of compression is to remove redundancy from digital signals. Redundancy is inherent in certain classes of signals, such as signals containing written texts, where certain words or parts of words are often repeated, or signals containing images, where adjacent pixels are usually of similar color. The basic criterion determining the usefulness of a given compression method is the compression ratio obtained with its use, which is directly proportional to the ratio of the size of the signal after compression to the size before compression. A lossless compression method is one that is fully reversible, i.e. a signal identical to the compressed signal can be reconstructed from each compressed signal. Lossy methods are also used for signals containing digital images. Lossy methods allow to reconstruct only the approximate content of the image before compression, and obtain significantly better compression ratios than lossless methods. In certain areas of compression, such as: medical images that are the basis for diagnosis, images treated as documents, images that will be subject to further processing or analysis, and images whose acquisition is expensive, lossless compression should be used.

Obraz cyfrowy jest dyskretną reprezentacją naturalnego obrazu otrzymaną w wyniku procesu akwizycji bądź wygenerowaną w sposób sztuczny. Obraz najczęściej jest reprezentowany w pamięci operacyjnej maszyny cyfrowej jako prostokątna tablica pikseli. Piksel, jako element obrazu cyfrowego, reprezentuje odpowiadający mu fragment powierzchni obrazu rzeczywistego. Rozróżniamy wiele klas obrazów cyfrowych, w tym obrazy w stopniach szarości oraz obrazy barwne. Piksel obrazu w stopniach szarości jest liczbą całkowitą proporcjonalną do jasności odpowiadającego temu pikselowi fragmentu obrazu rzeczywistego. Sygnał z obrazem zazwyczaj ma postać ciągu pól bitowych, przy czym dla każdego piksela obrazu odpowiadające mu pole bitowe zawiera próbkę sygnału o wartości równej wartości piksela, a pola te zazwyczaj umieszczone są w sygnale w kolejności rastrowej, tzn. od najwyżej do najniżej położonego wiersza obrazu, a w ramach danego wiersza obrazu od skrajnego lewego do skrajnego prawego piksela. Ponadto sygnał z obrazem może zawierać, zazwyczaj umieszczone na początku sygnału, metadane obrazu, czyli informacje dodatkowe, takie jak parametry procesu akwizycji, rozdzielczość i zakres dynamiczny obrazu, prawa autorskie. Dla obrazu barwnego, barwa piksela (kolor, nasycenie i jasność) obrazu barwnego opisywana jest za pomocą kilku wartości - składowych barwy w pewnej przestrzeni barw. Powszechnie stosowaną w urządzeniach prezentacji obrazów cyfrowych - takich jak monitory komputerowe, przestrzenią barw jest przestrzeń RGB w której zawarte składowe R, G i B oznaczają odpowiednio składowe jasności koloru czerwonego, zielonego i niebieskiego. Przestrzeń RGB jest stosowana, gdyż ze względu na budowę zmysłu wzroku człowieka zaprezentowanie mu barwy będącej sumą składowych R, G i B pozwala wywołać wrażenie, odbierania barwy z prawie pełnego spektrum barw występujących w naturze. Również urządzenia akwizycji i przetwarzania obrazów często wykorzystują przestrzeń barw RGB. Metody kompresji obrazów barwnych oparte zazwyczaj są o metody kompresji obrazów w stopniach szarości. W najprostszym przypadku składowe R, G i B obrazu cyfrowego traktowane są jak trzy niezależne obrazy w stopniach szarości (jasność danej składowej traktowana jest jako jasność stopnia szarości) i kompresowane niezależnie od siebie. Składowe przestrzeni RGB są silnie skorelowane. Dla przykładu jasny fragment obrazu będzie zazwyczaj miał dużą jasność we wszystkich trzech składowych obrazu. Dlatego też lepsze współczynniki kompresji uzyska się poprzedzając kompresję transformacją składowych barwy do innego, mniej nadmiarowego, zestawu składowych dla uniknięcia wielokrotnego kompresowania tej samej informacji, przy czym transformacje stosowane w kompresji bezstratnej muszą być odwracalne.A digital image is a discrete representation of a natural image obtained as a result of the acquisition process or generated artificially. The image is most often represented in the operational memory of a digital machine as a rectangular array of pixels. A pixel, as an element of a digital image, represents a corresponding fragment of the surface of a real image. There are many classes of digital images, including grayscale images and color images. A pixel of an image in grayscale is an integer proportional to the brightness of the corresponding fragment of the real image. The signal with the image is usually in the form of a sequence of bit fields, where for each pixel of the image the corresponding bit field contains a sample of the signal with a value equal to the value of the pixel, and these fields are usually placed in the signal in raster order, i.e. from the highest to the lowest position of the image row , and within a given image row, from the leftmost to the rightmost pixel. In addition, the signal with the image may contain, usually placed at the beginning of the signal, image metadata, i.e. additional information, such as parameters of the acquisition process, resolution and dynamic range of the image, copyrights. For a color image, the color of a pixel (color, saturation and brightness) of a color image is described by several values - color components in a certain color space. Commonly used in digital image presentation devices - such as computer monitors, the color space is the RGB space in which the R, G and B components contained represent the red, green and blue brightness components, respectively. The RGB space is used because, due to the structure of the human sense of sight, presenting a color that is the sum of the R, G and B components makes it possible to evoke the impression of receiving color from almost the full spectrum of colors found in nature. Also, image acquisition and processing devices often use the RGB color space. Color image compression methods are usually based on grayscale image compression methods. In the simplest case, the R, G, and B components of a digital image are treated as three independent grayscale images (the brightness of a given component is treated as the brightness of a grayscale) and compressed independently of each other. The components of the RGB space are strongly correlated. For example, a bright portion of an image will typically be bright in all three components of the image. Therefore, better compression ratios will be obtained by transforming the timbre components to a different, less redundant set of components before the compression, in order to avoid multiple compression of the same information, wherein the transformations used in lossless compression must be reversible.

Z polskiego opisu patentowego PL229208 znana jest odwracalna transformacja składowych obrazu stosowana w kompresji obrazów, prostsze odwracalne transformacje przestrzeni barw znane są z polskich opisów patentowych PL224996 i PL227649, znane są również odwracalne transformacje zgodne ze standardami kompresji obrazów: transformacja Reversible Color Transform (RCT) zdefiniowana standardzie JPEG 2000 i transformacja YCoCg-R zdefiniowana w międzynarodowym standardzie kompresji stratnej i bezstratnej obrazów JPEG XR [ITU-T; ISO/IEC: „Information technology - JPEG XR image coding system - Image coding specification”, ITU-T Recommendation T. 832 and ISO/IEC International Standard 29199-2, 2019].From the Polish patent description PL229208, the reversible transformation of image components used in image compression is known, simpler reversible color space transformations are known from Polish patent descriptions PL224996 and PL227649, there are also known reversible transformations in accordance with the image compression standards: Reversible Color Transform (RCT) defined JPEG 2000 standard and the YCoCg-R transform defined in the international standard for lossy and lossless compression of JPEG XR images [ITU-T; ISO/IEC: "Information technology - JPEG XR image coding system - Image coding specification", ITU-T Recommendation T. 832 and ISO/IEC International Standard 29199-2, 2019].

Nowoczesne metody kompresji obrazów w stopniach szarości wykorzystują kodery entropijne, takie jak koder Huffmana bądź koder arytmetyczny. Kodery te kodują próbki sygnału reprezentującego obraz na podstawie prawdopodobieństw występowania poszczególnych wartości próbek tak, aby wyrażona w bitach długość zakodowanej próbki była jak najbliższa pomnożonemu przez -1 logarytmowi o podstawie 2 z prawdopodobieństwa wystąpienia wartości tej próbki, czyli dążą do tego, aby długość zakodowanego sygnału była bliska entropii tego sygnału (stąd nazwa entropijne). Koder entropijny nie zredukuje skutecznie rozmiaru sygnału którego rozkład prawdopodobieństwa próbek jest równomierny a poradzi sobie tym lepiej w im większym stopniu rozkład będzie nierównomierny. Ponieważ rozkłady prawdopodobieństw dla typowych obrazów w stopniach szarości (oraz dla składowych obrazów barwnych, również tych przetransformowanych z użyciem transformacji przestrzeni barw) są zbliżone do równomiernych to, aby umożliwić efektywne zastosowanie kodera entropijnego, konieczne jest odpowiednie przetworzenie obrazów przed zastosowaniem do nich kodera entropijnego. Znane i praktycznie stosowane w kompresji obrazów są dwa sposoby przetwarzania obrazów, które powodują, że rozkład prawdopodobieństwa sygnału reprezentującego obraz staje się w przybliżeniu wykładniczy, lub symetryczny wykładniczy (rozkład Laplace’a), a więc silnie nierównomierny, tym samym znacznie redukując entropię sygnału.Modern grayscale image compression methods use entropy encoders, such as the Huffman encoder or the arithmetic encoder. These encoders code samples of the signal representing the image on the basis of the probabilities of occurrence of individual sample values, so that the length of the encoded sample expressed in bits is as close as possible to the logarithm with the base 2 multiplied by -1 of the probability of occurrence of this sample value, i.e. they strive to ensure that the length of the encoded signal was close to the entropy of this signal (hence the name entropy). An entropy encoder will not effectively reduce the size of a signal whose probability distribution of samples is uniform, and it will do better the more uneven the distribution is. Since the probability distributions for typical grayscale images (and for color images, including those transformed with the use of color space transformation) are close to uniform, in order to enable the effective use of the entropy encoder, it is necessary to properly process the images before applying the entropy encoder to them. Two methods of image processing are known and practically used in image compression, which cause the probability distribution of the signal representing the image to become approximately exponential or symmetric exponential (Laplace distribution), and thus strongly non-uniform, thus significantly reducing the entropy of the signal.

Pierwszy sposób określa się mianem kodowania predykcyjnego, polega na tym, że dla każdej próbki sygnału reprezentującej piksel obrazu, za pomocą tak zwanego predyktora, przewiduje się wartość próbki (proces przewidywania wartości próbek nazywamy predykcją). Następnie kodowaniu entropijnemu podlega, zamiast oryginalnego sygnału, sygnał różnicowy zawierający próbki, które wyznaczane są jako różnice pomiędzy próbkami oryginalnego sygnału a przewidywanymi wartościami tych próbek wyznaczonymi z użyciem predyktora. Predyktor przewiduje wartość próbki reprezentującej dany piksel obrazu na podstawie próbek reprezentujących inne piksele, zazwyczaj wyłącznie te, dla których już wyznaczono wartości próbek sygnału różnicowego. Na kodowaniu predykcyjnym oparty jest międzynarodowy standard kompresji bezstratnej JPEG-LS [ITU-T; ISO/IEC: „Information technology - Lossless and near-lossless compression of continuous-tone still images - Baseline”, ITU-T Recommendation T. 87 and I SO/I EC International Standard 14495-1, 2000]. Standard ten między innymi definiuje nieliniowy predyktor MED, który przewiduje, że wartość próbki reprezentującej dany piksel obrazu równa jest medianie z następujących trzech wartości: M, N, oraz M+N-O, gdzie M oznacza wartość próbki reprezentującej górnego sąsiada danego piksela, N oznacza wartość próbki reprezentującej lewego sąsiada danego piksela, a O oznacza wartość próbki reprezentującej lewego górnego sąsiada danego piksela. Predyktor MED dąży do wykrywania krawędzi pionowych i poziomych w obrazie i dobrze sprawdza się w większości przypadków; jest to jedyny predyktor używany w JPEG-LS. Jeszcze lepsze efekty uzyskać można dysponując pewnym zestawem predyktorów, określanych tutaj predyktorami kandydującymi, z którego dla danego obrazu wybierany jest predyktor najlepszy. Poprawę można uzyskać nawet stosując obok zaawansowanego predyktora MED predyktory znacznie prostsze, takie jak predyktor, który przewiduje, że wartość próbki reprezentującej dany piksel obrazu równa jest wartości próbki reprezentującej lewego górnego sąsiada tego piksela - gdyż predyktor taki będzie lepszy od predyktora MED dla niektórych obrazów zawierających tekstury zorientowane ukośnie.The first method is called predictive coding and consists in the fact that for each signal sample representing a pixel of the image, a value of the sample is predicted using the so-called predictor (the process of predicting the values of the samples is called prediction). Then, instead of the original signal, the difference signal is entropy encoded, containing samples that are determined as the differences between the samples of the original signal and the predicted values of these samples determined using the predictor. The predictor predicts a sample value for a given image pixel based on samples for other pixels, typically only those for which differential signal samples have already been determined. Predictive coding is the basis of the international standard for lossless compression JPEG-LS [ITU-T; ISO/IEC: "Information technology - Lossless and near-lossless compression of continuous-tone still images - Baseline", ITU-T Recommendation T. 87 and I SO/I EC International Standard 14495-1, 2000]. Among other things, this standard defines the non-linear MED predictor, which predicts that the value of a sample representing a given image pixel is equal to the median of the following three values: M, N, and M+N-O, where M is the value of the sample representing the upper neighbor of a given pixel, N is the value sample representing the left neighbor of the given pixel, and O is the value of the sample representing the upper left neighbor of the given pixel. The MED predictor seeks to detect vertical and horizontal edges in the image and performs well in most cases; it is the only predictor used in JPEG-LS. Even better results can be obtained by having a certain set of predictors, referred to here as candidate predictors, from which the best predictor for a given image is selected. Improvement can be achieved even by using, in addition to the advanced MED predictor, much simpler predictors, such as the predictor that predicts that the value of the sample representing a given pixel of the image is equal to the value of the sample representing the upper left neighbor of that pixel - because such a predictor will be better than the MED predictor for some images containing diagonally oriented textures.

Odmienną metodę przekształcania pikseli obrazu do postaci lepiej nadającej się do kodowania entropijnego określa się mianem kodowania transformacyjnego. Kodowanie transformacyjne polega na zastosowaniu dwuwymiarowych transformacji, na przykład takich jak DWT wykorzystywana w standardzie JPEG 2000. W metodach transformacyjnych kodowaniu podlega sygnał zawierający, zamiast pikseli obrazu, macierz próbek uzyskanych po transformacji przeprowadzonej na obrazie w całości bądź po dekompozycji obrazu na fragmenty. Transformacja DWT w kompresji obrazów wykorzystywana jest do dekompozycji sygnału zawierającego obraz na kodowane osobno i zazwyczaj niezależnie od siebie pod pasma reprezentujące detale obrazu o różnych orientacjach i wielkościach, przy czym dokładnie jedno z podpasm (podpasmo LL) reprezentuje obraz poddany filtracji dolnoprzepustowej, zazwyczaj pozbawiony detali (w zależności od ich rozdzielczości) oraz pomniejszony. Łączna liczba próbek wszystkich podpasm po DWT równa jest liczbie pikseli obrazu. Kodowanie entropijne podpasm po DWT jest ułatwione ze względu na ich wąskie i dobrze zdefiniowane charakterystyki, które łatwo jest efektywnie modelować. Piksele obrazu reprezentowane są za pomocą liczb całkowitych i również jako liczby całkowite kodowane są przetransformowane próbki, zatem kompresja bezstratna obrazów wymaga użycia odwracalnych transformacji całkowitoliczbowych. Przykładem takiej transformacji jest DWT z filtrem falkowym Cohen Daubechies Faveau (5,3) zdefiniowana jednoznacznie w standardzie JPEG 2000 i skrótowo przedstawiona poniżej.A different method of transforming image pixels into a form better suited to entropy coding is called transformational coding. Transformation coding involves the use of two-dimensional transformations, such as DWT used in the JPEG 2000 standard. In transformation methods, a signal containing, instead of image pixels, a matrix of samples obtained after transformation carried out on the image as a whole or after image decomposition into fragments is encoded. The DWT transformation in image compression is used to decompose the signal containing the image into separately and usually independently encoded sub-bands representing image details of different orientations and sizes, with exactly one of the sub-bands (LL sub-band) representing an image subjected to low-pass filtering, usually devoid of details (depending on their resolution) and reduced. The total number of samples of all subbands after DWT is equal to the number of pixels in the image. The entropy coding of the DWT subbands is facilitated due to their narrow and well-defined characteristics, which are easy to effectively model. Image pixels are represented by integers and transformed samples are also encoded as integers, so lossless image compression requires the use of invertible integer transformations. An example of such a transformation is the DWT with the Cohen Daubechies Faveau wavelet filter (5,3) defined explicitly in the JPEG 2000 standard and briefly presented below.

Jednowymiarowa DWT (ID-DWT) transformuje jednowymiarowy dyskretny sygnał S do dwóch podpasm:One-dimensional DWT (ID-DWT) transforms the one-dimensional discrete signal S into two subbands:

pod pasma L, tj. sygnału po filtrowaniu dolnoprzepustowym, które reprezentuje niskoczęstotliwościowe składniki zawarte w S;sub-bands of L, i.e. the signal after low-pass filtering, which represents the low-frequency components contained in S;

podpasma H zawierającego wysokoczęstotliwościowe składniki S, które razem z pod pasmem L pozwala na idealną rekonstrukcję S.subband H containing high-frequency components of S, which together with sub-band L allows for a perfect reconstruction of S.

Transformacja realizowana jest w miejscu, tj. tak, że przetransformowany sygnał zastępuje sygnał oryginalny; do zrealizowania transformacji konieczne jest umieszczenie próbek sygnału w buforze pamięciowym umożliwiającym modyfikację ich wartości i położenia, S jest transformowany w trzech krokach. Najpierw (krok 1) wykonujemy górnoprzepustowe filtrowanie próbek nieparzystych (pojęcie parzystości próbki odnosi się tutaj i w dalszej części niniejszego tekstu do położenia próbki w sygnale, a nie do jej wartości) przez pomniejszenie wartości każdej próbki nieparzystej o połowę sumy sąsiadujących z nią próbek parzystych, zaokrągloną w dół do najbliższej liczby całkowitej. W następnym kroku (krok 2) każdą próbkę parzystą powiększamy o sumę sąsiadujących z nią próbek nieparzystych i liczby 2, podzieloną przez 4 oraz zaokrągloną w dół do najbliższej liczby całkowitej. W ostatnim kroku (krok 3) przemieszczamy parzyste próbki do początkowej części oryginalnego sygnału, zachowując ich wzajemnie uporządkowanie (i-ta próbka sygnału jest przemieszczana na pozycję i/2), a nieparzyste do końcowej części sygnału. Otrzymujemy oddzielne podpasma oznaczane odpowiednio L i H.The transformation is carried out in place, i.e. so that the transformed signal replaces the original signal; in order to perform the transformation, it is necessary to place the signal samples in a memory buffer that allows modification of their values and positions, S is transformed in three steps. First (step 1) we perform high-pass filtering of the odd samples (sample parity refers here and in the rest of this text to the position of the sample in the signal, not to its value) by subtracting the value of each odd sample by half the sum of its neighboring even samples, rounded down to the nearest integer. In the next step (step 2) we increase each even sample by the sum of adjacent odd samples and the number 2, divided by 4 and rounded down to the nearest integer. In the last step (step 3) we move the even samples to the initial part of the original signal, preserving their mutual order (i-th signal sample is moved to position i/2), and the odd ones to the final part of the signal. We get separate subbands marked L and H respectively.

Przedstawiona na Fig. 3 dwuwymiarowa DWT jest dla obrazu (40) uzyskiwana przez zastosowanie najpierw SD-DWT do każdej kolumny obrazu, czego efektem (41) jest dekompozycja obrazu na podpasma L (42) i H (43). Następnie stosując ID-DWT do każdego wiersza podpasm L i H uzyskujemy DWT rzędu 1 obrazu (44), składającą się z podpasm LL (45) i HL (46) (uzyskanych z transformacji podpasma L (42)) oraz LH (47) i HH (48) (z transformacji podpasma H (43)). Stosowane są również transformacje rzędów innych niż 1, uzyskiwane są one za pomocą tak zwanej dekompozycji Mallata. Transformację rzędu t+1 uzyskujemy stosując transformację rzędu 1 do podpasma LL uzyskanego w wyniku transformacji rzędu t. W wyniku transformacji rzędu wyższego niż 1 otrzymujemy dekompozycję sygnału na podpasma dostarczające wielorozdzielczej reprezentacji obrazu. Na przykład obraz po transformacji DWT rzędu 2 (49) zawiera podpasma uzyskane w wyniku transformacji rzędu 1 (50) (wszystkie za wyjątkiem podpasma LL (45), które podlegało dalszemu transformowaniu w miejscu), reprezentujące detale obrazu o najwyższej rozdzielczości oraz podpasma (51) uzyskane przez zastosowanie DWT rzędu 1 do podpasma LL transformacji rzędu 1 (45) reprezentujące detale o niższej rozdzielczości (podpasma HL (52), LH (53) i HH (54)) i pozostałą niskoczęstotliwościową informację obrazową - zawartą w podpaśmie LL transformacji rzędu 2 (55).The two-dimensional DWT shown in Fig. 3 is obtained for the image (40) by first applying the SD-DWT to each column of the image, resulting in (41) decomposing the image into L (42) and H (43) subbands. Then, applying the ID-DWT to each row of the L and H subbands, we obtain a DWT of order 1 of the picture (44), consisting of the LL (45) and HL (46) subbands (obtained from the transformation of the L (42) subband) and LH (47) and HH(48) (from H(43) subband transformation). Transformations of orders other than 1 are also used, they are obtained by the so-called Mallat decomposition. The order t+1 transformation is obtained by applying the order 1 transformation to the LL subband obtained by the order t transformation. As a result of the higher than 1 order transformation, the signal is decomposed into subbands providing a multi-resolution image representation. For example, an order 2 (49) DWT image contains order 1 (50) subbands (all except for the LL (45) subband, which was further transformed in place), representing the highest resolution image details, and subbands (51 ) obtained by applying the order 1 DWT to the LL subband of the order 1 transformation (45) representing the lower resolution details (HL (52), LH (53) and HH (54) subbands) and the remaining low-frequency image information - contained in the LL subband of the order transformation 2 (55).

Niezależnie od rzędu DWT, podpasmo LL występuje w przetransformowanym obrazie tylko raz, a sygnał w nim zawarty reprezentuje pomniejszony oryginalny obraz. W przeciwieństwie do podpasm reprezentujących detale (które zawierają próbki sygnału, do których ostatnio zastosowanym rodzajem filtracji była filtracja górnoprzepustowa) podpasmo LL zawiera próbki, które nie były poddane filtracji górnoprzepustowej. Charakterystyki podpasma LL, takie jak rozkład prawdopodobieństwa próbek, zbliżone są do charakterystyk oryginalnego obrazu.Regardless of the order of the DWT, the LL subband occurs only once in the transformed image, and the signal contained therein represents a reduced original image. In contrast to the detail subbands (which contain signal samples where the most recently applied type of filtering was high-pass filtering), the LL subband contains samples that have not been subjected to high-pass filtering. The characteristics of the LL subband, such as the probability distribution of the samples, are close to the characteristics of the original image.

W przypadku systemu przeprowadzającego kompresję stratną, wpływ modułów realizujących niektóre z wyżej opisanych transformacji sygnału na stan i postać próbek sygnału może być jedynie w przybliżeniu odwracalny; takie transformacje nazywamy nieodwracalnymi. Na przykład, w systemie kompresji zgodnym ze standardem JPEG 2000 podczas kompresji stratnej stosowana może być nieodwracalna transformacja przestrzeni barw ICT oraz nieodwracalny wariant transformacji DWT oparty o filtr falkowy (9, 7). Ponadto system taki zazwyczaj zawiera przynajmniej jeden dodatkowy moduł, którego celem jest odrzucenie z przetwarzanego sygnału tej części zawartej w nim informacji obrazowej, która jest najmniej istotna dla końcowego odbiorcy obrazu. Na przykład w standardzie JPEG 2000 wśród takich opcjonalnie stosowanych modułów są: moduł podpróbkowania składowych chrominancji uzyskanych po transformacji przestrzeni barw oraz moduł kwantyzacji próbek podpasm uzyskanych po DWT.In the case of a system that performs lossy compression, the impact of modules implementing some of the above-described signal transformations on the state and form of signal samples can only be approximately reversible; we call such transformations irreversible. For example, in a compression system compatible with the JPEG 2000 standard, the irreversible transformation of the ICT color space and the irreversible variant of the DWT transformation based on the wavelet filter (9, 7) may be used during lossy compression. In addition, such a system usually includes at least one additional module, the purpose of which is to reject from the processed signal that part of the image information contained therein that is least relevant to the final recipient of the image. For example, in the JPEG 2000 standard, such optionally used modules include: a module for subsampling of chrominance components obtained after color space transformation and a module for quantization of subband samples obtained after DWT.

System hybrydowego przetwarzania obrazów według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera umieszczony w torze przetwarzania obrazu, po module DWT dekomponującym obraz na podpasma a przed modułem kodowania entropijnego podpasm uzyskanych po module DWT, moduł predykcji warunkowej transformujący wybrane podpasma uzyskane po module DWT do postaci ich sygnałów różnicowych, przy czym w sygnale różnicowym danego podpasma próbki tego podpasma są transformowane do postaci próbek różnicowych, przy czym próbkę różnicową wyznacza się dla danej próbki podpasma jako różnicę pomiędzy rzeczywistą wartością tej próbki podpasma a jej wartością przewidywaną z użyciem predyktora wybranego dla wszystkich próbek danego podpasma łącznie z przynajmniej dwóch predyktorów kandydujących, a przewidywanie wartości próbki danego podpasma korzystnie predyktor przeprowadza wyłącznie na podstawie już przetransformowanych próbek tego podpasma.The hybrid image processing system according to the invention is characterized in that it includes a conditional prediction module, placed in the image processing path, after the DWT module decomposing the image into subbands and before the entropy coding module of the subbands obtained after the DWT module, a conditional prediction module transforming selected subbands obtained after the DWT module into their signals in a differential signal of a given subband, samples of that subband are transformed into difference samples, the difference sample being determined for a given subband sample as the difference between the actual value of that subband sample and its predicted value using a predictor selected for all samples of the given subband including at least two candidate predictors, and the prediction of the value of a sample of a given subband is preferably performed by the predictor only on the basis of already transformed samples of that subband.

Korzystnie system według wynalazku ma moduł DWT i moduł kodowania entropijnego, które zbudowane są zgodnie ze standardem JPEG 2000.Preferably, the system according to the invention has a DWT module and an entropy coding module that are built in accordance with the JPEG 2000 standard.

Korzystnie system według wynalazku ma moduł predykcji warunkowej, który transformuje do postaci sygnału różnicowego każde takie podpasmo pośród podpasm uzyskanych po module DWT, którego entropia jest większa od entropii jego sygnału różnicowego, przy czym dla danego podpasma do wyznaczania próbek różnicowych wybierany jest ten z predyktorów kandydujących, którego użycie prowadzi do otrzymania sygnału różnicowego o najmniejszej entropii.Preferably, the system according to the invention has a conditional prediction module that transforms into a differential signal each such subband among the subbands obtained after the DWT module, whose entropy is greater than the entropy of its differential signal, and for a given subband for determining the difference samples, the candidate predictor is selected , the use of which leads to obtaining a differential signal with the smallest entropy.

Korzystnie system według wynalazku ma moduł predykcji warunkowej, który transformuje do postaci sygnału różnicowego każde takie podpasmo pośród podpasm uzyskanych po module DWT, którego rozmiar po kodowaniu entropijnym jest większy od rozmiaru jego sygnału różnicowego po kodowaniu entropijnym, przy czym dla danego podpasma do wyznaczania próbek różnicowych wybierany jest ten z predyktorów kandydujących, którego użycie prowadzi do otrzymania sygnału różnicowego, którego rozmiar po kodowaniu entropijnym jest najmniejszy.Preferably, the system according to the invention has a conditional prediction module that transforms into a differential signal each such subband among the subbands obtained after the DWT module, whose size after entropy coding is larger than the size of its difference signal after entropy coding, and for a given subband for determining difference samples the one of the candidate predictors is selected, the use of which leads to obtaining the difference signal, the size of which after entropy coding is the smallest.

Korzystnie w systemie według wynalazku predyktorem kandydującym jest predyktor MED zdefiniowany w standardzie JPEG-LS.Preferably, in the system of the invention, the candidate predictor is the MED predictor defined in the JPEG-LS standard.

Korzystnie system według wynalazku ma sygnał z obrazem na wejściu modułu DWT, który zawiera ciąg D E-bitowych pól, z których każde zawiera próbkę sygnału reprezentującą jasność pojedynczego piksela, przy czym pola umieszczone są w sygnale w kolejności rastrowej, od najwyżej do najniżej położonego wiersza, w ramach wiersza od skrajnego lewego do skrajnego prawego piksela, gdzie D jest liczbą pikseli obrazu, a długość E pola bitowego korzystnie wynosi 8 bitów.Preferably, the system of the invention has an image signal at the input of the DWT module, which comprises a sequence of D E-bit fields, each containing a signal sample representing the brightness of a single pixel, the fields being placed in the signal in raster order, from the highest to the lowest positioned row , within a row from the leftmost to the rightmost pixel, where D is the number of image pixels, and the length E of the bit field is preferably 8 bits.

Korzystnie system według wynalazku ma sygnał na wejściu modułu DWT, który ma próbki sygnału reprezentujące jasności pikseli obrazu, które umieszczone są po próbkach zawierających metadane obrazu opisujące przynajmniej wymiary obrazu i zakres dynamiczny próbek obrazu.Preferably, the system of the invention has a signal at the input of the DWT module that has signal samples representing image pixel brightnesses that are placed after samples containing image metadata describing at least the image dimensions and the dynamic range of the image samples.

Korzystnie w systemie według wynalazku sygnał na wejściu modułu predykcji warunkowej jest w postaci cyfrowej, a dla każdego podpasma uzyskanego po module DWT, który zawiera ciąg pól bitowych zawierających próbki podpasma umieszczone w kolejności rastrowej.Preferably, in the system according to the invention, the signal at the input of the conditional prediction module is in digital form, and for each subband obtained after the DWT module, which contains a sequence of bit fields containing subband samples placed in raster order.

Korzystnie system według wynalazku ma sygnał na wejściu modułu predykcji warunkowej, który ma dla każdego podpasma uzyskanego po module DWT próbki tego podpasma, które umieszczone są po próbkach zawierających metadane tego podpasma pozwalające jednoznacznie zidentyfikować to podpasmo oraz opisujące wymiary podpasma i zakres dynamiczny próbek podpasma.Preferably, the system according to the invention has a signal at the input of the conditional prediction module, which has for each subband obtained after the DWT module samples of this subband, which are placed after the samples containing metadata of this subband, allowing to uniquely identify this subband and describing the dimensions of the subband and the dynamic range of the subband samples.

Korzystnie w systemie według wynalazku po zastosowaniu DWT rzędu zerowego w module DWT, jeżeli entropia sygnału na wejściu modułu predykcji warunkowej jest większa od entropii sygnału różnicowego wyznaczonego dla tego sygnału, to cały sygnał na wejściu modułu predykcji warunkowej transformowany jest do postaci sygnału różnicowego, gdzie w miejsce próbek podpasma po DWT transformowane są próbki reprezentujące piksele obrazu, a do wyznaczania próbek różnicowych wybierany jest ten z predyktorów kandydujących, którego użycie prowadzi do otrzymania sygnału różnicowego o najmniejszej entropii.Preferably, in the system according to the invention, after using the zero-order DWT in the DWT module, if the entropy of the signal at the input of the conditional prediction module is greater than the entropy of the differential signal determined for this signal, then the entire signal at the input of the conditional prediction module is transformed into a differential signal, where the place of the subband samples after the DWT, the samples representing the pixels of the image are transformed, and for the determination of the difference samples, the candidate predictor is selected, the use of which leads to obtaining the difference signal with the lowest entropy.

Korzystnie w systemie według wynalazku po zastosowaniu DWT rzędy zerowego w module DWT, jeżeli rozmiar sygnału na wejściu modułu predykcji warunkowej po kodowaniu entropijnym jest większy od rozmiaru zakodowanego entropijnie sygnału różnicowego wyznaczonego dla tego sygnału, to cały sygnał na wejściu modułu predykcji warunkowej (7) transformowany jest do postaci sygnału różnicowego, gdzie w miejsce próbek podpasma po DWT transformowane są próbki reprezentujące piksele obrazu, a do wyznaczania próbek różnicowych wybierany jest ten z predyktorów kandydujących, którego użycie prowadzi do otrzymania sygnału różnicowego, którego rozmiar po kodowaniu entropijnym jest najmniejszy.Preferably, in the system according to the invention, after applying the zero-order DWT in the DWT module, if the size of the signal at the input of the conditional prediction module after entropy coding is greater than the size of the entropy-coded difference signal determined for this signal, then the entire signal at the input of the conditional prediction module (7) is transformed is in the form of a difference signal, where the samples representing the pixels of the image are transformed in place of the DWT subband samples, and for determining the difference samples, the candidate predictor is selected, the use of which leads to obtaining the difference signal, the size of which after entropy coding is the smallest.

Korzystnie system według wynalazku zawiera jeden lub więcej dodatkowych modułów kwantyzacji próbek podpasm umieszczonych w torze przetwarzania obrazu, przy czym dla dodatkowego modułu kwantyzacji próbek podpasm, umieszczonego przed modułem kodowania entropijnego i po module DWT, moduł predykcji warunkowej umieszczony jest bezpośrednio przed modułem kodowania entropijnego.Preferably, the system according to the invention includes one or more additional subband sample quantization modules placed in the image processing path, whereby for the additional subband sample quantization module placed before the entropy coding module and after the DWT module, the conditional prediction module is placed immediately before the entropy coding module.

Korzystnie system według wynalazku ma dodatkowy moduł kwantyzacji próbek podpasm, który przeprowadza kwantyzację próbek podpasm uzyskanych po module DWT, jest umieszczony w torze przetwarzania obrazu przed modułem kodowania entropijnego i po module DWT.Preferably, the system according to the invention has an additional module for quantizing subband samples, which performs quantization of subband samples obtained after the DWT module, is placed in the image processing chain before the entropy coding module and after the DWT module.

Sposób hybrydowego przetwarzania obrazów zwłaszcza w urządzeniach akwizycji, przetwarzania i składowania lub transmisji przeprowadzających kompresję obrazów cyfrowych z wykorzystaniem dyskretnej transformacji falkowej DWT i kodowania entropijnego, polega na tym, że przed przeprowadzeniem kodowania entropijnego podpasm otrzymanych po DWT transformuje się wybrane podpasma otrzymane po DWT do postaci ich sygnałów różnicowych, przy czym w sygnale różnicowym danego podpasma próbki tego podpasma są transformowane do postaci próbek różnicowych, przy czym próbkę różnicową wyznacza się dla danej próbki podpasma jako różnicę pomiędzy rzeczywistą wartością tej próbki podpasma a jej wartością przewidywaną z użyciem predyktora wybranego dla wszystkich próbek danego podpasma łącznie z przynajmniej dwóch predyktorów kandydujących, a przewidywanie wartości próbki korzystnie przeprowadza się na podstawie już przetransformowanych próbek.The method of hybrid image processing, especially in acquisition, processing and storage or transmission devices that compress digital images using the discrete wavelet transform DWT and entropy coding, consists in transforming selected subbands obtained after DWT into the form of their differential signals, wherein in a differential signal of a given subband, samples of that subband are transformed into difference samples, the difference sample being determined for a given subband sample as the difference between the actual value of said subband sample and its predicted value using a predictor selected for all samples of a given subband including at least two candidate predictors, and the prediction of the sample value is preferably performed on the basis of already transformed samples.

Korzystnie w sposobie według wynalazku do postaci sygnału różnicowego transformowane jest każde takie podpasmo, pośród podpasm otrzymanych po DWT, którego entropia jest większa od entropii jego sygnału różnicowego, przy czym dla danego podpasma do wyznaczania próbek różnicowych wybierany jest ten z predyktorów kandydujących, którego użycie prowadzi do otrzymania sygnału różnicowego o najmniejszej entropii.Preferably, in the method according to the invention, each such subband is transformed into the form of a difference signal, among the subbands obtained after DWT, the entropy of which is greater than the entropy of its differential signal, and for a given subband for the determination of difference samples, the one of the candidate predictors is selected, the use of which leads to to obtain a differential signal with the least entropy.

Korzystnie w sposobie według wynalazku do postaci sygnału różnicowego transformowane każde takie podpasmo, pośród podpasm otrzymanych po DWT, którego rozmiar po kodowaniu entropijnym jest większy od rozmiaru jego sygnału różnicowego po kodowaniu entropijnym, przy czym dla danego podpasma do wyznaczania próbek różnicowych wybierany jest ten z predyktorów kandydujących, którego użycie prowadzi do otrzymania sygnału różnicowego, którego rozmiar po kodowaniu entropijnym jest najmniejszy.Preferably, in the method according to the invention, each such subband is transformed into a differential signal, among the subbands obtained after DWT, the size of which after entropy coding is greater than the size of its difference signal after entropy coding, and for a given subband, the one of the predictors is selected for determining the difference samples candidate, the use of which leads to a difference signal with the smallest size after entropy coding.

Korzystnie sposób według wynalazku ma transformację DWT i kodowanie entropijne, które przeprowadza się zgodnie ze standardem JPEG 2000.Preferably, the method of the invention has a DWT transformation and entropy coding that is performed according to the JPEG 2000 standard.

Korzystnie w sposobie według wynalazku predyktorem kandydującym jest predyktor MED zdefiniowany w standardzie JPEG-LS.Preferably, in the method of the invention, the candidate predictor is the MED predictor defined in the JPEG-LS standard.

Korzystnie w sposobie według wynalazku poddawany transformacji DWT sygnał zawierający obraz jest w postaci cyfrowej oraz zawiera ciąg D E-bitowych pól, z których każde zawiera próbkę sygnału reprezentującą jasność pojedynczego piksela, a pola te umieszczone są w sygnale w kolejności rastrowej, czyli od najwyżej do najniżej położonego wiersza, a w ramach wiersza od skrajnego lewego do skrajnego prawego piksela, gdzie D jest liczbą pikseli obrazu, przy czym długość E pola bitowego korzystnie wynosi 8 bitów.Preferably, in the method according to the invention, the DWT-transformed signal containing the image is in digital form and contains a sequence of D E-bit fields, each of which contains a signal sample representing the brightness of a single pixel, and these fields are placed in the signal in raster order, i.e. from the highest to the bottommost row, and within a row from the leftmost to the rightmost pixel, where D is the number of image pixels, and the length E of the bit field is preferably 8 bits.

Korzystnie sposób według wynalazku ma w sygnale poddawanym transformacji DWT próbki sygnału reprezentujące jasności pikseli obrazu umieszczone są po próbkach zawierających metadane obrazu opisujące przynajmniej wymiary obrazu i zakres dynamiczny próbek obrazu.Preferably, the method according to the invention has in the DWT-transformed signal the signal samples representing the image pixel brightnesses are placed after the samples containing the image metadata describing at least the dimensions of the image and the dynamic range of the image samples.

Korzystnie sposób według wynalazku ma sygnał zawierający podpasma otrzymane po DWT jest w postaci cyfrowej, a dla każdego podpasma uzyskanego po DWT zawiera ciąg pól bitowych zawierających próbki podpasma umieszczone w kolejności rastrowej.Preferably, the method according to the invention has a signal comprising the subbands obtained after the DWT is in digital form, and for each subband obtained after the DWT it comprises a sequence of bit fields containing subband samples placed in raster order.

Korzystnie sposób według wynalazku ma w sygnale zawierającym podpasma otrzymane po DWT, dla każdego podpasma otrzymanego po DWT, próbki tego podpasma umieszczone są po próbkach zawierających metadane tego podpasma, pozwalające jednoznacznie zidentyfikować to podpasmo oraz opisujące wymiary podpasma i zakres dynamiczny próbek podpasma.Preferably, the method according to the invention has in the signal containing subbands obtained after DWT, for each subband obtained after DWT, samples of this subband are placed after samples containing metadata of this subband, allowing to uniquely identify this subband and describing the dimensions of the subband and the dynamic range of subband samples.

Korzystnie w sposobie według wynalazku dla transformacji DWT rzędu zerowego jeżeli entropia sygnału zawierającego obraz jest większa od entropii sygnału różnicowego sygnału zawierającego obraz to cały sygnał zawierający obraz transformowany jest do postaci sygnału różnicowego, przy czym w miejsce próbek podpasma otrzymanego po DWT transformowane są próbki reprezentujące piksele obrazu, przy czym do wyznaczania próbek różnicowych wybierany jest ten z predyktorów kandydujących, którego użycie prowadzi do otrzymania sygnału różnicowego o najmniejszej entropii.Preferably, in the method according to the invention, for the zero-order DWT transformation, if the entropy of the signal containing the image is greater than the entropy of the difference signal of the signal containing the image, then the entire signal containing the image is transformed into the form of a difference signal, with samples representing pixels being transformed in place of the subband samples obtained after the DWT. image, and for the determination of difference samples, the candidate predictor whose use leads to the difference signal with the least entropy is selected.

Korzystnie w sposobie według wynalazku dla transformacji DWT rzędu zerowego jeżeli rozmiar sygnału zawierającego obraz po kodowaniu entropijnym jest większy od rozmiaru zakodowanego entropijnie sygnału różnicowego sygnału zawierającego obraz to cały sygnał zawierający obraz transformowany jest do postaci sygnału różnicowego, przy czym w miejsce próbek podpasma otrzymanego po DWT transformowane są próbki reprezentujące piksele obrazu, przy czym do wyznaczania próbek różnicowych wybierany jest ten z predyktorów kandydujących, którego użycie prowadzi do otrzymania sygnału różnicowego, którego rozmiar po kodowaniu entropijnym jest najmniejszy.Preferably, in the method according to the invention, for the zero-order DWT transformation, if the size of the signal containing the image after entropy coding is greater than the size of the entropy-encoded difference signal of the signal containing the image, then the entire signal containing the image is transformed into the form of the difference signal, and instead of the subband samples obtained after DWT samples representing pixels of the image are transformed, and for the determination of difference samples, the candidate predictor is selected, the use of which leads to obtaining the difference signal, the size of which after entropy coding is the smallest.

Korzystnie w sposobie według wynalazku przed przeprowadzeniem kodowania entropijnego podpasm otrzymanych po DWT sygnał je zawierający poddaje się dodatkowym transformacjom sygnału, przy czym korzystnie transformacje te wykonuje się przed transformowaniem wybranych podpasm po DWT do postaci ich sygnałów różnicowych.Preferably, in the method according to the invention, before carrying out the entropy coding of the subbands obtained after DWT, the signal containing them is subjected to additional signal transformations, preferably these transformations are performed before transforming the selected subbands after DWT into their differential signals.

Korzystnie sposób według wynalazku ma dodatkową transformacją jest kwantyzacja próbek podpasm uzyskanych po DWT.Preferably, the method according to the invention has an additional transformation is the quantization of the subband samples obtained after the DWT.

Zaletą rozwiązania według wynalazku, w odniesieniu do systemu przetwarzającego obraz z wykorzystaniem DWT oraz kodowania entropijnego, ale nie zawierającego modułu predykcji warunkowej na torze przetwarzania sygnału zawierającego obraz, jest poprawa średniego współczynnika kompresji uzyskiwanego przez system. Tym samym po kompresji rozmiary sygnałów cyfrowych zawierających obrazy są mniejsze, co pozwala oszczędniej wykorzystywać zarówno pamięci masowe systemów przetwarzających obrazy, jak i szerokości pasm przenoszenia sieci teleinformatycznych.The advantage of the solution according to the invention in relation to a system processing an image using DWT and entropy coding, but not including a conditional prediction module in the signal processing path containing the image, is the improvement of the average compression ratio obtained by the system. Thus, after compression, the sizes of digital signals containing images are smaller, which allows for more economical use of both the mass memory of image processing systems and the bandwidth of ICT networks.

Poprawa współczynnika w systemie zbudowanym według wynalazku, w przeciwieństwie do znanych systemów wykorzystujących wyłącznie kodowanie predykcyjne (na przykład systemy zgodne ze standardem JPEG-LS) lub wyłącznie kodowanie transformacyjne (na przykład systemy zgodne ze standardem JPEG 2000 lub JPEG XR), jest efektem łącznego wykorzystania obu wyżej wymienionych sposobów poprawy stanu sygnału zawierającego obraz tak, by lepiej nadawał się on do kodowania entropijnego.The improvement in the ratio in the system built according to the invention, unlike known systems using only predictive coding (e.g. systems conforming to the JPEG-LS standard) or only transform coding (e.g. systems conforming to the JPEG 2000 or JPEG XR standard), is the result of the combined use of both of the aforesaid ways of improving the state of the image-containing signal to make it better suited for entropy coding.

Podpasmo LL uzyskane po DWT jest jednym z wielu podpasm, które podlegają kodowaniu entropijnemu. Jeżeli zastosowano DWT rzędu 1, to liczba próbek podpasma LL wynosi 1/4 liczby wszystkich próbek, które są kodowane entropijnie, jeżeli rząd DWT jest wyższy, to udział próbek podpasma LL we wszystkich kodowanych próbkach jest niższy. Jednak wpływ efektywności kodowania entropijnego podpasma LL na współczynnik kompresji całego obrazu jest większy niż by to wynikało jedynie z liczby próbek podpasma LL, gdyż współczynnik kompresji próbek podpasma LL jest zazwyczaj gorszy od współczynników uzyskiwanych w koderze entropijnym dla pozostałych podpasm. W typowym przypadku, stosując do podpasma LL predykcję, poprawiamy ten współczynnik. Poprawa będzie w przeciętnym przypadku większa, gdy używać będziemy nie pojedynczy predyktor dla wszystkich obrazów, ale dla danego obrazu będziemy wybierać optymalny predyktor z odpowiednio dobranego zestawu predyktorów kandydujących. Dla niektórych obrazów, uzyskana dla podpasma LL dzięki zastosowaniu predykcji poprawa współczynnika kompresji bezstratnej (wyrażonego w bitach na próbkę a zatem wprost proporcjonalnego do rozmiaru przetransformowanego podpasma po kodowaniu entropijnym) przekracza 50%.The LL subband obtained after DWT is one of many subbands that are subject to entropy coding. If a DWT of order 1 is used, the number of LL subband samples is 1/4 of the number of all samples that are entropy encoded, if the DWT order is higher, the proportion of LL subband samples in all coded samples is lower. However, the effect of the entropy coding efficiency of the LL subband on the compression ratio of the whole picture is greater than it would result from the number of LL subband samples only, because the compression ratio of the LL subband samples is usually worse than the coefficients obtained in the entropy encoder for the other subbands. Typically, by applying prediction to the LL subband, we improve this factor. The improvement will be greater on average if we use not a single predictor for all images, but for a given image we will choose the optimal predictor from a suitably selected set of candidate predictors. For some images, the improvement of the lossless compression ratio (expressed in bits per sample and thus directly proportional to the size of the transformed subband after entropy coding) obtained for the LL subband by using prediction exceeds 50%.

Poprawa nastąpi dla większości obrazów, przy czym, jeżeli obraz jest nietypowy i zastosowanie predykcji do podpasma LL prowadzi do pogorszenia współczynnika kompresji, to sytuacja taka jest wykrywana na sposób według wynalazku (albo na podstawie porównania uzyskanych współczynników kompresji sygnału zawierającego obraz oraz sygnału różnicowego wyznaczonego dla tego sygnału albo w sposób uproszczony na podstawie szybkiej estymacj i entropijnej współczynnika kompresji) i predykcja nie jest wykonywana.The improvement will occur for most images, but if the image is atypical and the application of the prediction to the LL subband leads to a deterioration of the compression ratio, then such a situation is detected in the manner according to the invention (or on the basis of a comparison of the obtained compression ratios of the signal containing the image and the difference signal determined for of this signal or in a simplified way based on a fast entropy estimation of the compression ratio) and no prediction is made.

W przypadku niektórych obrazów, zwłaszcza zawierających obszary o regularnej okresowej strukturze, dzięki zastosowaniu predykcji z użyciem predyktora wybranego dla danego podpasma, poprawa współczynnika kompresji bezstratnej może dla podpasma innego niż LL przekraczać 10%. W przypadku podpasm innych niż LL zastosowanie predykcji (częściej niż dla podpasma LL) może również prowadzić do pogorszenia współczynnika kompresji podpasma. Dlatego też, na sposób według wynalazku (jak w przypadku podpasma LL) predykcja jest stosowana do podpasma jedynie wtedy, gdy jej zastosowanie prowadzi do poprawy rzeczywistego lub estymowanego współczynnika kompresji tego podpasma.For some images, especially those containing areas with a regular periodic structure, by applying prediction using a predictor selected for a given subband, the improvement in the lossless compression ratio for a subband other than LL may exceed 10%. For subbands other than the LL, the use of prediction (more often than for the LL subband) may also lead to a deterioration of the subband compression ratio. Therefore, in the method according to the invention (as in the case of the LL subband), the prediction is applied to the subband only if its application leads to an improvement in the actual or estimated compression ratio of that subband.

Zastosowanie DWT sprawdza się w przypadku typowych obrazów fotograficznych - za takie obrazy uważa się obrazy uzyskane na drodze akwizycji ze scen ze świata rzeczywistego dostępnych dla nieuzbrojonego oka ludzkiego. Dla niektórych innych obrazów, zwłaszcza dla obrazów nie fotograficznych (na przykład zawierających komputerowo wygenerowany tekst, rysunki techniczne, czy przedstawiających zawartość ekranu roboczego komputera) zastosowanie DWT może prowadzić do pogorszenia współczynnika kompresji. W takiej sytuacji w systemie, w którym na torze przetwarzania sygnału obrazowego występuje moduł DWT, na przykład w systemach zgodnych z JPEG 2000, można ożyć DWT rzędu zerowego, dzięki czemu moduł DWT nie zmieni stanu ani postaci sygnału, co z kolei pozwoli uniknąć pogorszenia współczynnika kompresji. Z drugiej strony dla obrazów niefotograficznych zazwyczaj dobrze sprawdza się kodowanie predykcyjne; w przypadku takich obrazów system przetwarzania obrazu zawierający moduł DWT, ale zbudowany na sposób według wynalazku, uzyska znacznie lepsze współczynniki kompresji. Dzięki modułowi predykcji warunkowej, dobierającemu dla obrazu traktowanego jako pojedyncze podpasmo optymalny z predyktorów kandydujących, dla niektórych obrazów niefotograficznych, podobnie jak w przypadku podpasma LL po DWT rzędu większego lub równego 1, poprawa współczynników kompresji przekracza 50%.The use of DWT works well for typical photographic images - such images are considered to be images obtained by acquiring real-world scenes accessible to the unaided human eye. For some other images, especially non-photographic images (for example, those containing computer-generated text, technical drawings, or the contents of a computer screen), the use of DWT may lead to a deterioration of the compression ratio. In this situation, in a system where there is a DWT module in the image signal processing chain, such as JPEG 2000 compliant systems, the zero-order DWT can be brought to life, so that the DWT module does not change the state or form of the signal, which in turn avoids deterioration of the compression. On the other hand, for non-photographic images, predictive coding usually works well; for such images, an image processing system incorporating a DWT module but built according to the method of the invention will achieve much better compression ratios. Thanks to the conditional prediction module, which selects the optimal candidate predictor for an image treated as a single subband, for some non-photographic images, as in the case of the LL subband after a DWT of order greater than or equal to 1, the improvement of compression ratios exceeds 50%.

Podobnie jak w przypadku podpasma LL po DWT rzędu większego lub równego 1, zastosowanie predykcji do sygnału zawierającego obraz uzyskanego po DWT rzędu zerowego może dla nietypowych obrazów prowadzić do pogorszenia współczynnika kompresji tego sygnału. Dlatego też, na sposób według wynalazku predykcja jest stosowana do sygnału zawierającego obraz jedynie wtedy, gdy jej zastosowanie prowadzi do poprawy rzeczywistego lub estymowanego współczynnika kompresji tego sygnału.As in the case of the LL subband after a DWT of order greater than or equal to 1, applying the prediction to a signal containing an image obtained after a zero order DWT may lead to a deterioration of the compression ratio of this signal for atypical images. Therefore, in the method according to the invention, prediction is applied to a signal containing an image only if its application leads to an improvement in the actual or estimated compression ratio of that signal.

W systemach przeprowadzających kompresję obrazów barwnych (na przykład zgodnych z JPEG 2000), w których poszczególne składowe obrazu, po ewentualnej transformacji przestrzeni barw oraz ewentualnym podpróbkowaniu składowych obrazu barwnego, kompresowane są z wykorzystaniem DWT oraz kodowania entropijnego, rozwiązanie według wynalazku stosowane jest przez umieszczenie na torze przetwarzania obrazu modułu predykcji warunkowej tak samo jak w przypadku systemów kompresujących obrazy w stopniach szarości. W systemie kompresji obrazu barwnego część toru przetwarzania obrazu od modułu DWT do modułu kodowania entropijnego nie różni się istotnie od analogicznej części toru w systemie kompresji obrazu w stopniach szarości.In systems that compress color images (e.g. compatible with JPEG 2000), in which individual components of the image, after possible transformation of the color space and possible subsampling of the color image components, are compressed using DWT and entropy coding, the solution according to the invention is applied by placing in the conditional prediction module's image processing lane, as in the case of systems that compress grayscale images. In the color image compression system, the part of the image processing path from the DWT module to the entropy coding module does not differ significantly from the analogous part of the path in the gray scale image compression system.

Sposób przetwarzania według wynalazku może być zrealizowany za pomocą umieszczonych na torze przetwarzania sygnału odpowiednio połączonych cyfrowych układów sprzętowych, takich jak bufory próbek sygnału, przełącznik sygnałów, czy układ predykcji, jak również programowo lub za pomocą symulowanego w maszynie cyfrowej układu elektronicznego. Istota wynalazku nie ogranicza możliwości jego zastosowania do wyłącznie układu sprzętowego ani do wyłącznie realizacji programowej.The processing method according to the invention can be implemented by means of appropriately connected digital hardware systems placed on the signal processing path, such as signal sample buffers, signal switch or prediction system, as well as by software or by means of an electronic system simulated in a digital machine. The essence of the invention does not limit the possibility of its application to only a hardware system or only to software implementation.

Celem umieszczenia modułu predykcji warunkowej w torze przetwarzania obrazu jest zmiana cech technicznych sygnału zawierającego obraz tak, aby poprawić współczynnik kompresji uzyskany po kodowaniu entropijnym tego sygnału. W szczególności zmiana stanu sygnału polega na zmniejszeniu entropii próbek wybranych na sposób według wynalazku podpasm po DWT, osiąganym dzięki diametralnej zmianie rozkładu prawdopodobieństwa próbek. Próbkę różnicową w module predykcji warunkowej wyznacza się jako różnicę pomiędzy rzeczywistą wartością odpowiadającej jej próbki wybranego podpasma a wartością przewidywaną tej próbki. Zakres dynamiczny przewidywanych wartości próbek jest taki sam jak zakres dynamiczny próbek wybranego podpasma. W konsekwencji, zakres dynamiczny próbek różnicowych będzie większy od zakresu próbek wybranego podpasma i będzie wynosił 2*Z-1, gdzie Z to zakres dynamiczny próbek wybranego podpasma. Zatem moduł predykcji warunkowej oddziałuje na sygnał z obrazem zmieniając nie tylko stan tego sygnału ale również jego posiać. Dla przykładu, jeżeli próbki wybranego podpasma przyjmują wartości z przedziału -127..128 (zakres dynamiczny Z=256) i kodowane są na polach bitowych o długości 8 bitów oraz mają równomierny (w przybliżeniu, dla typowych obrazów) rozkład wartości to zakres dynamiczny próbek różnicowych w sygnale różnicowym uzyskanym w wyniku transformacji tego podpasma przez moduł predykcji warunkowej wynosił będzie 511 (jego próbki będą przyjmować wartości z przedziału -255...255) i będzie wymagał kodowania z użyciem pól o długości 9 bitów, a przede wszystkim ich rozkład będzie silnie nierównomierny (w przybliżeniu rozkład Laplace'a). Dla kodowania entropijnego sygnału zmiana postaci sygnału, polegająca na zwiększeniu rozmiaru pól bitowych o 1 bit, nie jest korzystna. Jednak w praktyce rozmiar pola jest się znacznie mniej istotny od jednocześnie uzyskiwanej korzystnej zmiany stanu sygnału polegającej na zmianie rozkładu prawdopodobieństwa próbek, dzięki której entropia sygnału zostaje zmniejszona i w konsekwencji sygnał po kompresji ma mniejszy rozmiar.The purpose of placing the conditional prediction module in the image processing path is to change the technical characteristics of the signal containing the image so as to improve the compression ratio obtained after entropy coding of this signal. In particular, the change in the signal state consists in a decrease in the entropy of the samples selected in the manner according to the invention of subbands after DWT, achieved by a diametrical change in the probability distribution of the samples. The difference sample in the conditional prediction module is determined as the difference between the actual value of the corresponding selected subband sample and the predicted value of this sample. The dynamic range of the predicted sample values is the same as the dynamic range of the selected subband samples. Consequently, the dynamic range of the differential samples will be greater than the selected subband sample range and will be 2*Z-1, where Z is the dynamic range of the selected subband samples. Thus, the conditional prediction module affects the signal with the image, changing not only the state of this signal, but also its size. For example, if the samples of the selected subband take values from the range -127..128 (dynamic range Z=256) and are encoded on bit fields with a length of 8 bits and have a uniform (approximately, for typical images) distribution of values, then the dynamic range of the samples in the differential signal obtained as a result of transformation of this subband by the conditional prediction module will be 511 (its samples will take values in the range -255...255) and will require coding using fields with a length of 9 bits, and above all their distribution will be strongly non-uniform (approximately Laplace distribution). For entropy coding of the signal, changing the signal form, consisting in increasing the size of the bit fields by 1 bit, is not beneficial. However, in practice, the size of the field is much less important than the simultaneously obtained beneficial change in the signal state consisting in a change in the probability distribution of the samples, thanks to which the entropy of the signal is reduced and, consequently, the signal after compression has a smaller size.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia tor przetwarzania sygnału z obrazem w urządzeniu dokonującym akwizycji i kompresji obrazu, a Fig. 2 przedstawia tor przetwarzania w urządzeniu prezentującym na wyświetlaczu cyfrowym obraz zapisany w postaci skompresowanej na nośniku pamięci masowej.The subject of the invention is shown in an example embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows the signal processing path with an image in a device that performs image acquisition and compression, and Fig. 2 shows the processing path in a device presenting on a digital display an image saved in a compressed form on a mass storage medium. .

Przykładowy system przetwarzania obmów zastosowany jest w cyfrowym aparacie fotograficznym zapisującym na karcie pamięci zdjęcia monochromatyczne (w poziomach szarości). Uzyskiwany w aparacie fotograficznym wysokorozdzielczy obraz ma duży rozmiar, przez co jest kłopotliwy w transmisji i składowaniu. Niedogodności związane z wielkością generowanych przez aparat sygnałów zawierających obrazy ograniczamy stosując kompresję, przy czym w ogólnym przypadku, gdy nie znamy przeznaczenia pozyskiwanych obrazów, nie należy stosować kompresji stratnej. W aparacie, na wyjściu modułu akwizycji obrazu (1), uzyskujemy przeznaczony do kompresji sygnał zawierający piksele obrazu (2), który należy przetworzyć w taki sposób aby zajmował niewiele miejsca oraz aby możliwe było jego bezstratne odtworzenie. Zatem zastosujemy kompresję bezstratną.An exemplary speech processing system is used in a digital camera that saves monochrome photos (in gray levels) on a memory card. The high-resolution image obtained in the camera has a large size, which makes it difficult to transmit and store. Inconveniences related to the size of signals containing images generated by the camera are limited by using compression, but in general, when we do not know the purpose of the acquired images, lossy compression should not be used. In the camera, at the output of the image acquisition module (1), we obtain a signal intended for compression, containing image pixels (2), which must be processed in such a way that it takes up little space and enables its lossless reproduction. So we will use lossless compression.

Tor przetwarzania obrazu w aparacie zbudowany jest zgodnie ze standardem JPEG 2000 [ITU-T; ISO/IEC: „Information technology - JPEG 2000 image coding system: Core coding system”, ITU-T Recommendation T.800 and ISO/IEC International Standard 15444-1, 2016] za wyjątkiem umieszczonego na tym torze modułu predykcji warunkowej (7). Sygnał zawierający piksele obrazu (2) wprowadzany jest na wejście modułu DWT (3). Transformacja DWT wykonywana jest w miejscu, dlatego moduł DWT (3) zawiera bufor zdolny pomieścić wszystkie piksele obrazu. Odczytywane w module DWT (3) z sygnału zawierającego piksele obrazu (2) piksele obrazu są zapisywane w tym buforze. Po zapisaniu wszystkich pikseli w buforze jest na nich wykonywana transformacja DWT z filtrem falkowym Cohen Daubechies Faveau (5, 3) zgodnie ze standardem JPEG 2000, w wyniku której w buforze w miejscu pikseli obrazu otrzymujemy podpasma po DWT w liczbie zależnej od zastosowanego rzędu transformacji DWT. Niezależnie od rzędu transformacji DWT łączna liczba próbek podpasm po DWT równa jest liczbie pikseli obrazu. Jeżeli rząd transformacji wynosi 0 to wszystkie piksele obrazu traktowane dalej są jako próbki pojedynczego podpasma po DWT. Następnie poszczególne podpasma po DWT są odczytywane z bufora i wyprowadzane na zewnątrz modułu w postaci sygnału zawierającego podpasma po DWT (4). Każde z podpasm w tym sygnale reprezentowane jest przez ciągły fragment sygnału zawierający pola bitowe zawierające metadane podpasma (czyli informacje o rodzaju podpasma, wielkości podpasma i zakresie dynamicznym jego próbek) po których znajdują się pola z próbkami podpasma. Sygnał zawierający podpasma po DWT (4) wprowadzany jest na wejście modułu kwantyzacji próbek podpasm (5), jednak gdy system przeprowadza kompresję bezstratną, to ten moduł nie zmienia parametrów technicznych sygnału, zatem próbki wszystkich podpasm w sygnale zawierającym podpasma po DWT i kwantyzacji (6) są takie same jak odpowiednie próbki w sygnale zawierającym podpasma po DWT (4).The image processing path in the camera is built in accordance with the JPEG 2000 standard [ITU-T; ISO/IEC: "Information technology - JPEG 2000 image coding system: Core coding system", ITU-T Recommendation T.800 and ISO/IEC International Standard 15444-1, 2016], except for the conditional prediction module placed on this track (7) . The signal containing the image pixels (2) is fed to the input of the DWT module (3). The DWT transformation is performed in place, therefore the DWT module (3) contains a buffer capable of holding all pixels of the image. Read in the DWT module (3) from a signal containing image pixels (2), image pixels are stored in this buffer. After saving all the pixels in the buffer, the DWT transformation with the Cohen Daubechies Faveau (5, 3) wavelet filter is performed on them in accordance with the JPEG 2000 standard, as a result of which in the buffer, in the place of the image pixels, we receive DWT subbands in the number depending on the applied order of the DWT transformation . Regardless of the order of the DWT, the total number of DWT subband samples is equal to the number of image pixels. If the order of the transformation is 0, then all pixels of the image are treated as single subband samples after the DWT. Then, the individual subbands after the DWT are read from the buffer and output to the outside of the module in the form of a signal containing the subbands after the DWT (4). Each of the subbands in this signal is represented by a continuous signal fragment containing bit fields containing subband metadata (i.e. information about the subband type, subband size and dynamic range of its samples) followed by fields with subband samples. The signal containing subbands after DWT (4) is input to the quantization module of subband samples (5), but when the system performs lossless compression, this module does not change the technical parameters of the signal, so samples of all subbands in the signal containing subbands after DWT and quantization (6 ) are the same as the corresponding samples in the signal containing the subbands after the DWT (4).

Sygnał zawierający podpasma po DWT i kwantyzacji (6) wprowadzany jest na wejście modułu predykcji warunkowej (7) zbudowanego na sposób według wynalazku. Sygnał ten trafia najpierw do układu selektora hybrydowo-adaptacyjnego kodowania sygnału różnicowego (12), który wyodrębnia z sygnału zawierającego podpasma po DWT i kwantyzacji (6) kolejne podpasma po DWT na podstawie pól z metadanymi podpasm. Selektor hybrydowo-adaptacyjnego kodowania sygnału różnicowego (12) wyposażony jest w bufor danych podpasma (13) do którego zapisywane na bieżąco są odczytywane podpasma. Selektor hybrydowo-adaptacyjnego kodowania sygnału różnicowego (12) steruje hybrydowym układem predykcji (17) za pomocą szyny sterującej hybrydowego układu predykcji (18), przez którą może przekazać albo współrzędną próbki (której wartość hybrydowy układu predykcji (18) następnie przewiduje) albo numer predyktora, z zestawu F predyktorów kandydujących ponumerowanych od 1 do F, który będzie następnie używany do przewidywania wartości próbek. Dla danego podpasma po DWT, po zapisaniu w buforze danych podpasma (13) metadanych podpasma oraz próbek podpasma, selektor hybrydowo-adaptacyjnego kodowania sygnału różnicowego (12) wybiera z predyktorów kandydujących najlepszy dla tego podpasma predyktor oraz sprawdza czy korzystne jest zastosowanie predykcji do tego podpasma - na podstawie entropii tego podpasma oraz entropii jego sygnałów różnicowych wyznaczonych przy użyciu każdego z predyktorów kandydujących. W tym celu, selektor hybrydowo-adaptacyjnego kodowania sygnału różnicowego (12):The signal containing the subbands after DWT and quantization (6) is introduced to the input of the conditional prediction module (7) built according to the method according to the invention. This signal first goes to the selector circuit of hybrid-adaptive differential signal coding (12), which extracts from the signal containing the DWT subbands and quantization (6) subsequent DWT subbands on the basis of the subband metadata fields. The selector of hybrid-adaptive differential signal coding (12) is equipped with a subband data buffer (13) to which read subbands are written in real time. The hybrid-adaptive differential signal coding selector (12) controls the hybrid predictor (17) by means of the hybrid predictor control bus (18) through which it can pass either the sample coordinate (whose value the hybrid predictor (18) then predicts) or the predictor number , from a set of F candidate predictors numbered 1 through F, which will then be used to predict sample values. For a given subband after DWT, after storing subband metadata and subband samples in the subband data buffer (13), the hybrid-adaptive differential signal coding selector (12) selects the best predictor for this subband from the candidate predictors and checks whether it is beneficial to apply the prediction to this subband - based on the entropy of this subband and the entropy of its differential signals determined using each of the candidate predictors. To this end, the hybrid-adaptive differential signal coding selector (12):

1. za pomocą szyny sterującej przełącznika sygnałów (14) ustawia przełącznik sygnałów (21) tak, aby na wyjście przełącznika sygnałów na szynę zwrotną selektora kodowania sygnału różnicowego (22) wyprowadzane były pola bitowe transmitowane szyną próbek różnicowych (20), a wyjście przełącznika sygnałów na szynę sygnału kodera entropijnego (8) pozostawało nieaktywne;1. using the control bus of the signal switch (14), sets the signal switch (21) so that the bit fields transmitted via the differential sample bus (20) are output to the return bus of the differential encoding selector (22), and the output of the signal switch entropy encoder signal bus (8) remained inactive;

2. następnie dla każdego z F predyktorów kandydujących (przy czym F<256), po kolei2. then for each of the F candidate predictors (with F<256), in turn

a. przekazuje numer predyktora do hybrydowego układu predykcji (17) szyną sterującą hybrydowego układu predykcji (18);a. transmits the predictor number to the hybrid prediction system (17) over the hybrid prediction system control bus (18);

b. na szynę predykcji (16) wyprowadza wszystkie próbki podpasma odczytane z bufora danych podpasma (13), dla każdej próbki jednocześnie przekazując jej współrzędne do hybrydowego układu predykcji (17) szyną sterującą hybrydowego układu predykcji (18); po dokonaniu predykcji próbki różnicowe wracają szyną zwrotną selektora kodowania sygnału różnicowego (22) do selektora hybrydowo-adaptacyjnego kodowania sygnału różnicowego (12), który na ich podstawie wyznacza histogram próbek różnicowych;b. outputs to the prediction bus (16) all the subband samples read from the subband data buffer (13), for each sample simultaneously passing its coordinates to the hybrid prediction system (17) through the hybrid prediction system control bus (18); after the prediction, the difference samples return via the return bus of the differential coding selector (22) to the hybrid-adaptive differential coding selector (12), which determines the histogram of the difference samples on the basis of them;

c. wyznacza entropię sygnału różnicowego na podstawie histogramu próbek różnicowych i zapamiętuje ją;c. determines the entropy of the differential signal from the histogram of the differential samples and stores it;

3. następnie wybiera ten z predyktorów kandydujących, w wyniku użycia którego uzyskano sygnał różnicowy o najmniejszej entropii i zapamiętuje jego numer, oznaczany dalej jako K;3. then selects the one of the candidate predictors that produced the difference signal with the least entropy and stores its number, hereinafter referred to as K;

4. następnie wyznacza histogram próbek podpasma na podstawie próbek podpasma odczytanych z bufora danych podpasma (13), wyznacza entropię podpasma na podstawie histogramu próbek podpasma.4. then determines the histogram of the subband samples based on the subband samples read from the subband data buffer (13), determines the subband entropy based on the histogram of the subband samples.

Jeżeli entropia sygnału różnicowego uzyskanego z użyciem predyktora kandydującego numer K jest mniejsza niż entropia podpasma (czyli korzystne jest zastosowanie predykcji) to selektor hybrydowo-adaptacyjnego kodowania sygnału różnicowego (12):If the entropy of the differential signal obtained using the candidate predictor number K is less than the entropy of the subband (i.e. the use of prediction is preferred), then the hybrid-adaptive differential signal coding selector (12):

1. w buforze danych podpasma (13) zmienia wartość pola metadanych podpasma opisującego zakres dynamiczny próbek podpasma na Y=2*Z-1, gdzie Z to zakres dynamiczny próbek podpasma po DWT;1. in the subband data buffer (13), changes the value of the subband metadata field describing the dynamic range of the subband samples to Y=2*Z-1, where Z is the dynamic range of the subband samples after DWT;

2. następnie za pomocą szyny sterującej przełącznika sygnałów (14) ustawia przełącznik sygnałów (21) tak, aby na wyjście przełącznika sygnałów na szynę sygnału kodera entropijnego (8) wyprowadzane były pola bitowe transmitowane szyną próbek niezmodyfikowanych (15), a wyjście przełącznika sygnałów na szynę zwrotną selektora kodowania sygnału różnicowego (22) pozostawało nieaktywne;2. then, using the control bus of the signal switch (14), sets the signal switch (21) so that the bit fields transmitted via the unmodified samples bus (15) are output to the output of the signal switch to the signal bus of the entropy encoder (8), and the output of the signal switch to the differential encoding selector return bus (22) remained inactive;

3. następnie wyprowadza na szynę próbek niezmodyfikowanych (15) metadane podpasma odczytane z bufora danych podpasma (13) uzupełnione o dodatkowy marker COM (zgodny ze standardem JPEG 2000; jeżeli metadane podpasma zawierały już przynajmniej jeden marker COM, to dodatkowy marker COM wyprowadzany jest przed pozostałymi markerami COM) zawierający pole bitowe o długości 8 bitów i wartości K (oznaczające, że predykcja za pomocą predyktora kandydującego numer K jest stosowana do podpasma);3. then outputs to the bus of unmodified samples (15) the subband metadata read from the subband data buffer (13) supplemented with an additional COM marker (compliant with the JPEG 2000 standard; if the subband metadata already contained at least one COM marker, then the additional COM marker is output before other COM markers) containing a bit field of 8 bits and a value of K (indicating that the prediction by candidate number K is applied to the subband);

4. następnie przekazuje numer K wybranego predyktora kandydującego do hybrydowego układu predykcji (17) szyną sterującą hybrydowego układu predykcji (18), a za pomocą szyny sterującej przełącznika sygnałów (14) ustawia przełącznik sygnałów (21) tak, aby na wyjście przełącznika sygnałów na szynę sygnału kodera entropijnego (8) wyprowadzane były pola bitowe transmitowane szyną próbek różnicowych (20), a wyjście przełącznika sygnałów na szynę zwrotną selektora kodowania sygnału różnicowego (22) pozostawało nieaktywne;4. then transfers the K number of the selected candidate predictor to the hybrid prediction system (17) via the hybrid prediction system control bus (18), and using the control bus of the signal switch (14) sets the signal switch (21) so that the output of the signal switch to the bus the entropy encoder signal (8) the bit fields transmitted on the difference sample bus (20) were output, and the reverse bus signal switch output of the differential signal encoding selector (22) remained inactive;

5. następnie na szynę predykcji (16) wyprowadza wszystkie próbki podpasma odczytane z bufora danych podpasma (13), dla każdej próbki jednocześnie przekazując jej współrzędne do hybrydowego układu predykcji (17) szyną sterującą hybrydowego układu predykcji (18); po dokonaniu predykcji próbki różnicowe kierowane są przez przełącznik sygnałów (21) na szynę sygnału kodera entropijnego (8).5. then outputs to the prediction bus (16) all the subband samples read from the subband data buffer (13), for each sample simultaneously passing its coordinates to the hybrid prediction system (17) by the hybrid prediction system control bus (18); after the prediction, the differential samples are directed by the signal switch (21) to the signal bus of the entropy encoder (8).

Jeżeli entropia sygnału różnicowego jest większa lub równa entropii podpasma (czyli zastosowanie predykcji nie jest korzystne) to selektor hybrydowo-adaptacyjnego kodowania sygnału różnicowego (12):If the entropy of the differential signal is greater than or equal to the entropy of the subband (i.e. the use of prediction is not favourable), then the hybrid-adaptive differential signal coding selector (12):

1. za pomocą szyny sterującej przełącznika sygnałów (14) ustawia przełącznik sygnałów (21) tak, aby na wyjście przełącznika sygnałów na szynę sygnału kodera entropijnego (8) wyprowadzane były pola bitowe transmitowane szyną próbek niezmodyfikowanych (15), a wyjście przełącznika sygnałów na szynę zwrotną selektora kodowania sygnału różnicowego (22) pozostawało nieaktywne;1. using the control bus of the signal switch (14), sets the signal switch (21) so that the bit fields transmitted via the unmodified samples bus (15) are output to the output of the signal switch to the signal bus of the entropy encoder (8), and the output of the signal switch to the bus the feedback of the differential signal coding selector (22) remained inactive;

2. następnie wyprowadza na szynę próbek niezmodyfikowanych (15) metadane podpasma odczytane z bufora danych podpasma (13) uzupełnione o marker COM (zgodny ze standardem JPEG 2000; jeżeli metadane podpasma zawierały już przynajmniej jeden marker COM, to dodatkowy marker COM wyprowadzany jest przed pozostałymi markerami COM) zawierający pole bitowe o długości 8 bitów i wartości 0 (oznaczające, że predykcja nie jest stosowana do podpasma) oraz wszystkie próbki podpasma odczytane z bufora danych podpasma (13).2. then outputs to the bus of unmodified samples (15) the subband metadata read from the subband data buffer (13) supplemented with a COM marker (compliant with the JPEG 2000 standard; if the subband metadata already contained at least one COM marker, then the additional COM marker is output before the others COM markers) containing a 8-bit bit field with a value of 0 (meaning that the prediction is not applied to the subband) and all subband samples read from the subband data buffer (13).

Próbki różnicowe transmitowane szyną próbek różnicowych (20) wyznaczane są dla danej próbki różnicowej jako różnica pomiędzy wartością odpowiadającej jej próbki podpasma po DWT transmitowanej szyną predykcji (16) a przewidywaną wartością tej próbki podpasma po DWT wyznaczoną w hybrydowym układzie predykcji (17) i wyprowadzoną na szynę pomocniczą (19). Hybrydowy układ predykcji (17) dla danej próbki podpasma po DWT transmitowanej szyną predykcji (16) otrzymuje szyną sterującą hybrydowego układu predykcji (18) jej współrzędnie i na ich podstawie, z wykorzystaniem już przetworzonych sąsiadów tej próbki odczytanych z bufora danych podpasma (13), przewiduje jej wartość za pomocą predyktora wybranego z predyktorów kandydujących (jego numer został wcześniej przekazany do hybrydowego układu predykcji (17) szyną sterującą hybrydowego układu predykcji (18)). Dla przykładu, jeżeli wybrany został predyktor MED zgodny ze standardem JPEG-LS [ITU-T; ISO/IEC: „Information technology - Lossless and near-lossless compression of continuous-tone still images - Baseline”, ITU-T Recommendation T. 87 and ISO/IEC International Standard 14495-1,2000] i jeżeli dana próbka P podpasma po DWT przekazywana szyną predykcji (16) ma wartość 12 i wszystkie próbki sąsiadujące z nią w podpaśmie po DWT mają taką samą wartość wynoszącą 10, to hybrydowy układ predykcji (17), wyłącznie na podstawie już przetworzonych próbek sąsiadujących w podpaśmie po DWT z P (odczytanych z bufora danych podpasma (13) na podstawie współrzędnych próbki P otrzymanych szyną sterującą hybrydowego układu predykcji (18)) przewidzi, że wartość próbki P wynosi 10. Następnie przewidziana wartość próbki P (wynosząca 10) zostanie wyprowadzona na szynę pomocniczą (19), po czym zostanie odjęta od rzeczywistej wartości próbki P (wynoszącej 12) i w ten sposób wyznaczona próbka różnicowa R o wartości 2 wyprowadzona zostanie na szynę próbek różnicowych (20).Differential samples transmitted on the difference sample bus (20) are determined for a given difference sample as the difference between the value of the corresponding DWT subband sample transmitted on the prediction bus (16) and the predicted value of this DWT subband sample determined in the hybrid prediction system (17) and derived on auxiliary rail (19). The hybrid prediction system (17) for a given subband sample after DWT transmitted by the prediction bus (16) receives its coordinates via the control bus of the hybrid prediction system (18) and based on them, using already processed neighbors of this sample read from the subband data buffer (13), predicts its value using a predictor selected from the candidate predictors (its number was previously passed to the hybrid prediction system (17) by the hybrid prediction system control bus (18)). For example, if a MED predictor conforming to the JPEG-LS standard [ITU-T; ISO/IEC: "Information technology - Lossless and near-lossless compression of continuous-tone still images - Baseline", ITU-T Recommendation T. 87 and ISO/IEC International Standard 14495-1,2000] and if a given P subband sample after The DWT transmitted on the prediction bus (16) has a value of 12 and all samples adjacent to it in the subband after the DWT have the same value of 10, then the hybrid prediction system (17), based solely on the already processed samples adjacent in the subband after the DWT from P (read from the subband data buffer (13) based on the coordinates of the P sample obtained by the control bus of the hybrid prediction system (18)) will predict that the value of the P sample is 10. Then the predicted value of the P sample (which is 10) will be output to the auxiliary bus (19), after which will be subtracted from the actual value of the P sample (which is 12) and thus determined differential sample R with the value of 2 will be output to the differential sample bus (20).

Sygnał kodera entropijnego (8) zawiera podpasma po DWT, pośród których te, dla których zastosowanie predykcji jest korzystne, zostały w module predykcji warunkowej (7) zastąpione sygnałami różnicowymi, których entropia jest mniejsza niż entropia podpasm po DWT. Entropia sygnału jest dobrym estymatorem efektów kodowania entropijnego sygnału. Dzięki temu sygnał zawierający skompresowany obraz (10) otrzymany na wyjściu modułu kodowania entropijnego (9) będzie miał w przeciętnym przypadku mniejszy rozmiar i zajmie mniej miejsca w module pamięci masowej (11), niż gdyby na wejście modułu kodowania entropijnego (9) wprowadzono niezmodyfikowany sygnał zawierający podpasma po DWT i kwantyzacji (6).The entropy encoder signal (8) comprises DWT subbands, among which those for which the use of prediction is advantageous have been replaced in the conditional prediction module (7) with differential signals whose entropy is lower than the entropy of the DWT subbands. Signal entropy is a good estimator of the entropy coding effects of a signal. As a result, the compressed image signal (10) received at the output of the entropy coding module (9) will, on average, be smaller in size and take up less space in the storage module (11) than if the unmodified signal was input to the entropy coding module (9). containing subbands after DWT and quantization (6).

Entropia sygnału jest dobrym estymatorem efektów jego kodowania entropijnego, ale nie jest estymatorem idealnym, ponieważ koder entropijny zdefiniowany w standardzie JPEG 2000 jest koderem kontekstowym. Nieco lepszą poprawę współczynnika kompresji obrazu uzyskać można na sposób według wynalazku, jeżeli podpasma, które zostaną zastąpione sygnałami różnicowymi, moduł predykcji warunkowej (7) będzie wybierać na podstawie rzeczywistych współczynników kompresji podpasm a nie ich entropii. Rozwiązanie takie istotnie zwiększa złożoność modułu predykcji warunkowej (7), gdyż wymaga przeprowadzania uproszczonego kodowania entropijnego sygnałów (uproszczonego, tj. bez wyprowadzania strumienia bitów zawierającego zakodowane podpasmo, lub jego sygnał różnicowy, ale z wyznaczaniem długości tego strumienia) zamiast budowania ich histogramów i wyznaczania entropii, przy czym moduł odwrotnej predykcji warunkowej (23) stosowany podczas dekompresji obrazu nie zmieni się.The entropy of a signal is a good estimator of the effects of its entropy coding, but it is not a perfect estimator because the entropy encoder defined in the JPEG 2000 standard is a context-sensitive encoder. A slightly better improvement in the image compression ratio can be obtained in the method according to the invention if the subbands to be replaced by differential signals are selected by the conditional prediction module (7) based on the actual compression ratios of the subbands and not their entropy. Such a solution significantly increases the complexity of the conditional prediction module (7), as it requires performing simplified entropy coding of signals (simplified, i.e. without deriving a bit stream containing the encoded subband or its differential signal, but with determining the length of this stream) instead of building their histograms and determining entropy, while the modulus of the inverse conditional prediction (23) used during image decompression will not change.

Przedstawiony na Fig. 2 tor przetwarzania obrazu w urządzeniu prezentującym za pomocą modułu wyświetlacza cyfrowego (26) obraz zapiany w postaci skompresowanej na nośniku pamięci masowej w module pamięci masowej (11), zawiera moduły zgodne ze standardem JPEG 2000 odwracające efekty działania odpowiednich modułów aparatu fotograficznego (z Fig. 1): moduł dekodowania entropijnego (27) odwracający efekty działania modułu kodowania entropijnego (9), moduł dekwantyzacji próbek podpasm (24) odwracający efekty działania modułu kwantyzacji próbek podpasm (5) oraz moduł odwrotnej DWT (25) odwracający efekty działania modułu DWT (3). Objaśnienia wymaga działanie modułu odwrotnej predykcji warunkowej (23) odwracającego efekty działania modułu predykcji warunkowej (7). Zawarty w tym module selektor dekodowania sygnału różnicowego (30), dla każdego podpasma po DWT lub jego sygnału różnicowego wyodrębnionego z sygnału kodera entropijnego (8), najpierw pobiera do bufora metadanych podpasma (31) metadane podpasma (lub sygnału różnicowego), które podczas kompresji obrazu zostały w module predykcji warunkowej (7) uzupełnione o marker COM (zgodny ze standardem JPEG 2000, w przypadku gdy metadane zawierają wiele markerów COM, to pod uwagę brany jest pierwszy z markerów COM) zawierający pole bitowe o długości 8 bitów i wartości 0 (oznaczającej, że predykcja nie została zastosowana do podpasma) lub niezerowej wartości K (oznaczającej, że predykcja z użyciem predyktora kandydującego o numerze K została zastosowana do podpasma). Jeżeli predykcja nie została zastosowana do podpasma, to selektor dekodowania sygnału różnicowego (30):The image processing path in Fig. 2 in the device presenting with the use of the digital display module (26) the image saved in a compressed form on the mass storage medium in the mass memory module (11) contains modules compliant with the JPEG 2000 standard that reverse the effects of the operation of the appropriate modules of the camera (from Fig. 1): the entropy decoding module (27) inverting the effects of the entropy coding module (9), the subband sample dequantization module (24) inverting the effects of the subband sample quantization module (5) and the inverse DWT module (25) inverting the effects DWT module (3). The operation of the inverse conditional prediction module (23) reversing the effects of the conditional prediction module (7) requires explanation. The differential signal decoding selector (30) included in this module, for each subband after the DWT or its differential signal extracted from the entropy encoder signal (8), first downloads to the subband metadata buffer (31) the subband (or difference signal) metadata that during compression image were supplemented in the conditional prediction module (7) with a COM marker (compliant with the JPEG 2000 standard, if the metadata contains many COM markers, the first COM marker is taken into account) containing a bit field with a length of 8 bits and a value of 0 ( indicating that the prediction was not applied to the subband) or a non-zero value of K (indicating that the prediction using candidate predictor number K was applied to the subband). If prediction has not been applied to the subband, the differential signal decoding selector (30):

1. za pomocą szyny sterującej przełącznika sygnałów (32) ustawia przełącznik sygnałów (29) tak, aby na jego wyjście, jako próbki sygnału zawierającego podpasma po DWT i kwantyzacji (6) wyprowadzane były pola bitowe transmitowane szyną próbek niezmodyfikowanych (15);1. using the control bus of the signal switcher (32), sets the signal switcher (29) so that at its output, as samples of the signal containing subbands after DWT and quantization (6), bit fields transmitted on the unmodified sample bus (15) are output;

2. następnie wyprowadza na szynę próbek niezmodyfikowanych (15) metadane podpasma odczytane z bufora metadanych podpasma (31) za wyjątkiem markera COM, o który metadane zostały uzupełnione w module predykcji warunkowej (7), po czym wyprowadza na tę samą szynę wszystkie próbki podpasma odczytywane na bieżąco z sygnału kodera entropijnego (8).2. then outputs to the bus of unmodified samples (15) the subband metadata read from the subband metadata buffer (31) except for the COM marker, with which the metadata has been supplemented in the conditional prediction module (7), and then outputs to the same bus all subband samples read abreast of the entropy encoder signal (8).

Jeżeli predykcja została zastosowana do podpasma, czyli odczytane metadane są metadanymi sygnału różnicowego i dla odtworzenia podpasma z sygnału różnicowego podpasma konieczne jest zastosowanie do niego odwrotnej predykcji, to selektor dekodowania sygnału różnicowego (30):If the prediction has been applied to the subband, i.e. the read metadata is the metadata of the differential signal, and in order to reconstruct the subband from the subband differential signal, it is necessary to apply inverse prediction to it, then the differential signal decoding selector (30):

1. w buforze metadanych podpasma (31) zmienia wartość pola metadanych sygnału różnicowego opisującego zakres dynamiczny jego próbek na Z=(Y+1)/2, gdzie Y to zakres dynamiczny próbek sygnału różnicowego;1. in the subband metadata buffer (31), changes the value of the differential signal metadata field describing the dynamic range of its samples to Z=(Y+1)/2, where Y is the dynamic range of the differential signal samples;

2. następnie za pomocą szyny sterującej przełącznika sygnałów (32) ustawia przełącznik sygnałów (29) tak, aby na jego wyjście, jako próbki sygnału zawierającego podpasma po DWT i kwantyzacji (6) wyprowadzane były poła bitowe transmitowane szyną próbek niezmodyfikowanych (15);2. then, by means of the control bus of the signal switch (32), sets the signal switch (29) so that at its output, as samples of the signal including subbands after DWT and quantization (6), bit fields transmitted on the unmodified sample bus (15) are output;

3. następnie wyprowadza na szynę próbek niezmodyfikowanych (15) metadane odczytane z bufora metadanych podpasma (31) za wyjątkiem markera COM, o który metadane zostały uzupełnione w module predykcji warunkowej (7);3. then outputs to the bus of the unmodified samples (15) the metadata read from the subband metadata buffer (31) except for the COM marker whose metadata has been supplemented in the conditional prediction module (7);

4. następnie przekazuje numer K wybranego predyktora kandydującego do hybrydowego układu predykcji (17) szyną sterującą hybrydowego układu predykcji (18) a za pomocą szyny sterującej przełącznika sygnałów (32) ustawia przełącznik sygnałów (29) tak, aby na jego wyjście, jako próbki sygnału zawierającego podpasma po DWT i kwantyzacji (6) wyprowadzane były pola bitowe transmitowane szyną odwrotnej predykcji (33);4. then transfers the K number of the selected candidate predictor to the hybrid prediction system (17) via the hybrid prediction system control bus (18) and, using the signal switch control bus (32), sets the signal switch (29) so that its output, as signal samples containing the subbands after DWT and quantization (6), the bit fields transmitted on the inverse prediction bus (33) are output;

5. następnie na szynę próbek różnicowych (20) wyprowadza wszystkie próbki różnicowe podpasma odczytywane na bieżąco z sygnału kodera entropijnego (8), dla każdej próbki jednocześnie przekazując jej współrzędne do hybrydowego układu predykcji (17) szyną sterującą hybrydowego układu predykcji (18); po dokonaniu predykcji odwrotnej otrzymane próbki podpasma po DWT wysyłane są przez przełącznik sygnałów (29) poza moduł odwrotnej predykcji warunkowej (23), do modułu dekwantyzacji próbek podpasm (24).5. then, it outputs to the differential sample bus (20) all subband differential samples read in real time from the entropy encoder signal (8), for each sample at the same time transferring its coordinates to the hybrid prediction system (17) via the hybrid prediction system control bus (18); after performing the inverse prediction, the received DWT subband samples are sent by the signal switch (29) outside the inverse conditional prediction module (23) to the subband sample dequantization module (24).

Hybrydowy układ predykcji (17) modułu odwrotnej predykcji warunkowej (23) jest taki sam jak w module predykcji warunkowej (7), ale korzysta z mniejszego z bufora, tj. z bufora próbek podpasma (28), do którego już odtworzone próbki podpasma dostarczane zostają szyną odwrotnej predykcji (33). Ponieważ typowe predyktory przewidują wartość danej próbki na podstawie już przetworzonych próbek z poprzedniego i aktualnego wiersza podpasma, to gdy próbki w sygnale ułożone są w kolejności ra strowej wystarczy aby bufor próbek podpasma (28) zdolny był pomieścić przynajmniej 2 wiersze podpasma (w przeciwieństwie do bufora danych podpasma (13) w module predykcji warunkowej (7), którego pojemność musi być wystarczająca do zmieszczenia wszystkich próbek podpasma). Hybrydowy układ predykcji (17), po wcześniejszym otrzymaniu z selektora dekodowania sygnału różnicowego (30) numeru K predyktora kandydującego, za pomocą którego będzie realizowana predykcja, dla danej próbki sygnału różnicowego R transmitowanej szyną próbek różnicowych (20) otrzymuje szyną sterującą hybrydowego układu predykcji (18) współrzędnie próbki P podpasma po DWT która będzie odtwarzana na podstawie tej próbki sygnału różnicowego R, po czym z wykorzystaniem już przetworzonych sąsiadów próbki P odczytanych z bufora próbek podpasma (28), wyznacza jej przewidywaną wartość i wyprowadza ją na szynę pomocniczą (19), a następnie próbka P podpasma po DWT odtwarzana jest jako suma próbki różnicowej R umieszczonej na szynie próbek różnicowych (20) i przewidywanej wartości odpowiadającej jej próbki podpasma po DWT wyznaczonej w hybrydowym układzie predykcji (17) i wyprowadzonej na szynę pomocniczą (19). Dla przykładu, jeżeli wybrany był predyktor MED, znajdująca się na szynie próbek różnicowych (20) próbka różnicowa R, na podstawie której zostanie odtworzona próbka P, ma wartość 2, a wszystkie już odtworzone próbki, które sąsiadować będą w podpaśmie po DWT z próbką P mają taką samą wartość 10, to hybrydowy układ predykcji (17), wyłącznie na podstawie już odtworzonych próbek sąsiadujących z P przewidzi za pomocą predyktora MED, że wartość próbki P wynosi 10 i wyprowadzi próbkę o wartości 10 na szynę pomocniczą (19), po czym przewidziana wartość próbki P (wynosząca 10) zostanie dodana do wartości próbki różnicowej R (wynoszącej 2) i na szynę układu predykcji (16) wyprowadzona zostanie odtworzona próbka P o wartości 12.The hybrid prediction system (17) of the inverse conditional prediction module (23) is the same as in the conditional prediction module (7), but uses a smaller buffer, i.e. the subband sample buffer (28), to which already reconstructed subband samples are fed inverse prediction bus (33). Since typical predictors predict the value of a given sample based on the already processed samples from the previous and current subband rows, when the samples in the signal are arranged in raster order, it is enough for the subband sample buffer (28) to be able to hold at least 2 subband rows (as opposed to subband data (13) in the conditional prediction module (7), the capacity of which must be sufficient to accommodate all subband samples). The hybrid prediction system (17), having previously received from the differential signal decoding selector (30) the number K of the candidate predictor by means of which the prediction will be made, for a given sample of the differential signal R transmitted via the differential sample bus (20) receives the hybrid prediction system control bus ( 18) coordinates of the subband sample P after the DWT which will be reproduced on the basis of this sample of the differential signal R, and then using the already processed neighbors of the P sample read from the subband sample buffer (28), determines its predicted value and outputs it to the auxiliary bus (19) , and then the post-DWT subband sample P is reproduced as the sum of the difference sample R placed on the difference sample bus (20) and the predicted value of the corresponding post-DWT subband sample determined in the hybrid prediction system (17) and output to the auxiliary bus (19). For example, if the predictor MED was selected, the difference sample R in the differential sample bus (20) from which the P sample will be reconstructed is 2, and any already reconstructed samples that will be adjacent in the DWT subband to the P sample have the same value of 10, then the hybrid prediction system (17), based solely on the already reproduced samples adjacent to P, will use the MED predictor to predict that the value of the P sample is 10 and will output a sample of 10 to the auxiliary bus (19), after which the predicted P-sample value (of 10) will be added to the difference R-sample value (of 2) and the reconstructed P-sample of 12 will be output to the prediction system bus (16).

Claims

1. A hybrid image processing system, especially in acquisition, processing and storage or transmission devices that compress digital images using the DWT discrete wavelet transform and entropy coding, characterized in that it includes a DWT module (3) placed in the image processing path, which decomposes the image on subbands a before the entropy coding module (9) of the subbands obtained after the DWT module (3), the conditional prediction module (7) transforming selected subbands obtained after the DWT module (3) into the form of their differential signals, and in the differential signal of a given subband samples of this subband are transformed into difference samples, wherein the difference sample is determined for a given subband sample as the difference between the actual value of that subband sample and its predicted value using a predictor selected for all samples of a given subband including at least two candidate predictors, and the prediction is The accuracy of a sample of a given subband is preferably carried out by the predictor only on the basis of already transformed samples of this subband.

2. A system according to claim The method of claim 1, characterized in that the DWT module (3) and the entropy coding module (9) are built in accordance with the JPEG 2000 standard.

3. A system according to claim The conditional prediction module (7) transforms into a differential signal each such subband among the subbands obtained after the DWT module (3), whose entropy is greater than the entropy of its differential signal, and for a given subband for determining the difference samples, the selected is the one of the candidate predictors that produces the difference signal with the least entropy.

4. A system according to claim The conditional prediction module (7) transforms into a differential signal each such subband among the subbands obtained after the DWT module (3), the size of which after entropy coding is larger than the size of its differential signal after entropy coding, and for a given subband for the determination of difference samples, the one of the candidate predictors is selected, the use of which leads to obtaining the difference signal, the size of which after entropy coding is the smallest.

5. A system according to claim 1, characterized in that the candidate predictor is the MED predictor defined in the JPEG-LS standard.

6. The system of claim The image signal of claim 1, characterized in that the image signal at the input of the DWT module (3) comprises a sequence of D E-bit fields, each of which contains a signal sample representing the brightness of a single pixel, the fields being placed in the signal in raster order, from highest to lowest a located row, within a row from the leftmost to the rightmost pixel, where D is the number of image pixels, and the length E of the bit field is preferably 8 bits,

7. The system of claim 6, characterized in that the signal at the input of the DWT module (3) has signal samples representing image pixel brightnesses, which are placed after samples containing image metadata describing at least the dimensions of the image and the dynamic range of the image samples.

8. The system of claim The signal according to claim 1, characterized in that the signal at the input of the conditional prediction module (7) is in digital form, and for each subband obtained after the DWT module (3) it contains a sequence of bit fields containing subband samples placed in raster order.

9. The system of claim 8, characterized in that the signal at the input of the conditional prediction module (7) has for each subband obtained after the DWT module (3) samples of this subband, which are placed after the samples containing le subband metadata allowing to uniquely identify this subband and describing the dimensions of the subband and the range dynamic subband samples.

10. The system of claim 1, characterized in that after applying a zero-order DWT in the DWT module (3), if the entropy of the signal at the input of the conditional prediction module (7) is greater than the entropy of the differential signal determined for this signal, then the entire signal at the input of the conditional prediction module (7) is transformed into a difference signal, where the samples representing the pixels of the image are transformed in place of the DWT subband samples, and for the determination of the difference samples, the candidate predictor is selected, the use of which leads to the lowest entropy difference signal.

11. The system of claim 1, characterized in that after applying the zero-order DWT in the DWT module (3), if the size of the signal at the input of the conditional prediction module (7) after entropy coding is greater than the size of the entropy-coded difference signal determined for this signal, then the entire signal at the input of the module conditional prediction (7) is transformed into a difference signal, where the samples representing image pixels are transformed in place of the DWT subband samples, and the candidate predictor is selected to determine the difference samples, the use of which leads to a difference signal whose size after coding entropy is the smallest.

12. The system of claim The device according to claim 1, characterized in that it comprises one or more additional subband sample quantization modules (5) placed in the image processing path, and for the additional subband sample quantization module (5) placed before the entropy coding module (9) and after the DWT module (3 ), the conditional prediction module (7) is placed directly before the entropy coding module (9).

13. The system of claim The apparatus of claim 12, characterized in that an additional subband sample quantization module (5), which performs quantization of the subband samples obtained after the DWT module (3), is placed in the image processing path before the entropy coding module (9) and after the DWT module (3).

14. A method of hybrid image processing, especially in acquisition, processing and storage or transmission devices that compress digital images with the use of discrete wavelet transform DWT and entropy coding, characterized in that before carrying out entropy coding of subbands obtained after DWT, selected subbands obtained after DWT are transformed into in the form of their difference signals, wherein in the difference signal of a given subband, samples of that subband are transformed into difference samples, the difference sample being determined for a given subband sample as the difference between the actual value of that subband sample and its predicted value using a predictor selected for all samples of a given subband including at least two candidate predictors, and the prediction of the sample value is preferably performed on the basis of already transformed samples.

15. The method of claim The method according to claim 14, characterized in that each such sub-band, among the sub-bands obtained after DWT, whose entropy is greater than the entropy of its differential signal, is transformed into a difference signal, and the candidate predictor is selected for a given sub-band for determining the difference samples, the use of which leads to obtaining a differential signal with the smallest entropy.

16. The method of claim The method according to claim 14, characterized in that each such subband among the subbands obtained after DWT is transformed into a differential signal whose size after entropy coding is greater than the size of its difference signal after entropy coding, and for a given subband the one from candidate predictors, the use of which leads to obtaining the difference signal, the size of which after entropy coding is the smallest.

17. The method of claim The method of claim 14, wherein the DWT transformation and entropy coding are performed according to the JPEG 2000 standard.

18. The method of claim 14, characterized in that the candidate predictor is the MED predictor defined in the JPEG-LS standard.

19. The method of claim 14, characterized in that the DWT-transformed signal containing the image is in digital form and comprises a sequence of D E-bit fields, each of which contains a signal sample representing the brightness of a single pixel, and these fields are placed in the signal in raster order, i.e. from the highest to the bottommost row, and within a row from the leftmost to the rightmost pixel, where D is the number of pixels in the image, and the length E of the bit field is preferably 8 bits.

20. The method of claim The process according to claim 19, characterized in that in the DWT-transformed signal, the signal samples representing the brightness of the image pixels are placed after the samples containing the image metadata describing at least the dimensions of the image and the dynamic range of the image samples.

21. The method of claim The signal according to claim 14, characterized in that the signal containing the subbands obtained after the DWT is in digital form and for each subband obtained after the DWT comprises a sequence of bit fields containing the subband samples placed in raster order.

22. The method of claim 21, characterized in that in the signal containing subbands obtained after DWT, for each subband obtained after DWT, samples of this subband are placed after samples containing metadata of this subband, allowing to uniquely identify this subband and describing the dimensions of the subband and the dynamic range of the subband samples.

23. The method of claim 14, characterized in that for the zero-order DWT, if the entropy of the signal containing the image is greater than the entropy of the difference signal of the signal containing the image, then the entire signal containing the image is transformed into a difference signal, and samples representing the subband obtained after the DWT are transformed pixels of the image, and for the determination of difference samples, the candidate predictor is selected, the use of which leads to the difference signal with the least entropy.

24. The method of claim The method according to claim 14, characterized in that for the zero-order DWT, if the size of the signal containing the image after entropy coding is greater than the size of the entropy-encoded difference signal of the image signal, then the entire signal containing the image is transformed into a difference signal, and instead of samples of the subband obtained after In DWT, samples representing image pixels are transformed, and for the determination of difference samples, the candidate predictor is selected, the use of which leads to the difference signal, the size of which after entropy coding is the smallest.

25. The method of claim The method according to claim 14, characterized in that before entropy coding of the subbands obtained after DWT is performed, the signal containing them is subjected to additional signal transformations, preferably these transformations are performed before transforming the selected subbands after DWT into their difference signals.

26. The method of claim The method of claim 25, characterized in that the additional transformation is quantization of the subband samples obtained after the DWT.