Применение и реализации принципа постоянной цветовой яркости в цифровых системах кодирования видеоинформации
Ключевые слова:
принцип постоянной яркости, принцип постоянной цветовой яркости, целочисленные преобразования цветового пространства, сравнение преобразований цветового пространстваАннотация
Современные средства обработки потока видеоданных для цветового кодирования используют принцип постоянной яркости, предложенный при разработке аналоговой системы цветного телевидения NTSC. Этот принцип, как и его реализации, не свободен от недостатков: потеря информации о четкости кодируемых цветных изображений, ухудшение различимости ахроматических деталей по мере увеличения насыщенности цветов и другие. Кроме того, применение прореживания цветоразностных компонентов (4:2:2, 4:2:0, 4:1:1) в цифровых системах обработки видеоданных также искажает декодируемое видеоизображение. Для кодирования цветовой видеоинформации существует альтернативный подход — применение принципа постоянной цветовой яркости. В работе представлен сравнительный анализ принципов постоянной яркости и постоянной цветовой яркости. Показано, что при использовании принципа постоянной цветовой яркости можно получить выигрыш более 6 дБ. В работе предлагаются вещественная и целочисленные реализации принципа постоянной цветовой яркости. Выполнен сравнительный анализ разработанных реализаций и целочисленной реализации принципа постоянной яркости, показавший преимущество использования принципа постоянной цветовой яркости для некоторых современных процессоров. Повышения качества декодируемых изображений в цифровых системах кодирования видеоинформации можно достичь, применив принцип постоянной цветовой яркости.Литература
1. Кривошеев М.И., Кустарев А.К. Световые измерения в телевидении // М.: «Связь». 1973. 224 с.
2. Мешков В.В., Матвеев А.Б. Основы светотехники. Часть 2. Физическая оптика и колориметрия // М.: Энергоатомиздат. 1989. 432 с.
3. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений: издание 3-е, исправленное и дополненное, пер. с англ. // М.: Техносфера. 2012. 1104 с.
4. Кочин Л.Б. Методы и средства отображения цветовой видеоинформации // Балт. гос. техн. ун-т. СПб. 2012. 268 с.
5. Полосин Л.Л. Представление цветов в метрическом векторном пространстве // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2013. Вып. 2. C. 54–61.
6. Полосин Л.Л. Принцип постоянной цветовой яркости в телевидении // Телевизионная техника и связь. Спецвыпуск, посвященный 50-летию НИИТ. 1995. С. 28–37.
7. Ричардсон Я. Видеокодирование. H.264 и MPEG-4 — стандарты нового поколения // М.: Техносфера. 2005. 368 с.
8. Уваров Н.Е. Цифровая обработка изображений в телевизионных системах наблюдения и охраны // CCTV фокус. 2004. № 3. С. 56–61.
9. Борейшо А.С. и др. Комплексирование в оптоэлектронных системах // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89. № 3. С. 736–741.
10. Стремоухов М.В., Илюшин М.В., Дворядкин В.В. Кодирование изображений с малым динамическим диапазоном на основе нелинейной формирующей системы // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2016. № 58. С. 117–122.
11. Сухов Т.М., Беляев Е.А. Использование принципа постоянной цветовой яркости для передачи видеоинформации // Известия вузов. Приборостроение. 2011. Т. 1. С. 55–59.
12. Куценко С.А., Немцова С.Р., Мкртумов А.С., Цветков О.В. Теоретико-информационная характеристика качества изображений при их цифровом сжатии // Труды СПИИРАН. 2013. Вып. 8(31). С. 190–202.
13. Зубакин И.А., Ибатуллин С.М., Фахми Ш.С. Цыцулин А.К. Измерение качества видеоинформации на выходе цифрового кодера источника и его эффективности // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2016. № 4(27). С. 33–39.
14. Image Compression. Benchmark. The New Test Images. URL: http://imagecompression.info/test_images/ (дата обращения: 01.06.2017).
15. RECOMMENDATION ITU-R BT.601-7. Studio encoding parameters of digital television for standard 4:3 and wide-screen 16:9 aspect ratios. URL: http://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/bt/R-REC-BT.601-7-201103-I!!PDF-E.pdf (дата обращения: 07.06.2017).
16. Instruction tables. URL: http://www.agner.org/optimize/instruction_tables.pdf (дата обращения: 07.06.2017).
17. Cortex-A57 Software Optimization Guide. URL: http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.uan0015b/Cortex_A57_Software_Optimization_Guide_external.pdf (дата обращения: 07.06.2017).
18. Матвеев С.А. и др. Организация энергоинформационного обмена между устройствами управления формой трансформируемой антенны с применением волоконно-оптических технологий // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 11. С. 73–78.
19. Бей Н.А., Зимин В.Н. Трансформируемые антенны больших размеров для геостационарных космических аппаратов. // Антенны. 2005. Вып. 10(101). C. 24–27.
2. Мешков В.В., Матвеев А.Б. Основы светотехники. Часть 2. Физическая оптика и колориметрия // М.: Энергоатомиздат. 1989. 432 с.
3. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений: издание 3-е, исправленное и дополненное, пер. с англ. // М.: Техносфера. 2012. 1104 с.
4. Кочин Л.Б. Методы и средства отображения цветовой видеоинформации // Балт. гос. техн. ун-т. СПб. 2012. 268 с.
5. Полосин Л.Л. Представление цветов в метрическом векторном пространстве // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2013. Вып. 2. C. 54–61.
6. Полосин Л.Л. Принцип постоянной цветовой яркости в телевидении // Телевизионная техника и связь. Спецвыпуск, посвященный 50-летию НИИТ. 1995. С. 28–37.
7. Ричардсон Я. Видеокодирование. H.264 и MPEG-4 — стандарты нового поколения // М.: Техносфера. 2005. 368 с.
8. Уваров Н.Е. Цифровая обработка изображений в телевизионных системах наблюдения и охраны // CCTV фокус. 2004. № 3. С. 56–61.
9. Борейшо А.С. и др. Комплексирование в оптоэлектронных системах // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89. № 3. С. 736–741.
10. Стремоухов М.В., Илюшин М.В., Дворядкин В.В. Кодирование изображений с малым динамическим диапазоном на основе нелинейной формирующей системы // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2016. № 58. С. 117–122.
11. Сухов Т.М., Беляев Е.А. Использование принципа постоянной цветовой яркости для передачи видеоинформации // Известия вузов. Приборостроение. 2011. Т. 1. С. 55–59.
12. Куценко С.А., Немцова С.Р., Мкртумов А.С., Цветков О.В. Теоретико-информационная характеристика качества изображений при их цифровом сжатии // Труды СПИИРАН. 2013. Вып. 8(31). С. 190–202.
13. Зубакин И.А., Ибатуллин С.М., Фахми Ш.С. Цыцулин А.К. Измерение качества видеоинформации на выходе цифрового кодера источника и его эффективности // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2016. № 4(27). С. 33–39.
14. Image Compression. Benchmark. The New Test Images. URL: http://imagecompression.info/test_images/ (дата обращения: 01.06.2017).
15. RECOMMENDATION ITU-R BT.601-7. Studio encoding parameters of digital television for standard 4:3 and wide-screen 16:9 aspect ratios. URL: http://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/bt/R-REC-BT.601-7-201103-I!!PDF-E.pdf (дата обращения: 07.06.2017).
16. Instruction tables. URL: http://www.agner.org/optimize/instruction_tables.pdf (дата обращения: 07.06.2017).
17. Cortex-A57 Software Optimization Guide. URL: http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.uan0015b/Cortex_A57_Software_Optimization_Guide_external.pdf (дата обращения: 07.06.2017).
18. Матвеев С.А. и др. Организация энергоинформационного обмена между устройствами управления формой трансформируемой антенны с применением волоконно-оптических технологий // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 11. С. 73–78.
19. Бей Н.А., Зимин В.Н. Трансформируемые антенны больших размеров для геостационарных космических аппаратов. // Антенны. 2005. Вып. 10(101). C. 24–27.
Application and Implementations of the Principle of Constant Color Luminance in Digital Video Coding Systems
Abstract
Modern hardware systems of processing the video data stream for color coding apply the principle of constant brightness proposed in the development of the NTSC color coding system. This principle, like its implementation, is not free from drawbacks: loss of information on the clarity of the encoded color images, degradation of clarity in achromatic details and images as the color saturation increases, etc. In addition, the use of video data decoding formats in digital video data processing systems, such As 4:2:2, 4:2:0, 4:1:1, distorts the decoded video image. An alternative approach for encoding a color video stream is to apply the principle of constant color luminance. The work describes the coding according to the principle of constant color luminance. A comparative analysis of the transformed images is carried out with the help of the two principles given. The advantage of applying the principle of constant color brightness in digital video coding systems is shown. It is shown that using the principle of constant color brightness it is possible to obtain a gain of more than 6 dB. The implementation of the principle of constant color luminance for real and integer modern hardware platforms is described. A comparative analysis of the realizations of the principles of constant brightness and constant color luminance was carried out, showing the advantage of applying the principle of constant color luminance for some modern processors. The application of the principle of constant color luminance in digital video encoding systems can help improve the quality of recoverable color coded images.
Опубликован
2017-10-12
Как цитировать
Сухов, Т. М., Страхов, С. Ю., Кочин, Л. Б., & Беляев, Е. А. (2017). Применение и реализации принципа постоянной цветовой яркости в цифровых системах кодирования видеоинформации. Труды СПИИРАН, 5(54), 84-105. https://doi.org/10.15622/sp.54.4
Раздел
Методы управления и обработки информации
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).
