Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 11777-13:2018 Bộ mã hóa JPEG 2000 mức đầu vào

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 11777-13:2018

ISO/IEC 15444-13:2008

CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - HỆ THỐNG MÃ HÓA HÌNH ẢNH JPEG 2000 - BỘ MÃ HÓA JPEG 2000 MỨC ĐẦU VÀO

Information technology - JPEG 2000 image coding system - An entry level JPEG 2000 encoder

Lời nói đầu

TCVN 11777-13:2018 hoàn toàn tương đương ISO/IEC-15444-13:2008.

TCVN 11777-13:2018 do Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông biên soạn, Bộ Thông tin và Truyền thông đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - HỆ THỐNG MÃ HÓA HÌNH ẢNH JPEG 2000 - BỘ MÃ HÓA JPEG 2000 MỨC ĐẦU VÀO

Information technology - JPEG 2000 image coding system - An entry level JPEG 2000 encoder

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này định nghĩa một tập hợp các phương pháp nén tổn hao và không tổn hao đối với ảnh tĩnh số được mã hóa song mức, có tông màu xám liên tục, màu pha trộn hoặc tông màu liên tục. Tiêu chuẩn này:

- đặc tả các quy trình mã hóa có tính quy phạm nhưng không bắt buộc để biến đổi dữ liệu ảnh gốc thành dữ liệu ảnh nén JPEG 2000;

- đặc tả một tuyến mã hóa hoàn chỉnh để tạo ra một dòng mã phù hợp theo quy định tại Phần 1 Phụ lục A tiêu chuẩn ITU-T Rec T.800 | ISO / IEC 15.444-1;

- cung cấp hướng dẫn về quy trình mã hóa để biến đổi dữ liệu ảnh gốc thành dữ liệu ảnh nén;

- cung cấp hướng dẫn về cách thực hiện các quy trình mã hóa này trong thực tế.

Việc thực thi bộ mã hóa JPEG mức đầu vào phải:

- có tính quy phạm nhưng không bắt buộc; người thực hiện sẽ được phép lựa chọn công nghệ/ tuyến cần thiết để phù hợp với nhu cầu ứng dụng của họ;

- quy định thực hiện bộ mã hóa dòng mã JPEG 2000 Phần 1; thực hiện bộ mã hóa định dạng tập tin JP2;

- quy định một tuyến mã hóa hoàn chỉnh để tạo ra một dòng mã phù hợp theo quy định tại Phụ lục A của ITU-T Rec. T.800 | ISO / IEC 15.444-1:2004;

- bao gồm các công nghệ có trạng thái sở hữu trí tuệ rõ ràng được miễn phí bản quyền.

2  Tài liệu viện dẫn

Tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả sửa đổi, bổ sung (nếu có).

ITU-T Recommendation T.81 (1992) | ISO/IEC 10918-1:1994, Information technology - Digital compression and coding of continuous-tone still images: Requirements and guidelines. (Công nghệ thông tin - Nén số và mã hóa ảnh tĩnh tông màu liên tục: Các yêu cầu và hướng dẫn).

ITU-T Recommendation T.84 (1996) | ISO/IEC 10918-3:1997, Information technology - Digital compression and coding of continuous-tone still images: Extensions (Công nghệ thông tin - Nén số và mã hóa ảnh tĩnh tông màu liên tục: Phần mở rộng).

ITU-T Recommendation T.86 (1998) | ISO/IEC 10918-4:1999, Information technology - Digital compression and coding of continuous-tone still images: Registration of JPEG Profiles, SPIFF Profiles, SPIFF Tags, SPIFF Colour Spaces, APPn Markers, SPIFF Compression Types and Registration Authorities (REGAUT) (Công nghệ thông tin - Nén số và mã hóa ảnh tĩnh tông màu liên tục: Đăng ký lý lịch JPEG, lý lịch SPIFF, quá trình SPIFF, không gian màu SPIFF, mã đánh dấu APPn, loại nén SPIFF và thẩm quyền đăng ký (REGAUT)).

ITU-T Recommendation T.87 (1998) | ISO/IEC 14495-1:2000, Information technology - Lossless and near-lossless compression of continuous-tone still images - Baseline (Công nghệ thông tin - Nén không tổn thất và gần như không tổn thất các ảnh tĩnh tông màu liên tục: Các vấn đề cơ bản).

ITU-T Recommendation T.88 (2000) | ISO/IEC 14492:2001, Information technology - Lossy/lossless coding of bi-level images (Công nghệ thông tin - Nén tổn thất/không tổn thất các ảnh hai mức).

ITU-T Recommendation T.800 (2002) | ISO/IEC 15444-1:2004, Information technology - JPEG 2000 image coding system: Core coding system (Công nghệ thông tin - Hệ thống mã hóa ảnh: Hệ thống mã hóa lõi).

ITU-T Recommendation T.801 (2002) | ISO/IEC 15444-2:2004, Information technology - JPEG 2000 Image coding system: Extensions (Công nghệ thông tin - Hệ thống mã hóa ảnh: Phần mở rộng).

ITU-T Recommendation T.803 (2002) | ISO/IEC 15444-4:2004, Information technology - JPEG 2000 image coding system: Conformance testing (Công nghệ thông tin - Hệ thống mã hóa ảnh: Bài đo tuân thủ).

ITU-T Recommendation T.804 (2002) | ISO/IEC 15444-5:2003, Information technology - JPEG 2000 image coding system: Reference software (Công nghệ thông tin - Hệ thống mã hóa ảnh: Phần mềm tham chiếu).

3  Thuật ngữ, định nghĩa

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau đây.

3.1

Bộ lọc khả đảo 5-3 (5-3R)(5-3 reversible filter)

Một cặp bộ lọc đặc biệt được sử dụng trong biến đổi sóng con. Cặp bộ lọc khả đảo này có 5 nhánh thông thấp và 3 nhánh thông cao.

3.2

Bộ lọc không khả đảo 9-7 (9-7I) (9-7 irreversible filter)

Một cặp bộ lọc đặc biệt được sử dụng trong biến đổi sóng con. Cặp bộ lọc không khả đảo này có 9 nhánh thông thấp và 7 nhánh thông cao.

3.3

Bộ mã hóa số học (arithmetic coder)

Một bộ mã hóa entropy có thể biến đổi các chuỗi dữ liệu chiều dài thay đổi thành các mã chiều dài thay đổi (mã hóa) và ngược lại (giải mã).

3.4

Mặt phẳng bít (bit-plane)

Tổ chức bit dạng mảng hai chiều. Trong tiêu chuẩn này, mặt phẳng bít dùng để chỉ tất cả các bit có cùng biên độ trong tất cả các hệ số hoặc các mẫu. Chúng có thể là mặt phẳng bit trong thành phần ảnh, khối ảnh thành phần, khối mã, miền quan tâm, hoặc thành phần khác.

3.5

Dòng bit (bit stream)

Chuỗi các bít thực tế là kết quả của quá trình mã hóa một chuỗi các ký hiệu. Nó không bao gồm các mã đánh dấu hoặc đoạn mã đánh dấu trong các tiêu đề phần chính và tiêu đề phần khối ảnh hoặc mã đánh dấu EOC. Nó bao gồm tiêu đề gói bất kỳ, mã đánh dấu và đoạn mã đánh dấu trong dòng bít không có trong các tiêu đề phần chính hoặc phần khối ảnh.

3.6

Kênh (channel)

Thành phần logic của ảnh. Kênh có thể là đại diện trực tiếp của một thành phần ảnh từ dòng mã, hoặc có thể được tạo ra bởi việc ứng dụng bảng màu cho một thành phần ảnh từ dòng mã.

3.7

Quá trình loại bỏ dữ liệu thừa (cleanup pass)

Là một quá trình mã hóa được thực hiện trong một mặt phẳng bít đơn của một khối mã các hệ số. Có hai lần loại bỏ dữ liệu thừa, đó là quá trình mã hóa đầu tiên và duy nhất đối với mặt phẳng bít đầu tiên và quá trình mã hóa thứ ba và là cuối cùng của mọi mặt phẳng bít còn lại.

3.8

Dòng mã (codestream)

Tập hợp của một hoặc nhiều dòng bit và tiêu đề phần chính, các tiêu đề phần khối ảnh và mã đánh dấu EOC cần thiết để giải mã chúng và mở rộng vào trong dữ liệu ảnh. Đây là các dữ liệu ảnh dạng nén với tất cả các mã đánh dấu cần thiết để giải mã.

3.9

Khối mã (code-block)

Một nhóm hình chữ nhật gồm các hệ số từ các băng con giống nhau của một thành phần khối ảnh.

3.10

Bộ mã (coder)

Bộ phận thực hiện quy trình mã hóa hoặc giải mã.

3.11

Quá trình mã hóa (coding pass)

Là một quá trình hoàn chỉnh thông qua một khối mã mà áp dụng các giá trị hệ số và ngữ cảnh thích hợp. Có ba loại quá trình mã hóa: quá trình lan truyền có nghĩa, quá trình tinh chỉnh cường độ và quá trình loại bỏ dữ liệu thừa. Kết quả của từng quá trình là một dòng dữ liệu ảnh nén.

3.12

Hệ số (coefficient)

Các giá trị là kết quả của một phép biến đổi.

3.13

Thành phần ảnh (component)

Mảng hai chiều của các mẫu. Một ảnh điển hình bao gồm một vài thành phần như đỏ, xanh lá cây và xanh da trời.

3.14

Ngữ cảnh (context)

Hàm của hệ số được giải mã trước đó và được sử dụng làm điều kiện để giải mã hệ số hiện tại.

3.15

Bộ giải mã (decoder)

Bộ phận thực hiện quy trình giải mã, và quy trình biến đổi màu tùy chọn.

3.16

Quy trình giải mã (decoding process)

Quy trình mà đầu vào là toàn bộ hoặc một phần của một dòng mã và kết quả đầu ra là toàn bộ hoặc một phần của ảnh phục dựng.

3.17

Mức phân tách (decomposition level)

Một tập hợp các băng con mà mỗi hệ số có cùng tác động không gian hoặc khoảng cách so với mẫu gốc. Chúng bao gồm các băng con HL, LH và HH của phân tách băng con hai chiều. Đối với mức phân tách cuối cùng, bao gồm cả băng con LL.

3.18

Biến đổi sóng con rời rạc (discrete wavelet transformation (DWT))

Một biến đổi lặp đi lặp lại biến một tín hiệu thành hai hoặc nhiều tín hiệu được lọc và bị lược bỏ tương ứng với các dải tần khác nhau. Biến đổi này hoạt động trên các thành phần lấy mẫu rời rạc trong miền không gian.

3.19

Bộ mã hóa (encoder)

Bộ phận thực hiện cho quy trình mã hóa.

3.20

Quy trình mã hóa (encoding process)

Quy trình mà đầu vào là toàn bộ hoặc một phần của dữ liệu ảnh gốc và kết quả đầu ra là dòng mã.

3.21

Định dạng tập tin (file format)

Dòng mã, dữ liệu hỗ trợ bổ sung và thông tin không được chỉ định yêu cầu trực tiếp cho giải mã dòng mã. Các ví dụ về dữ liệu hỗ trợ bao gồm các trường văn bản cung cấp để đặt tên, thông tin bảo mật và lịch sử, dữ liệu để hỗ trợ cho việc phân bố nhiều dòng mã trong một tệp dữ liệu cho trước, và dữ liệu để hỗ trợ trao đổi giữa các nền tảng hoặc chuyển đổi sang các định dạng tệp tin khác.

3.22

Bit bảo vệ (guard bits)

Là những bit bổ sung quan trọng nhất được thêm vào để lấy mẫu dữ liệu.

3.23

Tiêu đề (header)

Là một phần của dòng mã chứa các mã đánh dấu và đoạn mã đánh dấu (tiêu đề phần chính và tiêu đề phần khối ảnh) hoặc phần báo hiệu của gói tin (tiêu đề gói tin) dòng mã.

3.24

Vùng ảnh (image area)

Phần hình chữ nhật của lưới tọa độ tham chiếu, được xác định bởi các độ lệch từ điểm gốc đến các phần mở rộng của lưới tọa độ tham chiếu.

3.25

Độ lệch vùng ảnh (image area offset)

Số lượng các điểm lưới tọa độ phía dưới và bên phải so với điểm gốc lưới tọa độ tham chiếu để xác định vị trí điểm gốc của vùng ảnh.

3.26

Không khả đảo (irreversible)

Tiến trình biến đổi, lũy tiến, hệ thống, lượng tử hóa hoặc các tiến trình khác mà không cho phép phục dựng bằng phương pháp không tổn hao do có lỗi lượng tử hóa hoặc lỗi hệ thống. Tiến trình không khả đảo chỉ có thể sử dụng trong nén tổn hao.

3.27

JP2

Tên của định dạng tập tin được định nghĩ trong tiêu chuẩn ITU-T Rec. T.800 | ISO/IEC 15444-1.

3.28

JPEG

Sử dụng để tham khảo toàn cầu cho quy trình mã hóa và giải mã theo các tiêu chuẩn quốc tế sau đây:

- Khuyến nghị ITU-T T.81 (1992) | ISO/IEC 10918-1:1994, Công nghệ thông tin - Nén số và mã hóa ảnh tĩnh có sắc độ liên tục: Yêu cầu và hướng dẫn.

- Khuyến nghị ITU-T T.83 (1994) | ISO/IEC 10918-2:1995, Công nghệ thông tin - Nén số và mã hóa ảnh tĩnh có tông màu liên tục: Bài đo tuân thủ.

- Khuyến nghị ITU-T T.84 (1996) | ISO/IEC 10918-3:1997, Công nghệ thông tin - Nén số và mã hóa ảnh tĩnh có tông màu liên tục: Phần mở rộng.

- Khuyến nghị ITU-T T.84 (1996)/Amd.1 (1999), Công nghệ thông tin - Nén số và mã hóa ảnh tĩnh có tông màu liên tục: Phần mở rộng - Sửa đổi 1: Các quy định cho phép đăng ký loại và phiên bản mới trong tiêu đề SPIFF.

Khuyến nghị ITU-T T.86 (1998) | ISO/IEC 10918-4, Công nghệ thông tin - Nén số và mã hóa ảnh tĩnh tông màu liên tục: Đăng ký lý lịch JPEG, lý lịch SPIFF, quá trình SPIFF, không gian màu SPIFF, mã đánh dấu APPn, loại nén SPIFF và thẩm quyền đăng ký (REGAUT)).

3.29

JPEG2000

Sử dụng để tham khảo toàn cầu cho quy trình mã hóa và giải mã theo tiêu chuẩn này và sự hiện diện của chúng trong các ứng dụng.

3.30

File JPX

Khuôn dạng file JPEG 2000 được định nghĩa bởi Rec. T.801 | ISO/IEC 15444-2:2004

3.31

Lớp (layer)

Tập hợp các dữ liệu ảnh nén từ các quy trình mã hóa của một hoặc nhiều khối mã của khối ảnh thành phần. Các lớp có một thứ tự cho quá trình mã hóa và giải mã, chúng phải được bảo toàn.

3.32

Không tổn hao (lossless)

Một thuật ngữ mô tả ảnh hưởng của quy trình mã hóa và giải mã toàn bộ ảnh trong đó đầu ra của quy trình giải mã giống hệt với đầu vào của quy trình mã hóa. Việc phục dựng không méo được đảm bảo. Tất cả quy trình mã hóa hoặc các bước được sử dụng cho quy trình mã hóa và giải mã có thể khả đảo.

3.33

Tổn hao (lossy)

Một thuật ngữ mô tả ảnh hưởng của quy trình mã hóa và giải mã toàn bộ ảnh trong đó đầu ra của quy trình giải mã không giống với đầu vào của quy trình mã hóa. Xuất hiện méo (xét về mặt toán học). Ít nhất một trong các quy trình mã hóa hoặc các bước được sử dụng cho quy trình mã hóa và giải mã không khả đảo.

3.34

Quá trình tinh chỉnh cường độ (magnitude refinement pass)

Một loại trong 3 loại quá trình mã hóa

3.35

Phần tiêu đề chính (main header)

Một nhóm các mã đánh dấu và đoạn mã đánh dấu tại đầu của dòng mã mô tả các tham số ảnh và tham số mã hóa mà có thể áp dụng cho mọi khối ảnh và khối ảnh thành phần.

3.36

Mã đánh dấu (marker)

Một mã hai byte trong đó byte đầu tiên là FF (0xFF) hệ thập lục phân và byte thứ hai là giá trị trong khoảng 1 (0x01) đến FE (0xFE) hệ thập lục phân.

3.37

Đoạn mã đánh dấu (marker segment)

Một mã đánh dấu và tập các tham số đi kèm (không rỗng).

3.38

Gói tin (packet)

Một phần của dòng bít bao gồm tiêu đề gói tin và dữ liệu ảnh nén từ một lớp của một phân khu ảnh ở một mức phân giải trong khối ảnh thành phần.

3.39

Tiêu đề gói tin (packet header)

Một phần của gói tin chứa các tín hiệu cần thiết để giải mã gói.

3.40

Phân khu ảnh (Precinct)

Vùng chữ nhật của khối ảnh thành phần, được biến đổi tại cùng mức phân giải được sử dụng để giới hạn kích thước gói tin.

3.41

Độ chính xác (precision)

Số lượng bít được chỉ định cho một mẫu, hệ số cụ thể hoặc khác biểu diễn dưới dạng số nhị phân khác.

3.42

Quá trình lũy tiến (progression)

Thứ tự trong một dòng mã trong đó quá trình giải mã từng bít liên tiếp đóng góp vào việc phục dựng ảnh "tốt hơn". Các xác định các tham số để phục dựng ảnh "tốt hơn" là một chức năng của ứng dụng. Một vài ví dụ của quá trình lũy tiến là tăng độ phân giải hoặc cải thiện độ chính xác mẫu.

3.43

Lượng tử hóa (quantization)

Một phương pháp giảm độ chính xác của các hệ số riêng nhằm giảm số lượng bit dùng cho mã hóa entropy. Nó tương đương với chức năng nén và mở rộng đồng thời cùng giải nén. Lượng tử hóa có thể thực hiện bởi một phép tính chi tiết với giá trị lượng tử cho trước hoặc bằng cách bỏ qua (cắt bỏ) các quá trình mã hóa từ dòng mã.

3.44.

Lưới tọa độ tham chiếu (reference grid)

Một mảng các điểm lưới tọa độ chữ nhật được sử dụng làm tham chiếu cho các mảng dữ liệu chữ nhật khác. Ví dụ bao gồm các thành phần ảnh và khối ảnh.

3.45

Vùng quan tâm (region of interest (ROI))

Tập hợp các hệ số được xem xét phù hợp với kích cỡ được định nghĩa bởi người dùng.

3.46

Mức phân giải (resolution level)

Tương đương với mức phân tách với một ngoại lệ: các băng con LL cũng là một mức phân giải riêng.

3.47

Khả đảo (reversible)

Quá trình biến đổi, lũy tiến hoặc quá trình khác không gặp lỗi có tính hệ thống hoặc lỗi lượng tử hóa, cho phép khôi phục tín hiệu không tổn hao.

3.48

Ký hiệu phân đoạn (segmentation symbol)

Một ký hiệu đặc biệt được mã hóa với ngữ cảnh thống nhất tại cuối mỗi quá trình mã hóa cho khả năng phục hồi lỗi.

3.49

Bỏ qua quá trình mã hóa số học lựa chọn (selective arithmetic coding bypass)

Một loại mã hóa mà một số quá trình mã hóa khối mã không được thực hiện bởi bộ mã hóa số học. Thay vào đó các bit được mã hóa được gắn trực tiếp với dòng bit mà không cần mã hóa.

3.50

Quá trình lan truyền có nghĩa (significance propagation pass)

Là một quá trình mã hóa được thực hiện trên một mặt phẳng bít của một khối mã các hệ số.

3.51

Băng con (subband)

Một nhóm các hệ số biến đổi là kết quả của một loạt các tính toán lọc thông thấp và thông cao, theo cả chiều ngang và chiều dọc.

3.52

Khối ảnh (tile)

Mảng các điểm lưới tọa độ chữ nhật trên lưới tọa độ tham chiếu, được ghi nhận bằng độ lệch từ điểm gốc lưới tọa độ tham chiếu và được xác định cả chiều cao và chiều rộng. Các khối ảnh có thể chồng lấn sử dụng để xác định khối ảnh thành phần.

3.53

Khối ảnh thành phần (tile-component)

Tất cả các mẫu của thành phần ảnh cho trước trong một khối ảnh.

3.54

Chỉ số khối ảnh (tile index)

Chỉ số của khối ảnh hiện tại có phạm vi từ không đến số lượng khối ảnh trừ một.

3.55

Một phần khối ảnh (tile-part)

Một đoạn của dòng mã với dữ liệu ảnh nén cho một số hoặc tất cả khối ảnh. Phần khối ảnh bao gồm ít nhất một cho đến tất cả các gói tin tạo nên khối ảnh được mã hóa.

3.56

Tiêu đề phần khối ảnh (tile-part header)

Một nhóm các mã đánh dấu và các đoạn mã đánh dấu tại đầu mỗi phần khối ảnh trong dòng mã mô tả các thông số mã hóa phần khối ảnh.

3.57

Chỉ số phần khối ảnh (tile-part index)

Chỉ số của phần khối ảnh hiện tại trong phạm vi từ không đến số lượng các phần khối ảnh trừ một trong một khối ảnh cho trước.

3.58

Biến đổi (transformation)

Ánh xạ toán học từ không gian tín hiệu này sang không gian tín hiệu khác.

4  Chữ viết tắt và ký hiệu

4.1  Chữ viết tắt

4.2  Ký hiệu

0x----  Biểu thị một số thập lục phân

\nnn  Một số có ba chữ số bắt đầu bằng một dấu gạch chéo ngược cho thấy giá trị của một byte duy nhất trong một chuỗi ký tự, trong đó ba chữ số xác định giá trị bát phân của byte

ε_b  Số mũ của giá trị lượng tử cho một băng con quy định tại QCD và QCC

μ_b  Phần định trị của giá trị lượng tử cho một băng con quy định tại QCD và QCC

M_b  Số tối đa các mặt phẳng bit được mã hóa trong một khối mã cho trước

N_L  Số các mức phân giải theo quy định tại COD và COC

R_b  Dải động của một mẫu thành phần theo quy định tại SIZ

COC  Mã đánh dấu thành phần loại mã hóa

COD  Mã đánh dấu mặc định loại mã hóa

COM  Mã đánh dấu nhận xét

CRG  Mã đánh dấu đăng ký thành phần

EOC  Kết thúc mã đánh dấu dòng mã

EPH  Kết thúc mã đánh dấu tiêu đề gói

PLM  Mã đánh dấu tiêu đề chính, chiều dài gói

PLT  Mã đánh dấu tiêu đề phần khối ảnh, chiều dài gói

POC  Mã đánh dấu thay đổi thứ tự chuỗi

PPM  Mã đánh dấu tiêu đề chính, các tiêu đề gói được đóng gói

PPT  Mã đánh dấu tiêu đề phần khối ảnh, các tiêu đề gói được đóng gói

QCC  Mã đánh dấu thành phần lượng tử hóa

QCD  Mã đánh dấu mặc định lượng tử hóa

RGN  Mã đánh dấu vùng được quan tâm

SIZ  Mã đánh dấu kích thước khối ảnh và ảnh

SOC  Khởi đầu của mã đánh dấu dòng mã

SOD  Khởi đầu của mã đánh dấu dữ liệu

SOP  Khởi đầu của mã đánh dấu gói

SOT  Khởi đầu của mã đánh dấu phần khối ảnh

TLM  Mã đánh dấu chiều dài phần khối ảnh

5  Mô tả chung

5.1  Dòng mã

Khái niệm dòng mã tương tự với dòng mã trong tiêu chuẩn ITU-T Rec. T.800 | ISO / IEC 15.444-1: 2004.

5.2  Nguyên lý mã hóa

Các thủ tục chính của tiêu chuẩn này được thể hiện trong Hình 1. Hình này cho thấy trình tự mã hóa - trình tự ngược lại của sơ đồ khối hình 5-1 trong ITU-T Rec. T.800 | ISO / IEC 15.444-1: 2004.

Hình 1 - Sơ đồ khối kỹ thuật

Các thủ tục cụ thể được thể hiện trong các phụ lục. Quy trình mã hóa được tóm tắt dưới đây.

Nhiều ảnh có đa thành phần. Kỹ thuật mã hóa trong tiêu chuẩn này biến đổi đa thành phần thành về tương quan với ba thành phần. Đây là chức năng duy nhất trong kỹ thuật này có liên quan các thành phần với nhau. (Xem Phụ lục G).

Các thành phần ảnh có thể được chia thành các khối ảnh. Những khối ảnh thành phần này là các mảng hình chữ nhật có liên quan đến vị trí của mỗi thành phần giống nhau tạo nên ảnh. Do đó, việc cắt lát ảnh tạo ra các khối ảnh thành phần được mã hóa độc lập với nhau. Khối ảnh này cung cấp một trong những phương pháp mã hóa một vùng ảnh. (Xem Phụ lục B).

Các khối ảnh thành phần bao gồm các mức phân tách khác nhau nhờ sử dụng biến đổi sóng con. Các mức phân tách này có chứa một số băng con gắn với các hệ số mô tả các đặc tính tần số không gian ngang và dọc của các khối ảnh thành phần gốc. Các hệ số cung cấp thông tin tần số về một khu vực cục bộ, chứ không phải là toàn bộ ảnh như biến đổi Fourier. Mức độ phân tách này liên quan đến mức độ phân tách tiếp theo bởi một yếu tố không gian của cả hai. Nghĩa là, mỗi mức phân tách liên tiếp của các băng con có khoảng một nửa phân giải theo chiều ngang và một nửa phân giải theo chiều dọc của mức độ phân tách trước đó. (Xem Phụ lục F).

Mặc dù có nhiều hệ số như các mẫu, nội dung thông tin có xu hướng tập trung chỉ trong một vài hệ số. Thông qua lượng tử, nội dung thông tin của một số lượng lớn các hệ số biên độ nhỏ được giảm đi (Phụ lục E). Việc xử lý thêm bởi các bộ mã hóa entropy làm giảm số lượng bit cần thiết để biểu diễn các hệ số lượng tử hóa này. (Xem Phụ lục C, D và B).

Các băng con riêng lẻ của một khối ảnh thành phần được chia thành các khối mã. Những mảng hình chữ nhật của các hệ số có thể được trích xuất độc lập. Các mặt phẳng bít riêng biệt của các hệ số trong một khối mã được mã hóa với ba quá trình mã hóa. Mỗi một quá trình mã hóa thu thập thông tin theo ngữ cảnh về các dữ liệu ảnh được nén theo mặt phẳng bít. (Xem Phụ lục D).

Một bộ mã hóa số học sử dụng thông tin ngữ cảnh này và trạng thái bên trong của nó để mã hóa các hệ số. (Xem Phụ lục C) Các kỹ thuật kết cuối khác nhau cho phép các mức khai thác độc lập dữ liệu ảnh được nén theo quá trình mã hóa khác nhau.

Dữ liệu ảnh nén theo dòng bít được tạo ra từ các quá trình mã hóa được nhóm vào các lớp. Các lớp là các nhóm bất kỳ của các quá trình mã hóa từ các khối mã. (Xem Phụ lục B)

Các hệ số băng con ở mỗi mức phân giải được phân chia thành các vùng hình chữ nhật được gọi là giới hạn. (Xem Phụ lục B).

Các gói tin là một đơn vị cơ bản của dòng mã nén. Gói tin chứa dữ liệu ảnh nén từ một lớp giới hạn mức phân giải của khối ảnh thành phần. Các gói cung cấp một phương pháp khác để trích xuất một vùng không gian độc lập với dòng mã. Các gói này được xen kẽ trong dòng mã bằng cách sử dụng một vài phương pháp khác nhau. (Xem Phụ lục B).

Một kỹ thuật cho phép dữ liệu ảnh nén tương ứng với các miền quan tâm trong các thành phần khối ảnh ban đầu được mã hóa và được đặt trước trong dòng bit. (Xem Phụ lục H).

Một số kỹ thuật cho phép phát hiện và che giấu lỗi bit có thể xảy ra trên một kênh truyền có nhiễu. (Xem Phụ lục D).

Dòng mã gắn với một khối ảnh, được tổ chức trong các gói tin và sắp xếp trong một hoặc nhiều phần khối ảnh. Một tiêu đề phần khối ảnh, bao gồm một loạt các mã đánh dấu và phân đoạn mã đánh dấu, chứa thông tin về các kỹ thuật khác nhau và loại mã hóa cần thiết để xác định vị trí, trích xuất, giải mã và tái tạo mỗi khối ảnh thành phần. Vào lúc bắt đầu của toàn bộ dòng mã là một tiêu đề chính, bao gồm các mã đánh dấu và các đoạn mã đánh dấu, cung cấp thông tin tương tự cũng như các thông tin về ảnh ban đầu. (Xem Phụ lục A).

Dòng mã nằm trong một khuôn dạng tập tin, cho phép các ứng dụng thể hiện ý nghĩa và các thông tin khác về ảnh. Khuôn dạng tập tin có thể chứa dữ liệu ngoài dòng mã. (Xem Phụ lục I).

Tóm lại, thủ tục phân chia ảnh ban đầu như sau:

- Các thành phần của ảnh được chia thành các khối ảnh chữ nhật. Khối ảnh thành phần là đơn vị cơ bản của ảnh ban đầu hoặc ảnh được phục dựng.

- Thực hiện việc biến đổi sóng con trên khối ảnh thành phần tạo ra các mức phân tách.

- Các mức phân tách được tạo thành từ các băng con của các hệ số mô tả đặc tính tần số của các vùng cục bộ (chứ không phải trên toàn bộ khối ảnh thành phần) của khối ảnh thành phần.

- Các băng con của các hệ số được lượng tử hóa và được tập hợp vào mảng chữ nhật của khối mã.

- Mỗi mặt phẳng bit của các hệ số trong một khối mã được mã hóa entropy vào ba loại quá trình mã hóa.

- Một số hệ số có thể được mã hóa trước cung cấp một miền quan tâm.

Tại thời điểm này, các dữ liệu ảnh biến đổi hoàn toàn thành dữ liệu ảnh nén. Các thủ tục ghép lại các đơn vị dòng bit vào dòng mã như sau:

- Dữ liệu ảnh nén từ quá trình mã hóa được tập hợp vào các lớp.

- Các gói tin bao gồm dữ liệu ảnh nén từ một khu vực của một lớp mức phân giải của khối ảnh thành phần. Các gói dữ liệu là đơn vị cơ bản của dữ liệu ảnh nén.

- Tất cả các gói dữ liệu từ một khối ảnh được đan xen trong một số các dãy và đặt trong một hoặc nhiều phần khối ảnh.

- Các phần khối ảnh có một tiêu đề phần khối ảnh mô tả và được đan xen trong một số dãy.

- Các dòng mã có một tiêu đề chính khi bắt đầu mô tả ảnh ban đầu và nhiều loại mã hóa, phân tách khác nhau.

- Khuôn dạng tập tin mô tả ý nghĩa của ảnh và các thành phần của nó trong ngữ cảnh ứng dụng.

6  Yêu cầu bộ mã hóa

6.1  Yêu cầu chung

Quy trình mã hóa biến đổi dữ liệu ảnh gốc thành dữ liệu ảnh nén. Phụ lục A, B, C, D, E, F, G và H mô tả quy trình mã hóa. Tất cả quy trình mã hóa được quy chuẩn. Bộ mã hóa là hiện thân của quy trình mã hóa. Trong tiêu chuẩn này, bộ mã hóa sẽ biến đổi dữ liệu ảnh gốc thành dữ liệu ảnh nén với các cú pháp dòng mã quy định tại Phụ lục A.

Không có yêu cầu thực hiện cụ thể nào cho bộ mã hóa. Trong một số trường hợp, các mô tả sử dụng các kỹ thuật thực hiện cụ thể cho mục đích minh họa.

Định nghĩa một bộ mã hóa mức cơ bản được chia thành ba nhóm:

- Chức năng bộ mã hóa;

- Thực hiện;

- Mô tả dòng mã.

6.2  Định nghĩa chức năng bộ mã hóa

Có bốn loại mã hóa được mô tả trong tiêu chuẩn này:

- Mã hóa màu sắc không tổn hao;

- Mã hóa màu sắc có tổn hao;

- Mã hóa thang màu xám không tổn hao;

- Mã hóa thang màu xám có tổn hao.

Định nghĩa của ảnh và thứ tự dữ liệu nén được áp dụng phổ biến trên bốn loại. Bảng 1 cho thấy định nghĩa của ảnh và thứ tự dữ liệu nén. Tài liệu tham khảo của Bảng 1 được mô tả trong Phụ lục B.

Bảng 1 - Định nghĩa chức năng của ảnh và thứ tự dữ liệu nén

6.14.1  Mã hóa màu sắc không tổn hao

Quy trình mã hóa màu sắc không tổn hao được thể hiện trong Hình 2. Bởi vì, khái niệm cơ bản của mã hóa màu sắc không tổn hao là không tổn hao trao đổi ảnh màu nên biến đổi thành phần khả đảo (RCT) và biến đổi sóng con khả đảo (5-3R) sẽ được thực hiện. Ngoài ra, lượng tử vô hướng không được thực hiện. Nó có thể được sử dụng trong dòng mã cụt để cung cấp nén tổn hao.

Định nghĩa chức năng của mã hóa màu sắc không tổn hao được thể hiện trong Bảng 2.

Hình 2 - Sơ đồ khối mã màu sắc không tổn hao

Bảng 2 - Định nghĩa chức năng của mã hóa màu sắc không tổn hao

6.43.1  Mã hóa màu sắc có tổn hao

Quy trình mã hóa màu sắc có tổn hao được thể hiện trong hình 3. Mã hóa màu sắc có tổn hao có một số kết quả như hiệu suất nén cao hoặc kích thước dòng mã cố định. Biến đổi thành phần không khả đảo (ICT) và biến đổi sóng con không khả đảo (9-7I) sẽ được thực hiện. Lượng tử vô hướng có thể được thực hiện.

Định nghĩa chức năng của mã hóa màu sắc có tổn hao được thể hiện trong Bảng 3.

Hình 3 - Sơ đồ khối mã màu sắc có tổn hao

Bảng 3 - Định nghĩa chức năng mã hóa màu sắc có tổn hao

6.74.1  Mã hóa thang màu xám không tổn hao

Quy trình mã hóa thang màu xám không tổn hao được thể hiện trong Hình 4. Khái niệm cơ bản của mã hóa thang màu xám không tổn hao gần giống như mã hóa màu sắc không tổn hao, nhưng ảnh gốc thay đổi màu thành thang màu xám. Biến đổi sóng con khả đảo (5-3R) sẽ được thực hiện. Biến đổi thành phần và lượng tử vô hướng không được thực hiện. Nó có thể được sử dụng trong dòng mã cụt để cung cấp nén tổn hao.

Định nghĩa chức năng của mã hóa thang màu xám không tổn hao được thể hiện trong Bảng 4.

Hình 4 - Sơ đồ khối mã thang màu xám không tổn hao

Bảng 4 - Định nghĩa chức năng mã hóa thang màu xám không tổn hao

6.99.1  Mã hóa thang màu xám có tổn hao

Quy trình mã hóa thang màu xám có tổn hao được thể hiện trong hình 5. Khái niệm về mã hóa thang màu xám có tổn hao gần giống như mã hóa màu sắc có tổn hao, nhưng ảnh gốc thay đổi màu thành thang màu xám. Biến đổi sóng con không khả đảo (9-7I) sẽ được thực hiện. Lượng tử vô hướng có thể được thực hiện. Biến đổi thành phần sẽ không được thực hiện.

Định nghĩa chức năng của mã hóa thang màu xám có tổn hao được thể hiện trong Bảng 5.

Hình 5 - Sơ đồ khối mã thang màu xám có tổn hao

Bảng 5 - Định nghĩa chức năng mã hóa thang màu xám có tổn hao

6.127  Thực hiện

Không có thực hiện cụ thể cần thiết cho Tiêu chuẩn này.

Định nghĩa sự thực hiện được thể hiện trong Bảng 6: tất cả các tài liệu tham khảo của Bảng 6 được mô tả trong Phụ lục J trong ITU-T Rec. T.800 | ISO / IEC 15.444-1: 2004.

Bảng 6 - Định nghĩa sự thực hiện

6.135  Mô tả dòng mã

Mọi dữ liệu ảnh nén sẽ tuân theo cú pháp và gán mã thích hợp cho quy trình mã hóa được định nghĩa trong ITU-T Rec. T.800 | ISO / IEC 15.444-1: 2004.

ITU-T Rec. T.803 | ISO / IEC 15.444-4: 2004 (JPEG 2000 Phần 4) mô tả một định nghĩa về tuân thủ hoặc tương thích.

Mục này xác định việc sử dụng một phân đoạn mã đánh dấu đặc biệt cho một bộ mã hóa.

Mô tả dòng mã được thể hiện trong Bảng 7: tất cả các tài liệu tham khảo của Bảng 7 được mô tả trong Phụ lục A trong ITU T Rec. T.800 | ISO / IEC 15.444-1: 2004.

Bảng 7 - Mô tả dòng mã

7  Yêu cầu định dạng tập tin tùy chọn

Phụ lục I trong ITU-T Rec. T.800 | ISO / IEC 15.444-1: 2004 mô tả định dạng tập tin tùy chọn chứa siêu dữ liệu về ảnh và được bổ sung vào dòng mã. Dữ liệu này cho phép hiển thị màn hình hoặc in ra với độ phân giải cụ thể. Khi được sử dụng, định dạng tập tin tùy chọn sẽ tuân theo cú pháp định dạng tập tin và gán mã thích hợp cho quy trình mã hóa được định nghĩa trong ITU-T Rec. T.800 | ISO / IEC 15.444-1: 2004.

Phụ lục A

(Quy định)

Cú pháp dòng mã

Áp dụng Phụ lục A của ISO/IEC 15444-14:2004.

Phụ lục B

(Quy định)

Ảnh và sắp xếp dữ liệu ảnh nén

Áp dụng Phụ lục B của ISO/IEC 15444-14:2004.

Phụ lục C

(Quy định)

Mã hóa entropy số học

C.1  Mã hóa nhị phân

Hình C.1 mô tả sơ đồ khối của bộ mã hóa số học thích ứng nhị phân. Cặp quyết định (D) và ngữ cảnh (CX) cùng được xử lý để tạo ra đầu ra dữ liệu ảnh nén (CD). Cả D và CX được cung cấp bởi khối mô hình (không được biểu diễn), CX lựa chọn ước tính xác suất để sử dụng trong suốt quy trình mã hóa của D. Trong tiêu chuẩn này, CX là một mã đánh dấu ngữ cảnh.

Hình C.1 - Các đầu vào và đầu ra bộ mã hóa số học

C.1.1  Phân chia khoảng đệ quy

Phân chia khoảng xác suất đệ quy của mã hóa Elias là cơ sở cho quy trình mã hóa số học nhị phân. Với mỗi quyết định nhị phân, khoảng xác suất hiện tại được chia thành hai khoảng con và chuỗi mã được thay đổi (nếu cần thiết) để nó trỏ đến gốc (giới hạn thấp hơn) của khoảng con xác suất được gán cho ký hiệu xuất hiện.

Trong phân chia khoảng hiện tại thành hai khoảng con thì khoảng con cho các ký hiệu có thể xảy ra nhiều hơn (MPS) được đặt trên khoảng con cho ký hiệu ít có thể xảy (LPS). Vì vậy, khi MPS được mã hóa thì các khoảng con LPS được thêm vào chuỗi mã. Quy ước mã hóa này yêu cầu rằng các ký hiệu được công nhận là MPS hoặc LPS, chứ không phải là 0 hoặc 1. Do đó, kích thước của khoảng LPS và phương của MPS cho mỗi quyết định phải được biết theo thứ tự để mã hóa quyết định đó.

Khi chuỗi mã luôn chỉ đến gốc của khoảng hiện tại thì quy trình giải mã là một vấn đề xác định đối với mỗi quyết định mà khoảng con được trỏ đến bởi các dữ liệu ảnh nén. Điều này cũng được thực hiện một cách đệ quy, sử dụng cùng một quy trình phân chia khoảng như trong bộ mã hóa. Mỗi khi một quyết định được giải mã, bộ giải mã trừ đi khoảng mà bộ mã hóa thêm vào chuỗi mã. Do đó, chuỗi mã trong bộ giải mã là một con trỏ vào khoảng hiện tại tùy theo gốc của khoảng hiện tại. Khi quy trình mã hóa liên quan đến việc thêm các phân số nhị phân chứ không phải phép nối các từ mã số nguyên thì các quyết định nhị phân có thể xảy ra nhiều hơn được mã hóa với chi phí ít hơn nhiều so với quyết định trên một bit.

C.1.2  Phép xấp xỉ và quy ước mã hóa

Các hoạt động mã hóa được thực hiện sử dụng số học số nguyên xác định và sử dụng biểu diễn số nguyên của các giá trị phân số trong đó 0x8000 tương đương với số thập phân 0,75. Khoảng A được giữ trong dải 0,75 ≤ A < 1,5 bằng cách nhân đôi nó bất kỳ giá trị nguyên nào dưới 0x8000.

Thanh ghi mã C cũng được nhân đôi mỗi lần A được nhân đôi. Định kỳ - để giữ cho C khỏi bị tràn - một byte của dữ liệu ảnh nén được lấy ra từ các bit bậc cao của thanh ghi C và được đặt vào một bộ đệm dữ liệu ảnh nén ngoài. Việc vào bộ đệm ngoài bị ngăn chặn bởi thủ tục nhồi bit.

Giữ A trong dải 0,75 ≤ A < 1.5 cho phép một phép xấp xỉ số học đơn giản được sử dụng trong phân chia khoảng. Khoảng là A và ước tính hiện tại của xác suất LPS là Qe, tính toán chính xác các khoảng con sẽ yêu cầu:

A - (Qe * A) = khoảng con cho MPS (C-1)

Qe * A = khoảng con cho MPS LPS (C-2)

Vì giá trị của A là đơn vị thứ tự, chúng được tính xấp xỉ bằng:

A - Qe = khoảng con cho MPS (C-3)

Qe = khoảng con cho LPS (C-4)

Khi MPS được mã hóa, giá trị của Qe được thêm vào thanh ghi mã và khoảng giảm xuống còn A - Qe. Khi LPS được mã hóa, thanh ghi mã không thay đổi và khoảng giảm xuống còn Qe. Dải chính xác cần thiết cho A sau đó được phục hồi, nếu cần thiết bằng cách tái chuẩn hóa cả A và C.

Với quy trình được minh họa ở trên, phép xấp xỉ trong quy trình phân chia khoảng đôi khi có thể làm cho khoảng con LPS lớn hơn khoảng con MPS. Nếu, ví dụ, giá trị của Qe bằng 0.5 và A là giá trị tối thiểu cho phép bằng 0,75 thì chia tỷ lệ xấp xỉ 1/3 của khoảng cho MPS và 2/3 cho LPS. Để tránh đảo ngược kích thước này, các khoảng MPS và LPS được chuyển đổi bất cứ khi nào khoảng LPS lớn hơn so với khoảng MPS. Chuyển đổi có điều kiện MPS / LPS này chỉ có thẻ xảy ra khi cần tái chuẩn hóa.

Khi tái chuẩn hóa xảy ra, quy trình ước tính xác suất được gọi, quyết định một ước tính xác suất mới cho ngữ cảnh hiện tại được mã hóa. Việc tính ký hiệu không rõ ràng là cần thiết cho ước tính. Các xác suất tương đối của tái chuẩn hóa sau khi mã hóa một LPS hoặc MPS cung cấp một kỹ thuật tính ký hiệu xấp xỉ, được sử dụng cho ước tính xác suất trực tiếp.

C.2  Mô tả bộ mã hóa số học

ENCODER (Hình C.2) khởi tạo bộ mã hóa thông qua thủ tục INITENC. Cặp CX và D được đọc và truyền qua ENCODE cho đến khi tất cả các cặp được đọc. Các thủ tục ước tính xác suất cung cấp ước tính đáp ứng xác suất cho từng ngữ cảnh được định hình trong ENCODE. Byte dữ liệu ảnh nén là đầu ra khi cần thiết. Khi tất cả các cặp CX và D đã được đọc, FLUSH thiết lập nội dung của đăng ký C càng nhiều bit 1 càng tốt và kết quả đầu ra là các byte. FLUSH cũng kết thúc việc mã hóa và tạo ra mã đánh dấu kết thúc yêu cầu.

Hình C.2 - Bộ mã hóa cho MQ-coder

C.2.1  Quy ước đăng ký mã bộ mã hóa

Các biểu đồ được đưa ra trong phụ lục này giả định các cấu trúc đăng ký cho các bộ mã hóa thể hiện trong Bảng C.1.

Bảng C.1 - Cấu trúc đăng ký bộ mã hóa

Các bit "a" là các bit phân đoạn trong đăng ký A (giá trị khoảng thời gian hiện tại) và "x" bit là các bit phân đoạn trong thanh ghi mã. Các bit "s" là bit đệm cung cấp ràng buộc về thực hiện chuyển tiếp, và các bit "b" chỉ ra vị trí bit từ đó các byte hoàn chỉnh của dữ liệu ảnh nén được lấy ra khỏi đăng ký C. Các bit "c" là bit chuyển tiếp. Mô tả chi tiết việc nhồi bit và xử lý thực hiện chuyển tiếp sẽ được đưa ra trong phần sau của phụ lục này.

C.2.2  Mã hóa một quyết định (ENCODE)

Thủ tục ENCODE xác định xem quyết định D là 0 hay không để chọn thủ tục CODE0 hoặc CODE 1 cho phù hợp. Thông thường không có thủ tục ENCODE, mà sẽ chọn trực tiếp thủ tục CODE0 hoặc CODE 1 để mã hóa một quyết định 0 hoặc quyết định 1. Hình C.3 cho thấy thủ tục này.

Hình C.3 - Thủ tục ENCODE

C.2.3  Mã hóa a1 hoặc a0 (CODE1 và CODE0)

Khi quyết định nhị phân cho trước được mã hóa, xảy ra một trong hai khả năng-ký hiệu có thể là ký hiệu xảy ra nhiều hơn hoặc ký hiệu ít có thể xảy ra. CODE 1 và CODE0 được minh họa trong Hình C.4 và C.5. Trong các hình này, CX là ngữ cảnh. Đối với mỗi ngữ cảnh, chỉ số ước tính xác suất mà được sử dụng trong các hoạt động mã hóa và giá trị MPS được lưu trữ. MPS (CX) là hướng (0 hoặc 1) của MPS cho ngữ cảnh CX.

Hình C.4 - Thủ tục CODE1

Hình C.5 - Thủ tục CODE0

C.2.4  Mã hóa MPS hoặc LPS (CODEMPS và CODELPS)

Thủ tục CODELPS (Hình C.6) thường bao gồm việc định tỉ lệ khoảng thời gian cho Qe (I (CX)), ước tính xác suất của LPS được xác định từ chỉ số I lưu trữ cho ngữ cảnh CX. Khoảng thời gian cao hơn được tính toán trước sao cho nó được so sánh với khoảng thời gian thấp hơn để xác nhận rằng Qe có kích thước nhỏ hơn. Nó được theo sau bởi một quy trình tái chuẩn hóa (RENORME). Tuy nhiên, trong trường hợp kích thước khoảng thời gian bị đảo ngược thì biến đổi MPS / LPS có điều kiện xảy ra và khoảng thời gian trên được mã hóa. Trong cả hai trường hợp, ước tính xác suất được cập nhật. Nếu cờ SWITCH cho chỉ số I (CX) được thiết lập thì MPS (CX) bị đảo ngược. Chỉ số I mới được lưu tại CX khi được xác định từ cột chỉ số LPS tiếp theo (NLPS) trong Bảng C.2.

Hình C.6 - Thủ tục CODELPS với biến đổi MPS / LPS có điều kiện

Hình C.7 - Thủ tục CODEMPS với biến đổi MPS / LPS có điều kiện

Bảng C.2 - Các giá trị ước tính xác suất Qe

C.2.5  Ước tính xác suất

Bảng C.2 cho thấy giá trị Qe kết hợp với mỗi chỉ số Qe. Các giá trị Qe được thể hiện là số nguyên hệ thập lục phân, nhị phân và số thập phân. Để biến đổi biểu diễn số nguyên 15-bit của Qe cho xác suất thập phân thì các giá trị Qe được chia cho (4/3) * (0x8000).

Ước tính có thể được định nghĩa là một kỹ thuật hữu hạn trạng thái - một bảng chỉ số Qe và các trạng thái tiếp theo được kết hợp cho mỗi loại tái chuẩn hóa (ví dụ, vị trí bảng mới) - như thể hiện trong Bảng C.2. Sự thay đổi trong trạng thái chỉ xảy ra khi thanh ghi khoảng thời gian bộ mã hóa số học được tái chuẩn hóa. Điều này luôn được thực hiện sau khi mã hóa LPS và bất cứ khi nào đăng ký khoảng thời gian ít hơn 0x8000 (0.75 trong ký hiệu thập phân) sau khi mã hóa MPS.

Sau khi tái chuẩn hóa LPS, NLPS đưa ra chỉ số mới cho các ước tính xác suất LPS. Nếu biến đổi là 1, phương ký hiệu MPS bị đảo hướng.

Chỉ số cho ước tính hiện nay là một phần của thông tin lưu trữ cho ngữ cảnh CX. Chỉ số này được sử dụng như chỉ số cho bảng các giá trị trong NMPS mà cung cấp các chỉ số tiếp theo cho tái chuẩn hóa MPS. Chỉ số này được lưu trong lưu trữ ngữ cảnh tại CX. MPS (CX) không thay đổi.

Thủ tục để ước tính xác suất tái chuẩn hóa LPS tương tự như tái chuẩn hóa MPS, trừ trường hợp khi SWITCH (I (CX)) là 1, phương của MPS (CX) bị đảo.

Trạng thái chỉ số cuối 46 có thể được sử dụng để thiết lập một ước tính xác suất 0,5 cố định.

C.2.6  Tái chuẩn hóa trong bộ mã hóa (RENORME)

Tái chuẩn hóa rất giống nhau trong cả bộ mã hóa và giải mã, ngoại trừ trong bộ mã hóa nó tạo ra bit nén và trong các bộ giải mã nó dùng các bit nén.

Thủ tục RENORME cho tái chuẩn hóa bộ mã hóa được minh họa trong hình C.8. Cả đăng ký khoảng thời gian A và đăng ký mã C được chuyển, một bít một lần. Số chuyển dịch được tính trong bộ đếm CT và khi CT được đếm về không, một byte dữ liệu ảnh nén được lấy ra từ C bởi thủ tục BYTEOUT. Tái chuẩn hóa tiếp tục cho đến khi A không ít hơn 0x8000.

Hình C.8 - Thủ tục tái chuẩn hóa trong bộ mã hóa

C.1.7  Đầu ra dữ liệu ảnh nén (BYTEOUT)

Chương trình con BYTEOUT được gọi từ RENORME được minh họa trong Hình C.9. Chương trình con này chứa các thủ tục bít chỉnh mà cần thiết để hạn chế truyền dẫn mang vào các byte hoàn chỉnh của dữ liệu ảnh nén. Các quy ước được sử dụng để nó không thể truyền qua nhiều hơn một byte gần nhất được ghi vào bộ đệm dữ liệu ảnh nén.

Hình C.9 - Thủ tục BYTEOUT cho bộ mã hóa

Thủ tục trong ô ở phần bên phải phía dưới thực hiện chỉnh bit sau byte 0xFF; thủ tục tương tự bên trái là cho trường hợp không cần chỉnh bit.

B là byte được trỏ đến bởi con trỏ bộ đệm dữ liệu ảnh nén BP. Nếu B không phải là một byte 0xFF, bit mang được kiểm tra. Nếu bit mang được thiết lập thì nó được thêm vào B và B được kiểm tra một lần nữa để xem nếu một bít cần được đệm trong byte kế tiếp. Sau khi xác định cần thiết phải đệm bit, đường thích hợp được chọn, BP được tăng lên và giá trị mới của B được lấy ra từ thanh ghi mã "b" bit.

C.2.8  Khởi tạo bộ mã hóa (INITENC)

Thủ tục INITENC được sử dụng để bắt đầu bộ mã hóa số học. Sau khi MPS và I được khởi tạo, các bước cơ bản được biểu diễn trong hình C.10.

Hình C.10 - Khởi tạo bộ mã hóa

Đăng ký khoảng thời gian và đăng ký mã được thiết lập về giá trị ban đầu của chúng và bộ đếm bit được thiết lập. Thiết lập CT = 12 phản ánh thực tế rằng có ba bit đệm trong đăng ký mà cần phải được lấp đầy trước khi trường mà từ đó các byte bị loại bỏ. BP luôn luôn chỉ vào byte trước BPST vị trí mà các byte đầu tiên được đặt. Do đó, nếu byte trước là một byte 0xFF, nhồi bit giả sẽ xảy ra nhưng có thể được bù đắp bằng cách tăng CT. Các thiết lập ban đầu cho MPS và I được thể hiện trong Bảng D.7.

C.2.9  Kết thúc mã hóa (FLUSH)

Thủ tục FLUSH biểu diễn trong hình C.11 được sử dụng để kết thúc các hoạt động mã hóa và tạo ra mã đánh dấu kết thúc yêu cầu. Thủ tục đảm bảo rằng tiền tố 0xFF cho mã mã đánh dấu chồng lên các bit cuối cùng của dữ liệu ảnh nén. Điều này đảm bảo rằng mã mã đánh dấu bất kỳ ở phần cuối của dữ liệu ảnh nén sẽ được công nhận và giải thích trước khi giải mã hoàn tất.

Hình C.11 - Thủ tục FLUSH

Phần đầu tiên của thủ tục FLUSH thiết lập càng nhiều bit 1 trong đăng ký C càng tốt như trong hình C.12. Ngoài giới hạn cao hơn cho đăng ký C tà tổng của đăng ký C và đăng ký khoảng thời gian. Thứ tự thấp 16 bit của C buộc phải là 1 và kết quả được so sánh với giới hạn cao hơn. Nếu C là quá lớn thì bit 1 hàng đầu bị loại bỏ, giảm C đến một giá trị ở trong khoảng thời gian.

Hình C.12 - Thiết lập các bit cuối trong đăng ký C

Byte trong đăng ký C được hoàn thành bằng cách chuyển C và hai byte bị loại bỏ sau đó. Nếu byte trong bộ đệm B là 0xFF thì nó bị loại bỏ. Nếu không, bộ đệm B là đầu ra cho dòng bit.

Phụ lục D

(Quy định)

Mô hình hóa bit hệ số

Phụ lục này xác định việc mô hình hóa và quét các bit hệ số biến đổi.

Khối mã (xem Phụ lục B trong ITU-T Rec T.800 | ISO / IEC 15.444-1: 2004) được mã hóa bởi một mặt phẳng bit tại thời điểm bắt đầu từ mặt phẳng bit có trọng số lớn nhất có phần tử khác không tới mặt phẳng bit có trọng số nhỏ nhất. Với mỗi mặt phẳng bit trong một khối mã, mô hình quét khối mã riêng được sử dụng cho một trong ba quá trình mã hóa. Mỗi bit hệ số trong mặt phẳng bit chỉ xuất hiện ở một trong ba quá trình mã hóa là quá trình lan truyền ý nghĩa, tinh chỉnh cường độ và sắp xếp. Với mỗi ngữ cảnh quá trình được tạo để cung cấp cho các bộ mã hóa số học, CX, cùng với quyết định D (xem Phụ lục C).

D.1  Kiểu quét khối mã trong các khối mã

Mỗi mặt phẳng bit của một khối mã được quét theo một thứ tự cụ thể. Bắt đầu từ phía trên bên trái, bốn hệ số đầu tiên của cột đầu tiên được quét, tiếp theo là bốn hệ số đầu tiên của cột thứ hai và tiếp tục như vậy cho đến khi đến phía bên phải của khối mã. Việc quét sau đó quay về bên trái của khối mã và tập bốn hệ số thứ hai trong mỗi cột được quét. Quy trình này được tiếp tục tới cuối khối mã. Nếu chiều dài khối mã không chia hết cho 4 thì tập các hệ số cuối cùng được quét trong mỗi cột sẽ chứa ít hơn 4 hệ số. Hình D.1 cho thấy một ví dụ về kiểu quét khối mã cho một khối mã.

Hình D.1 - Ví dụ kiểu quét của một mặt phẳng bit khối mã

D.2  Các bit hệ số bit và ý nghĩa

D.2.1  Các chú giải trường hợp chung

Thủ tục mã hóa được đặc tả tại phụ lục này sinh ra hệ số biến đổi (u, v) của băng con b, các bit giải mã được mã hóa sẽ được sử dụng để tái tạo lại giá trị hệ số biến đổi q_b (u, v) ở bộ giải mã. Các bit được sinh ra là: bit dấu s_b (u, v) và số Nb (u, v) của MSB biên độ sẽ được mã hóa, được sắp xếp từ có trọng số lớn nhất đến nhỏ nhất: MSB_i (b, u, v) là MSB thứ i của hệ số biến đổi (u, v) của bang con b (i = 1, ..., N_b (u, v)). Như đã nêu trong phương trình (B-1), bit dấu s_b(u, v) có giá trị bằng một cho các hệ số âm và 0 cho các hệ số dương. Số N_b (u, v) của MSB sẽ được mã hóa bao gồm số lượng của tất cả các mặt phẳng bit có trọng số lớn nhất 0 được báo hiệu trong tiêu đề gói (xem B.10.5 trong ITU-T Rec T.800 |. ISO / IEC 15444-1 : 2004).

D.2.2  Chú giải trong trường hợp có ROI

Trong việc sử dụng các đoạn mã đánh dấu RGN (chỉ ra sự hiện diện của ROI), các điều chỉnh cần phải được thực hiện để các bit được mã hóa, cũng như số N_b (u, v) của MSB biên độ sẽ được mã hóa. Những điều chỉnh này được quy định tại điều H.1. Trong trường hợp vắng mặt đoạn mã đánh dấu RGN thì không cần điều chỉnh.

D.3  Các quá trình mã hóa trên mặt phẳng bit

Mỗi hệ số trong một khối mã có một biến trạng thái nhị phân kết hợp gọi là trạng thái có nghĩa của nó. Trạng thái có nghĩa được khởi tạo bằng 0 (hệ số vô nghĩa) và có thể trở thành 1 (hệ số có nghĩa) trong quy trình mã hóa của khối mã. Các "trạng thái có nghĩa" thay đổi từ vô nghĩa đến có nghĩa (xem mục con bên dưới) tại mặt phẳng bit mà bit biên độ có trọng số lớn nhất bằng 1. Vector ngữ cảnh cho hệ số hiện tại cho trước là vector nhị phân bao gồm các trạng thái có nghĩa của 8 hệ số lân cận gần nhất của nó, như thể hiện trong hình D.3. Bất kỳ lân cận gần nhất nằm bên ngoài khối mã của hệ số hiện tại được xem là vô nghĩa (nghĩa là trạng thái có nghĩa 0) với mục đích tạo ra một vector ngữ cảnh để mã hóa hệ số hiện tại.

Hình D.3 - Trạng thái lân cận để hình thành ngữ cảnh

Nói chung, hệ số hiện tại có thể có 256 vector ngữ cảnh dương. Chúng được nhóm thành nhóm ngữ cảnh có số lượng nhỏ hơn theo quy tắc quy định sau đây. Bốn quy tắc hình thành ngữ cảnh khác nhau được định nghĩa cho bốn quá trình mã hóa: mã hóa có nghĩa, mã hóa dấu, mã hóa tinh chỉnh cường độ và mã hóa sắp xếp. Các hoạt động mã hóa được thực hiện trong ba quá trình mã hóa trên mỗi mặt phẳng bit: mã hóa dấu và có nghĩa trong quá trình lan truyền có nghĩa, mã hóa tinh chỉnh cường độ trong quá trình mã hóa tinh chỉnh cường độ và mã hóa dấu và sắp xếp trong quá trình loại bỏ dữ liệu thừa. Đối với hoạt động mã hóa nhất định, mã đánh dấu ngữ cảnh (hoặc ngữ cảnh) được cung cấp cho kỹ nghệ mã hóa số học là một mã đánh dấu được gán cho ngữ cảnh hệ số hiện tại.

Mặt phẳng bit đầu tiên trong khối hiện tại với một thành phần khác không chỉ có một quá trình loại bỏ dữ liệu thừa. Các mặt phẳng bit còn lại được mã hóa trong ba quá trình mã hóa. Mỗi bit hệ số được mã hóa chính xác bởi một trong ba quá trình mã hóa. Bit hệ số được mã hóa phụ thuộc vào các điều kiện của quá trình đó. Tóm lại, quá trình lan truyền có nghĩa bao gồm các hệ số được dự đoán hoặc "nhiều khả năng" trở thành các bit dấu và có nghĩa của chúng. Quá trình tinh chỉnh cường độ bao gồm các bit từ các hệ số có nghĩa. Quá trình loại bỏ dữ liệu thừa bao gồm tất cả các hệ số còn lại.

D.3.1  Quá trình mã hóa lan truyền có nghĩa

Tám hệ số lân cận xung quanh hệ số hiện tại (thể hiện trong hình D.2 trong đó X là hệ số hiện tại) được sử dụng để tạo ra một ngữ cảnh mà ánh xạ vào một trong 9 ngữ cảnh thể hiện trong Bảng D.1. Nếu hệ số có nghĩa thì nó được cho giá trị 1 để tạo ngữ cảnh, ngược lại nó có giá trị 0. Việc ánh xạ cho các ngữ cảnh cũng phụ thuộc vào các băng con.

Bảng D.1 - Các ngữ cảnh cho quá trình mã hóa sắp xếp và lan truyền có nghĩa

Quá trình lan truyền có nghĩa chỉ bao gồm các bit của các hệ số mà không có nghĩa (trạng thái có nghĩa vẫn chưa được thiết lập) và có ngữ cảnh khác không. Tất cả các hệ số khác được bỏ qua. Ngữ cảnh được gửi đến bộ mã hóa số học (cùng với bit hệ số để được mã hóa). Nếu giá trị của bit này là 1, thì trạng thái có nghĩa được thiết lập bằng 1 và bit ngay tiếp theo được mã hóa là bit dấu cho hệ số. Nếu không, trạng thái có nghĩa vẫn là 0. Khi các ngữ cảnh của các quá trình mã hóa và hệ số liên tiếp được xem xét thì trạng thái có nghĩa nhất hiện tại cho ngữ cảnh này được sử dụng.

D.3.2  Mã hóa bit dấu

Mã đánh dấu ngữ cảnh để mã hóa bit dấu được xác định bằng cách sử dụng vector ngữ cảnh khác từ vùng lân cận. Việc tính toán của mã đánh dấu ngữ cảnh được xem như là một quy trình hai bước. Bước đầu tiên tóm lược đóng góp của các lân cận chiều dọc và ngang. Bước thứ hai quy những đóng góp này thành một trong 5 mã đánh dấu ngữ cảnh.

Đối với bước đầu tiên, hai mã đánh dấu ngữ cảnh lân cận theo chiều dọc (xem hình D.2) cùng được xem xét. Mỗi mã đánh dấu ngữ cảnh lân cận có thể có một trong ba trạng thái: dương có nghĩa, âm có nghĩa hoặc vô nghĩa. Nếu hai mã đánh dấu ngữ cảnh lân cận theo chiều dọc đều có nghĩa cùng dấu, hoặc nếu chỉ có một ngữ cảnh có nghĩa, thì đóng góp theo chiều dọc là 1 nếu dấu là dương hoặc -1 nếu dấu là âm. Nếu cả hai mã đánh dấu ngữ cảnh lân cận theo chiều dọc vô nghĩa, hoặc cả hai đều có nghĩa với dấu khác nhau thì đóng góp theo chiều dọc bằng 0. Đóng góp theo chiều ngang được tạo ra theo cách tương tự. Tóm lại, nếu mã đánh dấu ngữ cảnh lân cận nằm ngoài các khối mã thì nó được xem là vô nghĩa. Bảng D.2 biểu diễn các đóng góp này.

Bảng D.2 - Đóng góp của các lân cận ngang (dọc) cho ngữ cảnh dấu

Bước thứ hai quy chín hoán vị của các đóng góp theo chiều dọc và chiều ngang thành 5 mã đánh dấu ngữ cảnh. Bảng D.3 biểu diễn các mã đánh dấu ngữ cảnh này. Ngữ cảnh này được cung cấp cho bộ mã hóa số học với quyết định. Bit dấu sau đó loại trừ logic ORed với XORbit trong Bảng D.3 để tạo quyết định D (xem Phụ lục C). Phương trình sau đây được sử dụng:

D = signbitUXORbit (D-1)

Trong đó signbit là bit dấu của hệ số hiện tại (bit 1 biểu thị hệ số âm, bit 0 biểu thị hệ số dương), D là giá trị được cung cấp cho các bộ mã hóa số học với mã đánh dấu ngữ cảnh, và XORbit được cho trong bảng D. 3 cho mã đánh dấu ngữ cảnh hiện tại.

Bảng D.3 - Các ngữ cảnh dấu từ đóng góp ngang và dọc

D.3.3  Quá trình tinh chỉnh cường độ

Quá trình tinh chỉnh cường độ bao gồm các bit từ hệ số có nghĩa (ngoại trừ các hệ số có nghĩa ngay trước quá trình lan truyền có nghĩa).

Ngữ cảnh sử dụng được xác định bằng tổng của trạng thái có nghĩa của lân cận ngang, dọc và chéo. Đây là các trạng thái được biết cho bộ mã hóa, không phải trạng thái sử dụng trước cho quá trình mã hóa có nghĩa. Hơn nữa, nó phụ thuộc vào việc đây là bit lọc đầu tiên (bit ngay sau các bit dấu và có nghĩa) hay không. Bảng D.4 cho thấy ba ngữ cảnh của quá trình này.

Bảng D.4 - Các ngữ cảnh cho các quá trình mã hóa tinh chỉnh cường độ

Ngữ cảnh được chuyển đến các bộ mã hóa số học cùng với dòng bit. Các bit trở về giá trị của hệ số hiện tại trong mặt phẳng bit hiện tại.

D.3.4  Quá trình loại bỏ dữ liệu thừa

Các hệ số còn lại là vô nghĩa trước đó và không được xử lý bởi quá trình lan truyền có nghĩa. Quá trình loại bỏ dữ liệu thừa không chỉ sử dụng ngữ cảnh lân cận giống như quá trình lan truyền có nghĩa, từ Bảng D.1, mà còn sử dụng ngữ cảnh loạt dài.

Trong suốt quá trình loại bỏ dữ liệu thừa, các ngữ cảnh lân cận cho các hệ số trong quá trình này được tái tạo sử dụng Bảng D.1. Hiện tại mã đánh dấu ngữ cảnh có thể có bất kỳ giá trị nào vì các hệ số được tìm thấy có nghĩa trong quá trình lan truyền có nghĩa được xem là có nghĩa trong quá trình loại bỏ dữ liệu thừa. Loạt dài được mã hóa với một ngữ cảnh duy nhất. Nếu bốn hệ số liền tiếp trong cột được quét đều được mã hóa trong quá trình loại bỏ dữ liệu thừa và mã đánh dấu ngữ cảnh cho tất cả là 0 (kể cả hệ số ngữ cảnh từ các quá trình loại bỏ dữ liệu thừa, có nghĩa và biên độ trước), thì ngữ cảnh loạt dài duy nhất được đưa cho bộ mã hóa số học cùng với quyết định D (xem Phụ lục C). Nếu tất cả các hệ số liên tiếp trong cột còn lại vô nghĩa thì quyết định là 0.

Ngoài ra, nếu ít nhất một trong bốn hệ số liên tiếp trong cột có nghĩa thì quyết định là 1 Trong trường hợp này, hai bit tiếp theo được mã hóa với ngữ cảnh UNIFORM (chỉ số 46 trong Bảng C.2), biểu thị hệ số từ đỉnh cột xuống là hệ số đầu tiên được tìm thấy có nghĩa. Hai bit được mã hóa với ngữ cảnh UNIFORM là MSB mã hóa tiếp theo LSB. Bit dấu của hệ số được xác định như mô tả trong D.3.2. Việc mã hóa của bất kỳ hệ số còn lại tiếp tục theo cách thức được mô tả trong D.3.1.

Nếu bốn hệ số liên tiếp trong cột không được mã hóa tất trong quá trình loại bỏ dữ liệu thừa hoặc ngăn ngữ cảnh bất kỳ khác 0, thì các bit hệ số được mã hóa với ngữ cảnh trong Bảng D.1 như trong quá trình lan truyền có nghĩa. Các ngữ cảnh tương tự như lan truyền có nghĩa được sử dụng ở đây (trạng thái được sử dụng cũng như các mô hình). Bảng D.5 biểu diễn logic cho các quá trình loại bỏ dữ liệu thừa.

Bảng D.5 - Bộ mã hóa loạt dài cho các quá trình loại bỏ dữ liệu thừa

Nếu có ít hơn bốn hàng còn lại trong một khối mã, thì mã hóa loạt dài không được sử dụng. Tóm lại, trạng thái của bất kỳ hệ số được thay đổi ngay lập tức sau khi mã hóa các bit 1 độ lớn đầu tiên.

D.3.5  Ví dụ về các quá trình mã hóa và lan truyền ý nghĩa

Bảng D.6 cho thấy một ví dụ về trình tự mã hóa cho các hệ lượng tử của một cột 4 hệ số trong quy trình quét. Ví dụ này giả định tất cả các lân cận không có trong bảng bằng không giống nhau và chỉ ra trong quá trình mỗi bit được mã hóa. Bit dấu được mã hóa sau bit 1 ở đầu và được biểu thị trong bảng bởi dấu + hoặc -. Quá trình đầu tiên trong một khối mới luôn luôn là một quá trình loại bỏ dữ liệu thừa vì không thể có bit có nghĩa hoặc lọc được dự đoán. Sau quá trình đầu tiên, bit 1 được mã hóa của hệ số đầu tiên dẫn đến hệ số thứ hai sẽ được mã hóa trong quá trình có nghĩa cho mặt phẳng bit tiếp theo. Bit 1 được mã hóa cho hệ số cuối cùng trong quá trình loại bỏ dữ liệu thừa thứ hai dẫn đến hệ số thứ ba được mã hóa trong quá trình có nghĩa tiếp theo.

Bảng D.6 - Ví dụ về trình tự mã hóa mặt phẳng bit con và lan truyền có nghĩa

D.4  Khởi tạo và kết thúc

Khi các ngữ cảnh được khởi tạo hoặc khởi tạo lại, chúng được thiết lập các giá trị như trong Bảng D.7.

Bảng D.7 - Trạng thái khởi tạo cho tất cả các ngữ cảnh

Trong hoạt động bình thường (không bỏ qua mã hóa số học lựa chọn), bộ mã hóa số học sẽ kết thúc vào cuối quá trình mã hóa hoặc chỉ ở phần cuối của khối mã (xem D.4.1). Bảng D.8 cho thấy hai ví dụ về kiểu kết thúc cho các quá trình mã hóa trong một khối mã. Các tín hiệu mã đánh dấu COD hoặc COC mà kiểu kết thúc sử dụng (xem A.6.1 và A.6.2 trong ITU-T Rec T.800 | ISO / IEC 15.444-1: 2004).

Bảng D.8 - Các kiểu kết thúc bộ mã hóa số học