Розробка методу збереження бінарних цифрових зображень

Abstract

Бінарні цифрові зображеня часто є відображенням різноманітних креслень, промислових схем, макетів, планів тощо, які на практиці можуть займати кілька сотень мегабайт, а іноді і гігабайти при збереженні без стиску. На сьогоднішній день зображення, що використовуються, як правило, зберігаються в форматах з втратами для економії трафіка та вільного місця в пам’яті (смартфона або комп’ютера). Але для інженерних схем будь-які втрати інформації часто є неприпустимими, можуть привести до непередбачуваних, жахливих наслідків. Робота присвячена розробці методу стиску бінарних цифрових зображень без втрат. Для забезпечення можливості використання переваг алгоритмів, що працюють з розрідженими матрицями, матриця поданого зображення перетворюється до симетричного виду. Для цього їй ставиться у відповідність дві симетричні матриці шляхом відображення нижньої/верхньої її трикутної частини відносно головної діагоналі, при цьому оболонка кожної з отриманих матриць визначається в залежності від того, яких значень елементів (нульових чи одиничних) більше. Стиск даних відбувається шляхом зменшення профілей матриць, що відповідають зображенню. Для цього використовується алгоритм Катхіла-Макі впорядкування вершин графів, що ставляться у відповідність отриманим симетричним матрицям. Відновлення збереженого бінарного зображення відбувається з використанням оболонок та векторів переставлень, що зберігаються в запропонованій схемі, двох симетричних матриць. Алгоритмічна реалізація розробленого методу перевищує по ефективності (з точки зору стиску) аналогічні формати збереження для бінарних зображень, в матрицях яких кількість нулів/одиниць значно перевищує кількість одиниць/нулів, і може бути використана як складова частина комплексного графічного пакету для роботи з бінарними зображеннями.

Бинарные цифровые изображения часто являются отражением разнообразных чертежей, промышленных схем, макетов, планов и тому подобное, которые на практике могут занимать несколько сотен мегабайт, а иногда и гигабайты при сохранении без сжатия. На сегодняшний день изображения, которые используются, как правило, хранятся в форматах с потерями для экономии трафика и свободного места в памяти (смартфона или компьютера). Но для инженерных схем любые потери информации часто являются недопустимыми, могут привести к непредсказуемым, ужасным последствиям. Работа посвящена разработке метода сжатия бинарных цифровых изображений без потерь. Для обеспечения возможности использования преимуществ алгоритмов, которые работают с разреженными матрицами, матрица данного изображения превращается к симметричному виду. Для этого ей относится в соответствие две симметричных матрицы путем отражения нижней/верхней ее треугольной части относительно главной диагонали, при этом оболочка каждой из полученных матриц определяется в зависимости от того, каких значений элементов (нулевых или единичных) больше. Сжатие данных происходит путем уменьшения профилей матриц, которые отвечают изображению. Для этого используется алгоритм Катхилла-Макки упорядочения вершин графов, которые ставятся в соответствие полученным симметричным матрицам. Возобновление сохраненного бинарного изображения происходит с использованием оболочек и векторов переставлений, которые хранятся в предложенной схеме, двух симметричных матриц. Алгоритмическая реализация разработанного метода превышает по эффективности (с точки зрения сжимания) аналогичные форматы сохранения для бинарных изображений, в матрицах которых количество нулей/единиц значительно превышает количество единиц/нулей, и может быть использована в качестве составной части комплексного графического пакета для работы с бинарными изображениями.

Binary digital representations often are the reflection of various drafts, industrial charts, layouts, plans and others like that, that in practice can occupy several hundreds megabyte, and sometimes and gigabytes at maintenance without a compression. To date images that is used, as a rule, are kept in formats with losses for the economy of traffic and available space in memory (smartphone or computer). But for engineering charts any losses of information often are impermissible, can result in unforeseeable, terrible consequences. Work is sanctified to development of method of compression of binary digital representations without losses. For providing of possibility of taking advantage of algorithms that work with disperse matrix, the matrix of this image transforms to the symmetric kind. For this purpose two symmetric matrices belong in accordance her by the reflection/of her overhead three-cornered underbody of relatively main diagonal, here the shell of each of the got matrices is determined depending on that, what values of elements (zero or single) are more. The compression of data takes place by reduction of profiles of matrices that answer an image. The algorithm of Cathill-Mackey of organization of tops of counts that is put in accordance to the got symmetric matrices is used for this purpose. Proceeding in the stored binary image takes place with the use of shells and vectors of moving that is kept in an offer chart, two symmetric matrices. Algorithmic realization of the worked out method exceeds on efficiency (from the point of view of clench) the analogical formats of maintenance for binary images, in the matrices of that the amount of zeros/of units exceeds the amount of units/of zeros considerably, and can be used as component part of complex graphic package for work with binary images.