способ кодирования и декодирования цифровых данных, переданных методом приоризированной передачи пикселей или хранящихся в памяти

Формула изобретения

1. Способ кодирования или декодирования цифровых данных, переданных методом приоризированной передачи пикселей или хранящихся в памяти, в котором цифровые данные состоят из матрицы отдельных точек изображения (пикселей), причем каждый пиксель содержит значение пикселя, которое может изменятся во времени и которое несет в себе информацию о цвете или яркости пикселя, при этом формируют пиксельные группы, состоящие из опорного пикселя, который отображает положение пиксельной группы в матрице, и других пикселей окружающих опорный пиксель, присваивают каждой пиксельной группе приоритет, зависящий от ее важности для изображения, причем пиксельные группы с высшим приоритетом хранят или передают первыми, и в котором кодируемое или декодируемое информационное содержание составляют из отдельных пиксельных групп, причем каждая пиксельная группа подлежащая кодированию или декодированию, содержит значение положения, по меньшей мере, одно значение пикселя и присвоенное ей приоритетное значение, при этом используют, по меньшей мере, один ключ, которым выборочно кодируют или декодируют значение положения и/или значение пикселя/значения пикселей пиксельной группы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ключ выборочно связан с видом кодируемого информационного содержания, и/или с первоначальным источником, и/или с используемой средой передачи или имеет временную зависимость.

3. Способ по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что каждое значение пикселя или одно или несколько выбранных значений пикселей кодируют или декодируют отдельным ключом.

4. Способ п.1, отличающийся тем, что осуществляют симметричный способ кодирования.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют асимметричный способ кодирования.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что цифровые данные представляют собой данные изображения, видео- или аудиоданные.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения пикселей, характеризующие насыщенность цвета, кодируют или декодируют с градацией отдельным ключом.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу кодирования и декодирования цифровых данных, переданных методом приоризированной передачи пикселей или хранящихся в памяти, согласно ограничительной части п.1 формулы.

Уровень техники

Составление информационных содержаний, например изображений, видеоданных, аудиоданных и документов, является очень сложным делом. При передаче и хранении таких информационных содержаний во многих случаях применения целесообразно и необходимо кодировать информационное содержание, чтобы защитить его от несанкционированного доступа. Для этого имеется ряд способов кодирования и приложений, выполняющих эту задачу.

При этом кодирование информационного содержания может происходить в различных плоскостях:

- непосредственно при применении, например, посредством защиты паролем в персональных компьютерах или для доступа к программе;

- независимо от применения, например, посредством известного способа кодирования PGP (Pretty Good Privacy) в электронной почте;

- при передаче информации, например, через Интернет посредством IPSec (Internet Protocol Security).

Известным до сих пор способам кодирования не хватает возможности закодировать информационное содержание гибко и с масштабированием. Это означает, что отсутствуют возможности гибкой настройки, чтобы, например, в зависимости от информационного содержания и специфического применения можно было осуществить согласованное кодирование. Такое может быть, однако, целесообразно, если желательно предложить, например, "видео по запросу" (video on demand), причем для разного качества видео, например, в зависимости от разрешения изображения должна рассчитываться разная оплата.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание способа кодирования и декодирования цифровых данных, переданных методом приоризированной передачи пикселей или хранящихся в памяти, который позволил бы кодировать информационное содержание гибко и с возможностью масштабирования.

Эта задача решается согласно изобретению посредством признаков п.1 формулы.

Основой способа согласно изобретению следует считать способы сжатия и расширения данных изображения или видеоданных посредством приоризированной передачи пикселей, описанные в DE 10113880.6 (соответствует PCT/DE02/00987) и DE 10152612.1 (соответствует PCT/DE02/00995). У этих способов обрабатывают, например, цифровые данные изображения или видеоданные, состоящие из матрицы отдельных точек изображения (пикселей), причем каждый пиксель имеет изменяющееся по времени значение, которое описывает цветовую информацию или информацию яркости пикселя. Согласно изобретению каждому пикселю или каждой пиксельной группе присваивают приоритет и пиксели в соответствии с их приоризацией размещают в приоритетной матрице. Эта матрица содержит в каждый момент времени отсортированные по приоризации значения пикселей. В соответствии с приоризацией эти пиксели и их используемые для расчета приоризации значения передают или записывают в память. Пиксель получает высокий приоритет, если отличия от соседних с ним пикселей очень велики. Для реконструкции соответственно актуальные значения пикселей отображают на дисплее. Еще не переданные пиксели вычисляют по уже переданным.

Содержание публикаций DE 10113880.6 и DE 10152612.1 полностью включено в раскрытое содержание настоящего изобретения.

Согласно изобретению передача или хранение приоризированных пиксельных групп происходит в виде пакетов данных, причем пакеты данных могут содержать не только данные изображения в виде точек изображения (пиксели), но и любой вид цифровых данных, которые могут храниться в матрице. При этом один пакет данных состоит из значения данных, который описывает положение пиксельной группы в матрице, и из значений отдельных пикселей пиксельных групп. За счет кодирования значения положения пиксельных групп и/или значений пиксельных групп можно защитить содержание данных от несанкционированного доступа. В зависимости от используемых ключей и от того, какие части информационного содержания кодируются, например значения положения и/или значения пиксельных групп, можно учесть самые разные потребности при кодировании. Пакеты данных по их важности передают и/или хранят в убывающем порядке. За счет этого, по меньшей мере, у статических, не изменяющихся по времени n-мерных матриц, согласно изобретению возможно также и кодирование, и декодирование пиксельных групп с помощью их важности.

Преимущества изобретения по сравнению с актуальным уровнем техники заключаются в масштабируемом применении способа кодирования. В противоположность традиционным способам раздельное кодирование значений положения и/или значений пиксельных групп для различных требований дает то преимущество, что при соответствующих применениях и в соответствующих устройствах должен быть внедрен только этот способ. Если этот способ однажды внедрен, то самые разные требования могут использовать один общий способ. Это уменьшает число внедрений, что, в том числе, экономит место для памяти, имеющееся лишь в ограниченном распоряжении, в частности в мобильных оконечных устройствах. Уменьшение числа внедрений следует из возможности кодирования аудиосигналов, изображения и видеоданных одним и тем же способом.

Предпочтительные выполнения и усовершенствования изобретения приведены в зависимых пунктах.

Краткое описание чертежей:

- фиг.1: матрица изображения из 20×21 пикселей;

- фиг.2: различные формы пиксельных групп;

- фиг.3: новая матрица изображения с введенными пиксельными группами в углах изображения;

- фиг.4: заполнение поверхностей между уже введенными пиксельными группами;

- фиг.5: введение дополнительных пиксельных групп и заполнение промежуточных поверхностей.

Осуществление изобретения

Ниже поясняются некоторые примеры выполнения изобретения.

Следует исходить из того, что информационное содержание представлено в виде двухмерного файла изображения (матрицы изображения). Каждая точка изображения (пиксель) матрицы изображения представлена 32-битовым значением (значением пикселя). 32 бита разделены, например, на 4 значения (прозрачно, красное, зеленое, синее) по 8 битов. Точки изображения матрицы изображения подсчитывают, причем положение каждого пикселя определено целым числом. Образуют пиксельные группы, состоящие из опорного пикселя, указывающего положение пиксельной группы внутри матрицы, и дополнительных пикселей, окружающих опорный пиксель. Каждой пиксельной группе в зависимости от ее "важности для изображения" присваивают приоритет, причем пиксельные группы с высшим приоритетом хранят или передают первыми.

Пиксельные группы могут передаваться или храниться согласно изобретению на различных ступенях кодирования.

Без кодирования:

Имеется свободный доступ ко всему информационному содержимому, т.е. пиксельные группы передают некодированными.

Использование простого ключа:

Для кодирования и декодирования используют единственный ключ, т.е. применяют симметричный способ кодирования. При этом можно кодировать, например, значения положения опорных пикселей пиксельной группы, так что без подходящего ключа правильное по положению позиционирование пиксельной группы в матрице изображения больше невозможно. Ключ может быть передан по второму пути передачи, например по электронной или обычной почте. Дополнительной инфраструктуры не требуется. Симметричный способ кодирования действует быстрее асимметричного способа, например PGP.

Применение асимметричного способа кодирования:

Для кодирования и декодирования информационного содержания используют один секретный и один открытый ключи. Кодирование по сравнению с симметричным способом является сложным и ограничено только отношением точка к точке. Однако никакого второго пути передачи ключа не требуется.

Применение составного ключа:

Этот ключ составляют из комбинации отдельных ключей. Ключи могут иметь зависимости от информационного содержания, времени, первоначального источника, среды передачи или других признаков.

Тем самым, возможности воспроизведения информационного содержания можно, при необходимости, произвольно ограничить, а информационное содержание отобразить в соответствии с ситуацией. Вот некоторые примеры:

- временная составляющая в ключе: информационное содержание можно декодировать только с/до определенного момента;

- ключ в зависимости от среды передачи: информационное содержание можно декодировать только тогда, когда среда передачи имеет определенную идентификацию;

- ключ в зависимости от первоначального источника: информационное содержание можно декодировать только в устройстве, в котором оно было записано, например, в качестве защиты от злоупотреблений при изготовлении копий защиты.

Применение каскадных ключей:

Каскадные ключи могут использоваться для осуществления частичного кодирования информационного содержания. Это может быть, например, уместно для того, чтобы в одном потоке данных передавать нормальное качество в кодированном виде, а плохое качество, например, для демонстрации изображения в некодированном виде без возникновения при этом резервирования. При этом разрешение изображения можно уменьшить. Под "разрешением" в этом случае не следует понимать "высота изображения × ширина изображения", поскольку она при применении способа остается неизменной. Напротив, под уменьшением разрешения следует понимать отклонение от оригинального изображения, которое при реконструкции может возникнуть из-за еще не переданных и/или декодированных пиксельных групп. Способ каскадных ключей работает по принципу луковой чешуи. При применении способа приоризированной передачи пикселей уменьшение величины пиксельных групп может служить, например, для образования каскадного кодирования. Одна пиксельная группа состоит из (опорного) пикселя, однозначно определяемого значением его положения, и некоторого числа других пикселей. Если, например, пиксельная группа состоит, в целом, из 9 пикселей, то можно передавать, например, 5 пикселей некодированными, а 4 пикселя - кодированными. Внешняя оболочка, включающая в себя 5 некодированных пикселей, не содержит кодирование и позволила бы, например, смотреть без ключа видео величиной с почтовую марку. В следующей оболочке передают один или несколько кодированных пикселей. Для каждой следующей оболочки используют дополнительный ключ. Вид оболочек согласовывают перед передачей между передатчиком и приемником. Таким образом, тот, кто обладает всеми ключами и может декодировать все оболочки, может смотреть видео наилучшего качества.

Для уменьшения помех, которые могут возникнуть, например, из-за зависимостей между данными отдельных оболочек, у этого вида кодирования можно дополнительно к значению положения и значениям пиксельных групп передавать хеш-значение, которое вычисляют из значения положения и значений пиксельных групп. Если вычисленное в приемнике хеш-значение не совпадает в переданным хеш-значением, то эта пиксельная группа не декодируется. Этим достигается то, что не возникает никаких помех за счет других оболочек.

Возможна комбинация разных ключей и способов.

Само собой, способ кодирования согласно изобретению применим не только к данным изображения и видеоданным, но и ко всем видам цифровых данных, которые можно разделить на блоки данных аналогично блокам данных точек изображения.

Изобретение более подробно поясняется ниже на простом примере.

В таблице 1 изображена часть потока данных, подготовленного способом приоризированной передачи пикселей. Значение "Pos x" указывает соответствующее положение пиксельной группы, а значения "Рх_n" указывают отдельные значения содержащихся в пиксельной группе пикселей. Каждая пиксельная группа состоит, например, из 5 пикселей.

Таблица 1.

Pos0

Р0_0

Р0_1

Р0_2

Р0_3

Р0_4

Р0_5

Pos1

Р1_0

Р1_1

Р1_2

Р1_3

Р1_4

Р1_5

Таблица 2 показывает кодирование только значений пикселей. Преимущество: требуется кодировать только часть потока данных, что дает заметное повышение производительности по сравнению с полным кодированием всех данных. Реконструкция кодированных таким образом данных без знания ключа невозможна или возможна лишь с большими затратами машинного времени на вычисления.

Таблица 3 показывает кодирование части пиксельной группы. Преимущество: тоже обеспечивает за счет разного кодирования значений пикселей разное качество при реконструкции данных изображения, аудио- и видеоданных. В приведенном ниже примере приемник может использовать без ключа значение положения и значения пикселей Рх_0-Рх_2. Для декодирования значений пикселей Рх_3-Рх_5 требуется соответственно подходящий ключ. Если приемник не обладает ключом/ключами для значений пикселей Рх_3-Рх_5, то приложение должно реконструировать эти значения пикселей из свободно доступных значений Рх_0-Рх_2. Поскольку у приемника отсутствует, однако, множество значений пикселей, качество реконструкции (разрешение) заметно снижено.

В приведенных примерах кодированные и некодированные данные передаются одним потоком. Для обнаружения ошибок передачи и успешности декодирования каждая часть пиксельной группы (значение положения и Рх_n) может содержать в декодированном виде CRC-проверку (cyclic redundancy check). При возникновении ошибки передачи и неудавшейся CRC-проверке соответствующее значение пикселя не используется для реконструкции. Другая часть пиксельной группы может использоваться и дальше. Таким образом, одновременно повышается устойчивость способа передачи к ошибкам передачи. Вместо CRC-проверки могут использоваться также хеш-функции. Они обеспечивают лучшую защиту, требуют, однако, большего объема вычислений.