SISTEMA DE PROCESAMIENTO FLEXIBLE DE IMÁGENES DIGITALES.

Se presenta un sistema para el procesamiento de imágenes digitales que permite ajustar dinámicamente los tiempos de compresión/descompresión a las necesidades de cada escenario de aplicación o industria.

El problema que resuelve es el de proporcionar predecibilidad en los tiempos de compresión/descompresión de la imagen, lo que permite fijar ese tiempo de procesamiento independientemente de las características de la imagen y del entorno de operación.

El sistema consiste en una tarjeta hardware en la que integran los módulos funcionales necesarios para ejecutar el procesamiento de compresión/descompresión. La tarjeta recibe como entrada el parámetro temporal de ajuste y la secuencia de datos que componen la imagen original o comprimida. Esta tarjeta puede ser incorporada directamente en computadores, o bien, el sistema que describe puede ser implementado con criterios de miniaturización ASIC para incorporarse en otros dispositivos de adquisición como cámaras fotográficas digitales o dispositivos de visualización como monitores o pantallas.

Sistema de procesamiento flexible de imágenes digitales.

OBJETO DE LA INVENCiÓN

La invención se refiere a un sistema de procesamiento de imágenes digitales que permite establecer el tiempo de procesamiento de imágenes digitales en los procesos de compresión/descompresión para contextos de aplicación con restricciones temporales. La presente invención aporta una solución al procesamiento de imágenes digitales en aquellas situaciones para las que el tiempo disponible está limitado.

Con este sistema, las tareas de compresión o descompresión de las imágenes pueden ajustarse al tiempo disponible independientemente del resto de características de la imagen como su tamaño, número de colores o resolución.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

Los métodos de compresión/descompresión de imágenes digitales juegan un papel relevante en numerosas aplicaciones en las que los recursos disponibles para la visualización, almacenamiento y procesamiento son escasos o están limitados. Un marco de trabajo en el que tales limitaciones resultan vitales es en el desarrollo de aplicaciones para internet y dispositivos móviles como teléfonos o PDAs. En este contexto, el desarrollo de interfaces dirigidos hacia el usuario final está condicionado fuertemente por el tiempo de descarga y visualización de los datos multimedia. Estos aspectos motivan los trabajos de investigación hacia la mejora de las tasas de compresión y de la calidad de los elementos multimedia como las imágenes, vídeos o secuencias de sonido que agilicen la interacción con el usuario y aprovechen la heterogeneidad de la infraestructura disponible [J. Lévy Véhel et aL, 2007], [R. Fattal et aL, 2002], [H. M. Hang et aL, 1997].

Precisamente por esos motivos, resulta conveniente en diversos ámbitos disponer de control sobre el tiempo de procesamiento de esta información para adecuar los recursos disponibles a las necesidades de cada momento. En algunas aplicaciones es prioritario ajustarse a unas restricciones temporales que marcan los instantes en los que deben estar disponibles los datos, ya sea para su visualización por el usuario o como entrada a otro proceso posterior. Un ejemplo claro de este caso es la reproducción de secuencias de vídeo comprimido, donde mantener una cantidad de fotogramas por segundo prima sobre la claridad de los mismos. Otro caso lo constituyen los sistemas de navegación con visores de mapas, donde las imágenes del mapa deben ser actualizadas constantemente y se requiere disponer de la imagen del mapa en unas cotas de tiempo máximas (timeout) predeterminadas.

Los Sistemas de Control de tiempo de ejecución, o sistemas de Tiempo Real (RTS-Real-Time System) , basan su funcionamiento en proporcionar los resultados dentro de un intervalo de tiempo conocido y preestablecido [J. A. Stankovic et aL, 1998]. Por lo tanto, para garantizar su correcto comportamiento es necesario una predecibilidad en los tiempos de respuesta.

Los métodos existentes de compresión/descompresión de imágenes digitales que toman en consideración el aspecto temporal para la construcción de las imágenes permiten graduar el tiempo necesario para la visualización completa de una imagen mediante la transmisión progresiva de imágenes (PIT -Progressive Image Transmission) [S. Caron et aL, 1996]. Entre estos formatos se encuentra el jpeg Progresivo [C. Pires et aL, 1991], [ A. Jain et aL, 1994] (PJPEG -Progressive Jpeg) y la compresión fractal [Y. K. Chee et aL, 1995],

[P. Obrador et aL, 1995]. Todos estos métodos tienen como objetivo principal minimizar el espacio de almacenamiento de las imágenes y ofrecer una calidad suficiente en la visualización por humanos para la aplicación en la que se ejecuten. La gran ventaja que obtienen es que el usuario podrá finalizar manualmente el proceso de construcción de la imagen en el momento que lo desee sin necesidad de esperar a visualizar la imagen completa. No obstante, no abordan el problema de proporcionar un control automático del tiempo de procesamiento y la calidad del resultado en función de las necesidades de la aplicación.

Los últimos avances en cuanto a codificación de imágenes se centran en la reducción de los tiempos de compresión/descompresión pero no ofrecen soluciones que proporcionen flexibilidad en el rendimiento del procesamiento de la imagen resultante. La no predecibilidad de los tiempos de respuesta limita la utilidad de los trabajos desarrollados hacia el objetivo de proporcionar el resultado con el menor retardo posible para que cumpla con la usabilidad propia de la aplicación ya sea por necesidades del hardware [K-Y. Min et al., 2005] o del usuario [S.N. Pattanaik et al., 2000].

En relación con otras patentes previas relacionadas con el procesamiento de imágenes digitales tanto españolas como extranjeras ES2094732, ES2076368, US2011/0007183, US2010/0134685 y US2005/0160406 cabe reseñar que, en la línea de las publicaciones mencionadas, se centran en mejorar la velocidad de procesamiento y/o algunos aspectos de la calidad de las imágenes obtenidas, no encontrando ninguna invención anterior que describa un sistema en el que se proporcione control automático sobre el tiempo de ejecución ni predecibilidad en el tiempo de respuesta independiente del entorno y de las características de las imágenes. Las invenciones patentadas tienen unas prestaciones adecuadas en el ámbito en el que se aplican pero no ofrecen flexibilidad ante unas condiciones de trabajo cambiantes que requieran diferentes retardos de procesamiento.

EXPLICACiÓN DE LA INVENCiÓN

Los algoritmos de compresión de imágenes tradicionales reducen el coste espacial de las imágenes que comprimen mediante la reducción de la cantidad de datos que las representan. Generalmente esta compresión viene acompañada de cierta pérdida de calidad. Algunos de estos métodos de compresión permiten al usuario actuar sobre la tasa de compresión de la imagen que relaciona su calidad con el tamaño que ocupa. Sin embargo, estos algoritmos de compresión sólo contemplan la posibilidad de especificar en qué medida se desea reducir el tamaño binario de la imagen mediante la tasa de compresión, sin tener en cuenta el tiempo de procesamiento que sea necesario para ello. La atención sobre este aspecto temporal es la principal contribución del sistema de procesamiento de imágenes que se presenta.

La presente invención aporta un aspecto novedoso en los sistemas de compresión y descompresión de imágenes digitales ya que permite establecer restricciones sobre el instante de finalización de la compresión/descompresión de las imágenes y regular el tiempo de procesamiento del sistema. De este modo, se superan inconvenientes relativos a la no predecibilidad del tiempo de procesamiento de las imágenes digitales. Con este sistema es posible fijar el tiempo de compresión/descompresión de las imágenes independientemente de su tasa de compresión, tamaño, número de colores y resolución.

El esquema de funcionamiento general es el siguiente: el sistema recibe una imagen digital comprimida o sin comprimir para su procesamiento y la duración máxima, en unidades de tiempo, para llevarlo a cabo. El sistema de procesamiento flexible de imágenes digitales ejecuta la acción comprimiendo/descomprimiendo la imagen dentro del tiempo estipulado.

Para cumplir con este objetivo, se ha investigado el proceso de compresión/descompresión de imágenes digitales con el propósito de fragmentarlo en subtareas independientes. A continuación se ha adaptado el funcionamiento de esas subtareas para dotarlas de flexibilidad temporal incorporando parámetros que calibran su funcionamiento y que influyen sobre la duración de las mismas. De este modo, el sistema de procesamiento flexible propuesto determina, según el tiempo disponible, las tareas no obligatorias y opcionales que podrán ser despreciadas total o parcialmente durante la ejecución de dicho procesamiento y sólo se ejecutarán cuando la restricción temporal lo permita. Con este esquema, aunque el procesamiento completo exceda del tiempo disponible, será posible obtener resultados dentro del plazo impuesto.

El sistema de procesamiento flexible de imágenes digitales recibe dos entradas y produce dos salidas. Las entradas corresponden a los siguientes elementos:

• Imagen digital o imagen comprimida: la imagen digital corresponde con la imagen digital sin comprimir y la imagen comprimida corresponde con el archivo binario de la imagen comprimida.

• Restricción temporal indicada en unidades de tiempo que establece la cota de tiempo máximo de procesamiento que debe tardar el sistema en obtener los resultados. Esta cota se proporciona en unidades de tiempo (segundos, milisegundos, microsegundos,...

1. Sistema de procesamiento flexible de imágenes que recibe dos entradas: imagen entrada (imagen digital o imagen comprimida) y cota de tiempo máximo, y genera dos salidas: imagen resultante (imagen digital o imagen digital comprimida) y línea No_Avaliable; que comprende un procesador de imágenes digitales flexible formado por un módulo compresor y un módulo descompresor para procesar las imágenes digitales que recibe comprimiéndolas o descomprimiéndolas, y una unidad de control de tiempo para configurar el procesador de imágenes digitales flexible en función de la cota de tiempo y mediante una .;

colección de parámetros de calibración d= <n, N, p>, que influyen en el tiempo de procesamiento y la calidad de los resultados, compuesta por la cantidad de coeficientes de la Transformada Discreta del Coseno <n>, la cantidad de subimágenes comprimidas/descomprimidas <N> y la precisión de los operandos suma y producto <p>.

2. Sistema de procesamiento flexible de imágenes según la reivindicación 1 donde los elementos que componen el módulo compresor son los siguientes: preprocesador, subdivisor espacial, conversor, remuestreador, calculador DCT, cuantificador a y codificador entrópico.

3. Sistema de procesamiento flexible de imágenes según la reivindicación 2 donde los parámetros de calibración influyen en los elementos preprocesador, subdivisor espacial y calculador DCT del módulo compresor.

4. Sistema de procesamiento flexible de imágenes según la reivindicación 1 donde los elementos que componen el módulo descompresor son las siguientes: decodificador entrópico, decuantificador A, calculador IDCT, remuestreador, conversor, constructor de imagen y postprocesador.

5. Sistema de procesamiento flexible de imágenes según la reivindicación 4

donde los parámetros de calibración influyen en los elementos decodificador entrópico y calculador IDCT del módulo descompresor.

6. Sistema de procesamiento flexible de imágenes según la reivindicación 1 5

donde la implementación de la unidad de control de tiempo se realiza usando una tabla look-up con el valor de los parámetros asociados a cada una de las restricciones temporales que permita terminar al algoritmo en el tiempo establecido.

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FIGURA 1

FIGURA 2

FIGURA 3

FIGURA4