Método y aparato para la codificación y decodificación de imágenes basadas en bordes.

Método para la codificación de imágenes y vídeo basada en bordes,

apta para un cifrado selectivo, caracterizadopor que comprende descomponer imágenes originales (I-I) de acuerdo con las siguientes etapas:

- detección de bordes, para regularización, refinación de ampliaciones, y generación de una imagen de conjunto debordes (ESI);

- descripción de bordes a través del posicionamiento y la conformación de la imagen de conjunto de bordes (ESI),para el muestreo de tono de gris/luminancia y/o color en la imagen de conjunto 10 de bordes (ESI), con el fin degenerar flujos continuos de bits de codificación (EdgeC) que describen la imagen de conjunto de bordes (ESI);

- extracción de la imagen residual como la diferencia entre la imagen original (I-I) y la imagen basada en bordes ycodificación de acuerdo con cualquier norma de descripción/compresión de imágenes para generar uno o másflujos continuos de bits de codificación que describen el residuo (ResC);

caracterizado por que dichos flujos continuos de bits de codificación (EdgeC) y dicho flujo continuo de bits decodificación que describe el residuo (ResC) alimentan un motor de cifrado (EE) para cifrado selectivo, en el que eltipo del cifrado aplicado a cada componente de la imagen se puede activar/desactivar y seleccionar, y por que dichadescripción de bordes comprende la detección de un contorno de un borde (EoE) que incluye píxeles que soncontiguos en cuanto a posición y con color/tono y codificación diferencial a la de dicho contorno de la dirección delborde (EoE) y por que se logra un nivel alto de cifrado únicamente ocultando los bits de la ubicación del punto departida o la dirección de partida del contorno.

Método y aparato para la codificación y decodificación de imágenes basadas en bordes.

La presente invención se refiere a un método y a un aparato para la codificación y decodificación de imágenes y vídeo basadas en bordes, especialmente para una aplicación selectiva del cifrado y para servicios de redes flexibles.

La codificación de vídeo se conoce en general desde hace tiempo como una forma de manipular imágenes con el fin de obtener una versión comprimida digital de las mismas. La primera etapa, en caso de ser necesaria, es la conversión de la señal de vídeo analógica en una imagen digital adecuada (fija o en movimiento) . La segunda fase es comprimir la imagen de vídeo digital, con el fin de reducir la cantidad de información necesaria para describir el contenido visual, a través de acciones adecuadas como reducción de la redundancia, adaptaciones del formato, cifrado de vídeo, de manera que sea posible transmitirla y/o almacenarla con unos costes menores. La compresión puede ser o bien sin pérdidas o bien con pérdidas.

Las técnicas de compresión existentes actualmente hacen un uso extenso de la transformación de imágenes: en particular, las soluciones más usadas (por ejemplo, MPEG, H.264 para vídeo, JPEG para imágenes) usan transformadas DCT aplicadas sobre bloques de píxeles de formas fijas. Las mismas presentan varias ventajas aunque conducen también a algunas limitaciones; por ejemplo:

- no son planteamientos de codificación “naturales” y no tienen un buen rendimiento (en cuanto a calidad y ocupación) en algunos casos, tales como: imágenes con bordes fuertes, imágenes sintéticas;

- gestionan de la misma manera todas las contribuciones de alta frecuencia (tanto los bordes reales como los elementos de textura) ;

- tienden a crear bordes artificiales (artefactos) en los límites de los bloques: estos se pueden superar solamente de forma parcial usando etapas de procesado adicionales (filtros de desbloqueo) ;

- no son siempre eficaces en la realización de una predicción “intra-cuadro” (es decir, la codificación de un bloque de manera diferencial con respecto a bloques contiguos) : esto no es aplicable cuando existen bordes fuertes dentro del bloque;

- no son siempre eficaces en la realización de la estimación y compensación de movimiento, en la predicción “intercuadro” (es decir, la codificación de un bloque de manera diferencial con respecto a un cuadro transmitido previamente) : no presenta un buen rendimiento con contornos de imágenes, puesto que funciona usando bloques de píxeles de formas fijas;

- no pueden soportar fácilmente la estimación y la compensación de movimiento basadas en información de bordes (lo cual haría que mejorasen las limitaciones del punto previo) : en la actualidad ninguna información de bordes se codifica y se puede usar como referencia para este tipo de estimación de movimiento;

- resultan difíciles de cifrar de una manera normalizada: se han propuesto varios algoritmos de cifrado con el fin de garantizar imágenes y vídeos comprimidos, especialmente en el formato JPEG y MPEG. Algunos de ellos garantizan una alta seguridad de datos en detrimento del tiempo de procesado, cifrando el flujo continuo de bits completo, mientras que otros aplican varias técnicas de cifrado selectivo. Habitualmente, dichos métodos determinan la porción del flujo continuo de bits a cifrar aprovechando diferentes analizadores sintácticos de flujos, en función de los componentes que se deben cifrar. Algunos algoritmos garantizan la seguridad de los flujos continuos de bits procesando los datos más importantes, tales como los cuadros I o Macrobloques I en vídeos de tipo MPEG o los coeficientes DC de la transformada DCT en el marco JPEG, mientras que algunos otros algoritmos cifran los encabezamientos que preceden a los datos, aunque la mayoría de estos métodos requieren un decodificador no normalizado;

- se pueden mejorar con el fin de ser procesadas eficazmente mediante una etapa de aplicación digital de marcas de agua (para el SE – Cifrado Selectivo) : típicamente, la soluciones más flexibles hacen uso de una etapa adicional para el reconocimiento de las regiones más significativas desde el punto de vista de la percepción, es decir, aquellas que transportan la mayor parte de la información visual, típicamente formas y bordes, con el fin de aplicarles marcas de agua de manera más intensa;

- no son adecuadas para una calidad satisfactoria desde el punto de vista de la percepción, conocida a priori: no se puede saber cuál es el grado de la compresión DCT a usar (es decir, el número de componentes DCT a especificar) con el fin de disponer de una descripción mínima, suficiente para el reconocimiento de la imagen, a no ser que se vea el resultado final de la codificación. Esto es debido a una fuerte dependencia del resultado de la codificación con respecto a la naturaleza de la imagen, y en particular a la correlación entre bordes (y la conservación de bordes) y frecuencias espaciales elevadas.

Por lo tanto, el estado de la técnica para la codificación de vídeo presenta algunas carencias críticas y margen de mejora en su rendimiento, especialmente desde el punto de vista del cifrado (y el SE) : sigue requiriendo operaciones complicadas, en términos de procesado y capacidad de memoria, en el estado actual de la técnica. El cifrado es de hecho un procesado que consume muchos recursos, el cual hace un uso frecuente de operaciones computacionales complejas, y resulta particularmente crítico de manera especial si se ven implicados dispositivos y terminales pequeños y móviles: es importante limitarlo sin comprometer la gestión de derechos digitales (DRM) .

Por lo tanto, el objetivo principal de la presente invención es resolver los problemas antes mencionados y proporcionar un método y un aparato para la codificación y decodificación de imágenes y vídeo basadas en bordes, especialmente para la aplicación selectiva del cifrado y servicios de redes flexibles, que codifiquen información basada en bordes de manera independiente, lo cual, a partir de la explicación anterior, parece ser el aspecto más crítico (por la importancia, la necesidad de recursos y la dificultad de codificación) .

La idea básica de la presente invención se refiere a la descomposición de imágenes en los siguientes componentes “naturales” básicos:

- posición de los bordes;

- muestreo de tonos de gris/luminancia y/o color a lo largo de los bordes (de manera independiente o en conjunto con lo anterior) ;

- imagen “uniforme” residual codificada de acuerdo con cualquier norma de descripción/compresión de imágenes.

El documento de J. K. YAN ET AL., “ENCODING OF IMAGES BASED ON A TWO-COMPONENT SOURCE MODEL”, IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, IEEE INC., NUEVA YORK, US, vol. 25, n.º 11, 1 de Noviembre de 1977, páginas 1315 a 1322, ISSN: 0090-6778, proporciona una exposición de la descomposición antes mencionada.

El procedimiento anterior se corresponde conceptualmente con el método “humano” usado para dibujar: el punto de partida consta de las formas (bordes) que se rellenan sucesivamente con colores.

La primera etapa es necesaria para distinguir entre áreas con transiciones uniformes (correlación espacial fuerte) y áreas con bordes definidos (frecuencias espaciales altas) .

Por otro lado, esto permite suprimir las transiciones bruscas de color, las cuales son difíciles de describir mediante codificadores de imágenes tradicionales (como los basados en la DCT) : por esta razón, la segunda etapa consta de las muestras de color a lo largo de y en el interior de las áreas de bordes.

Las dos primeras etapas ofrecen una vista aproximada de la vista original (extrapolando y relajando la información de color provista de los bordes) .

Lo que queda es una imagen de bajo contenido que es, esencialmente, la diferencia entre la imagen construida mediante las dos primeras etapas y la imagen original (residuo) . Por lo tanto, el residuo se debe procesar adicionalmente con el fin de codificarlo con un método tradicional de codificación de imágenes, por ejemplo los basados en la DCT o los basados en Ondículas.

La invención es adecuada... [Seguir leyendo]

1. Método para la codificación de imágenes y vídeo basada en bordes, apta para un cifrado selectivo, caracterizado por que comprende descomponer imágenes originales (I-I) de acuerdo con las siguientes etapas:

- detección de bordes, para regularización, refinación de ampliaciones, y generación de una imagen de conjunto de bordes (ESI) ;

- descripción de bordes a través del posicionamiento y la conformación de la imagen de conjunto de bordes (ESI) , para el muestreo de tono de gris/luminancia y/o color en la imagen de conjunto de bordes (ESI) , con el fin de generar flujos continuos de bits de codificación (EdgeC) que describen la imagen de conjunto de bordes (ESI) ;

- extracción de la imagen residual como la diferencia entre la imagen original (I-I) y la imagen basada en bordes y codificación de acuerdo con cualquier norma de descripción/compresión de imágenes para generar uno o más flujos continuos de bits de codificación que describen el residuo (ResC) ;

caracterizado por que dichos flujos continuos de bits de codificación (EdgeC) y dicho flujo continuo de bits de codificación que describe el residuo (ResC) alimentan un motor de cifrado (EE) para cifrado selectivo, en el que el tipo del cifrado aplicado a cada componente de la imagen se puede activar/desactivar y seleccionar, y por que dicha descripción de bordes comprende la detección de un contorno de un borde (EoE) que incluye píxeles que son contiguos en cuanto a posición y con color/tono y codificación diferencial a la de dicho contorno de la dirección del borde (EoE) y por que se logra un nivel alto de cifrado únicamente ocultando los bits de la ubicación del punto de partida o la dirección de partida del contorno.

2. Método según la reivindicación 1, en el que dicha codificación diferencial se lleva a cabo por medio de un planteamiento de cadena de Markov.

3. Método según la reivindicación 1, en el que el símbolo “0” se asigna a la última dirección o a la dirección horizontal derecha si no hubiera ninguna, “1” a la dirección próxima a la dirección “0” y más próxima a la penúltima dirección y en el que los otros símbolos se asignan en el sentido de las agujas del reloj o contrario a las agujas del reloj, conforme a los primeros dos símbolos.

4. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dichos flujos continuos de bits de codificación (EdgeC) que describen el borde se generan mediante las siguientes etapas:

- División De Borde de Borde (EoE) y Borde Interno (IE) (EoE-IE-S) , diferenciando dos tipos de información dentro de las áreas de borde, Borde de Borde (EoE) y Borde Interno (IE) , siendo el Borde de Borde (EoE) los píxeles del borde que están situados en el límite entre bordes y áreas uniformes; describiendo el Borde Interno (IE) el área de borde que está rodeada por el Borde de Borde (EoE) ;

- Codificación de la Dirección del Contorno de Borde de Borde (EoE-DE) y Codificación del Color del Contorno de Borde de Borde (EoE-CE) ;

- Codificación de Color del Borde Interno (IE-CE) ;

- Codificación por Entropía (EC) , concretamente las salidas de EOE-DE, EOE-CE, IE-CE son comprimidas usando una técnica de codificación por entropía, y produciendo dichos flujos continuos de codificación (EdgeC) que describen el borde.

5. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que las salidas del motor de cifrado se transmiten a través de una Capa de Adaptación de Red (NAL) , que tiene la función de adaptar los datos codificados y cifrados a recursos de red y proporcionar selectivamente un grado diferenciado de prioridad y flexibilidad a los componentes codificados de la imagen.

6. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que dicha etapa de descripción de bordes comprende:

- recibir dicha imagen de conjunto de bordes (ESI) ;

- generar dichos flujos continuos de bits de codificación (EdgeC) que describen el borde;

- generar una salida adicional, obtenida a partir de la refinación de ESI, que puede ser la propia ESI o la ESI con una clasificación adicional de contorno de ESI.

7. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que dicha etapa de codificación de imagen residual comprende

- recibir dicha salida adicional a partir de dicha etapa de descripción de bordes, y dicha imagen de entrada (I-I) ;

- extrapolar la información de la imagen de conjunto de bordes (ESI) y generar una Imagen Basada en Bordes (EBI) ;

- generar el Residuo (RES) como una “corrección” en la imagen basada en bordes (EBI) con respecto a la imagen de entrada (I-I) ;

- modificar el Residuo (RES) y codificarlo, generando uno o más flujos continuos de bits de codificación que describen el residuo (ResC) .

8. Método para la decodificación de imágenes y vídeo basada en bordes, en particular para una codificación de imágenes y vídeo basada en bordes según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende las etapas siguientes:

- recibir información de bordes a partir de dicha codificación;

- descifrar selectivamente la imagen y vídeo basados en bordes, codificados, como una función inversa de dicho cifrado selectivo, obteniendo dicho flujo continuo de bits de codificación (EdgeC) y dicho flujo continuo de bits que describe el residuo (ResC) ;

- tomar dichos flujos continuos de bits de codificación (EdgeC) , decodificarlos y procesarlos para generar una imagen de conjunto de bordes decodificada (ESI’) ;

- tomar dicha imagen de conjunto de bordes decodificada (ESI’) y generar una Imagen Basada en Bordes decodificada (EBI’) ;

- tomar dicho flujo continuo de bits que describe el residuo (ResC) y construir un residuo decodificado (RES’) ;

- volver a ensamblar dicho residuo decodificado (RES’) y dicha Imagen Basada en Bordes (EBI) decodificada para generar una imagen decodificada.

9. Método según la reivindicación 8 anterior, caracterizado por que dicha señal de vídeo e imágenes es una de las siguientes: una imagen fija o una secuencia de vídeo; una señal analógica o digital; una imagen de tonos de gris o en color, como el formato YUV, RGB.

10. Aparato para la codificación de imágenes y vídeo basada en bordes, en particular para la implementación del método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende:

- unos medios para descomponer vídeo e imágenes (I-I) ;

- unos medios para la detección de bordes, con el fin de generar una imagen de conjunto de bordes (ESI) ;

- unos medios para la descripción de bordes para el muestreo de tonos de gris/luminancia y/o color a lo largo de los bordes, con el fin de generar flujos continuos de bits de codificación (EdgeC) que describen la imagen de conjunto de bordes (ESI) ;

- unos medios para la extracción de imágenes residuales como la diferencia entre la imagen original (I-I) y la imagen basada en bordes y la codificación de acuerdo con cualquier norma de descripción/compresión de imágenes con el fin de generar uno o más flujos continuos de bits de codificación que describen el residuo (ResC) ;

caracterizado por que comprende además un motor de cifrado (EE) para el cifrado selectivo de dichos flujos continuos de codificación (EdgeC) y dicho flujo continuo de codificación que describe el residuo (ResC) , y unos medios para la activación/desactivación y selección del tipo de cifrado aplicado a cada componente de la imagen.

11. Aparato para la decodificación de imágenes y vídeo basada en bordes, para la implementación del método según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9, caracterizado por que comprende:

- unos medios para recibir información de bordes a partir de dicha codificación;

- unos medios para descifrar selectivamente la imagen y vídeo basados en bordes, codificados, como una función inversa de dicho cifrado selectivo, con el fin de obtener dichos flujos continuos de bits de codificación (EdgeC) y dicho flujo continuo de bits que describe el residuo (ResC) ;

- unos medios para tomar dichos flujos continuos de bits de codificación (EdgeC) y decodificarlos para generar una imagen de conjunto de bordes decodificada (ESI’) ;

- unos medios para tomar dicha imagen de conjunto de bordes decodificada (ESI’) y generar una Imagen Basada en Bordes decodificada (EBI’) ;

- unos medios para tomar dicho flujo continuo de bits que describe el residuo (ResC) y construir un residuo 5 decodificado (RES’) ;

- unos medios para volver a ensamblar dicho residuo decodificado (RES’) y dicha Imagen Basada en Bordes decodificada (EBI’) para generar una imagen decodificada.

12. Programa de ordenador que comprende unos medios de código de programa de ordenador adaptados para realizar todas las etapas de las reivindicaciones 1 a 9, cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador.

13. Soporte legible por ordenador que tiene un programa grabado en el mismo, comprendiendo dicho soporte legible

por ordenador unos medios de código de programa de ordenador adaptados para realizar todas las etapas de las 15 reivindicaciones 1 a 9, cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador.