于夫

（中國人民解放軍92941部隊(duì)45分隊(duì)，遼寧 葫蘆島125000）

0 引言

在計(jì)算機(jī)圖形處理領(lǐng)域中，“色域”是顏色特征子集的存在形式。顏色子集最主要的應(yīng)用就是精確地描述一種給定的情況，例如每一幅計(jì)算機(jī)圖像都必須包含一個(gè)完整的色空間。在PC監(jiān)視器應(yīng)用方面，色域定義常常遵循sRGB標(biāo)準(zhǔn)，該理論認(rèn)為在一幅完整的視頻圖像中，顏色涵蓋度數(shù)值并不是越大越好，而是應(yīng)盡可能真實(shí)地反映圖像景觀表現(xiàn)形式。sRGB標(biāo)準(zhǔn)是由微軟作業(yè)系統(tǒng)提供的色域定義條件，對(duì)于監(jiān)視器而言，為真實(shí)表達(dá)圖像中的景觀目標(biāo)，色域的選擇必須遵循背光原則，由于一部分顏色并不能被人眼直接辨別。所以，從某種程度上來講，色域也可以直接用來描述計(jì)算機(jī)圖像中的色彩表現(xiàn)強(qiáng)度。

視頻傳輸指利用線纜或無線電波傳輸連續(xù)的圖像信號(hào)，其中前者被稱為有線視頻傳輸，后者被稱為無線視頻傳輸。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)手段的不斷進(jìn)步，人們對(duì)于視頻傳輸?shù)囊笠苍谥饾u提高，不僅要對(duì)原始視頻圖像進(jìn)行高清復(fù)原處理，還必須在播放視頻的同時(shí)，注重音頻、文字等其他感官要素之間的同步性。傳統(tǒng)Kirsch算子圖像分割法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)吞吐量數(shù)值確定視頻模塊的轉(zhuǎn)碼率水平，再根據(jù)級(jí)聯(lián)效應(yīng)計(jì)算待傳輸視頻圖像的粗粒度特質(zhì)。然而在處理寬色域視頻圖像時(shí)，與Kirsch算子圖像分割法相關(guān)的圖像傳輸時(shí)延水平較高，而圖像信息的顯示帶寬數(shù)值卻相對(duì)較低。為解決上述問題，本文提出寬色域視頻圖像的多路徑并行傳輸方法。

1 寬色域視頻圖像的擴(kuò)展映射

寬色域視頻圖像擴(kuò)展映射關(guān)系的建立包含色域標(biāo)準(zhǔn)定義、顏色測量、色域邊界確定三個(gè)主要處理環(huán)節(jié)，具體研究方法如下。

1.1 色域標(biāo)準(zhǔn)定義

色域能夠反映視頻圖像顏色系統(tǒng)所包含顏色集合的大小。所謂寬色域則是在色域理論上衍生出來的定義參量，對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)視頻圖像而言，寬色域包含的顏色分類項(xiàng)更多，一般來說，在原始色度圖中符合寬色域定義標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)集合始終呈現(xiàn)多邊形表現(xiàn)形式。設(shè)Δ表示視頻圖像色域?qū)挾鹊膯挝蛔兓浚け硎疽曨l圖像色域廣度的單位變化量，表示顏色分類系數(shù)，-表示視頻圖像中的色差變化均值，聯(lián)立上述物理量，可將視頻圖像的寬色域定義項(xiàng)表示為：

規(guī)定，代表兩個(gè)不同的寬色域節(jié)點(diǎn)定義系數(shù)，I表示系數(shù)取值為時(shí)的色彩特征量，I表示系數(shù)取值為時(shí)的色彩特征量，C表示視頻圖像中的色域廣度條件。聯(lián)立上述物理量，可將標(biāo)準(zhǔn)色域系數(shù)表示為：

聯(lián)立式（1），式（2），可將視頻圖像中的色域標(biāo)準(zhǔn)條件定義為：

式中：′表示色彩分辨系數(shù)；表示視頻圖像中的標(biāo)準(zhǔn)色域?qū)挾葪l件。色域標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)明確的評(píng)價(jià)條件，若以源視頻圖像為目標(biāo)，則可認(rèn)為色域?qū)挾认禂?shù)值越大，圖像信息的單位覆蓋面積也就越大。

1.2 顏色測量

為有效控制寬色域視頻圖像多路徑傳輸時(shí)延，進(jìn)而最大化提升圖像信息的顯示帶寬，常見的顏色測量方法主要有如下三種。

1）目視法

這種方法將視頻圖像在特定光源下的顏色特征與色域標(biāo)準(zhǔn)下的顏色特征進(jìn)行對(duì)比，并計(jì)算出既定節(jié)點(diǎn)處二者之間的物理數(shù)值差。此方法的執(zhí)行主觀性相對(duì)較強(qiáng)，因?yàn)橐曨l圖像的顏色表現(xiàn)特征本身就具有極大的主觀性，且由于測量角度不同，既定節(jié)點(diǎn)處的差值計(jì)算結(jié)果也會(huì)有所不同。

2）光電積分法

這種方法在寬色域視頻圖像中，分別測量顏色特征在軸、軸、軸方向上的表現(xiàn)數(shù)值，再根據(jù)相應(yīng)的色度坐標(biāo)將信息節(jié)點(diǎn)與各條并行路徑匹配起來。此方法不對(duì)視頻圖像的核心節(jié)點(diǎn)設(shè)限，因此在操作過程中，無論面對(duì)多大的圖像信息存儲(chǔ)量，相關(guān)色域查詢標(biāo)準(zhǔn)都能得到較好滿足。

3）分光廣度法

這種方法能夠直接計(jì)算出寬色域視頻圖像中的顏色精度特征，對(duì)于信息參量的多路徑并行傳輸行為而言，待挖掘的顏色節(jié)點(diǎn)特征越多，寬色域視頻圖像中的色彩組成情況也就越復(fù)雜。

1.3 色域邊界確定

色域邊界是指在視頻圖像中兩個(gè)不同顏色區(qū)塊的相交之處，對(duì)于色彩組成較為復(fù)雜的圖像來說，為保證信息參量的傳輸穩(wěn)定性，應(yīng)盡可能細(xì)致地對(duì)色域邊界條件進(jìn)行劃分。規(guī)定在一幅寬色域視頻圖像中，顏色區(qū)塊之間雖然相交，但卻不存在明顯的相互滲透行為，即每一色塊區(qū)域都能保持其真實(shí)的色彩顯示情況。

在建立寬色域視頻圖像的擴(kuò)展映射關(guān)系時(shí)，為保證色域邊界的絕對(duì)穩(wěn)定性，應(yīng)人為設(shè)定一維、二維、三維3個(gè)基本維度水平。其中，一維色域邊界只包含一種類型的圖像節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；二維色域邊界包含兩種類型的圖像節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；三維色域邊界中則同時(shí)存在三種類型的圖像節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。

規(guī)定代表一個(gè)既定的視頻圖像節(jié)點(diǎn)，X表示該節(jié)點(diǎn)在軸上的色彩表達(dá)系數(shù)，Y表示軸上的色彩表達(dá)系數(shù)，Z表示軸上的色彩表達(dá)系數(shù)，在三維色域同時(shí)存在的情況下，聯(lián)立式（3），可將視頻圖像的色域邊界表達(dá)式定義為：

式中：表示單位視頻圖像區(qū)域中的色域表達(dá)特征；表示圖像信息布局系數(shù)的起始值；u表示節(jié)點(diǎn)處的圖像信息布局系數(shù)。

對(duì)于視頻圖像而言，色域邊界條件能夠決定某一節(jié)點(diǎn)是否能夠承擔(dān)后續(xù)的多路徑并行傳輸任務(wù)。

2 視頻圖像的多路徑并行傳輸編碼

在擴(kuò)展映射原理的支持下，按照周期性數(shù)據(jù)幀定義、非周期性數(shù)據(jù)幀定義、節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)與建立鏈接的處理流程，完成寬色域視頻圖像的多路徑并行傳輸編碼。

2.1 周期性數(shù)據(jù)幀

在暫態(tài)條件下，由于很多未知的寬色域視頻圖像節(jié)點(diǎn)并沒有被發(fā)現(xiàn)，所以并行傳輸路徑的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)中往往包含大量的周期性數(shù)據(jù)幀。當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)的編碼速率并不能與其轉(zhuǎn)發(fā)速率保持一致時(shí)，表明一個(gè)信息節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)過程已經(jīng)結(jié)束，與該信息相關(guān)的其他周期性數(shù)據(jù)幀也不再會(huì)保持原有的發(fā)送狀態(tài)。

而在非暫態(tài)條件下，寬色域視頻圖像信息的傳輸行為具備較強(qiáng)的偶發(fā)性，當(dāng)所有傳輸信息都滿足周期性數(shù)據(jù)幀定義標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，這些數(shù)據(jù)包文件能夠在同一時(shí)間到達(dá)目標(biāo)傳輸位置，且隨著信息輸入量的增大，原有的多路徑并行傳輸環(huán)境被打破，大量數(shù)據(jù)信息進(jìn)入未被編碼的色域邊界環(huán)境之中，而當(dāng)信息量達(dá)到一定數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)主機(jī)才會(huì)再次開始對(duì)這些數(shù)據(jù)幀文件進(jìn)行整合處理。

設(shè)表示寬色域視頻圖像信息的暫態(tài)傳輸系數(shù)，表示非暫態(tài)傳輸系數(shù)，B，B分別表示與和對(duì)應(yīng)的并行數(shù)據(jù)篩查條件，表示寬色域視頻圖像信息的偶發(fā)傳輸特征值，聯(lián)立式（4），可將周期性數(shù)據(jù)幀表達(dá)式定義為：

對(duì)于寬色域視頻圖像而言，周期性數(shù)據(jù)幀定義條件決定了信息參量的最遠(yuǎn)傳輸距離。

2.2 非周期性數(shù)據(jù)幀

非周期性數(shù)據(jù)幀是與周期性數(shù)據(jù)幀對(duì)應(yīng)存在的。一般來說，在寬色域視頻圖像中，存在一個(gè)周期性數(shù)據(jù)幀也就存在一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的非周期性數(shù)據(jù)幀。為實(shí)現(xiàn)圖像信息的多路徑并行傳輸，非周期性數(shù)據(jù)幀一般被用來描述一個(gè)色域節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)色域節(jié)點(diǎn)的鏈接狀態(tài)，且這種傳輸映射方向始終與信息參量的傳輸方向保持一致。設(shè)N表示暫態(tài)傳輸條件下的數(shù)據(jù)路徑編碼系數(shù)，N表示非暫態(tài)傳輸條件下的數(shù)據(jù)路徑編碼系數(shù)，表示寬色域視頻圖像的非周期性傳輸指標(biāo)參量，表示視頻圖像信息的最大取值條件。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（4），可將非周期性數(shù)據(jù)幀的表達(dá)式定義為：

對(duì)于寬色域視頻圖像而言，非周期性數(shù)據(jù)幀定義條件決定了信息參量在多路徑環(huán)境中的傳輸穩(wěn)定性水平。

2.3 節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)和建立鏈接

節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)是指對(duì)寬色域視頻圖像節(jié)點(diǎn)的深入挖掘。一般來說，為保證圖像多路徑并行傳輸指令的順利運(yùn)行，應(yīng)選取大量信息節(jié)點(diǎn)作為目標(biāo)對(duì)象，一方面能夠保證信息參量在運(yùn)輸過程中不出現(xiàn)較大偏差，另一方面也可避免錯(cuò)誤傳輸行為的出現(xiàn)。

鏈接則是指節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的信息傳輸關(guān)系。對(duì)于寬色域視頻圖像而言，多路徑并行傳輸是一個(gè)相對(duì)較為復(fù)雜的處理過程，且由于周期性數(shù)據(jù)幀、非周期性數(shù)據(jù)幀等外界干擾條件的存在，信息的傳輸與處理指令總是伴隨出現(xiàn)的。因此，對(duì)于視頻圖像的編碼也必須在信息傳輸過程中一并完成。具體的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)與鏈接建立原理如圖1所示。

圖1 圖像節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)與鏈接建立原理

至此，完成對(duì)相關(guān)指標(biāo)參量的計(jì)算與處理，在不考慮其他干擾條件的情況下，實(shí)現(xiàn)寬色域視頻圖像多路徑并行傳輸方法的順利應(yīng)用。

3 實(shí)例分析

視頻傳輸質(zhì)量可用來衡量圖像信息在多路徑條件下的傳輸情況。對(duì)于寬色域視頻圖像而言，圖像信息的傳輸時(shí)延越小、顯示帶寬值越大，則表示視頻圖像的傳輸質(zhì)量水平越高，反之則越低。

按照?qǐng)D2所示流程圖對(duì)實(shí)驗(yàn)所需的寬色域視頻圖像信息進(jìn)行處理。分別應(yīng)用多路徑并行傳輸方法、Kirsch算子圖像分割法，對(duì)滿足圖2篩選原則的寬色域視頻圖像信息進(jìn)行處理，其中前者作為實(shí)驗(yàn)組，后者作為對(duì)照組。

圖2 寬色域視頻圖像信息處理流程圖

圖3反映了應(yīng)用實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組方法后，寬色域視頻圖像信息傳輸時(shí)延的變化情況。

圖3 寬色域視頻圖像信息傳輸時(shí)延對(duì)比

分析圖3可知，隨著寬色域視頻圖像信息傳輸量的增大，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組的傳輸時(shí)延均出現(xiàn)了較為明顯的波動(dòng)變化狀態(tài)。對(duì)照組傳輸時(shí)延的極大值主要集中在30～70 Mb的圖像信息量取值區(qū)間范圍內(nèi)，在此階段，其最大數(shù)值結(jié)果達(dá)到了57.4 ms；而傳輸時(shí)延的極小值主要表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)開始階段與即將結(jié)束階段，全局最小值達(dá)到了14.2 ms。實(shí)驗(yàn)組傳輸時(shí)延的最大值31.3 ms出現(xiàn)在寬色域視頻圖像信息傳輸量即將達(dá)到40 Mb的時(shí)間節(jié)點(diǎn)處，與對(duì)照組最大值相比，下降了26.1 ms；極小值則主要集中在0～20 Mb的圖像信息量取值區(qū)間范圍之內(nèi)，在此階段，其最小數(shù)值結(jié)果為5 ms，與對(duì)照組最小值相比，下降了9.2 ms。

表1記錄了應(yīng)用實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組方法后，寬色域視頻圖像信息顯示帶寬值的具體變化情況。

表1 寬色域視頻圖像信息顯示帶寬值對(duì)比Kb/s

分析表1可知，隨著寬色域視頻圖像信息傳輸量的增大，實(shí)驗(yàn)組信息顯示帶寬值始終保持不斷波動(dòng)的變化狀態(tài)。當(dāng)信息傳輸量取值結(jié)果處于30～90 Mb的數(shù)值區(qū)間之內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組帶寬值的平均水平明顯相對(duì)較高，在此過程中，其最大值結(jié)果達(dá)到了783.40 Kb/s，全局最小值為704.34 Kb/s，出現(xiàn)在圖像信息傳輸量等于20 Mb的時(shí)間節(jié)點(diǎn)處。對(duì)照組信息顯示帶寬值則呈現(xiàn)階段性變化狀態(tài)，在0～30 Mb、60～80 Mb的圖像信息傳輸量取值區(qū)間內(nèi)，對(duì)照組帶寬值的變化行為更為平穩(wěn)，而當(dāng)圖像信息傳輸量等于40 Mb和90 Mb時(shí)，對(duì)照組帶寬值出現(xiàn)了兩次明顯的下降，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的最大帶寬值為506.73 Kb/s，與實(shí)驗(yàn)組最大值相比，下降了276.67 Kb/s，最小值帶寬值為471.54 Kb/s，與實(shí)驗(yàn)組最小值相比，下降了232.80 Kb/s。

綜上可知，在多路徑并行傳輸方法作用下，隨著寬色域視頻圖像信息傳輸量的增大，傳輸時(shí)延的上升變化趨勢得到了有效控制，與此同時(shí)，信息顯示帶寬表現(xiàn)出來的數(shù)值水平也出現(xiàn)了明顯增大的變化趨勢，對(duì)于最大化提升寬色域視頻圖像的傳輸質(zhì)量，確實(shí)能夠起到一定的促進(jìn)作用。

4 結(jié)語

對(duì)于寬色域視頻圖像而言，多路徑并行傳輸方法在傳統(tǒng)Kirsch算子圖像分割法的基礎(chǔ)上，針對(duì)色域標(biāo)準(zhǔn)、顏色測量條件、色域邊界三項(xiàng)物理量進(jìn)行了重新定義，并以此實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像信息間擴(kuò)展映射關(guān)系的完善。在同時(shí)存在周期性數(shù)據(jù)幀、非周期性數(shù)據(jù)幀的情況下，多路徑并行傳輸方法又通過發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)并建立鏈接的處理方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像信息的實(shí)時(shí)編碼，不但能夠較好地控制寬色域視頻圖像的傳輸時(shí)延，也可以從根本上提升圖像信息顯示帶寬的平均數(shù)值水平。