Диссертация (Методы и устройство формирования сигналов в цифровых видеоинформационных системах)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯМОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИНа правах рукописиПопов Андрей ВладимировичМЕТОДЫ И УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯСИГНАЛОВ В ЦИФРОВЫХ ВИДЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХСпециальность 05.12.04 –Радиотехника, в том числе системы и устройства телевиденияДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководительдоктор технических наук, профессорБезруков Вадим НиколаевичМосква 2015Содержание:ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5ГЛАВА 1.

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ КОДИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕУСТРАНЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ И ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙИЗБЫТОЧНОСТЕЙ ВНУТРИКАДРОВОГО И МЕЖКАДРОВОГОНАПРАВЛЕНИЙ ВИДЕОИНФОРМАЦИОННОГО СИГНАЛА ............................ 151.1 Характеристики параметров зрительной системы человека ............................. 151.2 Алгоритмы энтропийного кодирования при сжатии спектравидеоинформационного сигнала ...............................................................................

241.3 Методы кодирования с потерями ........................................................................ 391.3.1 Методы внутрикадрового кодирования с потерями на основе ДКП........... 401.3.2 Методы внутрикадрового кодирования с потерями на основе вейвлетпреобразований .......................................................................................................

471.3.3 Внутрикадровое предсказание....................................................................... 651.3.4 Межкадровое предсказание и кодирование .................................................. 661.4 Перспективные направления совершенствования алгоритмов сжатиявидеоинформационных сигналов .............................................................................. 731.5 Выводы .................................................................................................................

76ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯАДАПТИВНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВИДЕОИНФОРМАЦИОННОГОСИГНАЛА .................................................................................................................. 792.1 Современные методы противошумовой обработки сигналов ........................... 792.1.1 Фильтры пространственной области............................................................. 832.1.2 Фильтры области преобразования................................................................. 942.1.3 Фильтры на основе обучающегося словаря ................................................

1002.2 Апертурная коррекция ....................................................................................... 10322.3 Разработка метода противошумовой коррекции .............................................. 1082.4 Формирование сигналов управления для адаптивного преобразованиявидеоинформационного сигнала .............................................................................

1192.5 Выводы ............................................................................................................... 128ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ СЖАТИЯ ВИДЕОИНФОРМАЦИОННЫХСИГНАЛОВ.............................................................................................................. 1323.1 Реализация метода внутрикадрового кодирования на основе управляющихсигналов с итерационным методом шумовой коррекции ...................................... 1323.1.1 Метод внутрикадрового кодирования на основе управляющих сигналов ситерационным методом шумовой коррекции .....................................................

1323.1.2 Структура и алгоритм работы кодера внутрикадрового кодирования наоснове управляющих сигналов с итерационным методом шумовой коррекции................................................................................................................................

1333.1.3 Структура и алгоритм работы декодера внутрикадрового кодирования наоснове управляющих сигналов с итерационным методом шумовой коррекции................................................................................................................................ 1413.2 Реализация метода межкадрового кодирования с предсказанием на основеуправляющих сигналов с итерационным методом шумовой коррекции .............. 1433.2.1 Метод межкадрового кодирования с предсказанием на основеуправляющих сигналов с итерационным методом шумовой коррекции ........... 1443.2.2 Структура и алгоритм работы кодера межкадрового кодирования спредсказанием на основе управляющих сигналов с итерационным методомшумовой коррекции ..............................................................................................

1453.2.3 Структура и алгоритм работы декодера межкадрового кодирования спредсказанием на основе управляющих сигналов с итерационным методомшумовой коррекции .............................................................................................. 1563.3 Выводы ............................................................................................................... 1573ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГОИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯУПРАВЛЯЮЩИХ СИГНАЛОВ, ВНУТРИКАДРОВОГО И МЕЖКАДРОВОГОКОДИРОВАНИЯ ..................................................................................................... 1594.1 Выбор исходных данных ................................................................................... 1594.2 Результаты моделирования работы внутрикадрового сжатия с внедрениемразработанного метода кодирования ......................................................................

1614.3 Результаты моделирования работы межкадрового сжатия с внедрениемразработанного метода кодирования ...................................................................... 1724.4 Выводы ............................................................................................................... 178ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................ 180СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................................................ 182ПРИЛОЖЕНИЯ ........................................................................................................

1914ВВЕДЕНИЕАктуальность темыФормирование телевизионных (ТВ) изображений высокой и сверхвысокойчеткости отражает современные направления развития видеоинформационныхтехнологийна основе новых научных достижений в области телевидения ипередачи видеоданных. Однако лишь недавно эти форматы четкости успелидоказать востребованность, завоевать признание обычных пользователей ипрофессионалов, а также показать свое преимущество перед ТВ изображениямистандартной четкости.Пользователи все чаще выбирают возможность работы с изображениями сбольшей четкостью, независимо от того, смотрят ли они фильм, программыпередач телевидения высокой четкости (ТВЧ), занимаются видеомонтажом илихотят организовать видеоконференцсвязь, используя для этого персональныйкомпьютер или свое мобильное устройство.Повсеместномувнедрению,трудности, обусловленныенапример,системТВЧпрепятствуютвысокой инерционностью процесса модернизацииаппаратуры и технического оснащения для формирования и обработкисоответствующихтребований,видеоинформационных сигналовпредъявляемыхпотребителямиксучётомкачествуобеспечениятакихсигналов.Соответственно, удовлетворение перечисленных потребностей пользователей вполноймеревозможнотолькосиспользованиемсамыхпередовыхвысокопроизводительных средств передачи сигналов и мощных аппаратныхвычислительных ресурсов, стоимость которых зачастую оказывается оченьвысокой.Последнее заставляет предпринимать шаги для того, чтобыкомпенсировать инерционность развития технической составляющей, создаваявозможности реализации современных требований к обработке видео на базеприемлемых по стоимости аппаратных платформ и доступных для пользователейсредств передачи данных.Для эффективного решения такой задачи необходимыисследования,достижения и перспективные разработки в области методов и устройств5кодирования, которые позволят ускорить интеграцию современных технологий вжизнь каждого потребителя.

Уже сейчас неоценимый вклад по даннымнаправлениям, внесли и продолжают вносить теоретические и практическиеработы С.И. Катаева, М.И. Кривошеева, Ю.Б. Зубарева, А.С. Селиванова, Б.П.Хромого, В.П. Дворковича, Ю.С. Сагдуллаева, В.Н. Безрукова, а также другихотечественных и зарубежных авторов.Современным продуктом таких исследований являются, например, широкоиспользуемые стандарты сжатия H.264/AVC и H.265/HEVC. Они реализуютэффективное кодирование в системах ТВЧ для работы на большинствеаппаратных платформ и систем, с использованием меньшего количества ресурсовдля передачи видеоинформационных сигналов.Однако остается ряд платформ, для которых названные стандартынеспособны обеспечить эффективное кодирование сигналов ТВ изображений скачеством, соответствующимформату высокой четкости, особенно, длякодирования изображений, передаваемых в режиме реального времени.