Диссертация (Методы и устройство формирования сигналов в цифровых видеоинформационных системах), страница 2

Кромеэтого, исследования показали, что новейшие форматы ТВ изображенийсверхвысокой четкости 4K и 8K, скорее всего, предъявят бескомпромиссновысокие требования к основным алгоритмам современных стандартов сжатия вотношении их эффективности и скорости обработки видеоинформационныхсигналов, что говорит о скором достижении предела заложенного в эти стандартыресурса. Сказанное выше приводит к выводу о необходимости дальнейшихисследований и разработок более эффективных методов обработки и кодированияТВ сигналов в цифровых видеоинформационных системах.По этой причине актуальными являются разработки новых цифровыхметодов и устройств, отличающихся не только эффективным и качественным, нои быстрым по времени, за счёт снижения объёма необходимых вычислений,кодированиемвидеоинформационныхсигналоввысокойисверхвысокойчеткости.

При этом в процессе обработки таких сигналов не потребуетсяпривлечение высокопроизводительного оборудования. Наличие таких методов иустройств позволит успешно обеспечивать современные и будущие требования к6видеоинформационным системам на базе мобильных и стационарных аппаратныхплатформ.Цель и задачи работыЦельюнастоящейдиссертационнойработыявляетсямодернизациясуществующих и разработка новых адаптивных методов, алгоритмов и устройств,позволяющихэффективноформировать,обрабатыватьикодироватьвидеоинформационные сигналы ТВ изображений со стандартной, высокой исверхвысокой четкостью, а также сократить за счёт снижения объёма вычисленийнеобходимое количество используемых временных и аппаратных ресурсов дляреализации перечисленных операций в сравнении с существующими методами.Для достижения поставленной цели в данной диссертационной работерешены следующие научно-практические задачи:1.

ПроведентеоретическийвидеоинформационныханализсигналовметодоввобработкисовременныхикодированиястандартахсжатияH.264/AVC, H.265/HEVC и эффективных методов противошумовой коррекцииструктуры ТВ изображений.2. На основе аналитических результатов выбраны параметры размера блоковобрабатываемых пикселей внутрикадрового пространства и конкретизированыперспективныенаправлениявобластиразработкиновыхметодовэффективного формирования видеоинформационных сигналов.3.

Разработанкоторогоэффективныйявляетсяметодшумовойотносительнокоррекции,высокаяпреимуществомстепеньподавлениявысокочастотных, в пределах внутрикадрового пространства, составляющихшума.4. Разработана структурная схема устройства многомерной шумовой коррекциивидеоинформационных сигналов, обеспечивающее эффективное устранениешума.5. Разработанметодитерационнойпротивошумовойобработки,обеспечивающий формирование адаптивных сигналов управления высокойточности.76. Разработанметодвнутрикадровогообеспечивающий масштабируемостьсжатиясигналовизображений,видеоинформационного потока припередаче кодированных данных.7.

Разработан высокоэффективный метод межкадрового кодирования данных,нетребующийвпроцессесвоейработыпривлечениявысокопроизводительных аппаратных ресурсов.Методы исследованияПоставленные в данной диссертационной работе задачи решались сиспользованием современных методов цифровой обработки изображений,численногоанализа,интегрированияистатистическойрадиотехники,дифференцирования,теориичисленногоспектральногоанализа,программирования и др.Научная новизна1. Длявариантакодированияизображений высокой четкости выявленаспецифика корреляционных связей смежных в пространствепикселей иконкретизированы параметры размеров блоков пикселей, обеспечивающиеувеличение эффективности устранения внутрикадровой избыточности впространственном спектре изображения без существенной потери качества впоследнем.2. Предложена таблица с увеличенным набором коэффициентов частотноговзвешивания для квантования трансформант ДКП в пространственномнаправлении видеоформата высокой четкости.3.

Разработан метод трехмерной противошумовой коррекции на основеадаптивнойпространственно-временнойфильтрациисигналовТВизображений в последовательности кадров.4. Разработана структурная схема устройства трехмерной противошумовойкоррекции на основе пространственно-временной фильтрации сигналов ТВизображений в последовательности кадров.5. Для адаптивной внутрикадровой и межкадровой обработки ТВ изображенийвысокой четкости разработан метод формирования управляющих сигналов,8основанный на итерационной, линейной и нелинейной противошумовойобработке сигналов ТВ изображений.6.

Разработан метод адаптивного внутрикадрового сжатия с возможностьюформированиякорректирующейинформации,обеспечивающеймасштабируемость видеоинформационного потока.7. Разработан метод адаптивного межкадрового сжатия суменьшениемнеобходимого числа сигналов векторов движения для восстановления кадра исоответственно увеличенной производительностью при выполнении процессакодирования.Практическая ценность1. Реализованоэффективноеформированиеуправляющихсигналовдляадаптивной внутрикадровой и межкадровой обработки ТВ изображенийвысокой четкости.2. Разработан алгоритм формирования корректирующей информациивнутрикадровомсжатиивидеосигналасвыполнениемприусловиямасштабируемости результирующего информационного потока.3. При реализации межкадрового сжатия сигналов изображений обеспеченоуменьшениенеобходимогочисласигналоввекторовдвижениядлявосстановления кадра и соответственно увеличена производительность привыполнении процесса кодирования.4.

Разработана структурная схема устройства трехмерной шумовой коррекциина основе пространственно-временной фильтрации сигналов изображений впоследовательности кадров.5. Создано программное обеспечение для моделирования разработанного методаадаптивноговнутрикадровогосжатиясвозможностьюформированиякорректирующей информации.6. Создано программное обеспечение для моделирования разработанного методаадаптивного межкадрового сжатия.9Реализация результатов работыРезультаты работы использованы при разработкесистемпередачивидеоинформации в ООО «Радиокомп», ЗАО «Спецвидеопроект» и привыполнении гранта РФФИ № 14-07-00793-А «Разработка методов, алгоритмов иустройства объективной комплексной и раздельной относительной оценкихарактеристик систем сжатия спектра сигналов изображений вещательноготелевидения» в ФГОБУ ВПО МТУСИ.

Они также использованы при проведенииучебного процесса на кафедре телевидения и звукового вещания им. С.И. КатаеваФГОБУ ВПО МТУСИ для подготовки бакалавров и магистров.Апробация результатов работыОсновныеобсуждалисьположениянадиссертационноймеждународныхработы докладывалисьнаучно-техническихиконференциях“Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения”, Москва,Intermatic 2011 г. и Москва, Intermatic 2012 г., VIII международно-отраслевойнаучно-технической конференция “Технологии информационного общества”,Москва, 2014 г., а также на научно-технических семинарах, организованных накафедре телевидения и звукового вещанияим.

С.И. Катаева ФГОБУ ВПОМТУСИ, 2011 – 2014 гг.ПубликацииПо материалам диссертационной работы опубликовано 5 научных работ,в том числе три статьи в ведущих рецензируемых журналах, входящих в переченьВАК.Личный вкладТеоретические выводы, основные положения и рекомендации, изложенныев материалах данной диссертации, получены автором лично.Структура и объём работыДиссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения,списка литературы и приложения.

Работа изложена на 205 страницахмашинописного текста. Список литературы включает 91 наименование.10Основные положения, выносимые на защиту1. Разработанныйметодтрехмернойпротивошумовойвнутрикадрового пространства на основе адаптивнойкоррекциипространственно-временной фильтрации сигналов изображений в последовательности кадров,реализующий эффективное подавление шумов различного происхождения иобеспечивающий экономное, в силу применения простых математическихопераций, использование вычислительных ресурсов.2. Разработанная структурная схема устройства трехмерной противошумовойкоррекциивидеоинформационногосигналанаосновеадаптивнойпространственно-временной фильтрации кадров, реализующая эффективноеподавление шумов различного происхождения и экономию вычислительныересурсы.3.

Разработанныйметодитерационнойпротивошумовойобработки,обеспечивающий формирование адаптивных сигналов управления высокойточности,позволяющий повысить эффективность и скорость работыалгоритмов кодирования видеоинформационных сигналов в режиме реальноговремени.4. Разработанный адаптивный метод устранения внутрикадровой избыточности сселективной обработкой сигнала ошибки, увеличивающий эффективностькодирования изображений формата стандартной и высокой четкости, а такжеобеспечивающийвозможностьформированиямасштабируемоговидеоинформационного потока, позволяющего динамически адаптироватьскорость такого потока к пропускной способности канала связи.5.

Разработанный адаптивный метод устранения межкадровой избыточности,обеспечивающий формирование уменьшенного, требуемого для передачи,количества векторов движения и, тем самым, предоставляющий возможностьувеличения степени сжатия с уменьшением общего времени работы алгоритмамежкадрового кодирования.6. Результаты проведённого анализа, моделирования и экспериментальныхисследований разработанных методов сжатия изображений различных11форматов четкости, демонстрирующие увеличение эффективности процессакодирования этих методов по сравнению с существующими методами.Краткое содержание работыВо введении обоснована актуальность темы диссертации, охарактеризованосостояниеисследуемыхвопросов,определеныцель,задачииметодыисследований.

Сформулированы научная новизна, практическая значимостьрезультатов работы и положения, выносимые на защиту. Представлены состав икраткое описание работы, приведены сведения об апробации работы ипубликациях автора.В первой главе “Исследование методов кодирования на основе устранениястатистической и психофизиологической избыточностей внутрикадрового имежкадрового направлений видеоинформационного сигнала” рассматриваютсясовременные методы устранения психофизиологической и статистическойизбыточностивпространственном(внутрикадровом)имежкадровомнаправлениях, реализуемые с учетом особенностей пространственно-временныххарактеристик зрительной системы человека.

Приведены перспективы развитияалгоритмов кодирования видеоинформационного сигнала.Во второй главе “Формирование сигналов управления для адаптивногопреобразования видеоинформационного сигнала” произведена классификация ипроведен сравнительный анализ наиболее успешных методов шумовой иапертурной коррекции. Определен характер возникновения шумов и апертурныхискажений, описывающий условия увеличения универсальности при разработкеалгоритмовкоррекциишумаиискажений.Определеныпараметрывидеоинформационного сигнала, способствующие алгоритмам точнее отличатьшум от полезной информации и, соответственно, сохранять контрастные границыобъектов в изображении кадра.