Диссертация (Методы и устройство формирования сигналов в цифровых видеоинформационных системах), страница 3

Разработан эффективный метод итерационнойшумовой коррекции с применением коэффициентов, определенных усеченнойфункцией Гаусса. Разработана структурная схема устройства трехмернойшумовой коррекции внутрикадрового пространства на основе пространственновременной фильтрации смежных кадров с применением системы гребенчатых12фильтров.

Рассмотрено формирование и обоснована эффективность применениясигналов управления для адаптивного преобразования видеоинформационногосигнала.В третьей главе “Реализация методов сжатия видеоинформационныхсигналов” описан разработанный метод внутрикадрового сжатия с применениемрекомендаций по выбору параметров размеров блоков обработки и матрицыкоэффициентовкорректирующейквантования,аинформациинатакжевозможностьюосновеформированияуправляющегосигналадляосуществления масштабирования видеоинформационного потока в зависимостиот доступных ресурсов канала связи. Экспериментальным путем определены исформированы матрицы коэффициентов квантования для кодирования блоковобработки в пространственной области кадра формата высокой четкости и блоковкорректирующей информации.

Описан разработанный на основе управляющихсигналов метод ускоренной реализации процесса компенсации движения исокращения количества векторов движения, необходимых для декодированияизображенияскомпенсированногокадрапримежкадровомкодированиивидеоинформационного потока. Для разработанных методов внутрикадрового имежкадрового кодирования приведены блок схемы их алгоритмов.

Показанауниверсальностьприменениявидеоинформационногоитерационногометодауправляющихпотока.шумовойсигналовОбоснованакоррекциивкодированииэффективностьприиспользованииработыеговпредобработке пространственной области кодируемого кадра и адаптивногоформирования для него управляющих сигналов.Вчетвертойглаве“Результатыработыиэкспериментальногоисследования разработанных методов формирования управляющих сигналов,внутрикадрового и межкадрового кодирования” приведены данные полученные врезультате работы разработанных методов при различных вариантах исходныхданных и требованиях к скорости, степени сжатия и качеству декодируемыхизображений тестовых кадров.

Выполнены сравнительные тесты с методами,используемыми в современных стандартах сжатия видеоинформационного13сигнала. Отмечены сильные и слабые стороны разработанных методов. Наосновании результатов исследования данной главы, обосновано увеличениеэффективности и скорости работы разработанных методов в сравнении сиспользуемымивнастоящеевремяметодамикодированиявидеоинформационного сигнала.В заключении приводятся основные выводы и результаты, полученные входе проведения исследований.В приложении приведён код программы, моделирующий адаптивноевнутрикадровое кодирование с формированием корректирующей информации наоснове управляющих сигналов, а также код программы, моделирующий сприменениемуправляющихсигналовадаптивныйпроцессвыполнениякомпенсации движения и формирования уменьшенного числа сигналов векторовдвижения, необходимых для декодирования видеоинформационного потока.14ГЛАВА 1.

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ КОДИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕУСТРАНЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ И ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙИЗБЫТОЧНОСТЕЙ ВНУТРИКАДРОВОГО И МЕЖКАДРОВОГОНАПРАВЛЕНИЙ ВИДЕОИНФОРМАЦИОННОГО СИГНАЛА1.1 Характеристики параметров зрительной системы человекаКонечнойточкойприемавидеоинформационногосигналаявляетсязрительная система человека, которая регистрирует и обрабатывает этуинформацию, представляя ее в виде изображений.

По этой причине припроектировании новейших видеоинформационных систем или модифицированиисуществующих очень важно учитывать особенности зрительной системычеловека. Учитывая данные особенности, становится возможным формироватьнаборкритериевверностивоспроизведенияизображениянавыходевидеоинформационной системы и дешифруемости этого изображения человеком.Зрительная система человека состоит из глаз, зрительного нерва и мозга[48],совместнаяработакоторыхобеспечивает формированиеобъемныхизображений окружающего мира.Глаз, как и объектив телевизионной камеры, представляет собой оптическийприемник и является тонким и сложным механизмом. От качества приходящегонавходприемникасигнала(внашемслучаесигналаизображения),согласованности его характеристик с обрабатывающей системой приемника иточности обработки этим приемником будет зависеть степень верностиформирования изображения в мозгу.Для того чтобы понять, как обеспечить согласованность приходящегосигнала с характеристиками глаза, рассмотрим основные элементы глаза ипринцип их работы.Глаз человека состоит из таких основных элементов как склера, зрачок,хрусталик и сетчатка.Склера служит биологическим корпусом глаза, который содержит в себеостальные из, перечисленных выше, элементов.15Зрачокпредставляетсобойдиафрагму,регулирующуюколичествопропускаемого света.Хрусталик является линзой, обеспечивающей фокусировку глаза наобъекты.Сетчатку можно описать как световоспринимающую матрицу, котораясостоит из двух видов активных анализирующих элементов – палочек и колбочек.Благодаря результатам физиологических исследований глаза известно, чтопалочки активируются в темноте или в сумеречное время и воспринимают толькооттенки серого.

Колбочки участвуют в дневном зрении, воспринимают цвет и,соответственно, их разрешающая способность намного выше, чем у палочек.Кроме того, в связи с работой в разных условиях, максимальная чувствительностьпалочек и колбочек достигается на разных длинах волн.По этой причинечувствительность глаза человека зависит от длины волны. Диапазон длин волн, вкотором глаз способен регистрировать сигналы, составляет от 380 нм до 760 нм.Наибольшая чувствительность, а следовательно разрешающая способность глаза,достигается на длине волны 555 нм (зелено-желтый цвет), при дневном зрении, ина длине волны 515 нм, при сумеречном зрении. По мере удаления от этогозначения, в обе стороны спектра, чувствительность глаза падает и начинаетстремиться к нулю, начиная со значений длин волн 380 нм – фиолетовый цвет и760 нм – красный цвет. Все, что лежит по обе стороны границ данного диапазона,называется ультрафиолетовым и инфракрасным излучением соответственно [1].Спектральная характеристика - это зависимость спектральной плотностимощности излучения от частоты (длины волны) излучения.

Применительно кглазу человека, спектральную характеристику называют кривой видности.Соответственно для зрения человека различают две кривых видности – длядневного и ночного зрения. У разных наблюдателей, кривые видности различны,поэтому существуют их среднее представление, приведенное на рисунке 1.1.16Рисунок 1.1. Кривые видности человеческого зрения в области длин волнИз-за сдвига между кривыми дневного зрения и ночного зрения, которыйможно наблюдать на зависимостях рисунка 1.1, колбочки регистрируют синефиолетовый цвет как светлый оттенок серого, а красный – темный.

Этот сдвигназывается сдвигом Пуркинье [3] .Кроме этого, значение дневной чувствительности глаза к излучению, кпримеру, с длиной волны 520 нм абсолютно идентично чувствительности кизлучению с длиной волны 690 нм, а значение чувствительности глаза кизлучению с длиной волны 480 нм идентично чувствительности к излучению сдлиной волны630 нм.

Таким образом, объекты, имеющие разные значенияяркости, глазом могут восприниматься как одинаково яркие или же воздействиеодинаково ярких объектов, к примеру, с синим и зеленым цветами, будетвосприниматься не одинаково [2, 3].В связи с изложенным выше можно также отметить, что, в зависимости отрегистрируемой зрительной системой яркости, имеет место адаптация глаза.Адаптация происходит за счет манипулирования размером зрачка глаза, а такжепереходом с колбочкового зрения на палочковое или наоборот. При этомсуществует темновая адаптация, под которой подразумевается переход отвоздействия яркого света к менее яркому, и световая адаптация - от темного кяркому. Зависимость чувствительности от времени адаптации глаза при переходе17с колбочкового зрения на палочковое, т.е. при темновой адаптации, изображенана рисунке 1.2 [3].Рисунок 1.2. Кривая адаптации при переходе от колбочкового зрения кпалочковомуТаким образом, из графика на рисунке 1.2 видно, что наибольшейчувствительностью к свету обладают палочки, при этом, как уже отмечалось, онине способны регистрировать цвет, их разрешающая способность меньше, чем уколбочек, вследствие меньшей концентрации первых на единицу площадисетчатки глаза, хотя общее их количество намного выше, чем колбочек.Перегиб на графике рисунка 1.2 иллюстрирует момент, когда колбочкидостигают максимальной чувствительности, после чего более не участвуют впроцессе адаптации – человек начинает воспринимать объекты в черно-беломцвете.При световой адаптации глаз подстраивает свои характеристики намногобыстрее, чем при темновой.

При слишком ярком свете, который возникает врежиме, когда глаз адаптирован на ночное зрение и имеет наивысшуючувствительность,появляетсянеприятноеощущениеослепления,т.к.раздражение палочек, из-за слишком быстрого разложения химически активноговещества - родопсина, чрезвычайно сильно и глаз ослеплен. При этом колбочки,которые не успели еще выработать защитный механизм в виде химическоговещества меланина от слишком яркого света, также сильно раздражены. Верхняя18граница слепящей яркости зависит от времени темновой адаптации глаза,поэтому, чем дольше происходила темновая адаптация, тем меньшая яркостьсвета вызывает ослепление. Если в поле зрения попадают очень ярко освещенныеили слепящие объекты, то они ухудшают восприятие сигналов на большей частисетчатки.

Только по истечении достаточного времени адаптация глаза к яркомусвету заканчивается, и глаз начинает нормально функционировать. Полнаясветовая адаптация достигает своего максимального значение через 8 – 10 мин,при темновой же адаптации через 60 – 80 мин. Полную темновую адаптациюможно назвать долговременной (десятки минут), кроме нее можно выделитьтакже быстровременную (доли и единицы секунд) и средневременную (десяткисекунд, минуты) [4].Можно отметить, что динамический диапазон глаза при подстройке куровням яркости очень широк, но и имеет место инерционность перестройки, чтостановитсяоченьважнымфактором,учитываемымприформированииизображения на входе и выходе систем формирования и отображениявидеоинформационных сигналов.Кроме самого глаза, в зрительной системе большую роль играет и работамозга. Поэтому, наряду с описанными выше элементами и процессами, одной изосновных особенностей работы зрения также являются обратные связи,определяющие специфику работы зрительной системы.