автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка алгоритмов и аппаратурных способов систем сжимания телевизионных изображений

РГ6 од

2 О ШОП 1993 ПОЛ1ТЕХН1ЧНИЙ тисгшт

На правах рукопису

/ /

МАЙДЛНШ Володимир Павлович

Р03Р0БКА АЛГОРИТМ]В 1 АПАРАТУРНИХ ЗАС0Б1В СИСТЕМ СГИСКАННЯ ТЕЛЕВШЙ-НИХ ЗОБРАЖЕНЬ'

Спощальмп-гь 0&. П . !6> - тн^орчацтРно-вимтрювалын системи (в н»уц! 1 пр.дги^ловост 1)

а в т о р ;: ф ь: р а т

дисертацп на эдо<5уття няукового ступеня кандидат! технтиних наук

Вжниця - 19УЗ

Ррбртй ВК№>РвЙ& й РШЙ пЙй®ЙТРРЯй »афвдаи нарисно! геометр!' } щшщю} граф11£;; Шнницького полхтехнгчного институту

Науковий рерхвник: доктор техшчних наук, професор КОЖЕМ'ЯКО В.П. .

0ф1ц:йН1 опоненти: доктор техн1чних наук, професор КОВАЛЕНКО М.В. кандидат техшчних наук ТХОР В. Б.

ЛровЦна оргашзахця: Украгнський науково-дослхдиий шститут

эв'язку iУНД13), м. Кигв

Захист ь1дбудеться " ZS " igfyfttJ? 1993 р. и " 'fO " го дин на эасхданн1 спец1ал1зованог вчеиог ради К 066.34.01 у В1иницько?лу пол1техн1чному гнституп за адресов: 266021, v. Впошця, Хмельницьке шосе, 95, ВП1.

3 дисерхац1ею можна оэнайомитись у б!бл1отец! Bill. Автореферат роэ1сланий f " /ЦЛг^шЛ) 1993 р.

Вчений секретир спец!ал1аованог вчено! ради" С.В. Шимчук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Аггуальннггь теми. Зображення яаляються найбиыи ушверсаль-ной формою представления 1нформацп про оточуючий сб1т. Вони бико-риетовувтьея при вир!!иенн1 ¡лрних народно-господарських задач в таких области*, як дослздл^ння нриродних ре-ургЛб,картограф}т .медицин!, бшлогп, технЫних системах, коем I чти дуел1дже1!ннх' I ш -ШИХ. Цв призвело ДО виникнення НОВОГО КЛаСу 1НфермаЦ|ЙНО-БИМ!рю-иаль;:их систем (IВС) - 1 и>|ормацIйно-вим Iрювальних (.и«тем аналIау зображвнь (1ВСАЗ) . В багатьох випвдках, на'йбтльга склад!П задач! обробнн аобрьяень ке аирттуютьен по итога автсмстично, в зв'нак» з чкм гх внртення покладаться на людину. Так! системи створю-' ють особливий клас ергатнчних 1ВСАЗ. !к:об;идна е^ектишпотъ так../. 1ВСАЗ досягаеться за рахунок оптим1зацп ¡нфорыафйноУ во-'-умоди ыш техн1чн'нми засовами I лодинов на основ! врахування нсихоф!э)-сдогччних характеристик пчдиии як приймача : ажшзатора зображення,

Одно« 3 НайВЬЯиЧИЬШНХ .>аДаЧ, ЯКл Ь <-|>Га'.'ИЧЖ!л

с передачи ним1рт.':-..пьно'! 1н1о1 «щи : и фм! ги;•<.»•. л ЗобриЧСЖЬ ПО КдНЛЛ'гМ ау'чику . Н«Й01Я1л:,/ Л'. ••!••!»'>.И1 (Л .¡,«14 I

■гед^ь^'лйних аобрпкень эаСк'ласчуыгь ци ишцг.и, ¡к.отоо.уваннн

цифрових метод! в иерида'И твлев!з1йних аобранень з у а к о* . «„ии >•.<•.»• КрОКСМ по СТНьреЫО й1Г."«Я: авТОМЯЧ'ИЯОН.'ШО! системи зн'яэку (САСЗ), и лаШ спсфац! г I ».еркдг.':; :нф.гм<«цн будт-* 1 ««к./» .уз ;"ь

и цифров1й форм],

Однак, эастоеунання цифрових методов для передач! телвв^згй-ннх аображеяь ..«н.;аь',г1 :> гадом т^удм.-Ф и, . •< я-мх -- мпич!

цис?.рОй1 потоки 1нформац}г, як! глдлягають »врет вореамю I передач *. 1'ьк при представление твлев т.э I Иного сигналу п и.щ'р-дч й Лорм( ь формат! 4:2:2 , цифровий поттк с л!иП эо'яэку склпдпе 2Ш МО!т/с.

В зв'язку э чиы актуальним являеться виршення задач! скорочен-ия цифрового штоку для передач! телев!з1йних зображвнь цифрови-ыи методами по каналам зв'язку в 1ВСАЗ, або 'ix зберхгання на pia

видах носпв (дискова паы'ять, маптнх строчки та ih.).

Робота виконувалась вхдповэдно з координацхйним планом Мхнвуаа УРСР "Роботи та робототехшчн! системи" i постановов ЦК IfflPC i Ради MiHicTpiB СРСР » 134-45 В1Д 21.09.1986 р.

Щль роботи заключаеться в розробщ алгоритмов i апаратур-них эасобгв систем стискаиня толев!31йних зобранень, прнзначених для вкконгдам стискаиня в масштаб! реального часу.

В^дповхдно з поставленною ц!ллв в poöofi вирхшуються сл1ду-юч i завдьяня:

I. Анал1з дкерея надмхрностх телев!з!йного зображення, Boro ш-форыец1йног емкост! i критерпв BipnocTi в!дновлення зображень глсля кодування з ц1лло ьизначення основних налрямкхв виршення завдань стискання телевхзхйних зображень. '¿. Аналхз biflokux методов кодування зображень з цхлдю.вибору методу кодування, якнй дозволяв би р.ирхшувати завдання стискання телев1а1йиих зображень в масштаб! реального часу з прийнятною техшциов склдд'-пста.

3. Розробка на основ! вибраного методу новкх алгоритм!в стискаиня телев1з!йних зображень, орхентованих на внконаннл стискаиня в масштаб: реального часу i забеэпечуючих ефективну техшч ну реал1зац10 на 6a3i В1С i HBlC.

4. Розробка макроелементного базису систем етискинкя телеахзхй-них зобракань.

Експериментальм» дослхджеиня,розрабланих алгоритыхв стиекьмкя TefleBiaittHHx зобрайонь. с масстабх реального часу.

Методк досд!джяяь. Проьоде:п в робот! дойлхд%ания баэуються

На теори ^[хрмаци,. теор11 систем, теорп телебачення, матвма-тичному анаЛ131, дискретной математицх, б1оф1эиц1 зору. При.пере-

бIрцI теорзтччних резулътат1в роботи визначадьним було натур»!;: ыоделювання розроблених алгоритм!в стискання.

Н^укоЕ''. новизна роботи заключаешься в сл^дуютоиу:

1. На ос-лов! адаптивного до контур1в двоьирного анализу х синтезу розроблен! нов! алгоритма стискання телев!з!йних зобр&зень, кга ерахоаують нелНаЧнкй характер эобраявкь I тх трьохмтрму природу.

?., Роаробяено икали явентувения р'эи«цввих компонент э и«р1?но-м!рним розташуъаниям порог!а квантування 1 запропонована стратегия зыгисння параыетр1в квантування в1дпэв!дно з р!внем р!зницевого сигналу.

3. Обгрунтований вйсноеок про иеобхэдтсть глибоко! ф!льтрацГ1 по трггьому внмхру ви*1Дкого зображення, так як без цього намокли во оф-орууватм сигнал« улраал?нкя меобхЦког якост I.

4, Е^лначйняй йаэовий наб!р наярооперищй, характвршх для коду »сшм.ч зобрлчень, 1 роэроблии! гувуо-г^шф««! принци:»-; ! < р?а-л)эацН» в тому 'числг«розробляно л|!<4Йи1 1итврпсячторн, як: асаволяють и одному Ьсерполягийно»«у так-п втдконловати два

1 Схдыаа в1дл11'Ла зображення, и тнкоя доол1дг,:н« праео'ир-

ГГ ^Р.йИС4^ -"опт ко—^йсо^г* го

Т \ I/ .

Практична цЕнтсть роботи заклмазться в сшдувчому:

Г. роиро'^н! щ-.могя дс> м-'тод!й стчскшп'Ч те.Чав1&!йИИи зобрз-Я?П ДОЗГЮЛЛЛТЬ ОУКОЧ/ППГЧ Гд(:8К"ТЙВНай а/гсрит-

мов коду »»алия, придадим* для зистосуяаинг г. ектс системах передач! телвв!з!йних зобркжень.

2. Розроблен!' ялгоритми стискання харагггризуетьея простотой

твхншшг' раал13&цп, з1ДП0В1Д{шть шшох'до, як! ставляться до алгоритмов, приеначених дод реалгзецп т 6ьа1 В1С I НВ1С, що дозеоляо створити снстами стисиаяня а васошши тахк1ка-екомс-цЬгкиын параметрами, . —

З.Розроблеш пристрох, саладаоть иакроодгизаткиЯ базис систем стнскакня зобранень характараэуэхься вясокоо точн1с?о 1 придаете обробкк собреяень, до дозшллс застосоаувати IX ив у 1ль-1Ш при виршеш-п заЕ-.аиь с?искннни тедевШГших зобракзнь, ала й в 1ших областях обробки сигнал^. 4»Розроблеиа архитектура систем стмскшшя телвгизШшх зобракснь эабезпвчуе високу надШисть роботи таких систем.

Реал1за1Пя результат!в роботи. Результати, одергаш в процвс} вкконання роботн використовувались при ьиионшт госпрозрахунко-енх роб!т 6718,6726,6740,5205 у Вшницькому пол1техн1чно&«у ги-птитутк Розроблен1 пристро? знайшли застосуванля в соргШтх гра-ф1чних терминалах ВГА 2000-15М 1 УШ-17. Загальний економ^чнмй ефект в!д впровадження результатов дисертащйно! роботи склав В6 тис. крб. ( в цЬтх 1990 р.) .

Апробащя роботи. Основн! результати роботи допо»1дались 1 получили позитивну оцжку на сл1дуючих науково-т«зхн:чних хонфе-ренц1ях:

- 1-й Всесосзной конференции "Функциональна« оптозлектроника в вучислительной тохнике и устройствах управлении", Тбилиси,19В5;

- 2-й Всесоозной конференции "Оптозлектронные методы и сродства обработки изображений", Винница, 1907;

- Республиканской научно-технической конференции "Оптозлектронные методы и средстви обработки ин<[ормацнн", Винница, 19В8;

- 6-м Всесоюзном симпозиуме '"Проблемы создания преобразователей

IV

/

форэд информации" t Khöö , 13&Ь;

- ыеяотраслезоЯ научно-производственной конференции "Развитии и совершенствование телевизионной техники", Львов, 1990;;

- международном симпозиума "Спутниковая связь: реально с? ь и "ор спектизы", Одесса, 1990;

- региональной конференции " Акту&лышо проблемы »'оде^фэаргян» ЭВМ систби передачи информации", Ногосвбирек, 1990;

- Республиканской н«учио-тв>.ничсскай нонфорешц<и "Прсг'-гег.а иг-- • мйтизации контроля электронных устройств", Киев, IÖ2G;

- 1-ой Всесоюзной конференции "Раегшэнаьаиие сбризоа н iiii&jü;". азобрвжеиии: новне мнфоринцйонныд »¿^.ологип", Kvmcr, TQQT:

- Всесоюзной конференции "Телевизионное методы и средства в кну-ке и технике", Киев, 1991;

- научно-технической конференции стран СНГ "Контроль и управление в технических системах"} Винница, 1992;

- научно-технической конференции с международным участием "Приборостроение-^", Керчь, [992.

Публ1кацГ/. По теьц дмсер-гащЬмот роботи знублтконано lb

наукаьих прядь, о тому числ: 5 иана/одде, гяхнцених «¡»торськимс

¡.: ä i ДО цт БШ»1Н ■

Структура i обсяг робот«. ДчлертмЦя их ст..:-; IVO «торшон

ыашинописного тексту, 49 рисунков i складвдться тз вступу, чоти-

ptOX Г ДНЯ, Ь<1К!К"СШ:л, ОПИСКа Л' Гйр«Т/рИ. (КЧ -"1ГК./ i Д"|ГЧ»!ТК|В,

КОРОТКИЙ ЗМIGT РОБОТИ

У вс.тун» г.бгр>1ггойй.гп. акгуклн.Ь'гь vi'VITKK« дослгдчон',,

СфГфНуЛЬОПНН! ц\Л\ т ЗПГ.ДЭДНЛ ДОС Л f , ни.-нмчен! МОТОДИ-ДУС-

лхд^ень, ::ауксча ноимиа тч прнк-iv«in иммгеть о? -ни» < рияудь-

татхв; висв!тлен1 питания реалхзаци" I впровадження отриманих'результат 1в.

У пер^й глав! показано мхсца I роль коду рання эображень в 1ВСАЗ; розроблеш вимоги до мггодхв кодування телев1з10них зобра-"нь; обгрунтований висновок про необх:дн1сть натурного моделюваи ня алгоритм:в стискання телевхз1йних эображень; визначанх х проа-'нал130в!1нх джерела надм]рностх телевхзШмх эображень; виэначений метод, який в найбхльппй м:р: в:дпои:даа особливсстям виршення заццань кодувшшя телав:з18них зображень; уточнен: задач: дослхд-кень.

Кайб1льш складниы завданнкы первиннох обробки зображень в 1БСАЗ е ефектиЕне кодуьшшя (стискання) телев1з1йних зображень, так як в даному вкпадку обов'кзковои е необх1днхсть виконання процедур стчсаання в реальному часЬ 1з-за цього вирхшення зав-дань с?искан:;я зображень на програмному рхзнГ утруднено, а апара-турна рзая1зац1я вимагае значних витрат. Подолати ц: труднощ! мокли во за рахунок застосування В1С(КВ1С) , але це внмагас розробки нових алгоритм1в стискшшя, ор1снтованих на М)ГлЛивост1 аппратур--нох р&алхзацп. Таким чином, методи кодування, призначан! для ■ стискання тсяеахзхгших зображень,иэвишй забезпачувати виконання слхдувчих оскоьнкх аниогч I) висока швидкод1я; 2) простота тех- ' 1Пчно'х реа.'ЛзацН з врахуваиням вимоги локальност: (коротких л:н:Й зв'язку), так «к ресурс трасиро'ок В1С оймэжений; 3) формати да-них пхсля виконання ДБсигрн'ого стискання повинш забезпечувати виконання хкших завдань обробки зображень на скороченоыу обсяз1 даних, в тому чнсл: кодування телевхзхйних эобрижень ихжкадровимк иетодами; 4) можливхсть застосувалня при технший реал1зацп микрозлекентно? бази, з-;гг «"находить застосування при ;г<ошеши 1нщ»1х завдань обреки с ■йзйг.ен!. • 5) симатрш техтчиих засобхв при ходу веда I I двкод/вьик} ...с:1, значилго абхльшбй'иа ьартиать

Результат« анал1зу критерив в1рност! в1дновлення зобраяень птсля виконання стискання показали недостаттсть иналхтичних засо-б1 а, якI опираться на середньоквадратичний критер1й при анаипз! 1 вибор! алгоритм!в стискання теяеа13 1йних зображень, признйче1.»:х для и;лулдъного смклшняггя. Найб^лиц над^йннм методом виэначення якост I зоб ранения шелл виконання стчсчанни с мечид еуо''актиан*! * вкеяертних оцшок. 2у1д<:и сшдуе неоОх1Д»псгь дослпдлень пдсорит->»!» ^тисяи1я!п в ре? явному час1 з вхзу&пьним контролем на телвяп-, Мйнону мои! гор: процедур анил 1 ау 1 синтезу .'»ибражень.

Аналгз джервл надм1рност1 телев1з1йних зображень показав, Цд особ ЛИ воет 1 СПрийИЛТТ.Т зоорвчннц Лириа»Ы ¿Ш<УП2а?ПрСМ ЯРДИН« к значнхй М1р4 узгоджтп з статиетикои зображень. Эменшвння ф1:ноло> гччнеп надм1рност! приводить такс* до аменшенип статистичнот над-М1рност1, тому при виборх методу кодуваннн необххдно араДивувати те, як цей ыетод узгоджений з особливостями зору лвдинн.

Анал!э м-зтоя.и кодувшшя, никониний з «рахуваннны цнх момен-V £!« «ок;,(«<; ,1ерг,||;;КТИ 1'НИН ДЛЯ Х-оауь.-Ш»«" Т-; ')!'.> ; Шш X аиО'...-*«к! о (1ДгМ1ТИШ№й цо МЖГур«» дг.».м1;:чий ьньп! 3 i :!, ¿ч.ц..

лннье г.!>а»яV-»ры.,-ям Ц.М. " ■.'<'. ¿ипп;: ¡¡„к ..«..дш»;.,« а«;.:

кш;-ч К,п. 1л ¡¡(¡¡и: <>' ;" Г \) .¡¡.<.;' > Иг.иЛ,^ !■.,/ 1 ;х Д!. ■ 'р"

НИХ СИГНАЛ!:!, »'.¡и Нс'уг'о М: Р'! Мии;^ ¡¡Г,;. дг.-'.лЛ; .161ьч РОЭШРХВ. ЦВЙ МсГиД у оЦаЦЦ. Й И1р1 П И'Л1ч Ь 1 д;ч; >1:'Л! :,;..!■;

ег.рир»<-.ння, »Ьп:р|1Т|П птли;те К^м^елом 1 Робсоном.

С.ДНЧ!'., в Ц! Л. »'.у , н«. Но .ИаОиО!- .'¡И [)■! . «¡,СГ(.-..уь1.Н|>,. .•

облает 1 ходуванип телоиипйиих зображень. Внасл1док чого, нодос-?°тны> вилв1тле»и питания аниригуршл роалЫщх? даного митоду

СЧООиНЮ Г-.!ЛИШ:П ЙНИ-; {.,Л[.,;«{.1Н.. тоги, i--i.ii, Ди.,'!.'ДЧи;И»

ди фориуьанмн д-онхрикх компонент ч праху вашшм

да ья^п 1 Г. ! Г. но ГО . гяк»-1* Грчи.-щ-иис^ Ди::й1ДУ1:!Ц|1>

су!иск0ст1 цього методу з м1;зкадровии коадваиннм.

iO

У дру/чй глав! розглядаються алгоритми формування двом1рних низькочастотних i рхэницевих компонент зображення; досл!джен1 по ¿ибки при форцуваннх цих компонент; розглянут1 питания квантуван ^я р!эницввих компонент; досл1джен: можливогп опорочения цифров го потоку за рахунок особяивостей сприймаиня зоровим анал1заторо дюдини рухомиз? эображекь; розроблений новий алгоритм стискадая т AoaiaiñHHX аобраяень i виконаний анализ floro обчислювально! вфвк • wbhoctí.

Показано, що найб:льш прийнятним з точки зору wiHiMiaüitif ипаратуршх затрат е формування двомхрних низькочастотних компонент зображення эгладжуючими апертурами 8 розмхраыи сторш кратн ми 2* i з наближенням по л!н1йному закоцу. При цьому в fliHin 3b'j ¿ку передашься йрор:дкен1 В1дл!ки найбхльш згладжено? компонент! i грубр квантован: i в1дпов!дно прорежет в1дл1ки р1зницевих ко» момент ("KpynHÍ"i "др!б»й" детал! зображення). Иередаточна функцЬ дваьцрного сгладжуючого ^¿льтру представляеться слгдуючим виразоь

де Z]1~ трансформоване представления затримки на рядок зображоин* 2, - затримки на такт дискретиэацп,

розм1ри cTopin нпйбмьшог ia алил1зувчих апертур. А його ампл1ту,и но-частотна характеристика{АЧХ) ■

I HJeJui. - fí . . (2)

Дваi »¿4- «py^OBÍ просторов! частот. Припустиыо, що

дв/И,.Л{1 - розмгри анал1зуючих апертур, причоиу, Ц^М,,

то передаточна (}ункц1Я фиътру, я.кнй fapuye рхзницев! сигнали

а його АЧХ, siflnoBiAHo^

и- г*"~')фг)Г? со.vas^ufaf*

^ ** - (jj

¡т((г^-'- '/>-<}и)лff' ссл2"'~*и\п3 Л*

3 Ч-V mA<4 1

Ребийзащя пристрах в формування двом1рних компонент эобрп •

яоння в1дпов!дно з виразаыи (i,3) дозволяе отримати з вхдвод:: цих фтльтртв iyA/M згладжених i ¿og/VA\£ogi^WA/2 р1йницеы!х компонент, а такок забезпвчув эфективну реалхзацг*; на Опт BIG jHBic), так як виконуеться вимога локальное?!.

3 цхллю скорочеиня обсяпв запомииаючих пркетрчгв^Гг/ а и-кох зивниеиня вимор до гх швидкодх'г запропоновано формуватн Tiльни прорхдкеН! вхдлхки эгдаджш<и& коипскси? эображення за р^унс.;

/

аникення частоти дискретизацп' в кожному каскадi в 2^ раз в взрп.-р

кальному i в 2 раз в горизонтальному нанрямках, ^ - число попа реднгх каскад1в з еломентаыи затримки на рядок зображення, 4 -число попередн1х каскадов э элементами затримки на такт.

Розроблеко алгоритм яхдноплвннл вхдлтв прорхджених. компог ненг. На дтшках зображення а планним л-чнекняк значен» яс.<р тI в1ДЛ1ки в|дноал«ються бЫихРноо ште^-поляфсю

(М-п1)ЩЩ*п,(Л1-/?^х(1.Üj-n, (,¥■ Г?,}К10, <} * а,rf, UUL ....... л4л;

де X (0,0) , X (ö,I) , X (1,0) , X (1,1) - опорнi «Ндлхкн, А ни д|л»;кккд з стрибкоподхбним зм1Немням 1зн&чииь лскраиосг i - передбаченмпм по кенгуру ( напри кляд» для 0 рлдкн)

I MC.GI до m-xwj У ОЛ2)- ' • (6/

U(OJl~ ntcw контуру

При "H'i.iirH -?обрлжонь квадратними анал1зу»чими апортурп*<и S розмхрими CTOpiH KpftTH! W £'4 для <1ориу!пння piJliHlU доох гуо 1д -Нt X компонент Д0С7ИТНМ» иЦИСПИТЙ Я'ЯТ»- р{дл1к»в <Нльш низькочад-TOTHOI ко*шснзнтк.

Досл1д*.ет похибки, якх пини«доть при формупанн! двом!рних

компонент зоо'раження'эа рахунок ус!чоння розрядносп суматорхв. Показано, що при реешоацп фхльтру вщповхдно вираэу (I) абсолют на похибка округления \ середньокведратичне охдхилення визнача-ються слхдуючими виразаын

Да ааоезпечуе для анал1зуючо1 апертури 8x8 (застосування апертур з большими розмхраш не дас адекватного эбхлъшення коеф4цхенту птискання]в1днощоння сигнал-шум 49 дб ,тому нема нзобххднрст! збхльшувати розрнднхпть суматор1в в послхдуючих каскадах ф1льтру Роэрог>лено шкали квантування р1э^нцових компонент з нер!»нО' .»ирним розгащуванням порог 1 в квантування I залропоновит стратеги. зьинання параыетрхв квантування вхдповЦно з рхБнеы рознице-ього сигноду.ОцЫкою рхвня р1эницвво1 компонент» явлиеться рхзнии IV? сус-дмх вхдлхкхв б1льа низькочдстотно? компонсктн.Досл|д*ена шйала кванг-уьання. роэташування порог¿ъ хрхвной квантування. в якН ьиэначаеться як '¿к, де к*0,1,2,... Шум квантування на к-оцу тирвал! квантування визначаеться слхдуючим виразом

■а, - ^ /Л ')).. ш

деЛ.С - параметр« роэпод1лу Лапласа,

Розроблсний алгоритм скорочення цифрового потоку за рахунои передач1 т1льки частинн в!дл1к1в высокочастотно! компоненти э кожного кадру. Основною задаче» при цьоцу е селокц1я областей ао-браження на рухомх I нерухоми Розроблоно детектор руху, А^Х якого визначаеться слхдуячим ¡/разом

¡¡|(^)| - (9)

А переххдна характеристика

Ч«)--{</г)\ ' ' т

Така характеристика зябязпвчуе озяаку руху народов« дзк{лькох

поол1дуючих кп,др!в теля виникнекия руху, що нвобх}дио для усу-

!Í3-;

ненни<нев1риих контуров на рухомих дхлянках зображення, -гак л* поточний кадр длявисокочастотног компонент«, сформований В1д~ лтв полередшх кадр1в. • • .

На основ! цик теоратичиих, а та ко я експеримеитальних доелiд-кень розроблений алгоритм сгискання зображвнь при анал1з! аобрэ-авнни апертурами а роэм1рами сторхн 2х?., 4x4, 8хВ, я ккэну а ли зменшонни похибок на приймальнгй сторон i bxíai-.нз д.:;? цося1дук 'joro каскаду кодування в компонента, в!ДЛ1КИ яко: ¿•из .^ч:»^. ьси .нп сума заачень в!дл!кг в ейльш низькочастотног коилонвн"!к 5 -н i.r. t-j них значень втдиовщно! р^зницевен коипоненти. При виконалн! цьо1-о алгоритму заcroco»уютней тмькн ииорац!? дздавмшг t я1дм»м«нг»>.. Число арифмотичних оперший виэначае.^ься сшдуючим виразом

i

i

Проведений пор1вняльний aiuuiia показав, що даний принцип розкладу

на компонент;? л найбКп'лз вкпном1чниы.

■L третей глан! эаиросг^ниьнно ыодульннЯ принцип сгвшвнни уакр.'.влйМй»пнот биаи еноте;! ци.|'рониго кид.выпм телвй!3!йпих :s, 'ipiauH(b; визначиняй 'пи.игий Чс».*>гр оснокмих tf-jHiíntЙ, реал ;i;<iix .ч заогооуьышям BiC (liiiiC| дозволить значно пркскерк'ги дослщ-ттик нппкх ллгорип »«i п стисяышк ииСрнкень як « мио«пt'O i рааяьао-го часу, так i при програмно-аааратуршй тахмiчн! р>;алiзац! г; :>ú:<¡ оО пит парi лиги т^хтчно? ffa.r,i;>auiг доякях э них. ,погл1Л*вн{ исоолпоост i проекту еаннп oy:uiu i блок ta tw о тли м.г, рнчних В1С;розгллцуп можлипост) застосування перспективно? оптоолектрон-«.-? злвм^нтн'И ^я.яи н системах стискдннл зображень.

Установлено, ыо при -i е-• ил «н i Р p«aflí»<uii? <HAWH»CTt ялгчрмт-níri лтиекпиня йних зоЯрпярнь J i «ген х при^^роК в обробни

agOpíUOHb ИВОбХ 1ДНС» П'* «ОН^ИНЯ С Л !ДУ*3'Г.«Х ОСКОНИИХ <ít> VtKtí i f» : «н-члог»-цнФрокзго ператворення; антримки на ©лямемт эобракення, дик!лька

QH-Mi&t+Mfl

елементхв, рядок зобразення, декхлька рядкгв, кодр, декглька кадр1в; згладжування i штерполяци; видхлення контуру зобраасен-ня i його стискання; субквантування i субдискретизац1я цифрових даниХ.Розроблено ряд пристрогв, як! реалхзують видхлет функцп, причому, при ix розробц! враховувались вимоги до технхчно1 реа-лгзаци вузл1в i блокгв з застосуванням BIG i HBlC.

Розроблено цифровий двоьйрний лш1йний штерполятор, в якоцу 3 ЦХЛЛЮ ЗбХЛЬШвННЯ ШВИДКОДИ I ,T04H0CTi формуються ПОДВОИ! кроки приросту в одному хнтерпо'ляцхйному тактх, якх виэначаються в результат! однбчасного i неэалежного обчислення двох значень oui-ночнох функци i аналхэу ix знаку

OnitJ - 0<PZi -2МП I 0f2i о пф? = я?/ ёО „ IW

0f2ltl-O<PZi-(Bn-2Mn) OfZl<Ol де БП - бхльший координатний прирхст, МП - менший координатний npHpicT, ОФ - оцшочна функц1я.

Абсолютна похибка 1нтерполяци при цьому не бхлыиа поло-еини кроку дискратизацп. Розроблений також л1тйний штерполятср з розширеними функщональниыи можливостями який дозволяв оперативно змхнювати частоту дискретизацтг вадновленних й{дл!К1в. KpoKOBi прирост« в ньОму формуються такок за рахунок анал1зу знаку оцшочнох <{ункцп. В найб^льнйй Mipi в}дпов!дае аавданням стискання телев1з1йнп>; оображоиь.розроблений штерпо-

11 U

лятор, який дозьоляе визначити 2 " крокових прироспв за один штерполящйний такт, М ~ наплыла розрядшсть координатного приросту, N - к1льк1сть молодших розряд1в координатних прирос-Tiu, якх поступать на входи двохчних помно?г.увач1в. Такий in~ терполлтор дозволяя вхдновловати В1дл$ки ниоькочастотних компонент при будь ягах f.or.yipax ннал1зугочих апертур Сеэ значного

э'1льшення апаратурних затрат.

На баз! MBlC 1515 XMI розроблено багатофункцгональну BlC,

пка дозволяй виконувати лппйне згладжувиння нкххдного ¿обрак.зн--ня, обчислюватн деяк! олер*тори знаходаеняя контуру зобраяеннн, а також виконувати в1дновдення пропувдених вгдлпйв ниэькочастот-них компонент методом лппЯног тнтерполяцп. Доол1дження осооли-eoctaa pö'Uiiaaqii вузл'ю i блолгв на основ: КМД'1 BIG покааалч лоралал1И! методи не зпетзди приводять до збЬтъш^ня шнидкодтт,

Розроблено пристртй введения шформауп, яки Я характеризуешься ;агат<*{у?!кцгончльнicr« i миж<з ¿»¿Яти згстссусанкя прч в««-деши контурних зображень в ЕОМ з стискшшям програмно-апаратур-иими методами. KpiM того, поредавач цього пристрою ыоже эаетоео-вуватись в системах стискання зображень в масштаб! реального часу.

Роэгляну'Н ыожливостх застосування оптоелектронно1 элементны баз« при, техшчшй реалтзацп систем егдскамн;; ^ображ^П'., К.зроблымо спчоелектронний аналоги- ци-$р>»ий сб{К;аач з ы. >•.•(•••. •

яопко-чагийими яринциичыи иредстиьлияня пф;р»--ац; V ,лк! ,«wih».п.«,,:

иир^ПиК'ГЛЬНИМИ а ЛИ 34i:T1<,.ybttHMiJ о СИСТ-'M.U OOUJOK»;

рошлгою такого ¿,ф ß яром от а техшчч-й реал * зиц: t, ичГ'.'К! фуьк.,!-OHdJlMIZ (г:0*Л!|11й':Т1 , ilHCUKa jhAHi;u^! Е CT Ь Л(.'ред .

У четвертой глав! на приклвдт техшчно':/ реал!зацп, розроо-ЛДНИХ илгоритм i S» ^ТЙСКПКНИ ООбрлтЖЬ, (13W '-ан» f л iii !ii;;Hi заеданиям кодування телев1зЯ1них зобршкень; розройлеиа архнек-тура систем стнсканнп зображень; роэроблена апаратура, яка доз-вг.ляв ГИКСИу obTii ДОС.Л)Д.м:НИ>| J 1мГ.ч|иНО0а»:»'* иЛГ„£«ИТ»<И В СТ"СК".КНй зображень н масштабi реального часу; прииог-ом j р^эулм эти «чел— риммггальних доилгджет..

При розробц! архггектури систем стискалия телов1з!Йних эо-

Id

рражень розглядались pjaiii вар1анти технхчних piaenu Вибрана арххтвктура з модульниц, принципом побудови системи. Кожний модуль виконаний иа окремхй плат i э сьохм блоком управлшня i опе~ рац1йною частиною. Данх посл1довно рухаються Bifl модуля до модуля, причому, вх!ДН1 дащ кожного модуля можуть поступали з одихе швидкхстю, а вихщнх данi формуватись з inmoo. Кокиий модуль в свою чергу розподхлений на шдмодул!. Така арххтектура може бути • класиф1кована, як багатошвидк1сна систол1чна система,

Розроблона апаратура лобудована по модульноцу принципу, з цонвеерною оргашзац1ею обчислювального процесу, що дозиоляе мода ловати в масштаб! реального часу базовий алгоритм i ряд floro модифЬсацхй. При цьоыу,ш)ал!з i синтез зображання коже виконува тись апертурами з розмхрами CTopiH кратнхми 2К, але не б^ьше.чж 6x6 елемент!в зобраяення. Kpiw власнв стискаючого кодека даиий комплект алиратури mícthtb ряд додаткоЬих мс>дул1в, що-дозволяй класифпсувати цей комплект апаратурн як вргатичиу шфорыацШш-вим!рввальну систецу. Узагальнеиа структурна схема цхе? системи приведена на рис. I, Бона мостить декодер СЕКАЫ I, блок аналого-цифрового перетворенни 2, модуль пам'нт1 на кадр эображення 3, модул» формушшнн дцомхрних компонент зображення 4, модуль передач! високочастотног комгшнектн з перемеяуванням 5, модуль пам'-ятi на кадр для високочастотно! компоненти б, детектор руху ?,ко-дул i в1дновлення зобриження В, модул! мультиплексор!в 9,блок цифро-аналогового перотпорення 10, кодер СЕКАМ II ,телев!3!Й11ИП монЬ тор 12, пульт управления 13. Формат представления ииххдного те-левхзШюго сигналу в!дпов!дае стандарту ЫККР 4:4:4.

Проводом! вкспирименталии доел Жжения розроблених алгоритмов стискання телов!з1Пних зображонь, ьиконан! в реальному масштаб! часу i на реальних сюжетах мере»! вщального телебачення (Ыдчать про с.-идуиче:

i • 1 j :

« í í____i d 1

Í.JLJ

f'«C t.

- iicи;«*иеаг/.i^a«л Î. «.¿а-ако» ф! .n/fputi i «к> -грчьому

ьиxiдного телав1з1йного эобрачення, так як без цього намоаливо офоочупчтч оигня-пн vnpatuiinHH необидна* AKOCTÍ;

- рлар&ОЛСЯй ЛЛГч.-^кГии СГЛ'Лйшп'Л Vù-'-iHÏ Л tPiiM^ ЗО f'j г.а Í.'ÍÍÍ' Ь

почучть r.t42kuhhn 'H) S ''¡т'рвл >-: KiiKW.î MO -íf.rt s ост ?. np:t експсрт-¡:и:с hmíhi?; ^'(«en-ri •vuhí'D 4-v. оа.*!t¡ i. я;т/ p¡>,=:(

при 0Ц1НЦ1 якостi зобраяйння 3,5 - 3,9 бала.

Ib

У додатку представлен! программ моделювання запропонова-них алгоритм!в стискания на ЕОМ; програма моделювання схеми елекгричног принципиально! BIG эгладжуючого ф1льтру, яка Еикона-на в базис! о'хблготеки еламсшчв MBlC I5IXMI; АЧХ фмьтрхв, як! «¿■оргують даои!pai компонент» эобраяення; фотограф!! апаратури i дсяхкх компонент зображення, отриманих з екрану телев!эгйного heniтора.

О0ЮШ1 РЕЗУЛЬТАТА РОЕОТИ

1. Результат« анализу притерев вхрност! ахдновлекня зображень niew стискання, показали надостатшсть аналггичних засоб$в( як! слираиться ка критерий серадньокведратичного ецдхидзкня, при ана лт i взбор! алгоритн!в стискання телав1з1йних зображень, розра х01гашх ка визуальна сприйняття. НаШнлыа над!йтш методом оц!нк якосп Бхдновлених пхеля стискання зображень в метод суб'екткв них експертних оцшои. Внаслщок цього, математичне моделювання нерухоыкзе , тистових зображень е також нвдостатнш i необхвдка перевгрка достоверности розроблених алгоритмов стискання телев!-эЫних зображень у масштаб! реального часу э в!эуальним контроле! на монитор! проц-здур анал!оу i синтезу зображень.

2. Розроблен! вимоги pes ?*га?од!в кодуваннл TeaßßisiflHHx зображень, як! дозволяюсь эд1йсн!0вати ефективний вхдб^р методхв, прндатних для стискання зображень в Mactrraöi реального часу.

3. На основ! адаптивного до контур!в двом!рного анализу i синтезу розроблений алгоритм стискання толеп^зШих зображень в гра-ницях кадру, який В1др!зняеться тии, що форцування ДБомгрних низькочастотних компонент еиконуоться Л1н!йним згладхуванням дво-м!рмими апертура'-.! з розмграми сторш, кратнши 2К, а в1днсвлдКИ/ проггутцеиих siftflUie г.иАзкг-зться або лш1йною !нтарполяц!еи на делянках аображення з ллрг'мм гмшенням значень яскрьвост!, абэ

передб&чешяы по контуру, в мхсцях стрибкоподхбних змхн значень псараьсстх. ' ■ ■

4» Обгруйтоэама еущгтсть роэробленого алгоритм стискашя з uisitaftpoEKMa матода^и. Розробленкй i дослхджений алгоритм скори-чешя дефрорагз KOTo'iy р яш:г зв'язку, створаваного високочас-тотнои дромтриог» компонентой) ("дшбнГ' детали зобраяення) , який арпу.оаус, особлизост! сприйняття аоровим анализатором лгдиик ру~ хомн:с icdpsssHb.

5. Заираяоиовакий модульняй принцип створення ¡яалроелементнох баз:: скггехг с7"с::птг. зобрвжень, виэначений Лаэовий наб1р'такнх

ЧОДуЛ i В i роэробленх йЛГОрИТНИ I npilCTpoi, як1 XX pea/ii3y»i'i». В тоыу числх, розроблеН1 лпийнх штерполятори, якх характеризуются простотою тахнхчнох реал1зацп i вясокою швидкодхеа, а та^оя досл1дк9Нх ыовливостi застосування оптоелектронного елементного базису логхко-часового типу в системах стискання зображень. 6» Рэзрпб;'.ена apxireKiypa систем стистганнп тедв?пз!йннх зобря-ять, яка балуетъея на коицепци б&гатсшькдк' сних а;етол1чних систем 1 .1абез1нчуп високу надхйнхсть роботи. '?. Екс.1зриме1гтьль?'л дос.идкеиня a.tup<'r.(.H<»n<Miv.x алгоритм!в см.*. с-каин», б>*.копииi з ¡¿асатабt реального -.асу на ро.чрибг.еи.Р uaapa--rypi. побудовш; ift г.о мок^льнзму n,---i.<»vny, цокалл , po'-ipoC-леНх алгоритми забезпечуать достатньо ввлпхх ковфхцхг.нти сгис-

¿.'Л.Н;'Н ¡1. Л ПрИЙ»'.й1 U:i!U.piV'TVpH-i>; З-лХр.П ,i.< I PHCUKIi. «КОС? i ЗО^рЧъ^!-; •

ни»

Ochoshi положения диеертаци пхдйбрагеп! в слхдуючих ростах ;

1.A.c. iaiiiOib СССР, ЬШ si СО с/ОЙ. >стрс.й«1 w да-', Di.au«. информации/ Тягшник tl»A., Козлов Ь,И., иа0ди<як ВЛ1- j . -

6 с., ил. 3.

2,А,сЛ37БС60 СССР, ШШ Н 03М I/бО. Преобразователь напряжения

в код / Кожемяко В.П., Филинюк H.A.-, Кармалита К.В., Ыайданюк

B.II. (СССР) . - 4 е., ил. 2.

3.А.с. 1434406 СССР , МКИ б Об В 19/18. Цифровой линейный интерполятор / Петух A.M., Романюк А.Н,, Майданюх В.П., Ободник ДЛ

' (СССР) . - Ö с.» ил.5.

4.А.С. 1439532 СССР, ОДШ 6 05 В 19/18. Линейный интерполятор / Петух A.M., Романюк А.Н., Майданвк В.П., Дрейэис Д.Л.,Ободник Д.Т. (СССР) . - 12 е., ил. 7.

5.А.С. 1596346, МКИ G 06 Р 15/353. Интерполятор / Петух A.M., Сачанюк В.И., Верховой В.П., Ободник Д.Т., Романюк А.Н., Май-данюк В.П., Сокол М.Л., Тюльтин A.M., Щапов В.Н. (СССР). -

5 е., ил. I.

6.Кожемяко В.П., Ыайданюк В.П., Кармалита М.В. Оптоалектронные преобразователи информации // П Всесовэная конференция 'функциональная оптоэлектроника в вычислительной технике": Тез.докл. - Тбилиси, 1987. - С.243-248.

7.МаЙданск В.П., Глининко H.H., Цымбалюк А.И. Оптоалектронные АЦП // Научно-техническая конференция "Олтоэлектронные методы и средства обработки информации": Тез.докл. - Винница, 1968 -

C. 96-97.

Б.Кожемяко ВJJ., Ыайданюк В.П. Оптоалектронные квантронные АЦЛ // Л Всесоюзный симпозиум "Проблемы создания преобразователей формы информации": Тез.докл. - Киев, 1968. - С. 185-166, Э.Врауде-Золотаров D.U., Кожемяко В.П., ИаЯданюк В.П. Сокращение избыточности телевизионного сигнала посредством интерполяции // Научно-производственная конференция "Развитие и совершенствование телевизионной техники": Тез.докл. - Львов, 1990. - с. 39-40, Ю.Мпйданюк В.П., Кояемяко В.П., Бабий Т.Н., Зубов В.Н. Много-аходовый сумматор для устройств обработки изображений //

t

Научно-производственная конференция "Развитие и совершенствование телевизионной техники": Тез. докл. - Лыюв, 1990. -С. 77-78.

П.Брауде-Золотарев Ю.М., Мийданюк В.П.. Некоторые особенности оптимального цифрового кодирования телевизионных сигни.поп // Региональная конкуренция "Актуальные проблемы ноделчро:!г1ния на 0Ш систем передачи информации": Тез. докл. - Hojui»»бирс:-:, 1990. - С. 20-21.

12. Брауде-Зо лотаре в Ü.M., Майданик ÜJI. Особенности раде.; ют о полузаказних БИС для цифровых систем спутниковой связи четвертого колени л // Международный симпозиум "Спутникио<щ связь: реальность и перспективы": Труды - Одйсса, 1990 -.

С. ВШЛ - BIB.I0.

13.Майданюк В.П. Кодирование телевизионных сигналов вещательно-

i

го телевидения // Научно-техническая конференция "Телевизионные методы и средства п науке и технике": Тез .Докл. - Ки-e-i, 1991. - С. Г.0 - 12.

14''.Врауде-Золотарев D.M., Кокемнко В.II., Мьйдатж ii.'i. i'cs'fH-ности кодирорнния телевизионных сигналов вещательного тилеаи-дения // 1 Всесоюзна« конЗ<;ренция "P.icnosHawuuio образ..-в и анализ изображений; нови») информчционние технологии" : Тоз. докл. - Минск, Л. - 41, С. Ü2-3Ö.

[f>. Мандант,к Б.П.. Сбидкик *А.Д., Мирцвв K.M.. Кочжмяко -К. В. . Мирков С.М. Передича излбрижений в систома< упр.и-л.ихи и контроля. // Научно-техническая-конференция стран снг "Контроль и управление и технических системах": Тез. докл. -Винница, 1992. - С. Iiis - ii£.

ТГкМайданчк В.П. П^рслектис» рлариги.'? РОА **имяп«пго кодирования Цифровых nre.n^HK-.iHOKHwy. изобрчтечмй // Н'-учи-—i .лчич» • кая конференция с мея^дународнкм участием "Приборостроени«-У2":

•«л

Тез.докл. - Керчь, 1992. - С. 23.

17.Брауде-Золотарев Ю.М,, Майданюк В.П., Кохемяко К.В., Бабий Т,Н., Трачук О.В. Быстродействующий восьмиразрядный сумматор для систем цифровой обработки сигналов. - К., 1989. -8 с. - Деп. в УкрНИДОТИ.01.12.69, » 2708-Ук 89.

18.Кожеыяко В.П., МаЦцанюк В.П., Кояемяко К.В., Герасимов В.Б., Глинянко Н.Я. Оптозлектронные методы создания быстродействующих АЦП. - К., 1989. .- 17 с. - Деп. в УкрШШМ 10.07.89,

# 13Ьи - Ук Ь9.

Подпношт в печать 17.05.93 г..

П^нш, офсеттш.

Бумага т::иорри1'Ски«.

Тир ил 100 :жз.,. Б и к. й 16

СКТБ "Модель" ВЛП, Хмельшщкое ыОссс, 97