автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование и разработка дельта-преобразователей телевизионных сигналов для информационных систем

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет имени В. И. Ульянова (Ленина)

Г Б ОД

2 ОКТ 1995 На правах рукописи

УДК 621.397

Ламекин Эдуард Владиславович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ДЕЛЬТА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Специальность: 05.12.13 — Устройства радиотехники и средств связи

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете имени В. И. Ульянова (Ленина)

Научный руководитель —

доктор технических наук профессор И. Г. Миронеико

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Л. Ф. Григоровский, кандидат технических наук доцент Ю. В. Кузнецов

Ведущая организация — Секция прикладных проблем при президиуме Российской академии наук

Защита диссертации состоится « У/ » МЪНьЯ^р-г^ 1995 г. в час. мин. на заседании диссертационного совета Д 063.36.03 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета имени В. И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан« » 1995 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета С. Д. Егорова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящий момент среди множества проблем, решаемых с помощью средств вычислительной техники (ВТ), на передний шан выступает достаточно широкий круг задач, связанных с наблюдением а естественными или искусственными явлениями и объектами, которые арактеризуются широким диапазоном изменения параметров и характе-1ИСТИК и значительной географической распределенностью своих проявле-1ий. Целью такого наблюдения являются определение характеристик и [араметров явлений и классификация наблюдаемых объектов.

К числу таких задач можно отнести задачи метеорологических исследований, управления воздушным транспортом, слежения за космическими (бъектами, контроля и управления технологическими процессами в произ-юдстве, военно-прикладной тематики и другие.

Необходимость использования средств вычислительной техники для юшения таких задач вытекает из принципиальных недостатков традици-)нных методов получения, преобразования и использования информации. >ти недостатки снижают эффективность «ручного» управления процессом аблюдения и в случае быстро протекающих, малоустойчивых и т. п. явле-шй делают его невозможным.

Поэтому для решения такого класса задач весьма актуальными являют-я проблема создания автоматизированных информационных систем АИС) на базе современных средств ВТ и выбор оптимального способа :одирования информации.

Сам характер таких задач определяет специфику разрабатываемых сис-ем и ряд требований к ним.

Основными направлениями тахих систем на сегодняшний день являют-я совершенствование методов, устройств цифровой обработки и передача »формации, в том числе телевизионных сигналов. Наиболее широкое •аспостраненне получили при этом системы с импулъсно-кодовой модуля-ией (ИКМ), дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией (ДИКМ) I дельта-модуляцией (ДМ). В последнее время появилась тенденция к внез-юнию систем с ДМ во многих областях народного хозяйства, например в елефонии, телеметрии, автоматизированных измерительных системах, исгемах управления, слежения и т. п. В даязи с этим возникает потребность I устройствах, соответствующих определенному кругу требований (к при-[еру, стоимость, надежность, аппаратные затраты, своевременность и до-

1-1-2693

1

стовфность передачи информации, скорость передачи и т. п.), т. е. по существу ставится задача синтеза системы передачи информации (СПИ) по заданным условиям, что является подтверждением актуальности работы.

Эффективность цифровой системы во многом определяется методом цифрового кодирования, т. е. методом преобразования исходных непрерывных сигналов в импульсные последовательности. Из всего многообразия методов цифрового кодирования в настоящее время наибольшее распространение получают методы, в основе которых лежит процесс предсказания: в цифровой сигнал преобразуется разность между текущими и предсказанными значениями кодируемых сигналов, так называемый разностный сигнал (или сигнал ошибки предсказания). В тех случаях, когда разностный сигнал подвергается квантованию с числом уровней более двух, соответствующий метод цифрового кодирования называется ДИКМ. Частным случаем ДИКМ является ДМ, при которой разностный сигнал квантуется только на два уровня. Несмотря на то, что ДИКМ и ДМ различаются своими свойствами, общим дня них является использование процесса предсказания. В настоящее время широкое распространение получили системы с ИКМ и ДИКМ для цифрового кодирования телевизионных сигналов. Это связано с тем, что для этих систем имеется большая теоретическая бяза.

В системах кодирования ДМ встречается значительно реже. В таких системах применяют ДМ с мгновенным компандированием. Инерционное компандирование практически не используется, так как отсутствует возможность реализации широкого динамического диапазона. Для передачи видеосигнала используется адаптивный фильтр 2-го порядка. При этом для кодирования изображения достаточно обеспечить 1 бит/элемент, что возможно, так как применение методов мгновенного компандирования видеосигнала позволило получить информационную емкость элемента изображения I бит. Так же предложено использовать нерекурсивный цифровой фильтр в цепи обратной связи кодера. Подобных систем в настоящее время в литературе имеется достаточно много. Что касается теоретической проработки вопроса использования ДМ кодера для кодирования телевизионного сигнала, то ДИКМ может обеспечить более высокое качество пере-дачи.Напротив же, ДМ является более эффективным методом кодирования вследствие сильной трехмерной корреляции элементов изображения — по вертикали, горизонтали и по кадрам, а также вследствие узкого динамического диапазона видеосигнала. Во всей изученной литературе имеются результаты экспериментов, которые имеют сходство между собой, из-за чего в настоящее время невозможно отдать предпочтение тому или иному виду кодирования. Однако развитие цифровых СПИ породило многочисленные

устройства кодирования с ДМ, что вызвало вполне обоснованное мнение ->

о целесообразности дальнейшего совершенствования СПИ с ДМ. Возникает ситуация, когда предельные возможности СПИ известны, но неизвестна структура СПИ, реализующая эти возможности, а пока такая ситуация существует, поиск более совершенных алгоритмов СПИ имеет практический смысл и научную ценность. Кроме того, все многообразие алгоритмов ДМ имеет узкое практическое применение, и расширение сферы использования ДМ является весьма актуальной задачей.

Цель работы

1. Разработка структуры автоматизированной информационной системы (АИС) с ДМ.

2. Оптимизация процесса аналого-цифрового преобразования телевизионного сигнала.

3. Разработка адаптивных алгоритмов цифровой обработки неподвижных и подвижных изображений.

4. Разработка структуры экспериментальной установки АИС, ее техническое и программное обеспечение.

Научная новизна работы

1. Предложена автоматизированная информационная система на базе ДМ.

2. Синтезированы по предложенному методу алгоритмы работы ДМ-кодеков для телевизионных сигналов.

3. Получены новые адаптивные алгоритмы кодирования различных сигналов.

4. Разработана оптимальная структура дискретизации при трехмерном предсказании.

5. Получены новые аналитические выражения, описывающие параметры и храктеристики разработанных ДМ-кодеков.

6. Предложен алгоритм кодирования сигнала цветного изображения.

Практическая ценность полученных результатов

1. Разработаны структурные схемы цифровых устройств преобразования телевизионных сигналов способом ДМ для реализации в АИС.

2. Разработаны методы расчета основных показателей телевизионных ДМ-кодеков.

3. Разработаны, изготовлены опытные образцы дельта-кодеков ТВ-сигналов в платном и микроэлектронном исполнении различного назначения.

4. Разработан действующий макет АИС с ДМ для передачи телевизионного сигнала от первичных датчиков, проведены экспериментальные ис-

1-1*

следования, подтверждающие справедливость положений диссертацион

ной работы.

5. Даны и обоснованы рекомендации по практическому использовании АИС.

Реализация результатов работы

Основные теоретические и практические результаты были использова ны на НПО «Волна», ВНИИ «Эталон», МНИИТ, СКВ «Прибой», ГО ВМФ, СПП РАН, НПО «Авангард», ЛЭИС, ЛИТМО, МИРЭА, ПС «Альфа», НПО «Дальняя связь», а также использованы в научно-исследо вательских работах Рижского техничерсого университета.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на республиканской научно-технической конференции, посвященной Дню радио в 198? году, в Рижском техническом университете, Латвийской международной конференции по обработке сигналов, г. Рига, 1990 год, Международной конференции стран Балтии и Белорусии в Таллине в 1991 г., семинарах кафедры автоматической электросвязи РТУ.

Публикации

Материалы диссертационной работы изложены в 13 статьях и одном сообщении на научно-технической конференции.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 94 наименования, приложений. Основная часть работы изложена на 161 странице машинописного текста. Работа содержит 55 рисунков и 2 таблицы.

На защиту выносятся

1. Общее решение задачи построения автоматизированных информационных систем сбора, обработки и передачи информации со стационарных и мобильных объектов.

2. Оптимальная структура дискретизациям ТВ-сигнала при двухмерном и трехмерном предсказании.

3. Адаптивные алгоритмы кодирования неподвижных и подвижных изображений методами ДМ.

4. Алгоритм ДМ-кодера сигнала цветного изображения.

5. Метод построения адаптивного дельта-кодера по отношению к входному сигналу.

6. Адаптивные алгоритмы дельта-кодека для передачи процессов с изменяющимися дисперсией и спектральной плоскостью, позволяющие значительно улучшить в сравнении с известными решениями качество передаваемого сигнала и сочетающиеся с реализацией в интегральном исполнении.

7. Экспериментальная установка АИС с цифровым телевизионным каналом.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, производится краткий обзор состояния основных вопросов, сформулированы цели и задачи исследований, а также основные положения, выносимые на защиту. •

В г л а в е 1 производится постановка решения задачи построения автоматизированных систем сбора, обработки и передачи информации со стационарных и мобильных объектов с цифровым телевизионным каналом. Анализ специфики решаемых АИС задач с точки зрения системного проектирования показывает, что наиболее целесообразной структурой АИС является иерархическая. Характерными особенностями такой структуры являются:

автономность отдельных подсистем;

управление подсистемами при неполной информации (т. е. подсистемам более высокого уровня могут быть неизвестны цели и ограничения нижестоящих подсистем);

уплотнение информации при ее продвижении вверх по иерархии; наличие частотной цели функционирования для каждой подсистемы и общей цели для всей системы;

взаимовлияние подсистем из-за наличия общих ограничений. На основе приведенного анализа разработаны рекомендации по структурным схемам АИС. Информация от первичных телевизионных датчиков собирается в периферийных пунктах, где происходят ее обработка, выделение существенной части и передача вышестоящим пунктам, которые, в свою очередь, замыкаются на пункты следующей ступени иерархии. Таким образом, сфера деятельности АИС предполагает наличие иерархической структуры связей.

В своем составе АИС имеет подсистемы, которые обеспечивают ввод и переработку информации от некоторого числа пространственно рассредоточенных телевизионных датчиков. Наличие в составе АИС подсистем требует взаимосвязей между ними.

1-2-2693

5

Необходимо одновременное обслуживание большого числа параллельных вычислительных процессов, т. е. необходимо выделить в подсистеме часть, которая была бы оптимально спроектирована на переключение параллельных процессов. Назовем эту часть подсистемы аппаратурой информационного обмена (АИО).

Другая часть подсистемы должна осуществлять обработку информации, поступающей от нижестоящих подсистем, принятие решения и обращение к вышестоящей подсистеме. Эти операции должны управляться под управлением оператора. Специфика функций этой подсистемы требует в составе ее технического обеспечения наличия достаточных вычислительных мощностей для обработки информации, большого объема внешней памяти и развитого интерфейса с оператором. Назовем эту часть подсистемы автоматизированным рабочим местом оператора (АРМ- оператора).

Таким образом, подсистемы АИС должны состоять из двух функционально-ориентированных частей: АИО и АРМ-оператора.

Наличие двух частей подсистем, спроектированных на различные функции, требует различной аппаратуры. Однако с целью уменьшения стоимости аппаратуры имеет смысл строить ее по модульному принципу. При этом необходимо добиться максимальной применимости однотипных модулей в разных частях подсистем.

В состав АРМ-оператора должны входить следующие модули: процессорные модули (ПМ); модуль общего поля памяти (МОПП); графическая станция (ГС); контроллер периферийных устройств (КПУ); накопители информации на постоянных носителях (НИПН); накопители информации на сменных носителях (НИСН); печатающее устройство (ПУ); адаптер межмашинной связи (AMC).

В состав АИО должны входить следующие модули: процессорный модуль: адаптер телефонного канала связи (АТФС); адаптер телеграфного канала связи ( АТГС ); адаптер связи с радиоканалом (АСРК); адаптер радиолокационного канала (APJ1K); адаптер телевизионного канала (АТВК).

Аппаратура АИО должна строиться подобно аппаратуре АРМ-оператора: единая магистраль, процессорный модуль и несколько спецализиро-ванных контроллеров.

При разработке АРМ-оператора основные усилия следует сосредоточить на разработке програмного обеспечения АРМ.

При проектировании АИС исследованию и разработке подлежат АТФС, АТГС, АСРК, АРЛК, АТВК.

Програмное обеспечение АРМ-оператора должно содержать две программы: IN_ BLK. и OUT_ BLK.

Программа ГЫ_ВЬК предназначена для приема блока данных из канала связи.

Программа 017Г_ ВЬК предназначена для передачи блока данных в канал связи.

Показан принцип ДМ и обосновано его применение для кодирования информации в АИС, показаны структурные схемы АИС и ее основных частей АИО, АРМ, ПО.

Глава 2 посвящена разработке и исследованию структурных схем аналого-цифровых дельта-преобразователей видеосигналов, используемых в АИС для обработки и передачи сигналов от пространственно разнесенных телевизионных датчиков к самой системе.

В первом подразделе даются характеристика и способ представления телевизионных сигналов. Разработка систем цифрового телевидения производится с учетом как статистических свойств телевизионного сигнала, так и законов визуального восприятия. Телевизионный сигнал обладает информационной избыточностью, т. с. возможностью с большей вероятностью предсказывать последующие значения на основе предыдущих. Различают структурную, статистическую и физиологическую избыточность телевизионного сигнала.

Во втором подразделе решается задача использования ДМ для кодирования изображения. Для передачи сильно коррелированных сообщений наименьшую избыточность имеет телевизионный сигнал, полученный методом ДМ. В связи с этим применение ДМ для передачи подвижных и неподвижных изображений представляет значительный интерес. Для синтеза телевизионных систем с ДМ критерием качества считают СКО восстановления, что позволяет производить синтез алгоритмов ДМ, основанных на определении условных матожиданий. В качестве исходного сигнала подразумеваем видеосигнал, полученный подстрочной разверткой изображения. Было получено, что наибольший выигрыш при кодировании методом ДМ можно получить при синтезе ДМ-кодека, когда все точки Изображения статистически зависимы, т. е. учитываются все известные элементы изображения. Такое положение приводит к наиболее эффективным структурам модуляторов.

Другой очень интересный результат, описанный в этой главе, — передача способом ДМ подвижных и неподвижных изображений: рассматривается сигнал изображения, описываемый моделью двухмерного (неподвижное изобрадение) или в случае подвижного изображения, трехмерного простого Гаусс-Марковского процесса. В этом случае задача сводится к определению совместной ковариационной матрицы элементов изображения, после чего применены методы, изложенные в решении задачи синтеза ДМ-кодека для сообщения с произвольной спектральной плотностью.

1-2*

/

синтеза Д М-кодека для сообщения с произвольной спектральной плотностью.

Поскольку ступень корреляции сигнала высокая, можно полагать, что текущие оценки сигнала практически совпадают с отсчетами самого сигнала и поэтому составляется нормированная корреляционная матрица и определяется дисперсия ошибок предсказания:

Г1 Я"]"1 ГЛ. ,л2

■-1 г

.1.

(1)

и для ДМ ошибка квантования составит

А:=ех>пр=е (1 —(2)

где Д$ —дисперсия выходного сигнала;

Я — коэффициент корреляции входного сигнала; 8 — относительная ошибка квантования (для ДМ £ = 0,3634).

В следующем подразделе второй главы решается вопрос оптимального процесса аналого-цифрового преобразования телевизионного сигнала и определена оптимальная структура дискретизации для движущихся изображений. Путем субъективных испытаний установлено, что компромисс между геометрическими искажениями представляет собой «бахрому» на краях контуров с изображением и искажениями в виде мерцания и дрожание границ областей различной яркости получается при сдвиге фазы /8 относительно л /сгр на 1/4 /сгр, где /сгр — строчная частота, — частота дискретизации, я — целое число, т. е.

/б = (л ± 1/4)/стр. (3)

Определена оптимальная структура дискретизации при двухмерном предсказании, т. е. с учетом соотношения статистических связей по горизонтали и вертикали и получены в результате синтеза следующие выражения:

1 ~ КВЕ

Далеес, минимизируя данные выражения на ЭВМ, определяем оптимальное значение 1г, т. е. такое взаимное расположение точки растра, при котором дисперсия предсказания минимальна.

Далее определена оптимальная структура дискретизации при трехмерном предсказании, т. е. с учетом соотношения статистических связей по горизонтали, вертикали и во времени. И получены в результате синтеза следующие выражения:

вщ = 0,{\-яавх

ялво - яср) + яар(явсяср-явр) + ласхквряср - яве)

X

X -г---=-}; (5)

1 + ШврЯсрЯвс - Явс -&вр - кср ]

яВр=я^^х+1У-, Явс-я^7^-, яср = я^'3~и)+22+у4 .(6)

Затем, минимизируя полученные вьфажения, определяем оптимальные значения /з и/4, т. е. минимальную дисперсию предсказания.

В последнем подразделе главы 2 представлены разработанные методы кодирования цветного изображения на основе включения в процедуру предсказания каждой цветной составляющей известных статистических связей с другими составляющими. Этот метод позволяет в дальнейшем переход в АИС монохромного телевидения к цветному. Здесь были определены следующие параметры: для красного цвета: для зеленого цвета:

1 + 2яврясрявс - явс ~ квр ~ яср

Яарх

яав(ясрявс - явр) + ялеку - ддг) + ласхявсявр - яср)

1 + гяврясрявс - явс - я2во - я2со

Яас*

Яав(ЯврЯср - Явс) + ЯлгКЯврЯвс - Яср) + ЯасХ 1 - Я2вп)

1 + гяврясрявс - Я2вс ~квр - кср

для синего цвета.

Данные выражения позволяют строить структуру алгоритма предсказания для цветного телевидения.

В приведенных в главе 2 структурах ДМ-кодеков, построенных по новым алгоритмам, при моделировании на ЭВМ и эксперименте, сравнение с известными вариантами показало в среднем улучшение отношения сигнал-шум на 1,5 — 3 дБ.

Глава 3 посвящена улучшению характеристик дельта-преобразователей для цифровых телевизионных каналов. Разработаны адаптивные алгоритмы кодирования изображения на основе методов, рассмотренных в главе 2.

Использование статистической избыточности телевизионного сигнала предполагает применение адаптивных алгоритмов предсказания. Определены выражения, в соответствии с которыми работают корреляторы:

по горизонтали: £

= г, (7)

по вертикали: n

Я^ХЗД-,; (8)

7=1

Л = (9)

/=1

'А.р = />*(1-С|2С22С2|); (Ю)

5 = V | БПР , (П)

•

где Ь — число элементов в строке, N—число строк изображения.

При трехмерной процедуре предсказания интервалом стационарности процесса во времени считаем несколько кадров. В этом случае добавляется еще одно выражение для работы корреляторов: во времени

к n l

Rt =

KLN

XXX SijkSijk-1 ,

(12)

k= lj= 1/= 1

где К—число усреднения;

Ds, -Dnp, 5 — аналогично по вертикали.

В момент смены сюжета происходит скачок математического ожидания, причем процессы до и после «сюжета» статистически независимы. Условная плотность распределения яркостной составляющей будет:

Р (JS $' i)

р (Sí/Sí- i) = р ^—---в течение «сюжета»; (13)

Р (Si/S¡ -1) = Р {Si) — при смене «сюжета», т. е. при смене «сюжета» совместная плотность

где Si — I" — отсчет сигнала, £¿-1 — (/ - 1) — отсчет сигнала.

Следовательно, при передаче посредством разностного кодирования сигналов движущихся изображений необходимо производить адаптацию шага квантования путем анализа цифрового потока, соответствующего точке растра.

В следующем подразделе данной главы описан разработанный адаптивный по отношению ко входному сигналу ДМ-кодер, который устраняет недостатки уже известных (параметры этих ДМ-кодеков не являются неизменными в любой момент времени). По предложенным ранее методам получены следующие выражения для реализации данного алгоритма:

P(S,S¿-i) = P(S/)P(Si-i)

(14)

i

ai =

ЯлдО - Rcd) + Rad(RbcRcd - Rbd) + RacíRbdRcd - Rbq . 1 + IRbdRcdRbc - R2bc~ rbd- rcd

; (15)

Ct2 =

RabíRcdRbc - Rbd) + RaeW - Rbc) + RacíRbcRbd - Rcd) , 1 + IRbdRcdRbc - R2BC - R\d ~ rcd

%d

;' (16)

и

ЯАЖЯВОЯСО - Яво + К-АЖЯвоЯВС - Ла>) + ЯАСХ 1 - RвD) ,.„ч

аз =------1-(17)

1 + IRBDRCDR.BC - Я.ВС - Лдо - Ксо

n лг

(18)

Х>пр = 1>,(С|1-С12С22С21), (19)

где С\\, С\г СгиСп — блоки матрицы; a1.a2.a3 —коэффициенты предсказания; 5 — шаг квантования; Л — коэффициент корреляции; Дг— дисперсия входного сигнала, который определяет ДМ-кодер.

Далее предложен способ улучшения алгоритма работы цепи адаптации ДМ-кодера. Целью нового способа в предлагаемом ДМ-кодере является увеличение отношения сигнал-шум и улучшение качества субъективного восприятия движущихся изображений путем изменения алгоритма работы цепи адаптации, снижения вероятности появления ошибочных скачков сигнала.

В следующем подразделе рассматривается применение инверсии спектра для улучшения характеристик ДМ-кодеков.

Далее рассмотрена возможность и получена структура ДМ-кодека, сочетающего достоинства стохастического и детерминированного квантования, показано, что насыщенность оценки в простых системах ДМ может быть разработана применением стохастического квантования.

Рассмотрено улучшение процедуры восстановления непрерывного сигнала по его отсчетам, дающее возможность снизить уровень помех, возникающих на выходе АЦП при изменении цифровых отсчетов на его входах,что значительно расширяет динамический диапазон кодеков.

В последнем разделе главы 3 представлены экспериментально-аналитические исследования телевизионных ДМ-кодеков и их конструктивно-технологическая реализация. Экспериментальные исследования показали, что предложенная адаптация процесса квантования при ДМ телевизионных сигналов позволила существенно уменьшить специфические искажения, сопутствующие процессу квантования, и обеспечить качественные показатели ДМ телевизионных сигналов. Исходя из расчетов на ЭВМ были получены рекомендации по методам повышения эффективности процесса ДМ телавизионных сигналов, соответствующие оценки выигрышей в отношении сигнал-шум квантования, и эквивалентная им экономия в двоичных единицах на отсчет кодируемого сигнала.

Рассматривается реализация ДМ-кодеков в интегральном исполнении и показаны некоторые уже реализованные микросборки ДМ-кодеков.

В г л а в е 4 рассмотрена разработанная экспериментальная установка АИС на основе ПЭВМ. Обоснована структура экспериментальной установки с учетом специфики решаемых ею задач, разработаны техническое обеспечение и элементы программного обеспечения. Основные усилия были направлены на реализацию положений в основу АИС концепции распределенной иерархической базы данных наблюдений. С этой целью был разработан пакет имитации оперативно-технической обстановки в среде MS DOS, отдельные программы первичной обработки информации, программы графического интерфейса и обмена данных, предложена технология отладки разрабатываемого ПО на основе созданной эксперимен-таль- ной установки. Проведены эксперименты, показавшие хорошее совпаде- ние результатов моделирования и натурных испытаний.

Проблемной областью работы АИС является наблюдение за естественными и искусственными явлениями и объектами. К таким можно отнести задачи метеорологических исследований, управление движением воздушным и морским транспортом, слежение за космическими объектами, контроля и управления технологическими процессами на производстве, задачи военно-прикладной тематики.

Информация о перемещении объектов хранится распределенно по всей системе. Это ведет к распределению вычислительной мощности и объемов накопителей информации по всей системе и позволяет построить все центры обработки по однотипной аппаратуре. Между уровнями иерархии передаются следующие потоки информации: от телевизионных датчиков к вышестоящим уровням — поток информации о перемещении объектов и от вышестоящего к нижестоящему—запросы в базы данных и информация о способах и критериях обработки. Кроме описанных потоков информации в системе должны присутствовать потоки информации между вышестоящими и нижестоящими параметрами. Таким образом, каждый центр одного уровня содержит всю обобщенную информацию о перемещении объектов на данном уровне. Следует также отметить особенность данной схемы построения системы, содержащей только связи по типу «точка — точка», т. е. для построения системы нет необходимости наличия каналов связи по типу «общий канал». Далее была разработана минимальная конфигурация структуры АИС, удобная для отработки основных принципов построения (ПО). Кроме отработки ряда вопросов на каждом уровне решены вопросы для системы в целом.

Сформулированы требования, предъявляемые к ВК, аппаратуре передачи информации, операционной системе, ПО, графического интерфейса, системам управления базами данных АИС.

Основой технического обеспечения ЭУ являются компьютеры, совместимые с IBM PC/AT 386 с оперативной памятью 4 Мбайта и VGA мониторами. В качестве среды обмена информации используется коаксиальный кабель; ПО ЭУ функционирует под управлением MS DOS 6.2. Для организации графического интерфейса используется Windows 3.1. Эта же среда используется для организации многозадачного режима центров обработки информации, система управления базами данных построена с использованием Fox Pro 2.6. Затем описывается структура AMC, который может функционировать в двух режимах: дуплексном и полудуплексном. В заключение главы рассматривается разработанное программное обеспечение экспериментальной установки.

Рассмотрен пакет програм имитации первичных телевизионных датчиков и оперативно-тактической обстановки, который представляет совокупность взаимосвязанных программ имитации, выполняемых в рамках операционной среды MS DOS на персональном компьютере типа IBM PC.

Пакет программ имитации разработан на алгоритмическом языке ПАСКАЛЬ в рамках интегрированной среды программирования TYRBO ПАСКАЛЬ 5.5, функционирующей в рамках операционной системы MS DOS. Программы генерации, установки параметров входят а пакет программ имитации в виде исполняемых модулей, хранящихся в файлах с расширением ЕХЕ. Взаимодействие этих программ с основной программой имитации осуществляется на уровне программы главного меню пакета программ имитации и процессора косвенных командных файлов MS DOS.

В заключении приведены основные результаты дискретизации.

Приложения содержат описание и тексты программы отображения информации и реализации графического интерфейса с оператором.

Основные результаты работы и выводы

1. Разработана автоматизированная информационная система сбора, обработки и передачи информации со стационарных и мобильных объектов с цифровым телевизионным каналом.

2. Получена оптимальная структура дискретизации при двухмерном и трехмерном предсказании, которая дает выигрыш по сравнению с известными устройствами в отношении сигнал-шум на 1,5 — 5 дБ.

3. Решена задача кодирования сигнала цветного изображения, дающая возможность перехода АИС от монохромного к цветному телевидению.

4. Предложены различные по степени сложности алгоритмы работы для передачи подвижных и неподвижных изображений и получены соостветст-вующие аналитические выражения.

5. Разработаны адаптивные алгоритмы кодирования изображения, дающие улучшение по отношение к известным алгоритмам на 1,5 — 15,5 дБ в зависимости от метода и применяемого технического решения и реализуемые в интегральном исполнении.

6. Синтезирован адаптивный по отношению ко входному сигналу ДМ-кодер, позволяющий улучшить в сравнении с известными решениями отношение сигнал-шум на 5 дБ.

7. Предложена структура ДМ-кодека со стохастическим квантованием, позволяющая получить несмещенность оценки сигнала, что особенно важно в измерительной технике и при передаче изображений.

8. Разработана экспериментальная установка АИС, позволяющая определять и исследовать параметры модулированной АИС.

9. Разработано програмное обеспечение, с помощью которого возможно имитационное модулирование всей системы АИС.

Опубликованные работы по теме диссертации

1. Ламекнн Э. В. Структуры дискретизации изображений//ХХХУ Научи, конф. ВТУЗОВ Эстонии, Латвии, Литвы, Белоруссии и Молдовы: Тез. докл. — Таллин, 1991. — С. 17.

2. Ламекнн Э. В., Флейшман И. О. Оптимизация структуры дискретизации при разностном кодировании движущихся изображений// Техника средств связи. — Сер. ВОС. — М., 1991. — Вып. 1. — С. 21 — 29.

3. Ламекнн Э. В., Флейшман И.О. Оптимизация структуры дискретизации движущихся изображений // Радиоэлектроника и электросвязь. —Рига: РТУ, 1991. —С. 16 — 21.

4. Ламекнн Э. В., Флейшман И. О. Кодирование сигнала цветного телевидения//Техника средств связи. Сер. ВОС. — М„ 1992. — Вып. 2. — С. 14—16.

5. Ламекнн Э. В., Малашоиок И. М. Применение стохастического квантования в дельта-кодеках для передачи изображений //Локальные оптические системы связи.— М., 1993. — Вып. 1. — С. 58 — 62.

6. Ламекнн Э. В. структуры телевизионных кодеков на базе ДМ при цифровом преобразовании сигнала II Локальные оптические системы связи. — М., 1993. — Вып. 1. — С. 43 — 58.

7. Ламекнн Э. В. методы моделирования алгоритмов работы дельта-кодеков // Локальные оптические системы связи. — М., 1994. — Вып. 1. — С. 3—15.

8. Малашоиок И. М., Ламекнн Э. В. Улучшение характеристик дельта-кодеков с помощью инверсии спектра // Локальные оптические системы связи. — М., 1994. — Вып. I. — С. 23 — 30.

9. Малашонок И, М., Ламеквв Э. В., Каварзян Г. А. Аналого-цифровой преобразователь высокой разрядности на основе системы ДИКМ // Локальные оптические системы связи. — М., 1994. — Вып. 1. — С. 15 —23.

10. Малашонок И. М.,Ламе1Яш Э. В. Способ восстановления неприрыв-ного сигнала по его отсчетам при цифро-аналоговом преобразовании // Локальные оптические системы связи.— М., 1994.—Вып. 1.—С. 23—30.

11. Ламекин Э. В. Способ автоматического выравнивания шагов квантования// Локальные оптические системы связи. — М., 1994.— Вып. 1.— С. 43 —52.

12. Ламекин Э. В. Улучшение характеристик телевизионного дельта-кодера за счет применения адаптации //Локальные оптичесхие системы связи. — М., 1994.— Вып. 1. —С. 34 — 43.

13. Ламекин Э. В.,Флейшман И. О. Использование алгоритмов предсказания для кодирования изображений // Локальные оптические системы связи. — М., 1994. — Вып. 1. — С. 52 — 64.

14. Абельннца Н. А., Ламекин Н. В. Локальная цифровая АТС с дельта-модуляцией // Локальные оптические системы связи,— М., 1994. —. Вып. 1. —С. 64 —75.

Подписано в печать 26.07.95 Сдано в набор 26.07.95

Бум. офсетная Ф-т 60x90/16 Печать офсетная

Усл. печ. л. 1,0 Уч.-нзд. л. 1,06 Тир. 120 экз. Заказ 2693

Производственно-издательский комбинат ВИНИТИ,

140010, г. Люберцы, Московское обл., Октябрьский пр-т, 403