Методы улучшения параметров цифровой системы видеонаблюдения при передаче цветовой информации

• Автор: Сухов, Тимофей Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 178 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ 1. Общие принципы кодирования в цифровых системах видеонаблюденйя
1.1 Основные параметры цифровых систем видеонаблюдения
1.2 Обобщенная функциональная схема цифровой системы
видеонаблюдения
1.3 Функциональная схема цифровой системы видеонаблюдения с
использованием дискретного косинусного преобразования
1.4 Выводы и постановка задачи исследования
РАЗДЕЛ 2. Улучшение параметров цветопередачи в цифровой системе видеонаблюдения
2.1 Методы оценки качества цветовых преобразований
2.2 Принцип постоянной цветовой яркости в цифровых системах
видеонаблюдения
2.3 Вещественная и целочисленная программные реализации
принципа постоянной цветовой яркости
2.4 Выводы по разделу .
РАЗДЕЛ 3. Методы сокращения числа операций при вычислении трехмерного дискретного косинусного преобразования
3.1 Трехмерное дискретное псевдокосинусное преобразование
3.2 Использование разрешающей способности зрительной системы
человека
3.3 Сравнение преобразований
3.4 Выводы по разделу
РАЗДЕЛ 4. Аутентификация видеоданных в цифровой системе видеонаблюдения
4.1 Стеганографические способы защиты от навязывания ложных изображений
4.2 Аутентификация потока видеоданных трехмерного дискретного псевдокосинусного преобразования
4.3 Усовершенствованная схема цифровой системы видеонаблюдения
с функцией аутентификации
4.4 Выводы по разделу
РАЗДЕЛ 5. Иерархическое кодирование видеоинформации на основе дискретного псевдокосинусного преобразования
5.1 Использование иерархического кодирования в системах передачи видеоинформации
5.2 Оценка методов иерархического кодирования в цифровой системе видеонаблюдения
5.3 Усовершенствованная цифровая система видеонаблюдения с применением иерархического кодирования
5.4 Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованных источников
Список публикаций соискателя
ПРИЛОЖЕНИЕ А.
ПРИЛОЖЕНИЕ Б.
ПРИЛОЖЕНИЕ В.

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Широкое распространение в настоящее время получили цифровые системы видеонаблюдения с передачей информации по проводным и беспроводным каналам связи. Для решения задач, связанных с обработкой, сжатием, передачей и приемом цветовой видеоинформации используют стандартные решения, которые по ряду характеристик не удовлетворяют потребителей. От системы передачи видеоинформации требуются следующие основные характеристики: высококачественная цветопередача, высокая степень сжатия видеоинформации, устойчивость сжатой видеоинформации к передаче по цифровым каналам связи с ошибками, высокая энергоэффективность и защита данных от несанкционированной модификации.
В существующих системах видеонаблюдсния чаще всего применяются кодеки па базе стандартов семейства MPEG (H.264/AVC [69], MPEG-2 [72] и т.д.) и MJPEG [73]. MPEG-кодеки обеспечивают высокую эффективность сжатия видеоданных [20], так как при помощи алгоритмов оценки и компенсации движения учитывают межкадровую зависимость отсчетов видеоинформации. Однако существующие алгоритмы обладают большой вычислительной сложностью. Кодеки на базе стандарта MJPEG учитывают только внутри кадровую зависимость отсчетов видеоинформации и, поэтому, обладают малой вычислительной сложностью, но при этом менее эффективны с точки зрения сжатия. В кодеках на базе стандартов семейства MPEG и MJPEG реализован принцип постоянной яркости [32], изначально ухудшающий четкость цветовых деталей видеоизображения при прореживании цветоразностных отсчетов (форматы разложения 4:2:2, 4:2:0 и пр.). Еще одна проблема стандартных цифровых систем вндеонаблюдения - защита видеоданных от несанкционированной модификации (аутентификация видеоинформации). Существующая аппаратура видеона-блюдеиия не обладают стандартизованной системой защиты видеоинформации от несанкционированной модификации [29, 30], и каждый производитель раз-

ется прямое цветовое преобразование согласно принципу постоянной яркости, после чего данные прореживаются в соответствии с одним из форматов прореживания (4:2:2, 4:2:0). Кадровый буфер копит кадры и формирует нспересека-ющнеся кубы размером 8x8x8 отсчетов. Далее, выделяется один куб размерностью 8x8x8 отсчетов, который анализируется на «количество движения» внутри пего. В зависимости от типа куба, полученного при анализе, выполняется двумерное дискретное косинусное преобразование (ДКП-2) по плоскостям и квантование, ДКП-3 и квантование или принимается решение о пропуске куба. Затем, проводится статистическое кодирование и формирование сжатого потока видеоданных. Передатчик разбивает сжатый поток на пакеты и передает информацию по каналу связи. Управление кодированием производится подстройкой значения коэффициента квантования для каждого куба, в зависимости от требуемой скорости битового потока и количества переданных бит.
Прием пакетов и сборка осуществляется в приемнике. Принятый поток статистически декодируется, и полученные коэффициенты спектра восстанавливаются. Выполняется обратное ДКП, после чего блоки записываются в кадровый буфер. Для отображения из кадрового буфера извлекается каждый из восьми кадров по порядку, и выполняется обратное цветовое преобразование согласно принципу постоянной яркости.
Рассмотрим кратко преобразование сигналов в ЦСВ с использованием ДКП-3.
Прямое и обратное цветовые преобразования выполняются согласно принципу постоянной яркости, впервые предложенному при формировании системы цветового кодирования NTSC [32]. В результате прямого преобразования из исходных отсчетов R, G и В получаются отсчеты Y, СЬ, Сг, которые затем прореживаются для сокращения пространственной избыточности, используя форматы разложения 4:2:2, 4:2:0 и др.
Обратное преобразование производится над отсчетами Y, U, V, в результате чего получают отсчеты R, G, В. Болес подробно преимущества и недостатки