Методы, алгоритмы и устройства для покадрового кодирования и передачи видеоданных по радиоканалам с низкой пропускной способностью

• Автор: Плахов, Александр Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ, АЛГОРИТМОВ И УСТРОЙСТВ СБОРА, СЖАТИЯ И ПЕРЕДАЧИ ВИДЕОДАННЫХ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ВИДЕОКОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМАХ.

1.1. Известные стандарты сжатия видеоданных

1.2. Вейвлетпреобразование

1.2.1. Система фильтров анализасинтеза

1.2.2. Каскадное соединение систем АС.

1.2.3. Представление субполосного кодирования при помощи аппарата матриц

1.2.4. Обратное преобразование .

1.2.5. Ортогональное преобразование

1.3. Примеры преобразований

1.3.1. Преобразование Габора.
1.3.2. Дискретное косинусное и перекрывающееся ортогональное преобразования
1.3.3. Пирамида Лапласа
1.4. Квадратурнозеркальные фильтры
1.4.1. Построение КЗФ
1.4.2. Асимметричная система.
1.5. Методы синтеза неразделимых банков фильтров и вейвлетов.
1.6. Методы и технические средства организации радиоканала.
1.6.1. Введение
1.6.2. Стандарт 2. ii.
1.6.3. Стандарт 21 .
1.6.4. Стандарт 24 i
1.7. Обсуждение результатов обзора.
1.8. Постановка задачи.
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ СЖАТИЯ ВИДЕОДАННЫХ НА ОСНОВЕ ВЕЙВЛЕТПРЕОБРАЗОВАНИЯ
2.1. Вейвлетдекомпозиция как вход алгоритма.
2.2. Общие положения алгоритма.
2.2.1. Принцип последовательной передачи битовых полей.
2.2.2. Взаимосвязь коэффициентов различных субполос
2.2.3. Алгоритм А. Льюиса и Г. Ноулеса.
2.2.4 Алгоритмы Шапиро и СаидаПирлмана
2.2.5. Алгоритм I
2.2.6. Свойства потока.
2.3. Оптимизация алгоритма I.
2.3.1. Необходимость оптимизации.
2.3.2. Матрица значимости
2.4. Применение алгоритма I к вейвлетразложениям, полученным с применением разделимых и неразделимых фильтров.
2.5. Оптимизация алгоритма 3I
Выводы по главе 2
ГЛАВА 3. ПОДАВЛЕНИЕ ШУМОВ В ИЗОБРАЖЕНИЯХ.
3.1. Природа мультипликативного шума
3.2. Математические модели изображений, искаженных мультипликативным ШУМОМ
3.3. Методы и алгоритмы подавления мультипликативного шума,
ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ЛОКАЛЬНЫЕ СТАТИСТИКИ.
3.4. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ВЕЙВЛЕТБАЗИСАХ И ФРЕЙМАХ
3.4.1. Базисы.
3.4.2. Фреймы.
3.4.3. Необусловленные базисы.
3.5. Нелинейная оценка функций
3.5.1. Идеальное ослабление коэффициентов.
3.5.2. Пороговая обработка
3.5.3. Цветной шум
3.5.4. Мультипликативный шум
3.5.5. Обработка изображений
3.5.6. Оптимальность преобразования.
3.6. ПОДХОД К АНАЛИЗУ ИЗОБРАЖЕНИЯ.
3.7. УДАЛЕНИЕ ШУМА НА ОСНОВЕ ВЕЙВЛЕТПРЕОБРАЗОВАНИЯ.
3.7.1. Подавление мулътитикативного шума путем поиска оптимальных пороговых значений в каждом частотном диапазоне.
3.8. Одновременное сжатие изображений и удаление аддитивного шума .
3.9. Новые критерии оценки качества сжатых изображений.
3.9.1. Недостатки стандартных алгоритмов оценки качества сжатых изображений
3.9.2 Новые объективные критерии оценки качества сжатия изображений
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 31
ГЛАВА 4. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ СЖАТИЯ И ПЕРЕДАЧИ ВИДЕОДАННЫХ.
4.1. Бессписковый алгоритм.
4.1.1. Аппаратная ориентация.
4.1.2. Описание алгоритма
4.2. Описание прототипа устройства.
4.2.1. Описание передающей части прототипа.
4.2.2. Описание приемной части.
4.2.3. Описание программного обеспечения.
4.3. Описание разработанного устройства
4.3.1. Обоснование элементной базы.
4.3.2. Выбор сигнального процессора
4.3.3. Видеокодер
4.3.4. Модуль радиоинтерфейса
4.3.5. Описание работы устройства для покадрового кодирования и передачи
видеоданных по радиоканалу.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


На этом шаге осуществляется управление степенью сжатия. Затем выполняется преобразование матрицы 8x8 в -элементный вектор посредством зигзагообразного сканирования^ как показано на рис. Таким образом, в начале вектора содержатся коэффициенты матрицы, соответствующие низким частотам, а в конце - высоким (содержащим большее количество нулей). На заключительном этапе выполняются КЬЕ кодирование и кодирование по Хаффману [9]. Зотт ? У ^6 а 1. У У а а3. Зз. Рис. Процесс восстановления изображения в этом алгоритме полностью симметричен кодированию. К недостаткам алгоритма можно отнести распад изображения на отдельные квадраты при повышении степени сжатия. Это связано с тем, что происходят большие потери в низких частотах при квантовании, и восстановить исходные данные становится невозможно. Такой эффекг «мозаики» оказывает сильное отрицательное влияние на восприятие изображения. При повышении степени сжатии также наблюдается проявление эффекта Гиббса - ореолы по границам резких переходов. При использовании алгоритма сжатия MJPEG средний коэффициент сжатия видеосигнала составляет около 1:5, а скорость передачи видео с разрешением 0x6 пикселей - до 5 Мбит/с. Данный алгоритм не столь требователен к ресурсам системы, как рассматриваемые ниже, но и не обладает высокими показателями качества. Стандарт Н. Данный стандарт основан на рекомендациях комитета ITU-T по кодекам относительно устройств кодирования видеосигнала для аудиовизуального обслуживания при скоростях передачи цифровой информации, кратных Кбит/с. Н.1 [] похож на JPEG, а принципиальное его отличие состоит в том, что обработке подлежат только те элементы изображения, которые изменились по сравнению с соответствующими элементами предыдущего кадра. Исходные видеоданные попадают в блок анализа параметров движения {motion estimation) и блок компенсации движения {motion compensation). Цель обработки - закодировать только отличия последующего фрейма от предыдущего. В процессе анализа параметров движения кодек сокращает размер кодируемого файла, выделяя области изображения фрейма, которые изменились по сравнению с предыдущим. Компенсатор движения формирует матрицу пикселей размером x или макроблок. В свою очередь, макроблок состоит из четырех блоков - матриц размером 8x8. В последующем фрейме передается именно макроблок. Он является результатом вычитания макроблока предыдущего фрейма из соответствующего макроблока текущего. Полученная разность затем кодируется по алгоритму, схожему с алгоритмом JPEG. Стандарт Н. Стандарт Н. Стандарт Н. Н.1, распространяясь как на небольшие, размером с кредитную карту, изображения с низким разрешением, так и на высококачественные, исключительно детализированные изображения, пригодные для использования, например, в телемедицине. При этом обеспечивается полная совместимость но отношению к формату QCIF (Quarter Common Intermediate Format) и, выборочно, по отношению к CIF и SQCIF (Sub-QCIF). Стандарт Н. Н.1 из-за обязательной поддержки им формата кадра QCIF с разрешением 6x4. При этом стандарт Н. Н.1 канал должен иметь пропускную способность не ниже Кбит/с). Кодеки, выполненные по рекомендациям стандартов Н. Н.3, рассчитаны на работу с плавно меняющимся видеосигналом. В случае же частых резких изменений информации в кадре, происходит ухудшение качества (при заданной степени сжатия или скорости канала), изображение при этом «рассыпается» на квадраты, как и в случае с JPEG-сжатием. При высоких скоростях канала этот недостаток не существенен. MPEG. В г. Международной организации по стандартизации (ISO) начала работу группа MPEG (Moving Pictures Experts Group) - группа экспертов в области цифрового видео. Группа работала в направлениях, которые можно условно назвать MPEG-Video - сжатие видеосигнала в поток со скоростью около 1,5 Мбит/с, MPEG-Audio - сжатие звука до , 8 или 2 Кбит/с на канал и MPEG-System - синхронизация видео- и аудиопотоков. Более точно, стандарт MPEG 0], как и другие стандарты на сжатие, описывает лишь выходной битовый поток, неявно задавая алгоритмы кодирования и декодировании.