Баранник Володимир Вікторович. Теоретичні основи та методи стиску зображень в телекомунікаційних системах на підставі біноміально-поліадичного представлення

brief description

Баранник Володимир Вікторович. Теоретичні основи та методи стиску зображень в телекомунікаційних системах на підставі біноміально-поліадичного представлення: дис... д-ра техн. наук: 05.12.02 / Українська держ. академія залізничного транспорту. - Х., 2005.

оботі показано, що подальше вдосконалення телекомунікаційних систем пов'язано з рішенням суперечності між необхідними об'ємами інформаційних потоків, які вимагається обробляти і передавати у реальному часі без внесення погрішностей та обмеженими технічними можливостями підсистем обробки і передачі відеоданих. Розроблено теоретичні основи компактного представлення зображень на основі швидкого та усічено-зв’язаного біноміально-поліадичного представлення. На основі теорії біноміально-поліадичного представлення розроблено метод стиску зображень в тривимірному просторі без внесення погрішностей. У цьому випадку стиск зображень досягається за рахунок усунення триознакової комбінаторної надмірності у тривимірному просторі. Розроблено метод відновлення зображень на основі тривимірного біноміально-поліадичного декодування, що забезпечує достовірне відновлення зображень.

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-прикладна проблема, яка пов’язана з розробкою наукових основ забезпечуючих збільшення ступеня стиску зображень з різною насиченістю дрібними деталями та зниження часу передачі даних каналами зв’язку, без внесення погрішностей.Для цього створені теоретичні основи та методи стиску зображень на основі біноміально-поліадичного представлення.
Основні наукові результати:
І. Розроблено теоретичні основи біноміально-поліадичнного представлення відеоданих, які включають:
1. Аналітичний вираз для визначення кількості допустимих біноміально-поліадичних чисел, елементи яких задовольняють одночасно обмеженням на суму і на динамічний діапазон; систему правил, що формують код-номер для біноміально-поліадичного числа і систему правил для відновлення елементів біноміально-поліадичних чисел без внесення погрішності за значенням коду-номера. При цьому біноміально-поліадичне кодування забезпечує усунення двохознакової комбінаторної надмірності.
2. Швидке симетричне біноміально-поліадичне кодування відеоданих, яке засновано на комбінаторній згорткі виразів для кількості допустимих послідовностей на всьому діапазоні значень кожного елементу і на можливості зменшення значення суми елементів оброблюваної послідовності.
3. Швидке біноміально-поліадичне декодування, яке засновано на властивостях: симетричності, монотонності, одноперехідності і роздільності вагових БП коефіцієнтів. Дане декодування виключає необхідність в повному переборі за діапазоном значень відновлюваних відеоданих.
4. Усічене двузв’язне біноміально-поліадичне представлення відеоданих. Дане кодування ґрунтується на:
аналітичному виразі для обчислення кількості раз появи пари залежних біноміально-поліадичних чисел;
системі виразів, які забезпечують усічене двузв’язне біноміально-поліадичне кодування та декодування.
ІІ. Розроблено метод тривимірного усіченого зв'язного біноміально-поліадичного кодування в плаваючому режимі без внесення погрішності. Даний метод дозволяє:
формувати код-номер для довільної кількості елементів, що розташовані в різних частинах тривимірних структур відеоданих з наперед невідомими сумою елементів і завдовжки біноміально-поліадичного числа;
організовувати рекурентне обчислення значення коду-номера на основі відомих значень коду-номера попереднього етапу обробки і біноміально-поліадичного коефіцієнта.
Розроблений метод здійснює скорочення трьохознакової комбінаторної надмірності у тривимірному просторі.
ІІІ. Розроблено метод тривимірного біноміально-поліадичного відновлення зображень без внесення погрішності, який включає:
двохетапну розмітку елементів тривимірних структур відеоданих за біноміально-поліадичними числами;
тривимірне усічене зв'язне біноміально-поліадичне декодування, що забезпечує взаємооднозначне відновлення елементів ТСВ за відомим значенням коду-номера, за кількістю і за знайденими позиціями елементів біноміально-поліадичних чисел у тривимірній структурі відеоданих.
Основні практичні результати:
1. Доведені до програмно апаратних реалізацій методи стиску та відновлення зображень без внесення погрішності на основі біноміально-поліадичного представлення, які забезпечують стиск зображень в середньому від5,5до70разів залежно від ступеня насиченості.
2. Для розробленого методу тривимірного біноміально-поліадичного кодування, для швидкості передачі даних(біт/с) і середньої швидкості виконання машинних операцій(м.о./с) часові витрати на обробку і передачу відеоданих знаходяться на рівні від0,03до11секунд залежно від класу і розміру зображень. Якнайменший виграш за сумарним часом на обробку та передачу стиснутих зображень по каналу зв'язку для розробленого методу щодо відомих методів для сильно-, середньо- і слабонасичених зображень рівний відповідно в середньому від1,8до3;від1,75до3,5і до4разів.
Основне значення отриманих автором результатів для науки та практики полягає у:
1) подальшому розвитку теорії інформації у області кодування, що полягає у вперше одержаних теорії та методах стиску на основі двовимірного і тривимірного біноміально-поліадичного представлень, які скорочують двохознакову комбінаторну надмірність;
2) подальшому розвитку комбінаторного аналізу в результаті вперше одержаних комбінаторних виразів для визначення допустимих об'ємів і правил нумерації для біноміально-поліадичних, усічених зв'язаних біноміально-поліадичних чисел.
3) скороченні сумарного часу обробки і передачі зображень без внесення погрішності по каналу зв'язку в середньому від1,8до3;від1,75до3,5і до4разів відповідно для сильно-, середньо- і слабонасичених зображень.
Достовірність отриманих результатівобґрунтовується їх несуперечністю основним положенням теорії інформації, теоретичним положенням поліадичного і біноміального представлень і доказом відновлення даних без внесення погрішності, а також підтверджується адекватністю результатів експериментальних досліджень, які одержані в ході функціонування розробленої програмної моделі, теоретичним даним, що отримані за виведеними аналітичними виразами для оцінки ступеня компактного представлення зображень.
Результати дисертаційної роботи доцільно використовувати:
при обробці та передачі відеоінформації в телекомунікаційних системах;
при проведенні конструкторських і науково-дослідницьких робіт, пов’язаних із створенням нових технічних і програмних засобів з обробки відеоінформації;
при вивченні навчальних дисциплін з кодування та з обробки відеоінформації у процесі підготовки фахівців у ВНЗ України.