Різуненко Андрій Олексійович. Методи та інформаційна технологія стиску зображень в автоматизованих системах на основі вейвлет-перетворень

brief description

Різуненко Андрій Олексійович. Методи та інформаційна технологія стиску зображень в автоматизованих системах на основі вейвлет-перетворень: дис... канд. техн. наук: 05.13.06 / Національний аерокосмічний ун-т ім. М.Є.Жуковського "Харківський авіаційний ін-т". - Х., 2005. , табл.

Різуненко А. О.Методи та інформаційна технологія стиску зображень в автоматизованих системах на основі вейвлет-перетворень. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 автоматизовані системи управління і прогресивні інформаційні технології. Полтавський військовий інститут зв’язку. Полтава, 2005 р.
У дисертаційній роботі показано, що підвищення ефективності функціонування автоматизованих систем переробки інформації і управління можливе шляхом зменшення об’ємів запам'ятовуючих пристроїв і зниження навантаження на канали зв'язку, за рахунок компактного представлення зображень. Розроблено метод стиску зображень без втрат, що базується на застосуванні ЦВП й арифметичного кодування трансформант перетворення. Стиск зображень забезпечується за рахунок зниження статистичної збитковості трансформант вейвлет-перетворення. Ступінь стиску без втрат фотореалістичних зображень складає в середньому 1,92,85 рази. Розроблено метод відновлення зображень, що забезпечує повну ідентичність відновлених після стиску зображень вихідним. Запропоновані методи реалізовані у вигляді інженерних методик, алгоритмів та програмних засобів для стиску зображень без втрат якості відновлених даних.

Головним результатом проведених досліджень є розроблений автором метод стиску-відновлення кольорових фотореалістичних цифрових зображень, заснований на ЦВП й АК. Розроблений метод дозволяє підвищити ступінь стиску зображень, а метод відновлення забезпечує повну ідентичність («біт у біт») декодованих зображень після їх стиску. Використання розроблених методів у інформаційних технологіях АСПІУ дозволяє зменшити об’єми запам'ятовуючих пристроїв і знизити навантаження на канали зв'язку за рахунок компактного представлення зображень. Розробка нового методу стиску зображень містить у собі наступні основні етапи, описані в дисертаційній роботі.
1. Аналіз існуючих методів стиску зображень без втрат, який показав, що вони забезпечують мале значення (1,52 разів) ступеня стиску. У той же час, ріст кількості ПП, що використовують для обробки зображень тільки методи стиску без втрат, вимагає створення нових більш ефективних (за ступенем стиску) методів компактного представлення зображень (розділ 1). Отже, існує необхідність в удосконаленні методів стиску зображень без втрат.
2. Визначено, що одним із шляхів вирішення даної задачі є розробка комбінованого методу стиску зображень без втрат, що включає в себе зміну колірної моделі вихідних зображень, ортогональне перетворення, кодування значень трансформант перетворення (розділ 2).
3. Аналіз існуючих методів перетворення колірної моделі зображень, який показав, що їхнє застосування в розробленому методі забезпечує підвищення ступеня стиску зображень на 1525%. Цілочисельне перетворення колірної моделі RGB, у якій представлені вихідні зображення, у модель Yz/Uz/Vz/дозволяє не тільки зосередити енергію в складовій яскравості, але й зменшити її ентропію на 3-5% у порівнянні зі складовою яскравості існуючих колірних моделей (розділ 2).
4. Використання ЦВП для декореляції відліків компонент вихідного зображення базується на таких його перевагах: базисні функції обмежені в часі, що дозволяє аналізувати локальні властивості окремих ділянок зображення; вихідне зображення не розкладається на квадрати nn елементів; існує можливість використання цілочисельних операцій для формування трансформант ЦВП; порівняно проста реалізація алгоритму і його швидке виконання.
Розроблений метод формування вейвлет-коефіцієнтів Хаара після одного проходу за матрицею колірних компонент зображення дозволяє скоротити час виконання даного перетворення в 1,5 рази (розділ 2).
5. Необхідність застосування різних методів беззбиткового кодування трансформант зображення викликана наявністю в них ділянок з різними статистичними властивостями. Для більш ефективного врахування статистичних властивостей блоків зображення розроблено метод їх групування (розділ 2).
6. Для стиску блоків молодших БП трансформант зображення запропоновано метод цілочисельного АК, що використовує адаптивну модель відновлення відліків. Головна відмінність арифметичного кодера від існуючих полягає в можливості кодування джерел з різною потужністю алфавіту (розділ 3). Блок старших БП кодується методом довжин серій (розділ 3).
7. Для підвищення завадостійкості методу стиску запропоновані варіанти кодування транформант роздільно: за колірними компонентами, за рівнями вейвлет-декомпозиції зображення і за високочастотними матрицями ЦВП (розділ 3).
8. Розроблені аналітичні вирази для розрахунку обсягу незалежно стиснутих блоків і ступеня стиску зображень у цілому показують, що середній ступінь стиску знаходиться в межах 1,92,85 раз у залежності від типу ЦВП і насиченості даних. Експериментально визначений ступінь стиску виявився менше теоретичного на 710% (розділ 4).
9. Оцінка часу стиску зображень запропонованим методом тотожна часу стиску, що забезпечується форматами PNG і JPEG-LS і складає приблизно 0,6 с для зображень об’ємом 800 Кбайт (експеримент проводився на ЕОМ Celeron 1 ГГц із 128 Мбайт ОЗП).
10. Достовірність нових наукових положень дисертації підтверджена: коректним використанням математичного апарату теорії ортогональних перетворень, теорії зв’язку та кодування інформації, теорії обробки і передачі зображень та математичної статистики; задовільною збіжністю результатів математичного моделювання з експериментальними даними.
Використання засобів, що реалізують розроблені методи стиску і відновлення зображень у складі різних комплексів автоматизованих систем переробки інформації і управління, дозволяє скоротити необхідний об’єм запам'ятовуючих пристроїв на 45-55%.