Введение к работе
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-ІИСТИК и значительной географической распределенностью своих проявле-іий. Целью такого наблюдения являются определение характеристик и іараметров явлений и классификация наблюдаемых объектов.
К числу таких задач можно отнести задачи метеорологических исследо-іаний, 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 «шения таких задач вытекает из принципиальных недостатков традици-інньїх методов получения, преобразования и использования информации. Ни недостатки снижают эффективность «ручного» управления процессом іаблюдения и в случае быстропротекающих, малоустойчивых и т. п. явле-іий 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 годирования информации.
Сам характер таких задач определяет специфику разрабатываемых систем и ряд требований к ним.
Основными направлениями таких систем на сегодняшний день являют-я совершенствование методов, устройств цифровой обработки и передача «формации, в том числе телевизионных сигналов. Наиболее широкое іаспостранение получили при этом системы с импульсно-кодовой модуля-ией (ИКМ), дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией (ДИКМ) і дельта-модуляцией (ДМ). В последнее время появилась тенденция к висланню систем с ДМ во многих областях народного хозяйства, например в елефонии, телеметрии, автоматизированных измерительных системах, истемах управления, слежения и т. п. В даязи с этим возникает потребность і устройствах, соответствующих определенному кругу требований (к при-іеру, стоимость, надежность, аппаратные затраты, своевременность и до-
стоверность 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 для 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 компилированием. 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 1 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
-
Разработка структуры автоматизированной информационной системы (АИС) с ДМ.
-
Оптимизация процесса аналого-цифрового преобразования телевизионного сигнала.
-
Разработка адаптивных алгоритмов цифровой обработки неподвижных и подвижных изображений.
-
Разработка структуры экспериментальной установки АИС, ее техническое и программное обеспечение.
Научная новизна работы
-
Предложена автоматизированная информационная система на базе ДМ.
-
Синтезированы по предложенному методу алгоритмы работы ДМ-кодеков для телевизионных сигналов.
-
Получены новые адаптивные алгоритмы кодирования различных сигналов.
-
Разработана оптимальная структура дискретизации при трехмерном предсказании.
-
Получены новые аналитические выражения, описывающие параметры и храктеристики разработанных ДМ-кодеков.
-
Предложен алгоритм кодирования сигнала цветного изображения.
Практическая ценность полученных результатов
-
Разработаны структурные схемы цифровых устройств преобразования телевизионных сигналов способом ДМ для реализации в АИС.
-
Разработаны методы расчета основных показателей телевизионных ДМ-кодеков.
-
Разработаны, изготовлены опытные образцы дельта-кодеков ТВ-сигналов в платном и микроэлектронном исполнении различного назначения.
-
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 использованик 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 ватсльских работах Рижского технического университета.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на рсспубли канской научно-технической конференции, посвященной Дню радио в 198$ году, в Рижском техническом университете, Латвийской международное 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
