Разработка цифровых методов и устройств преобразования параметров сигналов изображений в системах телевидения Балобанов, Андрей Владимирович

Введение к работе

Актуальность темы. В настоящее время в практику прикладного и вещательного

телевидения активно внедряются системы телевидения высокой чёткости (ТВЧ). Это

обусловило возрастание актуальности эффективного решения научно-технических задач по

взаимному преобразованию сигналов телевизионных (ТВ) изображений стандартной чёткости

и ТВЧ. Последнее связано с тем, что существующий в РФ обширный архив программ и

видеоматериалов представлен изображениями (форматом) чёрно-белого и цветного

телевидения (ЧБТ и ЦТ) стандартной чёткости. Весьма актуальным, соответственно, является

эффективное решение задач реставрации и преобразования сигнала стандартной чёткости в

стандарт с повышенным числом строк, чему и посвящено основное содержание данной

диссертационной работы. Отдельный раздел её содержания, кроме того, посвящён задаче

преобразования (кодирования) сигналов черно-белого ТВ по цветовому направлению.

Следует отметить, что большой вклад в решение задач преобразования параметров и

обработки составляющих ТВ сигнала изображений внесён отечественными специалистами.

Можно отметить работы в данном направлении С.И. Катаева, С.В. Новаковского,

М.И. Кривошеева, В.Ф. Самойлова, Н.К. Игнатьева, Ю.Б.Зубарева, А.С.Селиванова,

Г.А. Аванесова, Б.П. Хромого, В.Г. Маковеева, В.Н. Безрукова и др. Сложность эффективного

решения данной задачи обусловлена необратимыми потерями информационной структуры

изображений, которые возникают при формировании сигналов ЦТ и ЧБТ стандартной чёткости.

Однако, сохранившиеся корреляционные связи, связанные, в том числе, и с нестабильностями

положения камер и растра позволяют все же в существенной мере реставрировать, например,

пространственную структуру изображений за счёт взаимной многомерной обработки

составляющих ТВ сигнала изображений в реальном и частотном пространстве. При этом

целесообразно разработать комплекс линейных и нелинейных методов (алгоритмов и

устройств) реставрационной регенерации промежуточных элементов, пространственных или

цветовых составляющих изображений. Полученные при её осуществлении составляющие

подвергаются коррекции и преобразованию с последующим мультиплексированием уже

общего преобразованного сигнала изображения по заданным критериям весового выбора

элементов каждой составляющей.

Основное внимание в диссертационной работе уделено созданию универсальных методов преобразования параметров сигналов изображений, которые могут быть использованы для различных вариантов их цифрового кодирования и декодирования (сжатие спектра, отображение сигналов изображений, реставрации, архивирования и т. д.).

Цель и задачи работы. Целью настоящей диссертационной работы является разработка эффективных методов и устройств цифрового преобразования пространственных и цветовых параметров ТВ изображений в системах цифрового телевидения, учитывающих специфику и

искажения формирования (сжатия) соответствующих видеоинформационных сигналов, а также разработка и моделирование алгоритмов, реализующих предложенные методы. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие научно-практические задачи:

1. Проведён анализ влияния линейных и нелинейных преобразований, которые осуществляются в процессе формирования стандартного ТВ сигнала, на пространственно- временные характеристики (параметры, искажения) соответствующих изображений;

2. Получены аналитические соотношения для оценки изменений масштаба контролируемых объектов и получены расчётные соотношения, конкретизирующие масштабные трансформации пространственных параметров проецируемых объектов в зависимости от условий и параметров видеоконтроля;

3. Разработан метод адаптивной коррекции интегральных искажений пространственной структуры ТВ изображений;

4. Предложен вариант осуществления цифровой фильтрации для последующей децимации дискретных в пределах внутрикадрового пространства сигналов ТВ изображений.

5. Разработан метод преобразования чересстрочной структуры последовательных во времени сигналов ТВ кадров в прогрессивную (построчную) структуру;

6. Предложен режим цветового кодирования чёрно-белых ТВ изображений, обеспечивающий значительное повышение визуальной информационной ёмкости чёрно-белых изображений.

Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использованы, современные методы цифровой обработки изображений, статистической радиотехники, спектрального анализа и программирования.

Личный вклад. Все основные научные результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично.

Научная новизна работы.

6. 1. Получены соотношения, отражающие чересстрочную структуру дискретизации сигнала ТВ изображений и соответствующего спектра, и показана эффективность раздельного преобразования составляющих сигналов четных и нечетных полей.

   2. Осуществлён теоретический анализ многомерных характеристик формирования отсчётов сигнала ТВ изображения с учётом пространственно- временного накопления.

   3. Разработана методика и получены соотношения для вычислительной оценки линейных и нелинейных преобразований (искажений) характеристик конкретного ТВ изображения объекта в зависимости от его положения в пределах контролируемой сцены.

   4. Разработаны основы эффективной коррекции апертурных искажений сигнала ТВ изображений адаптивного типа.

   5. Аналитически показана целесообразность ограничения спектра сигналов ТВ изображений в диагональном направлении при децимации последовательности соответствующих отсчетов.

   6. Обоснована импульсная характеристика (ИХ) и осуществлён анализ коэффициента передачи интерполирующего (отсутствующий в промежутке отсчёт) цифрового фильтра при преобразовании чересстрочной структуры растра в построчную.

   7. Предложена методика, позволяющая определить оптимальный алгоритм цветокодирования при решении частных (разнородного типа) задач.

   Практическая ценность работы.

   6. 7. 1. Разработанные алгоритмы, устройства и соответствующие блоки преобразования параметров развёртки растра в цифровых системах ТВ стандартной и высокой чёткости.

         2. Разработанные алгоритмы, структурные схемы устройства и соответствующих блоков преобразования параметров развёртки растра в цифровых системах телевидения стандартной и высокой чёткости.

         3. Разработанный алгоритм ограничения спектра сигналов ТВ изображений при децимации последовательности соответствующих отсчётов.

         4. Разработанные алгоритмы, структурные схемы устройства для реставрации пространственной чёткости сигналов ТВ изображений и блока адаптивной апертурной коррекции.

         5. Разработанный алгоритм цветового кодирования чёрно-белых ТВ изображений, обеспечивающий выявление в структуре изображений конфигурации участков повышенной информационной ёмкости чёрно-белых изображений.

         Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при проведении учебного процесса на кафедре телевидения им. С.И. Катаева МТУСИ при подготовке методического пособия и программного обеспечения для лабораторной работы, при выполнении НИР "Искание-ТВРК" в лаборатории "Цифровой обработки телевизионных сигналов" МТУСИ, при выполнении работ по гранту РФФИ №10-07-00349 «Разработка комплекса методов и алгоритмов для систем реставрационного адаптивного преобразования сигналов телевидения в стандарт высокой и сверхвысокой чёткости». Результаты диссертации также внедрены в разработках устройств ТВ контроля объектов в закрытом акционерном обществе «СПЕЦВИДЕОПРОЕКТ», в ФГУП Государственном научно- производственном ракетно-космическом центре «ЦСКБ-ПРОГРЕСС», в клиниках ГБОУ ВПО «Самарский государственный медицинский университет» Минздравсоцразвития РФ, в ФГОБУ ВПО «Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики». Реализация результатов работы подтверждена соответствующими актами.

         Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 4-й Международный научно-технический конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного и оптоэлектронного приборостроения» Intermatic, 2005 г.; на Научно-технических конференциях профессорско- преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ в 2005, 2006 гг., на Московской отраслевой научно-технической конференции «Технологии информационного общества», 2007 г., на VII международной НТК «Проблемы техники и технологии телекоммуникации» в 2006 г., на 12-14 Российских научных конференциях профессорско- преподавательского состава, научных работников и аспирантов в 2005- 2007 гг.

         Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе пять статей в ведущих рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК, 2 положительных решения по заявке на изобретение.

         Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и трех приложений, изложена на 214 страницах. Библиография включает 91 наименование.

         Похожие диссертации на Разработка цифровых методов и устройств преобразования параметров сигналов изображений в системах телевидения

         

         Разработка эффективных методов и устройств адаптивных преобразований характеристик и параметров сигналов в системах цифрового вещательного телевиденияКанев, Сергей Александрович

         Исследование и разработка методов и устройств восстановления сигнала изображения в системах телевидения с многомерной дискретизациейПлешивцев, Василий Алексеевич

         Исследование и разработка методов формирования сигнала изображения в системах телевидения повышенного качестваАмар И. Кхалеел

         Разработка методов и устройств сжатия видеоинформации с динамической перестройкой параметров преобразования телевизионных сигналовСалтыков, Константин Евгеньевич

         

         Методы и устройства контроля информационных параметров структуры сигналов изображений в системах прикладного телевиденияВласюк Игорь Викторович

         Разработка и применение элементов теории преобразования сигналов изображений в системах прикладного телевиденияБезруков, Вадим Николаевич

         

         Исследование и разработка методов и устройств формирования сигналов цветного телевидения в системах со сжатием видеоинформацииКао Хоанг Ха

         

         Исследование и разработка методов и устройства сжатия видеоинформации для систем цифрового телевидения с пространственным масштабированиемРабинович Александр Владиленович

         Исследование методов и разработка устройств подавления шумов в перспективных системах телевиденияОразалинов, Дулат Султанович

         

         Разработка методов и устройств коррекции информационных сигналов в системах цифрового телевиденияКомаров Павел Юрьевич