Способи та засоби двовимірного перетворення зображень в базисі Хаара

Abstract

UА: В дисертаційній роботі показано, що існуючі телекомунікаційні й обчислювальні системи не забезпечують обробку і передачу відеоданих у реальному масштабі часу. Для підвищення ефективності ортогональних перетворень зображень розроблені способи і засоби двовимірного перетворення зображень в базисі Хаара, які забезпечують одноетапну обробку зображень з можливістю рівнобіжного виконання процедур перетворення, з яких виключені «надлишкові» та дійсні арифметичні операції, а операції множення й ділення замінені операціями побітового зсуву, що визначає ефективність запропонованих способів. На основі розроблених способів двовимірного перетворення Хаара запропоновані високоефективні способи субоптимальної фільтрації та зонального стиску зображень.

RU: Диссертация посвящена разработке способов и средств двумерного преобразования изображений в базисе Хаара с целью уменьшения времени обработки и передачи их в телекоммуникационных системах. В работе проведен анализ существующих способов и средств двумерных ортогональных преобразований, которые используются для обработки изображений, а так же обзор научно-технической и патентной литературы, который позволил классифицировать существующие способы, выявить их недостатки и определить способы повышения эффективности процедур двумерных ортогональных преобразований. Указанные способы реализованы, в предложенных в работе, способах двумерного преобразования Хаара. Способ двумерного преобразования Хаара (ДПХ) основан на двумерном базисе Хаара, который состоит из двумерных кусочно-постоянных базисных функций. Способ целочисленного двумерного преобразования Хаара (ЦДПХ) основан на целочисленном двумерном базисе Хаара, который состоит из двумерных базисных функций, принимающих только целочисленные значения на интервале определения. В работе предложен метод построения целочисленного базиса Хаара. Применение ЦДПХ позволит уменьшить величину СКО по сравнению с другими способами выполнения двумерного преобразования Хаара в 1,52 раза за счет одноэтапной процедуры преобразования и использования только целочисленных арифметических операций. С помощью ДПХ и ЦДПХ возможно рассчитывать только необходимые для анализа и обработки коэффициенты без необходимости вычисления всех коэффициентов преобразования Хаара; уменьшить затраты оперативной памяти при выполнении преобразований на 30%, так как не требуется хранить промежуточные результаты. В работе разработаны способы и устройства быстрого прямого и обратного двумерного преобразования Хаара, в которых используются процедуры трех типов: А, В и С. Разработанные способы обеспечивают: уменьшение значения среднеквадратического отклонения на 2040 %; уменьшение времени выполнения преобразования в 25 раз; более простую техническую реализацию, не требующую дополнительной памяти для хранения промежуточных результатов; возможность параллельного выполнения процедур преобразования. Это достигается за счет исключения из процедуры преобразования «избыточных» арифметических операций: операций умножения на «1» и «0», операций сложения нулевых значений и дублирующихся арифметических операций. Разработан эффективный способ двумерной субоптимальной фильтрации изображений, который позволяет уменьшить время фильтрации изображения в 1.5 – 3 раза за счет применения 20 быстрого двумерного целочисленного преобразования Хаара. Эксперименты показали, что субоптимальная фильтрация позволяет уменьшить среднеквадратическое отклонение зашумленных изображений в 2÷3 раза. Разработан способ и устройство зонального сжатия изображений, в которых зоны селекции коэффициентов преобразования определяются их чувствительностью, в качестве ортогонального преобразования используется быстрое двумерное целочисленное преобразование Хаара. Процедура сжатия состоит из следующих этапов: выполнение прямого двумерного целочисленного преобразования Хаара, выделение зон селекции коэффициентов, подлежащих сохранению, в зависимости от заданного параметра качества, формирование зоновых последовательностей (ЗП), сохранение ЗП в файл. Восстановление состоит из следующих этапов: чтение зоновых последовательностей из файла, формирование трансформант блоков изображение из ЗП, отсутствующие в ЗП элементы трансформант приравниваются к 0, выполнение быстрого обратного целочисленного преобразования Хаара. За счет применения быстрого двумерного целочисленного преобразования Хаара, при приемлемых значениях СКО обеспечивает сжатие реалистических изображений в 2 – 20 раз. Время, необходимое для выполнения процедур сжатия и восстановления ений, в 4 – 5 раз меньше, чем при использовании зонального сжатия на основе ДКП.

EN: In dissertational operation it is shown, that existing telecommunication both computing systems do not ensure machining and transmission of images real-time. For boosting efficiency of orthogonal images transformations ways and a means of two-dimensional transformation of images in basis of Haar designed. They ensure one step an image processing and a possibility of a deep parallelizing of procedures of transformation. From procedures of transformation, "redundant" and real arithmetic operations are eliminated. Operations multiplication and division substituted by operations of bit-by-bit shift. It determines efficiency of offered ways. Based on designed ways of two-dimensional transformation of Haar high-performance modes of a suboptimal filtering and zone compression of images are offered.