Теоретичні основи компактного представлення зображень на основі усунення версифікаційної надмірності

Abstract

UA: У дисертаційній роботі показано, що успішне і своєчасне рішення задач з використанням телекомунікаційних систем визначається ступенем забезпеченості необхідними обсягами інформаційних потоків. Розроблено теоретичні основи компактного представлення зображень на основі узагальненого усунення надмірності різної фізичної природи (версифікаційної надмірності). Розроблено теорію статистичної оцінки версифікаційної надмірності зображень, яка дозволила одержати кількісну оцінку ступеня надмірності, що скорочується. На основі теорії версифікаційної надмірності розроблено методи стиску зображень без втрати і з контрольованою втратою якості. У цьому випадку стиск зображень досягається за рахунок послідовного усунення структурної, статистичної, комбінаційної і психовізуальної надмірності. Розроблено метод версифікаційного відновлення зображень, що забезпечує достовірне відновлення зображень. Розроблено швидкі алгоритми кодування і декодування кодів за числом серій.

RU: В диссертационной работе показано, что успешное и своевременное решение задач с использованием телекоммуникационных систем определяется степенью обеспеченности требуемыми объемами информационных потоков (ИП). При этом составляющей частью информационных потоков является видеоинформация, что приводит к резкому повышению объемов данных до порядка 103 Гбит. В тоже время технические возможности телекоммуникационных систем (ТС) не обеспечивают доведение в реальном времени требуемых объемов ИП (реально передаваемые объемы ИП до 104 раз меньше требуемых). Использование подсистем сжатия видеоданных (ПСВ) является наименее дорогостоящим средством повышения эффективности ТС. Однако, ПСВ также не позволяет передавать информацию в реальном времени с нужным качеством. В работе была обоснована основная проблемная сторона ПСВ – отсутствие единой теории обобщенного устранения различных по физической природе видов избыточности (версификационной избыточности). Для повышения эффективности ПСВ была разработана теория устранения версификационной избыточности и были также выбраны основные версии признаков. На основе полученной теории в диссертации разработаны методы сжатия изображений без потери и с контролируемой потерей качества на основе устранения версификационной избыточности по двум версиям признаков. В этом случае сжатие изображений достигается за счет: устранения структурной избыточности обусловленной однородностью физических свойств локальных фрагментов изображений, ограниченным значением динамического диапазона, ограниченным числом серий одинаковых элементов; исключения психовизуальной избыточности, проявляющейся в уменьшении количества полутоновых областей; сокращении статистической избыточности, вызванной корреляцией между элементами массивов цветовых координат. Разработанные программные реализации метода сжатия изображений обеспечили большую степень сжатия относительно известных методов в среднем в 2,5 раза. При этом значения коэффициентов сжатия находятся в диапазоне от 2,6 до 300 раз в зависимости от степени насыщенности изображения. Для теоретической оценки степени устраняемой версификационной избыточности были разработаны теоретические основы статистической оценки версификаци-онной избыточности по признакам версий 1 и 2, включающие систему выра-жений для оценки количества информации, приходящейся на элемент изображения и степени устраняемой избыточности в зависимости от вида матрицы информативности. Разработан метод версификационного восстановления изображений, обеспечивающий достоверное восстановление изображений (значение отношения сигнал/шум не менее 40 дБ). Для снижения временных затрат на обработку изображений за счет уче-та структурных особенностей обрабатываемых данных в совокупности со свойствами кодера разработаны быстрые алгоритмы кодирования и декоди-рования кодов по числу серий. Получены выражения для оценки временных затрат на обработку и передачу видеоданных в зависимости от степени насыщенности изображений. Расчеты, проведенные по этим выражениям, показали, что за счет разработанных методов обеспечивается дополнитель-ное сокращение времени обработки и передачи видеоданных. При этом наименьший выигрыш по суммарному времени на обработку и передачу сжатых изображений по каналу связи с ошибками для разработанного метода относительно известных методов для сильно-, средне- и слабонасыщенных изображений, равный соответственно в среднем 2,8, 3,1 и 2,6 раза.

EN: The author proves that successful and on-time decision of problems with the use of telecommunication systems is defined by the supply of required volumes of information flows. Theoretical grounds of compact image representation on the basis of generalized elimination of redundancy of different physical nature (versification redundancy) are developed, as well as statistical theory of evaluation of versification redundancy of images which allowed the quantitative evaluation of the eliminated redundancy rate to be received. Methods of image contraction with the controlled loss of quality were developed on the basis of the theory of the versification redundancy. In this case image contraction is achieved due to the consequent elimination of structural, statistical and psycho visual redundancy. The method of image versification restoration which enables reliable images to be restored is developed. Fast algorithms of coding and decoding according to the number of series are elaborated.