Введение к работе
Актуальность проблемы. 'Цифровые системы передачи, обработки, записи и хранения информации - интенсивно развивающаяся область техники, требующая больших сил и средств на непрерывное совершенствование существующих и возникновение новых услуг.
Потребность в передаче натурных изображений по существующим каналам связи привела к возникновению нового вида связи - передачи неподвижных;телевизионных изображений. Кадр или поле телевизионного сигнала в цифровой форме записывается в оперативное запоминающее устройство и затем с низкой скоростью передается ' по узкополосному каналу связи, например, по телефонному каналу. Передача неподвижных телевизионных изображений может использоваться для абонентской видеосвязи, подобно видеотелефону, охраны-и наблюдения за удаленными объектами, видеообмена с подвижными объектами, в медицине и криминалистике.
Низкая скорость передачи информации дает возможность 'на приемной стороне записывать цифровые сигналы неподвижных изображений на аналоговый аудио-магнитофон. Возможны и другие применения цифровой магнитной,, записи неподвижных изображений, например,' организация банков "электронных фотографий" на магнитном носителе.
Тема настоящей диссертационной работы, посвященной вопросам записи неподвижных черно-белых полутоновых изображений, например, неподвижных телевизионных изображений, представленных в цифровой форме, на аналоговый магнитофон, поэтому представляется актуальной.
Цель и задачи работы. Целью работы является разработка устройств, позволяющих уменьшить, по сравнению с известными системами, время записи и воспроизведения изображения при жестких ограничениях на сложность аппаратуры и ухудшение качества воспроизводимых изображений относительно исходных, - с учетом влияния помех и искажений сигнала, характерных для каналов магнитной записи-воспроизведения аналоговых магнитофонов.
Имеется два основных пути достижения указанной цели: во-первых, повышение битовой плотности записи информации на магнитной ленте путем соответствующего выбора способа записи цифровых сигналов и, во-вторых-, сокращение избыточности цифровых сигналов полутоновых изображений. Дополнительный вклад в уменьшение времени записи воспроизведения изображения может внести минимизация объет ма служебной синхроинформации, вводимой.в цифровой сигнал невод-
вижных изображений для обеспечения цикловой синхронизации. В диссертационной работе рассматриваются все эти три пути, для чего в ней решаются следующие" основные задачи:
выбор способа записи цифровых сигналов неподвижных изображений на звуковой магнитофон и оптимизация параметров сигнала;
синтез и анализ работы устройств воспроизведения цифровых сигналов с магнитной ленты, включая алгоритм различения сигналов и устройство поэлементной синхронизации;
разработка и исследование помехоустойчивого метода сокращения избыточности цифровых сигналов полутоновых изображений.;
' - разработка и исследование устройств цикловой синхронизации цифровых сигналов неподвижных изображений и разработка методики выбора состава синхрогрупп.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовался аппарат теории вероятностей, теории случайных процессов, теории передачи дискретных сообщений, теории условных марковских процессов, а также имитационное моделирование на ЭВМ и экспертные оценки качества изображений при экспериментах с использованием реальной аппаратуры.
Научная новизна диссертационной работы состоит в исследовании.проблем записи неподвижных изображений в цифровой форме на аналоговый звуковой магнитофон, в ходе которого в работе получены следующие новые результаты:
-
Разработана модель канала магнитной записи-воспроизведения звукового магнитофона, удобная для синтеза и анализа работы устройств воспроизведения цифровых сигналов с магнитной ленты.
-
Выполнен аналитический расчет энергетического спектра цифрового сигнала с амплитудно-частотной манипуляцией (АЧМ ).
-
Синтезирован алгоритм различения дискретных сигналов, в том числе сигналов с АЧМ, оптимальный по критерию минимума максимально возможного байесовского риска при изменении коэффициента усиления канала в широких пределах.
-
Выполнен анализ алгоритмов различения цифровых сигналов с АЧМ, воспроизводимых с магнитной ленты..
я. Осуществлен синтез и анализ работы устройств поэлементной синхронизации прк воспроизведении цифровых сигналов с АЧМ.
6. Найдены.аналитические выражения и выполнены расчеты среднего квадрата ошибки предсказания- и средней энергии трека ошибки
ля медианных алгоритмов предсказания при кодировании изображений етодом дифференциальной импульсно-кодовой модуляции ( ДИКМ ) .
7. Произведен анализ работы устройств цикловой синхронизации сфрсвых сигналов неподвижных изображений и разработана методика ибора синхрогрупп для этих сигналов.
Практическая ценность работы состоит в том, что полученные езультаты можно, с успехом применять в аппаратуре записи цифровой [формации, в том числе щфровых сигналов неподвижных изобраяе-ий, на звуковой магнитофон, в аппаратуре передачи данных по те-эфонным каналам, например, с использованием амплитудно-фазозой анипуляции, а также в системах цифровой передачи и записи изоб-ажений с ДИКМ, в том числе в цифровом телевидении, в системах вдеоконференц-связи и в системах передачи неподвижных телевизя-аных изображений.
Реализация результатов .-работы. Основные теоретические и цра-гические результаты диссертационной работы реализованы в экспе-шентальном и опытных образцах устройства передачи неподвижных злевязионных изображений ( УПНТИ ) , разработанных з Проблемкой Моратории ЛЭИС игл. проф. ММ. Бонч-Бруевича и изготовленных з ?89-г. з научно-производственном объединении "ЦКБ" Министерства зязи СССР. Экспериментальный и опытные образцы УПНТИ введеш з ссплуатацию в 1989 г. в пунктах видеосвязи опытной зоны видео-шзи Москва-Минск-Ленинград.
Апробация работы. Основные результат:; и положения работы об-'ждались и одобрены на Всесоюзных научно-технических конференци-: "Современные проблемы радиоэлектроники" ( Москва, 1988 ) и "Про-гемы и перспективы развития телевидения" ( С-Петербург, IS9I) , ! — 45 научно-технических конференциях профессорско-прэподава-ільского состава и сотрудников ЭИС игл. проф. М.А. Бонч-Бруевича Ленинград, 1986 — 1992 гг ) . Получена премия в конкурсе на луч-то теоретическув работу по радиоэлектронике( ЛОП ВНТОРЭС ил.А.С. лова, 1990) . Экспериментальный образец УПНТИ демонстрировался . Международной выставке "Связь-86"( Москва, 1986) .
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опуб-кованы в 10 печатных работах и I депонированной рукописи и за-щекы 5-го авторскими свидетельствами.
Личный вклад автора. Есе новые теоретические результаты, а енно': расчет энергетического спектра цифрового сигнала с АЧМ, нтез и анализ работы устройств воспроизведении цифровых mm на-
\
лов с АЧМ с магнитной ленты, расчет среднего квадрата ошибки предсказания и средней энергии трека ошибки для медианных алгоритмов предсказания, анализ работы устройств цикловой синхронизг ции и разработка методики выбора состава синхрогрупп, получены автором самостоятельно.
Положения, выносимые на зашиту:
-
Для записи неподвижных изображений, представленных в цис ровой форме, на аналоговый звуковой магнитофон целесообразно и< пользовать амплитудно-частотную манипуляцию с индексом ЧМ, равю 0.5, отношением частот манипуляции, равным 2:1 и отношением ш плитуд сигналов, обратно пропорциональным отношению их частот.
-
Алгоритм различения дискретных сигналов, минимизируюшиі максимально возможный байесовский риск при изменении коэффициент усиления канала от нуля до бесконечности, является инвариантны! к амплитуде входного сигнала.
-
При различении двух ортогональных сигналов, наблюдаемых на фоне аддитивного нормального шума, по критерию минимума мака мальной вероятности ошибки при изменении коэффициента усиления канала от нуля до бесконечности,геометргческими интерпретациями линий решения для случаев асимптотически оптимальных алгоритмов при большом и малом отношении сигнал/шум являются, соответственно, медиана и высота в треугольнике, образованном сигнальными в і кторами. Для алгоритма обобщенного максимального правдоподобия при неизвестном коэффициенте усиления канала геометрическая. интерпретация линии решения - биссектриса в том же треугольнике.
-
При воспроизведении с магнитной ленты цифровых сигналов АЧМ, если верхняя частота манипуляции превышает половину верхнє! граничной частоты пропускания канала, требуется коррекция линейных искажений, причем в качестве корректора для верхних частот манипуляции вплоть до верхней граничной частоты пропускания каш ла достаточно использовать, фазовый корректор 1-го порядка.
-
При кодировании изображений методом ДИКМ степень сокрапк ния избыточности одинакова для известных двумерных линейных алг<
.ритмов и медианных алгоритмов предсказания, в то время как помі . хоустойчивооть для медианных алгоритмов в десятки и сотни раз ві me, чем для линейных алгоритмов предсказания.
6. Состав сосредоточенных синхрогрупп, вводимых в цифрові
сигнал неподвижных изображений в начале каждой отроки изображен]
для обеспечения цикловой синхронизации, целесоооразно выбирать
іогласно методике,.разработанной в диссертационной работе.
Объем и структура диссертации. Диссертационная-работа состо-іт из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений -
Похожие диссертации на Разработка способов цифровой магнитной записи и воспроизведения неподвижных изображений
