Митюков В.А.

Сибирский федеральный университет, Россия

повышение эффективности передачи видеоданных в каналах спутниковой связи

Аннотация

Рассмотрен один из способов увеличения пропускной способности спутниковых каналов. Предложенный способ основывается на совместном использовании как двухмерного, так одномерного преобразований видеоданных. В конце статьи изложены предварительные результаты моделирования.

Постановка задачи и решение.

Невозможность организации выделенных каналов для передачи видеоинформации обуславливает использование служебных, низкоскоростных каналов. Возникает необходимость в эффективном сжатие больших объемов видеоданных. В качестве решения данной проблемы рассматривается использование многомерного пространственного преобразования (Multi-Dimensional Spatial Transform)[1]. Оно позволяет учесть пространственную корреляцию данных не только внутри блоков пикселей изображения, но и между соседними блоками.

Преобразование работает с блоками 16 × 16 пикселей, которые разбиваются на два подблока размерами 8 × 16 пикселей[1]. После чего каждый из подблоков разбивается на 8 блоков размерами 4 × 4.

Рис.1 Многомерное пространственное преобразование для подблока 8 × 16

На рис.1 пронумерованы от 0 до 7 блоки подблока 8 × 16 пикселей. Эти блоки проходят через двухмерное преобразование, за основу которого взято ядро двухмерного дискретного преобразования. Таким образом устраняется пространственная корреляция пикселей внутри блока. Затем составляются векторы размером 1 × 4 пикселей из элементов соседних блоков в одной строке[1]. Например, для составления вектора C₁ используются элементы из блоков с номерами 0,1,2,3.

Полученные таким образом шестнадцать векторов проходят через одномерное преобразование, за основу которого взято ядро одномерного дискретного преобразования[2]. Это преобразование убирает корреляцию между соседними блоками.

Затем векторы расформировываются обратно по своим позициям в восемь блоков. После чего эти блоки масштабируются, квантуются и передаются на энтропийный кодер.

Предварительные результаты моделирования.

В среде Matlab/Simulink создана модель многомерного пространственного преобразования с масштабированием и квантованием. Проведено сравнение преобразования с распространенным дискретным косинусным преобразованием. Пример кадра, прошедшего через прямое и обратное многомерное пространственное преобразование, показан на рис.1. На рис.2 представлен кадр, который прошел через прямое и обратное дискретное преобразование.

Рис.1. Результат прямого и обратного многомерного пространственного преобразования.

Рис.2. Результат прямого и обратного дискретного косинусного преобразования.

Как видно из рис.1, на изображение появились небольшие артефакты, но они могут быть устранены на этапе постфильтрации.

На ниже приведенных гистограммах видно сокращение высоких показателей пикселей на примере блока 16 × 16 пикселей, взятого из рассмотренного выше изображения.

Гис.1. Оригинальные данные.

Гис.2. После двухмерного преобразования.

Гис.3. После одномерного преобразования.

Заключение.

Предварительные результаты моделирования показывают сокращение высоких показателей пикселей. Издержками метода являются небольшие артефакты сжатия, которые незаметны на крупных изображениях. Ход будущих работ будет направлен на создание модели энтропийного кодера и доработку преобразования.

Литература:

1. Woo-Jin Choi, Su-Yeol Jeon. A Multi-Dimensional Transform for Future Video Coding. [Электронный ресурс]. - режим доступа: http://www.ieice.org/proceedings/ITC-CSCC2008/pdf/p1601_P2-54.pdf

2. Митюков В.А. Использование метода многомерного пространственного преобразования для повышения качества сжатия данных в каналах спутниковой связи // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. Материалы Международной научной конференции “Общество, наука, инновации”, Москва, 2014 г. – С. 15-18