КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ НЕЛИНЕЙНОЙ ФОРМИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ КОДЕРА

В работе [1] представлена структура технологической сети предприятия с наличием нелинейного кодирующего элемента в каналах связи. Основной функцией такого элемента является снижение трафика в канале за счет преобразования передаваемой информации. Ниже изложена концепция модели такого нелинейного элемента, позволяющего снижать требования к инфокоммуникационному оборудованию и передавать в низкоскоростных цепях связи достаточно объемные по исходному размеру данные.

За основу принята процедура анализа через синтез (ABS), что определяет наличие в структурной схеме соответствующих функциональных блоков: оценки параметров модели и вычисления ошибки, а также идентичных для кодера источника и декодера получателя формирующих систем. В соответствии с процедурой ABS, совокупность блоков: оценки параметров модели, формирующей системы, включающей синтезатор, и блока вычисления ошибки кодера источника с соответствующими им взаимосвязями, обеспечивают возможность оптимизации параметров формирующей системы с целью максимизации качества восстановления изображения, после чего значения параметров передаются по каналам связи в декодер получателя, что обеспечивает контролируемое качество восстановленных в декодере изображений . Наличие генератора возбуждающей последовательности (ГВП) определяется принятым способом построения формирующей системы, примером которых для линейного случая являются авторегрессионные модели.

Поскольку необходима согласованная работа формирующей системы на приеме или передаче, то ГВП кодера и декодера идентичны, а соответствующие возбуждающие последовательности известны на приеме и передаче вплоть до реализации – . Для этого необходимо наличие либо цепи синхронизации кодер–декодер, как показано на рисунке 1, либо использование фиксированной возбуждающей последовательности (кодовой книги возбуждения).

где N – число кодируемых векторов (блоков), NÎN (N – множество натуральных чисел);  – кодируемые K-компонентные векторы (блоки) исходного изображения , ;  – векторы (блоки) синтезированного изображения; ; – вектор параметров модели для формирования оценки ;ρ_t – ошибка оценивания , соответствующая принятой мере искажения; ГВП – генератор возбуждающей последовательности .

Рисунок 1. Функциональная схема реализации принципа кодирования – декодирования изображения с использованием формирующей системы

При этом необходимо учитывать, что изображения в системах технического зрения по своей природе нелинейны и представляют собой случайные векторные поля, операции с которыми требуют применения соответствующих математических методов, позволяющих, в том числе учитывать и нелинейные зависимости между элементами кодируемых изображений.

В работе, с целью уменьшения вычислительной сложности алгоритмов кодирования (декодирования) изображения Img блочно с использованием блока дискретизации и развертки предварительно преобразуются к виду векторной случайной величины.

С учетом проведенного анализа свойств разверток принято решение использовать модификацию развертки Гильберта-Пеано (РГП), представляющую собой сочетание развертки Гильберта-Пеано, в качестве развертки эталонной ячейки и решетчатой развертки, применяемой для плоскостного представления изображения в цветовом пространстве RGB.

Достоинством предлагаемого подхода является то, что для синтеза формирующей системы требуется решение систем алгебраических, а не интегральных уравнений, что существенно проще в реализации, особенно средствами цифровой обработки сигналов. А результаты решения позволяют непосредственно построить функциональную схему нелинейной формирующей системы (НФС), пример которой представлен на рисунке 2.

На вход НФС после начального заполнения длиной m–1 поступают элементы возбуждающей последовательности  длиной m, соответствующей формируемой оценке  синтезируемого блока . В соответствии с приятой структурой многомерного аппроксимирующего полинома (математической модели) нелинейные комбинации элементов возбуждающей последовательности с соответствующими весовыми коэффициентами [C_0,1, C_0,2, C_1,0, C_1,1, C_1,2, C_2,0, C_2,1, C_2,2] суммируются формируя оценку . С учетом начального заполнения за K+(m–1) тактов формируется оценка K-элементного вектора .

Рисунок 2. Функциональная схема нелинейной формирующей системы для m = 2 n₁=n₂=8 и степени нелинейности оператора F_э :

Учет нелинейных статистических зависимостей между элементами изображений позволит повысить качество восстановления изображений, передаваемых по цифровым каналам связи.

Предлагаемый подход представляет собой достаточно новое решение – применение параметрического нелинейного кодирования для сжатия изображений.

Список литературы:

1. Киселев С.В. Концепция  построения  технологической сети cвязи  с  нелинейным  кодирующим  элементом/Киселев С.В., Мишин В.В. - Школа молодых новаторов: Сборник научных статей 3-й Международной научной конференции перспективных разработок молодых ученых (17 июня 2022 года), в 3-х томах, Том 2, Юго-Зап. гос. ун-т., Курск: Юго-Зап. гос. ун-т., 2022, - 413 с.