Моделі, методи й інформаційні технології агрегативного кодування і стиску мультимедійних даних

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - інформаційні технології. - Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків 2007. У дисертації розглядається важлива науково-практична проблема підвищення ефективності стиску даних у мультимедійних архітектурах і мережних інформаційних системах, яка вирішується за допомогою розроблених і досліджених у дисертації теоретичних основ, моделей і обґрунтованих інформаційних технологій скорочення статистичної, структурної, психофізичної і змістовної надмірності повідомлень на основі об'єднання і комбінування незалежних методів стиску даних і методів розпізнавання образів, що дозволяє застосувати ці методи з єдиних системних позицій і вирішити задачі економного опису повідомлень. Запропоновано й досліджено узагальнену модель технологічного середовища стиску мультимедійних даних, яка містить у собі декомпозиційні складові на основі моделей розкладання сигналів в узагальнені ряди Фур'є , вейвлет-аналізу і контурно-текстурної моделі шляхом групування даних, що дозволяє не тільки оптимізувати і виявити резерви діючих JРЕG-форматів стиску зображень, а й запропонувати нові підходи на основі методів автоматичної класифікації та виділення об'єктів і тла з метою кодування їх з різною візуальною якістю.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05 .13.06 - информационные технологии. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков 2007. В диссертации рассматривается важная научно-практическая проблема повышения эффективности сжатия данных в мультимедийных архитектурах и сетевых информационных системах. Эта проблема решается посредством разработанных и исследованных в диссертации теоретических основ, моделей и обоснованных информационных технологий сокращения статистической структурной, психофизической и содержательной избыточности сообщений на основе объединения и комбинирования независимых методов сжатия данных и методов распознавания образов, что позволило применить эти методы с единых системных позиций и решить задачи экономного описания сообщений. Предложена и исследована обобщенная модель технологической среды сжатия мультимедииных данных, которая включает в себя декомпозиционные составляющие на основе моделей разложения сигналов в обобщенные ряды Фурье, вейвлет-анализа и контурно-текстурной модели на основе группирования данных, позволившая оптимизировать и выявить резервы как действующих JРЕG-форматов сжатия изображений, так и предложить новые подходы на основе методов автоматической классификации и выделения объектов и фона, с целью кодирования их различными методами и с различным визуальным качеством. Предложена перспективная классификация методов сжатия данных, позволившая выявить проблемные вопросы этой предметной области. Проведены теоретические и экспериментальные исследования вычислительных и сжимающих свойств унитарных преобразований в системах JРЕG-кодирования. Исследованы и разработаны методы быстрых обобщенных преобразований Хaapa для вектора и плоскости произвольной размерности, позволяющие снять некоторые ограничения на классические схемы анализа и синтеза сигналов в этом базисе. Модифицированы и улучшены вычислительные свойства методов суммирования рядов Хaapa в двоичной системе счисления, позволяющие сократить количество операций типа сложения-вычитания для N коэффициентов до 2(N-1) вместо Nlog2N известного метода; получил развитие и реализован метод сжатия изображений на основе модели выделения и компенсации контуров при вейвлет-преобразовании, позволяющий одновременно сократить в 2,2 раза объем вычислений и повысить на 6%-13% степень сжатия по сравнению с обычным вейвлет-преобразованием для различных классов изображений. Модифицирован метод JРЕG-кодирования за счет добавления процедуры учета межблочной корреляции коэффициентов косинусного преобразования и поведения их битовых плоскостей, позволяющий на 10%-12% повысить зффективность сжатия при хорошем качестве восстановленного изображения (E ≤ 12%). Получил дальнейшее развитие метод кодирования мультимедийных данных на основе обобщения форматов JРЕG-технологий и вейвлет-преобразований для сжатия звуковых сигналов, а также метод сжатия на основе поэтапного выделения экстремальных точек в структуре сигнала, что дало возможность повысить эффективность кодирования речи по сравнению с форматом МР3 для исходного сигнала высокого качества. Усовершенствованы процедурно-структурные методы построения и критерии оценки эффективности и сложности параллельных и последовательных вычислителей трансформант Хаара и вейвлет-коэффициентов, позволяющие выбирать оптимальные решения при заданных ограничениях на объем вычислений или количество технологических модулей. Впервые в рамках JРЕG-технологий предложен метод сжатия на основе модели автоматической классификации фрагментов и нечеткой классификации, что дало возможность существенно, в несколько раз, снизить объем данных для сильнонасыщенных детальных изображений, например, оттисков печатей по сравнению с результатами, полученными с помощью методов на основе вейвлет-преобразований. Впервые предложен метод сокращения содержательной избыточности реалистичных изображений на основе модели выделения (классификации) объектов и фона и дальнейшей их обработки как с различной степенью качества, так и с использованием различных методов, что позволило с единых позиций подойти к решению задачи кодирования и анализа изображений и существенно повысить эффективность сжатого описания сообщений. Проведено компьютерное моделирование разработанных моделей, методов и структур, а также обеспечено их использование при решении конкретных прикладных задач.

Dissertation for Doctor of Technical Sciences scientific degree, speciality 05.13.06 - Information technologies. - National technical university "Кharkiv polytechnic institute", Кharkiv 2007. The dissertation deals with an important scientific-practical problem of increase of effectiveness of data compression in multimedia architectures and network information applications. This problem is solved with the help of developed and researched in the dissertation new information technologies of reduction statistical, structural, psychophysical and substantial redundancy of messages on the basis of joining and combination of independent methods of data compression and methods of images recognition, which allowed to use these methods from uniform system positions and solve the task of more economical messages description. The author proposes and researches а generalized model of technological environment of compression of multimedia data, which has decomposition components on the basis of models of signals splitting in generalized Fourier lines, wavelet-analysis and contour-textural model on the basis of data grouping, which allowed to optimize and reveal reserves of existing JPEG formats of images compression and to propose mew approaches оп the basis of methods of automatic classification and allocation of objects for encoding them with different visual quality.