Устройство для ассоциативного сжатия информации Советский патент 1984 года по МПК G08C19/28 

тора подключены соответственно к синхронизирующим входам вторых умножителей, вторых и третьего сумматоров, на приемной стороне введены формирователь импульсов и ключ, первый выход декодера подключен к информационному входу регистра памяти, второй выход декодера подключен к

первому входу формирователя импульсов, первому входу ключа и второму информационному входу сумматора, выход сумматора подключен к второму входу формирователя импульсов, выход которого подключен к второму входу ключа выход ключа подключен к информационному входу блока буферной: памяти.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АССОЦИАТИВНОГО СЖАТИЯ ИНФОРМАЦИИ, содержащее на передающей стороне аналого-цифровой преобразователь, блок буферной памяти, выходы которого подключены к первым информационным входам соответствующих первых умножителей, выкоды которых подключены к соответствующим информационным входам первого сумматора, выход первого сумматора подключен к первому входу вычитателя, кодер, выход которого подключен к каналу связи, синхронизатор, первый, второй, третий, четвертки и пятый выходы которого подключенй соответственно к синхронизирующим входам блока буферной памяти, первым умножителям первого сумматора, кодера и аналого-цифрового преобразователя, на приемной стороне декодер, информационный вход которого подключен к каналу связи, блок буферной памяти, выходы которого подключены к первым информационным входам соответствующих умножителей, выходы которых подключены к соответствукяцим первым информационгшм входам сумматора, выход сумматора подключен к выходу устройства, регистр памяти, выходы которого подключены к вторым информационным входам соответствующих умножителей, синхронизатор, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно к синхронизирующим входам блока буферной памяти, декодеру, регистру памяти, умножителям и сумматору, отличающееся тем, что, с целью повышения информативности устройства, в него введены на передающей стороне вторые умножители, второй и третий сумматоры, ключи, нормализатор, пороговый элемент, блок ключей, вход аналого-цифрового преобразователя является входс 1 устройства, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к второму входу вычитателя и объединенным первым информационным входам вторых умножителей, вторые информационные входы которых подключены к соответствукнцим выходам блока буферной памяти, выходы вторых умножителей подключены через соответствующие вторые сумматоры к вторым информационным входам первых умножителей и первым -входам блока ключей, выход которого подключен к первому информационному входу кодера, выход вычитателя подключен через нормализатор к информационным входам первого и второго ключа и через третий сумматор к входу порогового элемента, первый выход которого подключен к второму входу блока ключей, второй выход порогового элемента подключен к управляющим входам первого и второго ключа и третьему входу блока ключей, выход первого ключа подключен к второму информаци-, онному входу кодера, выход второго ключа подключен к информационному входу блока буферной памяти, шестой, .седьмой и восьмой выходы синхрониза

1

Изобретение относится к области телемеханики и может быть использовано в Технике связи, телеметрии, а также кибернетике.

Известно устройство для сжатия входной информации, содержащее преобразователь код - аналог, блок управления, выход которого подключен к входам преобразователя аналог код и запоминающего устройства приращений, а также сумматор приращений и выходной преобразователь код аналог lj .

Недостатком устройства является невысокая степень сжатия информации вследствие отсутствия учета пространственно-временных корреляционных связей в исследовательности передаваемые блоков информации, например кадров радиолокационной информации с индикатором РЛС или телевизионных изображений.

Известны устройства сжатия информации изображений с пополнением кадров, в которых используется межкадровая информация. Принцип их построения основан на том, что передача большинства блоков информации сопровождается относительно небольшими изменениями в деталях изображения от одного кадра к другому и, если передавать одни лишь изменения в изображении по отношению к некоторому первоначально выбранному кадру, то можно получить существенный выигрыш в сжатии информации. Такое устройство содержит блок запоминания кадра, селекторный переключатель, блок вычитания кадров, адресный генератор, логический блок и буферный наполнитель кадров. В данном устройстве для каждого последующего кадра яркость элементов сравнивается с яркостями соответствующих элементов запомненного образца изображения. Если обнаруживается значительное расхождение, то на месте соответствующего элемента образца прежнее значение яркости заменяется новым и поступает в буфер ный накопитель для передачи в канал связи 2 .

Недостатком данного устройства является недостаточно высокое (1 дв.ед./элем) удельное сжатие ин-, формации вследствие отсутствия прост5 ранственного учета корреляции элементов на подвижных участках изображения и адаптивной экстраполяции кадров во времени.

Известны устройства, в которых

0 для сжатия информации при высоком быстродействии используется экстрапoляцs я на выбранном интервале дискретизации. Данное устройство содержит блок отбора информации, первый

1; выход которого соединен с входом интерполятора, а второй выход - с одним из входов сравнения, блок памя.ти, первый вход которого подключен к выходу блока сравнения, а второй вход - к одному из вык-одов интерполятора, блок управления, вход которого соединен с выходом запоминающего блока, а выходы - с входами блока отбора информации, интерполятора и, блока сравнения, а также экстраполятор, первый вход которого подключен к другому выходу интерполятора, второй вход - к соответствующему выходу блока управления, а выход к другому входу блока сравнения.

0 Работа этого и подобных ему устройств основана на предсказании по линиейной комбинации уровней нескольких элементов изображения, принадлежащих как предьщущим участкам

5 изображения (строки), так и предшествующим им строкам. Такое предсказание на основе пространственновременного более полного учета сведений позволяет улучшить качество

0 изображений как для объективного контроля на основе уменьшения среднеквадратической ошибки, так и для визуального наблюдения среднеквадратической ошибки З .

5 Наиболее близким по технической сущности и схемному -исполнению к изобретению является устройство, которое содержит на передающей стороне последовательно соединенные блок вы0 .читания, квантователь, сумматор, выход которого подключен к входам блокд памяти, соотнетствукяние рзыходы которого соединены с: первыги вхолом группы умножителей, вторые вхолн группы умножителей подключены к соот ветствующим выходам регист{за памяти коэффициентов, первьой выход которого и выходы группы умножителей псздключены к входам другого сумматора, аых ц которого соединен с вторым входо первого сумматора и вторьам входом блока вычитания, вход которого является входом устройства, а выходом яв ляется выход блока кодирования, кото рый, подключен к выходу квантователя; на приемной стороне устройство содер жит сумматор, подключенный ко входам блока памяти, соответствующие выходы которого соединены с первым входа ми группы умножителей, вторые входы группы умножителей подключены к соот ветствующим выходам регистра памяти коэффициентов, первый выход которого и выходы группы умножителей подключены к входам другого сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, первый вхо которого подключен к выходу блока де кодирования, вход которого подключен к линии связи 4j . Целью изобретения является повышение информативности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее на передающей стороне аналого-цифровой преобразователь, блок буферной памяти, выходы которого подключены к первым информационным входам соответствукядих первых умножителей, выходы которых подключены к соответствующим информационным входам первого сумматора, выход первого сумматора подключен к первому входу вычитателя, кодер, выход которого подклю чен к каналу связи, синхронизатор, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены и соответственно к синхронизируюо им входам блока буферной памяти, перBfcw умножителям первого сумматора, кодера и аналого-цифрового преобразо вателя, на приемной стороне декодер, инфсфмационный вход которого подключен к каналу связи, блок буферной па мяти, выходы которого подключены к первым информационньв«1 входам соот: ветствующих умножителей,. выходы которых подключены к соответствующим первил информационным входам сумматора, выход сумматора подключен к выходу устройства, регистр памяти, выходы ко торого подключены к вторьм информационным входам соответствующих умножителей, синхронизатор, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно к синхронизирующим входам блока буферной памяти,, декодеру, регист ру памяти, умножителям и сумматору, введены на передающей стороне вторые умножители, второй и третий сумматоры, ключи, нормализатор, пороговый элемент, блок ключей, вход аналого-цифрового преобразователя является входом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к второму входу вычитателя и объединенным первым информационным входам вторых умножителей, вторые информационные входы которых подключены к соответствующим выходам блока буферной памяти, выходы вторых умножителей подключены через соответствующие вторые сумматоры к вторым информационным входам первы х умножителей и первьм входам блока ключей, выход которого подключен к первому информационному входу кодера, выход вычитателя подключен через нормализатор к информационным входам первого и второго ключа и через третий сумматор к входу порогового элемента, первый выход которого подключен к второму входу блока ключей, второй выход порогового элемента подключен к управляющим входам первого и второго ключа и третьему входу блока ключей, выход первого ключа подключен к второму информационному входу кодера, выход второго ключа подключен к информационному входу блока буферной памяти, шестой, седьмой и восьмой выходы синхронизатора подключены соответственно к синхронизирующим входам вторых умножителей, вторых и третьего сумматоров, на приемной стороне введены формирователь импульсов и ключ, первый выход декодера подключен к информационному входу регистра памяти, второй выход декодера подключен к первому входу формирователя импульсов, первому входу ключа и второму информационному входу сумматора, выход сумматора подключен к второму входу формирователя импульсов, выход которого подключен к второму входу ключа, выход ключа подключен к информационному входу блока буферной памяти. На фиг.. 1 и 2 изображены блок-схемы устройства для ассоциативного сжатия информации соответственно пере-ч дающей и приемной стороны. Устройство содержит на передающей стороне блок 1 буферной памяти, умножители 2 и 3, вычитатель 4, аналого-цифровой преобразователь 5, кодер 6, сумматоры 7-9, блок 10 кпкг чей, ключи 11 и 12, нормализатор 13, пороговый элемент 14, синхронизатор 15, на приемной стороне декодер 16, ключ 17 регистр 18 памяти, формирователь 19 .импульсов, блок 20 буферной памяти, умножители 21, сумматор 22, синхронизатор 23. Устройство работает следующим образом.

Каждый кадр из последовательности кадров, например, телевизионного изображения, поступающий на вход устройства, сравнивается по ассоциации с предыдущим набором кадров-ассоциаций, эапоминаемьог в буфере памяти. При этом образуются коэффициентыотклики по ассоциациям, которые могут также рассматриваться как коэффициенты оптимального предсказания для передаваемого кадра. Изображение-кадр, которое получается в результате такого предсказания по коэффициентам ассоциаций,сравнивается с исходным по среднеквадратической мере. Если различия не превышают заданный порог допустимых искажений, то в канал связи передаются только коэффициенты, в противном случае -.коэффициенты и вектор остатка различий кадров.

Поскольку коэффициенты формируются адаптивно - по ассоциативным базисньам функциям, которые наиболее соответствуют, характеру сжимаемой информации (по сравнению с системами Фурье, Хаара и т.д.), и поскольку последовательность передаваемых кадров изображения сильно коррелирована (,93-0,96), для представления очередного кадра в ассоциативном базисе необходимо всего 6-10 коэффициентов при точности 2-3% Для сравнения при достижении той же точности того же изображения необходимо порядка 600-2000 коэффициентов Фурье. Это позволяет существенно повысить сжатие информации. Формирование новых ассоциаций при существенных изменениях в последовательности кадров производится путем выталкивания из буфера памяти старых ассоциативных остатков V,- информации и формирования новых по последним входным кадрам. При этом на время адаптация к изменениям в последователь ности кадров телевизионного изображения с коэффициентами будут передаваться и различия между изображениями и их линейцой ассоциацией. Это позволяет расширить возможности устройства при работе с разнохарактерными изображениями, т.е. последовательностями изображений с разными уровнями предсказуемости (коэффициентами авторегрессии). При этом не требуется рассчитывать каждый раз необходимое число коэффициентов или глубину памяти и жестко обуславливать их величины, так как это происходит адаптивно к входной последовательности.

На приемной стороне производятся обратные операции, восстанавливающие исходную последовательность кадров изображения. Точно такое же рассмотрение верно 1л при построчном сжатии информации. В этом случае вместо кадра телевизионного изображения будет рассматриваться строка. С целью по- i вышения сжатия информации и расширения возможностей устройства в него дополнительно введены на передающей стороне группа умножителей, группа сумматоров, ключевые схемы, пороговая схема, блок нормирования, а на приемной стороне - форлшрователь и ключевая схема. Это позволило адап0 тивно по ассоциации формировать систему базисных функций, наиболее согласованных со сжимаемой информацией, и тем самым достичь цели изобретения .

5 Рассмотрим принципы сжатия информации на основе ассоциативного преобразования информации и техническ-ую реализацию устройства, построен-. ного на базе этих принципов. Изображение будем представлять либо в векторной форме, либо в виде набора векторов-строк S, , Sj , ..,, 8„SN, ,

где S (V, ,Vj , . . . , Ut,jи.нг), соответствующих полному кадру размеc ром NJ Nj, элементов, либо в виде набора векторов-кадров изображений sJ , Sj , . . . , . SM . где каждый вектор S, включает в себя П9строчную развертку одного кадра S, (Sj , S .... Si,, ,..., S, ) (u; ,-u,., .... i

U IT ..-. --. flJ , uj., 0.. .,., us,,.,.,,

N..

dim S M,

Н„ . В первом случае

имеет место ассоциативное сжатие

изображений по межстрочной информации (внутри кадра), во вто5 ром случае - ассоциативное сжатие по информации взаимосвязей между кадрами. Принципиальных отличий между ними нет, в аппаратурном исполнении во втором случае необходим боль0 ший объем памяти для заполнения нескольких кадров.

В дальнейшем для удобства анализа под векторами Sf, Sj , . . . , . . . будем понимать вектора-столбцы с нумее рацией, принятой в векторной алгебре. Каждый следукаций кадр изображения Sj, (строки s) на последовательности 1, 2, ...,k, ..., N кадров можно рассматривать как элемент некоторого функционального пространства I., построенного из набора базисных векто-, ров, образованных с помощью оператора проектирования Р из совокупности предыдущих S.Sj,..., S., кадров, образующих множество векторов R..

Оператор проектирования Р определяется симметричной матрицей со следующими свойствами S - ортогональная проекция векто ра S на L , т.е. на ортогональное дополнение пространства L; {1-Р) - оператор ортогонального проектирования на пространство L построенное в данном случае из набо ра всех векторов в R ортогональных L. Таким образом, последовательност кадров изображений s; Я , i 1,2,... можно представить в виде матрицы Z и вектор-столбцами S| б к, образующими пространство Ьд Представление каждого кадра в этом пространстве однозначно, при этом можно определить исходя из требования ортогональности всем столбцам матрицы Z Решение матричного уравнения для проекции кадра S определяется вьфа жеиием § v( 1 - ZZ) , (4) где Z - матрица псевдообратная Z, т.е. Z lira(Z Z-t-б ОЧ liui Z() 4-0 согласно определению sj ; V - произвольный вектор, размерность которого соответствует размер ности кадра S. Вследствие свойств симметрии ZZ и свойств операции псевдообращения исходя из (4) можно записать t-v Т 2 S S S(1-ZZ)V S S V(1-ZZ)V Полагая , получим (i-zz)(i-zz)s S(1-ZZ)Z Так как S определяется однозначно, то (I-P)I-ZZ ; P ZZA Таким образом, проекционная матрица оператора проектирования Р симм ,рична и идемпотентна. В более общем случае она необязательно должна быть симметрична з Для конструктивного использования оператора ортогонального проектиро вания при построении устройств для сжатия информации можно использова любую процедуру псевдообращения, например, исходя из теоремы Гревил ля: если Z матрица со столбцами (к рами) S,, S,, .... разделена на блоки tz ; Sj( , то ., Z, ()+s,sj. -21,., )SK и вектор Wl-Z.,7.l) (i-z,.,z.. )S нулевой} если (I-z., Z , ), то формула (6) упрощается z,z,z,.,zv,. Для обоих случаев , . (1-г,.,г м &к51и-гни к-0 1-г,г,,«-Лiiu-iv:-, Сравнивая (7) с выражением (5) для оператора Р ортогонального проектирования, видно, что оператор () в (7), построенный на базе всей последовательности векторов-кадров S, Sj , . . . , 5ц , может быть выражен через оператор ортогонального проектирования на пространство, ортогональное предшествующему подпространству, т.%. построенному по серии предшествующих кадров изображения ч1 1 Sj Si. S,, т.д. до S включительно. Таким образом, оператор ортогонального проек- , тирования Р можно формировать адаптивно, по мере поступления S -го вектора изображения. Рассмотрим эту математическую конструкцию в том плане, чтобы с помощью нее можно было учитывать линейные взаимосвязи между кадрами из последовательности изображений. Причем выбранная конструкция позволяет не накладывать жесткие ограничения на взаимосвязи (например, учет взаимосвязи только смежных кадров или группы смежных кадров). Взаимосвязи допускаются любого характера, между любой произвольно выбранной парой кадров из последовательности S, S,, , . . , Зц, . . . , 5ц. Поэтому каждый вновь поступающий вектор-кадр может быть ассоциирован с любым из предьадущих и их линейной комбинацией с помощью оператора Р. Действительно, вследствие высокой коррелированности и повторяемости кадров изображений или их отдельных участков может оказаться, что после очередного k-ro цикла ортогонального проектирования с помощью оператора Р.1, Р|,РК. . Это означает, что очередной вектор изображения S окажется лежащим в предыдущем подпространстве низшей размеренности, т.е. ассоциируется линейной комбинацией прецьщущих. В данном случае нет смысЛа передавать все изображение или даже те его участки, которые изменились. Достаточно передавать только k-1 коэффициентов ассоциаций после операции ортогонального проектирования вместо {N,xNj) отсчетов изображения. Причем следует отметить, что в случае использования какого-либо другого не ассоциативного преобразования для сжатия данных, например, Фурье, Хаара, т.е. систем, в которых базисные функции не согласованы с переда(Ваемыми изображениями, число коэффи.циентов возрастает приблизительно в 10 раз при достижении одного порядка точности.

Ассоциативное преобразование, используемое для сжатия информации, не посредственно связано с процедурой оптимального предсказания последующего вектора-кадра изображения по серии предьвдущих , 2, ..., -1

Уравнение (7) можно преобразовать к виду (11)

ч 5

Ь|с Ьк

(8)

И рекурсия начинается с е 1. После k-кратного применения рекурентной формулы оператор ортогонального про актирования Р будет равен . Это же алгоритм можно вывести из формулы ортогонализации Сонина-Шмидта S, S, (,2 , . 5,5,-И ixlll§il| Если ввести обозначение T, ilL(p 1, ItSill причем ,;, то уравнения (10) непосредственно приводят к (8) и (9 Таким образом, процесс ассоциати ного сжатия информации задается в ви де некоторого линейного преобразова ния (матрицы) М , , k 1, 2 . . ., где S - очередной входной векторкадр ; V - выходной вектор, предназна ченный для передачи по кан лам связи. V(i может быть либо нулевым, если сжатие по ассоциации наиболее эффек тивно, либо отличньм от нуля в противном случае. Возникает проблема, как определить поправку к М,, так, чтобы новое :эначение Мц было оптимальным не только в отношении любых предыдущих пар взаимосвязей между кадрами в поступившей последователь

ности S

но и в отношении последних, новых пар связей (ассоциаций) , связывающих последний передаваемый кадр с остальными (фиг. 2).

Очевидно, что новое оптимальное значение М, будет являться функцией от предыдущего оптимального значения М и новых векторов-кадров. В такой рекурентной форме эта проблема по существу является проблемой оптимального предсказания Vj. Действительно, если SK - очередной входной вектор-кадр, то Mj.S ; будет оценкой будущего вектор-кадра v. по их запомненной последовательности (.Д

Yi Ч.. |эVVM 4 I- -I I

t.i 3 bj. . При этом ошибка предсказания ; запишется в виде Д (V| -Mj,i S,) Вводя коррекцию ошибки минимизирующего АК / в виде, например, векто|ра коэффициентов коррек1даи cj, получим разностное матричное управление для определения оптимального М, .., +(. Sj,)cJ ( 12) I Решение этого уравнения исходя из теоремы Гревилля описывается следующим образом и ( ( .11 тГ К-lU-SkCK 1 (131 K K kL4-i LliJ ---fj -,v.H(UrV,.,t,,.,4VK-M,.,S«K; где запоминаемая матрица V образована векторами V , V, ... ,Vj( из входной последовательности векторов-кадров S,, Sj , , S|, с соответствунвдими блоками Vj;.; k векторовстолбцов ,V|j . В том случае, если передаваемый кадр ассоциирован линейной комбинацией предыдущих k-1 кадров изображения, то вектор равен нулю, что соответствует нулевой ощибке предсказания M,,S,0 Поэтому по каналам связи достат очно передавать только вектор коэффициентов ассоциации cj, определяемый по Pj( в (6) т bl(zl.,tl, по которому при имеющейся на приемной стороне матрице предьщущих (переданных). кадров изображений Zj, с помощьюоператора предсказания Мц ,

одинакового на передающей и приемной сторонах, восстанавливается по ассоциации согласно (14) изображение кадра s. В противном случае передается ошибка предсказания

(16)

&х к -MV-, SK и коэффициенты С,:, определяемые по Р, в (6) 5;и-Сл Kb2v-i 1- 5.« При этом оператор предсказания п ассоциациям М корректируется на пр емной и передающей сторонах в соответствии с (12) M,M,.,H(v,-w.,5,|5U2j.,Vz;.,(i (8j liztsHfyV . . Действительно, поскольку то это уравнение, может удовлетворять ся только при (У,()0, что и ЭК iБивалентно (14). Представляя (14) в (13), получим М,)(.. Если обозначить с учетом (17) 4, (1-г, . Z , )з„ Ф. S то выражение (16) при условии & к 0 будет соответствовать линейной зави симости векторов (SJ, 1 1,k в матри це Z. Таким образом, для оператора предсказания.по ассоциациям М можн записать (i -%i 4ii:iF если&,, где - требуемый порог точности представления очередного кадра изоб ражения, задаваемый допустимой ошиб кой передачи информации по каналам связи (б 0) . При этом Ч.-,5к,Ро.5 Р.,-1 С точки зрения конструктивной при разработке аппаратуры сжатия информации вместо уравнения (21) целесооб разнее ошибку предсказания й; , ,k определять исходя из процедуры Сонина-Шмидта (10). В этом случае с учетом обозначений оценки , на i-OM цикле передачи очередного -го кадра изображения и ошибки V; -V можно исключить трудоемкий расчет матричного оператора М в Btjpa жении (20) . Умножая (20) на М;)-, пере Уставляя члены и меняя индексы, получим процедуру Сонина-11 мидта 110) в виде

(5.,&к1

,|. -к

WM 1К„

.ll

, 2.3,...,N,U, H5,ll 12 где (.,.) - операция скалярного произведения векторов. Таким образом, можно запомнить на передающем и приемном пункте и передавать только ошибки предсказания Д, , ,2,...,N, на что требуется уже в два раза меньше двоичнь1х разрядов, чем передача полных кадров изображений S, S , . . . , 5щ, Кроме того, передача ошибок предсказания будет продолжаться постоянно только в том случае, если все кадры некоррелированы между собой, С каждьм шагом i вместе с передачей ошибки Л, степень оператора предсказания М- возрастает до того момента, пока не станет равной порядку коррелированности (авторегрессии) процесса из последовательности кадров fs,- ,N изображения. После этого ошибка и; становится меньше заданной (0) и передается только вектор коэффициентов С|( ассоциативного преобразования, по которым восстанавливается все исходное изображение. Таким образом, математический аппарат, используемый оператором, ортогонального проектирования Р, позволяет построить конструктивные с точки зрения технической реализации процедуры ассоциативного сжатия информации (изображений). Причем процедуры (8), (9) оказались непосредственно связанными с оператором оптимального предсказания (20) и интеративной схемой ортогонализации векторов СонинаШмидта (22). На основе предложенного математического аппарата можно разрабатывать высокоэффективные гщаптивные системы ассоциативного сжатия информации для передачи по каналам связи. Рассмотрим технические принципы построения таких систем сжатия информации . Последовательность основных операций , выполняемых цифровым устройством для ассоциативного сжатия информации, основана на процедуре (22), полученной из выражений (14-17,20, 21), и включает в себя следующие операции, соответствукщие: А - передающей стороне, Б - приемной стороне. Предположим, что последовательность кадров изображения квантована, т.е. все кадры представлены в виде векторов с отсчетами в цифровом виде с помощью, например, аналого-цифрового преобразователя 1« Sj з . N 1A. Поступает первый кадр изображения Sj, который запоминается в виде.л, , нормируется по энергии V - , кодируется и передается каналу связи (КС) н-разрядным кодом А -S , Й - V; , V 2JM в КС 1Б. Переданный сигнал принимается, декодируется и поступает к потребителю, одновременно запоминаетс 2А. Поступивший второй кадр изоб ражения S, умножают на нормированный предкщущий кадр V покоординатно (скалярно), а координаты суммируются. Полученное скалярное произв дение в виде коэффициента предсказа ния (ассоциации) С умножают на запоминаемый в 4ч в виде Vi) первый кад затем вычитают из поступившего второго кадра изображения. Полученная разность нормируется по энергии в том случае, если сумма квадратов компонент вектора остатка изображения V., меньше заданного порога точности , например ,03, то в КС передается только кодированное значение коэффициента предсказания, в противном случае остаток Vj ./запоминается, кодиру ется и передается в КС вместе с С 2 )Vj , i V,. -iT Если llv., то С, J КС нет V JlL тег ч г ° TCP Vj л( И (. 2Б. На приемной стороне сигналы декодируются. В том случае, если принят только один коэффициент Cj, исходное изображение S., восстанавливается по предьщущему запомненно- Если принят коэффиму v, Cj циент вместе с остатком V, ,, ТО V, запоминается, а исходное изображение восстанавливается путем Sj v, С -fVi. ЗА. Следующий кадр изображения S, аналогично 2А ассоциируется с каждым из запомненных V, иVj, в результате чего получаются коэффициенты предсказания С и Далее вычисляется векторная ошибка предсказания ,Д j между исходным изображение 3,и линейной комбинацией ассоциаций Vf V, .Ошибка нормируется по энергии А з- и сравнивается с порогом f,, ) ёп При Превышении порога в КС передают ся кодированные значения коэффициентов С, и вектора-остатка V, двоичным /2-рс1зрядным кодом. В про тивном случае в КС передаются тольк коды коэффициентов С и U,S3-(S,V, )V, -(83,V,), А, ., Если llVjll en, то с,, С :ir ,кс i нет V, ib КС и С,,, ЗБ. На приемной стороне сигналы декодируются. В том случае, если поступили одни только коэффициенты, то исходный кадр изображения восста навливается по запомненным предыдущим ассоциациям V и V Если поступил и вектор V,, то S восстанавливается Sl В общем случае на любом этапе передачи k-ro кадра изображения происходит следукяцее. КА. На передающей стороне t-1 . й„ 8к - Z S,V)V;., где ( S , Vp V,, , т.е. Vj, . Если , ..КС I нет КС И С КБ. На приемной стороне - если поступают одни коэффициенты С| , то после декодирования I ,.;V; Если вместе с коэффициентами С передачи и вектор , то после декодирования4 .+v, Рассмотрим более подробно работу устройства. В начальном состоянии все регистры сумматоровf умножителей и- блоков буферной памяти обнулены. То же самое касается и приемной стороны. Вследствие этого при поступлении первого кадра информации на вход устройства через аналого-цифровой преобразователь вектор-кадр умножится умножителями 2 на нулевые векторы из блока 1 буферной памяти. В результате этого на выходных регистрах группы сухмматоров 8 и на выходе сумматора 7 также установятся нулевые значения сигналов. Поэтому при ВЕИитаний из входного векторакадра S нулевого вектора на выходе , вЕ5читателя 4 появится вектор-кадр S, который пронумеруется нормализато- , ром 13.и через открытые ключи 12 и J 11 попадет соответственно во входной регистр кодера 6 и блока 1 буферной памяти. Вследствие того, что сумма квадратов компонент изображения, образованная в квадративном сумматоре 9, будет существенно вьппе порога „ , потенциал несовпадения с второго выхода порогового элемента 14 откроет ключи 10-12. Кодер б кодирует входную информацию (нулевые коэффициенты и первое изображение) и передает в КС. В том случае, когда в блоке 1 буферной памяти уже имеется информа ция о последовательности кадров, очередной входной вектор -КсШР Si умножится на запомненные векторыассоциации изображений в виде их остатков (невязок) Vy(, Vj, ... V умножителями 2, и полученные свертки покоординатно просуммируются сум маторами 8. При этом на.выходных ре:Гистрах сумматоров фиксируется величины коэффициентов ассоциаций .С)с, (2«.; i°b 2, ..., k-1. Исходное изображение 5 восстанавлива ется по коэффициентам путем сумми рования в сумматоре 7 и умножения векторов-ассоциаций fv; 1 1, k-1 из ;блока 1 буферной памяти на соответст вующие коэффициенты сумматоро 8 с помощью умножителей 3. Восстано ленный кадр sl поступает на входной регистр вычитателя 4, на втором вход ном регистре которого находится исходный кадр Sj. , Разность S-s квадративно суммиру.-ется покоординатно сумматором 9. Одновременно эта же разность нормиру ется нормализатором 13 по энергии и jnocTynaeT на информационные входы клю чей 1.2 и 11. Величина несоответствия исходного и ассоциированного кадров сравнивается с допустимой величиной отличий (искажений) с помощью порого вого элемента 14. При непревышении порога допуска с первого выхода поро гового элемента на управляющий вход блока 10 ключей поступает импульс разрешения, и информация о коэффициентах CM ассоциации поступает с выходных регистров сумматоров В на первый вход кодера-б, в котором кодируется и передается в КС. В случае превышения допуска импульс превышения с второго выхода порогорого элемента 14 открывает все три ключа 1012. При этом наряду с коэффициентами СУ на второй вход кодера б через ключ 12 поступает вектор V - остаток ассоциации. В кодере б последний кодируется и передается в КС после сообщения о коэффициентах CK . Одновременно этот же вектор поступает от нормализатора 13 через ключ 11 на вход блока 1 буферной памяти. При этом 1 k-й кадр V.); выталкивает lj-й кадр, информация о котором теря ется. Остальные кадры меняют ассоЦиацию на Т. Таким образом, обновляется информация в блоке 1 буферной памяти. Синхронизатор 15 обеспечивает синхронизм работы устройства таким образом, чтобы не нарушалась последовательность выполнения операций 1А-КА. На приемной стороне с помощью декодера 16 информация декодируется и разделяется на .вектор отсчетов коэффициентов С,, отсчеты которого запоминаются на регистре 18 памяти коэффициентов и на вектор v. В случае отсутствия вектора Уц с второго выхода декодера снимаются нулевые отсчеты, по которым формирователь 19 импульсов блокируется до тех пор, пока не появятся нулевые отсчеты на выходе декодера 16. При этом ключ 17 находится в закрытом состоянии. Векторы Vj , , k-1, запомненные ранее в блоке 1 буферной памяти, умножаются умножителями 21 на коэффициенты из регистра 18 памяти. После этого результаты суммируются сумматором 22, на выходе которого и образуется передаваемое изображение S ХС,, V;+V, где После появления информации на выходе сумматора 22с помощью формирователя 19 импульсов формируется импульс разрешения записи в том случае, если формирователь не блокирован. При появлении вектора он суммируется на сумматоре,22 вместе с линейной комбинацией .Ё и, так как в этом случае формирователь 19 импульсов не блокируется, то по наличию информации на выходе сумматора 22 импульс разрешения с выхода формирователя открывает ключ 17, и вектор V| с выходного регистра декодера записывается в блок 20 буферной памяти. Хранение информации в .;блоке 20 буферной памяти организу ется аналогично, как и на передающей стороне. Синхронизатор 23 обеспечивает синхронизм работы устройства приемной части таким образом, ЧТО не нарушается последовательность операций 1Б-КБ. Таким образоМ, введение новых блоков и связей позволило обеспечить адаптивный ассоциативный процесс сжатия информации. Это привело к повышению степени сжатия информации. Действительнр, если по данным 4j удельное сжатие достигает 1 дв.ед. на элемент изображения при нормированной среднеквадратической ошибке 2% при передаче последовательности кадров подвижного изображения (диктора) в виде матриц из 256x256 элементов. разбитых на блоки размером 16x16 эле ментом 6-разрядиым кодом, то с помощью предложенного изобретения возможно достижение степени сжатия информации 0,0012. . .0,6 дв.ед. на элемент при тех же условиях. Пусть сред няя продолжительность динамики изменения изображения (без его смены) составляет 5 с при коэффициенте межкадровой корреляции ,96 и частоте кадров 25 Гц. В этом случае необходи ма передача 125 кадров по 65,536x8 е;1{Иниц каждый, т.е. всего 6,5 , 10 дв. ед. на 8, элементов изображения. На время адаптации устройства, т.е. для формирования ассоциативного базиса, необходимо за помнить и передать объем информации равный приблизительно первым десяти кадрам, т.е. 5,2.10 дв.ед., включая коэффициенты ассоциаций (по 10 коэффициентов на кадр). Пусть также скорость забывания (обновления) ас сЬциативного базиса соответствует 2 кадрам в секунду. При этом необходима передача корректирующей инФорма ции объемом 5,2-10 дв.ед. Практичес ки эта величина может быть в 2 раза меньше, так как передается не сам сигнал, а разность 4 -разрядн1 кодом. Поэтсм у всего необходимо 5,215, 210 дв.ед. на 20 кадров изображения, а для передачи оставшихся 105 кадров необходимо 105,10,8 8,4 .10дв.ед. Таким образом, для передачи более 80% информации затраты на кодирование составляют 8,4-10 Sfj.lOV 1о 5 и, 55.10 ё,9-10б 1,210- 55дв.ед. 0,0012 элем элем На остальные 20% приходится 5,210 5,2.t10 , дв.ед 1, элем. 206, в случае сильно подвижного объекта изображения и 2 дв.ед./элем, при ма лоподвижном изображении, так как в этом случае коррекции не потребуется, т.е. не надо передавать 2,бч : к 10 дв.ед. На всю последовательность кадров затраты кодирования составят 5,2 -10 о 63 или FTT-TS элем 0,32 дв.ед./элем, при менее подвижном изображении. Таким образом, основньвл результатом при использовании адаптивного ассоциативного сжатия информации является высокая степень сжатия 0,0012 дв.ед./элем, изображения. Это обусловлено хорсяпей согласованностью базисных функций с характером сжимаемой информации, которая достигается в процессе адаптации устройства. Благодаря этому после адаптации устройства по тем же канашам связи можно передавать либо корректирукмцие коды, повышая тем саыым помехоустойчивость сообщения, либо дополнительную информацию, т.е. расширить возможности устройства. Возможна зависимость величины ошибки предсказания 10-го кадра по одному, двумя, трем и т.д. коэффициентам предсказания, соответствующим первой, первым двум, первым трем и т.д. базисньм функциям, образованным ассоциативно по перВ.ОМУ, nepBtM двум, первьм трем и т.д. кадрам изображения с межкадровой корреляцией ,96, размером 16x16 элементов с 8-разрядным кодированием каждого элемента изображения. Объем буферной памяти кадров (строк) изображения достаточен для передачи изображений с погрешностью 3% восьмиразрядньвл кодом. При ЭТО удельные затраты на кодирование при передаче изображений после процесса адаптации составляют ДЛЯ 8-разрядн14х коэффициентов ассоциации 0,32 дв.ед./элем, изображения.