Устройство для ассоциативного сжатия информации

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 19) (1) 9/28 3(51) С 0 ЕН ВУ ОСУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИ ПИСАНИЕ ИЗОБ ДВТОРСНОМУ СВЮКТИЛ(56) 1. Авторское свицетельство СССР 9 324638, кл. С 06 3 1/02, 1971.2Прэтт У. Цифровая обработка изображений. Пер. с англ. Кн. 2, М "Мир", 1982, с, 663-664.3. Авторское свидетельство СССР 9 405125, кл. 0 08 С 15/00, 1972,4. Прэтт У, Цифровая обработка изображений, Пер. с англ. Кн. 2, М., "Мир", 1982, с. 680 (прототип).5. Глазман И.М., Любич 10,И. Конечномерный линейный анализ, М., "Наука", 1969, с, 476.(54)(57)УСНРОЙСНВО ДЛЯ АССОЦИАНИВНОГО СЖАТИЯ ИНФОРМАЦИИ, содержащее на передающей стороне аналого-цифровой преобразователь, блок буферной памяти, выходы которого подключены к первым информационным входам соответствующих первых умножителей, выходы 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, четвертйй 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 которо го подключены к первым информационным входам соответствующих умножителей, выходы которых подключены к соответствующим первым информационйым 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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности устройства, в него введены на передающей стороне вторые умножители, второй и третий сумматоры, ключи, нормали- затор, пороговый элемент, блок клю- Е чей, вход аналого-цифрового преобразователя является входом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к второму входу вычитателя и объединенным первым информационным входам вторых умножи- Я телей, вторые информационные входы которых подключены к соответствующим выходам блока буферной памяти, выходы вторых умножителей подключенычерез соответствующие вторые сумма-торы 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(Составитель В. Черединцевр Т. Кугрышева Техред И. Гергель Корректор А. Тяско одписное лиал ППП "Патентф, гУжгород, ул. Проектная, 4 3 8422 ВНИИП по 113035, Тираж 568Государственного комитета СССРелам изобретений и открытийсква, Ж, Раушская наб., д. 4/1120390 510 тора подключены соответственно ксинхронизирующим входам вторых умножителей, вторых и третьего суммато-ров, на приемной стороне введеныФормирователь импульсов и ключ, первый выход декодера подключен к инфор.мационному входу регистра памяти,второй выход декодера подключен к 1Изобретение относится к областителемеханики и может быть использовано н технике связи, телеметрии,а также кибернетике.Известно устройство для сжатиявходной информации, содержащее преобразователь код - аналог, блок управления, выход которого подключенк входам преобразователя аналогкод и запоминающего устройства приращений, а также сумматор приращений и выходной преобразователь коданалог 11),Недостатком устройства является ненысокая степень сжатия информации вследствие отсутствия учета пространственно-временных корреляционных связей в исследовательности передаваемых 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 н изображении по отношению к некоторому первоначально выбранному кадру, то можно получить существенный выигрыш н сжатии информации. Такое устройство содержит блок запоминания кадра, селекторный переключатель, блок вычитания кадров, адресный генератор, логический блок и буферный наполни- Тель кадров. В данном устройстне для каждого последующего кадра яркость элементов сравнивается с яркостями соответствующих элементов запомненного образца Изображения. Голи обнаруживается значительное расхождение, то на месте соответствующего элемен, та образца прежнее значение яркостизаменяется новым и поступает н буфер ный накопитель для передачи н канал связи )2 . первому входу формирователя импульсов, первому входу ключа и второмуинформационному входу сумматора, выход сумматора подключен к второмувходу формирователя импульсов, выходкоторого подключен к второму входу ключа,выход ключа подключен к информационному входу блока буферной памяти. Недостатком данного устройства является недостаточно высокое (1 дн,ед./элем) удельное сжатие ин-, формации вследстние отсутствия пространственного учета корреляции элементов на подвижных участках изображения и адаптивной экстраполяции кадров но времени.Известны устройства, в которых для сжатия информации при высоком быстродействии используется экстраполяция на выбранном интервале дискретизации. Данное устройство содержит блок отбора информации, первыйвыход которого соединен с входоминтерполятора, а второй выход - содним из входов сравнения, блок памя.ти, первый вход которого подключенк выходу блока сравнения, а второйвход - к одному из вьщодов интерполятора, блок управления, вход которого соединен с выходом запоминающего блока, а выходы - с входами блока отбора информации, интерполятораи блока сравнения, а также экстрадолятор, первый вход которого подключен к другому выходу интерполятора,второй вход - к соответствующемувыходу блока управления, а выходк другому входу блока сравненияЗО Работа этого иподобных ему устройств основана на предсказании полиниейной комбинации уровней нескольких элементов изображения, принадлежащих как предыдущим участкам 35 изображения (строки), так и предшествующим им строкам, Такое предсказание на основе пространственнонременного более полного учета сведений позволяет улучшить качество щ иэображений как для объективногоконтроля на основе уменьшения среднекнадратической ошибки, так и длянизуальього наблюдения среднеквадратической ошибки )3)45 Наиболее близким по техническойсущности и схемному исполнению кизобретению является устройство, которое содержит на передающей сторонепоследовательно соединенные блок вы- О,читания, квантонатель, сумматор, выход которого подключен к входам бло 112039 Ока памяти, соответствукяние выходыкоторого соединены с первым входомгруппы умножителей, вторые входы группы умножителей подключены к соответствующим вь 1 ходам регистра памяти коэффициентов, первый выход которогои выходы группы умножителей подключены к входам другого сумматора, вых"ц которого соединен с вторым входомпервого сумматора и вторьм входомблока вычитания, вход которого является входом устройства, а ныходом ян ляется выход блока кодирования, которы 1. подключен к выходу квантователя;на приемной стороне устройство содержит сумматор, подключенный ко входам 30 устройства, регистр памяти, выходы которого подключены к вторым информационным входам соотнетствующих умножителей, синхронизатор, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно к синхрониэирующим входам блока буферной памяти, декодеру, регист-.ру памяти, умножителям и сумматору, 5 блока памяти, соответствующие выходы которого соединены с первым входами группы умножителей, вторые входы группы умножителей подключены и 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 вход которого подключен к выходу блока декодирования, вход которого подключен к линии связи 4Целью 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 сост ветствующих первых умножителей, выходи которых подключены к соответствующим информационным входам первого сумматора, выход первого сумматора подключен к первому входу вычи тателя, кодер, выход которого подключен к каналу связи, синхронизатор, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены и соответственно к синхронизируюаим 45 входам блока буферной памяти, первьм умножителям первого сумматора, кодера и аналого-циФрового преобразователя, на приемной стороне декодер, информационный вход которого подклю.чен к каналу связи, блок буФерной памяти, выходы которого подключены к первяч информационным входам соот, ветствующих умножителей,. выходы кото.рымподключены к соответствующим первым информационным входам сумматора, 55 выход сумматора подключен к выходу введены на перелающей стороне вторые умножители, второй и третий сумматоры, ключи, вормализатор, пороговый элемент, блок ключей, вход аналого-цифрового преобразователя янляется входом устройства, выход аналого-цифроного 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 первых умножителей и первым входам блока ключей, выход которого подключен к первому информационному входу кодера, выход вычитателя подключен через нормали- затор к информационным входам первого и второго ключа и через третий сумматор к входу порогового элемента, перный 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 информа ционному входу блока буферной памяти.На фиг 1 и 2 изображены блок-схемы устройства для ассоциативного сжатия информации соответственно пере-, дающей и приемной стороны.Устройство содержит на передающейстороне блок 1 буферной памяти, умножители 2 и 3, вычитатель 4, аналого-цифровой преобразователь 5, кодер б, сумматоры 7-9, блок 10 ключей, ключи11 и 12, нормалиэатор 13, пороговый элемент 14, синхронизатор 15, на приемной стороне декодер 1 б, ключ 17, регистр 1 В памяти, Формирователь 19 импульсов, блок 20 буферной памяти, умножители 21, сум- матор 22, синхронизатор 23.Устройство работает следующим образом.Каждый кадр из последовательности кадров, например, телевизионного изображения, поступающий на вход уст. ройства, сравнивается по ассоциации с предыдущим набором кадров-ассоциаций, запоминаемых в буфере памяти. При этом образуются коэффициенты- отклики по ассоциациям, которые могут также рассматриваться как коэфФициенты оптимального предсКазания для передаваемого кадра. Изображе О ние-кадр, которое получается в результате такого предсказания по коэффициентам ассоциаций, сравнивается с исходным по среднеквадратической мере. Если различия не превышают 15 заданный порог допустимых искажений, то в канал связи передаются только коэффициенты, в противном случае - коэффициенты и вектор остатка различий кадров, 2 ОПоскольку коэффициенты формируются адаптивно - по ассоциативным базисным Функциям, которые наиболее соответствуют характеру сжимаемой информации (по сравнению с системами Фурье, Хаара и т.д,), и поскольку последовательность передаваемых кадров изображения сильно коррелирована (К=0,93-0,96), 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 по- З высить сжатие информации. Формирова-ние новых ассоциаций при существенных изменениях в последовательности кадров производится путем "выталкивания" из буфера памяти старых ассоциативных остатков Ч; информации и формирования новых по последним входным кадрам. Приэтом на время адаптация к изменениям в последователь. ности кадров телевизионного изображе ния с коэффициентами будут передаваться и различия между изображениями и их линейной 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 ЬО обратные операции, восстанавливающие исходную последовательность кадров изображения. Точно такое же рассмотрение верно и при построчном сжатии информации. В этом случае вместо кад 65 ра телевизионного иэображения будетрассматриваться строка. С целью по-вышения сжатия информации и расшире. ния возможностей устройства в него дополнительно введены на передающей стороне группа умножителей, группа сумматоров, ключевые схемы, пороговая схема, блок нормирования, а на приемкой стороне - формирователь и ключевая схема, Это позволило адаптивно по ассоциации формировать систему базисных функций, наиболее согласованных со сжимаемой информацией,и тем самым достичь цели изобретения.Рассмотрим принципы сжатия информации на основе ассоциативного преобразования информации и техническую реализацию устройства, построен-, ного на базе этих принципов. Изображение будем представлять либо в векторной Форме, либо в виде набора векТОРОВ-СТРОК Б(БгБйЫгде Б,=(1 Ч,ЪОМАМ) соответствующих полному кадру разме ром Н, Нг элементов, либо в виде набора векторов-кадров иэображений1 1БгБц . ,Я где каждый вектор Б 1, включает в себя построчную развертку одкОго кадра Бп, =(Ягг 1Б ) ( гЪт 01. гг.Ж 1; 1 г. д 1 а Б И, Ы . В первом случае имеет место ассоциативное сжатие иэображений по межстрочной информации (внутри кадра), во втором случае - ассоциативное сжатие по информации взаимосвязей между кадрами. Принципиальных отличий между ними нет, в аппаратурном исполнении во втором случае необходим больший объем памяти для заполнения нескольких кадров.В дальнейшем для удобства анализа под векторами Б Б, ., Б . будем понимать вектора-столбцы с нумерацией, принятой в векторной алгебре. Каждый следующий кадр изображения Б (строки Б 1) на последовательности 1, 2, , 1 с,Н кадров можно рассматривать как элемент некоторого функционального пространства 1; построенного из набора базисных некто-, ров, Образованных с помощью оператора проектирования Р из совокупности предыдущих Б 1,Б . Б.1 карров образующих множество векторов К,.Оператор проектирования Р определяется симметричной матрицей со следующими свойствами1. Б РБ Я ЕЯ 4 И 2Я (1 "Р)Б Б ) СК лгде Б - вектор изображения в виде ортогональной проекции вектора Б на пространство 1., т.е. Б.(ЬБ - ортогональная проекция вектора Б на Ь, т.е, на ортогональное дополнение пространства(1-Р) - оператор ортогонального проектирования на пространство Ь, построенное в данном случае из набора всех векторов в К ортогональнных Ь.Таким образом, последовательность кадров иэображений (8;, =1,2,,1 к)И можно представить в виде матри цы Е и вектор-столбцами БЮК, образующими пространствоЬ. Представление каждого кадра 8.в .8+8 в.этом прол странстве однозначно, при этом 8 можно определить исходя иэ требова ния ортогональности всем столбцам матрицы ЕдТБ 2020Решение матричного уравнения для проекции кадра Бт определяется выражением Б 7 Т(1 - 22),(4) где 2 - матрица псевдообратная Е, т.е.25г=11 в(г г+Е 1) г -1 Ь г (гг+б 1)Т, Т Ф у 46- Осогласно определению 5;у - произвольный вектор, размерность которого соответствует размерности кадра 8.Вследствие свойств симметрии ЕЕи свойств операции псевдообращения, исходя из (4) можно записать35Т Т 11 ф, Я(т-Р)-т-гг; Р=ггТаким образом, проекционная матрица оператора проектирования Р симмет 50 .рична и идемпотентна.В более общем случае она необязательно должна быть симметрична Ь 5), Для конструктивного использования оператора ортогонального проектирования при построении устройств для сжатия информации можно испольэовать любую процедуру псевдообращения,например, исходя из теоремы Гревилля:если Е матрица со столбцами (кад.60 рами) 81, Б , БК Разделена на блоки 2.1; 8), то22+:Е гл (т Б 81)+ББТ, (б)(7)Сравнивая (7) с выражением (5) для оператора Р ортогонального проекти рования, видно, что оператор (1-21,2) в (7), построенный на базе всей последовательности векторов-кадров 81, Б , 81 может быть выражен через оператор ортогонального проектирования на пространство, ортогональное предшествующему подпространству, т.е. построенному по серии предшествующих кадров изображения 81 д Бд дфд Бк ф 81 д 8 дд т.д. до 81 включительно. Таким образом, оператор ортогонального проектирования Р можно формировать адаптивно, по мере поступления Б -го вектора изображения,Рассмотрим эту математическую конструкцию в том плане, чтобы с помощью нее можно было учитывать линейные взаимосвязи между кадрами иэ последовательности иэображений. Причем выбранная конструкция позволяет не накладывать жесткие ограничения на взаимосвязи (например, учет взаи мосвяэи только смежных кадров или группы смежных кадров), Взаимосвязи допускаются любого характера, между любой произвольно выбранной парой кадров из последовательности 8 БЯ, , Б, Поэтому каждый вновь поступающий вектор-кадр может быть ассоциирован с любью из предыдущих и их линейной комбинацией с помощью оператора Р.Действительно, вследствие высокой коррелированности и повторяемости кадров иэображений или их отдельных участков может оказаться, что после очередного 1-го цикла ортогонального проектирования с помощью оператора Р 1 Р Р.1. Это означает, что очередной вектор изображения 8 окажется лежащим в предыдущем подлространстве низшей размеренности, т.е. ассоциируется линейной комбинацией прецыдущих. В данном случае нет смысЛа передавать все иэображение или даже те его участки, которые изменились. Достаточно передавать только 1-1 коэффициентов ассоциаций после операции ортогонального проектирования вместо (В)хБ,) отсчетов иэображения, Причем следует отметить, что в слу(15) чае 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 раэ при достижении одного порядка точности.Ассоциативное преобразование, используемое для сжатия информаций, не О посредственно связано с процедурой оптимального предсказания последующего вектора-кадра иэображения по серии предыдущих ).=1, 2.-1Уравнение (7) можно преобразовать к виду (11) и рекурсия начинается с Ф =1. После1-кратного применения рекурентнойформулы оператор ортогонального проектирования Р будет равен Р=1-Ф(, Этотже алгоритм можно вывести из формулыортогонализации Сонина-Шмидта Если ввести обозначение)5.)2 к .14 О1причем 8"Р 8то уравнения (10)непосредственно приводят к (8) и (9),Таким образом, процесс ассоциативного сжатия информации задается в виде некоторого линейного преобразования (матрицы) М где 8 - очередной входной векторКкадр;7 - выходной вектор, предназна-;ченный для передачи по каналам связи55 Ч может быть либо нулевым, если сжатие по ассоциации наиболее эффективно, либо отличным от нуля в противном случае. Возникает проблема, фО как определить поправку к М) так, чтобы новое Значение М было оптимальным не только в отношении любых предыдущих пар взаимосвязей между кадрами в поступившей последователь- у ности 8(, 8 , 8, но и в отношении последйих, новых пар связей (ассоциаций), связывающих последний передаваемый кадр с остальными (Фиг. 2) 1Очевидно, что новое оптимальное значение Мбудет являться Функцией от предыдущего оптимального значения М и новых векторов-кадров. ВКтакой рекурентной форме эта проблема по существу является проблемой оптимального предсказания ЧК. Действительно, если 8 - очередной входной вектор-кадр, то М 8, будет оценкой будущего вектор-кадра у по их запомненной последовательности 7 Д1,1 1,;.), у, , ч - + ч)При этом ошибка предсказания Дзапишется в виде Ь = (7 К -И, 8)Вводя коррекцию ошибки минимизирующего Ь, в виде, например, векто,ра коэффициентов коррекции Ст, получим раэностное матричное управление для определения оптимального Мк М), =М, + (Ч-М. 8) С тРешение этого уравнения исходя из теоремы Гревилля описывается следующим образом м(о ., (3С=ЧК.1.(О К УК.К. 5 Ск 61, +ЧК ) К 5) С,где запоминаемая матрица Ч образована векторами т, 12, ,7 из входной последовательности векторов-кадров 8), 8 , 8 с соответствующими блоками у., ЧДиэ 1 векторовстолбцов Ч . В том случае, еслипередаваемый кадр 8 ассоциированлинейной комбинацией предыдущих к кадров изображения, то вектор Ч равен кулю, что соответствует нулевойошибке предсказания Поэтому по каналам связи достаточно передавать только вектор коэффициентов ассоциации С, определяемый по Р в (б) по которому при имеющейся на приемной стороне матрице предыдущих (переданных). кадров изображений 21,спомощьюоператора предсказания Модинакового на передающей и приемной сторонах, восстанавливается по ассоциации согласно (14) изображение кадра Бк. В противном случае передается ошибка предсказания(16) дк =К К. ки коэффициенты С, определяемые по Рв (6) 10 т 5(с 2.-) Н(1-2.2 ф.,15)1(17) При этом оператор предсказания по ассоциациям МК корректируется на приемной и передающей сторонах в соответствии с (12)сМк М к г (Чк-дкк.5 к 15 к 2 к2 к 1( (18)20ИХк.,зк 3) 1 Действительно, поскольку И 2 к". Бк 1 РО, то это уравнение. может удовлетворяться только при (уК-МКБк) =О, что и эк ;вивалентно (14). Представляя (14) в (13), получим Мк=ИК.(. Если обозначить с учетом (17) дк=(-к-с 2 "к.1) Бк= фк.1 БК9) 30. то выражение (16) при условии Ь=Обудет соответствовать линейной зависимости векторов Б;, к=11 с в матрице 2. Таким образом, для операторапредсказания,по ассоциациям И 1( можно записать тМК +(Ч,-МК, Б)КЕМК.,если д Ееслидк=Е ( )40(20) где Е - требуемый порог точности представления очередного кадра изображения, задаваемый допустимой ошибкой передачи информации по каналам 45 связи (Е0) .При этом Ьк,5 Р,-1, Ь,-5 т ьк дкс11 ь И(21)50 С точки зрения конструктивной при разработке аппаратуры сжатия информации вместо уравнения (21) целесообразнее ошибку предсказания 1 д;)1=1 к определять исходя из процедуры Сонина-Шмидта (10), В этом случае с учетом обозначений оценки 7; М, Б; на 1-ом цикле передачи очередного 60 Б,-го кадра изображения и ошибки ь", =Ч; -7 можно исключить трудоемкий расчет матричного оператора И в выражении (20), Умножая (20) на Мк переставляя члены и меняя индексы, полу-,. 65(22) Рассмотрим технические принципыпостроения 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 следующиеоперации, соответствующие: А - пере"дающей стороне, Б - приемнбй стороне.Предположим, что последовательность кадров иэображения квантова"на, т.е, все кадры представлены ввиде векторов с отсчетами в циф"ровом виде с помощью, например, аналого-циФрового преобразователяББг Бз Бг Бй где (, ) - операция скалярного произведения векторов, Таким образом,можно запомнить на передающем и при- .емном пункте и передавать толькоошибки предсказания Ь, г.=1,2,Н,на что требуется уже в два раза меньше двоичных разрядов, чем передачаполных кадров изображений Б Б,Бк, Кроме того, передача ошибок предсказания будет продолжаться постоянно только в том случае, если всекадры некоррелированы между собой.С каждьм шагом 1 вместе с передачейошибки А; степень оператора предсказания М возрастает до того момента,пока не станет равной порядку коррелированности (авторегрессии) процесса из последовательности кадров Б; )д=1,К изображения. После этого ошибка д; становится меньше заданной (Я)0)и передается только вектор коэффициентов СК ассоциативного преобразования, по которым восстанавливаетсявсе исходное иэображение. Такимобразом, математический аппарат, используемый оператором,ортогонального проектирования Р, позволяет достроить конструктивные с точки зрениятехнической реализации процедурыассоциативного сжатия информации(9) оказались непосредственно связанными с оператором оптимальногопредсказания (20) и интеративной схемой ортогонализации векторов СонинаШмидта (22). Ка основе предложенногоматематического аппарата можно разрабатывать высокоэффективные адаптивные системы ассоциативного сжатияинформации для передачи по каналамсвязи, 1120390 141 А. Поступает первый кадр изображения 8 который запоминается в виде.Ь нормируется по энергии Ч, кодируется и передается по ( ца,Пканалу связи (кс) н-разрядным кодом Ь( 8(, 6( - ф Ч(, Ч(- -в КС1 Б. Переданный сигнал принимается, декодируется и поступает к потребителю, одновременно запоминаетсяКС - . Э -,РЬ82 А. Поступивший второй кадр изображения 8, умножают на нормированНЫй предццущий кадр Ч 1 покоординат- НЬ (скалярно), а координаты суммируются. Полученное скалярное произведение в виде коэффициента предсказания (ассоциации С( умножают на запоминаемый в , в вйде Ч 1 первый кадр и затем вычитают из поступившего второго кадра изображения, Полученная разность нормируется по энергии 6 т - ф Ч В том случае, если сумма квадратов компонент вектора остатка изображения Ч меньше заданного по- рога точности 0(Яй 1, например (;33=0,03, то в КС передается только кодированное значение С коэффициента предсказания, в противном случае остаток Ч,.:запоминается, кодиру" ется и передается в КС вместе с С 1Ч) ЧЭ (Э э ЧгЕсЛи 1(ЧДЭГ, то С, КСнетЧ КС и С 1 КС АР 1 сР 2 Б. На приемной стороне сигналы декодируются. В том случае, если принят только один коэффициент Сс(, исходное изображение Б, восстанавливается по предыдущему запомненному Ч 1 Б 2 Ч( С 2, Если принят коэффициент вместе с остатком ч то ч, запоминается, а исходное йзображение восстанавливается путем Б=ЪС .3 А. Следующий кадр изображения 8, аналогично 2 А ассоциируется с каждым из запомненныхЧ( и Ч в результате чего получаются коэффициенты предсказания СЭ и С. Далее вычисляется векторная ошибка предсказания Ь 3 между исходным изображением Би линейной комбинацией ассоциаций Ч( и Ч,.Ошибка нормируется по энергии ( 3-( Ч, и сравнивается с порогом Г 1)Ч 311(3. ПриПревышении порога в КС передаются кодированные значения коэффициентов С( и С 3 и вектора-остатка Ч, двоичным "/2-разрядным кодом. В про-. тивном случае в КС передаются только КОды коэффициентОв Си с 12(с Р К.РЧ -ф КС и С, С 3 - +КС Если 3 Б. На приемной стороне сигналыдекодируются. В том случае, если1 О поступили одни только коэффициенты,то исходный кадр иэображения восстанавливается по запомненным предыдущим ассоциациям ЧЭ и Ч,(5Б, -С 1 Ч +С 32 ЧЭ Если поступил и вектор Ч то Б,восстанавливается Б С Ч +С Ч+ЧВ общем случае на любом этапе передачи Е-го кадра изображения происходит следующее.КА. На передающей стороне1-1(сР (сРЧ - -ъ КС и С( КС З 5 КБ. Иа приемной стороне - еслипоступают одни коэффициенты Скто после декодированияБ= Е С Ч Если вместе с коэффициентами Спередачи и вектор Ч, то после декодированияЮ-Э8 = ,ЕС Ч+Ч45кэрассмотрим более подробно работуустройства,В начальном состоянии все регистры сумматоров, умножителей и блоковбуФерной 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 умножитсяумножителями 2 на нулевые векторыиз блока 1 буферной памяти. В результате этого на выходных регистрахгруппы сумматоров 8 и на выходесумматора 7 также установятся нуле 6 вые значения сигналов. Поэтому привычитаний из входного векторакадра 8( нулевого вектора на выходевычитателя 4 появится вектор-кадр Б(,который пронумеруется нормализато 65 ром 13 и через открытые ключи 12 и11 попадет соответственно но входной регистр кодера 6 и блока 1 буферной памяти. Вследствие того, чтосумма квадратов компонент изображения, образованная в квадративномсумматоре 9, будет существенно вышепорога Я, потенциал несовпадения свторого выхода порогового элемента14 откроет ключи 10-12Кодер 6 кодирует входную информацию (нуленыекоэффициенты и первое изображение) 10и передает в КС.В том случае, когда в блоке 1буферной памяти уже имеется информация о последовательности кадров,очередной входной вектор-. кадр Б 15умножится на запомненные векторыассоциации изображений в виде ихостатков (невязок) Ч, Ч . Чкумножителями 2, и полученные свертки покоординатно просуммируются сумматорами 8. При этом на.выходных регистрах сумматоров фиксируется величины коэффициентов ассоциацийС =(Я,Ч; ), з. 1, 2 1 с. Исходное иэображение Я восстанавливается по коэФфициентам С;путем суммирования в сумматоре 7 и умножениявекторов-ассоциаций ЧД -1, Еиз;блока 1 буферной памяти на соответствующие коэффициенты Сот сумматоров8 с помощью умножителей 3, Восстанов-ЗОленный кадр Я поступает на входной,регистр вычитателя 4, на втором входном регистре которого находится исходный кадр Я .,35Разность Б-Б квадраивно суммиру:ется покоординатно сумматором 9, Одновременно эта же разность нормируется нормализатором 13 по энергии и поступает на информационные входы клю чей 1,2 и 11. Величина несоответствия исходного и ассоциированного кадров сравнивается с допустимой величиной отличий (искажений) с помощью порогового элемента 14. При непревышении 45 порога допуска с первого выхода порогового элемента на управляющий вход блока 10 ключей поступает импульс разрешения, и информация о коэффициентах С ассоциации поступает с выходных регистров сумматоров 8 на первый вход кодера 6, в котором кодируется и передается в КС. В случае превышения допуска импульс превышения с второго выхода порогоВого элемента 14 открывает нсе три ключа 10- 12. При этом наряду с коэффициентами С, на второй вход кодера б через ключ 12 поступает вектор Ч - остаток ассоциации. В кодере б последний кодируется и передается н КС.после 60 сообщения о коэффициентах С, . Одновременно этот же вектор поступает от нормалиэатора 13 через ключ 11 на вход блока 1 буферной памяти. При этом 1 Е-й кадр ч "выталкиваетф 65 1)-й кадр, информация о котором теря ется, Остальные кадры меняют ассоциацию на 1. Таким образом, обновляется информация н блоке 1 буферной памяти. Синхронизатор 15 обеспечинает синхронизм работы устройства таким образом, чтобы не нарушалась последовательность выполнения операций 1 А-КА.На приемной стороне с помощью декодера 16 инФормация декодируется и разделяется на вектор отсчетов коэффициентов С;, отсчеты которого запоминаются на регистре 18 памяти коэффициентон и на вектор ч, В случае отсутствия вектора Ч 1, 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 Ч =1, -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 переданаемое изображениеБ=С; Ч;+Ч, где Ч=Ос =1После появления информации на выходе сумматора 22 с помощью формирователя 19 импульсов формируется импульс разрешения записи в том случае, если Формирователь не блокиронан. При появлении вектора Ч 0 он суммируется иа сумматоре,22 вместе с линейной комбинацией .Е С Ч; 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 Ч с выходного регистра декодера записывается в блок 20 буферной памяти. Хранение информации в блоке 20 буферной памяти организуется аналогично, как и на передающей стороне. Синхронизатор 23 обеспечивает синхронизм работы устройства приемной части таким образом, что не нарушается последовательность операций 1 Б-КБ. Таким образом, введение новых блоков и связей позволило обеспечить адаптивный ассоциативный процесс сжатия информации. Это привело к повышению степени сжатия информации. Действительно, если по данным (4( 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 256 х 256 элементов,