Компресия на телевизионен сигнал: по-проста и с по-добро качество от стандартните MPEG-4 и NEVC

Компресия на кадри с DASI

Помислете за три NDF, които са удобни за внедряване на микросхеми. За всички отвори на NDF избираме квадрат 3x3 с общ размер 9 елемента, тегла на редовете (1, 1, 1), (1, 1, 1), (1, 1, 1) и общо тегло 9. Ефективните диаметри на отворите (EDA) на NDF-1, NDF-2 и NDF-3 се увеличават последователно 2 пъти - до 2, 4, 8 елемента. Поставяме показанията на тези NDF върху рамката със стъпки (2, 4, 8), които са идентични по елементи съответно по линията и линиите (вертикално). Това намалява техния брой проби на кадър съответно 4, 16 и 64 пъти. Редовете и колоните на съседните NDF отвори съвпадат, което осигурява равномерно растерно покритие. На рамка с 400 хиляди елемента, броят на показанията за тези NDF е 100, 25, 6,25 хиляди.

Двумерните лентови филтри (BDF) формират разликата между апертурите - границите на BDF. Те имат области на "положителна и отрицателна прозрачност" с нулево общо тегло и следователно, както в разгледания по-рано случай 1, само подчертават контурите на преходите на яркостта. Квадратната апертура на всеки PDF съответства на разликата между централния елемент с тегло 9 и квадратната апертура на NDF, неговата граница. Теглата на неговите редове са (1, 1, 1), (1, 8, 1), (1, 1, 1). Всички периферни елементи имат отрицателно единично тегло. Положителното тегло на централния елемент 8 гарантира, че отворите на всички PDF файлове имат нулево общо тегло.

Апертури с ED от 1, 2, 4 и 8 елемента образуват три PDF с граници от (1–2), (2–4), (4–8) елемента и NDF-3 с ED от 8 елемента. Всеки PDF избира само TWI контури с размер, съответстващ на по-малката му граница (1, 2, 4 елемента). Нека изберем, както преди1, за сигнала PDF-1 две нива на квантуване (QL) - 1 бит, за PDF-2 - 4 QL (2 бита), за PDF-3 - 8 QL (3bit) и за NDF-3 - 16 UK (4 бита). Броят на четенията на кадър с 400 хиляди елемента за тези PDF файлове е 400, 100, 25 хиляди елемента, а за NDF-3 - 6,25 хиляди елемента. Обемът на сигналите на кадър е 400, 200, 75 и 25 Kbps, общият обем е 700 Kbps. Такъв DASI компресира кадъра 4 пъти и в същото време подобрява качеството на TVS.

Сложността на рамката DASI

Обработката на информация в двоичните регистри за изместване (DRS) е по-проста от обработката в възлите на паметта. За формиране на NDF-2 и PDF-1 са необходими две DRS с малки букви на 1 бит, всяка за 700 проби - 1400 проби (1,4 Kbit). За следващите NDF и PDF, поради периодично сканиране със стъпки от 2, 4, 8 елемента по линията, DRS е необходим за 700, 350, 175 елемента с брой битове - съответно 2, 3, 4. Те имат сложност от 1,4, 1,050 и 0,7 Kbps, а общата сложност на всички DRS за анализ на кадри е около 3,15 Kbps (1,4 + 1,05 + 0,7).

При синтезирането е необходимо да се комбинират сигналите на всички PDF и NDF-3. Сигналите NDF-3 и PDF-3 не изискват забавяне. Сигналът PDF-2 изисква 4 линии за забавяне на 700 елемента с 2 бита - 1,4 kbps. Сигналът PDF-1 изисква 8 линии за забавяне за 700 елемента с 1 бит - 5,6 Kbps. Тяхното сумиране изисква суматори и спомагателни схеми с обща сложност около 3-4 Kbit. Общата сложност на DASI рамка с TVS компресия 4 пъти е около 14 Kbps. С пет условни клапана (HC), за всеки разряд на DRS, са необходими около 70 хиляди HC, за да се приложи този DASI на микросхеми.

Сложност на инерционната компресия по време на DASI

Сложност на конволюционното компресиране в DACI

Намаляването на статистическата излишност на кадровия сигнал без инерционна компресия беше предложено още през 1961 г. 4 и внедрено в софтуера през 1979 г. 5 . Необходимите "характерни смени"5 задават крановете на двоичните регистри за смяна (RS) на анализатора на синдрома (AS) на кодека за защита от конволюционен шум с ниска плътност на проверкитеза четност (LDPC - Low Density Parity Check - LDPC) със свойството "не повече от едно съвпадение на позициите на ненулеви членове". Тези смени задават генераторните полиноми (GP) на кода, избрани ръчно. Изследванията на CSS са извършени програмно за кодова скорост R=4/55. Двоичните символи на PDF-1 контурния сигнал бяха преобразувани от тези GPU в 4 последователности, които пристигнаха на 4 AS входа, където бяха обработени в четири GPU подобно на обработката на четирите клона на информационния сигнал по време на формирането на последователността за проверка. Получава се компресия на PDF-1 сигнала 4 пъти. По време на синтеза оригиналният контурен сигнал беше възстановен от тях. Тъмните точки на грешките на „намесата“, които се появяват в хаотични позиции, бяха незабележими. Не беше възможно да се тества по-висок CSS на компонента PDF-1 (до 10 пъти) и CSS на PDF-2 (до 8–15 пъти) поради трудностите при намирането на необходимите HP. Такава възможност се появи по-късно за графични процесори, базирани на таблици с перфектни набори от разлики (PDM), използвани в кодеци MPPC6, 7. Те внедриха AS върху микросхеми - стационарен графичен процесор, базиран на SRM-553 (N1515XM7-158) за космическата совалка Буран и нестационарен графичен процесор, базиран на SRM-133 (5503XM1-006) с променливи характеристики на изместване от кадър към кадър y за космически дрон 6 . Предимствата на нестационарните графични процесори също са значителни за KSS микросхемите, тъй като сигналите на съседни PDP и NDP са силно корелирани. Нестационарните графични процесори подобряват потискането на смущенията.

За компресиране на PDF-1 сигнали 4 пъти и други PDF и NDF-3 сигнали 8 пъти е необходим CCC с обща дължина на DRS заедно със спомагателни вериги около 50 Kbps - 250 хиляди HC. Сложността на KSS е 2,7 пъти по-малка от тази на втория IS. Общият обем на сигнала на KSS кадъра е намален до 137,5 Kbps, което съответства на същото като на IC, компресията на TVI сигнала 20 пъти - скорост от около 3,5 Mbps привисококачествен телевизор. Общата сложност на компресията на рамката (14 Kbps) заедно с CSS (50 Kbps) е около 64 Kbps (320 хиляди HC).

Сравнение на TVI компресионно оборудване на микросхеми

В HEVC енкодера първият TVT кадър се кодира с вътрешнокадрово предсказване на проба в рамка от съседни проби. В следващите кадри работи предвиждането между рамки, при което текущите проби от всеки блок се оценяват от пробите на референтния кадър и вектора на движение, като се използва сходството на съседни кадри. Тази прогноза е много по-сложна от NDF и PDF, използвани в DASI. Кодерът и декодерът създават идентични междукадрови прогнози чрез компенсиране на движението с вектори на движение и избрани данни за режим, които се предават допълнително. Възможно е векторното предсказване в комбинация с NDP и PDP сигналите да направи възможно компресирането на DACI рамката по-лесно от описаното по-горе инерционно и конволюционно компресиране. Но такова компресиране все още не е изследвано и не се разглежда тук. Сложността на компресиране на рамка е 20 пъти с DACI с конволюционна компресия от около 60 Kbps. Той подобрява качеството на TVW и е повече от 1000 пъти по-прост от стандартите H.264 и H.265.

Внедряване на оборудване за компресиране на TVI на микросхеми

Постановление на правителството на Република България № 809 от 26 ноември 2007 г. „Развитие на електронната компонентна база и радиоелектрониката за 2008–2015 г.“ изисква разработки на микрочипове на оборудване, което е конкурентно на световно ниво. Той предвижда внедряването на 45 nm технология през 2015 г. Съвременните технологии позволяват внедряването на DASI с KSS с помощта на прости средства, базирани на домашни микросхеми. Двуизмерният анализ-синтез на изображения 3 е единственият алгоритъм, който използва най-простия хардуер, подобен на предишни успешно тествани имунизирани срещу шум и криптографски кодиращи чипове 7 . Технологичният център MIET вече е усвоил производството на BMKСерии 5529 и 5521 с 0,25 µm и 0,18 µm CMOS технологии. Има опит от съвместна работа с МИЕТ. Максималният обем на тези BMC - 1500 хиляди въглеводороди - е 5 пъти по-висок от обема, необходим за изпълнение на DASI с конволюционно компресиране. Необходимите MBIS с CMOS технологии с работен цикъл до 0,13 µm могат да бъдат произведени от Angstrem и Mikron (Зеленоград). Изследователският институт за полупроводникови устройства в Томск за диапазона 3,1-5,1 GHz разработи набор от интегрални схеми за VRS и оборудване за сигурност с честоти над 30 GHz, използвайки технология с галиев арсенид със стандарт за проектиране (PN) от 0,5 микрона.

Познат от повече от 30 години двумерен анализ-синтез на изображения (DASI) с инерционна и конволюционна компресия осигурява компресия на сигнала на изображението 20 пъти - до 3,5 Mbps и подобрява качеството на TVS. Допълнително увеличаване на TWI компресията с коефициент 30 или повече е възможно с подобрена инерционна и конволюционна компресия. Също така е вероятно векторното прогнозиране заедно с DASI да увеличи компресията и да опрости хардуера, но това изисква проучване. Възстановеният DASI след компресиране на TVS има по-високо качество от това на оригиналния TVS, което е невъзможно за други методи. Хардуерното внедряване на DASI с конволюционна компресия върху микросхеми е повече от 1000 пъти по-просто от методите за компресиране на MPEG-4 и HEVC системи съгласно стандартите H.264 и H.265.