Научная статья на тему 'Метод сжатия цифрового видеосигнала в прикладном телевидении для управления и контроля БПЛА'

Метод сжатия цифрового видеосигнала в прикладном телевидении для управления и контроля БПЛА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
402
66
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УСТРАНЕНИЕ ИЗБЫТОЧНОСТИ / MPEG / ДИСКРЕТНО-КОСИНУСНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ (ДКП) / МАКРОБЛОКИ / ПРОГРЕССИВНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ / АРТЕФАКТЫ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Балобанов Андрей Владимирович, Балобанов Владимир Григорьевич

рассматриваются используемые при управлении беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) аналоговые и цифровые системы передачи (ЦСП) изображений, предлагается использовать ЦСП совместимую с аналоговой, анализируются соотношения для пространственно-временной функции и спектра структуры дискретизации для чересстрочного растра и на их основе делается вывод, о целесообразности раздельного преобразования составляющих четных и нечетных полей при реализации метода сжатия цифрового видеосигнала. Рассматривается метод сжатия цифрового потока видеосигнала в телевизионном канале связи при управлении БПЛА, использующий психофизические особенности человеческого зрения, которые позволяют, не усложняя аппаратуру, добиться получения более высоких результатов визуального качества изображения и в тоже время не требуют большой задержки и вычислительной сложности. Предусматривается деление полей на группы трех типов: О-поля, играющие роль опорных; четные N-поля, кодируемые путем предсказания на основе предыдущего поля в пределах одного кадра; нечетные М-поля, кодируемые с предсказанием на основе предыдущего нечетного поля из другого кадра. Предлагаются методы, повышающие эффективность сжатия цифрового потока в телевизионном канале связи. Метод адаптирован принудительному изменению текущего кодируемого поля на опорное, в случае возникновения ситуации, когда из-за ошибок в канале восстановить О-поле или М-поле невозможно. Еще одно отличие от используемых в вещательном и прикладном телевидении стандартов сжатия заключается в малом времени задержки при кодировании и декодировании, составляющем длительность 1 поля, требуемом для обработки сигналов, что играет важную роль при управлении БПЛА.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Compression method of digital video signal in application television for management and control of unmanned aerial vehicles

The analog and digital image transmission systems used to control unmanned aerial vehicles are considered, it is proposed to use digital transmission systems compatible with analog systems, the relationships for the space-time function and the spectrum of the discretization structure for the interlaced raster are analyzed and on their basis it is concluded that the even and odd fields when implementing a digital video compression method. The method of compression of the digital video signal stream in the television communication channel when controlling unmanned aerial vehicles using the psychophysical features of human vision, which allow, without complicating the equipment, to achieve higher results of visual image quality and at the same time does not require a large delay and computational complexity. The division of fields into groups of 3 types is envisaged: O-fields, which play the role of supporting; even Nfields encoded by prediction based on the previous field within one frame; odd M-fields encoded with a prediction based on a previous odd field from another frame. Methods are proposed that increase the efficiency of digital stream compression in a television communication channel. The method is adapted to forcibly changing the current coded field to the reference one, in the case of a situation where it is impossible to restore the O-field or the M-field due to channel errors. Another difference from the compression standards used in broadcast and applied television lies in the low latency in encoding and decoding, which is the duration of the 1 field required for signal processing, which plays an important role in controlling unmanned aerial vehicles.

Текст научной работы на тему «Метод сжатия цифрового видеосигнала в прикладном телевидении для управления и контроля БПЛА»

МЕТОД СЖАТИЯ ЦИФРОВОГО ВИДЕОСИГНАЛА В ПРИКЛАДНОМ ТЕЛЕВИДЕНИИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

И КОНТРОЛЯ БПЛА

DOI 10.24411/2072-8735-2018-10209

Балобанов Андрей Владимирович,

Московский технический университет связи и информатики, Москва, Россия, [email protected]

Балобанов Владимир Григорьевич,

ПГУТИ, Самара, Россия, [email protected]

Ключевые слова: устранение избыточности, MPEG, дискретно-косинусное преобразование (ДКП), макроблоки, прогрессивное разложение, артефакты.

рассматриваются используемые при управлении беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) аналоговые и цифровые системы передачи (ЦСП) изображений, предлагается использовать ЦСП совместимую с аналоговой, анализируются соотношения для пространственно-временной функции и спектра структуры дискретизации для чересстрочного растра и на их основе делается вывод, о целесообразности раздельного преобразования составляющих четных и нечетных полей при реализации метода сжатия цифрового видеосигнала. Рассматривается метод сжатия цифрового потока видеосигнала в телевизионном канале связи при управлении БПЛА, использующий психофизические особенности человеческого зрения, которые позволяют, не усложняя аппаратуру, добиться получения более высоких результатов визуального качества изображения и в тоже время не требуют большой задержки и вычислительной сложности. Предусматривается деление полей на группы трех типов: О-поля, играющие роль опорных; четные М-поля, кодируемые путем предсказания на основе предыдущего поля в пределах одного кадра; нечетные М-поля, кодируемые с предсказанием на основе предыдущего нечетного поля из другого кадра. Предлагаются методы, повышающие эффективность сжатия цифрового потока в телевизионном канале связи. Метод адаптирован принудительному изменению текущего кодируемого поля на опорное, в случае возникновения ситуации, когда из-за ошибок в канале восстановить О-по-ле или М-поле невозможно. Еще одно отличие от используемых в вещательном и прикладном телевидении стандартов сжатия заключается в малом времени задержки при кодировании и декодировании, составляющем длительность 1 поля, требуемом для обработки сигналов, что играет важную роль при управлении БПЛА.

Информация об авторах:

Балобанов Андрей Владимирович, к.т.н., доцент кафедры ТиЗВ, МТУСИ, Москва, Россия Балобанов Владимир Григорьевич, к.т.н., доцент кафедры РРТ, ПГУТИ, Самара, Россия

Для цитирования:

Балобанов А.В., Балобанов В.Г. Метод сжатия цифрового видеосигнала в прикладном телевидении для управления и контроля БПЛА // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2019. Том 13. №1. С. 16-21.

For citation:

Balobanov A.V., Balobanov V.G. (2019). Compression method of digital video signal in application television for management and control of unmanned aerial vehicles. T-Comm, vol. 13, no.1, pр. 16-21. (in Russian)

В системах управления БПЛА одной из важнейших составляющих является передача видеоизображения на терминал удаленного пилота, В настоящее время используются аналоговые и цифровые системы передачи изображений. В отличии от вещательного и большинства сфер применения прикладного телевидения, где преимущества цифровых систем очевидны, в управлении БПЛА используются оба варианта, Ключевые преимущества цифровых систем известны. К ним относятся возможность получения изображения нестандартной, как правило, большей, чем в аналоговых системах, четкости по пространству и времени, возможность создать систему, как защищенную от помех, так и от информационных атак (например, перехват или подмена информации). Но недостатки цифровых систем, такие, как эффект «цифрового обрыва», значительная задержка сигнала вследствие особенностей видеокодека, а также применения эффективных в условиях наземного радиоканала сигнально-кодовых конструкций с кодами, имеющими большой размер блока (LDPC) и модуляции OFDM, могут стать блокирующим фактором и привести к единственно возможному решению использования аналоговой системы, отличающейся малыми временами задержки и имеющими гладкую функцию зависимости качества (отношения сигнал-шум) изображения от условий приема.

В указанной ситуации возможным решением является предоставить выбор конечному пользователю выбор системы передачи в конкретных условиях, но для этого цифровая система передачи должна удовлетворять требованиям совместимости с аналоговой в части исходного видеосигнала, а также минимизации задержек. Настоящая работа посвящена вопросам видеокодирования с учетом вышеизложенных требований. В частности, в предложенном видеокодере имеется оптимизация алгоритма для случая применяемой в аналоговых системах чересстрочной развертки. Также предлагаемый видеокодер отличается весьма малым временем задержки, требуемым для обработки сигналов.

В случае использования цифрового метода кодирования видеосигнала совместимого с аналоговыми системами передачи сигналов стоит вопрос в выборе разрешения и типа развертки.

Выберем разрешение видеоизображения используемое при управлении БПЛА. В случае использования разрешения видеоизображения 1920x1080 и выше для передачи видеосигнала требуется ширина полосы частот 30 МГц и шире, то есть требования к каналу связи возрастают. В случае использования телевидения стандартной четкости с разрешением изображения 720x576 ширина полосы частот составляет 6 МГц, и четкость телевизионного изображения достаточна для управления летательным аппаратом. При уменьшении разрешения видеоизображения ниже стандартной четкости ширина полосы частот требуемая для передачи видеоизображения сокращается, но в тоже время падает четкость и, соответственно, усложняется процесс управления БПЛА.

Так же при использовании аналоговых систем возникает вопрос выбора типа развертки: прогрессивная или чересстрочная и, соответственно, совместимого с ней метода кодирования видеосигнала. Определим характеристики чересстрочной дискретизации, характерной для современных систем аналогового и цифрового телевидения для стандартной

четкости и представим соответствующее соотношение для пространственно-временной функции дискретизации следующим образом:

720 360

2 ¿(x-px,)- X ¿(x-d-lxj

df(x,y,t)=

/ 2Ш

х £ J ¿(У-т-Ъд I*

V*=-2Í8 m=-144 J

И f 720 360

х^ S(t-cTk)+ V д(х-рх\)- У d(x-d-2т,)

(1)

<-/k-2v, -jO ] У S{t-cTk-Tn) .

) c—N

■=-N f 28!

x ü ^y-kyt-y{)~ £ S(y-

:>S m—144

Здесь представлен вариант получения структуры дискретизации с использованием повышения числа пикселей в опорной структуре дискретизации, как в вертикальном направлении, так и в горизонтальном направлении внутрикад-рового пространства. Граничное значение параметра р соответственно равно числу пикселей в пределах активной части строки стандартного телевизионного изображения, параметра d - уменьшенному в два раза числу пикселей в пределах активной части строки, параметр (2№-1) — отражает протяженность, по числу кадров (7*) предъявленного фрагмента телевизионного изображения. Граничное значение параметра к - равно числу строк в пределах активной части полукадра телевизионного изображения, параметра m - уменьшенному в два раза числу строк в пределах активной части полукадра телевизионного изображения.

Определим спектр полученной структуры дискретизации:

( ■ (2Р + ] ) ■ (2d + ] -> Y

sin I —-— aye, I sin I —-—- qjx 2х, I

sin -

Ц1(а>г,а>у,а>) =

. Í2k + \ ) . (2m+1 „ т{~2~а?уУ[) sm[~2~e>y2y'

sin -

2x

sin —1—

, 2N + l T

Sin --Ú)T„

sin

(0T„

sin-

, 2p + l

Slll ——со.

'Л j sin^

2d +1

o)2x,

sin '

2

2m + \

sin

сo. 2x.

, f 2k + \ Л . (2m + \ „ Л

j—%УЛ srnl —— ту1уЛ

■ ®уУ\ sin

2

/2ЛЧ1 _ sin ■-coi,,

. <°у2У\

x.e

(2N + i t )

(2)

sin

(йТ„

Полученные соотношения показывают целесообразность использования пространственно-временной реставрации отсутствующих пикселей при восстановлении построчного растра в сигналах ТВ изображений, сформированных в системах стандартного телевизионного вещапия.

7ТЛ

При этом структура соотношений для Л:(х,у,Г) и Щ®,,« ®) показывает целесообразность раздельного преобразования составляющих четных и нечетных полей при реализации элементов аппаратуры для систем цифрового телевидения. Целесообразно, например, осуществлять определение векторов движения в системах сжатия спектра раздельно по составляющим четных и нечетных полей с их относительной оценкой по специфике изменения последовательности полу кадров. Это позволит избежать искажений оценки вектора движения обусловленных влиянием эффекта «расчески» па границах движущихся объектов. К тому же корреляционное сравнение полученных результатов оценки вектора движения по последовательностям четных и нечетных полей позволит селектировать специфику изменений функции вектора движения с течением времени (в последовательности кадров). В тоже время следует отдать должное возможности реставрационной обработки с компенсацией временных изменений в смежных четных и нечетных полукадрах. В таком случае должны проявиться преимущества логической оценки реставрируемого (отсутствующего) пикселя.

Рассматриваемый в данной работе способ сжатия цифрового потока видеосигнала в телевизионном канапе связи при управлении беспилотным летательным аппаратом (БПЛА), использует психофизические особенности человеческого зрения, которые позволяют, не усложняя аппаратуру, добиться получения более высоких результатов визуального качества изображения и в тоже время не требуют большой задержки и вычислительной сложности. Предусматривается деление полей на группы. В группе есть поля 3-х типов: О-поля, играющие роль опорных; четные Ы-поля, кодируемые путем предсказания на основе предыдущего поля в пределах одного кадра; нечетные М-поля, кодируемые с предсказанием на основе предыдущего нечетного поля из другого кадра. Предлагаются методы, повышающие эффективность сжатия цифрового потока в телевизионном канале связи [2, 7].

Кодер должен удовлетворят нескольким противоречащим друг другу требованиям: малая задержка и высокая степень сжатия сигнала изображения, низкие вычислитель-пая сложность метода сжатия и энергопотребление при реализации.

Резервы для уменьшения цифрового потока без ущерба качеству воспроизводимого изображения заключены в специфике ТВ сигнала, обладающего значительной информационной избыточностью, которую условно делят на пространственную (внутрикадровую), психофизическую (межкадровую) [2,7]. Следует также отметить, что резких границ здесь нет. Психофизическая избыточность связана с временной и пространственной избыточностями.

Наиболее известными стандартами сжатия изображений являются МРЕО-2, \1PEG-4, П-264, Н-265 [2, 3, 4, 8]. Но у указанных стандартов при использовании для управления БПЛА есть один недостаток — либо высокая степень компрессии видеосигнала, за счет использования межкадрового сжатия, компенсации движения, что означает увеличение времени задержки при кодировании, либо уменьшение степени сжатия, за счет использования только внутри кадрового сжатия, из-за чего повышаются требования к пропусканию канала связи.

В разработанном методе несколько иной порядок кодирования при сжатии цифрового потока (рис. 1). Последовательность полей (но не кадров) делится на группы. В группе есть поля 3-х типов:

- О-пол я - изображения, играющие роль опорных при восстановлении других изображений. Предсказанию для них не формируется, используют внутриполевое кодирование;

- И-чётные поля — изображения, кодируемые путём предсказания на основе предыдущего поля в пределах одного кадра, используют межполевое кодирование, в результате которого образуется межстрочная разность двух соседних строк нечётного и чётного полей;

- М-нечётные поля - кодируемые с предсказанием на основе предыдущего нечётного поля из другого кадра.

Буквами на рис. I обозначается их тип, а цифрами 1, 2, 3, ... - порядок поступления их на вход кодера. В группе 10 полей (5 кадров). Начинается группа с изображения типа О, подвергается только внутриполевой компрессии, В изображении полей Ы- и М-типа устраняется как пространственная, так и временная избыточность. Число полей (кадров) в группе может быть иным, чем это представлено на рис. I. Стрелки на рис. 1 определяют порядок предсказания: для N - в пределах одного кадра, и М - в пределах 2-х соседних кадров для нечётных полей.

Изображения 1Ч-полей содержат в основном тонкие г оризонтальные линии разной протяженности (низкочастотные составляющие). При движении в изображениях Ы-полей появляются В Ч -составляющие.

: 1 : ! : з : 4 : 5 : 1 2: з 4 :5 е:7 8: эю Т * * '---V —1 '—* —ч О N , М N,N1 N . М N , М N р > |— 1 ■ « | —■ 1|— * е : 7 : е ; э : ю 11 12:1314115 16-17 18*1920 *---^ О N. М N . М М,М N . М N Г|-1||-|||-|||-1 1 | - и : 21 22! ■» □ N. .

к-Т.-^Тц-^Тпи Т ' * —л —а -—* О N , М N ,М N , М N 1 1 I 1 | 1 | | 1 ' 1 1 1 | ' " X---м X---н NO.NMNMNM.NM '1 1 Ч 1 Ч 1 ' 1 1 ч г^чу -—ч

^Тк-^и-Тк-аТг,)-Г ---- ' О N , N М и N , N М . М N | 1 | 1 ' | 1 1 | 1 1 | 1 | | N О.М N. N мм N . N М < I 1 1 | 1 1 | 1 | | 1 1 1 *—*

1«-тк -4«-тк -4 т„ к-

«ль.

п

п.

и,

V)

1ппппппппппп, нппппппппппь

м

д)

и

II

п п п п_п п п п

Рис. 1. Порядок следования кадров в цифровом потоке в разработанном методе сжатия

Изображения М-полей содержат в основном высокочастотные составляющие, отражают межкадровую разность в пределах нечётных полей соседних кадров. Здесь НЧ~ составляющие появляются при резкой смене сюжетов.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

При передаче малоподвижных объектов в изображениях М-полей сигнал практически равен нулю, а сигнал от N-полей отличен от нуля. ВЧ-составляющие в N-полях появляются от передачи наклонных линий. Для дополнительного сокращения цифрового потока осуществим двойное прореживание (децимацию) сигналов от N-полей. Эта операция правомерна и не ухудшает качество изображения, так как частота дискретизации для N-полей слишком велика. Расположение отсчетов для N-полей расположим в шахматном порядке, что значительно повышает визуальную межэлементную связь по вертикали. В декодирующем устройстве проведем обратную операцию - интерполяцию, восстанавливая потерянную информацию. Подобные операции положены в основу сокращения цифрового потока в в ей в лет-преобразованиях в НЧ- и ВЧ-каналах.

Операции прореживания отсчетов (в шахматном порядке) и интерполяции можно провести также и для сигналов от М-полей, В декодирующем устройстве восстановление пропущенных отсчетов может осуществляться путем интерполирования с дальнейшим использованием одномерного цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой [9-11]. Реализация интерполирования связана с определенными неточностями восстановления сигнала но его отсчетам, однако она необходима для осуществления операций с целью получения исходных значений сигналов. При отсутствии интерполяции в декодирующем устройстве высокочастотные компоненты разностных сигналов могут быть потеряны, а в видеосигнале появятся мешающие НЧ-компоненты,

В результате проведенных преобразований цифровой поток в N-полях дополнительно уменьшается примерно в 4 раза, а в М-полях - в два раза.

Как и в стандарте MPEG в системе сжатия применяется энтропийное кодирование и определение векторов движения в М-полях. В N-полях компенсацию движения можно не учитывать, так как они расположены в тех же кадрах что и О- и М-поля.

Наиболее предпочтительной схемой кодирующего устройства системы ONM является схема, изображенные на рис.2, где прореживание отсчетов осуществляется до ДКП. Более высокая эффективность сжатия здесь объясняется более сильной связью между элементами в блоке, чем между коэффициентами ДКП.

В декодирующем устройстве все преобразования выполняются в обратном порядке: декодирование кодов переменной длины (декодирование энтропийного кода), дсквантова-ние, обратное ДКП (ДКП"!) и восстанавливается исходная последовательность полей с им пул ьсно-кодовой модуляцией (ИКМ).

Более подробно работа и устройство декодера рассмотрены в работе [б]. Здесь, так же и в кодирующем устройстве, возможны и другие варианта построения видеодекодера.

В рассмотренной системе опорный кадр состоит из 2-х ролей: в первом ноле - сжатие цифрового потока происходит с использованием ДКП и энтропийного кодирования, во 2-м поле - межполевое кодирование (образуется межстрочная разность между четными и нечетными строками растра). Цифровой ноток разностных сигналов затем дополнительно сжимается с использованием дискретно-косинусного преобразования и последующего квантования.

ю 11

лш b

" li

жп-

г>. ч

SSS41

itian

и с

Рис. 2. Кодирующее устройство

Если учесть, что разностный сигнал содержит в основном НЧ составляющие, то путем прореживания этих сигналов, получим дополнительное сжатие цифрового потока.

Незначительные трудности в системе могут возникнуть при получении разностных сигналов двух соседних полей в одном кадре (межстрочная разность в пространстве). При чересстрочной развертке число строк в поле дробное и при задержке сигналов одного поля относительно другого на время Тц межстрочную разность мы не получим, так как они разнесены в пространстве. Существует несколько способов получения межстрочной (межполевой) разности.

На рисунке 3 наглядно проиллюстрирован один из принципов получения межстрочной разности в пространстве. Совмещать сигналы можно в моменты поступления сигналов четных ЛЧюлей (точка) и считывание сигналов из ЗУ с середины 1-ой строки из специального отвода с потерей 1/2 строки в нечетных полях. Можно начинать считывание сигналов из ЗУ в начале 1-ой строки с временем задержки

г =Т„+~Т

tad И 2 с

где j - период кадровой развертки, т

п с

период строчной развертки. Другие способы совмещения полей описаны в литературе [8].

г>

НтО-(М) пол™ 4 2 Han.N-поля 1_

"о^"^MtnojtTliKt:-------^ i у -—(л^ —------

^ " I Iич'с'м"^шТ~~-------- 0~(Xff мхам —_____^

—-—__ ч —-—.. ^—■—ч s —-----

^............ х

- ——

'— Ч "—1— —,........... . ..........

.... ---—.__ -V ——N ^—■—

Рис. 3. Принцип получения разностных сигналов в JV-ПОЛЯХ (для ЗУ с TflTn)

7ТТ

В рассмотренной системе для улучшения качества изображения можно периодически менять местами опорное 0-поле с Диполем в каждой второй группе полей. После декодирования сигналов порядок следования полей восстанавливается, При воспроизведении опорные О-поля будут появляться как в четных, так и в нечетных полях. То есть мы получаем визуально полноценный опорный кадр с более высоким качеством изображения, чем остальные.

Выводы

1. Предлагаемая система СЖМ компрессии видеоданных, используя внутри- и межполевое кодирование, имеет хорошие перспективы применения при управлении БПЛЛ. Система реализуема в основном на цифровых сигнальных процессорах или программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС), обеспечивает высокое качество изображения при сравнительно более простой её реализации,

2. Известные способы сжатия цифрового потока МРЕО-2, МРЕО-4, вейвлет-преобразовапие сложнее предложенного способа в смысле технической реализации, поэтому ограничены в своем применении,

3. Дополнительное прореживание отсчетов в рассмотренном случае повышает эффективность системы в сокращении цифрового потока более чем в два раза.

4. Значительно более сильные, чем в прототипе, корреляционные связи между сравниваемыми элементами обеспечивают эффективное устранение избыточности из телевизионных сообщений и делают систему перспективной при ее модернизации.

5. Преимуществом описанного устройства является улучшение качества изображения при относительно более простой схемной его реализации.

6. При необходимости система сжатия цифрового потока по предлагаемому способу легко переходит в режим работы «опорного кадра», когда передается последовательность полей, состоящая из кадров: (О, Н), (14, О), (0,Ы),..., то есть поля О и N в каждом кадре меняются местами.

7. В результате произведенной перестановки полей визуальная четкость изображения повышается. Все кадры визуально воспроизводятся с качеством изображения опорного кадра (виртуального).

Литература

1. Балобанов A.B. Разработка цифровых методов и устройств преобразования параметров сигналов изображений в системах телевидения: автореферат диссертации на соискание ученой степени к.г.н. (05.12.04)/ Балобанов Андрей Владимирович, МТУСИ, М. 2012. 25 с.

2. Безруков В.И., Балобанов В.Г. Системы цифрового вещательного и прикладного телевидения. Учебное пособие / Под ред. проф. Безрукова В,Н, М.: Горячая Линия - Телеком, 2015, 600 с.

3. Балобанов A.B., Балобанов ВТ., Безруков В.И. Сжатие цифрового потока видеосигнала в телевизионном канале связи // ИКХ. Т. 12. №3, 2013. С. 60-64,

4. Балобанов В.Г., Безруков В.Н., Балобанов A.B. Способ сжатия цифрового потока в телевизионном канале связи. Патент на изобретение № 2467499.Бюлл. №32. 2012 г.

5. Катаев С.И, Хромой Б.П., Безруков В Н., Балобанов В.Г. Способ передачи двух программ чёрно-белого телевидения. Авторское свидетельство № 301875. Бюллетень изобретений № 14, 1971.

6. Безруков В Н., Балобанов A.B., Балобанов В.Г., Кодирующее и декодирующее устройства системы сжатия цифрового потока видеоданных//ИКТ. Т. 13, №2, 2015. С. 190-196.

1. Ричардсон Ян. Видео кодирование. Н. 264 и MPEG-4 -стандарты нового поколения / Пер. с англ. В.В Чепыжева. М.: Техносфера, 2005. 368 с.

8. Смирнов A.B., Нескин А.Е. Цифровое телевидение: от теории к практике. М.: Горячая линия - Телеком, 2005. 352 с.

9. Преобразование стандартов. Применение технических решений // Журнал "625". 2005. №7. С. 79.

10. Прэтт У. Цифровая обработка изображений, М.: Издательство "Мир", 1982. Т.1-Т.2. 790 с.

11. Уильям Прэтт, Давид Д.Сакрисон и др. Методы передачи изображений. Сокращение избыточности / Пер. с англ. М: Радио и связь, 1983. 284 с.

COMPRESSION METHOD OF DIGITAL VIDEO SIGNAL IN APPLICATION TELEVISION FOR MANAGEMENT AND CONTROL OF UNMANNED AERIAL VEHICLES

Andrey V. Balobanov, MTUCI, Moscow, Russia, [email protected]

Vladimir G. Balobanov, MTUCI, Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics, Samara, Russia,

[email protected]

Abstract

The analog and digital image transmission systems used to control unmanned aerial vehicles are considered, it is proposed to use digital transmission systems compatible with analog systems, the relationships for the space-time function and the spectrum of the discretization structure for the interlaced raster are analyzed and on their basis it is concluded that the even and odd fields when implementing a digital video compression method. The method of compression of the digital video signal stream in the television communication channel when controlling unmanned aerial vehicles using the psychophysical features of human vision, which allow, without complicating the equipment, to achieve higher results of visual image quality and at the same time does not require a large delay and computational complexity. The division of fields into groups of 3 types is envisaged: O-fields, which play the role of supporting; even N-fields encoded by prediction based on the previous field within one frame; odd M-fields encoded with a prediction based on a previous odd field from another frame. Methods are proposed that increase the efficiency of digital stream compression in a television communication channel. The method is adapted to forcibly changing the current coded field to the reference one, in the case of a situation where it is impossible to restore the O-field or the M-field due to channel errors. Another difference from the compression standards used in broadcast and applied television lies in the low latency in encoding and decoding, which is the duration of the 1 field required for signal processing, which plays an important role in controlling unmanned aerial vehicles.

Keywords: coding, elimination of redundancy, MPEG, macroblocks, progressive decomposition, artifacts. References

1. Balobanov A.V. (2012). Development of digital methods and devices for converting the parameters of image signals in television systems: thesis abstract for the degree of Ph.D. (12/05/04). Moscow. 25 p.

2. Bezrukov V.N., Balobanov V.G. (2015). Systems of digital broadcasting and applied television. Tutorial. Moscow: Hotline - Telecom. 600 p.

3. Balobanov A.V., Balobanov V.G., Bezrukov V.N. (2013). Compression of the digital video signal stream in the television channel. ICT. Vol.12. No.3, pp. 60-64.

4. Balobanov V.G., Bezrukov V.N., Balobanov A.V. (2012). A method of compressing a digital stream in a television communication channel. Patent for invention number 2467499. Bull. №32.

5. Kataev S.I., Khromoy B.P., Bezrukov V.N., Balobanov V.G. (1971). The method of transmitting two programs of black and white television. Author's certificate number 301875. Bulletin of inventions number 14.

6. Bezrukov V.N., Balobanov A.V., Balobanov V.G. (2015). Encoding and decoding devices of the digital video stream compression system. ICT. Vol.13. No.2, 2015, pp. 190-196.

7. Richardson Ian. Video encoding. N. 264 and MPEG-4 - new generation standards. Translated from English by V.V. Chepyzheva. Moscow: Technosphere, 2005. 368 p.

8. Smirnov A.V., Peskin A.E. (2005). Digital television: from theory to practice. Moscow: Hotline - Telecom. 352 p.

9. Conversion standards. The use of technical solutions. Journal "625". 2005. No.7, pp. 79.

10. Pret W. (1982). Digital image processing. Moscow: Mir publishing house. Vol. 1-2. 790 p.

11. William Pratt, David D. Sakrison, et al. (1983). Image Transmission Techniques. Reduce redundancy. Translation from English Moscow: Radio and Communication. 284 p.

2I

( i л

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.