СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЦЕЛОЧИСЛЕННЫХ ОРТОГОНАЛЬНЫХ ДЕКОРРЕЛИРУЮЩИХ МАТРИЦ ЗАДАННЫХ РАЗМЕРОВ ДЛЯ ПРЯМОГО И ОБРАТНОГО ДЕКОРРЕЛИРУЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВИДЕОИЗОБРАЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF GENERATING INTEGER ORTHOGONAL DECORRELATING MATRICES OF GIVEN DIMENSIONS FOR FORWARD AND INVERSE DECORRELATING TRANSFORMATION OF VIDEO IMAGES AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Предлагаемое изобретение относится к технике передачи телевизионных сигналов с использованием кодирования и может быть использовано для анализа и восстановления изображения.
Известен способ шифрования с исправлением ошибок канала связи (см., например, патент РФ №2204886 с приоритетом от 19.12.2000 г., МПК Н04К 1/02), заключающийся в зашифровании на передающей стороне данных путем поразрядного суммирования по модулю 2 с гаммой шифра и в расшифровании данных на приемной стороне, причем на передающей стороне гаммой шифра заполняют ключевую матрицу, которую перемножают с вектором данных, а на приемной стороне сортируют элементы полученного кодового вектора в соответствии с порядком десятичного представления столбцов ключевой матрицы, после чего к получившимся кодовым векторам применяют преобразования Адамара, векторы коэффициентов поэлементно складывают и сравнивают с пороговым значением, а из получившегося выбирают максимальное значение вектора.
Недостатком известного способа является его ориентирование на работу с кодами Хемминга и с матрицами Адамара, что не обеспечивает возможности формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц размерами, заданными числами натурального ряда.
Наиболее близким аналогом-прототипом является способ рекуррентного построения ортогональных унитарных матриц (см., например, Э.Е.Дагман и Г.А.Кухарев Быстрые дискретные ортогональные преобразования, НАУКА, Сибирское отделение Новосибирск, 1983, сс.79-86), основанный на формировании последовательности ортогональных целочисленных матриц Хаара, причем началом формирования последовательности ортогональных целочисленных матриц является матрица Адамара, размером 2x2, а затем матрицы следующего порядка, размером вдвое большие, чем матрицы текущего порядка, формируют с помощью последовательности матричных операций, при которой матрицу текущего порядка умножают кронекеровским произведением слева на первый вектор-строку матрицы Адамара, размером 2×2, потом единичную матрицу размером, равным размеру матрицы текущего порядка, умножают слева на вторую вектор-строку матрицы Адамара размером 2×2, а результат второго кронекеровского произведения располагают внизу под результатом первого кронекеровского произведения, образуя матрицу размером, вдвое больше текущего, так как площадь полученной на данном шаге формирования матрицы возрастает по сравнению с площадью предыдущей матрицы в 4 раза.
Недостатком данного способа является требование равенства размерностей сформированных ортогональных матриц натуральным степеням числа «два», что не обеспечивает возможности формирования целочисленных неортогональных декоррелирующих матриц размерами, равными произвольным числам натурального ряда.
Известно устройство для шифрования с исправлением ошибок канала связи (см., например, патент РФ №2204886 с приоритетом от 19.12.2000 г., МПК Н04К 1/02), содержащее на передающей стороне генератор ключа, цифрующий блок, блоки формирования ключевой матрицы и информационного вектора, а на приемной стороне блок сортировки элементов вектора, входом соединенный с выходом блока формирования ключевой матрицы, входом подключенного к выходу генератора ключа, и последовательно связанные блок замены элементов кодового вектора, блок умножения кодового вектора на матрицу Адамара и блок принятия решения, входом соединенный с выходом блока формирования порождающей матрицы, а также блок обратного преобразования, выход которого является информационным выходом устройства.
Известное устройство обеспечивает возможность передачи информации с высокой помехозащищенностью, однако, поскольку оно ориентировано на работу с кодами Хемминга и с матрицами Адамара, с его помощью проблематична возможность формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц размерами, равными произвольным числам натурального ряда.
Наиболее близким аналогом-прототипом является устройство для формирования ортогональных унитарных матриц (см., например, Э.Е.Дагман и Г.А.Кухарев Быстрые дискретные ортогональные преобразования, НАУКА, Сибирское отделение Новосибирск, 1983, с.14), содержащее блок порождающей матрицы, а также блок умножения матриц и блок формирования последовательности целочисленных матриц.
Известное устройство не обеспечивает возможность формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц размерами, равными произвольным числам натурального ряда, так как из-за ориентированности на работу с матрицами Адамара для него обязательно соответствие равенства размерностей сформированных ортогональных матриц натуральным степеням числа «два».
Задача изобретения состоит в разработке способа формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц заданных размеров для прямого и обратного декоррелирующего преобразования видеоизображений и устройства для его осуществления, обеспечивающих возможность обработки цифровых видеоизображений любого формата.
Сущность изобретения состоит в том, что в способе формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц заданных размеров для прямого и обратного декоррелирующего преобразования видеоизображений, включающем выбор порождающей матрицы, последующее формирование матриц заданного размера и их запоминание, в качестве порождающей матрицы выбирают целочисленную ортогональную матрицу Адамара размером 2×2, а при формировании матриц заданного размера последовательно до получения требуемой матрицы формируют матрицы размерами, на единицу большими предыдущей, причем знаки всех элементов первой строки (состоящей из одних единиц) текущей матрицы меняют на противоположные, при этом слева от верхней строки полученной матрицы вводят новый целочисленный элемент, значение которого равно количеству расположенных в его же строке справа от него элементов, причем над верхней строкой полученной матрицы вводят новую строку, размер которой на единицу превышает размер строки исходной матрицы и все элементы которой имеют единичные значения, при этом недостающие элементы формируемой матрицы представляют в виде нулей.
Сущность изобретения состоит в том, что в устройство для осуществления способа формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц заданных размеров для прямого и обратного декоррелирующего преобразования видеоизображений, содержащее блок хранения порождающей матрицы Адамара размером 2×2 (далее блок хранения порождающей матрицы), блок задания размеров формируемых декоррелирующих матриц, блок оперативной памяти и блок управления, введен блок формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц заданного размера, при этом выходы блока задания размеров формируемых матриц и блока хранения порождающей матрицы соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц, третьим входом подключенного к первому выходу блока управления, вторым, третьим и четвертым выходами соединенного с первыми входами соответственно блока хранения порождающей матрицы, блока задания размеров формируемых декоррелирующих матриц и блока оперативной памяти, своим вторым входом подключенного к выходу блока формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц, четвертым входом соединенного с первым выходом блока оперативной памяти, вторым и третьим выходами подключенного соответственно к первому и второму выходам устройства для осуществления способа формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц заданных размеров, первым, вторым, третьим и четвертым входами соединенного соответственно со вторыми входами блока хранения порождающей матрицы и блока задания размеров формируемых декоррелирующих матриц, с пятым входом блока формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц и с четвертым входом блока управления.
Техническим результатом использования предлагаемого изобретения «Способ формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц заданных размеров для прямого и обратного декоррелирующего преобразования видеоизображений» является возможность прямой и обратной декорреляции цифровых видеоизображений при сжатии, восстановлении и передаче по каналам связи с минимальной вычислительной сложностью.
Техническим результатом использования предлагаемого изобретения «Устройство для осуществления способа формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц заданных размеров для прямого и обратного декоррелирующего преобразования видеоизображений» является упрощение обработки при декорреляции цифровых видеоизображений.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства для осуществления способа формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц заданных размеров для прямого и обратного декоррелирующего преобразования видеоизображений.
Устройство для осуществления способа формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц заданных размеров для прямого и обратного декоррелирующего преобразования видеоизображений содержит (фиг.1) блок 1 хранения порождающей матрицы Адамара размером 2×2 (далее блок хранения порождающей матрицы), блок 2 задания размеров формируемых декоррелирующих матриц, блок 3 формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц заданного размера, блок 4 оперативной памяти и блок 5 управления, при этом выходы блока 2 задания размеров формируемых матриц и блока 1 хранения порождающей матрицы соединены соответственно с первым и вторым входами блока 3 формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц, третьим входом подключенного к первому выходу блока 5 управления, вторым, третьим и четвертым выходами соединенного с первыми входами соответственно блока 1 хранения порождающей матрицы, блока 3 задания размеров формируемых декоррелирующих матриц и блока 4 оперативной памяти, своим вторым входом подключенного к выходу блока 3 формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц, четвертым входом соединенного с первым выходом блока 4 оперативной памяти, вторым и третьим выходами подключенного соответственно к первому и второму выходам устройства для осуществления способа формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц заданных размеров, первым, вторым, третьим и четвертым входами соединенного соответственно со вторыми входами блока 1 хранения порождающей матрицы и блока 2 задания размеров формируемых декоррелирующих матриц, с пятым входом блока 3 формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц и четвертым входом блока 6 управления.
Блок 1 хранения порождающей матрицы выполнен в виде блока ввода информации вычислительного устройства 386 серии фирмы IBM PC (см., например, B.C. Петрухин и др. «Персональные ЭВМ на основе архитектуры INTEL 80386», книга 2, «Инвеско», Обнинск, 1993, с.120), блок 2 задания размеров формируемых матриц и блок 3 формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц выполнены в виде соответствующих блоков этого вычислительного устройства, блок 4 оперативной памяти выполнен в виде, например, сервера базы данных (см., например, проспект АРИС MultiVox, ООО «Альда Универсал», www.multivox.ru), а также в виде, например, твердотельного диска на Flash-памяти типа SD25B1-350-101 фирмы SanDisk (см., например, справочник «Передовые технологии автоматизации», Москва, апрель 1999, с.25, составитель справочника и поставщик продукции фирма ProSoft, адрес в Web-http://www.prosoft.ru), а блок 5 управления выполнен в виде соответствующего устройства (см., например, описание патента РФ №2117326).
Устройство для осуществления способа формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц заданного размера для прямого и обратного декоррелирующего преобразования видеоизображений работает следующим образом:
В блок 1 вводят и запоминают данные порождающей матрицы, в качестве которой выбирают матрицу Адамара размером 2×2. Затем в блоке 2 задания размеров формируемых целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц задают размерности декоррелирующей матрицы, после чего в блоке 3 формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц последовательно, до получения требуемой матрицы формируют матрицы размерами, на единицу большими предыдущей, причем знаки всех элементов первой строки (состоящей из одних единиц) текущей матрицы меняют на противоположные, при этом слева от верхней строки полученной матрицы вводят новый целочисленный элемент, значение которого равно количеству расположенных в его же строке справа от него элементов, причем над верхней строкой полученной матрицы вводят новую строку, размер которой на единицу превышает размер строки исходной матрицы и все элементы которой имеют единичные значения, при этом недостающие элементы формируемой матрицы представляют в виде нулей.
В приложении приведены функциональная схема, иллюстрирующая способ формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц заданных размеров для прямого и обратного декоррелирующего преобразования видеоизображений и пример итерационного процесса формирования целочисленных ортогональных декоррелирующих матриц размера от 3×3 до 8×8 элементов.