Цифровые видеоинформационные системы (теория и практика)

Содержание книги "Цифровые видеоинформационные системы"

Вступительное слово академика РАН А.С. Бугаева
Предисловие
Часть I. Видеоинформационные приложения и объем цифровой информации
Введение
Глава 1. Форматы изображений. Статические и динамические эталонные изображения
1.1. Аналоговые и цифровые растровые изображения
1.2. Цветовые системы
1.3. Статические и динамические эталонные изображения
Глава 2. Системы формирования и передачи видеоинформации
2.1. Монохромное телевидение
2.2. Цветное телевидение
2.2.1. Система NTSC
2.2.2. Система PAL
2.2.3. Система SECAM
2.2.4. Цифровые компонентные телевизионные сигналы
2.3. Телевидение повышенной, высокой и сверхвысокой четкости, «цифровое кино»
2.4. Видеотелефония и видеоконференцсвязь, домашнее видео
2.5. Графические изображения, факсимильные системы и интерактивные системы передачи изображений
Глава 3. Цифровое представление видеоинформации
3.1. Представление изображения конечным объемом данных
3.2. Фурье-преобразование, теорема о дискретизации
3.3. Изображение, изменяющееся во времени
3.4. Квантование. Импульсно-кодовая модуляция
Литература к части I
Часть II. Статистическая и визуальная избыточность изображений
Введение
Глава 4. Статистическая избыточность дискретизированных данных
4.1. Информационная теорема
4.2. Виды статистического кодирования
4.2.1. Методы представления целых чисел
4.2.2. Алгоритм Шеннона–Фано
4.2.3. Алгоритм Хаффмана
4.2.4. Блочное и условное кодирование
4.2.5. Арифметическое кодирование
4.2.6. Словарные методы кодирования дискретной информации
4.2.7. Статистические методы моделирования дискретной информации
4.2.8. Контекстные методы энтропийного кодирования
4.3. Кодирование с преобразованием
4.3.1. Кодирование с предсказанием
4.3.2. Кодирование с дискретным преобразованием
4.4. Статистика монохромных и цветных изображений
4.4.1. Статистика монохромных изображений без преобразования
4.4.2. Статистика монохромных изображений с преобразованием
4.4.3. Статистика цветных изображений
4.5. Кодирование с сокращением объема передаваемой информации
Глава 5. Визуальная избыточность изображений
5.1. Заметность пространственных изменений яркости изображений
5.2. Заметность временных изменений яркости изображений
5.3. Влияние помех
5.4. Специфические особенности восприятия цветов
5.5. Методы субъективной оценки качества изображений
5.6. Компьютерные методы хранения изображений
Литература к части II
Часть III. Основные методы сжатия изображений
Введение
Глава 6. Непосредственное кодирование изображений и кодирование с предсказанием
6.1. Импульсно-кодовая модуляция
6.2. Кодирование изображений с предсказанием, дифференциальная импульсно-кодовая модуляция
6.3. Основные виды предсказания
6.3.1. Внутрикадровое предсказание
6.3.2. Межкадровое предсказание
6.4. Квантование сигналов, ошибки предсказания
6.5. Помехоустойчивость кодирования с предсказанием
Глава 7. Групповое кодирование изображений
7.1. Дискретные линейные ортогональные преобразования
7.1.1. Дискретное преобразование Фурье
7.1.2. Преобразование Хаара
7.1.3. Преобразование Уолша–Адамара
7.1.4. Дискретное синусное преобразование
7.1.5. Дискретные косинусные преобразования
7.1.6. Преобразование Кархунена–Лоэва
7.1.7. Другие виды преобразований
7.2. Квантование коэффициентов преобразования
7.3. Кодирование коэффициентов преобразования
7.4. Межкадровое или трехмерное кодирование
Глава 8. Другие методы кодирования изображений
8.1. Кодирование с использованием гибридных преобразований
8.2. Другие методы блочного и интерполяционного кодирования
8.3. Фрактальные методы кодирования изображений
Глава 9. Вейвлеты и кратномасштабная обработка изображений
9.1. Непрерывное вейвлет-преобразование
9.2. Дискретное вейвлет-преобразование
9.3. Кратномасштабный вейвлет-анализ
9.4. Основные сведения о субполосном кодировании
9.4.1. КИХ-фильтры с нечетным числом отсчетов цифровой решетки и линейной (нулевой) ФЧХ
9.4.2. КИХ-фильтры с четным числом отсчетов цифровой решетки
9.4.3. Квадратурно-зеркальные КИХ-фильтры
9.4.4. Кратномасштабное дискретное вейвлет-преобразование изображений
9.4.5. Использование банков трехполосных КИХ-фильтров при обработке изображений
Литература к части III
Часть IV. Внутрикадровая и межкадровая обработка изображений
Введение
Глава 10. Внутрикадровое кодирование изображений
10.1. Изменения коэффициентов квантования блоков в JPEG-подобных алгоритмах видеокомпрессии
10.2. Направленное пространственное внутрикадровое предсказание
10.2.1. Режим предсказания пикселов яркости блоков 4×4
10.2.2. Режим предсказания пикселов яркости блоков 8×8
10.2.3. Режим предсказания пикселов яркости блоков 16×16
10.2.4. Режим предсказания пикселов блоков цветности
10.3. Уменьшение влияния блокинг-эффекта
Глава 11. Обработка изображений при кратномасштабном анализе
11.1. Оценка энергетических характеристик изображения в зависимости от вида вейвлет-базиса разложения
11.2. Выбор маски квантования высокочастотных компонент вейвлет-преобразования изображений
11.3. Обработка тестовых изображений двухполосными вейвлет-фильтрами
11.4. Обработка тестовых изображений трехполосными вейвлет-фильтрами
Глава 12. Методы анализа и компенсации движения в динамических изображениях
12.1. Основные методы анализа движения
12.1.1. Метод полного перебора
12.1.2. Логарифмический, комбинированный по двум направлениям, трехшаговый, иерархический методы
12.1.3. Методы, основанные на оптическом уравнении
12.1.4. Использование временной и пространственной корреляции для поиска векторов движения
12.1.5. Использование временной и пространственной корреляции векторов с оптимизацией возмущения битового потока
12.1.6. Метод полного перебора с преобразованием Фурье
12.1.7. Методы фазовой корреляции
12.1.8. Оптимизация поиска векторов движения по стандарту MPEG-4 (метод быстрого поиска MVFAST)
12.2. Повышение эффективности анализа движения по опорным точкам
12.3. Дополнительные возможности компенсации движения деталей в динамических изображениях
12.4. Анализ смены сюжета в динамических изображениях
Литература к части IV
Часть V. Основные стандарты цифрового кодирования видеоинформации
Введение
Глава 13. Стандарты кодирования статических изображений
13.1. Стандарт JPEG и его модификация
13.2. Стандарт JPEG-2000
Глава 14. Стандарты кодирования динамических изображений
14.1. H.261 - первый стандарт видеокодирования МСЭ
14.2. H.263. Видеокодирование для систем связи с низкой пропускной способностью
14.3. MPEG-1 - кодирование видео- и аудиоинформации для цифровых систем с объемом данных приблизительно до 1,5 Мбитов/c
14.4. MPEG-2. Кодирование динамических изображений и связанной с ними звуковой информации
14.4.1. Общие положения
14.4.2. Совместимость стандартов MPEG-1 и MPEG-2
14.4.3. Масштабируемость в MPEG-2
14.4.4. Профили и уровни
14.4.5. Транспортный и программный потоки MPEG-2
14.4.6. Видеопоток стандарта MPEG-2
14.4.7. Структура битового потока видеопоследовательности стандарта MPEG-2
14.5. MPEG-4. Обобщенное кодирование аудиовизуальных объектов
14.5.1. Кодированное представление медийных объектов
14.5.2. Аудиообъекты
14.5.3. Видеообъекты
14.6. H.264/MPEG-4 часть 10 AVC - улучшенное видеокодирование
14.6.1. Профили и уровни стандарта H.264/AVC
14.6.2. Эффективность сжатия в стандарте H.264/AVC
14.6.3. Уровень сетевой абстракции
14.6.4. Уровень видеокодирования
14.6.5. Преобразование, масштабирование и квантование
14.6.6. Деблокирующая фильтрация
14.6.7. Энтропийное кодирование
14.7. Некоторые проблемы реализации видеокодирующих систем
14.7.1. Методика построения промежуточных кадров видеопоследовательности
14.7.2. Методика регулировки потока при сжатии динамических изображений
14.7.3. Анализ смены сюжета
14.7.4. Оценка быстродействия кодирования изображений
14.7.5. Возможности кодирования стереоскопических изображений в рамках совместимости со стандартами MPEG
14.8. Визуализация параметров видеокодирования
Литература к части V
Часть VI. Основные методы кодирования речевой и звуковой информации
Введение
Глава 15. Основные характеристики и цифровое представление звуковой информации
15.1. Статистика мгновенных значений и уровней звуковых сигналов
15.2. Спектральные характеристики звуковых сигналов
15.3. Огибающая и мгновенная частота звуковых сигналов
15.4. Пространственное восприятие звуковых сигналов
15.5. Основные принципы цифровых преобразований звуковых сигналов
15.6. Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование звуковых сигналов
15.6.1. Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ)
15.6.2. Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ)
15.6.3. Сигма-дельта-модуляция (СДМ)
15.7. Принципы кодирования речевой и звуковой информации
15.7.1. Принципы кодирования речевой информации
15.7.2. Принципы кодирования звуковой информации
15.8. Предыскажения звуковых сигналов при цифровом кодировании
Глава 16. Основные стандарты кодирования речевой информации
16.1. G.711 - стандарт кодирования речи с применением ИКМ
16.2. G.722 - кодирование речи со спектром до 7 кГц в цифровой поток 64 кбитов/c
16.3. G.723.1 - речевой кодек с двумя скоростями потока - 5,3 и 6,3 кбитов/с
16.4. G.726 - речевой кодек АДИКМсо скоростями 40, 32, 24, 16 кбитов/c
16.5. G.727 - речевой кодек с алгоритмом вложенной АДИКМ
16.6. G.728 - речевой кодек с выходным потоком 16 кбитов/с и малой задержкой
16.7. G.729 - речевой кодек со скоростью 8 кбитов/c
16.8. GSM - речевой кодек для систем сотовой связи
16.9. GIPS iLBC - кодек, предназначенный для передачи речи по IP-сетям
16.10. Speex - свободный кодек, предназначенный для передачи речи по IP-сетям
Глава 17. Стандарты кодирования звуковой информации
17.1. MPEG-1 Audio - кодирование аудиоинформации для цифровых систем с потоком до 1,5 Мбит/c
17.1.1. MPEG-1 Audio Layer-1 - профессиональная система кодирования аудиоинформации с высоким качеством
17.1.2. MPEG-1 Audio Layer-2 - система кодирования аудиоинформации для высококачественного телерадиовещания
17.1.3. MPEG-1 Audio Layer-3 - система кодирования аудиоинформации для Интернет-вещания
17.2. MPEG-2 Audio - стандарт кодирования аудиоинформации для многоканального стереофонического вещания
17.3. MPEG-2 AAC - стандарт усовершенствованного аудиокодирования
17.4. MPEG-4 Audio - стандарт аудиокодера для мультимедийных приложений
17.5. Dolby AC3 - стандарт аудиокодера для телевидения и других применений
17.6. Совершенствование алгоритмов сжатия звука на основе стандарта AAC
17.6.1. Общие алгоритмы кодека AAC
17.6.2. Метод спектрального дублирования SBR
17.6.3. Параметрическое стереокодирование PS
17.6.4. Конфигурации режимов работы кодеков AAC и HE-AAC
Глава 18. Подавление акустического эха в системах телеконференцсвязи
18.1. Основные положения
18.2. Алгоритмы подавления акустического эха
18.3. Принципы линейной адаптивной фильтрации
18.4. Детектор двойного разговора
18.5. Подавление акустического эха на базе фильтра Калмана
18.6. Особые случаи
18.7. Метрологические требования к подавлению акустического эха
Литература к части VI
Часть VII. Основные методы и системы канального кодирования и модуляции цифровой информации
Введение
Глава 19. Помехоустойчивое кодирование в системах передачи цифровой информации
19.1. Принципы кодирования источника сообщений
19.1.1. Теоретические предпосылки помехоустойчивого кодирования
19.1.2. Классификация помехоустойчивых кодов
19.2. Линейные блочные коды
19.2.1. Математическое описание линейных блочных кодов
19.2.2. Свойства линейных блочных кодов
19.2.3. Практические примеры блочных кодов
19.3. Циклические коды
19.3.1. Понятие циклического кода
19.3.2. Порождающая и проверочная матрицы циклического кода
19.3.3. Систематическое кодирование циклическими кодами
19.3.4. Обнаружение ошибок
19.3.5. Исправление однократных ошибок
19.3.6. Общий принцип декодирования циклических кодов
19.3.7. Арифметика полей Галуа
19.3.8. Циклические коды Хэмминга
19.3.9. CRC-коды
19.3.10. Двоичные БЧХ-коды
19.3.11. Коды Рида–Соломона
19.4. Сверточные коды
19.4.1. Систематические сверточные коды
19.4.2. Управление скоростью кодирования
19.4.3. Представление сверточных кодеров в виде цифровых фильтров
19.4.4. Диаграммы состояний и кодовые решетки
19.4.5. Декодирование сверточных кодов
19.5. Турбокодирование
19.5.1. Основные положения
19.5.2. Обобщенная схема турбокодера TCC с параллельным каскадированием
19.5.3. Сверточные турбокоды
19.5.4. Декодирование турбокодов
19.5.5. Характеристики помехоустойчивости сверточных турбокодов ТСС
19.5.6. Блочные турбокоды
19.6. Низкоплотностные коды
19.6.1. Основные положения
19.6.2. Классификация LDPC-кодов
19.6.3. Методы построения проверочных матриц
19.6.4. Алгоритмы декодирования низкоплотностных кодов
19.6.5. Оценка сложности алгоритмов декодирования
Глава 20. Системы модуляции и сигнального кодирования цифровой информации
20.1. Созвездия дискретной модуляции
20.1.1. Одномерные и двумерные созвездия
20.1.2. Сигнальные созвездия квадратурно-амплитудной модуляции
20.1.3. Фильтрация сигналов в передающих и приемных устройствах
20.2. Система многочастотной модуляции
20.2.1. Структурные схемы OFDM-модуляторов и демодуляторов
20.2.2. Защитный интервал, устранение интерференции между несущими частотам
20.2.3. Иерархические режимы OFDM-модуляции
20.3. Алгоритмы синхронизации OFDM-сигналов в приемных устройствах
20.3.1. Методы демодуляции OFDM-сигнала
20.3.2. Оценка частотного смещения при приеме OFDM-сигнала
Литература к части VII
Часть VIII. Основные стандарты систем цифрового телевизионного вещания
Введение
Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания
21.1. Стандарт цифрового телевидения ATSC
21.2. Система цифрового наземного телевизионного вещания DVB-T
21.3. Усовершенствованная система цифрового наземного ТВ-вещания DVB-T2
21.4. Система цифрового спутникового телевизионного вещания DVB-S
21.5. Система высокоскоростного цифрового спутникового ТВ-вещания DVB-S2
21.6. Система цифрового кабельного телевизионного вещания DVB-C
21.7. Система высокоскоростного цифрового кабельного ТВ-вещания DVB-С2
21.8. Система наземного цифрового телевизионного вещания ISDB-T
21.9. Система цифрового спутникового многопрограммного ТВ-вещания ISDB-S
21.10. Система цифрового кабельного многопрограммного ТВ-вещания ISDB-С
21.11. Система цифрового наземного телевизионного вещания DTMB
21.12. Эффективность использования систем цифрового ТВ-вещания в России
Литература к части VIII
Часть IX. Стандарты систем мобильного радиовещания и видеоконференцсвязи
Введение
Глава 22. Стандарты цифрового мобильного радиовещания
22.1. Система мобильного телевизионного вещания DVB-H
22.2. Система мобильного телевизионного вещания MediaFLO
22.3. Система мобильного мультимедийного вещания T-DMB
22.4. Аудиовизуальная информационная система реального времени РАВИС
22.5. Цифровое радиовещание DRM+ в ОВЧ-диапазоне частот
Глава 23. Системы видеоконференцсвязи
23.1. Основные стандарты систем видеоконференцсвязи
23.2. Возможности технологии видеоконференцсвязи
Литература к части IX