'

Теория и методы построения цифровых программируемых инфокоммуникационных систем

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

к.т.н. Кулешов С. В. Теория и методы построения цифровых программируемых инфокоммуникационных систем диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.11 – Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей   Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН Лаборатория автоматизации научных исследований 1


Слайд 1

Научная проблема: диссертационная работа является междисциплинарным исследованием в области современной цифровой технологии импульсно-временной регистрации сигналов, контейнерной транспортировки, согласования межканальных протоколов и семантических методов представления, хранения и передачи информационного контента. Цель работы: повышение эффективности систем инфокоммуникации за счет применения парадигмы программируемого когнитивного канала передачи данных и разработка на этой основе научно обоснованной методологической базы и программно-технических решений. 2


Слайд 2

Положения, выносимые на защиту Концепция и теоретические основы цифровой программируемой технологии построения инфокоммуникационных систем. Архитектура цифрового коммуникационного канала с процессорными элементами. Методологический подход построения гибридных кодеков с заданными параметрами для компрессии видеоданных. Техническое решение для оптимизации энергетических и информационных характеристик цифровых инфокоммуникационных систем. Совокупность алгоритмов и программ для компрессии видеоданных с использованием их представления в виде 3D-пространства, которая унифицирует анализ и обработку пространственных и временных параметров видеопоследовательности. Программно-аппаратные и технологические решения универсальной коммуникационной платформы на базе ПЛИС с ориентацией на семантику передаваемых данных. 3


Слайд 3

Задачи Исследование основных направлений в области построения систем передачи цифровых данных. Разработка теоретических основ, архитектуры цифрового коммуникационного канала с процессорными элементами. Разработка методов и программ построения гибридных кодеков с заданными параметрами, определяемыми задачей. Создание формализма терминальных программ для оценки предельной сложности цифрового информационного объекта. Разработка методов и критериев оценки адекватности цифровых программируемых инфокоммуникационных систем. Семантический анализ текстовых, аудио- и видео- данных. Обобщение и оценка результатов исследований по проблеме организации программируемых каналов передачи данных с оценкой эффективности полученных результатов. 4


Слайд 4

Сопоставления парадигм: волновой (аналоговой) и программируемой (цифровой) передачи данных Тракт волновой (аналоговой) обработки. Тракт цифровой обработки. 5


Слайд 5

Аналоговые и цифровые каналы связи 6


Слайд 6

Глоссарий цифровых программируемых инфокоммуникационных систем SDR Forum 2011 – объявленные темы: радиотехнологии следующего поколения передовые беспроводные сети и инфраструктура технологии когнитивного радио внедрение коммуникационной архитектуры программного обеспечения разработка систем с использованием коммуникационной архитектуры программного обеспечения стандарты реконфигурируемого радио и компонентов поддержки применение открытых источников в военных системах связи Глоссарий, предложенный SDR Forum, предназначен для унификации определений в области программируемого и когнитивного радио на основе сотрудничества SDR форума и рабочей группы IEEE P1900.1. В данной работе расширено интерпретационное русскоязычное терминологическое соответствие ЦПТ (приложение 4) 7


Слайд 7

Контент, контейнер, канал 8


Слайд 8

Гибридный кодек К понятию согласования интерфейсов в реконфигурируемой среде. Структура гибридного кодека. 9 – функциональные классы модулей – конфигурация кодека Условия согласования интерфейсов для функциональных классов модулей:


Слайд 9

Обобщенная схема передачи цифровых данных 10


Слайд 10

Обобщенная схема компрессии данных Исходный элемент данных 11


Слайд 11

Компрессия двумерных данных Матрицы преобразования, дающие эффективную компрессию - не требуют вычислений дискретно-косинусного преобразования, постулируемых в традиционном алгоритме JPEG сжатия 12


Слайд 12

Ограничения и возможности пакетной передачи цифровых данных X, Y – битовая последовательность источника (X) и приемника (Y) Sx, Sy – скорость потока источника и приемника (бит/с) Lx, Ly – длина битовой последовательности источника и приемника (бит) S(t) – величина динамической скорости потока в момент времени t (бит/с) Ограничение на параметры цифрового канала связи Основное свойство цифрового канала передачи данных (возможность обмена времени передачи на скорость канала и наоборот) где – временной отрезок, на котором значение постоянно. Учитывая постулат Колмогорова о существовании программы p для передачи последовательности X, причем (в худшем случае последовательность X будет представлена в виде программы вывода самой себя с накладными расходами ) получим соотношение: 13


Слайд 13

К понятию сложности данных: терминальные программы Зависимость длины программы l(P) от длины входной последовательности S10 =ABBBBABBBB TP: С(3,2) OUT A C(1,4) OUT B min l(P)=4 S9 =ABBBBABBB TP: OUT A C(1,4) OUT B OUT A C(1,3) OUT B min l(P)=6 C (x,y) - повтор следующих x операций y раз OUT x – вывод значения x в выходной поток Определение сложности по В.И. Арнольду S3 =111 S3 =001, 011, … 14


Слайд 14

Идея представления видеопотка как 3D-пространства 15


Слайд 15

Алгоритм STVC для компрессии видеопотока как 3D-представления 16 Этап 3D-ДКП Этап квантования 1101011010... 10101.. Вторичная компрессия Битовый поток 10110111010…


Слайд 16

Пирамидальное представление данных и динамическое управление компрессией Стандартная компрессия JPEG Пирамидальная компрессия с динамическим управлением порогом Пирамидальное представление 2-мерных данных 17


Слайд 17

Компрессия многомерных данных Схема кодирования Дискретизация 3D-данных Схемы развертки 3D-данных в 18


Слайд 18

Применение: компрессия данных компьютерной томографии Параметры кодека: Размер элемента 3D данных: 16x16x16 Нормализация данных: 3D DCT + зигзаг сканирование Квантование: подбирается экспериментально под задачу Вторичное сжатие: арифметическое кодирование 19


Слайд 19

Применение: компрессия многомерных данных (рельефы земной поверхности) Параметры кодека: Размер элемента 3D данных: 16x16x16, 8x8x8 Нормализация данных: 3D DCT + зигзаг сканирование, пирамидальное представление Квантование: подбирается экспериментально под задачу Вторичное сжатие: арифметическое кодирование, кодирование Хаффмана 20


Слайд 20

Применение: представление реального трехмерного видео (True3D Vision) Кодирование Стереопара с фиксированной точкой съемки Представление данных в виде последовательности изменяющихся трехмерных пространств Декодирование 21


Слайд 21

Задача оптимизации энергопотребления при организации удаленного присутствия Стационарный объект Автономный удаленный объект (ДПЛА) Пул каналов передачи данных Цель – увеличение времени работы от автономного источника питания путем оптимизации канала передачи данных 22


Слайд 22

Принцип энергоинформационной оптимизации Кодер (сжатие данных) Передатчик данные антенна Общая энергия при передаче цифрового потока Eк – энергопотребление кодера; Eп – энергопотребление передатчика; ?(I) – величина компрессии информационного сообщения I 23


Слайд 23

Критерий адекватности цифровых трактов передачи данных Несоответствие цветовых диапазонов камеры (черная линия) и устройства отображения (белая линия). Характеристическое изображение для цифрового тракта с компрессией на базисе DCT Характеристическое изображение для цифрового тракта с компрессией на базисе DWT 24


Слайд 24

Реализация: программные продукты Референсная реализация кодера-декодера видеопотка Программный декодер видеопотка (плейер) Сравнение параметров видеокодеков 25


Слайд 25

Структура универсальной цифровой платформы передачи видеоданных 26


Слайд 26

Оценочная плата универсальной цифровой платформы 27


Слайд 27

Экспериментальная летающая платформа на базе ДПЛА вертолетного типа GPS Камера Коммуникационное оборудование Оборудование телеуправления 28


Слайд 28

Приложение к задачам обработки текстовых данных 29


Слайд 29

Основные публикации 17 статей в журналах из перечня ВАК, 1 монография, 1 учебно-методическое пособие Кулешов С.В. Пространственно-временное представление, обработка и компрессия видеопотока. — "Информационно-измерительные и управляющие системы", №4, т.6, 2008. — С. 33-37. Александров В.В., Кулешов С.В. Этерификация и терминальные программы — "Информационно-измерительные и управляющие системы", №10, т.6, 2008. — С. 50-53. Кулешов С. В. Терминальные программы "цифровой" передачи и обработки данных, энергетическая и информационная эквивалентность. // "Информационно-измерительные и управляющие системы", №9, т.5, 2007. С. 10-15 Кулешов С. В. Потенциальные свойства цифровых каналов передачи данных — Изв. вузов. Приборостроение. 2010. Т. 53, № 11, с. 16–19 Кулешов С.В., Аксенов А.Ю., Зайцева А.А. О критерии адекватности цифровых трактов передачи данных — "Информационно-измерительные и управляющие системы", №4, т.7, 2009. — С. 75-77 Александров В.В., Кулешов С.В. Цифровая программируемая технология управления робототехническими комплексами — "Мехатроника. Автоматизация. Управление" №2, 2011 — cтр. 21 – 24 Кулешов С.В. Реконфигурируемая коммуникационная платформа передачи радиолокационных данных. Вопросы радиоэлектроники. — Вып. 1., 2010. стр.173-177 Кулешов С.В. Оптимизация энергоинформационной передачи данных. — "Информационно-измерительные и управляющие системы" №11, т.7, 2009. – С.16-21. 30


Слайд 30

Основные результаты Предложена концепция и теоретические основы цифровой программируемой технологии построения инфокоммуникационных систем. Введено понятие цифрового информационного объекта и его свойств. На основе предложенного подхода показана независимость компонентов цифрового информационного объекта (канала, контейнера, контента). Предложен принцип сепарации представления цифрового контента на транспортный битовый поток и порождающую программу. Показана эквивалентность представления битового потока как в виде данных, так и в виде терминальной программы. Предложена архитектура цифрового коммуникационного канала с процессорными элементами. Сформулированы базовые свойства цифровых каналов с процессорными элементами и ограничения на возможности их применения. Введено понятие гибридного кодека как реконфигурируемого элемента в рамках технологии программируемых инфокоммуникационных систем. Предложена методология построения гибридных кодеков с заданными параметрами для компрессии видеоданных. Разработан метод, алгоритм, программы для 3D-представления видеоданных, унифицирующие анализ и обработку пространственных и временных параметров видеопоследовательности. Разработаны алгоритмы и программы для компрессии видеоданных с использованием такого представления. 31


Слайд 31

Спасибо за внимание! 32


×

HTML:





Ссылка: