快速流程模式

快速流程模式（精选7篇）

快速流程模式 篇1

快速流程 (fast track, FT) 又称术后加强康复计划, 它基于患者围手术期病理生理的变化而采取的一系列术前、术中及术后综合管理措施, 从而达到缩短住院时间、提高质量效率、减少术后并发症的目的。FT包括术前宣教, 改良甚至无需肠道准备, 减少甚至无需常规给予预防性抗生素, 缩短术前禁食时间, 合适的麻醉方式如硬膜外麻醉或给予短效麻醉剂, 围手术期吸入高浓度氧气, 防止围手术期液体负荷超载, 微创切口, 使用非阿片类镇痛剂, 无需常规留置鼻胃管, 早期拔尿管, 及早的术后进食和下床活动等[1]。腹腔镜手术因其创伤小、术后恢复快、住院时间短、手术瘢痕小等优点在妇科手术领域得到广泛应用。但是腹腔镜手术亦有其特殊的并发症, 比如高碳酸血症、术后创面渗液明显多于传统开腹手术。妇科腹腔镜手术常规放置腹腔引流是否符合FT的理念, 国内尚未见报道, 但已有研究证实, 腹腔镜胆囊切除术后腹腔引流的放置对患者术后的恢复是有利的[2]。本文就近半年来我院腹腔镜手术放置腹腔引流后患者术后的恢复情况进行观察, 探讨其临床意义, 现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2010年3月1日至2010年8月30日在我院行腹腔镜下子宫肌瘤挖除术和附件手术的403例患者作为研究对象 (其中子宫肌瘤174例, 卵巢巧克力囊肿72例, 卵巢畸胎瘤65例, 卵巢单纯性囊肿50例, 异位妊娠42例) , 除外输卵管系膜囊肿摘除术患者 (此类患者手术时间较短、创面小, 故排除) 。按手术种类和放置引流与否分为4组, 附件引流组116例, 附件非引流组113例, 肌瘤引流组91例, 肌瘤非引流组83例。4组一般临床特征比较, 附件引流组与非引流组、肌瘤引流组与非引流组差异均无统计学意义 (P>0.05) , 见表1。参照1985年修订的美国生育协会EMS分期标准 (AFS-r) [3], 术中观察4组患者的盆腔粘连程度, 根据其粘连的范围及致密程度分为轻、中、重度, 经卡方检验, 引流组与非引流组差异无统计学意义 (P>0.05) 。

1.2 手术方法

采用美国Stryker电视腹腔镜系统, 选择气管插管静脉复合麻醉, 均取仰卧头低足高位, 常规消毒铺巾, 安置尿管, CO2气腹压力均维持在14 mmHg。

1.2.1 腹腔镜子宫肌瘤挖除术

根据肌瘤的位置和子宫的大小选择切口的位置, 单极电勾切开子宫表面肌瘤突起的部分, 确定子宫壁与肌瘤的界限, 将肌瘤剥除并打碎后取出腹腔。用可吸收缝线进行单层或双层缝合。充分止血, 冲洗腹腔, 用直径0.5 cm的橡胶管 (一头剪3个直径约0.5 cm的引流孔) 通过腹壁0.5 cm的戳卡孔置入盆腔, 放置于直肠子宫陷凹处, 走行于附件下方出腹壁, 将一次性负压引流器与橡胶管相连。术毕缝合腹壁将引流管固定以防滑脱。

1.2.2 腹腔镜附件手术

包括卵巢囊肿剥除术、附件切除术、异位妊娠保留或切除输卵管手术。剥除的卵巢囊肿、切除的附件、异位妊娠组织标本均装入手套制作的取物袋内取出。充分止血和冲洗腹腔, 放置腹腔引流的过程和方法同上。

1.3 观察方法

根据放置引流与否, 观察引流组与非引流组患者术后恢复情况。观察指标包括术后48小时内腹围恢复情况 (以每个患者术前腹围为基础, 分别在术后24和48小时监测患者腹围与术前腹围相比较) 、肛门排气时间、肩部或膈肌的疼痛缓解情况 (疼痛评分采用0～10数字疼痛强度量表 (NRS) , 分别在术后6、24、48小时记录患者的疼痛评分) 、术后体温恢复正常的时间 (即手术结束到术后体温恢复正常的时间) 、术后住院时间。

1.4 统计学处理

所得数据undefined表示, 用SPSS 13.0统计软件行t检验。

2 结 果

2.1 一般情况

4组患者无一例出现伤口感染、引流口感染或通过引流口导致的腹腔内感染。放置引流的患者中无一例出现拔管时引流管断裂、肠管或大网膜崁顿, 其中35.3% (73例) 患者诉引流口疼痛较伤口的疼痛明显, 56.0% (116例) 的患者诉肩部和 (或) 膈肌疼痛。放置引流207例患者中, 通过引流管发现腹腔内明显渗血 (引流量约300ml) 和胆汁样引流物 (引流量约80ml) 各1例。未放置引流196例患者中56.1% (110例) 诉腹胀明显, 75.0% (147例) 诉肩部和 (或) 膈肌疼痛。

2.2 4组患者术后疼痛和腹围情况的比较

不同的手术种类放置引流与未放置引流相比, 术后6小时疼痛评分, 差异均无统计学意义 (P>0.05) ;术后24小时的腹围恢复情况和疼痛的缓解差异均无统计学意义 (P>0.05) ;术后48小时疼痛评分与术后6小时的疼痛评分的差值即为术后疼痛的缓解程度, 术后48小时内疼痛缓解程度引流组优于非引流组 ( P<0.05) ;术后48小时测得腹围与术前腹围的差值即为术后腹围的恢复情况 (差值越小, 表明腹围恢复情况越好) , 引流组术后腹围的恢复情况优于非引流组 ( P<0.05) 。见表2。

2.3 4组患者术后的体温、肠道功能恢复等临床特征比较

引流组肛门排气时间和术后住院时间均低于非引流组 (P<0.05) , 术后体温恢复正常的时间引流组低于非引流组 (P<0.05) 。见表3。

3 讨 论

3.1 放置腹腔引流需注意的相关问题

3.1.1 引流管的选择

理想的引流物应满足以下几个要求: ①质软可弯曲且不易被压或吸瘪; ②对组织无刺激或刺激性小, 不易诱发感染; ③表面光滑, 不易堵塞;④不易断裂、 变质; ⑤X 线不能透过[4]。我院选择的引流管为一次性橡胶导尿管与负压引流器连接而成, 引流管的引流口数量一般以3个为宜, 引流口的大小与引流管直径相当。如引流口过小, 可能导致引流不畅, 从而导致腹腔渗液积聚炎症扩散;如引流口过大, 引流器的负压可能导致肠管或大网膜堵塞引流口影响引流效果, 还可能在拔出引流管的过程中导致引流管的断裂, 部分引流管残留腹腔。

3.1.2 引流管的放置

应遵循低位的原则放置在盆底, 从盆腔脏器的下方走行出腹腔, 避免压迫肠管及脏器, 确保引流通畅避免扭曲, 腹壁缝合固定引流管时, 应注意避免将其缝至组织深处。

3.1.3 引流的观察和护理

引流管应保持通畅和引流管腹壁出口处清洁干燥, 及时更换负压引流器, 记录引流液的量和性状。正确掌握放置引流管的时间, 根据术中的情况、引流液的量和性状来决定拔管时间。一般腹腔镜下肌瘤挖除术或附件手术放置引流, 24小时内无明显渗血渗液可以拔除。如果引流管内无渗液引出, 则应指导患者床上翻身改变体位、引流管适当松动等方法继续观察;如引流出较多暗红色液体, 可以通过观察患者其他生命体征如血压、脉搏、尿量、心率、患者的自我反应等情况综合考虑, 稳定的情况下可以期待治疗;如引流液为类似尿液、胆汁或引流液每小时超过20 ml等, 则行急诊腹腔镜手术剖腹探查[5]。在本文安置引流的病例中, 1例患者行子宫肌瘤挖除术后24小时内引流出300 ml暗红色液体, 患者生命体征平稳, 保留引流管期待疗法36小时后, 暗红色引流液逐渐减少, 最后顺利拔管痊愈出院;另1例患者行卵巢巧克力囊肿剥除术, 术中盆腔粘连较严重, 术后36小时引流管内引流出胆汁样液体约80ml, 高度怀疑小肠损伤, 及时行剖腹探查进行小肠修补术, 术后放置引流7天痊愈出院。以上2例患者如没有放置腹腔引流, 那么有持续性渗血需要在血压下降、患者有临床症状后才可能发现;如有小肠损伤需要在术后3～4天出现全腹膜炎症状后才能进行手术修补。放置腹腔引流后可及时发现问题, 评估问题的严重程度, 进而采取最快最有效的方法来处理。因此, 腹腔引流的放置, 通过观察引流液的量和性质, 可作为腹腔内渗血、渗液、尿瘘、肠瘘等的观察窗。

3.2 腹腔引流管对患者术后恢复的影响

腹腔镜作为一种微创手术, 有其特殊的并发症, 比如术后肩部或膈肌疼痛、腹胀、术后腹腔渗血渗液等都可能影响患者的恢复。

3.2.1 术后患者疼痛主要是肩部或膈肌的疼痛, 这与腹腔镜采用的手术体位、CO2气腹和麻醉等有关。腹腔镜手术的整个过程患者头低足高位, 身体的重量集中在肩托的部位, 肩部因局部受压可导致术后的疼痛;CO2这种酸性气体作气腹可以刺激腹壁神经, CO2经腹膜吸收后在局部组织内造成的酸性环境会对膈神经产生损伤放射至肩部, 可以引起术后肩部或膈肌的疼痛[6];腹腔镜手术后腹部平片检查发现残余气体最多可以持续7～9天, 平均 2～6天, 术后腹腔内酸化引起腹膜刺激征和腹膜张力下降从而导致疼痛[7]。本资料显示未放置引流的患者术后因残余气体导致腹围增大, 放置引流的患者负压引流可以帮助术后残余气体的吸收, 从而有效地减轻术后肩部疼痛, 这与Jackson等[8]及Jorgensen等[2]的报道相符。

3.2.2 术后腹腔内渗血渗液积聚、吸收可导致明显的炎症反应, 表现为患者体温的升高, 影响患者的恢复。从安置引流的患者术后引流液的量和性质的观察可以看出, 即使术中止血充分, 腹腔冲洗彻底, 但是术后引流液还是可以引流出颜色深浅不一的血性渗液。出现这种情况, 一方面可能是由于术中腹腔内的开放小静脉在CO2气腹的压力下暂时被压闭, 一旦CO2气腹压力被解除后就可能继续渗血;另一方面可能是腹腔镜手术电凝烧伤创面较大, 术后创面渗液会明显多于传统开腹手术。腹腔引流可以使渗血、渗液排出体外, 不仅避免了腹腔内炎症反应的扩散, 还可以促进患者肠道功能的恢复, 患者进食时间提前, 进而缩短了患者的术后住院时间。

放置腹腔引流会引起部分患者引流口的疼痛明显, 还有学者认为可能增加腹腔和伤口的感染几率, 影响患者下床活动的时间等[9]。但是术后引流放置的时间较短, 鼓励患者床上翻身等, 一般不会增加腹腔感染几率和影响患者肠道功能的恢复, 可以作为一个比较直接的观察窗, 由此可以看出腹腔引流对于妇科腹腔镜手术是安全有效的。当然引流管的安置和术后的管理, 可能在一定程度上增加了临床医生的工作量, 但与患者获得的好处相比, 此项工作还是有价值的。FT的应用可以提高患者术后的康复速度, 改善术后生活质量;同时还减少了并发症, 降低患者的医疗负担。但目前FT在国内的应用还没有形成一套成熟的临床规范, 我院尚属首次将其引入妇科手术领域。本文的研究表明, 腹腔引流术在妇科腹腔镜手术中的应用符合FT的理念。FT理念中其他具体措施的作用及其临床价值还需要进一步探讨。

参考文献

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[3]曹泽毅主编.中华妇产科学[M].2版.北京:人民卫生出版社, 2005:1492-1506.

[4]姜洪池, 孙备.正确应用外科引流[J].临床外科杂志, 2000, 8 (6) :325-326.

[5]刘洪涛, 郑成竹, 李际辉, 等.腹腔镜胆囊切除术中纤维蛋白封闭剂的应用[J].实用外科杂志, 2004, 24 (2) :116.

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[9]庄永敬.阑尾切除术后放置腹腔引流对切口感染的影响[J].中国普外基础与临床杂志, 2002, 9 (3) :204-205.

双人快速保养作业流程 篇2

目前, 在4S店里, 机电技师的主要工作内容就是保养, 而保养的效率和质量是顾客和领导最为关注的。为此, 我们通过在实际工作中不断总结摸索, 制定并完善了一套“双人快速保养作业流程”, 通过两位技工的默契配合, 统筹安排时间, 达到了提高作业效率和质量的目的。“双人快速保养作业流程”的具体操作内容如表1所示。

说明:

1) 首保时不用拆卸车轮。

2) 材料可以安排在步骤5时由技工B领取, 或由班组的技工C领取。

3) 除保养外还有小修项目的, 应放在保养完成之后进行, 以保证保养工作顺利进行。

4) 技工A的工作重心在驾驶室、车身、车轮和制动器;技工B的工作重心在发动机室和底盘。

5) 工具车、零件车内应提前准备好保养所需的辅料, 包括水、泡沫水、黄油、纱头等, 避免花费时间寻找辅料。

6) 在作业过程中, 工具用完后应随手放到工具箱规定的位置, 不能乱放, 以减少不必要的找寻工具的时间。

7) 该流程适合于常规保养, 大保的作业内容较多, 应在此基础上统筹、灵活地安排。

8) 在每一操作步骤中, 技工A和技工B只有在完成自己工作任务的情况下才可以帮助另一技工, 不允许打乱工作内容。

快速流程模式 篇3

产品设计是包含创新活动的复杂过程,其与企业的技术基础、开发人员的素质、依据的流程密切相关。其中流程的问题占了很大比重。产品市场生命周期理论说明,流程是影响产品创新和开发的一个主要的因素。

产品快速设计[1]也称快速响应设计、敏捷设计,即快速响应市场和用户需求的设计。它是运用先进的设计方法、设计工具和具体产品的设计知识,快速制定可以用于制造的方案,并使方案快速付诸实施的技术。产品平台战略[2]可以使现代制造企业实现快速设计,提高设计效率,减少设计和制造成本,通过提供多样化的有竞争力的产品,进入多个不同的细分市场。

产品设计流程因行业而异,在执行过程中也因产品而异。不断改进产品设计过程能够极大地促进产品创新。以用户为中心的买方市场的形成,以及产品更新换代的速度日益加快,制造企业越来越关注产品的设计流程。完善的流程可以极大地缩短产品的开发时间,保证产品质量,降低生产成本,因此,建立面向平台开发战略的快速设计流程对企业迅速响应市场具有重要的意义。

本文针对煤矿机械制造企业,改进其现有的合同驱动的变形产品设计流程,建立起新的面向平台开发战略应用的产品快速设计流程,实现关键环节的系统应用,提高其产品设计和生产效率,快速满足市场需求。

1 产品平台开发战略分析

“产品平台是一组产品共享的设计与零部件集合”,也是面向系列产品,满足不同顾客定制需求,采用的战略、技术、管理手段和工作环境的集合,是企业核心能力的关键组成。面向各个细分市场,基于产品平台可以快速设计出满足用户需求的一系列产品。

大规模定制企业要实现快速、低成本和多样化的产品开发,就必须基于产品平台[3]。采用有效的具有通用性、鲁棒性和独立性[4]的产品平台开发战略,尽可能减少产品的内部多样化,增加客户可以感觉到的产品外部多样化[5]。常见的几种产品平台开发的战略包括专用平台战略、横向拓展平台战略、纵向扩展平台战略和抢滩平台战略[6]。横向拓展、纵向扩展和抢滩战略都是大规模定制企业可以考虑采用的产品平台开发战略。面向产品平台开发战略的设计实际上就是基于产品平台的配置和变型设计。基于产品平台的变型设计在某种程度上就是通过对产品成本影响较大、使用频率高的零部件进行标准化、模块化,通过对其它零部件的变型,派生出一系列产品族,从而满足多样化的用户需求[2]。

由于煤炭行业的快速发展,新建煤矿的增多、新的采煤方法的不断出现,煤矿对工作面设备(如:输送机)的需求越来越大,客户在选购产品时,不再满足于几种标准的机型,而是根据其实际需要对产品提出了特殊的要求。面对用户个性化的需求,传统的设计流程显然不再适应。此外,对于煤矿机械企业,为满足客户的需求,不得不为客户定制产品。每台定制的产品从专门设计、专门制造、到专门组装,成本高,周期长,并且所生产的产品一般只能适用一种采煤工作面,一旦用户更换采煤工作面,由于工作面使用条件的变化,该产品就可能不再适用。因此,为适应新的需求和顾客需要,可以采用面向产品平台的开发战略。面向平台战略和应用策略的标准化、规范化、系列化设计有利于产品的生产、维修、更新与服务。

从煤矿机械产品本身来讲,其具有良好的可分解性,这是运用产品平台开发战略的前提。如工作面输送机主要由几大部分组成。主要部件有:机头传动部、机头推移部、中部槽、开天窗槽、变线槽、抬高槽、电缆槽、机尾传动部、机尾推移部、与采煤机相关的牵引机构、刮板链、电机、隔爆开关、液压控制系统等。尽管输送机结构布置有所差异,但其主要组成部分大致相同。若经过合理的合并和组合,很容易实现模块化设计和制造,还可以用较低的成本加以实现,比较适合煤矿机械企业的实际情况。同时,输送机产品各个部件可以方便地进行改进和配置,这为成功运用平台开发战略奠定了基础。

2 面向平台开发战略的产品快速设计流程模型建立

根据大规模定制的设计特点,可以将产品实现划分为两个不同的实现过程:新产品实现过程和变形产品实现过程。新产品实现过程是根据市场需求,以及未来可能的产品需求,确定产品族,并进行开发,设计的结果表现为能够覆盖一类产品(如:输送机)的产品构型。这是一个市场拉动的产品实现过程。变形产品实现过程主要应表现为产品的快速设计。在相应的产品族的支持下,根据客户的合同需求,能够快速地进行产品的配置和变形设计,设计结果是一个满足客户合同需求的具体产品。

2.1 产品快速设计流程模型

为提高产品设计过程的效率、准确性,降低设计和生产成本,结合煤矿机械制造企业对大规模客户化定制的需求,依据平台开发战略,基于业务流程重组(Business Process Reorganizing:BPR)的思想,本文提出面向平台开发战略应用的产品快速设计流程模型结构,如图1所示。产品的设计、生产是与合同相关联,每一个产品对应一个订货合同,根据订货合同,企业制定工作号,通过工作号管理该产品的所有设计、生产任务,这是一个合同驱动的变形产品设计流程。

产品快速设计流程模型主要包括需求获取、候选配套方案确定、配套实现、设计策划、平台建立与产品配置、变形设计六个环节,十四个阶段。根据订货合同或改进建议进行需求获取;基于用户需求确定配套参数,选择候选配套方案。候选配套方案确定过程是基于配套方案库的建立基础上,图1中的点化线框给出了配套方案库的建立过程;根据候选配套方案进行配套谈判、方案协商和配套设计;依据配套实现的结果(产品设计要求、配套图等信息)进行总体设计;配置环节包括产品参数输入、产品参数转换、平台选择、产品配置、虚拟装配、配置评价选择六个阶段,配置方案的确定是基于平台建立和配置资源库的建立基础上,图1中的虚线框给出了平台建立和配置资源库的建立过程;变形设计环节包括产品详细设计、设计输出两个阶段。产品的变型是因为煤矿的具体地质结构、煤层的高度和长度等具体情况以及配套的采煤机、液压支架等设备的不同所造成。此外,在产品设计与开发过程中,根据用户提出的重大设计更改,或者明确的一般设计更改,经过更改确认,重新进入产品快速设计流程的相应阶段,开始新一轮的产品设计与开发。设计完成后的结果进入工艺设计环节。在实际设计过程中存在与工艺设计的并行设计活动。

2.2 产品快速设计流程模型实现的关键技术

1)候选配套方案的模糊识别

候选配套方案的确定是实现配套设计的基础,是实现产品快速设计的关键环节。通过用户需求分析,确定出客户对产品要求的配套参数,基于配套方案库,在现存的配套设计方案中通过模糊识别的方法来选择最接近用户需求的配套方案。

模糊识别就是依据产品对象的配套参数,判断给定的对象隶属于哪一个备选集。确定用户需要的产品具有m个配套参数u1,u2,…,um,m个配套参数的不同组合确定每一个产品P的配套方案,可记为P=(u1,u2,…,um),称为产品配套特征向量。备选集合G可分为v个类别,且每一个类别均是P上的一个模糊集,记作:G=(C1,C2,…,Cv),称为模糊模式。模糊识别方法,就是要将具有配套特征向量P=(u1,u2,…,um)的产品划归到与其最相近的类别Ci中。采用的候选配套方案模糊识别方法:(1)抽取用户需求产品的配套参数,(2)依据配套方案库的配套设计结果建立模糊模式的备选集,(3)按照最大隶属度原则,识别需求产品对象所属的备选集,(4)确定候选配套方案。

2)产品配置模型的建立

根据用户的个性需求转换成的产品特征参数,以及对产品功能特征分析的基础上,依据配置模型才能开展产品的配置活动。配置模型是描述产品快速配置时的产品模型,努力向设计人员提供更易于其进行快速配置设计的配置信息。配置模型抽象描述了配置产品的数据内容、数据关系和配置活动流程,是产品快速设计的基础。数据内容、数据关系给出了产品的模块化组成形式;配置活动流程给出了产品进行快速设计活动的产品配置顺序。依据配置模型给出的产品的平台共享部分和个性化部分模块之间的约束关系来开展产品的快速设计活动。根据煤矿机械产品平台的设计结果,以及实际设计过程的分析,进行归纳,形成产品配置模型。以输送机为例,配置模型主要包括平台模块、个性化模块和辅件。平台模块即为利用产品平台设计方法确定出的平台组装,即可重用零部件;个性化模块对应变形设计零部件。

在煤矿机械产品的生产中,某几个关键特征参数决定了系列产品的型号。而不同型号产品之间存在许多相同零部件,利用关键特征参数规则可得到相应的物料清单(Bill of Materials:BOM)配置。这种关键特征参数配置突出了以用户合同为中心的经营思想。

3 与原有产品设计流程关键环节的对比分析

原有的煤矿机械产品变型设计是以设计人员的经验为主,主要通过设计人员积累的设计经验找到相似的已有产品开展设计工作。总结原有的变形产品设计流程,如图2所示。包括需求信息获取、配套选型、配套实现、总体设计策划、参考产品选择和变型设计六个阶段。在获取用户意向之后,通过调研分析确定用户的配套信息和具体要求;根据配套信息选择相近似的现有产品,基于技术协议、配套参考方案,相关产品图纸进行配套谈判,通常由比较有经验的技术人员完成配套谈判,能够尽可能减少产品的变型;以配套谈判结果为依据,制定该用户的产品技术要求,关键配合尺寸,进行配套设计;根据配套设计选择最接近的现有产品,通过分析用户需求确定可重用零部件和变型零部件;分配设计任务,每个设计人员依据自己的经验选择比较接近的零件进行变型设计。

在图2所示的煤矿机械原有变形产品设计流程中,由于产品使用的特殊性,尤其是输送机产品的应用,需要和其他产品,如液压支架、采煤机、皮带机等配合使用,所以产品设计流程的关键在于配套选型、配套实现和参考产品选择环节。参考产品选择环节就是确定设计方案,即实现产品配置过程。这几个过程是整个产品设计流程中最关键的步骤。此外,基于产品配置结果,企业希望能够尽早地投入重用的产品零部件的生产。

在配套选型和配套实现环节,基于产品设计经验,设计人员和市场营销人员共同与配套设备企业协商确定产品的配套方案。由于多年来企业在设计理念、设计方法和设计流程上并没有大的改变,没有完整的产品信息系统,缺乏统一的共享图库,在接到用户的需求信息后,设计人员和销售人员仍然凭经验粗略地向用户介绍产品,较准确的选型则需要较长的时间,甚至由于设计人员掌握已有产品结构和技术资源的能力有限,极易造成选型错误,从而失去定单。此外,仅仅凭借经验,对于刚从事产品开发的人员来讲,很难确定出几个较合理的配套候选方案。如果要确定出几个合理的配套候选方案,就必须花费大量时间,手工查阅大量的已有产品的图纸。有时即使查阅大量图纸,也未必找到较合理的几个配套候选方案。当用户同意初步选型结果后,开始组织各设备制造厂家进行配套谈判,确定方案和设计。配套实现环节的主要任务是根据采煤工作面的地质条件(煤层可采厚度、倾角、巷道尺寸等)和配套设备的型式,确定各种设备的关联尺寸和与工作面有关的尺寸,形成采煤工作面配套图。通常的配套选型设计都是在外地或用户所在地进行,企业外出参加配套方案确定的人员要携带相关图纸和技术资料,但由于不可能将企业全部相关技术数据携带到外地,以至于在配套选型和设计过程中经常造成对已有产品结构的不合理改变,给企业造成了新的变形产品。

在参考产品选择环节,根据配套实现环节提供的产品总体配套方案和总体设计的结果信息,来开展产品的方案设计工作,即如何快速配置出满足合同要求的产品。由于企业拥有大量的和合同要求相关的产品图纸信息,一个有经验的设计人员有可能比较快速的找到满足某一合同要求的参考图纸信息。但是大多数情况下,尤其是对于新的产品设计人员来讲,很难找到合适的满足某一合同要求的参考图纸信息。如果存在这样的参考信息,而没有发现,无形中降低了设计、生产效率,会提高产品整个生命周期中各个环节的成本。在这个阶段中同样也会出现由于设计人员对原有产品和零部件的熟悉程度有限,也极易造成产品零部件的不合理设计,许多可重用的零部件被重新设计出来,造成设计周期大大延长,并给后续的工艺、工装设计与制造和生产过程增加大量工作,给企业造成浪费。

为解决配套选型、配套实现和参考产品选择环节存在的问题,面向产品平台开发战略,基于业务流程重组的思想,在图1的产品快速设计流程中,建立基于配套方案库的候选配套方案确定和基于产品平台与配置资源库的产品配置两个关键过程。

候选配套方案确定环节是根据所建立的配套方案库中已存在的产品配套设计信息,根据合同要求,采用模糊识别的方法,从配套方案库中,快速确定出符合要求的几个候选配套方案。这些候选配套方案存在两种情况,一是存在一种完全满足合同需求的配套方案,一是存在局部满足合同要求的配套方案。在后续配套实现环节进行配套选型时,根据候选配套方案,可以快速准确地确定出新的配套方案。为后续产品配置环节和设计环节的工作展开奠定良好的基础。产品配套信息通过顺序号和产品信息相关联,进入配置实现环节对应的软件系统,基于顺序号可以查看存放于产品数据管理(Product Data Management:PDM)系统中的具体的产品信息,方便配套方案的确定。

产品配置环节是在详细设计前,进行产品设计方案确定。其实现是基于产品平台和配置资源库的建立基础之上。从产品数据管理系统的物料清单(Bill of Materials:BOM)中提取产品结构信息,按照产品平台配置模型形成产品平台结构,供产品配置使用。具体进行产品配置时,根据配套结果确定的设计参数要求等信息,从平台中找到相同或相似的产品和零部件结构,确定出可变和不变部分。不变的零部件可提前投入生产,提高设计、生产的并行性;可变部分进入详细的设计过程,开展变形设计。

面向平台开发应用的产品快速设计流程细化了设计过程。由于建立了产品平台,以及配置资源库和配套方案库,从整体上提高了设计效率。

4 面向平台开发战略的快速设计流程模型的应用

4.1 平台开发战略的确定

依据建立的产品快速设计流程模型,基于工作流管理,已经应用到某煤机企业的产品快速设计过程中。根据企业的产品特点和产品平台的特性,确定在产品设计与开发中所采用的平台开发战略是抢滩战略。例如输送机产品,即按现有产品中具有相同主要技术参数的机型建立基础产品平台,依据对产品的结构有重大影响的三个特征参数(如中部槽内宽、刮板链规格、链距等),将国内已有的输送机产品进行产品族划分,满足中、低端市场部分消费者的需求。产品的设计与开发是在此基础上,基于每一个基础平台进行横向和纵向延展,通过产品配置和设计使产品平台能很好地满足其它市场区段的需求。这样,基础平台的延展即可以使产品平台进入其它的市场区段,又可以提供这些市场区段的消费者所需功能的产品。通过抢摊战略,在横向上可以实现产品开发的优化,而且在纵向上实现产品平台开发的低成本。

4.2 快速设计流程模型关键环节的系统实现

根据产品快速设计流程模型的配套与配置关键环节的需求,针对企业的生产经营和产品设计特点,建立了一个基于网络的、分布式的快速设计配套与配置系统,其体系结构如图3。主要分为配套子系统、配置子系统、任务管理和系统管理。

配套子系统是面向用户和配套人员,基于用户的呼声(Voice of Customer:VOC),将用户需求转换为产品配套需要的技术参数,在配套方案库中获取最接近当前用户要求的配套选型方案,为用户和配套人员提供配套谈判依据,同时完成配套设计后的信息管理。配置子系统实现产品配置、定制模型管理、虚拟装配、设计评价等功能。完成配套设计并确定所有的产品参数后,根据产品参数选择产品平台,快速配置出满足用户需求的产品,同时确定出可重用和重新设计零部件。可重用零部件直接投入生产,重新设计零部件需要进行变形设计或者完全的重新设计。任务管理是对设计人员的工作任务的管理,即开始新的设计任务还是继续进行已有设计任务。系统管理主要实现对系统的运行进行必要的环境设置,如功能定制、基于用户——角色——权限的系统访问控制设置、系统日志的管理功能。平台系统采用C/S D结构,编程语言采用VB.NET。在系统中集成和封装各子系统,以及相关应用软件。图4是配套子系统中的配套信息查询界面。图5是配置子系统中满足某用户需求的产品配置结果信息。根据产品配置的进一步评价结果,选择出最终设计方案,然后转入详细设计过程。

基于快速设计流程模型,以平台为基础,设计出具有不同性能与特征,以满足不同细分市场、具有个性化需求的系列煤机产品,使该公司加快产品开发速度,减少资金占用,降低成本,能够快速响应动态多变的个性化用户需求。可以更好服务于用户,实现企业战略目标。

5 结论

面向大规模定制,通过标准化、规范化、模块化设计和产品配置等手段,面向平台开发战略,可以促进企业产品快速设计流程的变革和相关技术的发展。产品快速设计流程的优势可以体现在以下五个方面:

1)缩短产品配套选型时间,提高配套准确性。

由于建立了配套方案库,在销售人员和设计人员与配套厂家共同确定满足合同要求的产品配套方案时,可以事先根据配套要求,确定出几种配套方案,以供使用。避免在和配套厂家合作确定配套方案时,仅仅凭借设计人员的有限经验来确定。

2)提高产品方案确定效率,缩短设计时间。

通过建立配置资源库,在设计人员开展详细设计以前,利用平台配置模型,基于设计参数的要求,可以快速确定出新的产品设计方案。同时确定出可变和不变的零部件。减少产品变形设计的工作量,提高了设计进度。

3)基于平台配置的通用件的加工期可以提前,缩短产品交付时间。

由于在配置阶段即可确定出不变的零部件,即通用件可以尽早投入生产,提高了设计、生产的并行性。

4)降低企业配套、设计和生产成本。

尽管产品设计在整个产品生命周期中的发生成本并不多,但产品全生命周期成本的80%左右是在设计阶段决定的[7]。基于平台的产品快速设计流程,由于提高了产品配套、配置准确性和效率,避免了不必要的返工和重复,相应的降低了产品开发的各方面成本。

5)提高了企业的市场竞争能力。

由于设计流程的改进,提高了产品配套准确性,降低了产品设计时间和生产成本,使企业能够快速的交付满足顾客需求的煤矿机械产品。

完善的流程可以极大地缩短产品的开发时间,保证产品质量,降低生产成本,因此,建立面向产品平台战略的快速设计流程模型对煤矿机械企业快速响应市场具有重要的意义。

摘要：为提高煤矿机械产品的设计效率,快速满足用户个性化的需求,面向平台开发战略的实现,提出了一个基于平台应用的产品快速设计流程模型。包括需求获取,候选配套方案确定,配套实现,设计策划,产品配置和变形设计六个环节。该模型覆盖产品快速设计过程的候选配套方案确定和产品配置等关键业务活动。阐述了产品平台开发战略和产品快速设计流程的实现过程,重点解决候选配套方案确定和产品配置等问题。给出合同驱动的原有变形产品设计流程,并对比分析了两种产品设计流程实现的关键业务环节。从企业快速设计流程应用的关键出发,基于配套方案库和配置资源库,建立了快速设计配套与配置系统,说明其体系结构,实现的功能和具体应用实例。总结了面向平台开发战略的产品快速设计流程的优势。

关键词：流程,产品平台,开发战略,快速设计

参考文献

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[6]Meyer M H,Lehnerd A P.The power of product platforms:building value and cost leadership[M].New York:FreePress.1997.

快速流程模式 篇4

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2010年1~5月份徐州市传染病医院结核门诊初诊疑似肺结核者;住院确诊肺结核者;徐州市中心医院呼吸科门诊就诊者;均按照门诊号或住院号顺序瞩患者按要求采取晨痰, 选择符合质控要求的痰标本 (剔除不合格标本) 按门诊号或住院号顺序由医师编号, 及时双盲送检, 三组各取够120份标本。

1.2 试剂和仪器

夹层杯涂片离心集菌技术:TQ-12自动离心涂片机、恒温干片机、振荡器、彭氏夹层杯、消化灭活液、抗酸染色液、取片针, 均由湖南天骑公司提供。分枝杆菌快速培养采用法国梅里埃的Bac T/ALERT3D 240和培养基;结核分枝杆菌DNA检测 (TB DNA) , 使用的仪器设备为ABI7300, 试剂由中山大学达安基因股份有限公司提供。本PCR实验室通过卫生部临床检验中心验收合格。

1.3 优化流程设计

操作流程:每份痰标本 (应>2m L) 在生物安全柜中操作。①加入3倍于标本的标本消化液, 振荡至痰块消散, 将消化后的液体倒入夹层杯中, 用涂片机主机4500转/min离心3min, 取出夹层杯, 倾去2/3液体, 各吸取1.0m L底部液体于两支尖底离心管中封闭保存。②将余液置于快速干片机内60℃加热15min, 再放入涂片机主机4500转/min离心5min, 取出夹层杯倾去液体, 置于干片机内烘干, 滴加95%酒精, 固定后进行抗酸染色。③用取片针将夹层氏杯内底顶出, 烘干后用中性胶封片, 镜检记录检验结果。④夹层杯涂片离心集菌技术阴性者依照临床需要, 可以采用快速的液体培养方式或更为快速的TB DNA的PCR检测。对所检测的阳性标本均可分别直接进行体外药敏试验或耐药基因诊断。

1.4 研究方法

疑似肺结核者、住院确诊肺结核者和呼吸科门诊就诊者各120份痰液, 每份痰标经常规的直接涂片萋尼染色后, 剩余的全部标本按照优化流程进行检测, 集菌法检测阴性者全部进行快速液体培养法和TB DNA的PCR法检测, 合计联合检出阳性数, 记录分析结果。采用结核分枝杆菌H37Rv菌株5×106CFU/m L的菌悬液混合消化液作为室内质控品, 进行室内质控。参加徐州市疾控随机抽取30%的玻片进行室间质评。直接涂片法按照《痰涂片镜检标准化操作及质量保证手册》进行质控[2]。确诊患者每人另作罗氏培养法。

1.4 统计学处理

本研究采用PEMS 3.0医学统计软件处理数据。

2 结果

结核病实验诊断优化流程阳性检出情况。见表1。

2.1夹层杯涂片离心集菌技术与直接涂片法的比较见表1。确诊和疑似肺结核中夹层杯涂片离心集菌技术抗酸杆菌阳性率高于直接涂片法, χ2=5.4533和5.9530, P=0.0195和0.0147。

2.2确诊和疑似肺结核中集菌法阴性者快速培养阳性率相比无统计学意义, χ2=2.1722, P=0.1405。

2.3确诊肺结核罗氏培养法总阳性率55.8%, 与优化流程总阳性检出率相比无统计学意义, χ2=0.0169, P=0.8965。

2.4确诊和疑似病例优化流程总阳性检出率与夹层杯涂片离心集菌技术相比均有统计学意义, χ2=6.6741和4.8623, P=0.0098和0.0274;呼吸科门诊者无统计学意义, χ2=0.9610, P=0.3269。

2.5确诊肺结核者集菌法阴性者72人中快速培养和TB DNA检测情况, 见表3;确诊肺结核者集菌法阴性者72人中快速培养和TB DNA检测情况, 见表4。

3 讨论

结核病诊断的“金标准”是罗氏培养法, 但出结果时间太长, BACTEC-960所需的仪器设备和运行成本较高, 不适于基层医院应用。中国防痨协会1995年颁布的《结核病诊断细菌学检验规程》推荐的痰涂片方法为直接涂片和漂浮集菌涂片法[3], 目前我国大多数县级基层结核病实验室仍采用直接涂片一抗酸染色技术作为结核病实验室诊断的主要技术, 该技术操作过程简单快速成本低, 但是敏感度不高, 且直接涂片法挑取的痰部位难以保证检出率, 并与检验人员的技术和主观责任心因素有很大关系, 更不易标准化, 容易造成漏诊。夹层杯涂片离心集菌法是一种基于液基细胞学技术的新开发的技术, 整个实验过程有利于标准化、简便化、准确化[4]。且标本体积可定量, 标本收集保存条件可控制, 染色温度、时间可控制[5]。并因所使用的痰量多, 而且经过离心浓缩后, 所以提高了检出率, 与罗氏培养法相比也有较满意的符合率[6], 并大大有利于检验工作人员的生物安全防护, 提高检验水平, 是一种有利于当前结核病控制策略的方法[7]。本研究显示确诊和疑似肺结核中夹层杯涂片离心集菌技术抗酸杆菌阳性率均显著高于直接涂片法。

为了更进一步提高结核病的检出率, 提高工作效率, 本文探索了一种基于夹层杯涂片离心集菌技术的、安全高效的组合检查流程, 在临床应用中大大提高了检出率并提高了生物安全性和标准化程度。

利用夹层杯涂片离心集菌技术的中间产物痰消化液预留下一步实验用的材料, 此方法简化了培养法或PCR扩增法的实验操作流程, 也简化了患者标本的留取程序, 提高了工作效率, 缩短了诊断时间, 本研究称之为“优化流程”。夹层杯涂片离心集菌技术阳性直接可作出诊断, 并可利用预留的浓缩的消化液进一步做罗氏比例法药敏试验或结核分枝杆菌耐药基因诊断等;对于集菌阴性者, 可由临床医师继续选择是否需要做更近一步的检查, 本研究证明, 确诊和疑似病例优化流程总阳性检出率均显著高于夹层杯涂片离心集菌技术和直接涂片法。确诊患者中, 优化流程总阳性检出率与罗氏培养法相比无显著差异。在检测时效方面根据菌阴者选择快速培养或PCR方法的不同, 大大缩短了检测时间, 并可之后直接做药敏试验, 从而也大大简化了耐药结核病的诊断流程和工作效率。

总之, 结核实验诊断的优化流程提高了检出率和工作效率, 缩短了诊断时间, 并可因痰消化浓缩液的预留, 增加了检测时效, 扩展了检测范围, 在临床实际应用中取得了满意的效果。

摘要：目的 探讨一种简便快速高效的结核分枝杆菌快速诊断流程对提高结核病诊断效率的作用。方法 用夹层杯离心集菌法处理痰标本, 中间产物备留快速培养和药敏, 或TB DNA检测, 与传统检查方法比较, 考察其实用价值。结果 确诊和疑似病例优化流程总阳性检出率均显著高于夹层杯涂片离心集菌技术 (χ2=6.6741和4.8623, P=0.0098和0.0274) 。确诊患者中, 优化流程总阳性检出率与罗氏培养法相比无显著差异 (χ2=0.0169, P=0.8965) 。结论 结核实验诊断的优化流程提高了检出率和工作效率, 缩短了诊断时间, 并可因痰消化浓缩液的预留, 增加了检测时效, 扩展了检测范围, 在临床实际应用中取得了满意的效果。

关键词：分枝杆菌,结核,集菌检测技术

参考文献

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快速流程模式 篇5

1 HEVC预测编码

HEVC预测编码包括帧内预测编码和帧间预测编码。帧内预测编码消除了大量空域冗余,它是利用同一帧已编码完成的像素点对即将编码的像素点进行预测。HEVC帧内预测模式由原有的9 种增加到35 种,即DC模式( 模式0) ,Planar平面模式( 模式1) ,和33 种角度预测模式( 模式2 ~ 35) 。33种角度预测方向与其对应的预测模式编号分别如图1 和图2所示。

预测模式的增加大大提高了帧内预测的准确性,但同时也带来了非常高的计算复杂度。HEVC帧内预测通过采用粗模式选择( Rough Mode Decision,RMD) 和最有可能预测模式( Most Probable Mode,MPM) 相结合的方法来减少预测过程中所需的预测模式,从而降低计算复杂度。HEVC帧内预测编码过程首先要进行RMD,遍历35 种预测模式,对每一种预测模式进行代价函数的计算,筛选出N个代价值较小的预测模式作为候选模式,候选模式N的数目在文献[5]中提出,如表1所示。MPM分别利用当前编码块的左方预测块与上方预测块的最佳预测模式来预测当前块的MPM,同时判断当前块的MPM是否已经包含在RMD的候选模式集中,若没有包含在内,则将当前块的MPM加入到候选模式集中一起进行高精度的率失真优化(Rate Distortion Optimization,RDO)计算,最终选择出最优帧内预测模式。

在帧内预测过程中,RMD要对全部的预测模式进行代价函数计算,其运算量非常巨大。如果可以通过预先判断,在进行代价函数计算之前减少预测模式的数量,就能够有效地降低帧内预测的计算复杂度。很多学者就此提出了一些优化算法。文献[6]提出跳过变换量化等步骤,通过预处理提前排除一些可能性极小的预测模式。文献[7]提出了一种基于边缘信息的快速算法,利用图像处理中的索贝尔算子( Sobel op-erator) 对4 × 4 的子块进行边缘检测,然后通过边缘方向的灰度直方图来确定最后的预测模式。文献[8]在文献[7]的基础上进行改进,提出一种基于显著边沿强度的快速模式选择算法,采用了不同的边缘检测算子,结果说明比文献[7]中的算法有了一定的提升。

文献[9]提出了一种基于梯度的HEVC帧内预测快速模式选择算法。主要利用Sobel算子计算当前PU每个像素的梯度向量角。然后,在35 种预测模式里找到与梯度向量角最接近的角度对应的预测模式; 与此预测模式垂直的预测模式就是此像素的最优预测模式。该算法在减少20% 的编码时间同时,平均增加1% 的码率。

文献[10]在帧内预测快速预处理阶段定义了一种简单的代价函数计算公式,并结合基于贝叶斯决策原理在帧内预测模式选择过程中训练的基于SATD( Hadamard transformed SAD) 的率失真代价最佳阈值,最终将进行RMD的35 种预测模式减少到9 种。这种低复杂度的帧内预测算法减少了近一半的编码时间,信噪比PSNR减少了0. 12 d B,但是这种方法与原编码相比平均增加了2. 4% 的码率。

在连续的视频图像中,相邻帧之间的图像纹理具有很强的相关性,根据这一特点文献[11]提出利用Co-located PU及相邻PU块的预测模式进行预判,来减少RMD过程的预测模式数量,使得RMD选择过程中预测模式数量减少到17 种,但是这种方法引起了码率明显的升高。

文献[12]使用边缘匹配检测器对预测模式进行选择,利用类似统计直方图的核密度估计方法来提高边缘匹配检测器的准确度,平均降低了36. 7% 的编码时间,与原有的算法相比增加了1. 65% 的码率。

文献[13]利用变换域边缘检测来缩小预测模式的选择范围。根据不同尺寸的PU,采用不同的类别系数,计算选取的类别系数绝对值之和,根据和值选取对应的权重对帧内预测模式进行选择。这样,只对一部分的预测模式进行计算,然而,这种方法使码率增加了2. 8% 。

以上几种快速算法都是利用一些额外的编码信息来减少计算复杂度。虽然算法的性能极其逼近标准算法,但是编码时间减少的幅度并不大,并且码率的增加也比较明显,均在1% 以上。本文在不引进额外编码信息的基础上对RMD过程进行优化,充分利用候选模式集中排列第一的预测模式与最优预测模式之间的强相关性,提出一种基于模式分组的帧内预测模式快速选择算法。该算法有效地降低了HEVC帧内预测算法的计算复杂度,与HEVC的测试模型HM10. 0 相比,所提出的算法在基本不改变图像的质量下,编码时间平均减少了41. 8% ,而码率仅增加0 . 78 % 。

2 快速帧内预测模式选择算法

2. 1 帧内预测模式选择可优化处的分析

HEVC的测试模型( HEVC Test Model) HM［14］是由JCT-VC编写的一个标准代码库,可以对不同的测试场景进行仿真编码。在HM中,RMD过程的候选列表和其对应的代价值列表分别存放在uiRd Mode List和Cand Cost List数组中。其中,Cand Cost List按照代价值从小到大进行排列,uiRd Mode List存放的预测模式是按照其对应的代价值的大小进行排序,即候选列表uiRd Mode List中第1 个候选模式的代价值最小,第2个次之。一般情况下,代价值小的预测模式所对应的率失真代价值也低。因此,uiRd Mode List中排列第一的预测模式被选为最优预测模式的概率最高。为此,本文对uiRd Mode List排列前3 位预测模式分别被选为最优预测模式的比例进行了统计,结果如图3 所示,排列第一的预测模式作为最优预测模式的比例为75. 4% ,第2 个模式和第3 模式平均比例分别为24. 2% 和0. 04% 。

为了使预测结果更加精确,HEVC还将MPM模式加入到uiRd Mode List中。接下来对最优预测模式在MPM中的PU比例进行统计,实验发现MPM成为最优预测模式的概率高达85. 1% 。实验数据如表2 所示。

由于uiRd Mode List中排列第一的预测模式及MPM被作为最优预测模式的概率非常高,因此可以利用这一特性对算法进行优化,减少不必要的率失真代价的计算,从而提高编码效率。

2. 2 基于模式分组的帧内预测模式快速选择算法

根据1. 1 节的统计分析,得到MPM以及uiRd Mode List中排列第一的预测模式被作为最优预测模式的比例非常高。因此如何在35 种预测模式中快速精确地找到成为候选模式集中排列第一的预测模式对降低帧内预测的计算复杂度至关重要。针对这一问题,本文提出了一种基于模式分组的快速模式选择算法。具体算法流程如下:

1) 初次筛选: 选取编号从3 开始,且编号为3 的倍数的所有角度预测模式进入初始的RMD筛选模式列表。由于平面模式0、DC模式1、水平预测模式10 以及垂直预测模式26 的预测值的计算比较特殊,所以将这4 种模式添加到筛选模式列表中。初始的RMD筛选模式列表集为{ 0,1,3,6,9,10,12,15,18,21,24,26,27,30,33} 。然后计算筛选模式列表中各模式的代价值,按照代价值从小到大的顺序将对应的模式加入到uiRd Mode List中。

2) 再次筛选: 由于相邻的角度预测模式间的预测值很接近,为了更加精确地找到最小代价值所对应的预测模式,本文继续对存放在uiRd Mode List中前3 个最小代价值对应的模式进行筛选。筛选过程如下: 假设uiRd Mode List的前3 个预测模式分别为A,B,C,对应的代价值用CX表示,X表示模式序号。分别对如下3 个组的模式进行计算: ( A - 1,A,A + 1)( B - 1,B,B + 1) ( C - 1,C,C + 1) 。比较每组3 个模式的代价值之和与其标准差的和的大小,记为gi; 即比较g1= ( CA － 1+CA+ CA + 1+ δ1) ,g2= ( CB － 1+ CB+ CB + 1+ δ2) ,g3= ( CC － 1+CC+ CC + 1+ δ3) 的大小,即

其中: δj为每组3 个代价值x1,x2,x3的标准差,μ 为它们的均值。

3) 找出g1,g2,g3的最小值,该最小值所对应的组则包含可能的最优预测方向。将该组的3 个模式再次进行代价值的计算,直到找出代价值最小的模式作为uiRd Mode List中第1个预测模式,并将MPM添加到uiRd Mode List中作为第2 个预测模式一起进行RDO计算,最终选择出最优的预测模式。算法流程如图4 所示。

本文提出的快速算法首先对35 种预测模式进行初次筛选,选取15 个预测模式进入RMD计算,这样大大减少了代价函数的运算量; 经过再次筛选保证了每个预测模式都能被覆盖到,确保了算法对所有预测模式的适用性。经过这两步筛选,最终快速精确的求出候选列表uiRd Mode List中排列第一的预测模式。

3 仿真与验证

为了验证文中所提算法的有效性,将优化的算法集成到HEVC的测试环境HM10. 0 上。在全I帧的结构下,采用18个通用视频标准序列进行实验,量化参数QP取值分别为22,27,32,37,分别测试10 帧。这里主要从所提算法节省的编码时间以及付出的相应代价—峰值信噪比与编码码率来考虑算法的性能,具体包括 Δtime,Δbitrate和 ΔY_PSNR［15］。

1) Δtime指本文所提出的方法与HM的编码时间之差的百分比,编码器计算复杂度的度量采用编码器平均执行时间的减少量 Δtime表示,定义如下

2) Δbitrate指本文所提出的方法与HM的编码码率之差的百分比,定义如下

其中: bitrateproposed( QPi) 表示文中方法的编码码率; bitrateHM( QPi) 表示HM编码器得到的编码码率; 编码码率越小说明视频图像的压缩效率越好。

3) ΔY_PSNR指本文所提出的方法与HM的峰值信噪比的百分比,定义为

式中: Y_PSNRpro( QPi) 表示文中方法的亮度峰值信噪比;Y_PSNRHM( QPi) 表示HM编码器得到的亮度峰值信噪比。PSNR表示视频图像的质量,PSNR越高,表明图像的质量越好。

由于本文的快速算法是略过部分编码模式来达到降低计算复杂度的目的,所以从原理上讲选择出来的最终预测模式有可能不是最优的,必然会导致编码性能的降低———PSNR的下降或者输出的码率增大。但所提出的算法在明显的降低编码时间的同时只有极小码率增加和很小的PSNR下降。表3 的数据可以看出本文所提出的方法与HM-10. 0 相比,编码时间平均减少了41. 8% ,而Y_PSNR降低了0. 12 d B,bitrate仅增加了0. 78% 。对比文献[9-13],码率的增加幅度平均在1% 以上,本文所提的算法在大幅度降低编码时间的同时,码率仅控制在0. 78% 的增加。因此,本文的方法在保证视频质量基本不变的前提下,有效地降低了编码时间,提高了编码效率。

为了更直观地表示本文所提出的算法对HEVC编码器性能造成的影响。图5、图6 和图7 分别对CLASS A( 2 560 ×1 600) 、CLASS B( 1 920 × 1 080) 和CLASS E( 1 280 × 720 ) 的RD曲线进行比较。横坐标表示输出的码率,纵坐标表示亮度峰值信噪比。

从图中可以看出,本文中的算法与HM-10. 0 原有的算法RD曲线几乎重叠,表明本文算法与HEVC算法相比,两者编码性能差异极小。由此证明了本文所提出的算法的有效性。

4 小结

FSQ:快速简单的数字通联模式 篇6

FSQ(快速简单通联,Fast Simple QSO)是一种新的数字通联模式,这种模式以使用键盘聊天为目的,能够支持较高的打字速度,具有低误码率,多功能的特点,支持图片传输,并支持有选择性的呼叫。这种协议不但能够满足平时通联需求,而且也考虑到了公共服务通信和应急通信需求。你只需要一块声卡和一台电台即可使用这种协议进行通信。

FSQ模式介绍

Con Wassilieff(呼号是ZL2AFP),和穆雷·格林曼(呼号是ZL1BPU)共同开发了用于短距离近垂直入射天波、 单次电离层反射通信的FSQ通信模式。这种模式通常使用1.8MHz ~ 10MHz短波频段进行通信,但也可以用于较长距离单次电离层反射通信(灰线)和VHF FM通信。设计通信模式的主要难点在于在不使用纠错编码的情况下解决链路衰减,多径效应,多普勒频移和强脉冲干扰,达到优于其他通信模式的实际表现。

现有的数字通信模式通常有较高的延迟和收发切换时间(主要由纠错编码导致),从而导致不好的操作习惯, 如长时间发射,单边呼叫,自动呼叫等。因此我们决定设计一种新的通信模式,能够避免这些问题,并能方便火腿之间交流,使通过电台交流和通过短信、网络交流一样方便。 FSQ模式使用的频率见表1。

留下简单,不要复杂

最近几年,数字模式通信变得越发复杂。业余无线电通信应该是能够让人容易上手,便于使用的通信方式,不需要复杂的操作和难懂的术语。

虽然复杂的通信模式通常在技术方面比较优秀,但这种优秀的方式是以操作复杂程度和通联乐趣为代价的—— 它们不是以对话为导向的通信模式,它们通常具有很高延迟,需要大带宽和高符号速率——这进一步提高了通信模式的复杂程度,并带来更多信号传播问题。对于以对话为导向的数字通信,我们需要的是一种低延迟,无纠错编码延迟或其他延迟的通信模式。

为达到这个目的,我们以简单的方式保证了FSQ模式的可靠性。我们选用MFSK(多频移键控)方式,使用33个编码音,最大波特率约6bps,每分钟可传输约60词。 这种模式下信号带宽为300Hz,每个编码音带通滤波器带宽仅3Hz,因此具有良好的灵敏度。

这种通信模式采用聊天的方式进行通联,即输入一句话,按回车键,然后就能发送出去。由于这种模式具有很低的延迟——第一个字母可以在开始接收后的200毫秒之内显示出来,并且能提供良好的通联体验,很快就被广大火腿们接受。

图1为FSQ模式电脑端软件界面,界面上方是接收信息显示窗口,下面紧挨着是发送信息输入窗口,再下面是瀑布图调谐指示,信噪比显示和速度显示。

定向消息

由于FSQ简单、可靠和低延迟的特点,我们在选择性呼叫的基础上增加了一些功能,实现定向消息的功能。你可以在公开的频率上进行呼叫,只需要输入对方呼号,确认对方设备能够正常工作,确认信号报告良好,即可发送消息、文件或图片,即便对方此时不在电台前也可收到。

出于提供应急通信和公共通信服务的考虑,我们为FSQ模式增加了这个功能。当我们的用户体会到使用这种方式进行通联的便利性之后,他们便很容易在紧急情况下承担这个重任。

FSQ编码及调制

FSQ使用33-FSK调制方式,并使用IFK+(增量频移键控方式,即频偏为 +1的差分多频移键控)进行编码。IFK+ 采用编码音轮转方式,并对数据进行差分编码, 可有效降低相邻码间干扰(ISI,Inter-Symbol Interference),并对多普勒频移、频率漂移和失谐等具有较好的容忍度,在近垂直入射天波传播方式下可提供较好的传播表现。

编码表

FSQ使用32个编码音确定发送的字符。29个常用的字符(如小写字符a到z,常用标点)使用单编码音表示, 这些字符在第一个字符表中。其他字符在另外的字符表中, 这些字符表中的字符使用两个编码音表示,第一个编码音表示字符在字符表中的序号,第二个编码音表示字符所在的字符表。

字符表包括104个字符,其中包括大小写字母、数字和其他符号。当接收机收到两个连续的0~28号编码音时, 第一个编码音代表第一个字符表中对应的字符(小写字母);如果后一个编码音在29~31号之间,则第一个编码音代表字符序号,第二个编码音代表所在的字符表。完整字符表也可在www. qst.net/zl1bpu/MFSK/WSQ%20Performance%20V3. png找到。

FSQ使用简单的变长编码方式,常用的字符使用一个编码音表示,不常用的字符使用两个编码音表示,对于常用字符(小写字符)可以节约一半发送时间,提高了信息发送效率,同时降低了小写字符的误码率。

IFK编码

在使用编码表对字符进行编码之后,我们使用IFK+ 编码将其 转换成FSQ信号。 史蒂夫· 奥尔尼( 呼号是VK2XV) 首先提出 这种方式, 并且在Domino EX、 EXChat、WSQ和THOR通信模式中得到应用。码间干扰通常是由多径传输引起,从不同路径传输的编码音到达接收机时间不同,传输时间较长的当前编码音和传输时间较短的下一编码音同时到达接收机,产生码间干扰。IFK+ 编码使用两个编码音频率差值代表编码数据,而不是单一编码音的频率,因此可以保证较好的频偏(±18Hz/6bps) 和失谐(±50Hz)容忍度以及低码间干扰。同时,IFK+ 引入的编码音轮转方式可以避免相邻编码音使用接近的频率, 从而无需同步检测。

IFK+ 的编码音轮转通过在前后两个编码的差值上增加一个固定的值实现,这个值固定为1。当编码音序号达到33之后会从0重新开始,确保编码音范围在0 ~ 32之间。 将编码音序号乘以3,然后送至调制器。调制器实质上是数控振荡器,振荡频率为12KHz,频率分辨率为12000 /4096,约为2.9296875Hz,在乘以3之后,两个相邻编码音频率间隔为2.9296875×3=8.7890625Hz。

为保证接收端检测器收到的编码音仍正交,波特率同样由12000Hz分频得到, 因此6bps实际波特 率为12000/2048=5.859375 bps,其中每个编码音持续时长为2048个振荡器周期。每个差分编码的两个编码音依次发送,在同一时刻只发送一个编码音。

在发送时,首先需要发送一个伪码,此后字符的差分编码以此为参考。紧接着伪码发送CR/LF字符,然后是第一个待发送字符,从开始发送到接收端收到第一个字符间隔时间只需要171毫秒(包括传播路径延迟)。

发送信息功能

通过键盘输入的文字会首先保存到FSQcall程序缓冲区,同时在发送面板显示。编辑好之后,按回车键开始发送。 你可以一次发送一个或多个句子,一般来说每次传输内容越少,传输效果越好。

电脑与电台之间可以使用传统的串口PTT或VOX方式连接,也可以使用CAT接口连接。在使用某些功能时, 发送可以自动开始(详见下文)。输入的内容发送完成后, 电台会再发送一个CR/LF字符,然后回到接收模式。在定向消息模式,输入的内容发送完成后会发送一个发送结束 (EOT,End Of Transmission)标志。定向消息模式下静噪功能特性与其他模式不同,这个标志同时作为静噪功能控制位。

波特率

编码音发送时长根据声卡采样率确定,两个编码音间隔时间约0.11秒。最大波特率由发送端速率和接收端滤波器通带共同确定。FSQcall软件提供2、3、4.5、6四种波特率,每种波特率下编码音发送时长精确对应一定采样周期。例如,在波特率为6时编码音发送时长为2048个采样周期。发送过程中编码音相位和幅值连续,以减小边带信号。

发射信号带宽

FSQ模式共有33个编码音,占用290.0390625Hz带宽,符合ITU-R SM.1138规范规定的300Hz发射带宽要求,属于ITU发射代号中的300HF1B。发射信号的中心频率为电台指示频率 +1500Hz,编码音频率范围为指示频率 +1350Hz ~ 指示频率 +1650Hz。

信道访问

FSQ是一种基于信道的通信方式,特别是在使用定向消息功能时,因此需要一种高效的信道接入协议。FSQ采用载波侦听多路访问(CSMA,Carrier Sense Multiple Access)方式,在信道忙时通过接收机静噪功能避免干扰信道。

定向消息功能具有三个优先级,最高优先级是人工操作,其次是自动应答,最低优先级是探测消息(自动回复ID)。消息会在信道空闲一定时间后发送,优先级高低表现为消息延迟大小,优先级高的消息延迟时间最短,较低的两个优先级会增加额外随机长度的延时。

探测消息

FSQ提供一种简单的接收机识别方法。操作者不需要每次发送消息前输入呼号,呼号会自动附加在消息之前作为前导码发送,因此发送的最短消息(不输入任何文字时按回车键)即为呼号前导码。在定向消息模式下,前导码同时作为探测消息,可提供当前发射电台的呼号、信号强度等信息,方便操作者了解一天中和这个电台进行通联的较好时间。探测消息发射时间很短,约10秒,在定向消息模式下约30分钟发送一次。

接收FSQ模式信号

接收FSQ信号非常简单,将电台调到FSQ通联频率 (USB模式下的电台显示频率即为FSQ通联频率),将静噪电平调节至略高于噪声电平,然后打开FSQCall软件, 打开定向消息模式。就这么简单。

快速傅里叶变换

接收端软件采用滑动窗口快速傅里叶变换方式对收到的信号进行处理。信号采样频率为12000Hz,FFT长度为4096点,每进行256次采样进行一次FFT运算,频率分辨率为2.9296875Hz,计算结果同时用于瀑布图显示。

FFT频率分辨率等于编码音频率间隔的1/3,本次FFT结果和上次FFT结果峰值频率差值的1/3即为本次传输的数据,计算过程中通过四舍五入修正多普勒频移、频率漂移、 失谐等造成的频率偏移。

接收端只对编码音频率范围内的信号进行检测,对频率范围外的信号不做处理,因此,电台的单边带滤波器带宽可以设置较宽的通带带宽,不会影响接收性能。在收到某个编码音后,FFT结果中代表该编码音频率的幅值会首先逐渐变大,然后保持稳定,在该编码音停止发送后逐渐变小。

异步字符恢复

FSQ模式不需要同步过程即可从编码音中恢复数据。 接收端会以一定间隔不断检测FFT结果(约每秒50次), 当最强信号对应的频率改变时,说明发送字符发生变化,开始下一字符接收过程,即字符检测过程是异步进行的。

Alberto Di Bene,呼号是I2PHD, 首先在用于低频通信的17-FSK模式中应用这种方法,随后我们发现在高频通信中这种方法仍然可以工作得很好。当接收端在FFT结果中连续三次检测到同一个频率幅值最大时就可以确定一个字符,然后接收端会等待下一次检测结果, 直到此次接收过程结束。

这种方法有几个主要优势。首先这种方法不需要锁相环,第二可以避免低码率情况下同步稳定性问题,此外还可以避免多径效应造成的误码问题。

异步检测还有一个优点,就是接收端对于变化的码率容忍度很高,从2bps到6bps都可成功解调,这样发送端可根据情况改变发送速率,这在自动应答模式下很有用。这也是这个功能在数字通信模式中的首次应用。

静噪

在接收过程中,接收端软件会检测收到信号的信噪比(通过比较最强信号和其他信号的强度实现),只有在信噪比大于用户设定值时才会解析收到的字符,以此避免偶然噪声导致的乱码。 静噪还有一个目的,即在静噪功能打开时发射机不会工作, 减小两个电台同时发射的可能。

定向消息

FSQ本身就是一种为聊天而生的通联模式。和面对面聊天一样,每次发送一两句话是效率较高的方式。在FSQ模式中,为和其他通联方式的长消息有所区别,我们称每一个短句为一条FSQ短消息。FSQ短消息总是以自动前导码开始,以回车键结束。

在非定向 消息模式 中, 前导码为 小写字母“call sign:”,表明这条消息的发送人。这种模式下不表明消息的接收人。

定向消息协议

在定向消息模式下,程序的Monitor面板中会多出几个选项,如图2所示,并且有些功能会稍有不同,接收端软件的指令处理器和呼号验证功能会变为激活状态,允许软件将消息发送到特定呼号的接收者、若干接收者或频道中的所有人。此时可正常发送消息,也可发送特定指令激活接收端的自动功能。 对于有兴趣参与公共消息服务的火腿, 或希望参与消息中继的火腿,可以阅读 “FSQCall的公共消息服务”部分了解更多。

在定向消息模式下,消息前导码和末尾同样会有些变化。在呼号和冒号之后会添加两个字节的循环冗余校验 (CRC)确保呼号发送正确,接收端能够确保收到的呼号正确,以及自动回复消息到正确的发送者。例如,在定向消息模式下我的呼号对应的前导码会变为 “zl1bpu:b6”。如果一条消息的呼号或CRC校验错误,这条消息会被忽略。在每一条消息的末尾会增加一个消息结束符号,表明一条消息发送完成,并关闭静噪功能。

消息目的地址和指令字符

在定向消息模式,收到的字符不会立即在屏幕上显示,而是在确认发送者呼号正确,接收方呼号和自己呼号相同,并且打开静噪功能后才会将收到的字符显示出来,并在一次传输结束后根据指令字符代表的指令执行相应功能。

静噪功能在定向消息模式下会切换到快速响应模式, 可以在信号衰减时保证能够正常解析字符。在收到一条消息末尾的结束符号后静噪功能会迅速关闭,避免出现乱码。

为方便接收操作,在定向消息模式下,消息目的地址和指令字符会在消息前导码后发送。消息目的地址可以是一个呼号,若干个呼号,或者“allcall”(代表发送到频道上所有人)。然后是一个字符长度的指令字符,规定消息接收方在收到这条消息后的操作。消息目的地址和指令字符需要手工输入。虽然这听起来会比较复杂,但常用的指令字符数量很少,熟悉之后能够快速操作。

最常用的指令字符是空格。如果你发送一条“zl1bpu Hello Murray”的消息,这条消息只会被通联范围内呼号为zl1bpu的电台接收。这里消息目的地址是zl1bpu,指令字符是空格,表示“在屏幕上显示这条消息”。当前版本软件可用的指令字符见表2。

日志

定向消息模式下接收机一个很重要的功能是监听其他电台状态。在Monitor窗口中会显示最近发送的电台,最近发送时间和信号强度。你可以直接用鼠标选择最近发送的电台,作为发送消息的目的地址。其他电台可以通过指令读取你的电台的最近发送记录,如图3所示。此外,每次收发消息的完整记录也会以逗号分割符文件保存,可以用表格软件读取编辑。日志中按时间顺序保存了每次传输内容,包括呼号,日期,时间,信号强度,探测消息记录和消息记录等,只有呼号正确的定向消息会被记录,处于FSQ聊天模式的电台消息和呼号CRC错误的消息不会被记录。通过分析日志记录,你可以找到和某个电台通联的最佳时间,选择一个适合的电台作为中继台的电台,列出处于活动状态,非活动状态,或者通联距离之外的电台等。

使用小写字母

小写字母在FSQ模式下发送速度更快,误码率更低。 FSQ模式对于大小写敏感,接收方收到的消息和发送方发送的消息完全一样,例如,发送内容是“ZL1BPU”,接收方收到的内容会是“ZL1BPU”而不会是“zl1bpu”。这样做的另一个好处是,在消息中你可以使用大写字母提到另外的电台,被提到的电台不会收到这条消息。

指令确认

一些指令需要回复信息,或者在执行完成后回复执行结果。但是FSQ模式中并没有规定一种“失败确认”消息(其他模式也没有)。如果你期望获得回复,但没有收到,这是你应该假定对方没有收到消息,再次尝试发送。你可以同时给几个接收者发送消息,例如,“w1aw zl1ee w1hq Hello Guys”一条消息会被三个接收者收到。

传输图像

在目前版本的FSQ通信模式中已经支持传输图像功能, 并且我们计划为FSQ模式添加更多功能。和这个功能最接近的是MFSK16的数字图像传输功能。图像通过模拟FM方式传输,无同步。接收端在收到FSQ定向传输指令后开始接收图片。在发送方和接收方都处于定向传输模式时,图片可以自动接收。接收完成后,收到的图片会在弹出的窗口中显示。 你可以在聊天模式中直接发送或接收图片,也可以在定向传输模式中手动接收传输给多个接收者的图片。

图片格式

FSQ模式目前定义了三种图片格式,即160x120彩色,320x240彩色和640x480灰度(FSQ-FAX格式)三种。接收端根据图片大小解析出对应分辨率的图片,然后停止接收。图4为低分辨率摄像头照片,图5为高分辨率彩色照片,图6为通过FSQ-FAX格式传输的灰度图片,图片使用20W功率在40米波段传输,传输距离为300千米。所有图片都没有经过编辑。

窄带通信

图像传输时采样率为12KHz,和FSQ文字模式相同。 每个像素点进行10次采样,传输低分辨率彩色图片需要48秒,高分辨率彩色图片需要192秒,FSQ-FAX灰度图片需要256秒。图片调制方式为模拟调制,-200Hz代表黑色,+200Hz代表白色,中心频率为设定频率 +1500Hz。 图片传输模式在ITU发射代号中为400HF1B。

图像传输模式同样为近垂直入射天波传播方式进行优化,因此图片传输占用带宽较低,但速度低于SSTV方式。 由于FSQ模式具有较高的信噪比和较小的多径效应影响, 这种方式传输的图片质量好于SSTV。此外,由于不需要同步,FSQ图像传输不受信号衰落和干扰影响,并且鬼影现象明显好于SSTV模式,而SSTV会因此导致图像撕裂或倾斜。

Fidigi 软件也提供对 FSQ 模式的支持。感谢 Dave Freese,他的呼号是 W1HKJ。Fidigi 软件可在 www.w1hkj.com 下载。

接收端在收到图片传输指令后开始接收,接收过程中会受电脑处理速度影响导致收到的图片倾斜,或色彩失真。 这些问题可在收到完整图片后通过调节相位修复。此外, 声卡采样速率误差也会导致图像倾斜,这可通过调节图像接收控制选项改善。

图片来源

在发送图片时,可以将图片复制粘贴到“发送图片” 窗口,或从扫描仪获取图片。如果文字足够清楚,你也可以将文档转换为图片发送,或者在FSQ-FAX模式下将文档作为无线电报发送。

一些FSQ软件支持直接从摄像头获取图片并发送,使用这些软件,你可以发送自拍照片,或想要发送的其他照片。 一些版本的软件还支持远程图片传输指令,你可以使用这个指令获取对方图片,这在远程监控时特别有用。

实际表现

我们通过模拟电离层条件对多种工作模式进行测试, 以验证FSQ的设计(可参见:www.qsl.net/zl1bpu/ DOCS/Ionospheric%20Performance%20of%20FSQ. pdf),并确定在特定条件下FSQ收发软件的实际表现。 在高斯噪声条件下,带宽2.4KHz,波特率为6时可正常通信的信噪比为 -12d B,波特率为3时信噪比为 -15d B。在40米波段,5W功率,300千米距离上进行的测试中,在几个小时时间内几乎没有出现误码。实际上,在测试中误码率远低于拼写错误的概率。

一种典型的中频率短波单次电离层反射通信情况是, 信噪比约为0d B,较小的多径时间误差、多普勒频偏和相位偏移。但在这种情况下,传输衰减可能会非常大,对于无前向纠错码的通信模式来说是一种较为严酷的环境。在这种环境下,FSQ的各个通信模式表现良好。

对于晚上在80米波段通联的火腿,通常会面临严重的多径效应,这对于一般通联来说很具有挑战性。在这种条件下,FSQ仍然表现良好。可以说,FSQ就是为这种环境设计的。

软件

在Windows下有两个可进行FSQ通联的软件,最初的版本由Con(呼号是ZL2AFP)编写,US版本由Bob Cunnings(呼号是NW8L)和Mike Dannhardt(呼号是KA4CDN)编写。两个软件有一些差别,但可以相互通联。US版本是目前推荐使用的版本,两个软件都可以到ZL1BPU的网站下载,网址是www.qsl.net/zl1bpu/ MFSK/FSQweb.htm,软件后续版本也会在这里发布。软件自带详细的帮助文件、常用通联频率和操作步骤等。在Linux系统下可以使用Wine环境运行。

搜索模式自适应快速运动估计算法 篇7

视频编码标准H.264/AVC的压缩效率比MPEG-2、MPEG-4提高了近1倍[1],与此同时也造成了运算量的大幅增加,因此高效快速的运动估计算法成为H.264实时编码器实现的关键。由于运动是视频序列固有的根本特征,所以有效利用和适应运动特征的运动估计算法可以显著提高搜索速度和编码效率。

目前,典型的快速搜索算法有三步搜索法、四步搜索法、菱形搜索法、六边形搜索法、预测运动矢量场自适应搜索算法(PMVFAST)、具有匹配预判的自适应不规则模板搜索算法(AIPS-MP)等。此外,我国研究人员还提出了非对称十字型多层次六边形网格搜索算法(UMHexagonS)[2,3],这种算法采用整数像素运动估值,在高码率、大运动图像序列编码中能保持较好率失真性能,运算量很低,已被H.264标准采纳。

2 PAFME算法

实验发现,UMHexagonS算法的搜索策略也存在一些缺点和不足,如:对于不同的运动序列都采用固定的搜索模板和相同的搜索策略,这样虽能保证较高的搜索精度,但由于没有充分利用不同序列及不同块的特征,不能自适应地结束搜索,因此存在较多的冗余搜索点,造成搜索开销增大。笔者结合H.264标准采用的可变块尺寸运动估计技术的特点,提出了一种搜索模式自适应的快速运动估计算法(Search Pattern Adaptive Fast Motion Estimation,PAFME),并通过实验测试了算法性能。PAFME算法主要采用以下核心技术:初始搜索点预测,多搜索模式选择,利用经验阈值调整搜索模式的使用。

该算法的主要思想是在保证图像质量的前提下,减少算法中的冗余搜索点,从而加快运行速度。在该算法中使用由经验得到的整数型常数作为基值;对不同尺寸的块类型,采用对基值进行简单的移位操作,以作为不同的判断阈值。

在搜索的过程中,首先对初始预测点集中的部分预测点(中值预测点及原点)进行搜索,包括小菱形四点搜索和可能的密集搜索步骤;仍不满意,再搜索上层块类型预测点,而后按当前最佳点进行小菱形搜索或可延伸的六边形和小菱形搜索步骤。算法流程如图1所示。

3 实验结果与分析

把新算法嵌入到H.264的标准参考软件JM12.4中进行测试比较,以验证其有效性。测试条件:在基本框架下,采用SATD和RDO指标,搜索范围为所有编码模式,1/4像素精度,参考帧数为1,第一帧为I帧,其余为P帧。测试序列有:Forman(QCIF,10 f/s(帧/秒)),Paris(CIF,15 f/s),Football(SIF,30 f/s),各100帧。之所以选用纹理和运动复杂度各不相同的3种测试序列,格式、帧率均有差异,是为了充分测试算法对不同内容的视频序列在不同目标下的应用性能,并且选用4种量化参数以测试算法在不同码率下的性能。

采用亮度信号的峰值信噪比(PSNRY)、比特率、整数像素精度运动估计总时间(t)等指标对PAFME算法与JM12.4参考软件采用的快速算法(JM12.4FME)的性能进行比较,实验结果详见表1。可见,PAFME算法具有以下特点:1)PSNRY平均损失0.018 d B,最大不超过0.088 dB,所以新算法对视频重建质量的影响可忽略;2)比特率的增加未超过0.7%,所以新算法对编码效率影响很小;3)运算量有较大降低,整像素精度运动估计速度提升明显,耗时平均减少33%。

对上述测试序列,在不同量化参数下,PAFME算法与JM12.4FME相比,其整像素精度运动估计的耗时百分比(tPAFME/tJM12.4FME)见图2。由图可见,在不同量化参数下,PAFME算法性能稳定,即新算法的有效性受量化参数影响较小。对不同特征的信号序列,算法性能有所差异,对运动一致性较好的序列,整像素精度运动估计的耗时可减少35%以上,搜索速度较快。

4 小结

笔者针对现有算法的不足,提出搜索模式自适应的快速运动估计算法PAFME,结合H.264标准采用的可变块尺寸运动估计算法的特点,利用运动矢量在时空域及不同编码模式间的相关性,设计了初始搜索中心的预测方法。通过测试发现:自适应的搜索模式选择规则可以显著地加快运算速度,并保持了视频质量和码率基本不变,为高速的运动估计提供了一种新的方向。

摘要：提出了一种搜索模式自适应快速运动估计算法(PAFME),首先利用变块尺寸运动估计的特点与运动矢量的时空域相关性,预测初始搜索中心;采用多种搜索模式以适应不同运动特征,提出了搜索模式自适应的选择机制,以节省不必要的搜索点加快搜索速度;又能避免陷入局部极小。实验结果表明,与H.264/AVC的参考软件JM12.4相比,该算法使整像素精度运动估计的速度提高了30%～40%,同时保持了图像质量和码率基本不变。

关键词：运动估计,搜索模式自适应,H.264

参考文献

[1]OSTERMANN J,BORMANS J,LIST P,et al.Video coding with H.264/AVC:tools,performance,and complexity[J].IEEE Circuits and Systems Magazine,2004,4(1):7-28.

[2]CHEN Zhibo,ZHOU Peng,HE Yun.Fast motion estimation for JVT,Doc.JVT-G016[C]//Proc.7th JVT Meeting,2003.Pattaya,Thailand:JVT,2003.