Метод кодування відеосегментів в спектрально-кластерному просторі з виявленням структурних особливостей

The directions for improving the efficiency of providing remote video services using the aviation info-communication segment in the process of support and decision-making in critical infrastructure systems are substantiated. It is justified that in order to localize or eliminate problematic aspects, it is necessary to apply technologies for reducing the bit intensity of the video stream. This will reduce the information load on the network and create conditions for the involvement of redundant code structures. Accordingly, it is necessary to integrate video data compression technologies for on-board systems. The effectiveness of clustering video segments in spectral space based on the structural feature of the number of series of units in the binary description of their components is substantiated. A method of statistical coding of transformants in structural space has been developed. The basic component here is the establishment of statistical dependencies within structural clusters, taking into account: local features of spectral components in their range based on structural features in their binary description; reduced power of the statistical space and increase the level of uneven distribution of the clustered components of the transformant. On the basis of the conducted experimental studies, it is shown that the use of the created method of encoding clustered transformants allows to increase the level of reliability of aerial photographs by the indicator of the peak signal/noise ratio by an average of 50%.Обґрунтовано напрямки підвищення ефективності надання дистанційних відеосервісів з використанням авіаційного інфокомунікаційного сегменту в процесі підтримки та прийняття рішень в системах критичної інфраструктури. Обґрунтовано наявність проблемних аспектів пов’язаних з якістю отримання відеоінформаційного ресурсу з авіаційних платформ. Перший стосується необхідності збільшення роздрібної здатності відеознімків. Другий криється в наявності дисбалансу між: з одного боку означеними темпами значного зростання інформаційної інтенсивності відеоінформаційних потоків; з іншого боку — помітно відстаючими темпами збільшення пропускної здатності інфокомунікаційних систем на бортових платформах. Обґрунтовано, що для локалізації або усунення проблемних аспектів необхідно застосовувати технології зменшення бітової інтенсивності відеопотоку. Це дозволить зменшити інформаційне навантаження на мережу та створити умови для залучення надлишкових кодових конструкцій. Відповідно до цього необхідно для бортових комплексів проводити інтеграцію технологій компресії відеоданих. В статті ґрунтовно доводиться те, що необхідно розробити такі методи кодування в складі комплексних технологій обробки аерофотознімків, для яких забезпечується: додаткове врахування нових видів надмірності, що не пов’язані з виключенням психовізуальної надмірності; будування кодових конструкцій з більшою стійкістю до негативного впливу канальних помилок на процес декодування відеосегментів. Обґрунтовано переваги кластеризації відеосегментів в спектральному просторі за структурною ознакою кількість серій одиниць в двійковому описі їх компонент. Розроблено метод статистичного кодування трансформанти (масив коефіцієнтів при базисних функціях дискретного косинусного перетворення) в структурному просторі. Базовою складовою тут є встановлення статистичних залежностей в межах структурних кластерів з врахуванням: локальних особливостей спектральних компонент за їх діапазоном на основі структурних ознак в їх двійковому описі; зменшеної потужності статистичного простору та збільшити рівень нерівномірності розподілу кластеризованих компонент трансформанти. На основі проведених експериментальних досліджень показано те, що використання створеного методу кодування кластеризованих трансформант дозволяє підвищити рівень достовірності аерофотознімків за показником пікового відношення сигнал/шум в середньому на 50%

Метод стиснення відеосегментів з забезпеченням їх достовірності в спектрально-кластерному просторі:

An analysis of the peculiarities of the organization of video information support for critical infrastructure management systems is carried out. It is shown that the requirements for the completeness, timeliness and reliability of the delivery of video information are growing. The growth of demand for the organization of remote video services using technological platforms based on unmanned aerial systems (UAVs) is shown. At the same time, it requires compliance with the requirements of a number of international standards, which are put forward for the quality of providing video information. In turn, such requirements encourage the use of telecommunication systems (TCS) with the necessary level of information transmission speed. There is an imbalance for systems providing remote video services using wireless TCS on aviation platforms. It refers to the lagging of the rate of growth of TCS productivity in terms of data transfer rate relative to the rate of growth of the bit intensity of video information streams that are formed on board the UAVs. The article shows that the consequences of imbalance are the appearance of significant time delays in the process of video information delivery. Accordingly, there are losses: relevance (adequacy) of video information regarding the current state of monitoring objects; the reliability of video information. These destructions are the reason for the disruption of the decision-making process in critical infrastructure systems. Therefore, there is an urgent need to solve a scientific and applied problem, which concerns the improvement of the quality of providing remote video services using telecommunication technologies on the platform UAVs. A set of technological solutions is used to solve this problem. The main component here is the application of technologies for reducing the bit intensity of the video stream. At the same time, as shown in the article, in the process of developing such technologies, it is necessary to resolve the contradiction. It consists in the fact that the amount of psychovisual redundancy of video images is used both to localize the destructive effect of channel errors on the reliability of video images and to reduce their bit volume. Therefore, there is a contradiction between the requirements for ensuring the authenticity of video images and their timely delivery. Therefore, the implementation of remote video services using onboard TCS in the presence of interference puts forward additional requirements for technologies to reduce the bit volume of video data. Therefore, the purpose of the article is to create methods for compressing video images to reduce their bit volume while ensuring the required reliability. On the basis of a comprehensive analysis, directions for improvement of coding methods are substantiated. They concern the following aspects. First. Identification of new regularities, the consideration of which will create conditions for additional reduction of the bit volume of video segments without introducing losses regarding the reliability of the information. It will allow us to localize the destructive effect of channel errors in the process of reconstruction of video images with damaged codegrams of their compact description. Second. Form code constructions using the mode of uniform or locally uniform code formation. In accordance with this, the efficiency of encoding transformed video segments in the cluster space is substantiated. At the same time, clustering is carried out according to such a feature as the number of series of units in the binary description of their components. It is claimed that conditions are created for the clustered transformant to further reduce the amount of redundancy without a loss of information. A method of video segment compression has been developed to ensure their reliability in the spectral-cluster space. This technology is based on the principle of the duality of transformant components. It consists in the fact that the clustered component can simultaneously be considered as an element of the statistical space of the cluster and a valid structural cluster element. That is, as one of the permissible permutations with repetitions with a certain number of series of units. According to the results of experimental studies, it can be stated that when using the created method for the given levels, an increase in the level of compression compared to existing methods is achieved by an average of 40%.Проводиться аналіз особливостей організації відеоінформаційного забезпечення для систем управління критичною інфраструктурою. Показано, що зростають вимоги щодо повноти, своєчасності та достовірності доставки відеоінформації. Показано зростання попиту на організацію дистанційних відеосервісів з використанням технологічних платформ на базі безпілотних авіаційних комплексів (БАК). Водночас це потребує дотримання вимог ряду міжнародних стандартів, які висуваються до якості надання відеоінформації. В свою чергу, такі вимоги спонукають використання телекомунікаційних систем (ТКС) з необхідним рівнем швидкості передачі інформації. Для систем надання дистанційних відеосервісів з використанням бездротових ТКС на авіаційних платформах існує дисбаланс. Він стосується відставання темпів зростання продуктивності ТКС за швидкістю передачі даних відносно темпів зростання бітової інтенсивності відеоінформаційних потоків, які формуються на борту БАК. В статті показано, що наслідками дисбалансу є поява значних часових затримок в процесі доставки відеоінформації. Відповідно виникають втрати: актуальності (адекватності) відеоінформації щодо поточного стану об’єктів моніторингу; достовірності відеоінформації. Наведені деструкції є причиною порушення процесу прийняття рішень в системах критичної інфраструктури. Отже існує нагальна потреба у вирішенні науково-прикладної задачі, яка стосується підвищення якості надання дистанційних відеосервісів з використанням телекомунікаційних технологій на платформі БАК. Для вирішення означеної задачі використовується комплекс технологічних рішень. Основною складовою тут є застосування технологій зменшення бітової інтенсивності відеопотоку. Водночас, як показано в статті, в процесі розробки таких технологій потрібно вирішувати суперечність. Вона полягає в тому, що кількість психовізуальної надмірності відеозображень використовується, як для локалізації деструктивного впливу канальних помилок на достовірність відеозображень, так і для скорочення їх бітового об’єму. Отже виникає протиріччя між вимогами щодо забезпечення достовірності відеозображень та їх своєчасною доставкою. Звідси реалізація дистанційних відеосервісів з використанням бортових ТКС в умовах дії завад висуває додаткові вимоги до технологій зменшення бітового об’єму відеоданих. Тому мета статті полягає у створенні методів стиснення відеозображень для зменшення їх бітового об’єму в умовах забезпечення потрібної достовірності. На основі всебічного аналізу обґрунтовано напрямки вдосконалення методів кодування. Вони стосуються таких аспектів. Перший. Виявлення нових закономірностей, врахування яких дозволить створити умови для додаткового зменшення бітового об’єму відеосегментів без внесення втрат щодо достовірності інформації. Дозволить локалізувати руйнівну дію канальних помилок в процесі реконструкції відеозображень з пошкодженими кодограмами їх компактного опису. Другий. Формувати кодові конструкції з використанням режиму рівномірного або локально-рівномірного кодоутворення. Відповідно до чого обґрунтовано ефективність кодування трансформованих відеосегментів в кластерному просторі. При цьому кластеризація здійснюється за такою ознакою, як кількість серій одиниць в двійковому описі їх компонент. Стверджується те, що для кластеризованої трансформанти створюються умови для додаткового скорочення кількості надмірності без втрат інформації. Розроблено метод стиснення відеосегментів з забезпеченням їх достовірності в спектрально-кластерному просторі. В основі такої технології лежить принцип дуальності компонент трансформанти. Він полягає в тому, що кластеризована компонента може одночасно розглядатись як: елемент статистичного простору кластеру; допустимий елемент структурного кластеру. Тобто як одна з допустимих перестановок з повтореннями з визначеною кількістю серій одиниць. За результатами експериментальних досліджень можна стверджувати те, що у разі використання створеного методу для заданих рівнів досягається збільшення рівня стиснення відносно існуючих методів в середньому на 40%

Mетод реструктуризації відеоданих в системах компресійного кодування для підвищення достовірності

The subject of research in the article is the processing of video images using orthogonal transformation for data exchange in information and communication networks. The analysis of known algorithms for encoding video information with the active use of a statistical approach in data cod\-ing has been presented. The aim of the study is to develop a method for restructuring video information resource data in the compression coding systems for increasing information reliability. This will allow you to ensure the neutralizaon of the errors and avoid the destruction of video data during its reconstruction while maintaining the structural-statistical regularity and controlled loss of quality. The task of the article is to develop a method for restructuring information resource data using structural regularity in a binary sequence that specifies video information resource data; to analyze the effectiveness of the application of the developed method for restructuring video data by a quantitative attribute from the standpoint of creating conditions for additional reduction of the structural redundancy of code representation as well as to analyze the effectiveness of the application of the developed method of restructuring the information space from the standpoint of increasing reliability. The article presents a solution to the scientific problem that is aimed to develop methods for increasing reliability of compact video images in information and telecommunication networks of aero segment systems. As a result, the use of the developed method of restructuring video data based on the number of series of units makes it possible to create conditions for additional reduction in the structural redundancy of the code representation of information due to significant reduction of the power of the information space within which the data is encoded; the conditions are provided for localizing the effect of errors in the process of reconstructing video information resources; the conditions are created for reducing the time of data processing due to the fact that the developed method of data restructuring does not require transformations on message elements.Предметом досліджень в статті є процеси обробки відеозображення з застосуванням ортогонального перетворення для передачі даних у інформаційно-телекомунікаційних мережах. Виконаний аналіз відомих алгоритмів кодування відеоінформації, що активно використовують статистичний підхід для компактного представлення кодованих даних. Метою є розробка методу реструктуризації даних відеоінформаційного ресурсу в системах компресійного кодування для підвищення достовірності інформації. Що дозволить при збереженні стpyктypно–стaтистичної зaкономipностi та контрольованої втрати якості, забезпечити локалізацію впливу помилок та запобігти руйнування відеоданих при реконструкції відеоданих. Завдання: розробити метод реструктуризації даних інформаційного ресурсу з використанням структурних закономірностей в двійковій послідовності, якою задаються дані відеоінформаційного ресурсу; провести аналіз ефективності застосування розробленого методу реструктуризації відеоданих за кількісною ознакою з позиції створення умов для додаткового скорочення структурної надмірності кодового подання; провести аналіз ефективності застосування розробленого методу реструктуризації інформаційного простору з позиції підвищення рівня достовірності. Представлено рішення наукової задачі, спрямованої на розробку методів підвищення достовірності компактно представлених відеозображень в інформаційно-телекомунікаційних мережах для систем аеросегменту. Отримані наступні результати: використання розробленого методу реструктуризації відеоданих за ознакою кількості серій одиниць дозволяє створити умови додаткового скорочення структурної надмірності кодового представлення інформації за рахунок суттєвого скорочення потужності інформаційного простору, в межах якого кодуються дані; забезпечуються умови для локалізації дії помилок в процесі реконструкції відеоінформаційних ресурсів; створюються умови для скорочення часу на обробку даних, в зв'язку з тим, що розроблений метод реструктуризації даних не вимагає проведення перетворень над елементами повідомлення