Dis tarasenko

1. МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Прим. № ___
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
ТАРАСЕНКО ДМИТРО АНАТОЛІЙОВИЧ
УДК 621.327: 681.5
ДИСЕРТАЦІЯ
МЕТОД ЕФЕКТИВНОГО КОДУВАННЯ ВІДЕОПОТОКУ ДЛЯ БОРТОВИХ
ІНФОКОМУНІКАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
05.13.06 – інформаційні технології
технічні науки
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Дисертація містить результати власних досліджень.
Використання ідей, результатів і текстів інших
авторів мають посилання на відповідне джерело
Д.А. ТАРАСЕНКО
Науковий керівник
Бараннік Володимир Вікторович,
доктор технічних наук, професор
Черкаси – 2018 рік

2. 2
АНОТАЦІЯ
Тарасенко Д.А. Метод ефективного кодування відеопотоку для бортових
інфокомунікаційних технологій. – Кваліфікаційна наукова праця на правах
рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за
спеціальністю 05.13.06 "Інформаційні технології". - Черкаський державний
технологічний університет, Черкаси, 2018.
У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-прикладна задача щодо
підвищення якості надання відеоінформаційних сервісів з використанням бортових
інфокомунікаційних технологій. Показується, що в процесі надання відеосервісів в
інтересах профільних організацій, в тому числі в процесі функціонування в умовах
кризових ситуацій, виникає необхідність використання дистанційних
інфокомунікаційних технологій на базі безпілотних бортових комплексів. У той же
час, для такого підходу виникає протиріччя, викликане: з одного боку, зростанням
вимог щодо якості відеоінформаційних сервісів в інтересах профільних
міністерств, а з іншого боку, виникають складнощі щодо надання
відеоінформаційних сервісів заданої якості з використанням дистанційних
аеромобільних платформ. Тому виникає необхідність в забезпеченні підвищення
якості надання відеоінформаційних сервісів з використанням бортових
інфокомунікаційних технологій.
Показується, що одним з ефективних напрямків щодо підвищення якості
надання відеоінформаційних сервісів є використання інформаційних технологій
обробки і передачі потоку кадрів (ІТОПК). Стандартизовані ІТОПК
використовують концепцію класифікації кадрів в локальних групах в залежності
від забезпечення вагової складової в сумарний баланс між інтенсивністю
кодованого відеопотоку і цілісністю інформації. В результаті проведеного аналізу
виявлено, що існуючі інформаційні технології обробки і передачі відеопотоку не
забезпечують компроміс між зростанням інформаційної інтенсивності динамічного
відеоресурсу і обмеженістю пропускних спроможностей інфокомунікаційних

3. 3
технологій на базі бортових безпілотних комплексів. З урахуванням чого, мета
досліджень полягає в розробці методу ефективного кодування кадрів
відеоінформаційного потоку для підвищення якості надання сервісів з
використанням бортових інфокомунікаційних технологій.
Розробляється метод ефективного синтаксичного представлення сегмента
відеокадра на основі формування ущільненого двовимірного спектрального
структурного простору з подальшим одновимірним двоосновним об'єктно-
позиційним кодуванням в просторі ідентифікаторів в умовах гнучкої наявності
нерівності парних елементів. Створюється метод реконструкції вектора
ідентифікатора ущільненого двовимірного спектрального простору на основі його
двокаскадної ідентифікації по допоміжним величинам. Показується перевага
розробленого методу кодування й стандартизованих методів обробки кадрів.
Наукова новизна отриманих результатів.
У рамках дисертаційної роботи отримані основні результати, що мають
наукову новизну:
1. Отримала подальший розвиток концептуальна модель опису
двовимірного спектрального простору на основі структурно-комбінаторного
підходу.
2. Вперше розроблено метод кодування передбачених кадрів відеопотоку
на основі їх трансформації і скорочення внутрішньокадрової надмірності.
3. Вперше створено метод декодування трансформант на основі
реконструкції двовимірного структурного представлення.
4. Вдосконалено інформаційну технологію обробки та передачі
відеоінформаційних потоків для бортових комплексів на основі ефективного
синтаксичного представлення.
Новизна отриманих результатів підтверджується відсутністю розроблених
моделей і методів в існуючих інформаційних технологіях обробки та передачі
кодованого відеопотоку.
Практичне значення отриманих результатів.

4. 4
Інтеграція розроблених методів ефективного синтаксичного кодування
кадрів в інформаційну технологію обробки та передачі відеоінформації для
бортових комплексів забезпечує:
1) зниження сумарної інтенсивності відеопотоку щодо існуючих кодеків,
реалізованих в стандартних інформаційних технологіях обробки потоку кадрів, в
середньому від 15 до 30 %;
2) зниження дисбалансу між інформаційною інтенсивністю відеопотоку і
швидкістю передачі в мережі в середньому на 22 %. Це забезпечує можливість:
- використовувати для передачі відеопотоку інформаційні технології з
нижчою пропускною спроможністю, а саме на рівні 2 – 6 Мбіт/с;
- підвищити цілісність інформації для заданого рівня інтенсивності потоку
кадрів, а саме щодо збільшення рівня ПВСШ для: базового кадру з 42 до 45 дБ;
передбачених кадрів з 28 до 35 дБ.
Ключові слова: відеосервіс, елемент, кадр, надмірність, трансформанта,
бортовий комплекс, інформаційна інтенсивність, об'єктно-позиційне кодування.
Список публікацій, в яких опубліковані основні наукові результати
дисертації:
1. Баранник В. В., Тарасенко Д. А. Метод синтаксического представления
идентификационного структурного пространства трансформанты для
информационных технологий кодирования видеопотока. Радиоэлектроника и
информатика. 2016. №3. С. 29–38.
2. Тарасенко Д. А., Додух О. М., Хіменко В. В., Мачалін І. О. Метод
формування двокомпонентного коду для компактного представлення фрагмента
зображення у телекомунікаційних системах. Радіоелектроніка та інформатика.
2017. №1. С. 33–37.
3. Баранник В. В., Тарасенко Д. А., Баранник Д. В., Медведев Д. О.
Технология балансированной обработки динамического видеоресурса для
снижения информационной интенсивности в инфокоммуникационных системах.
Безпека інформації. 2017. №3. С. 163–170.

5. 5
4. Баранник В. В., Тарасенко Д. А. Концептуальная модель эффективного
внутрикадрового синтаксического кодирования сегментов на основе их
трансформирования. Системи обробки інформації. 2017. № 5. С. 62-68.
5. Бараннік В. В., Давикоза О. П., Мусієнко О. П., Тарасенко Д. А.
Обґрунтування напрямку підвищення оперативності доставки інформації у
автоматизованих системах обробки розвідувальної інформації. Збірник наукових
праць ХНУ ПС. 2017. Вип 4(53). С. 71–76.
6. Бараннік В. В., Мусієнко О. П., Тарасенко Д. А. Метод кодування
значущих структурних характеристик трансформанти для підвищення цілісності
аерофотознімків в системі повітряної розвідки. Захист інформації. 2017. №4. С.
263–270.
7. Тарасенко Д. А. Методологические аспекты обработки динамического
видеоресурса для повышения качества дистанционного видеосервиса.
Радиоэлектроника и информатика. 2017. №4. С. 9–17.
8. Бараннік В. В., Тарасенко Д. А., Медведев Д. О., Хіменко В. В. Технологія
обробки передбачених кадрів відеопотоку для бортових інформаційних технологій.
Наукоємні технології. 2017. №4(36). С. 276–282.
9. Баранник В. В., Тарасенко Д. А., Королева Н. А. Метод восстановления
сегментов видеокадра на основе реконструкции двумерного структурного
представления трансформант в условиях сохранения целостности информации.
Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. 2017. №6. С. 37–43.
10. Barannik V., Tarasenko D. Method of encoding a video frame based on the
identification vectors seal structural transformed space. Radioelectronics & informatics.
2016. No. 4. Р. 4-11.
Список публікацій, які засвідчують апробацію матеріалів дисертації:
1. Баранник В. В., Тарасенко Д. А., Хименко В. В. Эффективное
кодирование сегментированных видеокадров для снижения информационной
интенсивности видеопотока. Методи та засоби кодування, захисту й ущільнення

6. 6
інформації: матеріали 6-ої Міжн. наук.-практ. конф., (Вінниця, 24-25 жовт. 2017 р.).
Вінниця: Вінн. нац. техн. ун-т., 2017. С. 109–112.
2. Баранник В. В., Тарасенко Д. А. Синтаксическое представление
трансформант предсказанных кадров для динамических видеоресурсов в
телекоммуникационных системах. Информационно-управляющие системы на
железнодорожном транспорте: материалы 30-ой междун. научн.-практ. конф.,
(Харьков, 26–27 жовт. 2017 р.). Харьков: Укр. ун-т железнод. трансп., Харьков,
2017. С. 31–33.
3. Баранник В. В., Тарасенко Д. А. Метод эффективного кодирования
сегментов для информационных технологий обработки видеопотока. Практичне
застосування нелінійних динамічних систем в інфокомунікаціях: матеріали VI-ої
Між. наук.-практ. конф. І-го Міжн. симп., (Чернівці, 9–11 лист. 2017 р.). Чернівці:
Чернів. нац. ун-т імені Юрія Федьковича. 2017. С. 31–33.
4. Баранник В. В., Тарасенко Д. А. Эффективное кодирование
видеоинформации для инфокоммуникационных технологий. Інформатика,
управління та штучний інтелект: тез. допов. 4-ої Міжн. наук.-техн. конф., (Харків,
21-23 лист. 2017 р.). Харків: Нац. техн. ун-т «ХПІ», 2017. С. 14.
5. Баранник В. В., Тарасенко Д. А. Информационная технология обработки
динамического видеоресурса для бортовых инфокоммуникаций. Проблеми
інформатизації: тези допов. 9-ої міжн. наук.-техн. конф., (Київ, 13–15 груд. 2017
р.). Київ: Держ. ун-т телеком. 2017. С. 49.
6. Barannik V., Ryabukha Yu., Tverdokhlib V., Dodukh A., Suprun O.,
Tarasenko D. Integration the non-equilibrium position encoding into the compression
technology of the transformed images. IEEE East-West Design & Test Symposium: 15th
IEEE Intern. Symp., (Novi Sad, Serbia, September 29–October 2, 2017). Novi Sad: 2017.
P. 337-339.
7. Barannik V., Tarasenko D. Method coding efficiency segments for information
technology processing video. IEEE Problems of Infocommunications. Science and
Technology (PICS&T’2017): IEEE 4th Intern. scien.-pract. conf., (Kharkiv, Ukraine,
October 10-13, 2017). Kharkiv: 2017. P. 134-137.

7. 7
8. Barannik V., Tarasenko D., Podlesny S., Barannik D. The video stream
encoding method in infocommunication systems. Modern Problems of Radio
Engineering, Telecommunications and Computer Science, (TCSET’2018): XVIth Intern
conf., (Lviv-Slavske, Ukraine, February 23–25, 2018). Lviv-Slavske: 2018. P. 431.
ABSTRACT
Tarasenko D. A. Method of effective video stream coding for onboard
infocommunication technologies. - Qualification scientific work as the manuscript.
The Thesis for PhD of Engineering Sciences degree in the specialty 05.13.06
"Information technologies". - Cherkasy state technological university, Cherkasy, 2018.
In dissertation work the relevant scientific-applied task concerning improvement of
providing video information services quality with use of onboard infocommunication
technologies is solved. It is shown that in the process of video services providing for the
benefit of the profile organizations, including the process of functioning in the conditions
of crisis situations, there is a need of use of remote infocommunication technologies on
the basis of UAV. At the same time, for such approach there is a contradiction caused: on
the one hand, difficulties concerning providing video information services of the set
quality with use of remote airmobile platforms and on the other hand - arise growth of
requirements concerning quality of video information services for the benefit of the
profile ministries. Therefore there is a need for ensuring improvement of quality of
providing video information services with use of onboard infocommunication
technologies.
Is shown that using information technologies of processing and frame stream
transferring (ITFST) is one of the effective directions concerning improvement of
providing video information services quality. Standardized ITFST use the frame
classification concept in local groups depending on providing a weight component in total
balance between intensity of the coded video stream and integrity of information. As a
result of the carried-out analysis it is revealed that the existing information processing and
transfer technologies of a video stream don't provide a compromise between growth of

8. 8
dynamic video resource information intensity and capacities limitation of
infocommunication technologies on the basis of UAV complexes. Therefore, the purpose
of researches consists in development of video information stream effective frame coding
method for improvement of providing services quality with use of onboard
infocommunication technologies.
The method of effective syntactic representation of the video frame segment on the
basis of formation of the condensing two-dimensional spectral structural space with
further one-dimensional bibasic object and position coding in space of identifiers in the
conditions of flexible existence of pair elements inequality is developed. The method of a
vector of the identifier reconstruction condensing two-dimensional spectral space on the
basis of its two cascade identification in auxiliary sizes is created. Advantage of the
developed method of coding and the standardized methods of processing of shots is
shown.
Scientific novelty of the received results.
Within dissertation work the main results which have scientific novelty are
received:
1. The conceptual model of the description of two-dimensional spectral space on
the basis of structural and combinatory approach has gained further development.
2. The method of coding of the provided video stream frames on the basis of their
transformation and reduction of intra personnel redundancy is for the first time
developed.
3. The decoding method a transformant on the basis of reconstruction of two-
dimensional structural representation is for the first time created.
4. Information technology of processing and transfer of video information streams
for UAV complexes on the basis of effective syntactic representation is improved.
The novelty of the received results is confirmed by lack of the developed models
and methods in the existing information technologies of processing and transfer of the
coded video stream.
Practical value of the received results.

9. 9
Integration of the developed methods of effective syntactic coding of shots into
information technology of processing and transfer of a video information for onboard
complexes provides:
1) decrease in total video stream intensity of rather existing codecs realized in
standard information technologies of frame stream processing, on average from 15 to
30%;
2) decrease in an imbalance between information intensity of a video stream and
speed of transfer to networks on average for 22%. It provides an opportunity:
- to use for transfer of a video stream information technologies with the lowest
capacity, namely at the level of 2 - 6 Mbps;
- to increase integrity of information for the set level of intensity of a stream of
shots, namely concerning increase in the PSNR level for: a basic shot from 42 to 45 dB;
the provided shots from 28 to 35 dB.
Keywords: video service, element, frame, redundancy, transformant, onboard
complex, information intensity, object-position coding.

10. 10
ЗМІСТ
СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ.................................................................. 12
ВСТУП.................................................................................................................... 13
РОЗДІЛ 1 ОБҐРУНТУВАННЯ ПІДХОДУ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ
СЕРВІСІВ ВІДЕОІНФОРМАЦІЙ ДЛЯ БОРТОВИХ ІНФОРМАЦІЙНИХ
ТЕХНОЛОГІЙ…………………………..........................................................….. 23
1.1 Обґрунтування значущості використання дистанційних сервісів
відеоінформацій на базі аеромобільних платформ в інтересах профільних
міністерств……………………………………………………………………….. 24
1.2 Обґрунтування проблемного дисбалансу в процесі надання сервісів
відеоінформацій з використанням безпілотних комплексів.............................. 37
1.3 Аналіз базових компонент інформаційної технології обробки і передачі
потоку відеокадрів................................................................................................. 45
1.4 Постановка завдання на дослідження 55
Висновки за першим розділом……..................................................................... 60
РОЗДІЛ 2 ОБҐРУНТУВАННЯ ПІДХОДУ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ
ЕФЕКТИВНОСТІ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ОБРОБКИ І
ПЕРЕДАЧІ ВІДЕОПОТОКУ…………………………………………………… 63
2.1 Обґрунтування недоліків методів внутрішньокадрового синтаксичного
кодування передбачених кадрів для інформаційних технологій обробки і
передачі відеопотоку……………………………………………………………. 64
2.2 Обґрунтування проблемних недоліків технологій синтаксичного
кодування трансформованих сегментів для кадрів Р-типу................................ 78
2.3 Обґрунтування базового напряму для вдосконалення технологій
синтаксичного кодування трансформант…………………………………........ 82
Висновки за другим розділом……....................................................................... 96
РОЗДІЛ 3 МЕТОД ЕФЕКТИВНОГО КОДУВАННЯ ПЕРЕДБАЧЕНИХ
КАДРІВ НА ОСНОВІ ІДЕНТИФІКАЦІЇ СТРУКТУРНОГО
СПЕКТРАЛЬНОГО ПРОСТОРУ......................................................................... 101

11. 11
3.1 Розробка методу кодування ідентифікаторів двовимірного
структурного простору трансформант................................................................ 102
3.2 Розробка технології ефективного синтаксичного кодування відеокадрів
на основі адаптивного об'єктно-позиційного кодування з врахуванням
гнучкої нерівності парних ідентифікаторів ДСП простору…………………... 110
3.3 Побудова методу реконструкції вектора ідентифікаторів ущільненого
ДСП простору на основі двоосновного об'єктно-позиційного декодування в
умовах наявності гнучкої нерівності парних елементів.................................... 127
Висновки за третім розділом……........................................................................ 132
РОЗДІЛ 4 ОЦІНКА ХАРАКТЕРИСТИК ІНФОРМАЦІЙНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ
ОБРОБКИ ПОТОКУ КАДРІВ З ВИКОРИСТАННЯМ СТВОРЕНОГО
ЕФЕКТИВНОГО КОДУВАННЯ СЕГМЕНТІВ.................................................. 135
4.1 Розробка методу оцінки характеристик інформаційної інтенсивності
для створеного методу ефективного кодування сегментів відеокадру............ 136
4.2 Оцінка інформаційної інтенсивності передбаченого кадру на основі
використання технологій обробки відеопотоку................................................. 139
4.3 Оцінка інформаційної інтенсивності групи кадрів для різних
інформаційних технологій обробки відеопотоку............................................... 149
Висновки за четвертим розділом……................................................................. 153
ВИСНОВКИ........................................................................................................... 158
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ................................................... 165
Додаток А Список публікацій здобувача за темою дисертації та відомості про
апробацію результатів дисертації…………………………………………………… 178
Додаток Б Приклади відеокадрів із різним ступенем
інформативності…………………………………………………………………. 182
Додаток В Акти реалізації науково-прикладних результатів
досліджень.............................................................................................................. 184

12. 12
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ
БЛК − безпілотний літальний комплекс
ДВ − двокомпонентний вектор
ДКП − дискретне косинусне перетворення
ДОПК − двоосновне об'єктно-позиційне кодування
ДСП − двовимірний структурний простір
ІКТ − інфокомунікаційні технології
ІТОПК − інформаційні технології обробки і передачі потоку кадрів
КДС − кодування довжин серій
ЛПР - людина, яка приймає рішення
МК − матриця квантування
ПКЛ − перетворення Корунена-Лоєва
ПВСШ − пікове відношення сигнал/шум
ПЗС − прилад із зарядовим зв'язком
ЕСП − ефективне синтаксичне представлення

13. 13
ВСТУП
Обґрунтування вибору теми дослідження. Сучасне суспільство
відрізняється наявністю чітко позначеної тенденції, пов'язаної з ростом впливу
рівня інформатизації різних сфер її діяльності на економічне зростання, соціальне
благополуччя населення і національну безпеку держави [33; 37; 50; 59].
Ключовою ланкою тут є поняття інформаційного ресурсу. При цьому за останній
час принциповим образом фундаментом для інформаційного забезпечення і
підтримки прийняття рішень стає відеоінформація або ресурси відеоінформації.
В процесі надання відеосервісів в інтересах профільних організацій, у тому
числі, в процесі функціонування в умовах кризових ситуацій, необхідно
враховувати такі чинники як: вимога відносно отримання інформації одночасно з
великим за масштабом територій; наявність важкодоступних для наземного
транспорту територій, у тому числі гірські і лісові масиви, морські і річкові
акваторії; наявність швидкого поширення кризових ситуацій на значні території.
У зв'язку з чим, надання відеосервісів в інтересах профільних організацій
організовується із використанням дистанційних інфокомунікаційних технологій
на базі безпілотних бортових комплексів. Цей підхід забезпечується формуванням
статичного і динамічного відеоресурсу з використанням оптико-електронних
сенсорів. В цьому випадку забезпечується підтримка таких відеосервісів, як
відеоконференцзв'язок, цифрове телебачення високої якості, відеомоніторинг
місцевості, телемедицина, охоронне відео, віртуальна реальність, технічний зір.
Узагальнюючою характеристикою відеопотоку є інформаційна
інтенсивність в умовах заданого рівня цілісності і семантичної роздільної
здатності, яка може досягати 100 Гбіт/с. Відповідно це позначається на значне
підвищення часових затримок на доставку динамічного відеоресурсу з
використанням інфокомунікаційних технологій на базі аеромобільних платформ.
Такі часові затримки у свою чергу роблять вплив на зниження якості інших
показників відеосервісів, включаючи:

14. 14
- вірогідність втрати пакетів на вузлі доступу внаслідок переповнювання
буферної пам'яті;
- завантаження вузла доступу, що показує задіяну обчислювальну здатність
вузла доступу при обробці прийнятих пакетів;
- пропускна спроможність, яка відображає об'єм даних, що передається у
мережі за одиницю часу;
- затримка від джерела до одержувача, що визначається як час між
виникненням запиту до якого-небудь мережевого сервісу і отриманням відповіді
на нього.
Отже, для процесу надання сервісів відеоінформацій для мобільних
користувачів на безпровідні термінали (ноутбук, планшет, комунікатор) існує
протиріччя, викликане :
1. З одного боку, зростанням вимог відносно якості сервісів
відеоінформацій в інтересах профільних міністерств, а саме відносно:
- можливості інтелектуалізувати процес управління із використанням
інформації динамічних відеомоделей про об'єкти аналізу. У свою чергу це є
причиною формування багатовимірних відеопотоків (відеопотоків одночасно від
декількох сенсорів), збільшення структурної роздільної здатності відеопотоків;
- зниження часової затримки на доставку кадрів, зниження джитера,
зменшення середньої затримки доставки пакетів, зменшення вірогідності втрати
пакетів.
2. З іншого боку, виникають складнощі відносно надання сервісів
відеоінформації заданої якості з використанням дистанційних аеромобільних
платформ.
Тому, підвищення якості надання відеоінформаційних сервісів з
використанням бортових інфокомунікаційних технологій є актуальним
науковим завданням.
Основний напрямок вирішення сформульованої наукової задачі в умовах
забезпечення необхідної цілісності інформації полягає в зниженні дисбалансу між
зростанням інтенсивності відеопотоку і продуктивністю бортових

15. 15
інфокомунікаційних технологій. Для цього пропонується використати
інформаційні технології обробки і передачі потоку кадрів (ІТОПК).
Сучасні стандартизовані інформаційні технології обробки і передачі кадрів
будуються на основі використання MPEG-платформ і технологій сімейства Н26х,
включаючи технології Н264, Н265. Стандартизовані ІТОПК використовують
концепцію класифікації кадрів в локальних групах залежно від забезпечення
ваговою складовою в сумарний баланс між інтенсивністю кодованого відеопотоку
і цілісністю інформації. У загальному випадку тут диференціюються три вагові
складові.
Для забезпечення необхідного рівня цілісності динамічного відеоресурсу
для кожного типу кадру залежно від його ролі в загальному процесі збереження
інформації існує певний рівень взаємозв'язку між ПВСШ і інформаційною
інтенсивністю кодованого потоку.
Оцінка ступеня зменшення інформаційної інтенсивності відеопотоку, що
доводиться на один кадр залежно від його типу показала, що: ступінь зниження
інформаційної інтенсивності для кадру Р-типу перевищує ступінь зниження
інтенсивності базового кадру від 2 до 3 разів. При цьому найбільший компроміс
між рівнем цілісності (величиною ПВСШ) і рівнем інформаційної інтенсивності
(величина )P(η ) забезпечується для кадрів Р-типу.
У свою чергу, залежність інформаційної інтенсивності кодованого
відеопотоку від значення пікового відношення сигнал/шум для різних типів
кодеків виявила наступне. Для мінімальних вимог відносно структури і цілісності
відеопотоку у разі використання для його дистанційної доставки бортових
інфокомунікаційних технологій, виникають істотні інформаційні перевантаження
і часові затримки до десятків хвилин. Дисбаланс між інформаційною
інтенсивністю кодованого відеопотоку при мінімальних вимогах до його
структури і пропускною спроможністю бортових інфокомунікаційних технологій
може досягати співвідношення 1:10 . Для потоку відеокадрів з високою
структурною і семантичною роздільністю, щоб забезпечити своєчасну доставку з
використанням перспективних безпровідних інфокомунікаційних технологій, що

16. 16
забезпечують пропускну здатність не нижче 100 Мбіт/с, в умовах ПВСШ на рівні
не нижче 30 дБ, необхідно величину інформаційної інтенсивності додатково
понизити як мінімум від 1,7 до 3,5 разів.
Таким чином, існуючі інформаційні технології обробки і передачі
відеопотоку не забезпечують компроміс між зростанням інформаційної
інтенсивністю динамічного відеоресурсу і обмеженістю пропускних
спроможностей інфокомунікаційних технологій на базі бортових безпілотних
комплексів. Отже, існує дисбаланс між величиною інформаційної інтенсивності
кодованого відеопотоку і цілісністю його синтаксичного і семантичного змісту.
З урахуванням чого, тематика дисертаційних досліджень, що полягає в
розробці методу ефективного кодування кадрів відеоінформаційного потоку для
підвищення якості надання сервісів з використанням бортових
інфокомунікаційних технологій, є актуальною.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Дисертаційні дослідження проводилися відповідно до наступних програм і
нормативних документів: Закону України «Про Концепцію Національної
програми інформатизації» від 04.02.1998 р. № 75/98-ВР; Постановою Кабінету
Міністрів України "Концепція розвитку зв’язку України" від 09.12.1999 р. №2238;
положення «Стратегії розвитку інформаційного суспільства в Україні»
(затверджено Кабінетом Міністрів України від 15 травня 2013 р.);
“Загальнодержавної цільової науково-технічної космічної програми України на
2013-2017 роки” (постанова Кабінету Міністрів України від 15 лютого 2012 р.;
планами наукової, науково-технічної діяльності Черкаського державного
технологічного університету, Харківського національного університету
радіоелектроніки, у рамках яких була виконана НДР «Технології створення
інтегрованих інформаційних систем на основі мереж цифрового мобільного
зв'язку» (№ 0113U000360), в якій автор дисертації був виконавцем.
Мета і завдання досліджень. Мета дисертаційної роботи полягає в
розробці методу ефективного кодування кадрів відеоінформаційного потоку для

17. 17
підвищення якості надання сервісів з використанням бортових
інфокомунікаційних технологій.
Для досягнення сформульованої мети необхідно вирішити такі завдання:
1. Обґрунтувати підхід для підвищення ефективності інформаційних
технологій обробки і передачі відеопотоку для підвищення якості дистанційних
відеосервісів.
2. Побудувати модель синтаксичного представлення трансформованих
сегментів передбачених кадрів з урахуванням виявлення структурно-
статистичних закономірностей.
3. Розробити метод ефективного синтаксичного кодування трансформант
для досягнення балансу між інформаційною інтенсивністю і цілісністю
відеопотоку в умовах енергоекономних бортових інфокомунікаційних технологій.
4. Створити метод реконструкції передбачених кадрів на основі відновлення
трансформованих сегментів зі збереженням заданої деталізації і цілісності
інформації.
5. Провести порівняльну оцінку ефективності функціонування
інформаційних технологій обробки і передачі відеопотоку у разі інтеграції
розроблених методів за показниками якості відеосервісів.
Об'єкт дослідження. Процеси підвищення ефективності інформаційних
технологій обробки і передачі динамічного відеоресурсу для підвищення якості
відеосервісів з використанням бортових комплексів.
Предмет дослідження. Методи і моделі ефективного синтаксичного
кодування відеопотоку для підвищення якості відеосервісів з використанням
бортових інфокомунікацій.
Методи дослідження. Обґрунтування напряму підвищення якості надання
сервісів відеоінформацій з використанням бортових інформаційних технологій
здійснювалося на основі системного підходу, базуючись на теоретичному апараті
дослідження складних систем. Розробка методу зниження інформаційної
інтенсивності на основі використання інформаційних технологій обробки і
передачі відеопотоку проводилося з використанням положень теорії інформації і

18. 18
кодування, методів цифрової обробки потоку кадрів. Дослідження властивостей
трансформованих сегментів передбачених відеокадрів здійснювалося на базі
методів структурно-спектрального і статистичного аналізу, методів експертних
оцінок. Оцінка адекватності теоретичних і практичних результатів проводилася на
основі методів математичної статистики.
Наукова новизна отриманих результатів досліджень полягає в
наступному:
1. Отримала подальший розвиток концептуальна модель опису
двовимірного спектрального простору на основі структурно-комбінаторного
підходу. Базові відмінності створеної моделі від інших полягають в наступному:
формується єдине кодове значення (ідентифікатор) для координат дискретних
позицій ДСП простору, як для окремих об'єктів з урахуванням нерівномірного
контекстно-залежного їх кількості; проводиться перетрансформація координат
дискретних позицій ДСП простору з урахуванням односпрямованості градієнта
зміни їх значень. Це створює умови для додаткового скорочення надмірності в
трансформованих сегментах відеокадрів.
2. Вперше розроблено метод кодування передбачених кадрів відеопотоку
на основі їх трансформування та скорочення внутрішньокадрової надмірності.
Характерні відмінності створеного методу від інших полягають у тому, що
ефективне синтаксичне кодування трансформованих сегментів здійснюється на
основі одновимірного двохосновного об'єктно-позиційного кодування в просторі
ідентифікаторів в умовах гнучкої наявності нерівності парних елементів. Це
забезпечує зниження інформаційної інтенсивності відеопотоку в умовах заданої
цілісності для енергоефективних бортових інформаційно-комунікаційних
технологій.
3. Вперше створено метод декодування трансформант на основі
реконструкції двовимірного структурного представлення. Основні характерні
відмінності методу від існуючих полягають у тому, що декодування
трансформанти проводиться на основі двухкаскадной ідентифікації її ДСП
простору шляхом двохосновного об'єктно-позиційного декодування в умовах

19. 19
гнучкої наявності парної нерівності між елементами. Це дозволяє відновити
сегменти відеокадрів без втрати цілісності інформації в умовах зниження
інформаційної інтенсивності потоку кодованих відеокадрів.
4. Удосконалено інформаційну технологію обробки і передачі
відеоінформаційних потоків для бортових комплексів на основі ефективного
синтаксичного представлення. Базові відмінності від існуючих технологій
полягають в тому, що: зниження інформаційної інтенсивності досягається на
основі скорочення внутрішньокадрової структурно-статистичної надмірності в
результаті інтегрування методу ефективного кодування в переформатованому
двовимірному структурному просторі трансформанти без втрати інформації. Це
дозволяє підвищити якість відеоінформаційного сервісу, що надається з
використанням бортових інформаційно-комунікаційних систем.
Новизна отриманих результатів підтверджується відсутністю розроблених
моделей і методів в існуючих інформаційних технологіях обробки та передачі
кодованого відеопотоку.
Обґрунтованість і достовірність отриманих наукових результатів
забезпечується наступним: адекватністю результатів експериментальних і
теоретичних досліджень відносно оцінювання рівня інформаційної інтенсивності
відеопотоку, рівня збереження його цілісності на основі програмної реалізації і
математичної моделі; не суперечністю отриманих результатів положенням теорії
інформації і методам позиційного кодування.
Практичне значення отриманих результатів отриманих результатів
полягає в тому, що інтеграція розроблених методів ефективного синтаксичного
кодування кадрів в інформаційну технологію обробки та передачі відеоінформації
для бортових комплексів забезпечує:
1) зниження сумарної інтенсивності відеопотоку щодо існуючих кодеків,
реалізованих в стандартних інформаційних технологіях обробки потоку кадрів, в
середньому від 15 до 30 %. Найбільше зниження інтенсивності відбувається у разі
зменшення ступеня впливу базового кадру на якість реконструкції групи кадрів.

20. 20
2) зниження дисбалансу між інформаційною інтенсивністю відеопотоку і
швидкістю передачі по мережі в середньому на 22 %. Це забезпечує можливість:
- використовувати для передачі відеопотоку ІТ технології з нижчою
пропускною спроможністю, а саме на рівні 2 – 6 Мбіт/с;
- підвищити цілісність інформації для заданого рівня інтенсивності потоку
кадрів, а саме щодо збільшення рівня ПВСШ для: базового кадру з 42 до 45 дБ;
передбачених кадрів з 28 до 35 дБ.
Для розробленого методу ефективного кодування сегменту передбаченого
кадру досягається виграш за ступенем зменшення інформаційної інтенсивності
щодо відомих підходів реалізації кодування трансформант для стандартизованих
інформаційних технологій, а саме:
- у незалежності від ступеня інформативності в режимі збереження умови
забезпечення високого рівня цілісності групи відеокадрів в середньому на 14 %;
- найбільший виграш досягається для середньоінформатівних сегментів
відеокадрів в режимі ПВСШ на рівні 35 дБ, і складає 19 %.
У разі побудови стандартизованої інформаційної технології обробки потоку
кадрів на основі використання розробленого методу досягається виграш по рівню
інформаційної інтенсивності відносно стандартних платформ. Це проявляється в
наступному: додатково знижується рівень інформаційної інтенсивності в
середньому на 17 % для ПВСШ 35 дБ і 14 % для ПВСШ 25 дБ; створюється умови
для забезпечення балансу між рівнем інформаційною інтенсивністю HD якості і
рівнем збереження цілісності інформації для пропускної спроможності
інфокомунікаційної мережі, починаючи з рівня 5 Мбіт/с.
Практична значущість отриманих результатів дисертації підтверджується:
1) їх застосуванням при виконанні дослідно-конструкторських робіт на
державному підприємстві «Чугуївський авіаційний ремонтний завод» (акт
реалізації від 16.03.2018 р.);
2) їх використанням в навчальному процесі Харківського національного
університету Повітряних Сил імені Івана Кожедуба (акт реалізації від
07.02.2018 р.).

21. 21
Особистий вклад автора. Всі положення, які виносяться на захист,
отримано автором особисто. У наукових працях, опублікованих у співавторстві,
здобувачеві належить наступне: в працях [8, 13] – розроблено напрямки
вдосклоналення інформаційної технології обробки і передачі відеоінформаційних
потоків для бортових комплексів на основі ефективного синтаксичного
представлення. Створено концептуальну модель опису двовимірного
спектрального простору на основі структурно-комбінаторного підходу; в працях
[99, 19] – розроблено метод кодування передбачених кадрів відеопотоку на основі
їх трансформації і скорочення внутрішньокадрової надмірності; в працях [41, 100]
– проведено обгрунтування підходу для скорочення надмірності в потокі кадрів в
умовах обмежених швидкостей передачі даних; в працях [9, 17, 20] – побудовано
ефективне синтаксичне кодування трансформованих сегментів на основі
одновимірного двоосновного об'єктно-позиційного кодування в просторі
ідентифікаторів в умовах гнучкої наявності нерівності парних елементів; в праці
[10, 21] – обгрунтовано спосіб підвищення оперативності передачі знимків в
умовах кризових ситуацій зі застосуванням бортових технологій
відеомоніторингу; в працях [11] – створено метод декодування трансформант на
основі реконструкції двовимірного структурного представлення; в працях [101,
102] – розроблено метод зниження інформаційної інтенсвності на основі
скорочення внутрікадрової структурно-статистичної надмірності в результаті
інтеграції методу ефективного кодування в переформатованому двовимірному
структурному просторі трансформанти без втрати інформації; в працях [12, 22] –
сформовано технологічне ядро ефективного синтаксичного представлення
сегменту відеокадру на основі використання ущільненого двовимірного
спектрального структурного простору з подальшим одновимірним двоосновним
об'єктно-позиційним кодуванням з подальшим його інтегрування до
інформаційних технологій обробки та передачі інформації; в праці [14] –
розроблено метод реконструкції контекстно-залежного нерівномірної довжини
вектора ідентифікатора ущільненого ДСП простору на основі його двокаскадної
ідентифікації.

22. 22
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації
докладалися і були схвалені на наступних науково-технічних конференціях і
семінарах: 15 Міжнародна науково-практична конференція ″IEEE East-West
Design & Test Symposium, EWDT’2017″, (Novi Sad, Serbia, September 29–October 2,
2017); iV Міжнародна науково-практична конференція ″IEEE Problems of
Infocommunications. Science and Technology, PICS&T’2017″, (Kharkiv, Ukraine,
October 10-13, 2017); Шоста міжнародна науково-практична конференція ″Методи
та засоби кодування, захисту й ущільнення інформації″, (Вінниця, 24 – 25 жовтня
2017 р.); 30-я міжнародна науково-практична конференція ″Інформаційно-
керуючи системи на залізничному транспорті″, (Харків 26 – 27 жовтня 2017 р.);
VI Міжнародна науково-практична конференція І Міжнародний симпозіум
″Практичне застосування нелінійних динамічних систем в інфокомунікаціях″,
(Чернівці 9 – 11 листпада 2017 р.); Четверта міжнародна науково-технічна
конференція ″Інформатика, управління та штучний інтелект″, (Харків, 21 - 23
листопада 2017 р.); Дев’ята міжнародна науково-технічна конференція ″Проблеми
інформатизації″, (Киев, 13 - 15 грудня 2017 г.); XVIth International Conference
[″Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science,
TCSET’2018 ″], (Lviv-Slavske, Ukraine, February 23 – 25, 2018).
Публікації. Основні положення та результати дисертаційної роботи
опубліковані у 18 наукових працях, серед яких 10 статей в наукових журналах, які
включене в перелік наукових фахових видань. Серед яких одна одноосібна стаття,
9 статей опубліковано у науково-технічних журналах, які включені до
міжнародних науково-метричних баз. Апробація результатів дисертації
відображена у 8 тезах доповідей на міжнародних науково- технічних та науково-
практичних конференціях. Зокрема 3 апробації на конференціях, які входять до
складу міжнародної організації IEEE.

23. 23
РОЗДІЛ 1
ОБҐРУНТУВАННЯ ПІДХОДУ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ
ВІДЕОІНФОРМАЦІЙНИХ СЕРВІСІВ ДЛЯ БОРТОВИХ ІНФОРМАЦІЙНИХ
ТЕХНОЛОГІЙ
Обґрунтовано наявність тенденції щодо зростання обсягу відеопотоку,
переданого з використанням бездротових технологій. Показано, що заданий час
передачі відеопотоку забезпечується тільки для кадрів з низькою просторовою
роздільністю. Виявлено протиріччя, викликане з однієї сторони, зростанням
вимог щодо якості відеоінформаційних сервісів, а з іншої сторони - виникненням
складностей щодо надання відеоінформаційних послуг заданої якості з
використанням бездротових технологій.
Викладається порівняльний аналіз систем стиснення в різних режимах
втрати якості. У результаті чого показано, що найбільш високі ступені стиснення
досягаються для методів із втратою якості, тобто для більш низьких значень
ПВСШ. З іншої сторони, з позиції психофізіологічних властивостей зорового
апарата допускається наявність обмежених втрат якості зображень. Обґрунтовано,
що існуючі технології компресії зображень не забезпечують необхідного рівня
бітової швидкості стисненого відеопотоку для заданого рівня візуальної якості
сприйняття відеокадрів.

24. 24
1.1 Обґрунтування значимості використання дистанційних
відеоінформаційних сервісів на базі аеромобільних платформ в інтересах
профільних міністерств
Сучасне суспільство відрізняється наявністю чітко позначеної тенденції,
пов'язаної зі зростанням впливу рівня інформатизації різних сфер його діяльності
на економічне зростання, соціальне благополуччя населення й національну
безпеку держави [33; 37; 50; 59]. Це стає визначальним аспектом стабільного
розвитку держави й забезпеченням його суверенітету. Ключовою ланкою тут є
поняття інформаційного ресурсу, як складової інформованості особистості й
суспільства в цілому, джерелом для прийняття обґрунтованих ключових рішень і
об'єктом системи забезпечення інформаційної безпеки.
Зрозуміло, що найбільш всього процес організації інформаційного
забезпечення впливає на ефективність функціонування профільних міністерств і
відомчих організацій, включаючи сектори оборони держави й безпеки
(Міністерство оборони, Служба безпеки України, Державна прикордонна служба
України, таможені структури, Міністерство внутрішніх справ) [37; 50; 89].
Структурна схема використання інформаційних ресурсів для прийняття рішень у
структурах профільних міністерств представлена на рис. 1.1.
Джерела інформації (сенсори) залежно від свого базування поділяються на
дві групи. Першу групу становлять джерела наземного базування, тоді як другу
групу відповідно формують джерела аерокосмічного базування (рис.1.2).
Об'єктами моніторингу й контролю для профільних організацій є: території
військово-промислового комплексу; транспортні й енергетичні магістралі
національного й загальносвітового значення; великі промислові, нафтопереробні
й хімічні підприємства; гідро-, теплові й атомні електро- станції; великі
нафтогазові сховища; великомасштабні лісові масиви й гірські ландшафти;
система морських і річкових транспортних артерій і водосховищ. При цьому за
останнім часом ключовим технологічним фундаментом інформаційного
забезпечення й підтримки прийняття рішень стає відеоінформація

25. 25
Рисунок 1.1 - Структура інфокомунікаційної мережі

26. 26
Рисунок 1.2 - Платформи базування відеосенсорів для збору, передачі й ретрансляції інформації
Мобільний сегмент
Аерокосмічна складова
Космічні
платформи:
пілотовані орбітальні
станції;
кораблі багаторазового
використання;
автономні супутникові
знімальні системи
Аеромобільні
платформи:
літаки;
вертольоти;
мікроавіаційні
радіокеровані апарати
Надводні
Наземні
на базі автомобільних засобів
пересування
Об'єкти
моніторингу
Стаціонарний сегмент
опорні стационарні пункти
відеоспостереження

27. 27
або відеоінформаційні ресурси.
У рамках категорії загальнодержавного значення важливість
відеоінформаційних сервісів підкреслюється необхідністю забезпечення безпеки й
підвищення якості функціонування й керування [4; 6; 7; 10; 19; 50; 59; 74; 85; 89]:
1) стратегічними об'єктами, в першу чергу ті, які відносяться до об'єктів
критичної інфраструктури, включаючи: атомні- і гідроелектростанції;
нафтохімічні виробництва, металургійні підприємства нафтогазова транспортна
система;
2) заходами міжнародного значення;
3) локалізацією й ліквідацією кризових ситуацій природного й техногенного
характерів, включаючи: повені; пожежі лісових масивів; вибухонебезпечні
ситуації на арсеналах озброєння й військової техніки.
Для категорії внутрішньовідомчого значення використання
відеоінформаційних сервісів диктується вирішенням завдань, пов'язаних з
організацією:
1) охоронного моніторингу й контролю стану об'єктів;
2) контролю завантаженості й аварійності транспортних магістралей,
обривів енергетичних магістралей;
3) об'єктивного контролю динамічних процесів, наприклад, контроль етапів
наукомісткого виробництва, контроль перевезення вантажів;
4) відеоконференцзв’язку;
Для приватних осіб відеосервіси використаються у вигляді надання послуг
відеофонії, телемедицини, віртуалізації ситуативних та ігрових моделей.
Розширення відеоінформаційного способу взаємодії для профільних
організацій підвищує ефективність процесу керування. Це проявляється в
наступному [6; 11; 16; 33; 50; 59; 74; 84; 94]:
- досягається найбільша повнота й наочність надання інформації з позиції її
семантичного змісту;
- забезпечується можливість для найбільш об'єктивного оцінювання
цілісності одержуваної інформації;

28. 28
- підвищується рівень інтелектуальної підтримки процесу прийняття
рішень. Створюються умови для реалізації автоматичної обробки й підготовки
рекомендацій для прийняття рішень ЛПР;
- для відеоінформаційного способу на основі сучасних засобів візуалізації
існує можливість забезпечення гнучкості й адаптованої подачі найбільш ключової
інформації у формі, що найбільше сприятливо впливає на сприйняття й аналіз із
боку ЛПР;
- скорочуються строки обробки, аналізу й прийняття рішень, забезпечується
можливість приймати більше обґрунтовані рішення (особливо в надзвичайних
ситуаціях);
- підвищується оперативність прийняття рішень і знижується ймовірність
помилкових рішень.
В той же час розвитку відеоінформаційної взаємодії сприяє підвищення
якості, зростання продуктивності й доступність персональних інформаційних
технологій, до числа яких відносяться бездротові мобільні термінали. Це пояснює
необхідність удосконалення надання відеоінформаційних сервісів, як для
мобільних користувачів, так і для стаціонарних абонентів з використанням
існуючих і перспективних бездротових інфокомунікаційних технологій.
На рис. 1.3 розглядаються результати оцінок, проведені компанією Cisco,
щодо тенденцій зростання інформаційної інтенсивності доставки мультимедійної
інформації з використанням різних інфокомунікаційних технологій (ІКТ) [9; 38;
58; 60; 70; 83]. За результатами дослідження представлених оцінок можна
укласти, що існує стійка тенденція зростання відеоінформаційного контенту, який
використовується для мобільних користувачів.
У процесі надання відеосервісів в інтересах профільних організацій, у тому
числі в процесі функціонування в умовах кризових ситуацій, необхідно
враховувати такі фактори:
1) вимога щодо одержання інформації одночасно з великих за масштабом
територій;
2) наявність важкодоступних для наземного транспорту територій, у тому

29. 29
Рисунок 1.3 - Результати щорічного дослідження VNI компанією Cisco
а) тенденції зростання трафіку фіксованих мереж; б) тенденції зростання трафіку
в мобільних мережах; в) тенденції зростання трафіку
для всіх категорій мереж
2020
місяць
3%
Короткі треки VoD
Відео VoD
Відеоспостереження
Відео реального часу
Рік
Байт/
0
200х260
50х260
150х260
100х260
2016 2017 20212018 2019
26%
57%
По
місяць
Інтернет-відео
Веб/дані/VoIP
Онлайн-ігри
Файловий обмін
Рік
Байт/
0
300х260
150х260
200х260
250х260
50х260
100х260
2016 2017 202120202018 2019
Відео по запиту (VoD)
67%
14%
11%
3%
4%
а)
0
60х260
30х260
40х260
50х260
10х260
20х260
2016 2017 202120202018 2019
Байт/
місяць
Рік
Мобільне відео
Веб/дані/VoIP
Мобильне аудіо
Файловий обмін
78
14
5%
2%
б)
в)

30. 30
числі гірські й лісові масиви, морські й річкові акваторії;
3) наявність швидкого поширення кризових ситуацій на значні території.
У зв'язку із чим, організація надання відеосервісів в інтересах профільних
організацій повинна використати дистанційні сенсорні платформи, як наземного,
так і аерокосмічного базування.
При цьому актуальним є напрямок, заснований на використанні
дистанційних бортових платформ (комплексів) повітряного базування
(аеромобільні платформи) [9; 10; 47; 59; 76; 80]. Аеромобільні платформи
будуються з використанням повітряних засобів: безпілотні літальні апарати,
пілотована авіація, включаючи літаки й вертольоти.
Це обґрунтовується наявністю цілого ряду переваг моніторингу на основі
аеромобільних платформ у порівнянні із платформами космічного сегмента, а
саме: зниженням фінансових витрат; можливістю оперативного керування
літальним апаратом або дистанційно (безпілотні апарати), або пілотовані
(вертольоти); можливістю швидкого відновлення інформації про контрольовані
об'єкти (не потрібно чекати поки буде зроблений оберт супутника).
Вагоме значення систем дистанційного відеомоніторингу з використанням
аеромобільних платформ щодо платформ наземного базування обґрунтовується
тим, що надається можливість відносно:
- оперативного керування літальним апаратом або дистанційно (безпілотні
аппарати), або пілотовані (вертольоти);
- швидкого відновлення інформації про контрольовані об'єкти (не потрібно
чекати поки буде зроблений оберт супутника)
- виключення використання пілотів для керування літальним апаратом, що
знижує ризик втрати екіпажа й підвищує маневреність;
- одержання відеоінформації з важкодоступних для мобільних платформ
наземного базування районів моніторингу;
- одержання відеоконтенту про значні по розмірах територій;
- більше оперативного доступу до контрольованих територій,
використовуючи перевагу по швидкості повітряних засобів щодо наземних.

31. 31
У цей час одними з найбільш інформативних видів реалізації
інформаційного забезпечення з використанням аеромобільних платформ є
оптико-електронні й радіолокаційні засоби, що забезпечують формування
відеоінформаційного ресурсу.
При цьому для профільних організацій відмінна особливість оптико-
електроних засобів перед іншими засобами формування візуальної інформації
полягає: в отриманні інформації, що має високу роздільну здатність на місцевості
(детальність); у підвищенні повноти отримуваної інформації про об'єкти
контролю; в отриманні інформації, необхідної для ефективного управління в ході
локалізації та ліквідації кризових ситуацій; у точності визначення координат
об'єктів.
Відеоінформаційні сервіси на основі використання дистанційних
аеромобільних платформ забезпечують користувачів двома основними типами
відеоінформації, а саме:
1) статичний відеоресурс, що включає аерофотознімки таких класів як:
панорамного, спостережливі, об'єктивного контролю;
2) динамічний відеоресурс, що являє собою потік відеокадрів.
Динамічний відеоресурс є основним типом інформації, що надається
відеоінформаційними сервісами для користувачів, включаючи
відеоконференцзв'язок, цифрове телебачення високої якості, відеомоніторинг
місцевості, телемедицина, охоронне відео, віртуальна реальність, технічний зір,
що представлено у табл. 1.1.
Аналіз інформації в табл. 1.1 вказує на розвиток відеоінформаційних
сервісів, що надають інтеллектуалізовані послуги в реальному часі. При цьому
підвищується попит на динамичний відеоінформаційний відеопотік.
Динамічний відеоресурс (відеопотік) характеризується двома типами
роздільної здатності, а саме:
1) структурна роздільність;
2) семантична роздільність.

32. 32
Таблиця 1.1
Вимоги сервісів у системах дистанційної доставки відеоданих
Тип додатка
Клас сервісу по
цілісності інформації
Клас сервісу по
своєчасності доставки
інформації
Відеофони Задовільне Реальне
Відеоконференцзв'язок
Гарне Реальне
Цифрове ТВ
ТВ високої якості (HDTV) Високе Реальне
Відео в системах
аерокосмічного моніторингу
кризових ситуацій
Високе; без втрати
інформації
Реальне
Системи ДЗЗ
Без втрати
інформації
Вчасно, аж до
реального часу
Передача з борта БПЛА
Телемедицина
Охоронне відео Гарне Реальне
Системи об'єктивного
відеоконтролю
Гарне Реальне
Технічний зір у системах
робототехніки
Високе; без втрати
ключової інформації
Реальне
Структурна роздільна здатність відеопотоку визначається такими
параметрами як (рис. 1.4):
- кількість кадрів, що генерується сенсорною системою в одиницю часу
(частота tν кадрів) – дозвіл за часом;
- кількість M рядків і стовпців N у кадрі – внутрішньокадрова роздільна
здатність по рядках і стовпцям (розмірність NM × кадру);
- кількість pixv біт, використовуваних для оцифровування значення пікселя
(окремого елемента відеокадру) – піксельна роздільність.
Семантична роздільна здатність відеопотоку визначається типом завдань
розпізнавання, рішення яких необхідно забезпечити з використанням

33. 33
відеоінформаційного сервісу. Семантична роздільна здатність визначається
параметром детальності відеокадрів.
Рисунок 1.4 – Структура відеопотоку
Необхідна роздільна здатність відеокадрів для відеопотоку в інтересах
профільних міністерств визначається з умов забезпечення необхідного рівня
деталізації 0ρ , що впливає на процес розпізнавання типового об'єкта контролю
або об'єкта візуалізації, наприклад для систем технічного зору. Оцінка рівня 0ρ
деталізації або характерної детальності на об'єкті візуалізації з урахуванням рівня
розпізнавання типового об'єкта, обумовлена на основі емпіричного підходу з
використанням методики «міри», або по заданих табличних значеннях (табл. 1.2)
[10; 47; 59; 74].
Однієї з важливих технічних характеристик, що впливають на ефективність
семантичної обробки відеоінформації з використанням цифрових оптичних
систем є роздільна здатність відеокадру [59; 74]. Основним фактором, що
визначає роздільну здатність оптико-електронної системи, є розмірність
матричного приладу із зарядовим зв'язком (ПЗЗ). Розмірність ПЗЗ матриці
визначається кількістю оптико-електронних елементів, що реєструють елемент
відеокадру. Чим вище розмірність NM × відеокадру, тим вище рівень
дискретизації й тем вище виходить деталізація зображення, тобто створюються
tν
pixν t
••• •••
М
N
•••

34. 34
умови для проведення інтелектуальної обробки [55; 56; 59; 74; 76]. Розмірність
зображення NM × вибирається відповідно до забезпечення необхідної характерної
детальності, що відповідає необхідному рівню для рішення завдань аналізу.
Таблиця 1.2
Вимоги до роздільної здатності 0ρ знімків, м
ОБ'ЄКТИ
Роздільна здатність, м
виявлення
розпізнавання
типу
(загальне)
розпізнавання
моделі(точне)
детальний
опис
аналізстану
Наземний транспортний засіб 1,5 0,6 0,3 0,05 0,025
Состав постачання
1,5 –
3
0,6 0,3 0,03 0,025
Радіоелектронний засіб 3 1 0,3 0,15 0,013
Штаб, вузол зв'язку 3 1,5 0,9 0,15 0,025
Надводний корабель
7,6 –
15
4,5 0,6 0,3 0,013
Літак 4,6 1,5 1,9 0,15 0,025
Військова частина 6 2 1,2 0,3 0,075
Аеродромне встаткування 6 4,5 3 0,3 0,15
Мінне поле 3 – 9 6 1 0,03 –
Дороги 6 – 9 6 1,8 0,6 0,15
Міст 6 4,5 1,5 1 0,3
Узбережжя, місцевість для
висадження
30 4.6 3 1,5 0,75
Залізничні вузли
15 –
30
15 6 1,5 0,6
Порти й пункти постачання 30 15 6 3 0,3
Населені пункти 60 30 3 3 0,3
Місцевість – 9,1 4,5 1,5 0,15
Роздільна здатність оптико-електронної апаратури залежить від відстані H
між сенсором і об'єктом візуалізації. Чим більше така відстань, тим нижче

35. 35
повинна бути роздільна здатність. Компенсація збільшення відстані між
відеосенсором і об'єктом візуалізації компенсується для заданої детальності
зростанням розмірності відеокадрів у потоці.
Загальними характеристиками відеопотоку є інформаційна інтенсивність в
умовах заданого рівня цілісності й семантичної роздільної здатності.
Інформаційна інтенсивність t0)(V ρ для заданої деталізації 0ρ з
урахуванням триколірної моделі цифрового кадру, визначається як сумарна
кількість біт, формована відеосенсором за одиницю часу t , а саме
∑
=λ
λρ⋅ρ⋅ρν=ρ
3
1
,pix000tt0 )(v)(N)(M)(V (біт), (1.1)
де λ - індекс колірної площини триколірної моделі цифрового кадру.
Найбільш часто інформаційну інтенсивність вимірюють за 1t = сек для
24)(v)(v
3
1
,pix0pix0 =ρ=ρ ∑
=λ
λ біта. Тоді інтенсивність відеопотоку буде визначатися
як
)(N)(M24)(V 00110 ρ⋅ρν=ρ (біт).
Значення величини 10)(V ρ залежно від просторового дозволу й частоти
кадрів представлені в табл. 1.3 [4; 48; 55; 56; 59; 74; 76].
Аналіз табл. 1.3 показує, що інтенсивність 10)(V ρ відеопотоку за 1 сек може
досягати порядку 100 Гбіт/с. При цьому збільшення відстані між відеосенсором і
об'єктами візуалізації, і підвищення рівня інтелектуалізації відеосервісів
призводить до значного зростання інформаційної інтенсивності відеопотоку.
Цілісність інформації для відеоінформаційного забезпечення визначається
величиною h пікового відношення сигнал/шум.

36. 36
Таблиця 1.3
Залежність інформаційної інтенсивності відеопотоку від його структурних
параметрів
Якісні рівні
кольорового
телебачення
Кількість
рядків
Роздільна
здатність по
вертикалі
Частота
кадрів/сек
Середня
інтенсивність
10)(V ρ відеопотоку
(Мбіт/сек)
Формат CIF 320 – 352 240 – 288 12 - 15; 24 - 30 33 – 66
Нормальний (SD) 640 – 720 480 – 576 24 – 30 252
Підвищений (ED) 720 480 – 576 50 500
Високий (HD) 1280 720 50 1105
Просунутий
(Full HD)
1280 – 1920 720 – 1080 24 – 30; 50 1500; 2500
Advantage HD 1920 – 2048 1080 48; 60 2548; 3180
Цілісність інформації для відеокадру знаходиться з використанням
наступної формули:
∑∑
= =
ρ
′−=
M
1i
N
1j
2
jiji
pix)0(v
))xx((NM2(g20h l (дБ), (1.2)
де jix , jix′ - )j;i( -е значення відповідно для елемента вихідного й
отриманого відеокадру;
pix)0(v
2
ρ
- максимальне значення яскравості пікселя кадру відеопотоку.
За викладеним матеріалом можна зробити висновки про те, що:
1) основна частина інформаційного забезпечення для процесів керування
профільними організаціями базується на використанні відеоінформаційних
ресурсів;
2) сучасні відеосервіси більшою мірою орієнтуються на: використання
сенсорів, що базуються на дистанційних аеромобільних платформах; підвищення
рівня інтелектуалізованості класів розв'язуваних завдань.