CC BY
7MEANS OF COMMUNICATION EQUIPMENT. Iss. 1 (141). 2018
A.A. Миняев
научный сотрудник, к.т.н.
К.Г. Масленников
научный сотрудник
C.B. Морковин
научный сотрудник,
Академия ФСО России, г. Орел.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ НА РАЗРАБОТКУ МЕТОДА ОБРАБОТКИ ВИДЕОДАННЫХ В СИСТЕМАХ МОНИТОРИНГА КАНАЛОВ СВЯЗИ
В последнее время лидирующие позиции в общем объеме трафика телекоммуникационных систем занимают данные различных систем медиавещения. После прохождения процедур устранения избыточности и упаковки в контейнеры сетевых протоков эти данные имеют строго определенную структуру, существенно неустойчивую к воздействию ошибок в канале связи. Последствия ошибок могут иметь как локальный характер, так и приводить к полной невозможности корректного декодирования видеоданных. Существующие методы восстановления искаженных видеоданных ориентированы на узкий круг критических ситуаций и не могут быть в полной мере применены для решения задач обработки видеоданных в системах мониторинга каналов связи. В частности, существующие методы не учитываю типичную для современных телекоммуникационных систем ситуацию трансляции данных по различным физическим каналам и невозможности наблюдения всей совокупности физических каналов в системах мониторинга. Это приводит к необходимости разработки и реализации в современных системах мониторинга каналов связи методов и алгоритмов обработки видеоданных в условиях их искажения. В статье рассматривается поставка задачи обработки искаженных видеоданных применительно к условиям функционирования систем мониторинга каналов связи. Сформулированы существующее противоречие, научная проблема и гипотеза исследования.
Ключевые слова: видеосжатие, видеокодирование, агрегация каналов, маскирование искажений, медиавещание.
Трансляция видеоданных в современных системах связи описывается общей моделью системы передачи информации, одним из основных элементов которой является кодер источникасообщений (рис. 1):
Основная цель кодера — сокращение избыточности видеоданных (т.е. сжатие видеоданных) на основе учета внутрикадровой и межкадровой корреляции подвижных изображений. Этапы сжатия видеоданных представлены на рисунке 2:
При этом, отправляемая в канал последовательность кадров подвижного изображения имеет строго определенную структуру (рис 3). Первым в последовательности следует так
называемый опорный кадр, при сжатии которого используется информация только из пространственной области этого кадра. Кодирование всех последующих кадров (вплоть до следующего опорного) производится относительно предыдущего и последующего кадров на основе учета разницы между предсказанными и действительными коэффициентами векторов движения объектов на кодируемой графической сцене.
Рассматриваемая структура последовательности позволяет достичь существенных коэффициентов сжатия видеоданных, но обладает неустойчивостью к ошибкам в канале связи. Искажение единичного элемента кадра приво-
Рис. 1. Модель системы передачи информации
Устранение внутрикадровой избыточности
I
Кодирование опорных кадров
Исходное подвижное видеоизображение
Устранение межкадровой избыточности
Кодирование межкадровой разности Компенсация движения Межкадровое предсказание - » Определение типов кодируемых кадров
. Служебная X информация i
[ о параметрах > х шнпишииш у
Методы сжатиям основе преобразования
^ Служебная / информация I в расположении ) 1 зишмых ,
^ ^j.miewnofL^ х
Т.
С.чшебнах х, Спжтш X информация i / информация о шторах 11 о типе и параметрах
v движения у v предсказания у
Служебная \ i / информация i 1V о размещении I
X
Т
т
кадров
т
Методы сжатия на основе пространственного кодирования Рис. 2. Этапы сжатия подвижных изображений
РВ-кадр
Рис. 3. Разбиение кадров подвижного изображения по типам
МВЛН 01? СОММШШСЛТКЖ EC:í^UГIF»:PM]E:NT. Iss. 1 (141). 2018
Рис. 4. Распространение единичной ошибки в зависимых кадрах
Рис. 5. Распространение единичной ошибки, связанной с потерей промежуточного кадра
дит к искажению всех зависимых от него элементов в последующих кадрах — т.е. к распространению ошибки (рис. 4).
А потеря целого кадра приводит к сбою в работе декодера и невозможности восстановления видеоданных вплоть до следующего опорного кадра (рис. 5).
Классификация известных подходов к восстановлению искаженных видеоданных представлена на рисунке 6. Группы традиционных для систем передачи данных методов и методов, относящихся к классу кодирование, устойчивое к ошибкам, основываются на специальных правилах организации канала связи и не могут быть применены при проектировании систем мониторинга.
Методы маскирования искажений восстанавливают только ограниченные области искаженного
кадра и применяются при воздействии одиночных или локализованных групповых ошибок.
Однако, анализ условий функционирования систем мониторинга показывает, что современные системы ПДПК зачастую строятся на принципах агрегации каналов, когда данные могут быть переданы по разным физическим каналам. При этом, в случае наблюдения в системе мониторинга не всей совокупности физических каналов (рис. 7), корректное декодирование видеоданных становится невозможным.
Таким образов, возникает Противоречие между применением в зарубежных системах передачи информации процедур сокращения избыточности (сжатия) видеоданных и отсутствием в системе мониторинга методов их корректной обработки. Разрешение противоречия требует проведения исследования по разработке
Рис. 6. Методы борьбы с искажениями видеоданных
Рис. 7. Модель наблюдения системы передачи информации с агрегацией каналов в системе мониторинга
теоретических основ обработки видеоданных применительно к условиям функционирования систем мониторинга.
Научная проблема исследования: разработка теоретических основ обработки видеоданных применительно ксистемам мониторинга каналов связи.
Решение научной проблемы возможно путем выдвижения гипотезы о существовании взаи-
мосвязей (корреляций) между параметрами и элементами неискаженных и искаженных (отсутствующих) кодовых слов, позволяющих выполнить восстановление синхронизации видеодекодера без участия следующего опорного кадра.
Формализованная постановка задачи исследования представлена на рисунке 8.
Исходные данные:
МВЛН 01? СОММиШСЛТКЖ ВСЯЛРМВШ: Iss. 1 (141). 2018
Рис. 8. Постановка задачи исследования
1
(А) - АС?1А{ ]_Х)кА°Р А]1...А]кА°р1 А у+1)1...4; ]+Х)к ИС
ходные видеоданные (последовательность подвижных изображений), поступающие на вход системы передачи информации от источника видеоданных.
9 /с\ - с°р с с с°рс с с°р с с _
переданная в канал связи последовательность
— ¥ — оператор обработки промежуточных кодовых слов;
3. С
с, 4 С
= f ((с), л) — поступившая на вход
СРР неполная последовательность кодовых слов, подверженная действию шумов канала связи — ^ , и особенностям организации канала
/ 1 СВЯ^И_ ? •
кодовых слов С , полученная в результате ^'
(4. Особенности организации канала связи Е применения комплекса \¥°р,¥[ операторов ^
1 ' заключаются в использовании нескольких устранения избыточности исходных , й
, , независимых физических каналов, образующих видеоданных^А), где:
\ '' связанную логическую группу передачи
последовательности кодовых слов
— ¥°р — оператор обработки опорного кодового слова;
СП,...А С
С„
Необходимо:
1. Разработать комплекс операторов
|7 * V^. N-11
pop
V У
>|р
обеспечивающих обработку и восстановление искаженных видеоданных
\ / с.^с);С.А,с.+1 ^с^
при ведении РР;
Требования к комплексу операторов:
1. Время обработки одного объекта / С) не
превышает требуемого значения Тобр ^ То
ТР
Ограничения и допущения: 1. Характер воздействия канала связи
( ^ = / «С), л)
ограничивается отсутствием искажений двух подряд идущих кодовых слов
Cj Л С С-А е( С
Заключение
В статье рассмотрена типичная для систем мониторинга каналов связи критическая ситуация наблюдения неполной группы физических каналов, приводящая к невозможности коррект-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ного декодирования видеоданных. Выявлено противоречие, сформулирована научная проблема и поставлена задача на проведение исследования, направленного на решение этой проблемы.
1. Ян Ричадсон. Видеокодирование Н.264 и MPEG-4 - стандарты нового поколения. Техносфера, 2005. - с.47-112.
2. ITU-T recommendation by standard ofjoint video specification (ITU-T Rec. H.264/ISO/IEC 14 496-10 AVC). Joint Video Team (JVT) of ISO/IEC MPEG and ITU-T VCEG, JVTG050, 2003.
3. M. Oliveira, B. Bowen. Fast digital image in-painting. Proc. International Conf. on Visualization, Imaging and Image Processing — Marbella, Spain, 2001. - Pp. 161-232.
4. Lin Liang, Ce Liu. Real-time texture synthesis by paych-based sampling. ACM Trans. Graph. — 2001. — July. Vol. 20, no. 3. - Pp. 67-152.
5. M. Bertalmio, L. Vese. Simultaneous structure and texture image inpainting. Image Processing, IEEE Transactions on. - 200. - Vol. 12, no. 8. - Pp. 882-889.
