Д.Г. Пантенков1

1 АО «Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий»
(г. Смоленск, Россия)
1 pantenkov88@mail.ru

Постановка проблемы. Современные комплексы с беспилотными летательными аппаратами (КБПЛА) большой продолжительности полета (тяжелого класса) на практике оснащаются широкой номенклатурой целевых нагрузок, что приводит к необходимости передачи в реальном масштабе времени с требуемым качеством на удаленный наземный пункт управления (НПУ) большого объема полезной информации. Большой объем передаваемой информации накладывает серьезные технические требования к пропускной способности каналов связи, что, с одной стороны, при проектировании связных систем в составе БПЛА обеспечивается использованием направленных антенных систем, многопозиционных сигнально-кодовых конструкций, помехоустойчивого кодирования, высокой энергетикой в канале связи и т.д., с другой стороны, разработчики параллельно решают задачу минимизации объема информации с целевых нагрузок, подводимого ко входу системы связи при сохранении требуемого качества после сжатия. С учетом постоянно растущего объема передаваемой информации с целевых нагрузок требуется обосновать возможности современных кодеков сжатия информации применительно к ее минимизации по входу радиолинии сброса БПЛА-НПУ.

Цель. Провести сравнительный анализ используемых современных стандартов и методов сжатия информации, применяемых в видеокодеках в составе КБПЛА большой продолжительности полета, определить достижимые характеристики.

Результаты. Рассмотрены основные используемые разработчиками КБПЛА стандарты, а также методы сжатия информации. Показаны их преимущества и недостатки, а также видеокодеки на основе трехмерных ортогональных преобразований. Даны количественные оценки качества восстановления изображения от значений коэффициента сжатия при различной вероятности ошибки на бит передаваемой информации.

Практическая значимость. Полученные в статье результаты могут быть использованы разработчиками комплексов с БПЛА при проектировании каналов связи и оценке возможности передачи целевой информации удаленному оператору с требуемым качеством.

Пантенков Д.Г. Современные подходы к сжатию и помехоустойчивому кодированию фото- и видеоинформации в радиоканалах комплексов с беспилотными летательными аппаратами // Наукоемкие технологии. 2024. Т. 25. № 5. С. 24−45. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j19998465-202405-03

1. Верба В.С., Татарский Б.Г. Комплексы с беспилотными летательными аппаратами в 2-х книгах. Кн. 1: Принципы построения и особенности применения комплексов с БЛА: Монография. М.: Радиотехника. 2016. 507 с. Кн. 2: Робототехнические комплексы на основе БЛА: монография. М.: Радиотехника. 2016. 821 с.
2. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е. М.: Вильямс. 2003. 1104 c.
3. Голиков А.М. Модуляция, кодирование и моделирование в телекоммуникационных системах. Теория и практика. Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники. 2016. 516 с.
4. Галустов Г.Г., Мелешкин С.Н. Особенности приема сигнала DVB-T в условиях плотной застройки // Материалы Междунар. науч.-техн. конф. «Информация, сигналы, системы: вопросы методологии, анализа и синтеза». Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ. 2008. С. 48.
5. Пантенков Д.Г., Гусаков Н.В., Егоров А.Т., Ломакин А.А., Литвиненко В.П., Великоиваненко В.И., Лю-Кэ-Сю Е.Ю. Техническая реализация высокоскоростного информационного канала радиосвязи с беспилотного летательного аппарата на наземный пункт управления // Вестник Воронежского гос. техн. ун-та. 2019. Т. 15. № 5. С. 52–71.
6. Пантенков Д.Г., Загнетко М.А., Литвиненко В.П. Сравнительный анализ результатов летных испытаний передачи высокоскоростной целевой информации с модуляцией QAM и OFDM // Вестник Воронежского гос. техн. ун-та. 2022. Т. 18. № 2. С. 31–46.
7. Пантенков Д.Г. Методический подход к интегральной оценке эффективности применения авиационных комплексов с БПЛА. Часть 1. Методики оценки эффективности решения задач радиосвязи и дистанционного мониторинга // Труды учебных заведений связи. 2020. Т. 6. № 2. С. 60–78.
8. Долженков Н.Н., Пантенков Д.Г., Егоров А.Т., Ломакин А.А., Литвиненко В.П., Великоиваненко В.И., Лю-Кэ-Сю Е.Ю. Технические характеристики комплекса средств спутниковой радиосвязи с беспилотными летательными аппаратами // Вестник Воронежского гос. техн. ун-та. 2019. Т. 15. № 3. С. 74–82.
9. Долженков Н.Н., Пантенков Д.Г., Литвиненко В.П., Ломакин А.А., Егоров А.Т., Гриценко А.А. Интегрированный комплекс дальней радиосвязи для повышения эффективности решения целевых задач беспилотными летательными аппаратами // Вестник Воронежского гос. техн. ун-та. 2019. Т. 15. № 3. С. 102–108.
10. Пантенков Д.Г., Ломакин А.А. Оценка устойчивости спутникового канала управления беспилотными летательными аппаратами // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 11 (17). С. 43–50.
11. Пантенков Д.Г. Результаты анализа наземных испытаний комплекса средств спутниковой радиосвязи для беспилотных летательных аппаратов // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2019. № 69. С. 42–51.
12. Ватолин Д., Ратушняк А., Смирнов М., Юкин В. Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео. М.: Диалог МИФИ. 2003. 384 с.
13. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ. М.: Техносфера. 2006. 1072 с.
14. Ричардсон Я. Видеокодирование H.264 и MPEG-4 – стандарты нового поколения: Пер. с англ. М.: Техносфера. 2005. 368 с.
15. Сэломон Д. Сжатие данных, изображений и звука. М.: Техносфера. 2004. 368 с.
16. Международный союз электросвязи. Кодирование видеосигнала для низкоскоростной связи. Рекомендация МСЭ-Т Н.263.1996.
17. Фахми Ш.С., Зубакин И.А. Адаптивный алгоритм кодирования видеоинформации на основе трехмерного дискретного косинусного преобразования // Изв. вузов России. Сер.: Радиоэлектроника. 2010. Вып. 1 С. 49–54.
18. Устинов А.А. Стохастическое кодирование видео- и речевой информации: монография. В 2-х частях. Ч.1 / Под ред. проф. В.Ф. Комаровича. СПб.: ВАС. 2005.
19. Шаров С.Н., Толмачев С.Г. Семантическое сжатие информации мониторинга группой беспилотных летательных аппаратов // Искусственный интеллект и принятие решений. 2015. № 3. С. 34–44.
20. Мокшин В.В. Параллельный генетический алгоритм отбора значимых факторов, влияющих на эволюцию сложной системы // Вестник Казанского гос. техн. ун-та им. А.Н. Туполева. 2009. № 3. С. 89–93.
21. Арзуманян Р.В. Оптимизация арифметического кодера для сжатия изображений, полученных при дистанционном зондировании водных объектов // Вестник Донского гос. техн. ун-та. 2019. Т. 19. № 1. С. 86–92.
22. Цветков В.В., Устинов А.А., Оков И.Н. Устойчивый к канальным ошибкам видеокодек подвижных изображений на основе трехмерного ортогонального преобразования с обеспечением конфиденциальности и аутентификации передаваемых видеоданных // Информация и космос. 2015. № 2. С. 52–59.
23. Устинов А.А. Стохастическое кодирование видео- и речевой информации: Монография. В 2 частях. Ч. 1 / Под ред. проф. В.Ф. Комаровича. СПб.: ВАС. 2005. 135 c.
24. Рекомендация МСЭ-R BT.500–13. Методика субъективной оценки качества телевизионного изображения // Международный союз электросвязи. Сектор радиосвязи МСЭ. 2012. 46 c.
25. Беляев Е.А., Сухов Т.М., Шостацкий Н.Н. Сжатие видеоинформации на основе трехмерного дискретного псевдо-косинусного преобразования для энергоэффективных систем видеонаблюдения // Компьютерная оптика. 2010. Т. 34. № 2. С. 260–272.