Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: LXXI Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 15 ноября 2018 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Телекоммуникации

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Скороход Д.С. ОБ ОДНОМ ПОДХОДЕ К ОЦЕНКЕ СТЕПЕНИ ЗАШУМЛЕННОСТИ КАНАЛА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДЕКОДИРОВАНИЯ JPWL // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LXXI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 11(70). URL: https://sibac.info/archive/technic/11(70).pdf (дата обращения: 29.03.2024)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ОБ ОДНОМ ПОДХОДЕ К ОЦЕНКЕ СТЕПЕНИ ЗАШУМЛЕННОСТИ КАНАЛА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДЕКОДИРОВАНИЯ JPWL

Скороход Денис Сергеевич

студент 3 курса, ИКТИБ ЮФУ,

РФ, г. Таганрог

Скороход Сергей Васильевич

научный руководитель,

канд. техн. наук., доцент ИКТИБ ЮФУ,

РФ, г. Таганрог

Южный Федеральный университет (ЮФУ),

РФ, г. Ростов на Дону

При передачи изображения с борта некоторого автономного или мобильного устройства по зашумленному каналу возникает задача использования средств помехозащищенного кодирования, которые могли бы обеспечить достаточную защиту передаваемого кодированного потока при его минимальной избыточности [1, 2]. Если параметры канала заранее неизвестны, для ее успешного решения требуется определить интенсивность зашумления в канале, после чего можно подобрать соответствующий вариант защиты кодового потока. Оценка интенсивности зашумления может быть получена только в приемнике, который принимает и декодирует искаженный кодовый поток.

Данная проблема рассматривается в работе на примере передачи изображения в формате JPEG 2000 с использованием системы JPWL в качестве средств помехозащищенного кодирования [3]. Целью работы является проведение экспериментального исследования зависимости качества, декодированного приемником изображения JPEG 2000, и статистики декодирования приемником кодового потока JPWL, анализ возможности оценки интенсивности зашумления в канале на основе статистики декодирования JPWL.

Настоящее исследование является продолжением исследований, проведенных в [4–9]. Проведенное экспериментальное исследование заключается в многократном моделировании передачи изображения от передатчика к приемнику по зашумленному каналу. В качестве исходного использовалось одно и то же цветное изображение размером 1024x768 пиксель, предварительно закодированное в формате JPEG 2000 с использованием средств JPWL. Полученный кодовый поток разбивался на сетевые пакеты, предназначенные для передачи по IP-сети. Моделирование влияния помех в канале выполнялось отбросом заданного процента сетевых пакетов, после чего оставшиеся пакеты объединялись в «поврежденный кодовый поток», условно принятый приемником. Далее «поврежденный» поток декодировался средствами JPWL, что должно было обеспечить восстановление утерянных фрагментов. На последнем этапе выполнялось декодирование кодового потока в изображение, которое сопоставлялось с оригиналом. В качестве меры сходства оригинала и принятого изображения использовалась величина PSNR.

Для защиты и восстановления поврежденного кодового потока стандартными средствами JPWL предусмотрено использование семейства кодов Рида-Соломона RS(n,k) (RS-коды) [3]. При их использовании весь защищаемый поток разбивается на фрагменты по k байт. К каждому фрагменту вычисляется избыточный код длиной n-k байт, который вместе с исходным фрагментом образует кодовое слово длиной n байт. Характерной особенностью такого кодового слова является возможность восстановления (n-k)/2 поврежденных байт.

Сами по себе RS-коды не способны противостоять пакетным ошибкам, в связи с чем, средствами JPWL использован метод внутрикадрового чередования, описанный и исследованный в [5–7]. Его задача – переставить матрицу кодового потока так, чтобы при потере сетевого пакета терялись не смежные байты данных, а байты, расположенные в разных частях потока. Обратная перестановка такой матрицы позволяет преобразовать пакетную ошибку в множество одиночных ошибок данных, которые могут быть скорректированы используемым RS-кодом.

Формат JPEG 2000 позволяет кодировать изображение, как целиком, так и по частям, предварительно разбив его на непересекающиеся прямоугольные фрагменты, называемые тайлами. В [5] показано, что для передачи по зашумленному каналу целесообразно использовать разбиение на тайлы, что способствует лучшей восстанавливаемости кодового потока. В исследовании использовались тайлы размером 128x128 пиксель, что дает 48 тайлов на все изображение. Кроме того, JPEG 2000 поддерживает два способа кодирования: обратимое и необратимое преобразование. В работе исследуется только необратимое преобразование, дающее высокую степень сжатия. При его использовании погрешность создается уже самим кодером JPEG 2000. В проводимых экспериментах PSNR кодера составляет 33,26.

При декодировании JPWL каждый тайл декодируется отдельно. Возможны три результата декодирования тайла. Если он не был поврежден или все повреждения данных успешно восстановлены, тайл считается полностью восстановленным. Если тайл как самостоятельная структурная единица кодового потока выделен, но его данные полностью не восстановлены, он считается частично восстановленным. Если тайл либо не выделен, либо невозможно восстановить его заголовок, он считается утерянным. В качестве статистики декодирования JPWL используется количество полностью восстановленных тайлов.

На рис. 1 изображен пример графика зависимости значений PSNR декодированного восстановленного изображения, а так же количества полностью восстановленных тайлов от процента потерь пакетов, для RS(64,32). Процент потерь пакетов изменяется в диапазоне от 1 до 25. Здесь весь диапазон вероятности потери сетевого пакета можно разбить на три участка.

На первом участке (1–9 %) практически все тайлы изображения восстанавливаются полностью, что означает достаточность кода RS(64,32) при потере не более 9% пакетов в канале передачи данных. Однако этот код может оказаться излишне избыточным. Например, при потере только 1 % пакетов достаточным будет также RS(48,32), длина которого на 25 % меньше. На втором участке (9–17 %) происходит резкое падение процента полностью восстановленных тайлов, зависимость которого от уровня пакетных потерь приобретает линейный характер. Линейный вид зависимости позволяет сделать вывод, что на этом участке можно достаточно точно определить процент потерь пакетов по значению процента полностью восстановленных тайлов. Третий участок (17-25%) образует зона недостаточности кода RS(64,32), на которой количество восстановленных фрагментов изображения стремится к нулю.

 

Рисунок 1. График зависимости для RS(64,32)

 

Подобные зоны достаточности, линейности и недостаточности можно выделить и для графиков других RS-кодов. При этом зоны линейной зависимости для разных кодов пересекаются друг с другом и в совокупности охватывают все возможные значения пакетных потерь от 1 до 25 %. Это дает возможность построения алгоритма, способного за несколько итераций определить уровень зашумленности канала и подобрать достаточный RS-код, обеспечивающий заданный уровень PSNR декодированного изображения.

 

Список литературы:

  1. Дроздов С.Н., Жиглатый А.А., Кравченко П.П., Скороход С.В., Хусаинов Н.Ш. Об опыте реализации системы видеотрансляции в формате jpeg2000 и перспективах применения стандарта jpeg2000 для передачи видео и мультиспектральных данных с борта бпла // Известия ЮФУ. Технические науки.- Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2014, №7 (156).– с.161–170.
  2. Скороход С.В., Кравченко П.П., Хусаинов Н.Ш. Анализ реализации средств защиты потокового видео в формате jpeg2000 от ошибок в канале передачи данных для бортовых систем видеотрансляции // Известия ЮФУ. Технические науки.- Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2014, №8 (157).– с.219–226.
  3. Дроздов С. Н., Жиглатый А. Н., Кравченко П. П., Лутай В. Н., Хусаинов Н. Ш. Стандарт JPEG2000: базовые алгоритмы, примеры реализации и перспективы применения.- Ростов-на-Дону, Изд-во ЮФУ, 2014.– 255с.
  4. Скороход С. В., Степанова А. П. Некоторые аспекты технологии сетевого взаимодействия между передатчиком и приемником в процессе видео трансляции // Известия ЮФУ. Технические науки..– Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2015, №4 (165).– с.171–181.
  5. Skorokhod S. V. The experimental studies of the jpwl tools ability to correct burst errors in a noisy channel when transmitting video in a jpeg 2000 format // Journal of Theoretical and Applied Information TechNology, 10th November, 2015. Vol. 81, № 1, p.34-42,
  6. Скороход С. В., Хусаинов Н. Ш. Исследование средств JPWL в условиях коррекции пакетных ошибок при передаче видео в формате JPEG 2000 // Известия ЮФУ. Технические науки.– 2016, №8 (181).– C. 14–26.
  7. Скороход С. В., Касьянов А. О. К вопросу робастности средств JPWL в условиях пакетных ошибок // Информатика и кибернетика.– 2016.  №3 (5).– C. 72–79.
  8. Skorokhod S. V., Drozdov S. N., Khusainov N. S. Influence of Packet Errors in Noisy Channel on Quality of Transmitted Image in JPEG2000 Format Protected by JPWL // International Journal of Control Theory and Applications, 2016, Vol. 9 (35), p. 59-75.
  9. Скороход С. В., Дроздов С. Н., Скороход Д. С. Исследование зависимости качества декодированного изображения в формате JPEG 2000 от параметров JPWL и частоты пакетных ошибок в зашумленном канале // Инженерный вестник Дона, 2017, №4. URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/4453.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.