Метод обробки візуальних даних в телекомунікаційній мережі на основі платформи JPEG та арифметичного кодування
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2022.89.21-28Ключові слова:
арифметичне кодування, JPEG - платформа, RLE, відеоінформаціяАнотація
Аналіз досліджень вказав, що найпоширенішою платформою обробки відео-, фотозображень залишається JPEG-платформа. З позиції методів компресії без втрат в останні роки популярності набув метод арифметичного кодування. Варто зазначити, що сімейство арифметичного кодування під час обробки оперує як дійсними, так і цілими числами з різними видами адаптації. Використання методів, що оперують цілими числами дозволяє передавати код в процесі кодування, в той час як методи, що базуються на дійсних числах потребують закінчення процесу кодування для передачі коду. Адаптація арифметичного кодування полягає у видозміні початкових даних, а саме ймовірності появи елементів, для кожної ітерації процесу кодування. При цьому, у службовій інформації передається тільки словник значень, в той час як для класичного арифметичного кодування необхідна передача появи кожного елементу. Виходячи з даних особливостей в ході даного дослідження пропонується використовувати адаптивне цілочислене арифметичне кодування. Вибір за основу даного методу пов’язано з тим, що на відміну від інших методів він дозволяє передавати код в процесі кодування з мінімізацією службової інформації (лише словник). В ході даного дослідження вирішується науково-прикладне завдання, яке полягає у поєднанні (модифікації) методів на базі платформи JPEG та адаптивного цілочисленного арифметичного кодування з метою забезпечення передачі фото-, відеоінформації визначеної якості за реальний час. Пропонується в ході обробки зображень застосовувати два припущення: нехтувати одиночною довжиною серії повторів та останньою парою після обробки методом RLE. Запропонований метод обробки візуальних даних на основі платформи JPEG та адаптивного цілочисленного арифметичного кодування дозволяє в два рази скоротити об’єм даних у порівнянні з результатом обробки відомим методом арифметичного кодування без запропонованих допущень. Посилення ефективності відбувається за рахунок наскрізного зиг–заг сканування групи трансформант та адаптації методу до типів трансформанти за насиченістю у групі 2х2 з можливістю зменшення потужності словника.
Посилання
References
JPEG Privacy & Security Abstract and Executive Summary, 2015. JPEG.org, accessed 7.04.2021.
Barannik, V., Sidchenko, S., Barannik, D. (2020). Technology for Protecting Video Information Resources in the Info-Communication Space. IEEE 2nd International Conference on Advanced Trends in Information Theory (IEEE ATIT 2020), pp. 29-33. DOI: 10.1109/ATIT50783.2020.9349324.
Barannik, V., Sidchenko S., Barannik N., Barannik V. (2021). Development of the method for encoding service data in cryptocompression image representation systems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol. 3, No. 9(111), pp. 103-115. doi: 10.15587/1729-4061.2021.235521.
DSTU 7624:2014: Informatsiini tekhnolohii. Kryptohrafichnyi zakhyst informatsii. Alhorytm symetrychnoho blokovoho peretvorennia [Information Technology. Cryptographic protection of information. Symmetric block transformation algorithm]. Ministry of Economic Development of Ukraine, 2015. 39 p. [In Ukrainian].
Data Encryption Standard (DES), Federal Information Processing Standards Publication 46-3, 1999. 26 p.
DSTU GOST 28147:2009: Systema obrobky informatsii. Zakhyst kryptohrafichnyi. Alhorytm kryptohrafichnoho peretvorennia (HOST 28147-89) [Information processing system. Cryptographic protection. Cryptographic transformation algorithm (GOST 28147-89)], State Committee for Technical Regulation and Consumer Policy (Derzhspozhivstandart) of Ukraine, 2008. 20 p. [In Ukrainian].
Rivest, R., Shamir, A., Adleman, L. (1978). A method for obtaining digital signatures and public-key cryptosystems. Communications of the ACM, Vol. 21, Iss. 2, pp. 120-126. DOI: 10.1145/359340.359342.
Barannik, V., Babenko, Yu., Kulitsa, O., Barannik, V., Khimenko, A., Matviichuk-Yudina, O. (2020). Significant Microsegment Transformants Encoding Method to Increase the Availability of Video Information Resource. IEEE 2nd International Conference on Advanced Trends in Information Theory (IEEE ATIT 2020), pp. 52-56. DOI: 10.1109/ATIT50783.2020.9349256.
Chen, T.-H., Wu, Ch.-S. (2011). Efficient multi-secret image sharing based on Boolean operation. Signal Processing, Vol. 91, Iss. 1, pp. 90-97. DOI: 10.1016/j.sigpro.2010.06.012.
Barannik, V., Shulgin, S., Krasnorutsky, A., Slobodyanyuk, O., Gurzhii, P., Korolyova, N. (2020). Methodological Fundamentals of Deciphering Coding of Aerophotography Segments on Special Equipment of Unmanned Complex. IEEE 2 nd International Conference on Advanced Trends in Information Theory (IEEE ATIT 2020), pp. 38-43. DOI: 10.1109/ATIT50783.2020.9349257.
Li, F., Krivenko, S., Lukin, V. (2020). Two-step providing of desired quality in lossy image compression by SPIHT. Radioelectronic and computer systems, No. 2(94), pp. 22-32. DOI: 10.32620/reks.2020.2.02.
Ieremeiev, O., Lukin, V., Okarma, K. (2020). Combined visual quality metric of remote sensing images based on neural network. Radioelectronic and computer systems, Vol. 4(96), pp. 4-15. DOI: 10.32620/reks.2020.4.01. [In Ukrainian].
Naor, M., Shamir, A. (1994). Visual Cryptography. Proceedings of the Advances in Cryptology. EUROCRYPT’94. Lecture Notes in Computer Science, Vol. 950, pp. 1–12. DOI: 10.1007/bfb0053419.
Wu, Yu., Agaian, S., Noonan, J. (2012). Sudoku Associated Two Dimensional Bijections for Image Scrambling. IEEE Transactions on multimedia, available at: Cornell University arXiv, 30 p. doi: 10.48550/arXiv.1207.5856.
Ji, Sh., Tong, X., Zhang, M. (2012). Image encryption schemes for JPEG and GIF formats based on 3D baker with compound chaotic sequence generator. Cornell University arXiv. doi: 10.48550/arXiv.1208.0999.
Belikova N., Lekakh A., Dovbenko O., Dodukh O. (2019). Method of Increasing the Capacity of Information Threat Detection Filters in Modern Information and Communication Systems. 3rd International Conference on Advanced Information and Communications Technologies (AICT), pp 426-429. DОІ: 10.1109/AIACT.2019.8847754.
Cheng, P., Yang, H., Wei, P., Zhang, W. (2015). A fast image encryption algorithm based on chaotic map and lookup table. Nonlinear Dynamics, Vol. 79, Iss. 3, pp. 2121-2131. DOI: 10.1007/s11071-014-1798-y.
Guesmi, R., Farah, M. A. B., Kachouri, A., Samet, M. (2016). A novel chaos-based image encryption using DNA sequence operation and Secure Hash Algorithm SHA-2. Nonlinear Dynamics, Vol. 83, Iss. 3, pp. 1123-1136. DOI: 10.1007/s11071-015-2392-7.
Tsai, Ch.-L., Chen, Ch.-J., Hsu, W.-L. (2012). Multi-morphological image data hiding based on the application of Rubik's cubic algorithm. IEEE International Carnahan Conference on Security Technology (ICCST), pp. 135-139. DOI: 10.1109/CCST.2012.6393548.
Kurihara, K., Watanabe O., Kiya, H. (2016). An encryption-then-compression system for JPEG XR standard. IEEE International Symposium on Broadband Multimedia Systems and Broadcasting (BMSB), pp. 1-5. DOI: 10.1109/BMSB.2016.7521997.
Sharma, R., Bollavarapu, S. (2015). Data Security using Compression and Cryptography Techniques. International Journal of Computer Applications, Vol. 117, No. 14, pp. 15-18. DOI: 10.5120/20621-3342.
Zhou, J., Liu, X., Au, O. C., Tang, Y. Y. (2014). Designing an Efficient Image Encryption-Then-Compression System via Prediction Error Clustering and Random Permutation. IEEE Transactions on Information Forensics and Security, Vol. 9, No. 1, pp. 39-50. DOI: 10.1109/TIFS.2013.2291625.
Wong K. W. (2009). Image encryption using chaotic maps. In: Kocarev, L., Galias, Z., Lian, S. (eds) Intelligent Computing Based on Chaos, Studies in Computational Intelligence, Vol. 184, pp. 333–354, Springer. DOI: 10.1007/978-3-540-95972-416.
Information technology – JPEG 2000 image coding system: Secure JPEG 2000, International Standard ISO/IEC 15444-8, ITU-T Recommendation T.807, 2007. 108 p.
Yang, Y., Zhu, B., Li, S., Yu, N. (2008). Efficient and Syntax-Compliant JPEG 2000 Encryption Preserving Original Fine Granularity of Scalability. EURASIP Journal on Information Security, Vol. 2007, pp. 126-139. DOI: 10.1155/2007/56365.
Farajallah, M. (2015). Chaos-based crypto and joint crypto-compression systems for images and videos. HAL science ouverte.
Wong, K., Tanaka, K. (2010). DCT based scalable scrambling method with reversible data hiding functionality. 4th International Symposium on Communications, Control and Signal Processing (ISCCSP), pp. 1-4. DOI: 10.1109/ISCCSP.2010.5463307.
Dufaux, F., Ebrahimi, T. (2006). Toward a Secure JPEG. Applications of Digital Image Processing XXIX, Vol. 6312, pp. 1–8. DOI: 10.1117/12.686963.
Watanabe, O., Uchida, A., Fukuhara, T., Kiya, H. (2015). An Encryption-then-Compression system for JPEG 2000 standard. IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), pp. 1226-1230, DOI: 10.1109/ICASSP.2015.7178165.
Minemura, K., Moayed, Z., Wong, K., Qi, X., Tanaka, K. (2012). JPEG image scrambling without expansion in bitstream size. 19th IEEE International Conference on Image Processing, pp. 261-264. DOI: 10.1109/ICIP.2012.6466845.
Barannik, V. V., Karpinski, M. P., Tverdokhleb, V. V., Barannik, D. V., Himenko, V. V., Aleksander, M. (2018). The technology of the video stream intensity controlling based on the bit-planes recombination. 4th IEEE International Symposium on Wireless Systems within the International Conferences on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems (IDAACS-SWS), pp. 25-28. DOI: 10.1109/IDAACS-SWS.2018.8525560.
Phatak, A. A. (2016). Non-format Compliant Scalable RSA-based JPEG Encryption Algorithm. International Journal of Image, Graphics and Signal Processing, Vol. 8, No. 6., pp. 64–71. DOI: 10.5815/ijigsp.2016.06.08.
Komolov, D., Zhurbynskyy, D., Kulitsa, O. (2015). Selective Method For Hiding Of Video Information Resource In Telecommunication Systems Based On Encryption Of Energy-Significant Blocks Of Reference I-Frame. 1st International Conference on Advanced Information and Communication Technologies (AICT'2015), pp. 80-83.
Wu, Y., Noonan, J. P., Agaian, S. NPCR and UACI Randomness Tests for Image Encryption. Cyber Journals: Multidisciplinary Journals in Science and Technology, Journal of Selected Areas in Telecommunications (JSAT), 2011, Vol. 2, pp. 31-38. DOI: 10.4236/jss.2015.33005.
Glen G. Langdon, Jr. and Jorma J. Rissanen (1983). A Double Adaptive File Compression Algorithm. IEEE Trans. Commun. COM-31, pp. 1253-1255.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Dmytro Havrylov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
