<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">sibsutis</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Вестник СибГУТИ</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>The Herald of the Siberian State University of Telecommunications and Information Science</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1998-6920</issn><publisher><publisher-name>СибГУТИ</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.55648/1998-6920-2024-18-3-115-139</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">sibsutis-932</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>Статьи</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Исследование границ интенсивности видеопотока при FPV-управлении БПЛА в режиме предсказания кадров. Часть I: модели и методы</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Research of Video Stream Intensity Limits in UAV FPV Control in Frame Prediction Mode. Part I: Models and Methods</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-1748-8642</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Березкин</surname><given-names>А. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Berezkin</surname><given-names>A. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Березкин Александр Александрович - к.т.н., доцент кафедры программной инженерии и вычислительной техники (ПИиВТ), СПбГУТ, директор Центра перспективных проектов и разработок.</p><p>193232, Санкт-Петербург, пр. Большевиков, д. 22, к. 1</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Alexander A. Berezkin - PhD, associate professor of the Program Engineering and Computer Science Department, Bonch-Bruevich State university of telecommunications SPbSUT, director of the Center of Perspective Projects and Developments.</p><p>193232, Saint-Petersburg, Bolshevikov Avenue, 22-1</p></bio><email xlink:type="simple">berezkin.aa@sut.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0009-0005-0832-8590</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Ченский</surname><given-names>А. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Chenskiy</surname><given-names>A. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Ченский Александр Александрович - магистрант кафедры ПИиВТ, инженер Центра перспективных проектов и разработок, СПбГУТ.</p><p>193232, Санкт-Петербург, пр. Большевиков, д. 22, к. 1</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Alexander A. Chenskiy - Master's student of the Program Engineering and Computer Science Department, engineer of Center of Perspective Projects and Developments, SPbSUT.</p><p>193232, Saint-Petersburg, Bolshevikov Avenue, 22-1</p></bio><email xlink:type="simple">chenskii.aa@sut.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-8781-6840</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Киричек</surname><given-names>Р. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kirichek</surname><given-names>R. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Киричек Руслан Валентинович - д.т.н., ректор, профессор кафедры ПИиВТ, СПбГУТ.</p><p>193232, Санкт-Петербург, пр. Большевиков, д. 22, к. 1</p><p>Тел. +7 812 3051 200</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Ruslan V. Kirichek - Doctor of technical science, rector, professor of the Program Engineering and Computer Science Department, SPbSUT.</p><p>193232, Saint-Petersburg, Bolshevikov Avenue, 22-1</p><p>Phone. +7 812 3051 200</p></bio><email xlink:type="simple">kirichek@sut.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Bonch-Bruevich State university of telecommunications (SPbSUT)</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2024</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>18</day><month>09</month><year>2024</year></pub-date><volume>18</volume><issue>3</issue><fpage>115</fpage><lpage>139</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Березкин А.А., Ченский А.А., Киричек Р.В., 2024</copyright-statement><copyright-year>2024</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Березкин А.А., Ченский А.А., Киричек Р.В.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Berezkin A.A., Chenskiy A.A., Kirichek R.V.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://vestnik.sibsutis.ru/jour/article/view/932">https://vestnik.sibsutis.ru/jour/article/view/932</self-uri><abstract><p>В настоящее время беспилотные летательные аппараты нашли широкое применение в различных сферах народного хозяйства. FPV-управление (управление от первого лица) относится к числу способов управления беспилотными летательными аппаратами, при котором видеопоток от беспилотного воздушного судна передается на станцию внешнего пилота в реальном масштабе времени. Из-за сбоев в работе сети связи пакеты с данными видеопотока могут потеряться или задержаться и быть доставленными с опозданием. Одним из способов, позволяющих компенсировать падение FPS в случае потери или задержки кадров на станции внешнего пилота, является прогнозирование промежуточных кадров видеопотока. В настоящей работе представлена схема предсказания промежуточных кадров видеопотока и приведены результаты экспериментов по установлению реально возможного увеличения FPS в нейросетевом кодеке, в котором для сжатия видео используются различные автокодировщики типа VQ-f16, а также алгоритм сжатия латентного пространства признаков без потерь DEFLATE, при этом для предсказания используется динамическая многомасштабная нейронная сеть воксельного потока DMVFN. Разработана регрессионная модель для прогнозирования времени предсказания. Формализована задача анализа FPS при различных конфигурациях нейросетевого декодера на стороне внешнего пилота.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>Currently, unmanned aerial vehicles have found wide application in various spheres of the national economy. FPV control refers to a method of controlling unmanned aerial vehicles in which the video stream from the unmanned aircraft is transmitted to the remote pilot station in real time. Due to failures in the communication network, packets with video stream data may be lost or delayed and be delivered late. One of the ways to compensate for the drop in FPS in case of frame loss or delay at the remote pilot station is to predict intermediate frames of the video stream. This paper presents a scheme for predicting intermediate frames of a video stream and presents the results of experiments to establish a realistically possible increase in FPS in a neural network codec, in which various autoencoders such as VQ-f16 are used for video compression as well as the lossless latent feature space compression algorithm DEFLATE, while the dynamic multiscale voxel flow neural network DMVFN is used for prediction. A regression model was developed to predict the prediction time. The task of analyzing FPS for various configurations of the neural network decoder on the side of the external pilot is formalized.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>FPS</kwd><kwd>вариационный автокодировщик</kwd><kwd>нейронный декодер</kwd><kwd>DMVFN</kwd><kwd>нейронные сети</kwd><kwd>предсказание видеопотока</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>FPS</kwd><kwd>variational autoencoder</kwd><kwd>neural decoder</kwd><kwd>DMVFN</kwd><kwd>neural networkbi</kwd><kwd>video stream prediction</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Научная статья подготовлена в рамках прикладных научных исследований СПбГУТ, регистрационный номер 1023031600087-9-2.2.4;2.2.5;2.2.6;1.2.1;2.2.3 в ЕГИСУ НИОКТР.</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Чмелев В. С., Калюка В. И., Дмитренко М. Е. Обзор систем управления беспилотных летательных аппаратов общего пользования // Сборник материалов научно-практической конференции «Технологии. Инновации. Связь», Санкт-Петербург, 19 апреля 2021 года. С. 279-286.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Chmelev B. S., Kalyuka V. I., Dmitrenko M. E. Obzor sistem upravlenija bespilotnyh letatel'nyh apparatov obshhego pol'zovanija [Overview of general purpose unmanned aerial vehicle control systems]. Tehnologii. Innovacii. Svjaz': Sbornik materialov nauchno-prakticheskoj konferencii, Sankt-Peterburg, 19 April, 2021. Sankt-Peterburg, Federal'noe gosudarstvennoe kazjonnoe voennoe uchrezhdenie vysshego obrazovanija "Voennaja akademija svjazi imeni marshala Sovetskogo Sojuza S. M. Budjonnogo" Ministerstva oborony Rossijskoj Federacii, 2022. pp. 279-286.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Стратегия развития отрасли связи Российской Федерации на период до 2035 года [Электронный ресурс] // Правительство России: официальный сайт. 2023. URL: http://government.ru/news/50304/ (дата обращения: 21.05.2024).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Strategija razvitija otrasli svjazi Rossijskoj Federacii na period do 2035 goda [The strategy for the development of the telecommunications industry of the Russian Federation for the period until 2035], available at: http://government.ru/news/50304/ (accessed: 21.05.2024).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Юрий Борисов выступил на стратегической сессии, посвящённой серийному производству спутников [Электронный ресурс] // Роскосмос: официальный сайт. 2023. URL: https://www.roscosmos.ru/40096/ (дата обращения: 21.05.2024).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Jurij Borisov vystupil na strategicheskoj sessii, posvjashhjonnoj serijnomu proizvodstvu sputnikov [Yura Borisov made a presentation at the strategic session on serial production of satellites], available at: https://www.roscosmos.ru/40096/ (accessed: 21.05.2024).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Число учтённых в России дронов выросло на треть [Электронный ресурс] // Федеральное агентство воздушного транспорта - Росавиация: официальный сайт, 2024. URL: https://favt.gov.ru/novosti-novosti/?id=10676 (дата обращения: 21.05.2024).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Chislo uchtjonnyh v Rossii dronov vyroslo na tret' [The number of drones registered in Russia increased by a third], available at: https://favt.gov.ru/novosti-novosti/?id=10676 (accessed: 21.05.2024).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Березкин А. А., Паршин А. А., Лазарев А. А. Адаптивный контроль интенсивности видео-потока при передаче FPV-трафика беспилотных систем // Материалы 79-й научно-технической конференции СПб НТО РЭС им. А. С. Попова, посвященной Дню радио, Санкт-Петербург, 22-26 апреля 2024. С. 162-165.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Berezkin A. A., Parshin A. A., Lazarev A. A. Adaptivnyj kontrol' intensivnosti videopotoka pri peredache FPV-trafika bespilotnyh sistem [Adaptive control of video stream intensity in FPV traffic transmission of unmanned systems]. 79-ja nauchno-tehnicheskaja konferencija SPb NTO RES im. A.S. Popova, posvjashhennaja Dnju radio: sbornik dokladov regional'noj konferencii, Saint Petersburg, 22-26 April, 2024, pp. 162-165.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Березкин А. А., Савелов Д. Ю., Суходоева А. В., Туманов И. А., Киричек Р. В. Исследование нейросетевых моделей предсказания видеопотока при управлении беспилотными системами от первого лица // Труды Научно-исследовательского института радио. 2023. № 3-4. С. 40-56.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Berezkin A. A., Savelov D. Ju., Suhodoeva A. V., Tumanov I. A., Kirichek R. V. Issledovanie nejrosetevyh modelej predskazanija videopotoka pri upravlenii bespilotnymi sistemami ot pervogo lica [Research of neural network models for video stream prediction in first-person control in unmanned systems]. Trudy Nauchno-issledovatel'skogo instituta radio, 202, no. 3-4, pp. 40-56.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гончаров В. Г., Березкин А. А. Анализ моделей предсказания кадров FPV-видеопотока в каналах информационного обмена беспилотных систем // Материалы 79-й научно-технической конференции СПб НТО РЭС им. А. С. Попова, посвященной Дню радио, Санкт-Петербург, 22-26 апреля 2024. С. 194-197.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Goncharov V. G., Berezkin A. A. Analiz modelej predskazanija kadrov FPV-videopotoka v kanalah informacionnogo obmena bespilotnyh sistem [Analysis of FPV video stream frame prediction models in information exchange links of unmanned systems]. 79-ja nauchno-tehnicheskaja konferencija SPb NTO RES im. A.S. Popova, posvjashhennaja Dnju radio: sbornik dokladov regional'noj konferencii, Saint-Petersburg, 22-26 April, 2024, pp. 194-197.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Березкин А. А., Вивчарь Р. М., Киричек Р. В., Захаров А. А. Метод декомпрессии FPV-видеопотока от беспилотных систем на основе латентной диффузионной нейросетевой модели // Электросвязь. 2024. № 1. С. 42-53.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Berezkin A. A., Vivchar' R. M., Kirichek R. V., Zaharov A. A. Metod dekompressii FPV-videopotoka ot bespilotnyh sistem na osnove latentnoj diffuzionnoj nejrosetevoj modeli [Method of decompression of FPV video stream from unmanned systems based on latent diffusion neural network model]. Electrosvjaz', 2024, №1, pp. 42-53.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Rombach R., Blattmann A., Lorenz D., Esser P., Ommer B. High-resolution image synthesis with latent diffusion models // Proceedings of the IEEE/CVF conference on computer vision and pattern recognition, 2022. P. 10684-10695.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rombach R., Blattmann A., Lorenz D., Esser P., Ommer B. High-resolution image synthesis with latent diffusion models. Proceedings of the IEEE/CVF conference on computer vision and pattern recognition, 2022, pp. 10684-10695.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hu X., Huang Z., Huang A., Xu J., Zhou S. A dynamic multi-scale voxel flow network for video prediction // Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 2023. P. 6121-6131.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hu X., Huang Z., Huang A., Xu J., Zhou S. A dynamic multi-scale voxel flow network for video prediction. Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 2023, pp. 6121-6131.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Березкин А. А., Вивчарь Р. М., Слепнев А. В., Киричек Р. В., Захаров А. А. Метод сжатия видеопотока при управлении беспилотными системами в гибридных орбитально-наземных сетях связи // Электросвязь. 2023. № 10. С. 48-56.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Berezkin A. A., Vivchar' R. M., Slepnev A. V., Kirichek R. V., Zaharov A. A. Metod szhatija videopotoka pri upravlenii bespilotnymi sistemami v gibridnyh orbital'no-nazemnyh setjah svjazi [Video compression method for controlling unmanned systems in hybrid orbital-terrestrial communication networks]. Electrosvjaz', 2023, no. 10, pp. 48-56.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бардасов С. А. Эконометрика: учебное пособие. 2-е издание, переработанное и дополненное. Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2010. 264 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bardasov S. A. Ekonometrika: uchebnoe posobie. 2 izdanie, pererabotannoe i dopolnennoe [Econometrics: textbook. 2nd edition, revised and expanded]. Tjumen', Izdatel'stvo Tjumenskogo gosudarstvennogo universiteta, 2010. 264 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Berezkin A. A., Phuc H. Do., Tran D. Le., Kirichek R. V. A comparative analysis of diffusion-based super-resolution techniques in a video stream compression system in FPV control of un-manned systems // Труды Научно-исследовательского института радио. 2023. № 3-4. P. 26-39.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Berezkin A. A., Phuc H. Do., Tran D. Le., Kirichek R. V. A comparative analysis of diffusion-based super-resolution techniques in a video stream compression system in FPV control of unmanned systems. Trudy Nauchno-issledovatel'skogo instituta radio, 2023, no. 3-4, pp. 26-39.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Козлова А. И., Облаков Н. А., Березкин А. А. Анализ моделей предсказания кадров FPV-видеопотока в каналах информационного обмена беспилотных систем // Материалы 79-й научно-технической конференции СПб НТО РЭС им. А. С. Попова, посвященной Дню радио, Санкт-Петербург, 22-26 апреля 2024. С. 170-173.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kozlova A. I., Oblakov N. A., Berezkin A. A. Analiz modelej predskazanija kadrov FPV-videopotoka v kanalah informacionnogo obmena bespilotnyh sistem [Analysis of FPV video stream frame prediction models in information exchange channels of unmanned systems]. 79-ja nauchno-tehnicheskaja konferencija SPb NTO RES im. A.S. Popova, posvjashhennaja Dnju radio: sbornik dokladov regional'noj konferencii, Saint-Petersburg, 22-26 April, 2024, pp. 170-173.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
