Vladimir Barannik

This article explores the relevance of ensuring information security in wireless information and communication systems. It provides a rationale for security process requirements under constraints that demand specified levels of data delivery timeliness and integrity. The study demonstrates that the greatest challenges arise in securing video data, particularly during transmission from onboard systems, due to the limited processing and transmission capacities of onboard technologies. This limitation creates a pronounced imbalance given the extremely high information intensity of video data. Furthermore, this factor constrains the application of complex cryptographic transformations based on artificial intelligence models, thereby impacting security processes. To address these limitations, this paper justifies the necessity of steganographic transformations to enhance information security. It argues that a robust security framework requires a comprehensive approach, which can be achieved by integrating steganographic concealment with cryptographic encryption; this integration constitutes the primary objective of the article. In applying steganography, video containers are enriched with hidden data through specific transformations. The paper analyzes existing steganographic transformation methods tailored for onboard systems and identifies key factors limiting their effectiveness. The first factor is the inability of current methods to increase embedded data volume while maintaining container integrity. The second factor involves the limited potential for the sequential application of steganographic methods within the overall video processing workflow, which introduces demasking artifacts and degrades compression characteristics. To overcome these challenges, this article proposes and justifies a novel method for the information enrichment of video containers based on identifying dependencies in the latent-positional space. This method superimposes structural patterns during the construction of a positional basis component system (P-bases). Crucially, these container transformations do not cause a loss of integrity, thereby preserving the information content of previous processing layers. Consequently, the developed method can serve as a complementary component for the information enrichment of container resources. Finally, the article highlights the advantages of the proposed method in terms of maximized hidden data volume while completely avoiding integrity degradation.

В статті показується актуальність питань, що пов’язано зі захистом та підвищенням оперативності доставки відеоінформаційних потоків. Особливо це стосується сфери застосувань в інтересах критичної інфраструктури. Критичним фактором тут є обмеженість та нерівномірність зміни швидкості передачі даних в інформаційно-комунікаційних мережах. Це призводить до виникнення дисбалансу з рівнем інформаційного навантаження. Одним з напрямків подолання означеного дисбалансу є використанням технологій управління інтенсивністю в процесі стиснення відеопотоку. В цьому разі стиснення відеоданих забезпечується в умовах адаптації до поточної швидкості передачі даних в мережі. В сучасних технологіях стиснення відео потоків, до яких відносяться HEVC та VVC, управління інформаційною інтенсивністю (бітрейтом) здійснюється в залежності від рівня показника MSE (середньоквадратичного відхилення між початковим та відновленим відеокадрами потоку). Такі дії проводяться на етапі побудови квадро-дерева та вибору кроку квантування трансформованих залишкових блоків. Однак існуючі підходи щодо управління режимом стиснення відеопотоку мають пені недоліки. Варіант локалізації та зменшення впливу таких недоліків на ефективність технології стиснення відеопотоку полягає у здійсненні перед-класифікації відео-блоків за рівнем їх інформативності. Це одночасно дозволить: визначити фрагменти відеокадрів, для яких буде рекомендована певна структура квадро-дерева; встановити рекомендації щодо меж зміни кроку квантування з допустимим впливом на рівень цілісності відеоданих. Тому мета досліджень статті стосується розробці методу класифікації відео-блоків за рівнем їх впливу на систему показників «бітрейт – середньоквадратичне відхилення» в технологіях стиснення відеоінформаційних потоків. В статті викладається розробка методу визначення метрики для асоціативного оцінювання та класифікації локальних сегментів за їх спроможностями з врахуванням сукупності структурних та статистичних властивостей відносно усунення кількості надмірності та приховування інформації. Метрика будується з врахуванням: наявності структурних, статистичних та психовізуальних залежностей в яскравіс-ному просторі; наявності розподільного фону по куткам сегменту; пропорційності впливу статистичних та структурних залежностей на значення класифікаційної метрики.

In the modern world, the quality of video information services is important. The greatest difficulties arise in the case of providing remote services using wireless information and communication systems (ICS). This concerns the imbalance between the intensity of the video stream and the speed of data transmission in the ICS. Elimination of the imbalance is possible using compression methods. However, compression of the bit volume of video data is achieved with a loss of integrity. Hence, a relevant scientific and applied problem is the further improvement of coding methods based on the elimination of various types of redundancy. At the same time, most methods are characterized by achieving the desired level of compression by introducing distortions. This necessitates the development of a compression direction based on the controlled elimination of the number of different types of redundancy. Accordingly, to create conditions for increasing the possibilities for detecting characteristic dependencies, the technological apparatus of converting video segments to spectral space is used. Therefore, the research goal of the article is to develop compression methods based on a controlled reduction in the number of different types of redundancy in spectral space. The article outlines the main stages of developing a method for structural block coding of transform tuples. To increase the compression level without loss of integrity, it is proposed to identify characteristic structural dependencies for a set of transforms. Such sets are divided into tuples according to the parametric data of the structural and spectral features of the transforms. Further, such a space will be referred to as the spectral and parametric description of transforms (SPDT). Comparative evaluation of compression methods is carried out according to the system of indicators: compression level - integrity level. Under such conditions, the advantage of the created method over basic analogues in terms of compression level is from 12 to 19%.

В статті показано, що на даний час створено низка ефективних сучасних технологій кодування відеоданих, які базуються на стандартизованих форматах стиснення відеокадрів та динамічних потоків. До них можна віднести такі, як: Н265/HEVC та H266/VVC. Відповідно окреслюються ряд напрямків щодо врахування для цих технологій особливостей (складності) контенту. В основі першого типу підходів лежить принцип скорочення бітрейту за дотриманням вимог щодо рівня середньоквадратичних показників, які визначають рівень цілісності. Недоліками тут є: підвищення складності обробки за рахунок багато ітераційного процесу побудови дерева синтаксису; наявність можливості провести лише грубу оцінку рівня бітрейту до початку процесу стиснення (ентропійного кодування).В основі другого напрямку лежать підходи на застосуванні моделей штучного інтелекту. Водночас означений підхід має певні обмеження. Це стосується збільшення складності обробки та часових затримок в процесі навчання та формування латентного простору. Окрім того, виникають помилки в процесі ідентифікації об’єктів. Одним з ефективних напрямків підвищення ефективності семантичної селекції відеосегментів в процесі стиснення є розробка комбінованих підходів. В цьому разі базовим є ідентифікація (класифікація) сегментів за рівнем семантичної складності на сонові набору ознак, які виявляються на рівні синтаксичного сприйняття відеоінформації. Основним завданням тут є вибір таких ознак, які одночасно матимуть асоціативну залежність з рівнем семантичної складності відеосегментів та допустиму енергоефективність обчислювального процесу. Розроблено методологічні основи щодо порогові-метричної класифікації стандартизованих за розміром сегментів на два базових класи на основі масштабування результатів поділу на класи його локальних сегментів. Базовими тут є: квдаратизація сегменту за локальними сегментами з формуванням для кожного з них інформаційної моделі за сукупністю структурних та статистичних параметрів; масштабування щодо встановлення рівня складності сегменту відеозображення з позиції потенціалу його особливостей відносно наявності надмірності проводиться на основі вирішального правилу за аналізом частотної інформації результатів поділу локальних сегментів за двома базовими класами; визначення класу складності локальних сегментів на основі відносення метрики до одного з двух допустимих порогових інтервалів з визначеною межею.

В статті показано, що в процесі забезпечення інформаційної безпеки наявні суперечності. Вони виникають під час забезпечення категорій конфіденційності, цілісності та доступності у разі обробки та передачі відеоінформаційних ресурсів в системі аерокосмічного моніторингу. В їх основі лежить критичність часових затримок на доставку відеоінформації значного бітового об’єму з використанням обмежених за швидкістю передачі інформаційно-комунікаційних засобів. В означених обставинах (умовах) виникає інтерес до технологій захисту інформації в процесі використання систем скорочення бітового об’єму. В статті обґрунтовано, що одним з варіантів реалізації такого підходу є використання стеганографічних методів приховування інформації до контейнерів візуального походження (КВП). Встановлюються базові недоліки методів вбудовування інформації на основі прямих стеганографічних перетвореннях. Напрямком подальшого розвитку може бути побудова комбінованих підходів до організації стеганографічних систем в базисі стиснення. При цьому додатковою складовою пропонується використовувати технології, які за функціональною умовою використовують метод непрямого вбудовування. Водночас для них властивим є низькі значення стеганографічної ємності. Значить, необхідно розробити такий підхід для проектування стеганографічної системи, який враховує не лише психовізуальні закономірності у КВП, а й структурні залежності між елементами його синтаксичного опису. Створено метод безвтратного вбудовувати інформацію непрямим способом з виявленням структурних залежностей шляхом управляючої корекції нерівномірно-вагового позиційного (НРВП) базису за умов: наявності попередньо-вбудованої інформації; усунення цифрових слідів наявності прихованої інформації. Розроблено метод вилучення інформації в стегано-корегованому НРВП-базисі. Відмінності методу стосуються того, що: вилучення інформації здійснюється з виключенням втрат шляхом порівняння реального та контрольного значень основ НРВП-базису в умовах усунення впливу на стегано-підкладку попереднього етапу стегано-перетворень в квантовано-спектральному просторі КВП. Це дозволяє підвищити рівень стеганографічної ємності за умов виключення втрат прихованої інформації та синтаксичного опису ВКП.

The study addresses the development of intelligent services for the transmission of infrared (IR) imagery, with a focus on the generation and exploitation of semantic metadata that reflects the informativeness and spatial structure of image regions. Such metadata facilitates classification of object types and states and supports the selection of informative fragments within IR frames. These functionalities are particularly relevant in applications involving unmanned onboard systems, where tasks such as dynamic object tracking and autonomous navigation impose stringent requirements on the timeliness and fidelity of visual data. With the increasing complexity of operational scenarios, the demands for high information completeness – such as higher frame rates, improved resolution, and reduced distortion – place significant burdens on infocommunication subsystems. This induces a fundamental conflict between the need for low-latency transmission and the preservation of the structural integrity of IR data. To address this issue, the paper formulates a new scientific and applied objective: to enhance the quality of IR-based intelligent services through the design of a positional coding method in differential wave space. The proposed method operates by hierarchically segmenting IR images to localize structurally homogeneous regions, applying differential wave transformations to capture local contrast dynamics, and encoding positional information relative to wavelet-domain variations. This positional representation enables spectral-differential group coding, which effectively reduces bit volume while preserving spatial-semantic features. An experimental evaluation using the Open Turbulent Image Set (OTIS) – consisting of PNG-encoded IR images with varying levels of informativeness – demonstrated an average bit volume reduction of approximately 37%. Comparative analysis with JPEG2000 encoding of 16-bit images revealed a 25% gain in compression ratio while maintaining equivalent PSNR values.

This article is devoted to solving an urgent scientific and applied problem — increasing the efficiency of compression and ensuring the integrity of video information resources under conditions of limited channel bandwidth and the influence of interference. The introductory part substantiates the need for developing new approaches to image segmentation, as traditional methods (JPEG, H.264/AVC, HEVC) and modern formats (JPEG XL) have limited ability to adapt to complex structural features and high vulnerability to channel errors. It is determined that the loss of even a small part of the encoded stream in existing systems leads to disruptions in the decoding process of entire sections due to the lack of structural localization mechanisms. The theoretical section of the research focuses on the transition from the standard ARGB model to the XYB color space, which better matches the characteristics of human perception and avoids ignoring important color components (specifically red). An approach for independent processing of each layer of the color model is proposed, which provides a more efficient division into regions with homogeneous properties. The key contribution of the work is the development of a method for constructing dynamic apertures for asymmetric numeral systems (ANS). Instead of static partitioning, flexible segmentation is introduced, which takes into account local color and structural parameters of the image by dynamically changing the aperture "tube" parameters. The results section presents a comparative analysis of standard 8x8 partitioning, simple aperture partitioning, and the proposed adaptive method. Threshold values for aperture size (from 5 to 100 elements) were experimentally established, at which it is advisable to perform dynamic adaptation of the reference value. This allowed for the optimization of computational costs: encoding time was reduced from minutes to a few seconds, which is crucial for real-time systems. The obtained results confirm that the use of adaptive apertures together with strict value approximation allows for increasing the efficiency of compression using ANS by almost 5 times compared to base approaches, from 228,453 to 40,796 bytes, while maintaining the clarity of significant objects and high noise immunity.

This study examines the set of processes aimed at improving the efficiency of steganographic methods for information protection, while ensuring a specified level of integrity and timeliness of transmission in infocommunication systems. The work addresses a scientific and applied task of increasing the level of information security while maintaining a specified level of integrity and timely delivery of data from unmanned aerial systems (UASs). It relates to the existence of a contradiction between ensuring the confidentiality of video information and the efficiency of its delivery with a given integrity. In the process of research, a method for structural steganographic embedding has been devised, based on changing the values of positional basis (PB). The difference is the embedding of information in the process of modifying the PB values, taking into account the detection of structural dependences in the spectrally modified space of a video container (VC). Such transformations are carried out under conditions of reducing the influence of spectral space modifications on the compression level. The above advantages make it possible to build a comprehensive method of steganographic transformations in the process of VC compression. The method is distinguished by two principal aspects. The first is the use of a sequence of steganographic transformations in independent spaces to detect dependences that are used in the process of embedding information. The second is that information is embedded in the structural-spectral space, taking into account its modification by the youngest bits. This enables increasing the level of steganographic capacity by an average of 7% without distorting the integrity of the stegano-containers and removing hidden information on the receiving side. The devised method is intended to be used to improve the confidentiality, efficiency, and integrity of video information delivery from unmanned systems

Improving the efficiency of remote thermal monitoring systems requires the development of coding methods for infrared (IR) images that account for their semantic characteristics. It is established that infrared images typically have high bit-depth (up to 16 bits), which significantly complicates their processing and transmission in real-time, especially under limited channel bandwidth conditions. It is substantiated that traditional coding algorithms, such as JPEG, JPEG2000, or H.265, do not provide efficient handling of IR data since they fail to consider the internal bit structure, spectral non-uniformity, and local temperature characteristics of the scene. Compression efficiency can be improved by representing an IR image as separate higher and lower bit layers with subsequent differentiated processing. The paper presents an approach that involves preliminary division of the image into 8×8 pixel segments and 4×4 mini-segments, each of which is transformed into a residual domain by subtracting its local minimum. A recursive one-dimensional Haar wavelet transform is proposed, with decomposition depth up to a single low-frequency coefficient, enabling energy concentration and isolation of multilevel frequency components. It is shown that such a representation is convenient for further spectral generalization and adaptive encoding. A functional model of group coding is developed, allowing each mini-segment to be represented by a single high-frequency code value, while all low-frequency coefficients of a segment are combined into a separate group that is also group-encoded. As a result, each image segment is represented by five code values, which significantly reduces data volume while preserving thermal semantics. The proposed method is suitable for real-time applications and systems with limited computational resources, particularly in unmanned aerial platforms and mobile thermal imaging systems.