基于壓縮感知的分布式視頻編解碼研究.pdf

1、多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)(MSN)作為一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，與傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)相比，更多地關(guān)注于音頻、視頻、圖像等海量數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理，在軍事、民用及商業(yè)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。本文主要是針對(duì)多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分布式視頻編解碼方面的研究。在傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中，編碼端的采樣率要符合奈奎斯特采樣定理，才能保證解碼端正確恢復(fù)數(shù)據(jù)，這樣一種采樣率對(duì)于能量資源和帶寬有限的多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中的海量視頻數(shù)據(jù)處理是不現(xiàn)實(shí)的。近年來(lái)出現(xiàn)的壓

2、縮感知(CS)理論，作為一種全新的采樣理論，即在采樣的過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的壓縮，也就是說(shuō)即使在編碼端以遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣頻率進(jìn)行采樣，在解碼端照樣可以高概率的恢復(fù)出原始信號(hào)，從而大大降低了整個(gè)系統(tǒng)的采樣、存儲(chǔ)及運(yùn)算處理方面的開銷。
　　 分布式視頻編碼(DVC)技術(shù)利用其“獨(dú)立編碼，聯(lián)合解碼”的特性，可以將多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中編碼端的運(yùn)算復(fù)雜度轉(zhuǎn)移到解碼端，這種特性和壓縮感知(CS)技術(shù)的在采樣過(guò)程中實(shí)現(xiàn)信號(hào)的壓縮特性不謀而合，

3、由于這兩種技術(shù)具備這種天然的共通性，本文很自然把兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用到多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)(MSN)中，針對(duì)目前基于壓縮感知的分布式視頻編碼在快速場(chǎng)景變換環(huán)境中所存在的關(guān)鍵信息模糊損失的問(wèn)題，首先提出了一種新穎的基本圖像分組的壓縮感知的分布式視頻編碼方法（基本分組法），使用這種方法在重構(gòu)性能上有了一定的改進(jìn)，取得了一定的成效，但是不足之處是分組顯得單調(diào)固定，不具備靈活變換性;針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)和完善，再提出了一種自適應(yīng)動(dòng)態(tài)圖像分

4、組的分布式視頻編碼方法（動(dòng)態(tài)分組法），即在保持基本分組的基礎(chǔ)上插入一個(gè)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)分組分離器，通過(guò)設(shè)定動(dòng)態(tài)門限閾值T，來(lái)實(shí)現(xiàn)能夠根據(jù)視頻幀內(nèi)容場(chǎng)景變換程度的大小從而動(dòng)態(tài)調(diào)整GOP分組的目的，根據(jù)實(shí)驗(yàn)仿真表明，動(dòng)態(tài)分組法的重構(gòu)視頻信號(hào)視覺(jué)效果比基本分組法重構(gòu)后的效果還為完美，尤其是對(duì)場(chǎng)景變化較快的視頻信號(hào)，其峰值信噪比(PSNR)得以大大提高和改善，同時(shí)又有效的解決了快速場(chǎng)景變化環(huán)境中所存在的關(guān)鍵信息模糊損失的問(wèn)題，因此無(wú)論視頻信號(hào)中場(chǎng)景變

5、化速率的快慢，該方法均具有良好的有效性和適用性。
　　 此外，文中通過(guò)實(shí)驗(yàn)還給出了根據(jù)不同分組GOP得到的WZ幀的平均峰值信噪比及WZ幀數(shù)量之間的關(guān)系圖，為基本分組法在實(shí)際應(yīng)用中如何具體分組提供了參考依據(jù)，最后還通過(guò)分析得到，所提出的方法的還具有CS低采樣率特性。
　　 在多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的解碼端對(duì)于視頻幀解碼重構(gòu)，傳統(tǒng)的做法往往是基于視頻幀內(nèi)和幀間的時(shí)空相關(guān)性來(lái)構(gòu)造和估計(jì)邊信息，再通過(guò)邊信息來(lái)輔助WZ幀的解碼過(guò)程的，采

6、用的是傳統(tǒng)的H.264/AVC幀內(nèi)解碼技術(shù)，由于邊信息生成算法是分布式視頻編碼系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，如果通過(guò)插值估計(jì)得到的邊信息SI質(zhì)量越好，WZ幀解碼后的重構(gòu)效果也會(huì)更好，本文針對(duì)分布式視頻編碼中解碼端的邊信息問(wèn)題，介紹了一種交疊對(duì)稱雙向運(yùn)動(dòng)估計(jì)邊信息方法，再結(jié)合壓縮感知技術(shù)，創(chuàng)造性的提出一種基于邊信息和壓縮感知的視頻解碼方案，并建立一整套完整的基于壓縮感知的“分組策略編碼，邊信息解碼”的視頻幀編解碼方案。matlab實(shí)驗(yàn)仿真證明了該

7、方案的可行性和有效性，且改進(jìn)后的Rev-GPSR與原始梯度投影算法(GPSR)、正交匹配追蹤(OMP)、迭代閾值(IST)等重構(gòu)算法相比，在恢復(fù)重構(gòu)性能上有了大大的提高，重構(gòu)效果有了明顯提升，能夠有效地改善分布式視頻壓縮的率失真特性，另外該套方案同樣可適用在編碼端低采樣率情形之中。
　　 綜上所述，本文提出了在多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于壓縮感知的分布式視頻編碼和解碼方法，并建立一整套完善的基于壓縮感知的分布式視頻編碼和解碼處理流程，