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适合于WMSNs的视频压缩及可靠传输编码技术研究
作 者: 罗平
导 师: 叶湘滨
学 校: 国防科学技术大学
专 业: 仪器科学与技术
关键词: 无线多媒体传感器网络 H.264 视频压缩 运动预测编码 信源语义错误隐藏
分类号: TN919.81
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
无线多媒体传感器网络在军事、商业、安保等领域具有良好的应用前景,视频图像运动预测及其低复杂度实现、码流信号的可靠传输等是其实用化的关键,本文就适合无线多媒体传感器网络的视频压缩及可靠传输算法进行了研究,主要的工作及创新点如下:(1)在分析和比较现有视频压缩标准的基础上,系统研究了H.264视频压缩标准及其编码性能,分析了其特点和优势,对其中的关键问题:预测编码技术、基于块的运动补偿和估计进行了分析,对现有运动预测编码算法进行了研究,对其中经典快速搜索算法:三步搜索法、四步搜索法、菱形搜索法,新出现的快速搜索算法:六边形算法、基于偏水平十字及偏向双菱形搜索算法(DHCDDS)、UMHexagonS算法的原理进行了分析。(2)研究了基于起点预测与宏块匹配的运动预测编码方法,主要从两个方面降低算法的复杂度,节约计算成本:一是搜索起点预测,利用当前块的运动矢量与其左、上、右上及前一帧对应位置的运动矢量之间的相关性,预测搜索起点。当最优预测起点与原起点的相对位置是零矢量时,判断此时用直接替换还是直接搜索;对于非零预测向量则利用加权算法得到最优搜索起点。二是使用压缩感知原理进行最佳宏块匹配运算,利用当前匹配宏块系数构建测量矩阵基系,得到运动向量的解析算法,设定阈值在达到要求的精度时提前结束搜索。(3)针对无线多媒体传感器网络能量和计算能力有限的特点,研究了视频压缩技术的低复杂度实现和代码优化方法。用两种方法避免浮点运算带来的误差和去除块效应,一是利用整数变换和去块效应平滑,二是利用LBT算法及其定点实现,两种算法均可以以较低的复杂度实现压缩编码算法。针对PC平台和ARM等嵌入式处理系统的区别,设计了移植代码的优化方式。(4)针对WMSNs传输信道不稳定且不易于维护的特点,研究了错误定位技术和信源语义错误隐藏算法。首先研究了无线通信对视频信号的影响和现有的差错控制技术,然后在分析了基于语法和基于语义的错误检测的区别之后研究了针对直流分量的错误检测和基于块检测的错误定位,最后对检测出来有错误的块提出一种信源语义错误隐藏算法,产生候选片并用压缩感知的模糊匹配方法从候选片中提取目标片。
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全文目录
摘要 10-11 ABSTRACT 11-12 第一章 绪论 12-21 1.1 课题研究的背景 12-13 1.2 课题研究的意义 13-16 1.2.1 无线多媒体传感器网络的典型军事应用 13-14 1.2.2 无线多媒体传感器网络的特点 14-15 1.2.3 无线多媒体传感器网络的要求 15-16 1.3 面向WMSNs 的视频编码的研究进展 16-20 1.3.1 分布式编码技术 17-19 1.3.2 低复杂度的视频压缩 19 1.3.3 新的快速运动估计算法 19-20 1.4 本文的主要内容及结构安排 20-21 第二章 视频编码技术研究 21-38 2.1 H.264 视频压缩标准研究 21-24 2.1.1 视频压缩标准发展 21-22 2.1.2 H.264 的特点及优势 22-24 2.2 视频压缩编码过程及关键技术 24-30 2.2.1 预测编码技术 25-28 2.2.2 基于块的运动补偿和估计 28-30 2.3 现有运动预测编码算法研究 30-37 2.3.1 经典快速搜索算法 30-33 2.3.2 新的搜索算法 33-37 2.4 本章小结 37-38 第三章 基于起点预测与宏块匹配的运动预测编码方法研究 38-53 3.1 算法思路 38 3.2 搜索起点预测方法研究 38-44 3.2.1 运动视频的特点 39-40 3.2.2 基于零矢量判决的搜索起点预测方法 40-42 3.2.3 实验结果及分析 42-44 3.3 最佳宏块匹配算法研究 44-52 3.3.1 数学背景及定义 45-46 3.3.2 基于压缩感知的运动向量解析算法 46-47 3.3.3 性能分析和讨论 47-52 3.4 本章小结 52-53 第四章 适用于WMSNs 的视频压缩编码算法实现 53-61 4.1 视频压缩编码算法的低复杂度实现 53-57 4.1.1 整数变换及去块效应平滑 53-54 4.1.2 LBT 图像压缩算法及其低复杂度实现 54-56 4.1.3 计算能耗比较 56-57 4.2 代码优化 57-60 4.2.1 算法级优化 57-58 4.2.2 C 语言级优化 58-60 4.2.3 汇编优化 60 4.3 本章小结 60-61 第五章 差错控制技术研究 61-73 5.1 WMSNs 的差错控制研究 61-63 5.1.1 视频信号无线通信误码的影响 61-62 5.1.2 现有差错控制技术 62-63 5.2 误码检测技术研究 63-68 5.2.1 基于语法和基于语义的错误检测 63-64 5.2.2 直流分量的错误检测 64-66 5.2.3 基于统计特性的错误块检测 66-68 5.3 基于模糊匹配的错误隐藏技术 68-70 5.3.1 信源语义错误隐藏算法 68-69 5.3.2 候选片的产生 69 5.3.3 基于压缩感知的目标片选取方法 69-70 5.4 实验结果及分析 70-72 5.5 本章小结 72-73 第六章 结论与展望 73-75 6.1 结论 73 6.2 展望 73-75 致谢 75-76 参考文献 76-80 作者在学期间取得的学术成果 80
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 图像通信、多媒体通信 > 图像编码
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