面向WMSN的分散式視頻編碼關鍵技術研究

《面向WMSN的分散式視頻編碼關鍵技術研究》是依託山東科技大學，由房勝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：面向WMSN的分散式視頻編碼關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：房勝
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

作為物聯網重要組成部分的無線多媒體感測器網路WMSN對視頻編碼技術有獨特的要求。DVC技術套用在WMSN中需要解決的難點主要是提高壓縮效率，建立計算複雜度可控的Power-Rate-Distortion模型。本項目將提高壓縮效率的問題轉化為如何擴充DVC使用的邊信息集合所包含的有效信息，PRD模型轉化為如何利用WMSN資源豐富的控制中心支持資源緊張的採集節點高效工作。針對這些問題本項目提出以DVC的結構特點為基礎，探索高效、靈活的邊信息生成算法，相關性噪聲模型建模機制，建立DVC複雜度移動平衡模型，以視頻信號的結構特徵為重要工具降低DVC盲特點引發的各環節中的不確定性，研發與WMSN資源分布狀態相一致的視頻編碼解決方案。本項目研究將從理論上擴充現有的DVC理論體系，克服DVC在WMSN中套用的難點，具有很強的套用潛力。這對於形成自主智慧財產權、推動物聯網發展都具有重要意義。

結題摘要

本課題的研究工作，基本上按照研究計畫開展研究工作，並根據實際進展進行了調整。在執行期間，針對分散式視頻編碼DVC的結構特點，即把耗時的時域預測放置在解碼端，提出了在冗餘離散小波變換ODWT域進行時域預測降低預測噪聲、使用SIFT特徵點、加權雙向預測等提升邊信息質量、以視頻信號的結構特徵相似度作為MCTI生成邊信息的判決標準等算法和方法，並針對相關性噪聲模型CNM進行了研究，修正了Laplacian模型描述相關性噪聲不準確的問題。相關研究結果表明，充分利用視頻內容的特徵、與傳統視頻編碼技術相結合確實有利於提升DVC的編碼效率。在研究與WMSN資源分布狀態相一致的視頻編碼解決方案的過程中，相關實驗結果表明，與傳統視頻編碼方案，如H.264相比，DVC在編碼時確實可以節省30%以上的電能；但實際部署在感測器節點上時，DVC雙向信道的存在給感測器節點帶來了額外的電能消耗，感測器節點總的耗能並未減少。也就是說，DVC的節能效果必須與無線感測器節點通信機制進行融合。基於上述考慮，課題組對視頻內容的特徵提取和表示、HEVC幀內編碼模式、無線感測器路由和節能等問題進行了擴展研究。在視頻內容特徵提取和表示方面，課題組主要研究了基於SIFT、稀疏表示等方法的特徵提取和表示技術，目前來看SIFT方法在追蹤、拼接等領域取得了較好的效果，但是由於計算量較大在視頻編碼中的套用有一定的局限性；而基於稀疏表示的方法在視頻對象追蹤、視頻編碼等都有非常巨大的潛力，利用稀疏矩陣係數可以很好的區分追蹤狀態中的遮擋、衝突等情況，也可以實現低碼率下更高質量的編碼。目前稀疏表示的難點一是在於字典訓練的計算量上，二是在於字典的通用性和適用性上，考慮到WMSN的資源狀態，把字典的構造環節放置到雲端，則節點可以獲得更好的編碼以及追蹤工具。在DVC編碼架構中，一個GOP通常由I+多個WZ幀組成，HEVC幀內編碼的最佳化模式對於最佳化DVC編碼模式具有重要的借鑑意義；相關研究結果表明，視頻的紋理等區域對於最佳化HEVC幀內編碼模式的選擇、降低編碼複雜度具有重要的指引作用。這些研究結果表明，對圖像等非結構化數據的內容進進行更深、更好的理解和表示，有助於構造符合移動設備、無線感測器要求的視頻編碼系統，也有助於實現更符合用戶互動需求的視頻編碼系統，這也將是我們今後工作進一步深入研究的目標。