基于分布式算术编码的无线多媒体传感器低复杂度视频压缩技术研究

Wireless multimedia sensor is of great significance for building smart cities and ensuring social security. Unfortunately, subject to the power supply, its life cycle and applications are extremely restricted. As an important solution to save storage, communications and power overhead of sensors and to extend sensor life cycle, low-complexity coding technology has important research value. However, low-complexity video compression technology is mainly based on channel coding which is not compatible with traditional video standard (HEVC), while it can’t retain the advantages of HEVC such as high efficiency in compression. In this project, based on distributed arithmetic coding, a HEVC compatible low-complexity video coding is studied to extend life cycle of the sensor and expand its applications, while the research contents include: 1) With the cost of HEVC intra-frame coding, inter-frame data redundancy is removed by distributed arithmetic coding and the compression performance is closed to HEVC inter-frame coding; 2) In order to realize low-complexity coding without feedback channel, a fine grain rate control technology will be employed to set the rate of distributed arithmetic coding and adapt the correlation model inter the frames dynamically; 3) To improve the transmission capability of video encoding in the noisy wireless channel, the technique of forbidden symbol based on distributed arithmetic coding will be studied.

无线多媒体传感器对建设智慧城市、保障社会安全具有重要的意义，然而受制于电力供应，其生命周期与应用范围受到极大限制，低复杂度编码技术作为节省传感器存储、通信与电力开销的重要手段，对延长传感器生命周期具有重要的研究价值。然而，当前该技术主要采用信道编码实现，与传统视频编码（HEVC）不兼容，无法延续HEVC高效压缩的优点。本项目研究基于分布式算术编码，实现与HEVC相兼容的低复杂度视频压缩技术，提高传感器生命周期，并促进无线多媒体传感器在智慧城市与社会安全保障中的应用，具体研究内容包括：1）在HEVC帧内编码模式下，探索采用分布式算术编码去除帧间冗余，达到接近HEVC帧间编码压缩效率；2）采用细粒度码率控制技术，在编码端调节分布式算术编码码率，动态适应视频帧间的相关模型，实现无反馈信道的低复杂度视频压缩技术；3）研究基于分布式算术编码的禁止符号机制，提高视频编码在无线网络环境中的传输能力。

无线多媒体传感器（WMS）作为物联网重要组成部分，对建设智能城市、推动产业结构战略性调整、增强我国自我创新能力、提升社会和公共服务能力具有重要的意义。然而，当前该技术主要采用信道编码实现，与传统视频编码（HEVC）不兼容，无法延续HEVC高效压缩的优点。本项目提出采用分布式算术编码（DAC）实现与HEVC视频编码器相兼容的低复杂度视频编码技术，解决WMS资源受限的问题，具体研究内容包括：1）在HEVC帧内编码模式下，探索采用DAC去除帧间冗余，达到接近HEVC帧间编码压缩效率；2）采用细粒度码率控制技术，在编码端调节DAC编码码率，动态适应视频帧间的相关模型，实现无反馈信道的低复杂度视频压缩技术；3）研究基于DAC的禁止符号机制，提高视频编码在无线网络环境中的传输能力。.本项目按照计划执行，完成了项目的任务。研究得出的视频编码方案应具有以下特征：1)低复杂度编码器。低复杂度编码器指所提出的视频编码器的计算资源消耗接近于HEVC仅有帧内编码的资源消耗，需要注意的是本项目对解码器不作要求。2)与HEVC兼容，延续HEVC优点。与HEVC兼容指本项目研究的视频编码方案与HEVC编码器之间能灵活切换，修改部分配置即可实现HEVC视频编码器，同时HEVC经过拓展即可以实现本课题研究的视频编码方案。延续HEVC优点意味着本课题研究的视频编码方案不破坏HEVC结构，能保留HEVC高效帧内压缩、并行运行、防止错误扩散等优点。3)高压缩效率。高效压缩指本课题研究的视频编码方案的压缩率显著高于HEVC仅有帧内编码时的压缩效率，平均率失真性能提高3dB以上。4)无反馈信道。无反馈信道指编码器无需与解码器建立通信信道，增强本方案实时传输能力与应用范围。5)良好鲁棒性。良好鲁棒性指本课题研究的视频编码方案能抵抗无线传输信道噪声，在相同率失真性能下与信道条件下，其丢包率不高于基于信道编码的分布式视频压缩技术。