面向无线视频传感器网络的联合分布式编码与网络编码

随着无线通信技术和多媒体技术的发展，有关无线视频通信的应用越来越普及，其中，随着传感器技术的飞速发展，以视频传感器网络为基础的无线视频监控系统得到越来越多的关注。然而，无线视频传感器网络具有能量、计算能力和传输带宽等受限，以及信道状态复杂恶劣、安全性差等特点，迫切需要研究一种可以同时达到低资源消耗、高编码效率、鲁棒、安全的视频编码与传输方案。本项目旨在研究应用于无线视频传感器网络的联合分布式编码与网络编码方法。其中，分布式视频编码具有低编码复杂度的优点，并可在传感器之间不允许通信情况下解除传感器之间信号冗余，从而节省带宽，因此是一种适用于传感器网络的编码方法。而网络编码可以很好地解决信源的组播问题，具有高带宽利用率、高吞吐量、高容错等优点。将分布式编码与网络编码及安全性能联合考虑并应用于视频编码与传输是本项目的最大特色，必将大大推动我国在该领域的发展。

在基金的支持下，针对无线视频传感器网络中的视频传输问题，在以下三个方面进行了研究，并取得一定的研究成果。.1）为了实现低复杂度且高编码效率的视频编码以降低传感器的能量消耗，对分布式视频编码进行了深入细致的研究。目前典型的分布式视频编码方案包括斯坦福大学提出的Wyner-Ziv视频编码结构，加州大学伯克利分校提出的PRISM结构，以及欧洲的DISCOVER结构。其中DISCOVER成为目前分布式视频编码领域最重要的参考编码方案，虽然其获得了较高的编码效率，但由于固有的一些局限性，如需要多次反馈，高度复杂的迭代译码等问题，使其无法应用于实际的无线视频传感器网络，为解决这一难题，我们设计了一种新型的低复杂度低延迟分布式视频编码方案，该方案将块分类编码和基于模运算的残差计算方法相结合，用简单的熵编码取代了复杂的信道编码，去除了多次迭代译码；同时，每解码一帧WZ图像只需要一次信息反馈，从而降低了解码复杂度和延迟。实验结果表明，我们的方案具有优良的率失真性能；同时解码复杂度可降低至以往编码方案的10%~1%。.2）为了提高网络的吞吐量，降低网络拥塞，对于网络编码应用于无线视频传输进行了研究。网络编码理论指出，中继节点对流经节点的数据进行一定的编码可以有效地提高网络吞吐量与带宽利用率。Seferoglu提出了一种将无线网络编码与H.264/AVC视频流相结合的率失真优化传输方案，通过选择性地对来自不同数据流的数据包进行编码，可同时提高网络的吞吐量与接收端的视频质量。然而，该方案需要对视频在发送前进行率失真计算，是一种线下估计的方式，视频源节点的计算量较大且难以应用于实时的视频传输。为此，我们采用H.264/SVC 与无线网络编码相结合的方式，提出了一种将可扩展视频编码与网络编码联合优化的视频传输方案。此方案利用了SVC 视频编码模式特有的分层模式优化直接选择需要编码的数据包，实验结果表明所提方案可达到较好的率失真性能且具有实用性。.3）对于视频传输过程中不可避免的差错和丢包问题，研究了可提高其容错性能的错误控制技术。错误掩盖技术是一种解码端视频处理技术，利用视频信息的相关性对受损部分进行估计和修复，我们已提出了几种可恢复边缘信息的错误掩盖方法，如基于线段分割与自适应边缘点匹配的差错掩盖方法、基于边界匹配的空域插值方法等等。另外，我们还提出了一种可纠丢包错误的联合信源信道解码方法。