面向矿井复杂环境和机动应用的无线视频编码技术研究

Researches on the technology of underground emergent visualizing rescue are paid more attentions by national and mining authorities. Techniques for the wireless video coding of coal mine are still not solved effectively yet. In light of the capabilities of enhancement and error tolerance for images of human eyes, the techniques of wireless video coding for underground conditions and mobile deployment are researched here including the following contents. The epipolar geometry constraints and correlation estimation methods of binocular points of view are first developed. Then, side information reconstructing algorithms are studied by syncretizing the temporal and spatial side information. Finally, a virtual dependency channel is modeled, which can adjust its parameters according to the content correlation between frames. With the studies, we will establish a distributed video coding framework based on binocular points of view, and propose novel side information reconstructing methods for underground tunnel as well as a virtual dependency channel model. This project is a novel challenge under interdisciplinary efforts such as mine safety and monitoring, computer vision, multimedia processing and coding, and meets the requirements of national mining industries. The corresponding researching achievements can not only enrich the theory of distributed video coding, but also provide underground devices in underground emergent rescue with academic foundation. So, the research of this project has not only theory significances but also practical utility values.

矿井应急救援可视化得到国家和行业的重视，但面向巷道应用的无线视频编码技术还未有效的解决。本项目借鉴人眼双目机制对图像的增强和容错性能，研究面向矿井复杂环境和机动应用的无线视频编码方法。内容包括：矿井狭长巷道环境下，双目视点的对极线几何约束及其相关性估计方法；融合时间边信息和空间边信息的高精度解码边信息重建方法；根据图像内容相关性自适应修正参数的虚拟依赖信道模型。通过研究，拟构建基于双目视点的分布式视频编码框架，提出基于双目视点的边信息重建方法和虚拟依赖信道模型，构建适合矿井巷道特点和物理场的高容错性无线视频编码基础理论。本项目是安全检测与监控、计算机视觉和多媒体信息处理与编码的有机交叉，紧密联系国家煤炭工业的规划需求和技术发展现状，其令人振奋的研究成果不但可进一步丰富分布式视频编码理论，也可为矿井应急保障装置研制提供依据，因此，具有重要理论意义和实际应用价值。

随着矿井采深增加，煤矿灾害日趋严重，对煤矿安全保障水平和应急处置能力提出新的要求。在矿井应急通讯信息可视化和灾区侦检探测可视化中，无线视频传感网络通过大量能量受限的微型节点，采集、传输与处理矿井环境和检测多媒体信息(如图像、视频等)，使地面专家和决策人员实时了解救援现场情况，进行科学决策和指挥。其得到了研究人员的大量关注，但是如何在WVSN中单个节点的存储、处理能力和能量严重受限的情况下，高效地实现多媒体信息的压缩编码，成为其研究的一个重要问题。尤其是矿井巷道狭长，重型机电设备频繁通过，使得编码节点随机抛洒部署不现实；并且，矿井巷道存在电磁干扰严重，无线信道质量差等固有特点，使得当前的编码方法在高噪声、不可靠信道下的应用中面临了很大挑战。.本项目研究内容包括：.1）研究了双目视点相关性及其分布式视频编码模型，提出了面向矿井复杂环境的分布式视频编码框架模型，提高了图像信息的编码容错性和高丢包噪声信道下的解码质量；并提出了一种适合井下分布式视频编码的快速帧内模式选择方法。.2）研究了高预测精度解码边信息重建方法，提出了基于可变匹配块和曲线运动估计的边信息生成方法，研究结果表明，提出的方法在矿井高噪声和、运动幅度较大的视频序列中，与传统方法相比，明显改进边信息生成质量。.3）研究了一种新的基于图像多特征的关键帧提取方法，通过综合考虑图像的全局特征和局部特征，构建图像的相似度变化曲线来选取关键帧，研究结果表明，提出的方法能实现快速、低复杂度的反映监控图像内容动态变化，有效解决了矿井无线分布式视频编码中的关键帧实时选取问题。.通过项目研究，建立了矿井狭长巷道环境下双目视点的对极线几何约束关系和分布式视频编码框架模型；构建了基于双目相关的高精度边信息生成方法和关键帧选取方法；初步形成了适合矿井巷道特点和物理场、具有高容错性能的分布式编码基础体系。研究成果不但进一步丰富和深化了分布式视频编码理论，也为矿井应急保障装置研制提供依据。