【摘要】：目前，，隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，對無線視頻通信的需求與日俱增。然而，廣泛應(yīng)用于有線網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)視頻編碼技術(shù)在無線通信系統(tǒng)中面臨著較大挑戰(zhàn)：視頻終端編碼器計(jì)算復(fù)雜度和能耗受到嚴(yán)格限制，且信道不穩(wěn)定使重建視頻質(zhì)量無法得到確保。因此，在未來無線視頻通信中，需要考慮采用新理論和新技術(shù)進(jìn)行視頻的高效、可靠壓縮。分布式視頻編碼（Distributed Video Coding，DVC）是無線通信領(lǐng)域的一種有效的視頻編碼傳輸方式，能夠?qū)⒂?jì)算復(fù)雜度從編碼端轉(zhuǎn)移到解碼端，具有編碼復(fù)雜度低、壓縮效率高、魯棒性好的優(yōu)點(diǎn)�；谛盘�(hào)稀疏性的壓縮感知（Compressive Sensing，CS）技術(shù)可在信號(hào)的采集過程中同時(shí)完成信號(hào)壓縮，節(jié)省了存儲(chǔ)空間和計(jì)算資源，使編碼部分得以簡化。將壓縮感知理論應(yīng)用于分布式視頻編碼，形成了分布式視頻壓縮感知（Distributed Compressive Video Sensing，DCVS）視頻編碼方式。DCVS充分利用了二者的優(yōu)點(diǎn)，非常適合于能量、帶寬等資源受限的無線視頻傳輸場合，引起了視頻編碼領(lǐng)域研究人員的普遍關(guān)注。 本學(xué)位論文針對無線視頻通信系統(tǒng)面臨的問題，以分布式視頻壓縮感知為研究課題，在保證編碼端低復(fù)雜度的前提下，以提高視頻率失真性能為目的，深入研究分布式視頻壓縮感知中的若干項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在以下四個(gè)方面獲得研究成果： 1.針對在分布式視頻壓縮感知中，視頻信號(hào)稀疏描述問題，提出一種自適應(yīng)全局PCA的視頻稀疏描述算法。借助主成分分析工具，充分挖掘視頻序列的時(shí)空相關(guān)性，建立視頻信號(hào)的非局部稀疏模型，通過在已經(jīng)重建的關(guān)鍵幀中尋找匹配塊，并計(jì)算由這些匹配塊構(gòu)成樣本集的主成分，利用這個(gè)主成分對應(yīng)的矩陣構(gòu)造一種能夠自適應(yīng)選擇、全局的PCA字典，對視頻信號(hào)更準(zhǔn)確的稀疏描述，提高分布式視頻壓縮感知的率失真性能。 2.針對視頻壓縮感知系統(tǒng)中解碼重建問題，從率失真性能和解碼復(fù)雜度等方面比較現(xiàn)有的視頻壓縮感知重建算法，在正則化理論的基礎(chǔ)上，充分利用視頻信號(hào)的稀疏特征，進(jìn)行更準(zhǔn)確的稀疏描述，結(jié)合視頻信號(hào)的非局部先驗(yàn)，提出了一種更適合無線傳輸?shù)幕诨旌舷闰?yàn)（稀疏和非局部相似性）的分布式視頻壓縮感知重建算法。該方法根據(jù)視頻信號(hào)的時(shí)間和空間的冗余特征，構(gòu)造非局部相關(guān)正則化項(xiàng)和PCA稀疏字典，形成新的CS重建目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建CS重建方程，利用迭代梯度下降法求解。在求解過程中充分利用中間重建的結(jié)果，不斷對正則化參數(shù)進(jìn)行更新并重建，如此循環(huán)迭代，最后得到最優(yōu)解。其特點(diǎn)是將視頻信號(hào)的稀疏先驗(yàn)和視頻信號(hào)的時(shí)間和空間相關(guān)先驗(yàn)融合，并將其作為正則化項(xiàng)引入到視頻重建算法過程中，大大減少了圖像邊緣和紋理區(qū)域出現(xiàn)的塊效應(yīng)和模糊現(xiàn)象，提高了重建的視頻幀的質(zhì)量。改善了DCVS系統(tǒng)的編碼性能。 3.針對DCVS系統(tǒng)中測量率分配和字典訓(xùn)練問題，提出了一種自適應(yīng)測量率分配策略和與之匹配的字典訓(xùn)練法以改善系統(tǒng)的率失真性能。在編碼端，關(guān)鍵幀進(jìn)行高測量率的CS測量，非關(guān)鍵幀采用基于自適應(yīng)測量率分配的分塊CS測量。在解碼端，首先利用解碼的關(guān)鍵幀和測量率分配策略，動(dòng)態(tài)地分配非關(guān)鍵幀中每塊的測量率，通過反饋信道將測量率分配信息傳輸至編碼端；接著，通過解碼的關(guān)鍵幀獲得邊信息，并通過自適應(yīng)訓(xùn)練獲得最優(yōu)字典；最后利用CS重建算法進(jìn)行視頻解碼重建。通過改進(jìn)測量率分配策略和字典訓(xùn)練方法，能夠有效提高整個(gè)DCVS系統(tǒng)編碼性能。實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證了算法的可行性和有效性。 4.為了檢驗(yàn)DCVS系統(tǒng)的有效性，設(shè)計(jì)出一種移動(dòng)視頻通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，手機(jī)終端使用低計(jì)算負(fù)擔(dān)和低功耗的CS視頻編碼器，輸出比特流在固定基站或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)CS視頻解碼，并再次使用傳統(tǒng)的H.264/MPEG視頻編碼器轉(zhuǎn)換成比特流，發(fā)送到手機(jī)終端，以實(shí)現(xiàn)低復(fù)雜度解碼。仿真實(shí)驗(yàn)表明，即使在低碼率的情況下仍然能獲得較高的視頻質(zhì)量。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TN919.81

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本文編號(hào)：2405893