發(fā)布時間：2020-06-09 21:11

【摘要】：無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Multimedia Sensor Networks,WMSNs)在傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上引入了圖像、音頻、視頻等多媒體信息,能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的監(jiān)控,使用戶更直觀、更深入的了解觀測對象。WMSNs具有廣闊的應(yīng)用前景,但也面臨著網(wǎng)絡(luò)能耗、節(jié)點性能以及存儲空間大小等多方面的限制與挑戰(zhàn),能否有效解決這些問題,成為WMSNs進一步發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵。本文結(jié)合WMSNs的特點,通過引入多節(jié)點協(xié)作式網(wǎng)絡(luò)框架與壓縮感知技術(shù),提出了一種基于傅里葉域稀疏采樣的分布式圖像壓縮收集方案。該方案將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點按照不同功能進行區(qū)分,以多節(jié)點協(xié)作的方式實現(xiàn)了圖像在傅里葉域上的分塊自適應(yīng)壓縮采樣與傳輸,并最終在基站實現(xiàn)圖像的重建。仿真實驗表明,本文所提出的分布式圖像壓縮收集機制可以在保證圖像重構(gòu)質(zhì)量的前提下,大幅抑制圖像采集節(jié)點的能耗,有效平衡網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點間的能耗,并延長整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期。在此基礎(chǔ)之上,本文利用Matlab-GUI編程設(shè)計并實現(xiàn)了一個分布式圖像壓縮收集仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以根據(jù)使用者設(shè)定的簇群、節(jié)點數(shù)量構(gòu)建多媒體傳感網(wǎng),并完整模擬圖像的采樣、壓縮與重建過程。通過該仿真系統(tǒng),本文進一步驗證了所提方案的有效性。
【圖文】：

隨著無線通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)和低成本傳感器的迅速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)eless Sensor Networks，WSNs）給人類社會帶來了巨大的變革。WSNs 是一種以無線，將分布于監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量低成本微型傳感器節(jié)點聯(lián)結(jié)的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，過多節(jié)點協(xié)作的方式感知并采集監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的各種信息，并發(fā)送給使用者[2]。WS微機電系統(tǒng)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無線通信、集成電路與傳感器、分布式信息處理、嵌入式術(shù)，其應(yīng)用涵蓋了交通、醫(yī)療、環(huán)境、運輸、軍事等領(lǐng)域[3]。而，傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的感知能力有限，僅能夠測量到溫度、濕度、光強、壓力較為簡單的數(shù)值信息。對于主要依靠視覺與聽覺感知外界的人類而言，如此單一的難以滿足需求。隨著廉價 CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）照相耗無線組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)感知圖像、音頻以及視頻等多媒體信息數(shù)能，無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Multimedia Sensor Networks，WMSNs）也就[4]。

WMSNs 圖像壓縮技術(shù)的應(yīng)用，有助于通過減少通信數(shù)據(jù)量來抑制數(shù)據(jù)通信能耗，但與此同時也會在網(wǎng)絡(luò)的管理、處理和通信等方面產(chǎn)生代價。無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)其在能量保有、處理能力、存儲資源等方面受限的特點給 WMSNs 圖像壓縮技術(shù)的應(yīng)用帶來了極大的挑戰(zhàn)，具體可以歸納為：（1）能耗：如圖 2.1 所示是在相同實驗環(huán)境下，傳統(tǒng) WSNs 節(jié)點和 WMSNs 相機節(jié)點的能耗分布對比[29]。通過對比可以看出，傳統(tǒng) WSNs 的能量消耗主要集中在數(shù)據(jù)無線收發(fā)過程，整體分布呈現(xiàn)出一種“聚集”分布狀態(tài)。而 WMSNs 從能耗分布圖像上看則呈“均勻”分布狀態(tài)，處理、存儲、傳輸三方面的能耗相近。特別是處理能耗，相較于傳統(tǒng) WSNs 有了極大的增長。然而，，無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗有限，且一旦部署便很難再次補充。因此，在進行WMSNs 圖像壓縮方案的設(shè)計時，單單著眼于控制數(shù)據(jù)無線傳輸能耗是遠遠不夠的。要想有效減少 WMSNs 整體能耗，延長網(wǎng)絡(luò)整體壽命，應(yīng)從數(shù)據(jù)采集能耗、數(shù)據(jù)處理能耗和數(shù)據(jù)傳輸能耗三個方面同時進行考慮。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN919.8

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 楊海濤;;基于WMSNs的圖像壓縮技術(shù)研究[J];信息通信;2015年12期

2 鄧伯韜;孫濤;;基于無線傳感網(wǎng)的圖像監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J];武漢科技大學(xué)學(xué)報;2015年02期

3 李紅利;劉元建;張榮華;柳干;王舒歡;修春波;;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的社區(qū)心電監(jiān)護系統(tǒng)設(shè)計[J];天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2015年01期

4 韓崇;孫力娟;肖甫;郭劍;王汝傳;;基于SVD的無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)圖像壓縮機制[J];東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年05期

5 魯琴;羅武勝;胡冰;;無線傳感網(wǎng)基于鄰居簇的JPEG2000多節(jié)點協(xié)同實現(xiàn)[J];光學(xué)精密工程;2010年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 魯琴;無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)多節(jié)點協(xié)同圖像采集與壓縮技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 強賽莉;無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中圖像數(shù)據(jù)處理的相關(guān)技術(shù)研究[D];長安大學(xué);2013年

本文編號：2705264