水下視頻圖像高效壓縮編碼方法研究.pdf

1、21世紀(jì)是人類向海洋進(jìn)軍的世紀(jì),深海探測(cè)與作業(yè)技術(shù)是海洋開(kāi)發(fā)研究的重要領(lǐng)域之一。在深海觀測(cè)作業(yè)中,目前最常用的方法是基于水下機(jī)器人(ROVs/AUVs)的視頻圖像觀測(cè)。視頻圖像觀測(cè)是最直接、最形象、最有效的深海近距離觀測(cè)方法。其原因是視頻圖像含有豐富的細(xì)節(jié)和顏色信息,易于人工識(shí)別和理解。但是,如何將水下機(jī)器人獲取的海量視頻信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)剿婀ぷ髡臼菍?shí)現(xiàn)深海觀測(cè)作業(yè)的障礙之一。因此,無(wú)論是采用有線傳輸方式的ROVs,還是采用無(wú)線傳輸方式的

2、AUVs,在信息傳輸之前,都必須對(duì)采集的海量視頻圖像進(jìn)行高效壓縮與編碼,以滿足傳輸帶寬的要求。為此,本文根據(jù)水下視頻圖像和水聲信道的特點(diǎn),對(duì)水下視頻圖像高效壓縮編碼方法進(jìn)行了深入研究,主要完成的研究工作包括以下兩部分:
　　 (1)水下視頻圖像高壓縮比編碼算法研究。根據(jù)水下視頻圖像的成像特點(diǎn)和水下視覺(jué)觀測(cè)的應(yīng)用特點(diǎn),研發(fā)成功了水下視頻圖像高壓縮比編碼軟件系統(tǒng),該軟件系統(tǒng)主要由三個(gè)功能模塊組成,即基于離散小波變換的水下圖像視覺(jué)冗余

3、去除算法;基于小波樹(shù)的WDR(WaveletDifferenceReduction)幀內(nèi)壓縮算法;基于重要子塊和重要系數(shù)的雙重WDR幀間壓縮編碼算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該軟件算法在沒(méi)有誤碼率影響時(shí),對(duì)一般海底視頻圖像,平均壓縮比可以達(dá)到250:1-500:1,該軟件算法可以用于水下視頻圖像的高壓縮比編碼存儲(chǔ)與傳輸。
　　 (2)具有較高抗誤碼能力的水下視頻圖像高壓縮比編碼算法研究。同時(shí)針對(duì)水聲信道帶寬窄和誤碼率高的特點(diǎn),研發(fā)成功了具

4、有較高抗誤碼能力的水下視頻圖像編解碼算法與軟件系統(tǒng)。該軟件系統(tǒng)主要包括以下五個(gè)模塊:基于小波變換的預(yù)處理模塊、幀間運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊、數(shù)據(jù)分割與打包模塊、各數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)的壓縮編碼模塊、解碼端的差錯(cuò)檢測(cè)與掩蓋模塊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該軟件算法可以抵抗低于20％的丟包差錯(cuò)、誤碼率低于0.001的隨機(jī)比特差錯(cuò)和誤碼率低于0.002的突發(fā)差錯(cuò)。在以上抗誤碼性能下,對(duì)于一般水下視頻圖像可以達(dá)到的平均壓縮比范圍是170:1-370:1,該軟件算法可