水下視頻圖像高效壓縮編碼方法研究.pdf

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

2、AUVs,在信息傳輸之前,都必須對采集的海量視頻圖像進行高效壓縮與編碼,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,對水下視頻圖像高效壓縮編碼方法進行了深入研究,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和水下視覺觀測的應(yīng)用特點,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)主要由三個功能模塊組成,即基于離散小波變換的水下圖像視覺冗余

3、去除算法;基于小波樹的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。實驗結(jié)果表明:該軟件算法在沒有誤碼率影響時,對一般海底視頻圖像,平均壓縮比可以達到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。同時針對水聲信道帶寬窄和誤碼率高的特點,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)主要包括以下五個模塊:基于小波變換的預(yù)處理模塊、幀間運動估計和運動補償模塊、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、解碼端的差錯檢測與掩蓋模塊。實驗結(jié)果表明:該軟件算法可以抵抗低于20％的丟包差錯、誤碼率低于0.001的隨機比特差錯和誤碼率低于0.002的突發(fā)差錯。在以上抗誤碼性能下,對于一般水下視頻圖像可以達到的平均壓縮比范圍是170:1-370:1,該軟件算法可