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)技術是海洋開發(fā)研究的重要領域之一。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到水面工作站是實現深海觀測作業(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。根據水下視頻圖像的成像特點和水下視覺觀測的應用特點,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)幀內壓縮算法;基于重要子塊和重要系數的雙重WDR幀間壓縮編碼算法。實驗結果表明: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:基于小波變換的預處理模塊、幀間運動估計和運動補償模塊、數據分割與打包模塊、各數據包中數據的壓縮編碼模塊、解碼端的差錯檢測與掩蓋模塊。實驗結果表明: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