[發明專利]基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法及系統

有效

• 申請號: 201410200160.0
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN103957389B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 唐朝偉;王雪鋒;段利超;李彥
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;H04N19/625;H04N21/6437;H04N21/647
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙)50211
• 代理人: 郭云

技術領域

本發明涉及一種視頻傳輸系統，屬于數據壓縮和視頻傳輸領域，尤其是一種視頻監控中基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法及系統。

背景技術

隨著通信技術的不斷發展，3G無線網絡CDMA2000-1X?EVDO網絡已經全面投入商用，作為發展最為成熟的無線網絡，擁有著先進前端的前向鏈路和資源調度等關鍵技術，對未來的移動通信、視頻傳輸、監控系統等方面都有著深遠的影響。與此同時，在通信網絡中傳輸視頻業務也變得越來越重要，而眾所周知，視頻本身的特點是數據量巨大，從而在傳輸過程中需要很大的帶寬。由于視頻本身具有相當大的冗余性，人們設計出各種各樣的壓縮方法，在視頻傳輸之前進行大規模的壓縮，現有的方法是采用MPEG系列或者H26x系列壓縮方案，將視頻的序列采用預測編碼和變換編碼的方法進行壓縮，然后將其進行信道編碼而發送，這類方法在現有一些傳輸條件較好的網絡中取得了顯著成效。

但是這種類似MPEG和H26x方案在無線網絡中傳輸效果并不好，究其原因，根本上是無線信道本身的高誤碼率、誤碼的隨機性和帶寬有限等因素的限制。具體來說可以分為以下兩個方面:首先預測編碼和變換編碼的方案使得編碼出來的視頻幀之間具有很大的依賴性，假設某一關鍵幀在傳輸過程中丟失，則后續以前一幀為參考的幀便無法正確解碼，這將會造成嚴重的亂碼效應。其次，在視頻編碼的過程中，經過編碼的數據中關鍵內容的分布并不均勻，如視頻中運動矢量數據的重要性就要高于背景數據。無線信道上存在隨機丟包事件，如果丟失運動矢量數據，則在恢復過程中較難恢復出不失真的圖像，而當丟失的是背景數據時，就可以通過一定的算法來彌補這種丟失帶來的影響。

壓縮感知是近幾年信號處理理論的重大突破，它打破了傳統的奈奎斯特采樣定理的限制，該理論表明：如果信號在某個變換域是稀疏的或者是可壓縮的，就可以采用一種數學投影方法對信號進行整體的測量，利用一個與變換基不相關的觀測矩陣將變換所得的高維信號投影到一個低維空間上，根據這些少量的觀測值，通過求解凸優化問題就可以實現信號的精確重構。對于監控中的視頻信息，由于其本身具有較大冗余的特點，并且視頻監控場景對整個視頻的流暢性有一定的要求，但對畫面的清晰度要求不是很高，而壓縮感知能在H.264編碼之后對視頻數據進行更進一步的壓縮，大大減少網絡中的數據傳輸量，保障視頻流傳輸的實時性；而在接收端進行壓縮感知重構可根據通過接收到的少量數據可以較為精確地恢復視頻數據，這對無線網絡中的信道干擾會具有一定的魯棒性。因此，將壓縮感知理論應用于視頻監控中的3G視頻傳輸具有重要的應用價值。

發明內容

本發明旨在解決視頻監控場景中，傳統視頻傳輸方案中所傳數據量較大，并且容易受到無線信道特性干擾的不足，特別創新地提出了一種基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法及系統。

為了實現本發明的上述目的，一種基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其關鍵在于，包括如下步驟：

步驟1，攝像頭采集視頻信息并進行顏色模式轉換；

步驟2，對采集到的視頻信息進行視頻編碼；

步驟3，對編碼后的視頻數據進行壓縮感知的壓縮處理；

步驟4，將經過壓縮感知壓縮處理后的視頻數據流通過傳輸協議進行傳輸；

步驟5，在終端對接收到的數據流進行壓縮感知的重構處理和視頻解碼之后，得到恢復的視頻信息。

上述技術方案的有益效果為：將壓縮感知理論運用到3G視頻傳輸當中，首先，視頻序列經過壓縮感知編碼處理后，形成的是一些無結構的數據，并且這些數據之間不存在相關性特點，而對于一幀圖像來說，重構的質量僅僅取決于收到數據量的多少，也就是說，數據之間的重要性是完全平等的，任意相同數量的數據的丟失對于整個一幀視頻來說是平均的分擔到整個一幀視頻上去的，這樣將增強視頻數據流在3G無線網絡中傳輸的抗干擾性；其次，將壓縮感知用在H.264編碼之后，對視頻數據進一步壓縮之后再在無線網絡中傳輸，大大減少了數據的傳輸量，同時與RTSP和RTP/RTCP協議配合，使該系統在滿足了視頻傳輸實時性要求的同時具有自適應調節視頻編碼速率和網絡傳輸速率的功能，提高系統的傳輸效率。

所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，優選的，所述步驟1包括：

步驟1-1，采集視頻信息，如果視頻采集端所采集到的視頻格式不是YUV格式時，需要進行顏色模式轉換，把視頻信號轉換成YUV格式。

上述技術方案的有益效果為：將攝像頭采集到的視頻信息經過顏色空間轉換，轉換為占據帶寬較小的YUV格式，不僅在一定程度上減少了帶寬的占有量，而且方便后續處理器的編碼工作。