[發(fā)明專利]一種基于高維矩陣變換的視頻數(shù)據(jù)傳輸方法

在審

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• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN111031324A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張拓;石偉明;任磊;雷昊;史明偉;張奕
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第二十研究所
• 主分類號: H04N19/60
• 分類號: H04N19/60;H04N19/172
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發(fā)明提供了一種基于高維矩陣變換的視頻數(shù)據(jù)傳輸方法，建立圖像幀模型，視頻數(shù)據(jù)發(fā)送端在圖像幀模型中對發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)的像素矩陣進行壓縮變換，再在圖像幀模型中對接收的視頻數(shù)據(jù)的像素矩陣進行還原變換。本發(fā)明大大降低了視頻業(yè)務(wù)對傳輸帶寬的占用率，經(jīng)過本發(fā)明中的視頻數(shù)據(jù)有損壓縮算法，實際中傳輸?shù)囊曨l業(yè)務(wù)量降低至原始視頻業(yè)務(wù)量的四分之一，極大的壓縮原始視頻的數(shù)據(jù)容量，降低了視頻數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的占用率，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)傳輸資源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其是在有限帶寬資源的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中傳輸龐大視頻數(shù)據(jù)的需求下，為解決視頻數(shù)據(jù)的壓縮與還原問題，提供了一種有效的切實可行的視頻數(shù)據(jù)傳輸方法。

背景技術(shù)

數(shù)據(jù)鏈是鏈接數(shù)字化戰(zhàn)場上指揮中樞與各參戰(zhàn)單元之間的一種信息實時處理、交換與分發(fā)系統(tǒng)，是一種按規(guī)定的消息格式與通信協(xié)議，用于實時傳輸各類戰(zhàn)術(shù)信息的數(shù)據(jù)傳輸與處理系統(tǒng)。而視頻信息作為一種重要的戰(zhàn)術(shù)信息，在未來戰(zhàn)場上將發(fā)揮著越來越重要的作用。現(xiàn)有數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬有限，除視頻信息以外，還要傳輸大量其他的戰(zhàn)術(shù)信息，考慮到目前數(shù)據(jù)鏈無線傳輸系統(tǒng)的傳輸容量有限,低比特率的視頻傳輸技術(shù)日益受到重視。

由于數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中無線信道具有不穩(wěn)定性，會造成網(wǎng)絡(luò)吞吐量的不穩(wěn)定，主要由多徑衰落、多址干擾、噪聲干擾以及時延擴展等原因引起，會造成網(wǎng)絡(luò)吞吐量的降低。特別是移動速度快的節(jié)點間通信時，信道的帶寬會有強烈的變換。因此，無線信道進行視頻傳輸必須考慮信道帶寬的波動。無線網(wǎng)絡(luò)的信道帶寬資源是非常有限的，為了能在有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源下傳輸大量的視頻數(shù)據(jù)，所以必須要對原始的視頻數(shù)據(jù)進行高效的壓縮。無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線網(wǎng)絡(luò)不夠穩(wěn)定，突發(fā)事件相對較多。無線網(wǎng)絡(luò)的噪聲影響和時變特性常常使得傳輸?shù)目煽啃源蟠蠼档停跓o線信道傳輸過程中經(jīng)常會出現(xiàn)突發(fā)的或者連續(xù)的傳輸錯誤。在外場復(fù)雜的電磁環(huán)境下，由于以上問題的存在使得在數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中視頻傳輸會出現(xiàn)卡頓甚至中斷等現(xiàn)象，影響用戶體驗。因此能夠根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)帶寬來動態(tài)調(diào)節(jié)視頻傳輸速率就顯得尤為重要。

當前針對數(shù)據(jù)鏈無線信道視頻傳輸問題，一些學(xué)者提出采用基于離散余弦變換和小波變換等方法對視頻數(shù)據(jù)進行變換處理。這些方法雖然具有高壓縮比，能夠獲取質(zhì)量可靠的視頻信息，對于非實時處理的低比特流視頻處理也有一些應(yīng)用前景。但由于這些方法運算復(fù)雜度高，對設(shè)備的性能有著很高的要求。鑒于數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中無線視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)母邔崟r性、低帶寬占用率及小硬件成本等要求，在數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中上并未得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于高維矩陣變換的視頻數(shù)據(jù)傳輸方法。本發(fā)明對視頻數(shù)據(jù)進行有損壓縮，壓縮后的視頻數(shù)據(jù)容量只有原始數(shù)據(jù)量的四分之一左右，視頻數(shù)據(jù)量的降低也大大降低了視頻數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的占用率，同時也提高了網(wǎng)絡(luò)中其他業(yè)務(wù)的傳輸容量。接收到壓縮后的視頻數(shù)據(jù)后利用矩陣還原算法進行還原，極大的保留了視頻的可分辨率和清晰度。通過利用本發(fā)明提供的基于高維矩陣變換的方法，在發(fā)送端對視頻數(shù)據(jù)進行壓縮處理，在接收端對視頻數(shù)據(jù)進行還原處理，通過以上操作，能有效降低數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中視頻數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的占用率，使得在惡劣環(huán)境下，視頻傳輸變得流暢，提高了視頻業(yè)務(wù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

一般視頻數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)分為四層，分別是視頻序列、場景、鏡頭和圖像幀。一段連續(xù)的視頻序列是由若干個場景組成；每一個場景中包含許多具有相關(guān)性的鏡頭；鏡頭是設(shè)備從開機到關(guān)機連續(xù)拍攝的圖像幀序列；圖像幀是一幅靜態(tài)的圖像，是組成視頻的最小邏輯單元。圖像幀在時間軸上的等間隔進行連續(xù)播放便形成了動態(tài)視頻。因此視頻是由多張圖像幀組成，連續(xù)的視頻就是圖像幀在時間軸上的連續(xù)播放。本發(fā)明就是對視頻數(shù)據(jù)中的最小邏輯單元圖像幀進行建模并分析處理的。該方法已經(jīng)在實際工程上得到應(yīng)用，并有效地滿足了戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中無線視頻業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括以下步驟：

[步驟1]建立圖像幀模型；