基于壓縮感知的3g視頻傳輸方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種視頻監(jiān)控場(chǎng)景中基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法及系統(tǒng)，屬于數(shù)據(jù)壓縮和視頻傳輸領(lǐng)域。攝像頭采集到的視頻信息經(jīng)過(guò)顏色空間轉(zhuǎn)換為YUV格式后，進(jìn)行H.264編碼，對(duì)編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮感知的壓縮處理，壓縮后的視頻數(shù)據(jù)流通過(guò)RTSP和RTP/RTCP協(xié)議在3G網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸，在終端經(jīng)過(guò)壓縮感知的重構(gòu)處理和H.264解碼過(guò)程得到恢復(fù)的視頻信息。將壓縮感知結(jié)合RTSP和RTP/RTCP協(xié)議用在3G視頻傳輸系統(tǒng)中，不僅使該系統(tǒng)從控制和數(shù)據(jù)層面滿足視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求，具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)視頻編碼速率和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的功能，而且能夠大大減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，節(jié)約帶寬資源，提高系統(tǒng)的傳輸效率。
【專利說(shuō)明】基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種視頻傳輸系統(tǒng)，屬于數(shù)據(jù)壓縮和視頻傳輸領(lǐng)域，尤其是一種視頻監(jiān)控中基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)CDMA2000-1X EVDO網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面投入商用，作為發(fā)展最為成熟的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，擁有著先進(jìn)前端的前向鏈路和資源調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)未來(lái)的移動(dòng)通信、視頻傳輸、監(jiān)控系統(tǒng)等方面都有著深遠(yuǎn)的影響。與此同時(shí)，在通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸視頻業(yè)務(wù)也變得越來(lái)越重要，而眾所周知，視頻本身的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量巨大，從而在傳輸過(guò)程中需要很大的帶寬。由于視頻本身具有相當(dāng)大的冗余性，人們?cè)O(shè)計(jì)出各種各樣的壓縮方法，在視頻傳輸之前進(jìn)行大規(guī)模的壓縮，現(xiàn)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(yù)測(cè)編碼和變換編碼的方法進(jìn)行壓縮，然后將其進(jìn)行信道編碼而發(fā)送，這類方法在現(xiàn)有一些傳輸條件較好的網(wǎng)絡(luò)中取得了顯著成效。
[0003]但是這種類似MPEG和H26x方案在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸效果并不好，究其原因，根本上是無(wú)線信道本身的高誤碼率、誤碼的隨機(jī)性和帶寬有限等因素的限制。具體來(lái)說(shuō)可以分為以下兩個(gè)方面:首先預(yù)測(cè)編碼和變換編碼的方案使得編碼出來(lái)的視頻幀之間具有很大的依賴性，假設(shè)某一關(guān)鍵幀在傳輸過(guò)程中丟失，則后續(xù)以前一幀為參考的幀便無(wú)法正確解碼，這將會(huì)造成嚴(yán)重的亂碼效應(yīng)。其次，在視頻編碼的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)編碼的數(shù)據(jù)中關(guān)鍵內(nèi)容的分布并不均勻，如視頻中運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)的重要性就要高于背景數(shù)據(jù)。無(wú)線信道上存在隨機(jī)丟包事件，如果丟失運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)，則在恢復(fù)過(guò)程中較難恢復(fù)出不失真的圖像，而當(dāng)丟失的是背景數(shù)據(jù)時(shí)，就可以通過(guò)一定的算法來(lái)彌補(bǔ)這種丟失帶來(lái)的影響。
[0004]壓縮感知是近幾年信號(hào)處理理論的重大突破，它打破了傳統(tǒng)的奈奎斯特采樣定理的限制，該理論表明:如果信號(hào)在某個(gè)變換域是稀疏的或者是可壓縮的，就可以采用一種數(shù)學(xué)投影方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行整體的測(cè)量，利用一個(gè)與變換基不相關(guān)的觀測(cè)矩陣將變換所得的高維信號(hào)投影到一個(gè)低維空間上，根據(jù)這些少量的觀測(cè)值，通過(guò)求解凸優(yōu)化問題就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的精確重構(gòu)。對(duì)于監(jiān)控中的視頻信息，由于其本身具有較大冗余的特點(diǎn)，并且視頻監(jiān)控場(chǎng)景對(duì)整個(gè)視頻的流暢性有一定的要求，但對(duì)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(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行更進(jìn)一步的壓縮，大大減少網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸量，保障視頻流傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性；而在接收端進(jìn)行壓縮感知重構(gòu)可根據(jù)通過(guò)接收到的少量數(shù)據(jù)可以較為精確地恢復(fù)視頻數(shù)據(jù)，這對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的信道干擾會(huì)具有一定的魯棒性。因此，將壓縮感知理論應(yīng)用于視頻監(jiān)控中的3G視頻傳輸具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在解決視頻監(jiān)控場(chǎng)景中，傳統(tǒng)視頻傳輸方案中所傳數(shù)據(jù)量較大，并且容易受到無(wú)線信道特性干擾的不足，特別創(chuàng)新地提出了一種基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法及系統(tǒng)。[0006]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，一種基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其關(guān)鍵在于，包括如下步驟:
[0007]步驟I，攝像頭采集視頻信息并進(jìn)行顏色模式轉(zhuǎn)換；
[0008]步驟2，對(duì)采集到的視頻信息進(jìn)行視頻編碼；
[0009]步驟3，對(duì)編碼后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮感知的壓縮處理；
[0010]步驟4，將經(jīng)過(guò)壓縮感知壓縮處理后的視頻數(shù)據(jù)流通過(guò)傳輸協(xié)議進(jìn)行傳輸；
[0011]步驟5，在終端對(duì)接收到的數(shù)據(jù)流進(jìn)行壓縮感知的重構(gòu)處理和視頻解碼之后，得到恢復(fù)的視頻信息。
[0012]上述技術(shù)方案的有益效果為:將壓縮感知理論運(yùn)用到3G視頻傳輸當(dāng)中，首先，視頻序列經(jīng)過(guò)壓縮感知編碼處理后，形成的是一些無(wú)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)之間不存在相關(guān)性特點(diǎn)，而對(duì)于一幀圖像來(lái)說(shuō)，重構(gòu)的質(zhì)量?jī)H僅取決于收到數(shù)據(jù)量的多少，也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)之間的重要性是完全平等的，任意相同數(shù)量的數(shù)據(jù)的丟失對(duì)于整個(gè)一幀視頻來(lái)說(shuō)是平均的分擔(dān)到整個(gè)一幀視頻上去的，這樣將增強(qiáng)視頻數(shù)據(jù)流在3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)目垢蓴_性；其次，將壓縮感知用在H.264編碼之后，對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)一步壓縮之后再在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸，大大減少了數(shù)據(jù)的傳輸量，同時(shí)與RTSP和RTP/RTCP協(xié)議配合，使該系統(tǒng)在滿足了視頻傳輸實(shí)時(shí)性要求的同時(shí)具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)視頻編碼速率和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的功能，提高系統(tǒng)的傳輸效率。
[0013]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，優(yōu)選的，所述步驟I包括:
[0014]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(shí)，需要進(jìn)行顏色模式轉(zhuǎn)換，把視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成YUV格式。
[0015]上述技術(shù)方案的有益效果為:將攝像頭采集到的視頻信息經(jīng)過(guò)顏色空間轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為占據(jù)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(xù)處理器的編碼工作。
[0016]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，優(yōu)選的，所述步驟2包括:
[0017]步驟2-1，視頻壓縮的H.264視頻編碼方法；
[0018]步驟2-2，通過(guò)視頻幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼，利用視頻幀內(nèi)宏塊之間的空間相關(guān)性；
[0019]步驟2-3，再通過(guò)視頻幀間預(yù)測(cè)編碼，利用連續(xù)視頻幀間的時(shí)間相關(guān)性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償；
[0020]步驟2-4，然后進(jìn)行整數(shù)變換運(yùn)算；
[0021 ] 步驟2-5，對(duì)視頻幀進(jìn)行量化；
[0022]步驟2-6，對(duì)視頻幀進(jìn)行熵編碼后，形成H.264處理后的壓縮編碼數(shù)據(jù)。
[0023]上述技術(shù)方案的有益效果為:利用H.264對(duì)采集到的視頻信息進(jìn)行壓縮編碼，據(jù)評(píng)測(cè)，在同等圖像質(zhì)量條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2?3倍，是MPEG-4的1.5?2倍，因此在網(wǎng)絡(luò)中傳輸同等數(shù)據(jù)量的視頻圖像所需要的帶寬相對(duì)較低。因此，在這里選擇
H.264編碼技術(shù)，系統(tǒng)具有了較高的壓縮效率和較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸特性。
[0024]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其特征在于，所述步驟3包括:
[0025]步驟3-1，對(duì)H.264視頻編碼后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，每次讀取一段長(zhǎng)度大小為NXN的視頻數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)大小為NXN的矩陣塊，采用基于行的轉(zhuǎn)換，讀取該視頻數(shù)據(jù)的前N個(gè)數(shù)值，將其存入矩陣塊的第一行，接著讀取下面的N個(gè)數(shù)值，存入矩陣塊的第二行，以此類推，最后的N個(gè)數(shù)值存入矩陣塊的最后一行；
[0026]步驟3-2，每次采用基于矩陣塊的觀測(cè)進(jìn)行壓縮感知的壓縮處理，為壓縮感知重構(gòu)端的重構(gòu)效率提供保障，也方便后續(xù)視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)傳輸，
[0027]步驟3-3，對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行稀疏變換，將每一個(gè)NXN的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行離散余弦變換，各子塊數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)稀疏變換獲得稀疏系數(shù)矩陣，由于稀疏系數(shù)矩陣具有稀疏性，可利用壓縮感知理論對(duì)其進(jìn)行壓縮，
[0028]步驟3-4，觀測(cè)矩陣測(cè)量:首先構(gòu)造一個(gè)大小為MXN的觀測(cè)矩陣，M = p*N，其中p為壓縮比且0〈ρ〈1，將觀測(cè)矩陣與上一步驟中所得到的稀疏矩陣相乘，這時(shí)將得到一個(gè)大小為MXN的觀測(cè)值矩陣，在3G網(wǎng)絡(luò)中，傳輸?shù)囊簿褪窃撚^測(cè)值矩陣的數(shù)據(jù)，因此經(jīng)過(guò)壓縮感知的壓縮過(guò)程之后將大大減少在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。
[0029]上述技術(shù)方案的有益效果為:首先，視頻序列經(jīng)過(guò)壓縮感知編碼處理后，形成的是一些無(wú)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)之間不存在相關(guān)性特點(diǎn)，而對(duì)于一幀圖像來(lái)說(shuō)，重構(gòu)的質(zhì)量?jī)H僅取決于收到數(shù)據(jù)量的多少，也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)之間的重要性是完全平等的，任意相同數(shù)量的數(shù)據(jù)的丟失對(duì)于整個(gè)一幀視頻來(lái)說(shuō)是平均的分擔(dān)到整個(gè)一幀視頻上去的，這樣將增強(qiáng)視頻數(shù)據(jù)流在3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)目垢蓴_性。其次，將壓縮感知用在H.264編碼之后，對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)一步壓縮之后再在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸，大大減少了數(shù)據(jù)的傳輸量，提高系統(tǒng)的傳輸效率。
[0030]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法及系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟4包括，將經(jīng)過(guò)壓縮感知壓縮處理后的視頻數(shù)據(jù)流在3G網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)RTSP和RTP/RTCP協(xié)議進(jìn)行傳輸，執(zhí)行如下步驟:
[0031]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其特征在于，所述步驟4包括:
[0032]步驟4-1，將經(jīng)過(guò)H.264視頻編碼和壓縮感知壓縮處理之后的視頻流分別裝上實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP報(bào)頭、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議m)P報(bào)頭和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IP報(bào)頭，利用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP傳送數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸；
[0033]步驟4-2，利用實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀況的監(jiān)測(cè)和已發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量和往返時(shí)延參數(shù)的計(jì)算工作，利用應(yīng)用層協(xié)議實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議RTSP建立并控制一個(gè)或多個(gè)時(shí)間同步的連續(xù)流媒體，實(shí)現(xiàn)流媒體的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制。
[0034]上述技術(shù)方案的有益效果為:RTP/RTCP協(xié)議中的RTP用于數(shù)據(jù)包的傳送，能夠滿足視頻傳輸實(shí)時(shí)性的要求，RTCP將反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的參數(shù)(延時(shí)抖動(dòng)、丟包率等)反饋給編碼器和發(fā)送模塊；RTSP協(xié)議建立并控制一個(gè)或多個(gè)時(shí)間同步的連續(xù)流媒體，實(shí)現(xiàn)流媒體的遠(yuǎn)程控制，從而使該視頻流傳輸系統(tǒng)具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)視頻編碼速率和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的功能。
[0035]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，優(yōu)選的，所述步驟5:
[0036]步驟5-1，首先在接收端，接收到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IP數(shù)據(jù)包后按相反的順序?qū)?shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP報(bào)頭和視頻流數(shù)據(jù)提取出來(lái)，根據(jù)實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP報(bào)頭中的序列號(hào)將視頻流數(shù)據(jù)放入接收端緩存；
[0037]步驟5-2，從接收端的緩存內(nèi)讀取數(shù)據(jù)，進(jìn)行壓縮感知重構(gòu)，采用分段正交匹配追蹤算法StOMP，每次從壓縮后的MXN矩陣塊中讀取一列長(zhǎng)度大小為M的數(shù)據(jù)，與觀測(cè)矩陣相乘得到殘余相關(guān)性向量；然后通過(guò)設(shè)定閾值，每次從觀測(cè)矩陣中選取多個(gè)原子，形成一個(gè)初始的原子集合并用于更新支撐集；最后利用最小二乘法求得近似解，同時(shí)完成對(duì)余量的更新，此時(shí)檢查終止條件是否滿足，如不滿足則繼續(xù)循環(huán)進(jìn)行余量的更新和近似解的逼近，否貝U，所得的近似解就是對(duì)原始M個(gè)數(shù)據(jù)的重構(gòu)結(jié)果，長(zhǎng)度大小為N，最終完成從壓縮數(shù)據(jù)量MXN到原始數(shù)據(jù)量NXN的重構(gòu)，其中M遠(yuǎn)小于N，在保證重構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)，更快的完成壓縮感知重構(gòu)過(guò)程；
[0038]步驟5-3，讀取壓縮感知重構(gòu)之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行H.264視頻解碼，經(jīng)過(guò)此過(guò)程后將得到恢復(fù)的視頻信息，最后可將視頻信息以YUV格式存儲(chǔ)或者播放。
[0039]上述技術(shù)方案的有益效果為:首先，根據(jù)RTCP的反饋參數(shù)來(lái)自適應(yīng)調(diào)節(jié)視頻編碼速率和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率:在網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬狀況不好時(shí)，通過(guò)適當(dāng)降低視頻質(zhì)量來(lái)防止網(wǎng)絡(luò)擁塞，但是仍能提供給接收端較為流暢的多媒體傳輸服務(wù)，在網(wǎng)絡(luò)可用帶寬充足時(shí)，提高編碼碼率和傳輸速率，給接收端提供高質(zhì)量的視頻服務(wù)；其次，采用目前壓縮感知中重構(gòu)效率較好的StOMP (分段正交匹配追蹤)算法，在保證重構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)能夠?qū)σ曨l數(shù)據(jù)進(jìn)行更快的重構(gòu)。
[0040]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，優(yōu)選的，還包括:步驟6，反饋RTCP網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的參數(shù)，進(jìn)而自適應(yīng)調(diào)節(jié)視頻編碼速率和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率。
[0041]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，優(yōu)選的，所述步驟6:
[0042]步驟6-1，QoS反饋控制通過(guò)實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP的接收方報(bào)告來(lái)完成，反饋實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP反映的穩(wěn)定傳輸性能參數(shù)，根據(jù)這些反饋信息估計(jì)網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，再根據(jù)可用帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼的參數(shù)，根據(jù)RTCP反饋的丟包率、延時(shí)抖動(dòng)等信息調(diào)節(jié)編碼參數(shù)，如果丟包率或者延時(shí)較大，即網(wǎng)絡(luò)狀況不好時(shí)，這時(shí)選擇較大的壓縮比例，減少網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞的狀況，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況較好時(shí)，調(diào)整編碼參數(shù)，降低壓縮比例，給終端提供較好的畫質(zhì)服務(wù)質(zhì)量；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況較差時(shí)，提高壓縮比例，使發(fā)送碼率小于網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，從而保證傳輸?shù)腝oS。
[0043]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，優(yōu)選的，所述穩(wěn)定傳輸性能參數(shù)為延時(shí)抖動(dòng)、丟包率。
[0044]上述技術(shù)方案的有益效果為:反饋實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP反映的穩(wěn)定傳輸性能參數(shù)，根據(jù)這些反饋信息估計(jì)網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，再根據(jù)可用帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼的參數(shù)，根據(jù)RTCP反饋的丟包率、延時(shí)抖動(dòng)等信息調(diào)節(jié)編碼參數(shù)，如果丟包率或者延時(shí)較大，即網(wǎng)絡(luò)狀況不好時(shí)，這時(shí)選擇較大的壓縮比例，減少網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞的狀況，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況較好時(shí)，調(diào)整編碼參數(shù)，降低壓縮比例，給終端提供較好的畫質(zhì)服務(wù)質(zhì)量；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況較差時(shí)，提高壓縮比例，使發(fā)送碼率小于網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，從而保證傳輸?shù)腝oS。
[0045]本發(fā)明還公開一種基于壓縮感知的3G視頻傳輸系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于，包括:攝像頭，音頻視頻采集A/D轉(zhuǎn)換模塊，音視頻編解碼模塊，壓縮感知模塊，存儲(chǔ)器，顯示裝置，數(shù)據(jù)流服務(wù)器；
[0046]攝像頭連接音頻視頻采集A/D轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)輸入端，所述音頻視頻采集A/D轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)輸出端連接音視頻編解碼模塊和壓縮感知模塊，所述音視頻編解碼模塊和壓縮感知模塊連接存儲(chǔ)器，通過(guò)USB接口連接3G網(wǎng)絡(luò)，所述3G網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)流服務(wù)器，所述數(shù)據(jù)流服務(wù)器通過(guò)EI網(wǎng)絡(luò)連接視顯示裝置。
[0047]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0048]1、通過(guò)顏色模式轉(zhuǎn)換，將攝像頭采集到的視頻信息轉(zhuǎn)換為占據(jù)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(xù)音視頻處理器的編碼工作。
[0049]2、采用目前較先進(jìn)的H.264編碼技術(shù)，使得系統(tǒng)具有了較高的壓縮效率和較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸特性。
[0050]3、3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)CDMA2000-1X EVDO網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面投入商用，作為發(fā)展最為成熟的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，擁有著先進(jìn)前端的前向鏈路和資源調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)，在未來(lái)的移動(dòng)通信、視頻傳輸、監(jiān)控系統(tǒng)等方面都有著深遠(yuǎn)的影響。本系統(tǒng)中通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻流數(shù)據(jù)，可以充分發(fā)揮3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)。
[0051 ] 4、視頻數(shù)據(jù)流在3G網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)RTSP和RTP/RTCP協(xié)議進(jìn)行傳輸，既能夠滿足視頻傳輸實(shí)時(shí)性的要求，又能夠通過(guò)RTCP將反映網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的參數(shù)(延時(shí)抖動(dòng)、丟包率等)反饋給編碼器和發(fā)送模塊從而使得該視頻流傳輸系統(tǒng)具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)視頻編碼速率和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的功能，同時(shí)，作為應(yīng)用層協(xié)議的RTSP能夠建立并控制一個(gè)或多個(gè)時(shí)間同步的連續(xù)流媒體，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。因此，將RTSP和RTP/RTCP協(xié)議配合使用，將提供完整的流化服務(wù)，能夠以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化。
[0052]5、將壓縮感知應(yīng)用在H.264編碼后，將大大減少在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，對(duì)視頻傳輸過(guò)程中的流暢性起到很好的保障作用。同時(shí)，即使數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)受到干擾，出現(xiàn)誤碼或丟包，由于壓縮感知重構(gòu)的質(zhì)量?jī)H僅取決于收到數(shù)據(jù)量的多少，也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)之間的重要性是完全平等的，任意相同數(shù)量的數(shù)據(jù)的丟失對(duì)于整個(gè)NXN數(shù)據(jù)塊是等效的，壓縮感知算法仍能較為精確的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，從而增強(qiáng)3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
[0053]6、本系統(tǒng)中所采用的壓縮感知重構(gòu)算法是StOMP (分段正交匹配追蹤)算法，該算法具有較高的重構(gòu)效率，在保證重構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)，能夠更快的對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，提高視頻數(shù)據(jù)的傳輸效率。
[0054]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0055]圖1是本發(fā)明基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法及系統(tǒng)的視頻傳輸流程圖；
[0056]圖2是本發(fā)明基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法及系統(tǒng)中壓縮感知算法的壓縮和恢復(fù)流程圖；
[0057]圖3是本發(fā)明基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法及系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0058]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0059]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0060]在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。
[0061]本發(fā)明針對(duì)視頻信息在3G網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，將壓縮感知理論融入到了該系統(tǒng)當(dāng)中，在H.264高效壓縮編碼的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的壓縮，來(lái)減少在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，并在一定程度上降低無(wú)線信道干擾所產(chǎn)生的影響，提高系統(tǒng)的傳輸效率。
[0062]如圖1所示，本發(fā)明公開一種基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其關(guān)鍵在于，包括如下步驟:
[0063]步驟I，攝像頭采集視頻信息并進(jìn)行顏色模式轉(zhuǎn)換；
[0064]步驟2，對(duì)采集到的視頻信息進(jìn)行視頻編碼；
[0065]步驟3，對(duì)編碼后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮感知的壓縮處理；
[0066]步驟4，將經(jīng)過(guò)壓縮感知壓縮處理后的視頻數(shù)據(jù)流通過(guò)傳輸協(xié)議進(jìn)行傳輸；
[0067]步驟5，在終端對(duì)接收到的數(shù)據(jù)流進(jìn)行壓縮感知的重構(gòu)處理和視頻解碼之后，得到恢復(fù)的視頻信息。
[0068]上述技術(shù)方案的有益效果為:將壓縮感知理論運(yùn)用到3G視頻傳輸當(dāng)中，首先，視頻序列經(jīng)過(guò)壓縮感知編碼處理后，形成的是一些無(wú)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)之間不存在相關(guān)性特點(diǎn)，而對(duì)于一幀圖像來(lái)說(shuō)，重構(gòu)的質(zhì)量?jī)H僅取決于收到數(shù)據(jù)量的多少，也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)之間的重要性是完全平等的，任意相同數(shù)量的數(shù)據(jù)的丟失對(duì)于整個(gè)一幀視頻來(lái)說(shuō)是平均的分擔(dān)到整個(gè)一幀視頻上去的，這樣將增強(qiáng)視頻數(shù)據(jù)流在3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)目垢蓴_性；其次，將壓縮感知用在H.264編碼之后，對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)一步壓縮之后再在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸，大大減少了數(shù)據(jù)的傳輸量，同時(shí)與RTSP和RTP/RTCP協(xié)議配合，使該系統(tǒng)在滿足了視頻傳輸實(shí)時(shí)性要求的同時(shí)具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)視頻編碼速率和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的功能，提高系統(tǒng)的傳輸效率。
[0069]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，優(yōu)選的，所述步驟I包括:
[0070]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(shí)，需要進(jìn)行顏色模式轉(zhuǎn)換，把視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成YUV格式。
[0071]上述技術(shù)方案的有益效果為:將攝像頭采集到的視頻信息經(jīng)過(guò)顏色空間轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為占據(jù)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(xù)處理器的編碼工作。
[0072]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，優(yōu)選的，所述步驟2包括:
[0073]步驟2-1，視頻壓縮的H.264視頻編碼方法；
[0074]步驟2-2，通過(guò)視頻幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼，利用視頻幀內(nèi)宏塊之間的空間相關(guān)性；
[0075]步驟2-3，再通過(guò)視頻幀間預(yù)測(cè)編碼，利用連續(xù)視頻幀間的時(shí)間相關(guān)性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償；
[0076]步驟2-4，然后進(jìn)行整數(shù)變換運(yùn)算；
[0077]步驟2-5，對(duì)視頻幀進(jìn)行量化；
[0078]步驟2-6，對(duì)視頻幀進(jìn)行熵編碼后，形成H.264處理后的壓縮編碼數(shù)據(jù)。[0079]上述技術(shù)方案的有益效果為:利用H.264對(duì)采集到的視頻信息進(jìn)行壓縮編碼，據(jù)評(píng)測(cè)，在同等圖像質(zhì)量條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2~3倍，是MPEG-4的1.5~2倍，因此在網(wǎng)絡(luò)中傳輸同等數(shù)據(jù)量的視頻圖像所需要的帶寬相對(duì)較低。因此，在這里選擇
H.264編碼技術(shù)，系統(tǒng)具有了較高的壓縮效率和較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸特性。
[0080]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其特征在于，所述步驟3包括:
[0081]步驟3-1，對(duì)H.264視頻編碼后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，每次讀取一段長(zhǎng)度大小為NXN的視頻數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)大小為NXN的矩陣塊，采用基于行的轉(zhuǎn)換，讀取該視頻數(shù)據(jù)的前N個(gè)數(shù)值，將其存入矩陣塊的第一行，接著讀取下面的N個(gè)數(shù)值，存入矩陣塊的第二行，以此類推，最后的N個(gè)數(shù)值存入矩陣塊的最后一行；
[0082]步驟3-2，或者采用基于列的轉(zhuǎn)換，讀取該視頻數(shù)據(jù)的前N個(gè)數(shù)值，將其存入矩陣塊的第一列，接著讀取下面的N個(gè)數(shù)值，存入矩陣塊的第二列，以此類推，最后的N個(gè)數(shù)值存入矩陣塊的最后一列，所述N≥2 ；
[0083]步驟3-3，每次采用基于矩陣塊的觀測(cè)進(jìn)行壓縮感知的壓縮處理，為壓縮感知重構(gòu)端的重構(gòu)效率提供保障，也方便后續(xù)視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)傳輸，
[0084]步驟3-4，對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行稀疏變換，將每一個(gè)NXN的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行離散余弦變換，各子塊數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)稀疏變換獲得稀疏系數(shù)矩陣，由于稀疏系數(shù)矩陣具有稀疏性，可利用壓縮感知理論對(duì)其進(jìn)行壓縮，
[0085]步驟3-5，觀測(cè)矩陣測(cè)量:首先構(gòu)造一個(gè)大小為MXN的觀測(cè)矩陣，M = p*N，其中p為壓縮比且0〈ρ〈1，將觀測(cè)矩陣與上一步驟中所得到的稀疏矩陣相乘，這時(shí)將得到一個(gè)大小為MXN的觀測(cè)值矩陣，在3G網(wǎng)絡(luò)中，傳輸?shù)囊簿褪窃撚^測(cè)值矩陣的數(shù)據(jù)，因此經(jīng)過(guò)壓縮感知的壓縮過(guò)程之后將大大減少在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。
[0086]系統(tǒng)工作流程圖如圖1、2所示，該基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法及系統(tǒng)由以下具體步驟組成:
[0087]S1、首先通過(guò)架設(shè)攝像頭來(lái)采集視頻信息，參照?qǐng)D3的硬件結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)視頻采集端所采集到的視頻格式不是YUV格式時(shí)(如RGB格式)，需要進(jìn)行顏色模式轉(zhuǎn)換，把視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成占用帶寬較小的YUV格式，并通過(guò)BT656接口傳送給Hi3515處理器進(jìn)行編碼。
[0088]S2、視頻傳輸中的數(shù)據(jù)量是巨大的，因此在傳輸之前需要進(jìn)行高效的壓縮。在這里采用由ITU-T的視頻編碼專家組(VCEG)和IS0/IEC運(yùn)動(dòng)圖像專家組(MPEG)聯(lián)合指定的新一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的壓縮效率和較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸特性的H.264，利用其強(qiáng)大的幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼、幀間預(yù)測(cè)編碼、隔行編碼、整數(shù)變換編碼、量化和熵編碼等技術(shù)，對(duì)采集到的視頻信息進(jìn)行高效的壓縮編碼。
[0089]S3、首先，對(duì)H.264編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊:每次讀取一段長(zhǎng)度大小為NXN的數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)大小為NXN的矩陣塊，每次系統(tǒng)采用基于矩陣塊的觀測(cè)進(jìn)行壓縮感知的壓縮處理，這將為系統(tǒng)壓縮感知重構(gòu)端的重構(gòu)效率提供保障，也方便后續(xù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)傳輸。
[0090]其次，稀疏變換:將每一個(gè)NXN的矩陣塊進(jìn)行離散余弦變換(DCT)，各矩陣塊經(jīng)過(guò)該稀疏變換后將獲得稀疏系數(shù)矩陣，由于稀疏系數(shù)矩陣具有稀疏性，可利用壓縮感知理論對(duì)其進(jìn)行壓縮。
[0091]最后，觀測(cè)矩陣測(cè)量:首先構(gòu)造一個(gè)大小為MXN(M = p*N，其中p為壓縮比且0〈?〈14可取值為8、16或32)的觀測(cè)矩陣，在這里我們首先生成一個(gè)大小MX N的高斯隨機(jī)矩陣，然后對(duì)其進(jìn)行正交化處理，這樣我們就得到了所需的觀測(cè)矩陣，將該觀測(cè)矩陣與上一步驟中所得到的稀疏矩陣相乘，這時(shí)將得到一個(gè)大小為MXN的觀測(cè)值矩陣，在3G網(wǎng)絡(luò)中，傳輸?shù)囊簿褪窃撚^測(cè)值矩陣的數(shù)據(jù)，因此經(jīng)過(guò)壓縮感知的壓縮過(guò)程之后將大大減少在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。優(yōu)選的，P為0.3或0.4或0.5，N為8或16。
[0092]S4、在該步驟中我們要把經(jīng)過(guò)壓縮感知壓縮處理后的視頻數(shù)據(jù)流在3G網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸。為了保證視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，在這里視頻傳輸主要采用RTSP和RTP/RTCP協(xié)議進(jìn)行傳輸，其中RTSP協(xié)議能夠建立并控制一個(gè)或多個(gè)時(shí)間同步的連續(xù)流媒體，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；RTP協(xié)議是實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，通常用于流媒體系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)包的傳送；RTCP協(xié)議是RTP協(xié)議的控制協(xié)議，周期性地為應(yīng)用程序提供廣播性能質(zhì)量或會(huì)話等信息，利用RTCP協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀況的監(jiān)測(cè)和相關(guān)參數(shù)的計(jì)算工作。RTSP和RTP/RTCP協(xié)議的配合使用能為系統(tǒng)提供完整的流化服務(wù)。
[0093]首先，經(jīng)過(guò)H.264編碼和壓縮感知壓縮處理之后的視頻流分別裝上RTP報(bào)頭、UDP報(bào)頭和IP報(bào)頭，然后IP數(shù)據(jù)包通過(guò)無(wú)線3G網(wǎng)絡(luò)和Internet傳送到接收端。因此，在該系統(tǒng)中，通過(guò)RTSP協(xié)議控制，采用RTP和RTCP打包，結(jié)合TCP/IP協(xié)議的傳輸層UDP協(xié)議，共同完成實(shí)時(shí)流媒體數(shù)據(jù)的傳輸和控制。
[0094]S5、在這一步驟中，就要完成從接收到的數(shù)據(jù)中經(jīng)過(guò)壓縮感知(重構(gòu)過(guò)程)處理和
H.264解碼得到恢復(fù)的視頻信息；同時(shí)，把RTCP反映網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的參數(shù)反饋給編碼器和發(fā)送模塊，從而來(lái)自適應(yīng)調(diào)節(jié)視 頻編碼速率和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率。
[0095]首先，在接收端，從接收到的IP數(shù)據(jù)包中提取出RTP報(bào)頭和視頻流數(shù)據(jù)，根據(jù)RTP報(bào)頭中的序列號(hào)將視頻流數(shù)據(jù)放入接收端緩存，供壓縮感知重構(gòu)和H.264解碼輸出。同時(shí)，QoS反饋控制通過(guò)RTCP的接收方報(bào)告來(lái)完成，RTCP將反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的參數(shù)(延時(shí)抖動(dòng)、丟包率等)反饋給編碼器和發(fā)送模塊，根據(jù)這些反饋信息可以估計(jì)網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，再根據(jù)可用帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼的參數(shù)，使發(fā)送碼率小于網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，從而保證傳輸?shù)腝oS。也可理解為，在網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬狀況不好時(shí)，通過(guò)適當(dāng)降低視頻質(zhì)量來(lái)防止網(wǎng)絡(luò)擁塞，使客戶端仍能感受到流暢的多媒體傳輸服務(wù)；在網(wǎng)絡(luò)可用帶寬充足時(shí)，提高編碼碼率和傳輸速率，給客戶端提供高質(zhì)量的視頻服務(wù)。
[0096]其次，從接收端的緩存內(nèi)讀取視頻流數(shù)據(jù)，進(jìn)行壓縮感知重構(gòu)，該過(guò)程采用壓縮感知中的StOMP(分段正交匹配追蹤)算法，該算法具有較高的重構(gòu)效率，在保證重構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)，能更快的完成步驟3中從MXN個(gè)觀測(cè)值到NXN個(gè)數(shù)值的重構(gòu)過(guò)程，從而也能從整體上來(lái)提升整個(gè)系統(tǒng)的傳輸效率。
[0097]最后，讀取壓縮感知重構(gòu)之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行H.264解碼，經(jīng)過(guò)此過(guò)程后將得到恢復(fù)的視頻信息，最后可將視頻信息以YUV格式存儲(chǔ)或者播放。
[0098]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，優(yōu)選的，還包括:步驟6，反饋RTCP網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的參數(shù)，進(jìn)而自適應(yīng)調(diào)節(jié)視頻編碼速率和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率。
[0099]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，優(yōu)選的，所述步驟6:
[0100]步驟6-1，QoS反饋控制通過(guò)實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP的接收方報(bào)告來(lái)完成，反饋實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP反映的穩(wěn)定傳輸性能參數(shù)，根據(jù)這些反饋信息估計(jì)網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，再根據(jù)可用帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼的參數(shù)，根據(jù)RTCP反饋的丟包率、延時(shí)抖動(dòng)等信息調(diào)節(jié)編碼參數(shù)，如果丟包率或者延時(shí)較大，即網(wǎng)絡(luò)狀況不好時(shí)，這時(shí)選擇較大的壓縮比例，減少網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞的狀況，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況較好時(shí)，調(diào)整編碼參數(shù)，降低壓縮比例，給終端提供較好的畫質(zhì)服務(wù)質(zhì)量；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況較差時(shí)，提高壓縮比例，使發(fā)送碼率小于網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，從而保證傳輸?shù)腝oS。
[0101]所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，優(yōu)選的，所述穩(wěn)定傳輸性能參數(shù)為延時(shí)抖動(dòng)、丟包率。
[0102]上述技術(shù)方案的有益效果為:反饋實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP反映的穩(wěn)定傳輸性能參數(shù)，根據(jù)這些反饋信息估計(jì)網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，再根據(jù)可用帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼的參數(shù)，根據(jù)RTCP反饋的丟包率、延時(shí)抖動(dòng)等信息調(diào)節(jié)編碼參數(shù)，如果丟包率或者延時(shí)較大，即網(wǎng)絡(luò)狀況不好時(shí)，這時(shí)選擇較大的壓縮比例，減少網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞的狀況，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況較好時(shí)，調(diào)整編碼參數(shù)，降低壓縮比例，給終端提供較好的畫質(zhì)服務(wù)質(zhì)量；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況較差時(shí)，提高壓縮比例，使發(fā)送碼率小于網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，從而保證傳輸?shù)腝oS。
[0103]如圖3所示，本發(fā)明還公開一種基于壓縮感知的3G視頻傳輸系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于，包括:攝像頭，音頻視頻采集A/D轉(zhuǎn)換模塊，音視頻編解碼模塊，壓縮感知模塊，存儲(chǔ)器，顯示裝置，數(shù)據(jù)流服務(wù)器；
[0104]攝像頭連接音頻視頻采集A/D轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)輸入端，所述音頻視頻采集A/D轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)輸出端連接音視頻編解碼模塊和壓縮感知模塊，所述音視頻編解碼模塊和壓縮感知模塊連接存儲(chǔ)器，通過(guò)USB接口連接3G網(wǎng)絡(luò)，所述3G網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)流服務(wù)器，所述數(shù)據(jù)流服務(wù)器通過(guò)EI網(wǎng)絡(luò)連接視顯示裝置。
[0105]所述基于壓縮感知的3G視頻傳輸系統(tǒng)能夠通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻流數(shù)據(jù)，可以充分發(fā)揮3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)。
[0106]在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0107]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I，攝像頭采集視頻信息并進(jìn)行顏色模式轉(zhuǎn)換； 步驟2，對(duì)采集到的視頻信息進(jìn)行視頻編碼； 步驟3，對(duì)編碼后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮感知的壓縮處理； 步驟4，將經(jīng)過(guò)壓縮感知壓縮處理后的視頻數(shù)據(jù)流通過(guò)傳輸協(xié)議進(jìn)行傳輸； 步驟5，在終端對(duì)接收到的數(shù)據(jù)流進(jìn)行壓縮感知的重構(gòu)處理和視頻解碼之后，得到恢復(fù)的視頻信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其特征在于，所述步驟I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(shí)，需要進(jìn)行顏色模式轉(zhuǎn)換，把視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成YUV格式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其特征在于，所述步驟2包括: 步驟2-1，視頻壓縮的H.264視頻編碼方法； 步驟2-2，通過(guò)視頻幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼，利用視頻幀內(nèi)宏塊之間的空間相關(guān)性； 步驟2-3，再通過(guò)視頻幀間預(yù)測(cè)編碼，利用連續(xù)視頻幀間的時(shí)間相關(guān)性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償； 步驟2-4，然后進(jìn)行整數(shù)變換運(yùn)算； 步驟2-5，對(duì)視頻幀進(jìn)行量化； 步驟2-6，對(duì)視頻幀進(jìn)行熵編碼后，形成H.264處理后的壓縮編碼數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其特征在于，所述步驟3包括: 步驟3-1，對(duì)H.264視頻編碼后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，每次讀取一段長(zhǎng)度大小為NXN的視頻數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)大小為NXN的矩陣塊，采用基于行的轉(zhuǎn)換，讀取該視頻數(shù)據(jù)的前N個(gè)數(shù)值，將其存入矩陣塊的第一行，接著讀取下面的N個(gè)數(shù)值，存入矩陣塊的第二行，以此類推，最后的N個(gè)數(shù)值存入矩陣塊的最后一行； 步驟3-2，每次采用基于矩陣塊的觀測(cè)進(jìn)行壓縮感知的壓縮處理，為壓縮感知重構(gòu)端的重構(gòu)效率提供保障，也方便后續(xù)視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)傳輸， 步驟3-3，對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行稀疏變換，將每一個(gè)NXN的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行離散余弦變換，各子塊數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)稀疏變換獲得稀疏系數(shù)矩陣，由于稀疏系數(shù)矩陣具有稀疏性，可利用壓縮感知理論對(duì)其進(jìn)行壓縮， 步驟3-4，觀測(cè)矩陣測(cè)量:首先構(gòu)造一個(gè)大小為MXN的觀測(cè)矩陣，M = p*N，其中p為壓縮比且0〈ρ〈1，將觀測(cè)矩陣與上一步驟中所得到的稀疏矩陣相乘，這時(shí)將得到一個(gè)大小為MXN的觀測(cè)值矩陣，在3G網(wǎng)絡(luò)中，傳輸?shù)囊簿褪窃撚^測(cè)值矩陣的數(shù)據(jù)，因此經(jīng)過(guò)壓縮感知的壓縮過(guò)程之后將大大減少在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其特征在于，所述步驟4包括: 步驟4-1，將經(jīng)過(guò)H.264視頻編碼和壓縮感知壓縮處理之后的視頻流分別裝上實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP報(bào)頭、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議Μ)Ρ報(bào)頭和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IP報(bào)頭，利用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP傳送數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸； 步驟4-2，利用實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀況的監(jiān)測(cè)和已發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量和往返時(shí)延參數(shù)的計(jì)算工作，利用應(yīng)用層協(xié)議實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議RTSP建立并控制一個(gè)或多個(gè)時(shí)間同步的連續(xù)流媒體，實(shí)現(xiàn)流媒體的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其特征在于，所述步驟5: 步驟5-1，首先在接收端，接收到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IP數(shù)據(jù)包后按相反的順序?qū)?shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP報(bào)頭和視頻流數(shù)據(jù)提取出來(lái)，根據(jù)實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP報(bào)頭中的序列號(hào)將視頻流數(shù)據(jù)放入接收端緩存； 步驟5-2，從接收端的緩存內(nèi)讀取數(shù)據(jù)，進(jìn)行壓縮感知重構(gòu)，采用分段正交匹配追蹤StOMP算法，每次從壓縮后的MXN矩陣塊中讀取一列長(zhǎng)度大小為M的數(shù)據(jù)，與觀測(cè)矩陣相乘得到殘余相關(guān)性向量；然后通過(guò)設(shè)定閾值，每次從觀測(cè)矩陣中選取多個(gè)原子，形成一個(gè)初始的原子集合并用于更新支撐集；最后利用最小二乘法求得近似解，同時(shí)完成對(duì)余量的更新，此時(shí)檢查終止條件是否滿足，如不滿足則繼續(xù)循環(huán)進(jìn)行余量的更新和近似解的逼近，否則，所得的近似解就是對(duì)原始M個(gè)數(shù)據(jù)的重構(gòu)結(jié)果，長(zhǎng)度大小為N，最終完成從壓縮數(shù)據(jù)量MXN到原始數(shù)據(jù)量NXN的重構(gòu)，其中M遠(yuǎn)小于N，在保證重構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)，更快的完成壓縮感知重構(gòu)過(guò)程； 步驟5-3，讀取壓縮感知重構(gòu)之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行H.264視頻解碼，經(jīng)過(guò)此過(guò)程后將得到恢復(fù)的視頻信息，最后可將視頻信息以YUV格式存儲(chǔ)或者播放。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其特征在于，還包括:步驟6，反饋RTCP網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的參數(shù)，進(jìn)而自適應(yīng)調(diào)節(jié)視頻編碼速率和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其特征在于，所述步驟6: 步驟6-1，QoS反饋控制通過(guò)實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP的接收方報(bào)告來(lái)完成，反饋實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP反映的穩(wěn)定傳輸性能參數(shù)，根據(jù)這些反饋信息估計(jì)網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，再根據(jù)可用帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼的參數(shù)，根據(jù)RTCP反饋的丟包率、延時(shí)抖動(dòng)等信息調(diào)節(jié)編碼參數(shù)，如果丟包率或者延時(shí)較大，即網(wǎng)絡(luò)狀況不好時(shí)，這時(shí)選擇較大的壓縮比例，減少網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞的狀況，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況較好時(shí)，調(diào)整編碼參數(shù)，降低壓縮比例，給終端提供較好的畫質(zhì)服務(wù)質(zhì)量；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況較差時(shí)，提高壓縮比例，使發(fā)送碼率小于網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，從而保證傳輸?shù)腝oS。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于壓縮感知的3G視頻傳輸方法，其特征在于，所述穩(wěn)定傳輸性能參數(shù)為延時(shí)抖動(dòng)、丟包率。
10.一種基于壓縮感知的3G視頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括:攝像頭，音頻視頻采集A/D轉(zhuǎn)換模塊，音視頻編解碼模塊，壓縮感知模塊，存儲(chǔ)器，顯示裝置，數(shù)據(jù)流服務(wù)器； 攝像頭連接音頻視頻采集A/D轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)輸入端，所述音頻視頻采集A/D轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)輸出端連接音視頻編解碼模塊和壓縮感知模塊，所述音視頻編解碼模塊和壓縮感知模塊連接存儲(chǔ)器、USB接口、網(wǎng)口，通過(guò)USB接口連接3G網(wǎng)絡(luò)，所述3G網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)流服務(wù)器，所述數(shù)據(jù)流服務(wù)器通過(guò)EI網(wǎng)絡(luò)連接視顯示裝置。
【文檔編號(hào)】H04N21/6437GK103957389SQ201410200160
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】唐朝偉, 王雪鋒, 段利超, 李彥 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)