面向无线多媒体传感器网络的图像编码压缩与传输研究

摘要

作为一种新型的区域观测技术，无线多媒体传感器网络(WMSN)获得了国内外研究者的高度关注。在密集部署的无线多媒体传感器网络中，不同的相机节点所观察到的视觉信息存在较大的冗余和空间相关性。受到能量和通信带宽资源的限制，无线多媒体传感器网络需要以一定的服务质量实现多媒体内容的压缩，然后以较低通信量进行数据传输。本文针对无线多媒体传感器网络，研究和解决图像压缩编码、信息传输以及相邻节点的图像缝合等问题。 总结国内外研究现状的基础上，本文阐述了多媒体传感器网络节点系统架构设计的软件和硬件部分。硬件部分实现了基于DM6437的嵌入式平台设计方案，分析了DM6437的硬件资源和性能特点，实现了图像的采集与Zigbee数据传输。软件部分阐述了集成开发环境，研究了图像采集机制以及图像的压缩编码。 在无线多媒体传感器网络带宽有限的前提下，本文阐述了JPEG压缩编码的原理与应用，对JPEG压缩编码过程中DCT变换（计算量最大的部分）进行改进优化，对量化表进行了深入分析，研究了量化系数对图像的影响。根据信噪比参数指标选出最优的JPEG压缩编码参数，对已压缩为JPEG图片进行重构，在信噪比不小于33的情况下，图像的压缩比进一步提高了2.97倍。为了提高节点的数据处理效率，本文对嵌入式平台代码和实时性进行了优化，大幅度提高了DSP的执行效率。 针对无线多媒体传感器节点存在交叠区域的实际情况，本文提出结合节点感知模型和相机的部署计算节点之间图像的空间相关性，用来描述感兴趣区域中相机所监测到的视觉信息相关特征。提出了基于信息熵分析的框架，衡量由WMSN网络中多个相机提供的视觉信息。同时，根据相关性函数和信息熵的框架，对采集图像的节点进行选择。在此基础上，利用空间几何关系对相邻WMSN节点的图像进行缝合。 最后，对次课题的研究进展工作进行总结，并展望了下一步的研究工作。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题来源与其背景及意义

1．1．1课题背景

1．1．2课题研究的目的

1．1．3课题研究的意义

1．2 WMSN的数据压缩编码与传输

1．2．1 WMSN阐述

1．2．2基于有限带宽的多媒体数据压缩及传输

1．3国内外现状与发展趋势

1．3．1无线多媒体传感器网络的研究现状

1．3．2 WMSN图像处理技术的研究现状

1．4主要研究内容与章节安排

第2章多媒体传感器节点的系统设计

2．1 WMSN节点系统架构设计

2．1．1系统架构设计

2．1．2核心处理单元DM6437

2．1．3基于Zigbee的数据通信

2．1．4 CCS集成开发环境

2．2 WMSN节点的DSP软件设计与实现架构

2．2．1图像采集机制

2．2．2图像压缩编码单元

2．3多媒体传感器节点的硬件系统构建

2．3．1嵌入式核心系统

2．3．2数据采集模块

2．3．3无线通信模块

2．4本章小结

第3章JPEG编码算法的研究与改进

3．1 JPEG编码原理与应用

3．1．1JPEG编码简介

3．1．2基于DM6437的JPEG压缩编码

3．2低复杂度JPEG压缩编码

3．2．1 DCT变换的改进

3．2．2量化表的优化选取

3．3低复杂JPEG压缩编码仿真实验与分析

3．4基于DM6437处理器的算法改进与优化

3．4．1基于DSP的JPEG压缩编码算法的改进

3．4．2系统代码的优化

3．5本章小结

第4章基于空间相关性模型的图像缝合

4．1空间相关性概述

4．2面向视觉信息的空间相关性

4．2．1传感器模型

4．2．2系统模型

4．2．3投影的几何结构

4．2．4相关性研究

4．3存在相关性的多节点联合效应

4．3．1基于熵的方法

4．3．2两个相机的联合熵

4．3．3多个相机的联合熵

4．3．4相机选择算法

4．4图像缝合

4．5本章小结

5．1总结

5．2展望

参考文献

致谢

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