[发明专利]分布式视频信源数据采集的优化传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种数据通信技术领域的方法，具体是一种分布式视频信源数据采集的优化传输方法。

背景技术

分布式信源编码利用了解码端的信源统计特性，使得大量的计算复杂度由传统压缩编码框架中的编码器端转移到了解码器端。应用于无损和有损分布式信源编码的Slepian-Wolf以及Wyner-Ziv理论证明了对于相关性信源的独立编码可以达到与联合编码一致的信息论边界。作为一种用于数据压缩的新的编码方式，分布式信源编码具有许多特点，例如非常低的编码复杂度、以及比特流的容错特性。这些特点使得分布式信源编码成为了无线通信邻域中许多重要应用的备选技术，包括移动视频手机、分布式摄像机、以及网络摄像编码器等。同时，分布式信源编码的基本原理以及分布式的特性还为无线传感器网络中数据获取、压缩、和通信提供了理想的框架。而分布式视频编码，如Wyner-Ziv编码、基于Wyner-Ziv的分布式多视视频编码等，则是分布式信源编码在视频编码领域的应用。

在无线视频传感器网络中，分布在一定区域中的各个无线视频传感器节点具有视频采集和处理功能，并且通过网络将所有视频传感器节点采集到的视频信息传输到汇聚节点(用户)以用于进一步的处理和决策。各视频传感器节点采集到的视频数据的相关性体现在被监测环境的时间和空间特征的相关性。因此，当各视频传感器节点在进行视频编码时，可以使用Wyner-Ziv视频编码技术，利用各节点摄像头采集到图像的空间相关性，以在保证相同视频质量的同时降低视频编码的码率，从而减小视频编码功耗和网络中数据的传输功耗。另一方面，网络编码技术的使用可以进一步地减小网络中数据传输的实际需求量，从而进一步降低网络的传输功耗。

对于资源受限的无线传感器网络而言，如何最大程度地延长网络的生存时间是一个很重要的问题。现在的流量控制方案通常假设传感器节点处的数据处理复杂度很低，因此不考虑节点处数据处理的功耗。然而，不同于传统的无线传感器网络，无线视频传感器网络的视频传感器节点在中继其它节点数据的同时，还需要对自己采集到的视频进行压缩编码，因此会导致较高的处理功耗。

此外，现有的有关无线视频传感器网络中数据采集的方案，仅仅单独考虑了网络生存时间最大化或者用户接收到整体视频质量最大化这两个互相冲突的目标中的一个，而没有将其结合起来考虑。

经过对现有技术的检索发现，Y.He等人在《IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology，May 2009，pp.704-718(电气电子工程师协会视频技术电路与系统学报，2009年5月，第704-718页)》上发表了文章“Distributed algorithms for network lifetime maximization in wireless visual sensor networks(无线视频传感器网络中网络生存时间最大化的分布式算法)”，该文基于无线视频传感器网络中多信源的单播路由采集场景，通过功率-码率-失真模型引入传感器节点的视频编码功耗，提出了实现网络生存时间最大化的分布式算法。但是该文没有考虑利用网络中各节点间的相关性以降低视频编码的功耗，没有采用多路径路由以充分利用网络的带宽资源，以及忽略了对于采集到视频整体质量最小化的要求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种分布式视频信源数据采集的优化传输方法，针对多视几何分布下相邻节点间采集到视频的空间相关性，在传感器节点处采用分布式多视视频编码，为实现无线视频传感器网络的生存时间与用户接收到整体视频质量之间的最优平衡，提供一种完全分布式的速率分配算法，有效地利用了网络的带宽资源，并且通过多路径路由选择以及网络编码的引入，不仅提高了网络整体吞吐量，同时也降低了网络的传输功耗。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步，针对多视几何分布下的无线视频传感器网络特性，为了利用相邻节点间采集到视频的空间相关性，在无线传感器节点处采用分布式多视视频编码进行视频的采集；为无线视频传感器节点建立了视频编码的功耗模型，将每个节点处的视频帧序列分为关键帧和WZ帧，即Wyner-Ziv帧，并且分别建立了对应的功耗模型；

第二步，各视频传感器节点采集到的视频流经由多路径路由传输至多个汇聚节点时，在经过的各中继传感器节点处进行网络编码、无线链路的竞争以及数据的发送功耗和接收功耗优化以提高网络的吞吐量；