一种差分分布式压缩感知视频编解码器

分析了分布式信源编码理论和分布式压缩感知理论,应用差分编码思想到分布式压缩感知视频编解码器,采用差分联合稀疏模型(DJSM),设计并实现了一种差分分布式压缩感知视频编解码器(DDCS—VC);它具有结构简洁,实现复杂度较低,码流可分级传输等特点,可广泛应用与无线传感网或泛在网络中的多点分布式视频应用场合。

第l 9卷第 5 期

2 2 1 月 01 年 O

J URN ONGG O AL OF D UAN UNI RST OF T HNOL GY VE I Y EC 0

东 莞 理 工 学 院 学 报

V 11 N . 0 9 o5 .

Oc . t 2 2 01

种 差 分 分 布 式 压 缩 感 知 视 频 编 解 码 器

叶志申 张绍钧 李金徽 黄仁泰

53 7 ;2 2 70 .东莞万里集团有限公 司 ,广东 东莞 5 30 ;4 2 8 8 .东莞理工学 院 5 37 ; 2 7 0 5 30 ) 28 8

( .东莞市大朗供 电分局 ,广东东莞 1 3 .东莞理工学院

网络与教育技术 中心 ,广 东东莞

计算机学 院,广东东莞

摘要 :分析 了分布式信源编码理论 和分布 式压 缩感知理 论 ,应用差 分编码 思想到分布 式压缩 感知视频 编

解码 器 ,采 用 差 分 联 合 稀 疏 模 型 ( JM ) D S ,设 计 并 实现 了一 种 差 分 分 布 式 压 缩 感 知 视 频 编 解 码 器 ( D S D C—

V) C ;它具有结构简洁 ,实现 复杂度较低 ,码流 可分级传输 等特点 ,可广泛应 用与无线传 感 网或 泛在 网络 中

的 多 点分 布 式 视 频 应 用 场 合 。

关 键 词 :差 分 ;分 布 式 信 源 ;压 缩 感知 ;视 频 编 解 码 中 图分 类 号 :T 9 12 N 1. 2 文献 标 识 码 :A 文章 编 号 :10 0 1 (0 2 5— 0 6— 5 09— 3 2 2 1 )0 0 3 0

近 年来 ,可视移 动通 信终 端 、无 线视 频监 控和无 线摄像 机等 在无 线传 感 网或泛在 网络 正在逐 步 获得

广泛应用。在这些网络中,视频传感节点需要同时满足编码功耗低和压缩效率高的要求。这些视频应用

系统 的共 同特点就是 编码 设备 简单 、成本 低 、体积小 、重 量轻 以及 电池供 电等特 点 ,而且 计算 和存储 能 力 小 ,数量众 多 ,分 布 广泛 ,而解码 设备 资源 充足 ,数量 少而集 中 ,可 以提供 复杂 的计算 和较 大 的存 储 空 间 。近几 年 出现 了分 布式信 源编码 ,正 好解 决上述 部分 问题 。 分 布式压 缩感知 理论 ( C )是建 立在信 号群 的联 合稀疏 模 型 (S DS JM)基 础 上 ,其基 本 内容 有 :如

果多个信号都在某个基或者字典下稀疏 ,并且这些信号彼此有关 ,那么每个信号都能够通过利用另一个 不 相关 基 ( 一个 随机矩 阵 ) 进行 观 测 和编 码 ,得 到远 少 于信 号 长 度 的编 码 ;将 每个 编 码后 的少 量 数 如 据 传输 到解码 端 ,那么 在适 当 的条 件下 ( JM) 如 S ,解 码 端利 用 接收 到 的少 量观 测数

据 就 能够 精确 重 构 每一个信号。对于包含大量传感器节点的传感器网络或泛在网络,每个传感器都采集大量的数据 ,这些 数 据将 传输 到控制 中心 ,或在 各个 节点 之 间传 输 。显然 ,在这 种分 布式传 感器 网络 中,数 据传 输对 功耗 和带宽 的需 求非 常大 ,那么 ,如何 对分 布式 信 号进 行 压 缩 以减 少 通 信 压力 、提 高通 信 容 量 变得 非 常 紧

i 白。

1 分布式信源编码理论

分 布式 信源 编码 的理论基 础是 建立 在 s pa li e n—Wo 理 论 和 Wy e —Zv理 论基 础 上 的分 布 式信 源编 l f nr i

码 。17 93年 ,D.Sei l a p n和 J .Wo 提 出了离散 相关 信源压 缩定 理 ( .K l f 简称 Sein—Wof l a p l编码 ) ¨ 。该

定 理从 理论 上证 明 了无 损压缩 时 多个 相 关信 源 的独立 编 码 ( 合译 码 器 的复 杂 度增 加 ) 和联 合 编码 同 联

样 有效 。之 后 ,A.Wye 和 J i把 这个 定 理 推广 到 连续 信 源 ,研究 了联合 高斯 信 源 的有 损 编码 ,并 nr .Zv 给 出了率失 真 函数 ( 称 Wye —zv编码 ) 。Wye —zv编 码采 用 虚 拟 的信 道来 模 拟信 源 x和 边信 简 nr i J nr i

息 Y之 间 的相关性 ,将 分布式 信 源编码 与信道 编码 紧 密联 系起 来 ,具 有相 关性 的信 源 x和边 信 息 Y可

被 模 拟为虚 信道 的输 入和输 出 。它实 际上是一 种特 殊 的信道 编码 ,因此 可 以结 合使 用先进 的信 道 编码技 术 如 :Tro码和 L P ub D C码 等 ,从 而 使 编 解 码 器 的性 能 接 近 理 论 极 限 。分 布 式 信 源 编 码 的典 型 方 案 有

DI CUS_J S 3

,

Tro D C,嵌套 网格 量化 等 。DS U ub ,L P IC S方案使 用 网格 编码 调 制 的信 道码 来 分 割 信 源符 号

空间 ,构建出不同的陪集 ,发送各个信源符号所在的陪集序号作为编码信息发送到信道中。接收端根据

收 稿 日期 : 0 2—0 21 6—1 8

基 金 项 目 :东莞 市科 技 计 划 项 目 ( 0 10 123 ) 2 1 18 0 0 8 。

作者简介 :叶志申 ( 94 ) 17 一 ,男 ,广东东莞人 ,工程师 ,硕士 ,主要从事 电气 自动化 、信号处理研究 。

一种差分分布式压缩感知视频编解码器

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