CN104506874A - 一种关键帧传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种关键帧传输方法，属于无线多媒体传感器网络技术领域。该方法包括以下步骤：步骤一：路由端进行网络传输环境的判断，并制定一个阀值，以此来判断网络传输环境是否畅通；步骤二：如果根据阀值判定该网络传输环境是不畅通的，则传输比特信息回编码端，告知此时网络传输环境是比较尖锐，要求编码端进行编码方式的改变；步骤三：编码端根据传回的比特信息进行编码方式的改变，即将DCT后的信息进行高低频带的划分，然后将高频带部分进行删除只保留低频带部分，然后再进行编码传输。本方法解决了因网络传输环境尖锐导致关键帧传输出现问题进而影响解码端画面无法解码恢复的问题，可以应用于无线多媒体传感器网络，取得较好的传输结果。

Description

一种关键帧传输方法

技术领域

本发明属于无线多媒体传感器网络技术领域，涉及一种改进的关键帧传输方法。

背景技术

随着信息技术的不断发展进步，人们对多媒体信息的需求也越来越大，这使得无线多媒体传感器网络具有越来越广泛的应用前景，例如，它在智能交通、环境监控、人员追踪、工业控制等领域的应用。

无线多媒体传感器网络(WMSN)是在无线传感器网络(WSN)的基础上引入图像、声音、视频等多媒体信息感知处理功能的一种新型传感器网络。在WMSN中要求视频传感器节点的编码器功耗低、复杂度低，而且要求编码器具有较高的压缩效率。传统的视频编码标准(如MPEG、H.26x)在编码端采用了高复杂的运动估计和运动补偿技术，使得编码的复杂度往往是解码的5～10倍，因此传统的视频编码方案不在使用WMSN的应用场合。基于Slepian-Wolf和Wyner-Ziv理论的分布式视频编码(distributed video coding，DVC)作为一种全新的视频编码框架，具有编码简单、解码复杂的特点，将遍码端的复杂度转移到了解码端，从而适用于电源电量、存储能力、运算能力和通信能力受限的无线多媒体传感器网络。

在现有的变换域Wyner-Ziv视频编码中，视频序列被分成为关键帧(K帧)和非关键帧(W帧)两部分，其中关键帧周期性的插入取决于GOP(Group of Pictures)大小。目前比较典型的分布式视频编码方案有斯坦福大学的Aaron等人提出的像素域Wyner—Ziv分布式视频编解码方案、基于变换域的Wyner—ziv分布式视频编解码方案、加州伯克利分校的Puri的研发小组开发的PRISM分布式视频编解码系统以及欧洲联盟IST FET程序项目组的DIS—COVER_1。本思想是在变换域Wyner—Ziv视频编解码方案的基础上提出了一种基于频带划分的关键帧编码模式的选择方法。

由研究可知，关键帧的作用至关重要，它决定着图像能否恢复以及回复的质量。

但是在网络传输环境比较尖锐的情况下，关键帧的传输会受到比较大的影响，从而使得视频会出现中断的现象，进而给观看者带来不便。在人们日常观看影视作品时，如果突然某时刻的影像出现中断，人们往往难以接受，但是如果仅仅是影像某时刻出现模糊的现象，人们在主观上还是能够接受的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种关键帧传输方法，该方法能够在网络传输环境比较尖锐的情况下，通过路由传回的控制信息，在编码端选择新的编码方式，即先经过DCT变换，再进一步进行高低频的划分，然后去掉能量较小的高频部分，最后在进行编码传输，这样就会使得关键帧编码后的数据量减小，进而减小网络的传输流量，使得关键帧能够及时传输到解码端，能够保证视频的流畅性，而不至于使得视频画面因为某个关键帧的传输困难而断掉。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种关键帧传输方法，包括以下步骤：

步骤一：路由端进行网络传输环境的判断，并制定一个阀值，以此来判断网络传输环境是否畅通；

步骤二：如果根据阀值判定该网络传输环境是不畅通的，则传输比特信息回编码端，告知此时网络传输环境是比较尖锐，要求编码端进行编码方式的改变；

步骤三：编码端根据传回的比特信息进行编码方式的改变，即将DCT后的信息进行高低频带的划分，然后将高频带部分进行删除只保留低频带部分，然后再进行编码传输。

进一步，在步骤一中，阀值的设定根据网络环境，即当时路由传输数据量的大小来设定，结合最高峰时传输量、最低谷时传输量和各个时间段的不同传输情况来确定。

进一步，在步骤三中，将关键帧进行DCT变换后，进行高低频的划分，由于此时关键帧的主要能量都集中在低频部分，所以选择合适的阀值来划分高低频将会直接影响解码后的图像质量，此时阀值的设置根据指标峰值信噪比(PSNR)，其数学公式如下：

$\mathrm{PSNR}=10\×{\log }_{10}\left(\frac{{(2^n-1)}^2}{\mathrm{MSE}}\right)$

其中，MSE是原图像与处理图像之间的均方误差，PSNR的单位是dB，即PSNR值越大，就代表失真越小。

本发明的有益效果在于：本发明提供的改进的关键帧传输方法在一定程度上解决了因网络传输环境尖锐导致关键帧传输出现问题进而影响解码端画面无法解码恢复的问题，可以应用于无线多媒体传感器网络，并且得到较好的传输结果。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本发明所述方法的流程示意图，如图所示，本发明提供的一种改进的关键帧传输方法，包括以下步骤：步骤一：路由端进行网络传输环境的判断，并制定一个阀值，以此来判断网络传输环境是否畅通；步骤二：如果根据阀值判定该网络传输环境是不畅通的，则传输比特信息回编码端，告知此时网络传输环境是比较尖锐，要求编码端进行编码方式的改变；步骤三：编码端根据传回的比特信息进行编码方式的改变，即将DCT后的信息进行高低频带的划分，然后将高频带部分进行删除只保留低频带部分，然后再进行编码传输。

具体来说：

在步骤一中，阀值的设定根据网络环境，即当时路由传输数据量的大小来设定，结合最高峰时传输量、最低谷时传输量和各个时间段的不同传输情况来确定。

在步骤二中，建立回传机制肯定会加大网络的延迟，因此，在传回控制信息是只选择网络环境已经达到或者超过阀值所限定的数值是才回传一个比特位的控制信息，这样就可以尽可能的减小回传机制给网络能带来的延迟。

在步骤三中，将关键帧进行DCT变换后，进行高低频的划分，由于此时关键帧的主要能量都集中在低频部分，所以选择合适的阀值来划分高低频将会直接影响解码后的图像质量，此时阀值的设置根据指标峰值信噪比(PSNR)，其数学公式如下：

$\mathrm{PSNR}=10\×{\log }_{10}\left(\frac{{(2^n-1)}^2}{\mathrm{MSE}}\right)$

其中，MSE是原图像与处理图像之间的均方误差，PSNR的单位是dB，即PSNR值越大，就代表失真越小。

在步骤三中，高低频带的划分至关重要，在本实施例中，将关键帧进行4*4的DCT后，得到的关键帧系数带如下所示：

1	2	6	7
				3	5	8	13
4	9	12	14
				10	11	15	16

其中，1位置DCT后的系数称为DC系数(直流系数)，其余15个位置的系数称为AC系数(交流系数)，而且经过DCT后，能量会主要集中在左上角的低频部分，因此如何划分高低频部分将对系统的性能有很大的影响，如果高频部分划分的少，对系统的流量改进就会没有明显的改善，如果高频部分划分的过多，将会直接影响解码后图像的质量。采用公式：

$\mathrm{PSNR}=10\×{\log }_{10}\left(\frac{{(2^n-1)}^2}{\mathrm{MSE}}\right)$

来粗略估计解码后的图形质量，其中，MSE是原图像与处理图像之间的均方误差，PSNR的单位是dB，即PSNR值越大，就代表失真越小。

以下是本实施例中，PSNR公式在仿真工具MATLAB中的一种简单实现过程：

function PSNR＝psnr(f1,f2)

％计算两幅图像的峰值信噪比，f1代表原图像，f2代表原图像经过压缩编码传输后解码的图像

k＝8；

％k为图像是表示地个像素点所用的二进制位数，即位深

fmax＝2.^k–1；

a＝fmax.^2；

e＝im2uint8(f1)-im2uint8(f2)；

[m,n]＝size(e)；

b＝mean(sum(sum(e.^2)))；

PSNR＝10*log10(m*n*a/b)；

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种关键帧传输方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：路由端进行网络传输环境的判断，并制定一个阀值，以此来判断网络传输环境是否畅通；

步骤二：如果根据阀值判定该网络传输环境是不畅通的，则传输比特信息回编码端，告知此时网络传输环境是比较尖锐，要求编码端进行编码方式的改变；

步骤三：编码端根据传回的比特信息进行编码方式的改变，即将DCT后的信息进行高低频带的划分，然后将高频带部分进行删除只保留低频带部分，然后再进行编码传输。

2.根据权利要求1所述的一种关键帧传输方法，其特征在于：在步骤一中，阀值的设定根据网络环境，即当时路由传输数据量的大小来设定，结合最高峰时传输量、最低谷时传输量和各个时间段的不同传输情况来确定。

3.根据权利要求1所述的一种关键帧传输方法，其特征在于：在步骤三中，将关键帧进行DCT变换后，进行高低频的划分，由于此时关键帧的主要能量都集中在低频部分，所以选择合适的阀值来划分高低频将会直接影响解码后的图像质量，此时阀值的设置根据指标峰值信噪比(PSNR)，其数学公式如下：

$\mathrm{PSNR}=10\×{\log }_{10}\left(\frac{{(2^n-1)}^2}{\mathrm{MSE}}\right)$

其中，MSE是原图像与处理图像之间的均方误差，PSNR的单位是dB，即PSNR值越大，就代表失真越小。