CN104904128B - 用于在电力线通信发送信道上发送视频数据的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

在电力线通信发送信道上发送视频数据的背景中，第一通信设备：获得(200)成一系列未压缩图像形式的视频数据；确定(601)发送信道的容量；对每个未压缩图像执行小波分解(602)，以获得具有不同分辨率的数据；基于确定的电力线通信发送信道的容量来压缩(609)每个小波分解的图像；以及执行每个压缩的图像至第二通信设备的以脉冲形式并通过展开的发送(611)以引入数据冗余，对于上述压缩的图像的每个数据项目来说，冗余率是基于上述视频数据项目的分辨率来限定的，具有最低分辨率的数据的冗余大于任何其他分辨率的数据的冗余。第一通信设备还发送(608)速度图，使得第二通信设备能够应用图像增强操作。

Description

用于在电力线通信发送信道上发送视频数据的方法和系统
技术领域
本发明涉及在电力线通信发送信道上发送视频数据。
背景技术
尤其是安装在住宅房屋中的视听系统通常是基于一个或多个视听内容源设备以及一个或多个视听内容接收器设备。这种源设备例如蓝光(注册商标)播放器或者机顶盒。这种接收设备例如是高清电视(HDTV)或者硬盘驱动。为了使视听内容能够进行发送以及为了使得能够将这些视听内容实时解码，源设备通常通过例如HDMI(高清多媒体接口)类型的专用线缆连接至接收设备。这导致越来越多的线缆用于这些视听系统，引起了空间以及安装复杂的问题。
用于消除这些线缆的第一方法是在源设备和接收器设备之间使用无线链路。为了发送高清视听内容，已经开发了无线HD(注册商标)技术。该技术是基于约60GHz频带的数据发送，并且能够在约10米的距离上获得约4Gbps的理论比特率。这种距离肯定足够用于使用视听系统，但使用这种频段具有对遮蔽敏感的缺陷，即使射束形成技术能够在安装灵活性方面具有好处。换句话说，如果障碍物物理地安置在无线通信路径上，那么会极大地降低数据发送容量，或者甚至不存在数据发送容量。
因为源设备以及接收器设备已经连接至电网络以供给有电能量，所以一种方法可以是使用电网络作为发送信道。诸如家庭插电联盟公开的HomePlug(注册商标)说明的技术使得能够使用电网络作为发送信道来发送数据。但是，基于OFDM(正交频分复用)的这类技术允许的理论比特率在SISO(单输入单输出)类型的发送信道上约为500Mbps或者在MIMO(多输入多输出)类型的发送信道上甚至为1至2Gbps。但是，在传输未压缩高清或甚至超高清视频数据的情况下，在2.0版本的说明书中，关于HDMI的比特率为3至18Gbps。为了利用用于电力线通信的当前发送技术来发送这些数据，高度压缩因此是必须的，这会对呈现给用户的视频数据的最终质量产生影响。
此外，当相同视听内容必须发送至具有不同分辨率的若干接收器设备时，用于电力线通信的当前发送技术需要发送与待支持的分辨率一样多的数据流。这涉及在电网络上共享带宽，这会放大压缩要求以及甚至更降低呈现给用户的视频数据的最终质量。
发明内容
期望的是克服现有技术的这些缺陷。尤其期望的是提供使得在电网络上发送的背景中能够增加体验质量QoE的解决方案。还期望的是，提供这样的解决方案，虽然电网络上的发送是持续的，但是其使得例如根据家庭插电技术通过限制所导致的针对这些持续发送的紊乱能够实施这种发送。
本发明涉及用于在电力线通信发送信道上发送视频数据的方法，第一通信设备获得成一系列未压缩图像形式的视频数据，所述第一通信设备确定所述电力线通信发送信道的容量。所述方法使得所述第一通信设备执行以下步骤：对每个未压缩图像进行小波分解，所述分解能够获得不同分辨率的数据；根据确定的所述电力线通信发送信道的容量来压缩每个小波分解的图像；以脉冲形式并通过展开将每个压缩的图像发送至第二通信设备以引入数据冗余，对于所述压缩的图像中的每个数据项目，冗余率是根据所述视频数据项目的分辨率来限定的，具有最低分辨率的数据的冗余大于任何其他分辨率的数据的冗余。因而，通过适于所述电力线通信发送信道的容量的压缩和小波分解，结合根据视频数据项目的分辨率限定的以脉冲形式并通过展开的发送，提高了体验质量QoE。此外，以脉冲形式并通过展开的发送允许通过限制针对这些发送引起的紊乱使得在基于DM调制的发送的发送信道上的共存。最终，当视频数据与必须发送至具有不同分辨率的若干接收器设备的内容对应时，小波分解优化了带宽消耗。
根据具体实施方式，每个压缩的图像的数据的冗余率高于具有任何其他更高分辨率的压缩的图像的数据的冗余率。因而，小波分解中的分辨率越低，发送鲁棒性越高。
根据具体实施方式，第一通信设备执行以下步骤：通过基于两个接连图像之间的亮度直方图之差检测场景的改变，将一系列未压缩图像分割成未压缩图像序列。
根据具体实施方式，第一通信设备执行以下步骤：确定速度图，其中该速度图代表未压缩图像的像素至相同的未压缩图像序列中随后的未压缩图像的运动；将获得的速度图发送至第二通信设备。此外，第二通信设备执行以下步骤：根据经由电力线通信发送信道从第一通信设备接收的数据来重建未压缩图像；获得重建的图像的序列分割；基于所述速度图通过图像间插值来应用图像增强操作，所述图像间插值用于重建的图像的至少一个序列。因而进一步提高了体验质量QoE。
根据具体实施方式，所述小波分解是二代小波分解，在用于所述重建的图像的序列的所述图像增强操作中，所述第二通信设备对小波的二维分量应用二阶时间滤波。因而进一步提高了体验质量QoE。
根据具体实施方式，所述第一通信设备执行以下步骤：为每个未压缩图像的每个像素，确定相对于相邻像素的第一反差值；将确定的所述第一反差值发送至所述第二通信设备。此外，所述第二通信设备执行以下步骤：为每个重建的图像的每个像素，确定相对于相邻像素的第二反差值；比较所述第二反差值与所述第一反差值；根据所述比较来判断是否应用所述图像增强操作。因而改善了第二通信设备对处理资源的使用。
根据具体实施方式，为了确定所述速度图，所述第一通信设备执行以下步骤：确定用于第一分辨率水平的运动向量；以及通过在确定用于所述第一分辨率水平的所述运动向量周围应用裕量，确定搜寻区域，以在比所述第一分辨率水平高阶的第二分辨率水平应用宏块匹配算法。因而速度图的确定降低了复杂度。
根据具体实施方式，为了确定所述速度图，所述第一通信设备对每个分辨率水平的每个子带应用绝对差之和算法，以及对于每个分辨率水平，根据对所述分辨率水平的每个子带应用所述绝对差之和算法的结果来确定速度图。通过考虑了所述分辨率水平的所有子带，提高了由第二设备重建的图像的质量。
根据具体实施方式，对于每个分辨率水平，加权系数应用至对所述分辨率水平的每个子带应用的所述绝对差之和算法的结果，所述加权系数限定为在通过所述电力线通信发送信道的容量实现的比特率约束下使残余失真度量最小化。因而能够找到最佳速率/失真的权衡。
根据具体实施方式，当在所述速度图中运动向量为使得所述运动向量的分量的绝对值之间的最小值高于第一预定阈值时，所述第一通信设备认为所述运动向量等于与相机运动补偿关联的运动向量。因而，可通过不考虑因绝对差之和算法导致的任何偏差来减少速度图的信号使用。
根据具体实施方式，当在所述速度图中运动向量为使得所述运动向量的分量的绝对值之和低于第二预定阈值，所述第一设备认为所述运动向量等于与相机运动补偿关联的运动向量。因而可减少速度图的信号使用。
根据具体实施方式，所述第一通信设备相对于与所述相机运动补偿关联的所述运动向量将所述速度图差分地编码。因而减少了发送所述速度图所需的发送信道资源。
根据具体实施方式，所述第一通信设备执行的小波分解和压缩是基于JPEG2000类型的编码链。
根据具体实施方式，所述第一通信设备执行的以脉冲形式并通过展开的发送是基于I-UWB类型的发送链。
根据具体实施方式，所述I-UWB类型的发送链包括LDPC类型的编码器，以降低数据冗余。
本发明还涉及用于在电力线通信发送信道上发送视频数据的系统，所述系统包括至少一个第一通信设备，第一通信设备包括：用于获得成一系列未压缩图像形式的视频数据的装置；以及用于确定所述电力线通信发送信道的容量的装置。所述系统为使得所述第一通信设备还包括：用于对每个未压缩图像执行小波分解从而使得能够获得具有不同分辨率的数据的装置；用于根据所述电力线通信发送信道的给定容量来压缩每个小波分解的图像的装置；用于以脉冲形式并通过展开来发送每个压缩的图像以引入数据冗余的装置，对于所述压缩的图像中的每个数据项目，冗余率是根据所述视频数据项目的分辨率来限定的，具有最低分辨率的数据的冗余高于任何其他分辨率的数据的冗余。
本发明还涉及计算机程序，其可存储在介质上和/或从通信网络下载，以由处理器读取。该计算机程序包括用于当由处理器实施该程序时实施上文提到的任何方法的指令。本发明还涉及包括这种计算机程序的存储装置。
附图说明
通过阅读结合附图给出的示例性实施方式的以下描述，本发明的上述及其他特征将更清楚地呈现，在附图中：
-图1A示意性示出了可实施本发明的系统；
-图1B示意性示出了图1的系统的通信设备的硬件架构的示例；
-图2示意性示出了根据本发明的视频数据发送算法；
-图3示意性示出了小波分解；
-图4A示意性示出了JPEG2000编码链；
-图4B示意性示出了JPEG2000解码链；
-图5A示意性示出了I-UWB发送链；
-图5B示意性示出了I-UWB接收链；
-图6示意性示出了基于JPEG2000编码链和I-UWB发送链的视频数据发送算法；
-图7示意性示出了基于JPEG2000解码链和I-UWB接收链的视频数据接收算法。
具体实施方式
图1A示意性示出了可实施本发明的系统。图1A的系统包括视频数据源设备101。由源设备101供给成一系列未压缩图像形式的视频数据。图1A的系统还包括视频数据接收器设备104，其旨在接收由源设备101供给的视频数据。
为了使接收器设备104能够接收由源设备101供给的数据，图1A的系统还包括两个通信设备102、103，其适于实施电力线通信，如下文参照图5A和5B所描述的。电线的一部分因此将通信设备102、103分离并提供电力线通信发送信道。通信设备还适于对由源设备101所供给的视频数据实施小波分解，如下文参照图3、4A和4B所描述的。
源设备101经由链路连接至通信设备102，其中该链路适于发送成一系列未压缩图像形式的数据。同样地，接收器设备104经由链路连接至通信设备103，其中该链路适于发送成一系列未压缩图像形式的数据。例如，可使用HDMI类型的链路。在变型实施方式中，一方面源设备101和通信设备102以及另一方面接收器设备104和通信设备103可分别实施在同一壳体中或者甚至在同一印刷电路板上，上述链路于是为上述印刷电路板的轨道。
图1B示意性示出了通信设备102、103的硬件架构的示例。每个通信设备102、103包括由通信总线120连接的以下部件：处理器或者CPU(中央处理单元)110；随机存取存储器(RAM)111；只读存储器(ROM)112；储存单元或者储存媒介读取器，诸如SD(安全数字)卡读取器113；第一接口114，用于与源设备101或者接收器设备104进行通信；以及第二接口(未示出)，用于实施电力线通信。
处理器110能够执行从ROM112、外部存储器(未示出)、储存媒介或者通信网络加载在RAM111中的指令。当通信设备102、103被供能时，处理器110能够从RAM111读取指令并且执行指令。这些指令形成了计算机程序，该计算机程序导致通过处理器110执行所有或者一些下述的处理链、算法以及步骤。所有或者一些下述的处理链、算法以及步骤可通过由可编程机器(如DSP(数字信号处理器)或者微控制器)执行指令组而以软件形式实施，或者通过机器或者专用部件(如FPGA(现场可编程门阵列)或者IC(专用集成电路))以硬件形式实施。
图2示意性示出了根据本发明的视频数据发送算法。
在步骤200，通信设备102获得由源设备101所供给的、成一系列未压缩图像形式的视频数据。
在后续步骤201中，通信设备102确定电力线通信发送信道的容量。
在后续步骤202中，通信设备102执行图像的小波分解。下面参照图3来描述小波分解。进行小波分解能够获得代表各分辨率水平的数据。因而，对应于小波分解图像的相同数据流可发送至具有各自的不同的分辨率的多个接收器设备。因此改善了发送带宽的管理。此外，考虑到现在的源设备，其通常进行根据H.264格式的视频数据的解压，如例如利用BlueRay(注册商标)播放器或者DVB-T(数字视频广播–地面)解码器那样。这种解压因引入伪数据而导致了质量损失。如果通信设备102使用了根据H.264格式的压缩，这将导致在接收器设备104处放大这些伪数据。
在后续步骤203中，通信设备102根据确定的电力线通信发送信道的容量来执行每个小波分解图像的压缩。
在后续步骤204中，通信设备102以脉冲形式并通过展开执行每个压缩的图像的发送。所应用的展开是根据讨论中的每个子带的小波分解的水平来限定的。向与分辨率低于另一子带的分辨率相对应的每个子带应用比上述另一子带更鲁棒的展开。因而具有最低分辨率的子带受益于最鲁棒的展开，这样目的在于确保接收器设备104在发送信道有干涉的情况下总是能够显示视频数据，即使这些视频数据的质量低于接收器设备104的分辨率。这样目的还在于确保当具有不同分辨率的多个接收器设备接收视频数据流时，这些设备中的每个均可显示视频数据。此外，在10米的最大距离上，OFDM解调器将以脉冲形式并通过展开的发送认为是白噪音。
下文参照图6和图7描述了使用如ISO/IEC15444限定的根据JPEG2000标准的小波分解以及超宽带(UWB)上成脉冲形式的发送的实施方式。
图3示意性示出了小波分解。该例示的情形考虑了图像分离地三水平分解成子带，从而导致生成十个子带。
该分解包括在低频和高频的空间子带中在两个方向上过滤图像的信号。由连续的通过来应用滤波，以将图像的信号分解成若干分辨率水平(此处为三个)的子带。
第一滤波是在第一方向(例如，水平)通过带通滤波器或者带通滤波器与高通滤波器的组合来执行的。在通过抽取器两次之后，所得到的滤波信号接着在第二方向(例如，竖直)进行滤波。每个所得到的信号再次通过抽取器两次。于是获得了四个子带321、322、323、324，其对应于分解中的最高分辨率水平。图3的左侧部分示出了第一分解通过的结果。子带321包括在图像信号的两个方向上的低频分量。通过小波分解通过所得到的子带321表示为子带PB。子带322包括在图像信号的第一方向上的低频分量和在图像信号的第二方向上的高频分量。由小波分解通过产生的子带322表示为子带V。子带323包括在第一方向上的高频分量和在第二方向上的低频分量。通过小波分解通过所得到的子带323表示为子带H。最终，子带324包括在两个方向上的高频分量。通过小波分解通过所得到的子带324表示为子带D。
对子带321执行第二通过，从而以相同方式供给具有分解中的中间分辨率水平的四个子带。
最终，对包括该中间分辨率的图像信号的两个方向上的低频分量的子带执行第三通过，从而以相同方式供给具有分解中最低分辨率水平的四个子带。图3的右侧部分示出了第一分解通过的结果。子带312、313、314由第二通过得到，子带301、302、303、304由第三通过得到。子带301因此包括具有分解中最低分辨率的图像信号的两个方向上的低频分量。
图4A示意性示出了JPEG2000编码链。
成一系列未压缩图像形式的视频数据首先送入初步处理单元401。该初步处理可包括将每个未压缩图像的像素值转换为带符号的值。该初步处理还可包括从RGB色彩空间通过到YUV色彩空间，这更适于数据压缩，因为三个分量YUV相关性较低。
然后处理后的视频数据送入小波转换单元402，其原理已经在上文参照图3进行了描述。多贝西(Daubechies)小波优选用于其增加的性能。
然后通过小波转换所得到的视频数据送入基于死区均匀标量量化器的量化单元403，低于预定阈值的、通过小波转换所得到的系数设定为零。
然后量化的视频数据送入熵编码单元404。然后视频数据送入比特率分配单元405，其中比特率分配单元405使得由熵编码所导致的视频数据能够转化为成包的形式，每个包对应于图像的分量的分辨率水平的层。
然后成包的形式的视频数据送入帧组织单元406，从而将包一个接一个地排序。
图4B示意性示出了JPEG2000解码链，其目的在于执行与上文中参照图4A描述的JPEC2000编码链相反的操作。
由帧组织单元406生成的、成包的形式的视频数据送入用于解码包头部以及用于解析包的单元411。
从包提取的视频数据然后送入熵解码单元412，其中熵解码单元412执行与熵编码单元404相反的操作。通过熵解码器所得到的视频数据然后送入相反量化单元413，然后送入相反小波转换单元414，其中相反量化单元413和相反小波转换单元414分别执行与量化单元403以及小波转换单元402相反的操作。
通过相反小波转换所得到的视频数据然后送入后处理单元415，其中后处理单元415执行与初步处理单元401相反的操作。
图5A示意性示出了在视频数据发送的背景下实施的I-UWB(脉冲UWB)发送链。
准备好进行发送的视频数据通过展开送入信道编码单元501，从而对送入的视频数据引入冗余。用于每个视频数据项目的冗余率是根据该视频数据项目所属的分解水平(即分辨率)限定的。更高的冗余率供给至具有最低分辨率的视频数据。
所应用的信道编码优选是LDPC(低密度奇偶校验)类型，因而将视频数据乘以二进制矩阵，从而引入的冗余使得能够检测和校正由受脉冲噪音影响的电力线通信发送信道所导致的错误。使用LDPC类型的信道编码相比于FEC(前向纠错)类型的其他系统(例如，Viterbi或者Reed-Solomon类型)消耗较少能量。
通过信道编码所得到的视频数据然后送入比特交织器502，以改善由电力线通信发送信道所导致的错误的分布均匀性。
交织的视频数据然后送入脉冲调制单元503。优选地，脉冲调制单元503实施DS-UWB(直接序列UWB)类型的直接序列展开。可参考文献“Performance Evaluation andComparison of Different Modulation Schemes for UWB Multiaccess Systems”，Durisi和Benedetto，IEEE International Conference on Communications，2003年5月，其中估计并比较了各种类型UWB调制的性能。
在每个代码字表示送入的视频数据项目的情况下，与电脉冲形式进行了关联。优选与相位正交编码方案QPSK(正交相移键控)一起使用4GHz载波。
电脉冲然后送入电容耦合单元504，其中电容耦合单元504使得这些电脉冲能够送入通信设备102、103之间的电线部分。
图5B示意性示出了I-UWB接收链，其目的在于执行与上面参照图5A描述的I-UWB发送链相反的操作。
经由电容耦合单元511获得来自通信设备102、103之间的电线部分的电信号，使得能够消除与在电网络上通过的交流供电信号相关的低频分量。
获得的电信号然后送入所谓的AFE(模拟前端)滤波器512，使得能够获得与电力线发送对应的滤波电信号。滤波的电信号然后送入采样单元513。
获得的采样然后送入帧同步和信道估计单元514，其中帧同步和信道估计单元514用于根据期望脉冲的形式经由数字匹配滤波器515执行信道均衡。由单元514、515形成的组使得能够执行与脉冲调制单元503相反的操作。
滤波的采样然后送入比特解交织单元516，其中比特解交织单元516执行与比特交织单元502相反的操作。
解交织的采样然后送入信道解码单元517，其中信道解码单元517执行与信道编码单元501相反的操作。
图6示意性示出了基于参照图4A呈现的JPEG2000编码链和参照图5A呈现的I-UWB发送链的视频数据发送算法。
在步骤601中，通信设备102获得成一系列未压缩图像形式的视频数据。
在后续步骤602中，通信设备102执行图像序列分割。也就是说，通信设备102形成图片组GOP。基于接连图像的亮度直方图的比较，通过检测场景的改变来执行该图像序列分割。在两个接连图像之间，通信设备102为上述接连图像中的每个确定亮度直方图。通信设备102然后为每个亮度值确定接连图像之间的直方图差。通信设备102然后确定这些亮度差的欧几里得范数。如果该欧几里得范数大于预定阈值S，则通信设备102认为上述接连图像属于同一图片组GOP；否则通信设备102认为上述接连图像不属于同一图片组GOP。使用欧几里得范数遮掩了与相同场景内的移动相关的亮度变化。
在后续步骤603中，通信设备102为每个图像的每个像素确定相对于其相邻像素的反差值C。对于每个图像，通信设备102确定构成该图像的像素的反差值的平均值。
在后续步骤604中，通信设备102将确定的反差值C发送至通信设备103。
在后续步骤605中，通信设备102按以下方式来确定电力线通信发送信道的容量Cap：
其中，Bi代表由I-UWB发送的每个载波i占用的频段宽度，s(fi)/N(fi)代表用于载波频率fi的发送信道的信噪比。在由通信设备103测量信噪比之后，信息S(fi)/N(fi)可由通信设备102通过来自通信设备103的反馈获得。
通信设备102通过奈奎斯特准则如下这样推导可使用在发送信道上的理论比特率D：
其中，Vi代表价，其根据信噪比s(fi)/N(fi)对应于I-UWB调制效率的信息。
通信设备102可以对于理论比特率D采用例如3dB的裕量。
在后续步骤606中，如先前参照图3描述的那样，通信设备102对每个图像执行小波分解。
可实施二代小波分解。该操作称为提升并类似于空间插值处理，其单独进行(意思是先水平然后垂直)，并使用与小波相关的滤波器，以及图像被分解成各分辨率水平以实现二阶插值的事实。关于其基本原理，应用至1D信号的提升方案可分解成三部分。首先，执行多相转换，以将信号分成分别由具有偶数索引和奇数索引的采样形成的两个单独的子组。然后，在更新操作之前应用预测，以生成细节信号以及近似信号。通常，该1D方法扩展到2D情形，单独地：在每个分辨率水平，提升操作应用至行然后应用至列，或者反之亦然，因而导致一个近似的子带以及水平地、竖直地和对角线地定向的三个细节系数的子带。可参考以下文献中描述的Wim Sweldens的工作“The lifting scheme:A Construction of SecondGeneration Wavelets(提升方案：二代小波的构建)”，Society for Industrial andApplied Mathematics(SIAM)，SIAM Journal on Mathematical Analysis，Volume29Issue 2,1997,pages511-546。
在后续步骤607中，通信设备102基于在步骤602确定的图片组GOP来确定速度图。这些速度图代表像素在同一图像序列中从一个图像至后续图像的移动。
为此，通信设备102使用图片组GOP中的第一图像作为参考图像(通常称为“关键帧”)。通信设备102然后将参考图像分割为称为“宏块”的方块。通信设备102然后通过应用块运动补偿原理在每个宏块内执行移动估计。对于图片组GOP中参考图像之后的每个图像，通信设备102使用移位图像窗口差原理确定由运动向量表示的块预测。用于图片组GOP中参考图像之后的每个图像的所有运动向量形成速度图。通过插值可获得小于一个像素的精度，以生成子像素速度图，从而通过求解光学流方程改进了移位图像窗口差的结果。换句话说，通信设备102通过考虑到图像点的光强度或者其色彩在其从图片组GOP中一个图像运动至另一图像期间被维持的情况来执行插值。
在变型实施方式中，通信设备102使用图片组GOP中的第一图像作为参考图像以及后续图像。为了获得能够适用于各分辨率水平的运动向量的估计，通信设备102获得根据各分辨率水平的上述图像中的每个，这些分辨率水平与由上文参照图3描述的小波分解所代表的分辨率水平相同。通信设备102可通过从上述图像开始并以基本均匀分配的方式删除上述图像中的像素来获得根据各分辨率水平的这些图像。通信设备102然后每分辨率水平对上述图像进行比较分析。通信设备102然后将处于最低分辨率水平的参考图像分割成称为“宏块”的方块。
通信设备102然后优选通过绝对差之和(SAD)算法在处于最低分辨率水平的后续图像中以及在子带PB中，搜寻用于参考图像的每个宏块的匹配宏块。通信设备102因而确定运动向量以根据参考图像重新构成后续图像，用于最低分辨率水平。常规方法可以包括对每个分辨率水平应用相同的过程。有利地提出了再次使用为最低分辨率水平确定的运动向量来确定用于至少一个更高分辨率水平的运动向量。通信设备102然后将处于高于最低分辨率水平的分辨率水平的参考图像分割成宏块。通信设备102然后根据为处于最低分辨率水平的上述宏块所确定的运动向量，为每个宏块在相同分辨率水平和在子带PB中确定后续图像中的受限搜寻区域。通信设备102通过在从上述宏块的位置应用的运动向量周围应用裕量，来确定受限搜寻区域。上述裕量优选是定制化的，以及可通过实验测试或现场地确定。于是更快地发现上述匹配宏块。上述原理能够自最低分辨率水平开始接连应用，直到最高分辨率水平。
在另一具体实施方式中，通信设备102利用小波分解的图像以改进用于每个分辨率水平的该速度图。当在每个低频子带(例如图3中的子带301和321)上应用SAD算法因在视频图像序列的小波分解的背景中进行运动估计而著名时，此处提出的是对每个分辨率水平的每个子带应用SAD算法，以及根据对每个分辨率水平的每个子带应用SAD算法的结果来确定用于每个分辨率水平的速度图。通过考虑了上述分辨率水平的所有子带改善了由通信设备103重建的图像的质量。
通信设备102然后依靠SAD算法在子带PB中和在最低分辨率水平的后续图像中搜寻用于相同分辨率水平以及相同子带的参考图像的每个宏块的匹配宏块。对于子带PB中和在最低分辨率水平的后续图像的每个宏块，通信设备102然后获得结果SAD_PB1(i,j)，其中(i,j)再代表讨论中的宏块的位置。通信设备102对最低分辨率水平的其他的每个子带V、H和D也如此做，然后对于最低分辨率水平的后续图像中的每个宏块分别获得结果SAD_V1(i,j)、SAD_H1(i,j)和SAD_D1(i,j)。通信设备102然后对最低分辨率水平的后续图像中的每个宏块位置计算最终结果，使得：
SAD1(i,j)＝SAD_PB1(i,j)+α*SAD_V1(i,j)+β*SAD_H1(i,j)+γSAD_D1(i,j)
其中，α、β以及γ是大于0且小于1的加权系数。
换句话说，通信设备102根据应用至子带PB的SAD算法的结果来确定用于最低分辨率水平的后续图像中的每个宏块位置的值，其中应用至子带PB的SAD算法的结果与应用至子带V、H和D的SAD算法的结果的加权相加。通信设备102对每个分辨率都这样做，因而从最低分辨率水平开始到最高分辨率水平。为了确定限制搜寻区域，通信设备102可以应用上述机制。作为示例，考虑到小波分解导致三个分辨率水平，通信设备102确定以下值，相同的加权系数应用至每个分辨率水平：
SAD1(i,j)＝SAD_PB1(i,j)+α*SAD_V1(i,j)+β*SAD_H1(i,j)+γ*SAD_D1(i,j)
SAD2(i,j)＝SAD_PB2(i,j)+α*SAD_V2(i,j)+β*SAD_H2(i,j)+γ*SAD_D2(i,j)
SAD3(i,j)＝SAD_PB3(i,j)+α*SAD_V3(i,j)+β*SAD_H3(i,j)+γ*SAD_D3(i,j)
其中，为中间分辨率水平获得结果SAD_V2(i,j)、SAD_H2(i,j)和SAD_D2(i,j)，以及为最高分辨率水平获得结果SAD_V3(i,j)、SAD_H3(i,j)和SAD_D3(i,j)。
然后对于参考图像的每个宏块以及对于每个分辨率Z(上述示例中，Z＝1、2或3)，通信设备102在后续图像中搜寻使关注的值SAD’Z’(上述示例中，‘Z’＝1或者2或者3)最小化的宏块位置(i,j)。这对于每个分辨率以及对于参考图像的每个宏块给出了用于达到位置(i,j)的运动向量，其中位置(i,j)依靠应用至所述分辨率水平的SAD算法而获得。因此为上述分辨率水平获得的位置(i,j)与参考图像中对应宏块的位置之间的差为具有分量Vx以及Vy的运动向量。
速度图(即包含在速度图中的运动向量)然后可以依靠关于标记为CC的相机运动补偿的差分编码而被编码。相机运动补偿CC与最低分辨率水平的参考图像中的运动向量对应，其中该运动向量对应于SAD算法的保持结果，SAD算法的保持结果是用于上述分辨率水平的所有宏块的保持结果中最低的。
获得用于分量Vx以及Vy的值可以导致偏差，其中优选以下列方式考虑上述偏差。如果运动向量的分量Vx以及Vy是使得分量Vx的绝对值与分量Vy的绝对值之间的最小值大于预定阈值S1，则通信设备102认为存在偏差并且上述运动向量等于与相机运动补偿CC关联的运动向量。可现场地或通过实验测试来固定预定阈值S1。当速度图依靠差分编码相对于相机运动补偿CC进行编码时，通信设备102可以简化与该运动向量(“SKIP”模式)关联的信号使用，这降低了用于发送这些数据的带宽消耗，因为该差分编码会导致空值。如果速度图未依靠这种差分编码来编码的，则预定阈值S1的值可以根据相机运动补偿CC而调整。
为了进一步降低用于发送这些数据的带宽消耗，通信设备102可以认为：当运动向量的分量Vx以及Vy在相对于相机运动补偿CC差分编码之后是这样的，以使得分量Vx的绝对值和分量Vy的绝对值的和小于预定阈值S2时，运动向量为空，这意味着在该情况下通信设备102认为运动向量等于与相机运动补偿CC关联的运动向量。预定阈值S2的值取决于这样的分辨率水平，其中上述运动向量所应用至的宏块属于该分辨率水平。可现场地或通过实验测试来固定预定阈值S2。通信设备102然后还可以简化与该运动向量(“SKIP”模式)关联的信号使用。如果速度图未依靠这种差分编码来编码，则预定阈值S2的值可以根据相机运动补偿CC而调整。
根据通过通信设备103重建图像之后的残余失真与电线部分上的实际比特率之间的权衡，可现场地或通过实验测试来限定加权系数α、β以及γ，该电线部分将通信设备102与通信设备103分离。为了获得残余失真度量，可以应用以下方法。首先，通过从原始图像的相同像素的每个值中减去在上述重建图像中的每个像素值，可以为覆盖所有重建图像的一组窗口中的每个窗口确定本地残余失真。然后能够通过将如此确定的本地残余失真相加来获得残余失真度量。然后可限定加权系数α、β以及γ，以在通过电力线通信发送信道的容量实现的比特率约束下使残余失真度量最小化。
在后续步骤608中，通信设备102将每个确定的速度图发送至通信设备103。每个速度图还可以相联地发送下面描述的后续步骤610中的视频数据。
在后续步骤609中，通信设备102根据确定的信道容量来压缩视频数据，使得展开之后的、压缩的视频数据的体积适于确定的理论比特率D。该压缩是通过量化操作的调节来执行的。
在后续步骤610中，通信设备102进行压缩的视频数据的展开，以引入数据冗余，对于每个视频数据项目来说，数据冗余率是根据上述视频数据项目所属于的分解水平(即，分辨率)来限定的。应用至与最低分辨率对应的压缩的视频数据的展开鲁棒性大于应用至与任何其他分辨率对应的压缩的视频数据的展开鲁棒性。类型(8，4)的线性LDPC代码例如是用于利用最低分辨率来编码压缩的视频数据，这意味着由4比特数据组生成8比特数据组的代码，类型(2，1)的线性LDPC代码用于利用最低分辨率来编码压缩的视频数据，这意味着由1比特数据组生成2比特数据组的代码。在具体实施方式中，应用至与每个分辨率对应的压缩的视频数据的展开鲁棒性大于应用至与任何其他更高分辨率对应的压缩的视频数据的展开鲁棒性。
在后续步骤611中，通信设备102经由发送信道将展开之后的视频数据发送至通信设备103。
图7示意性示出了参照图4B说明的JPEG2000解码链和参照图5B说明的I-UWB接收链的视频数据接收算法。
在步骤701中，通信设备103经由发送信道接收来自通信设备102的数据。接收的视频数据对应于速度图、反差值以及压缩的视频数据。
在后续步骤702中，通信设备103根据在步骤701接收的、压缩的视频数据来重建图像。通信设备103首先应用已参照在图5B描述的I-UWB接收链，然后应用已参照图4B描述的JPEG2000解码链。换句话说，通信设备103执行与在步骤610由通信设备102执行的展开操作相反的操作，然后执行与在步骤608由通信设备102执行的小波分解操作相反的操作。
在后续步骤703中，通信设备103执行与在步骤603由通信设备102执行的操作相同的操作，但是使用的是重建的图像。通信设备103因此为每个重建的图像获得反差值C’。该反差值C’使得能够估计在压缩以及电力线通信发送操作之后图像所导致的失真。
在后续步骤704中，通信设备103获得图像序列分割，这意味着图片组GOP。通信设备103执行与在步骤602由通信设备102执行的操作相同的操作，但使用重建的图像，或者通信设备102将与在步骤602执行的图像序列分割相关的信息发送通信至通信设备103。
在后续步骤705中，通信设备103对于每个图像比较反差值C’与在步骤701接收的用于该图像的反差值C。通信设备103然后确定反差值C’和反差值C之间的差。
在后续步骤706中，通信设备103检查用于同一图像序列的、重建的图像的反差值C’与反差值C之间的最大差的绝对值是否大于预定阈值。可替代地，通信设备103可检查用于同一图像序列的、重建的图像的反差值C’与反差值C之间的平均差的绝对值是否大于预定阈值。换句话说，通信设备103检查在压缩以及电力线通信发送操作之后图像所导致的失真是否大于预定阈值。如果检查的差大于预定阈值，则执行步骤707；否则执行步骤708。
在步骤707中，通信设备103基于在步骤607由通信设备102生成以及在步骤701由通信设备103接收的速度图通过对关注的图像序列执行图像间插值，来实施分辨率增强操作。因为速度图代表每个图像点在相同图片组GOP中的两个接连图像之间的运动，所以速度图通过限定能够使通信设备103根据处于更低分辨率的图像和处于给定分辨率的先前图像来以给定分辨率改进该图像，如光学流方程指出的那样。这可以通过执行Taylor展开的二阶插值来实现。
对讨论中的图像序列，通信设备103还可以对在步骤608应用了提升机制的运动-补偿的小波的二维分量应用二阶时间滤波，然后执行步骤708。该二阶滤波改善噪音视频的视觉质量。
应用至图像的该二阶时间滤波是根据以下公式执行的：
lk[m[＝x2k[m]
其中，xk代表图片组GOP的在时刻k的图像，
xi[m+vi+j→i(m)]代表xi的运动-补偿的图像，
以及hk以及lk分别代表二阶时间滤波的高通以及低通滤波器。
在步骤708中，通信设备103将来自在步骤702执行的重新构造操作的视频数据供给至接收设备104，其中该数据可选地由在步骤707执行的分辨率增强操作所修改。

Claims (14)

1.一种用于在电力线通信发送信道上发送视频数据的方法，第一通信设备(102)获得(601)成一系列未压缩图像形式的视频数据，所述第一通信设备执行以下步骤：
-对每个所述未压缩图像进行小波分解(606)，所述小波分解使得能够获得具有不同分辨率的数据；
-压缩(609)每个小波分解的图像；
-以脉冲形式并通过展开将每个压缩的图像发送(611)至第二通信设备(103)，以引入数据冗余，对于所述压缩的图像中的每个数据项目，冗余率是根据所述视频数据项目的分辨率来限定的，具有最低分辨率的数据的冗余大于任何其他分辨率的数据的冗余，
其特征在于，所述第一通信设备执行以下步骤：
-通过基于两个接连图像之间的亮度直方图之差检测场景的改变，将所述一系列未压缩图像分割(602)成未压缩图像序列；
-确定(607)速度图，所述速度图代表未压缩图像的像素至相同的未压缩图像序列中随后的未压缩图像的运动；
-将获得的所述速度图发送(608)至所述第二通信设备，以使所述第二通信设备基于所述速度图通过图像间插值来应用(707)图像增强操作，所述图像间插值用于重建的图像的至少一个序列；以及
-确定(605)所述电力线通信发送信道的容量，以及根据确定的所述电力线通信发送信道的容量对每个小波分解的图像实施压缩(609)，以及
其中，为了确定所述速度图，所述第一通信设备对每个分辨率水平的每个子带应用绝对差之和算法，以及对于每个分辨率水平，根据对所述分辨率水平的每个子带应用所述绝对差之和算法的结果来确定速度图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个压缩的图像的数据的冗余率大于该压缩的图像中具有任何其他更高分辨率的数据的冗余率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二通信设备执行以下步骤：
-根据经由所述电力线通信发送信道从所述第一通信设备接收的数据来重建(702)未压缩的图像；
-获得(704)重建的图像的序列分割；
-基于所述速度图通过图像间插值来应用(707)所述图像增强操作，所述图像间插值用于重建的图像的至少一个序列。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述小波分解为二代小波分解，以及
在用于所述重建的图像的序列的所述图像增强操作中，所述第二通信设备对小波的二维分量应用二阶时间滤波。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述第一通信设备执行以下步骤：
-为每个未压缩图像的每个像素，确定(603)相对于相邻像素的第一反差值；
-将确定的所述第一反差值发送(604)至所述第二通信设备，
以及，所述第二通信设备执行以下步骤：
-为每个重建的图像的每个像素，确定(703)相对于相邻像素的第二反差值；
-比较(705)所述第二反差值与所述第一反差值；
-根据所述比较来判断(706)是否应用所述图像增强操作。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定所述速度图，所述第一通信设备执行以下步骤：
-确定用于第一分辨率水平的运动向量；以及
-通过在确定用于所述第一分辨率水平的所述运动向量周围应用裕量，确定搜寻区域，以在比所述第一分辨率水平高阶的第二分辨率水平应用宏块匹配算法。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于每个分辨率水平，加权系数应用至对所述分辨率水平的每个子带应用的所述绝对差之和算法的结果，所述加权系数限定为在通过所述电力线通信发送信道的容量实现的比特率约束下使残余失真度量最小化。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当在所述速度图中运动向量为使得所述运动向量的分量的绝对值之间的最小值高于第一预定阈值时，所述第一通信设备认为所述运动向量等于与相机运动补偿关联的运动向量。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当在所述速度图中运动向量为使得所述运动向量的分量的绝对值之和低于第二预定阈值时，所述第一通信设备认为所述运动向量等于与相机运动补偿关联的运动向量。
10.根据权利要求8和9中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一通信设备相对于与所述相机运动补偿关联的所述运动向量将所述速度图差分地编码。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一通信设备基于JPEG2000类型的编码链执行小波分解的步骤和压缩的步骤。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一通信设备执行的、以脉冲形式并通过展开的发送基于I-UWB类型的发送链。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述I-UWB类型的发送链包括LDPC类型的编码器，以引入所述数据冗余。
14.一种用于在电力线通信发送信道上发送视频数据的系统，所述系统包括至少一个第一通信设备(102)，所述第一通信设备包括用于获得(601)成一系列未压缩图像形式的视频数据的装置，所述第一通信设备还包括：
-用于对每个未压缩图像执行小波分解(606)从而使得能够获得具有不同分辨率的数据的装置；
-用于压缩(609)每个小波分解图像的装置；
-用于以脉冲形式并通过展开来发送(611)每个压缩的图像以引入数据冗余的装置，对于所述压缩的图像中的每个数据项目，冗余率是根据所述视频数据项目的分辨率来限定的，具有最低分辨率的数据的冗余高于任何其他分辨率的数据的冗余；
其特征在于，所述第一通信设备还包括：
-用于通过基于两个接连图像之间的亮度直方图之差检测场景的改变来将所述一系列未压缩图像分割(602)成未压缩图像序列的装置；
-用于确定(607)速度图的装置，所述速度图代表未压缩图像的像素至相同的未压缩图像序列中随后的未压缩图像的运动；
-用于将获得的所述速度图发送(608)至第二通信设备以使所述第二通信设备基于所述速度图通过图像间插值来应用(707)图像增强操作的装置，所述图像间插值用于重建的图像的至少一个序列；以及
-用于确定(605)所述电力线通信发送信道的容量以及用于根据确定的所述电力线通信发送信道的容量来实施每个小波分解图像的压缩(609)的装置，以及
其中，为了确定所述速度图，所述第一通信设备包括这样的装置，该装置用于对每个分辨率水平的每个子带应用绝对差之和算法，以及用于对于每个分辨率水平，根据对所述分辨率水平的每个子带应用所述绝对差之和算法的结果来确定速度图。
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