CN114401403A

CN114401403A - 遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法、系统及装置

Info

Publication number: CN114401403A
Application number: CN202111642167.4A
Authority: CN
Inventors: 张彦群
Original assignee: Axwell Intelligent Technology Suzhou Co ltd
Current assignee: Axwell Intelligent Technology Suzhou Co ltd
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-04-26

Abstract

遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法、系统及装置，该方法包括：A：获取模拟视频信号；B：取样，以一个周期为T的窄脉冲序列对模拟信号的幅度进行抽取，将随时间连续变化的模拟信号变成时间轴上不连续的离散信号；C：量化，对每个离散点的灰度或颜色样本进行数字化处理，在样本幅值的动态范同内进行分层、取整，以正整数表示；D：编码，将量化后的值用数字表示，并变换成十六进制的数字信号；E：传输数字视频信号。通过非线性变化采样率的采样方法，根据场景信号的变化进行采样率实时变化调整，对于一些场景明暗变化较大的部分进行相对较高的采样，对于一些相对固定的场景部分进行低频采样，大大降低了后端数字系统处理速度和存储要求。

Description

遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及图像编码技术领域，特别涉及一种遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法、系统及装置。

背景技术

当前挖掘机遥控操作所用的视频传输技术多为模拟信号传输，而无法采用数字信号传输。其重要原因在于两点：一，挖掘机操作要求精微操作，因此在远程遥控时对于视频实时性要求比较高，数字摄像头因为经过了模数转换的编码过程，因此具有不可控的延时性，因此难以应用于实际场景。二，数字摄像头因为包含了编码模块，往往体积较大，难以适应挖掘机实际工作的强振动场景。而对于现有技术中频繁采用的模拟信号，具有以下的缺点：一，模拟视频信号传输距离有限；二，模拟视频信号不易转录、保存；三，通常来说模拟视频信号清晰度不如数字视频信号。

发明内容

发明目的：

为了克服背景技术中指出的缺点，本发明实施例提供了一种遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法、系统及装置，能够有效解决上述背景技术中涉及的问题。

技术方案：

遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法，包括以下步骤：

A：获取模拟视频信号；B：取样，以一个周期为T的窄脉冲序列对模拟信号的幅度进行抽取，将随时间连续变化的模拟信号变成时间轴上不连续的离散信号；C：量化，对每个离散点的灰度或颜色样本进行数字化处理，在样本幅值的动态范同内进行分层、取整，以正整数表示；D：编码，将量化后的值用数字表示，并变换成十六进制的数字信号；E：传输数字视频信号。

作为本发明的一种优选方式，对于所述的取样步骤，是以扫描的方式进行模拟信号的幅度进行抽取，在扫描的过程中，以每一条水平扫描线上等间隔抽取视频图像中的像素点的属性值，所述像素点即离散信号的离散点。

作为本发明的一种优选方式，对于所述的量化步骤，采用有限个量化电平代替取样过程中获取的取样电平。

作为本发明的一种优选方式，对于所述的编码步骤，即对每一个量化电平分配一个二进制码；其中，对于数字数据传输，采用以异步方式利用PCM数字信道传输数据信号。

遥控挖掘机视频无线传输图像编码系统，包括：信号获取模块，用于获取模拟视频信号；取样模块，用于根据一个周期为T的窄脉冲序列对模拟信号的幅度进行抽取，将随时间连续变化的模拟信号变成时间轴上不连续的离散信号；量化模块，用于对每个离散点的灰度或颜色样本进行数字化处理，在样本幅值的动态范同内进行分层、取整，以正整数表示；编码模块，用于将量化后的值用数字表示，并变换成十六进制的数字信号；信号传输模块，用于传输数字视频信号。

作为本发明的一种优选方式，所述取样模块包括扫描子模块，所述扫描子模块以水平扫描的方式对模拟视频信号进行扫描，所述取样模块以所述扫描子模块的每一条水平扫描线作为基准对视频图像中的像素点的属性值进行等间隔抽取。

作为本发明的一种优选方式，所述量化模块在量化过程中所取最小数量单位为量化单位，记为△，所述△位数字信号最低为1时所对应的模拟量。

作为本发明的一种优选方式，所述编码模块采用曼彻斯特编码方式进行编码，在所述编码模块编码时，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示“1”，从低到高跳变表示“0”。

本发明实现以下有益效果：

1.本发明应用了一种基于非线性变化采样率的一种采样方法，根据场景信号的变化进行采样率实时变化调整，对于一些场景明暗变化较大的部分进行相对较高的采样，而对于一些相对固定的场景部分进行低频采样，大大降低了后端数字系统处理速度和存储要求。

2.目前所采用均匀间隔量化级进行量化的方法一般为均匀量化或线性量化，这种量化方式会造成大信号时信噪比有余而小信号时信噪比不足的缺点，而本申请在非线性量化的基础上进一步做了改进，对于视频信号的非均匀量化方法采用不同频率分段量化的非线性量化方法，即在发送端对输入的信号进行压缩处理，然后进行不同频段的信号分类，根据不同频段信号采用不同量化等级，在接收端再进行相应的扩张处理。最后达到信号对噪声的最优信噪比。

3.本发明采用了十六路数据并行编码方法及装置,提高了编解码的实时性和通用性;另外,在第一步就构建了完整的编码构造,提高了编码的效率.本发明可广泛应用于模拟视频转换为数字视频的数字化编码过程。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例提供的步骤流程图；

图2为本发明其中一个实施例提供的系统框架图；

图3为本发明其中一个实施例提供的模拟视频信号转化为数字视频信号的滤波示意图；

图4为本发明其中一个实施例提供的输入信号、量化引入的噪声以及最终的数字信号的关系图；

图5为本发明其中一个实施例提供的经过M倍采样后信号与量化噪声的功率谱图；

图6为本发明其中一个实施例提供的经过截止频率不同的数字滤波器后信号与量化噪声的功率谱图；

图7为本发明其中一个实施例提供的遥控挖掘机视频无线传输图像编码装置系统框架图；

图8为本发明其中一个实施例提供的一种计算机可读存储介质系统框架图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1～图6所示，提供一种遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法，包括以下步骤：

A：获取模拟视频信号。

B：取样，以一个周期为T的窄脉冲序列对模拟信号的幅度进行抽取，将随时间连续变化的模拟信号变成时间轴上不连续的离散信号。

C：量化，对每个离散点的灰度或颜色样本进行数字化处理，在样本幅值的动态范同内进行分层、取整，以正整数表示。

D：编码，将量化后的值用数字表示，并变换成十六进制的数字信号。

E：传输数字视频信号。

优选的，对于所述的取样步骤，是以扫描的方式进行模拟信号的幅度进行抽取，在扫描的过程中，以每一条水平扫描线上等间隔抽取视频图像中的像素点的属性值，所述像素点即离散信号的离散点。

优选的，对于所述的量化步骤，采用有限个量化电平代替取样过程中获取的取样电平。

优选的，对于所述的编码步骤，即对每一个量化电平分配一个二进制码；

其中，对于数字数据传输，采用以异步方式利用PCM数字信道传输数据信号。

在一些实施例中，还提供一种遥控挖掘机视频无线传输图像编码系统，应用遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法，包括：

信号获取模块001，用于获取模拟视频信号。

取样模块002，用于根据一个周期为T的窄脉冲序列对模拟信号的幅度进行抽取，将随时间连续变化的模拟信号变成时间轴上不连续的离散信号。

量化模块003，用于对每个离散点的灰度或颜色样本进行数字化处理，在样本幅值的动态范同内进行分层、取整，以正整数表示。

编码模块004，用于将量化后的值用数字表示，并变换成十六进制的数字信号。

信号传输模块005，用于传输数字视频信号。

优选的，所述取样模块002包括扫描子模块006，所述扫描子模块006以水平扫描的方式对模拟视频信号进行扫描，所述取样模块002以所述扫描子模块006的每一条水平扫描线作为基准对视频图像中的像素点的属性值进行等间隔抽取。

优选的，所述量化模块003在量化过程中所取最小数量单位为量化单位，记为△，所述△位数字信号最低为1时所对应的模拟量。

优选的，所述编码模块004采用曼彻斯特编码方式进行编码，在所述编码模块004编码时，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示“1”，从低到高跳变表示“0”。

具体的，模拟信号通常在时间和数值上都是连续的。从信息理论的角度来看，模拟信号中包含的信息数量是无限的。数字化是将信息内容减少到一种合理层次的方法，它通过保留所考虑的信号的某些代表值而做到这一点。它从两个方面来完成这个工作，即在时间和幅度上取样。转换为数字视频也包括两方面的内容：即空间位置的离散和数字化以及亮度电平值的离散和数字化。模拟视频信号转换成数字视频信号要经历三个步骤：取样、量化和编码。

取样是用一个周期为T的窄脉冲序列对模拟信号的幅度进行抽取，把随时间连续变化的模拟信号变成时间轴上不连续的离散信号，这个过程实际上是取样模块002在扫描子模块006的扫描结果中的每一条水平扫描线上等间隔地抽取视频图像中某些特定像素点的属性值，从而进行采样，该些特定像素点可以是既定的参考位置对应在视频图像上的像素点，也可以是在环境改变后相较于原本位置改变较大的像素点。

毋庸置疑，从模拟信号到数字信号要经过模/数转换(A/D转换)，因此，在视频技术中的A/D转换就是要将模拟视频信号转换为数字视频信号，如图3所示，在对模拟视频信号进行数字化时，需要捕获包含在模拟信号中的有用和期望的信息并去除冗余成分，传统模拟信号输入端会加一个低通滤波器，使信号变成带宽有限，再使用2.5~3倍的最高信号频率进行采样才能保证视频转换能够不失真。

进一步的，经过采样后的视频图像，只是空间上的离散像素阵列，而每个像素的亮度值仍是连续的，因而必须将它们转换为有限个离散值，这个过程称为量化，如果像素值等间隔分层量化，则称之为均匀量化；若使用非等问隔进行分层量化，则称为非均匀量化。量化模块003在量化时采用有限个量化电平来代替无数个取样电平，使原来幅度连续变化的模拟信号变成了一系列离散的量化电平值，从而能够进一步展现信号幅值被数字化的示意。

量化过程中所取最小数量单位称为量化单位，用△表示，是数字信号最低位为1时所对应的模拟量，即1LSB。在量化过程中，由于取样电压不一定能被△整除，所以量化前后不可避免地存在误差，此误差称之为量化误差，用ε表示。量化误差属原理误差，它是无法消除的。A/D 转换器的位数越多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。实际信号可以看成量化输出信号与量化误差之和，因此只用量化输出信号来代替原信号就会有失真。

一般说来，可以把量化误差的幅度概率分布看成在-Δ/2～+Δ/2之间的均匀分布。量化失真功率与最小量化间隔的平方成正比。最小量化间隔越小，失真就越小；而最小量化间隔越小，用来表示一定幅度的模拟信号时所需要的量化级数就越多，因此处理和传输就越复杂，所以，量化既要尽量减少量化级数，又要使量化失真尽量小，因此，如图4所示，

(t)是输入信号，e(t)是量化引入的噪声，

[n]是最终得到的数字信号，包含分量

和

，M为采样倍数，在经过M倍采样后，得到的信号与量化噪声的功率谱如图5所示，可以看出，M越大，信号与噪声之间的重叠部分就越少；进而，对上述获得的信号进行频率分段筛选工作，并根据不同频段的信号选则通过截止频率不同的数字滤波器，例如为PI/M_1、PI/M_2、 PI/M_3的数字滤波器，信号功率不受影响，再经过M1、M2、M3倍降采样后，信号与量化噪声的功率谱就变成图6所示，进而，经过选择不同截止频率滤波器的量化后的信号最终量化结果即为最优的量化信号。

进一步的，编码模块004将量化后的值用数字表示，然后变换成十六进制的数字信号，该数字信号会包含若干量化电平，编码模块004对每一个量化电平分配一个二进制码，在该过程中，编码模块004采用曼彻斯特编码的方式，根据动态非线性采样值进行初始化处理,动态获取多组待编码数据,根据初始化处理结果，采用交错编码的算法对待编码数据进行动态编码，

在一些实施例中，参考图7所示，提供一种遥控挖掘机视频无线传输图像编码装置10，包括：存储器101和处理器102，所述存储器101用于存储计算机程序，所述处理器102用于调用所述计算机程序，以执行本实施例提供的遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法的相应步骤。

在一些实施例中，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，执行本实施例提供的遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法的相应步骤。

参考图8所示，计算机可读存储介质包括用于在计算设备上执行计算机进程的计算机程序。

在一些实施例中，计算机可读存储介质是使用信号承载介质300来提供的。所述信号承载介质300可以包括一个或多个程序指令，其当被一个或多个处理器运行时可以提供以上针对图1描述的功能或者部分功能。因此，例如，遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法中的一个或多个特征可以由与信号承载介质300相关联的一个或多个指令来承担。此外，图7中的程序指令也描述示例指令。在一些示例中，信号承载介质300可以包含计算机可读介质301，诸如但不限于，硬盘驱动器、紧密盘(CD)、数字视频光盘(DVD)、数字磁带、存储器、只读存储记忆体(read-onlymemory，ROM)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，RAM)等等。

在一些实施方式中，信号承载介质300可以包含计算机可记录介质302，诸如但不限于，存储器、读/写(R/W)CD、R/WDVD、等等。

在一些实施方式中，信号承载介质300可以包含通信介质303，诸如但不限于，数字和/或模拟通信介质(例如，光纤电缆、波导、有线通信链路、无线通信链路、等等)。

信号承载介质300可以由无线形式的通信介质303(例如，遵守IEEE802.11标准或者其它传输协议的无线通信介质)来传达。一个或多个程序指令可以是，例如，计算机可执行指令或者逻辑实施指令。

应该理解，这里描述的布置仅仅是用于示例的目的。因而，本领域技术人员将理解，其它布置和其它元素(例如，机器、接口、功能、顺序、和功能组等等)能够被取而代之地使用，并且一些元素可以根据所期望的结果而一并省略。另外，所描述的元素中的许多是可以被实现为离散的或者分布式的组件的、或者以任何适当的组合和位置来结合其它组件实施的功能实体。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：获取模拟视频信号；

B：取样：以一个周期为T的窄脉冲序列对模拟信号的幅度进行抽取，将随时间连续变化的模拟信号变成时间轴上不连续的离散信号；

C：量化：对每个离散点的灰度或颜色样本进行数字化处理，在样本幅值的动态范同内进行分层、取整，以正整数表示；

D：编码：将量化后的值用数字表示，并变换成十六进制的数字信号；

E：传输数字视频信号。

2.根据权利要求1所述的遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法，其特征在于，对于所述的取样步骤，是以扫描的方式进行模拟信号的幅度进行抽取，在扫描的过程中，以每一条水平扫描线上等间隔抽取视频图像中的像素点的属性值，所述像素点即离散信号的离散点。

3.根据权利要求1所述的遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法，其特征在于，对于所述的量化步骤，采用有限个量化电平代替取样过程中获取的取样电平。

4.根据权利要求1所述的遥控挖掘机视频无线传输图像编码方法，其特征在于，对于所述的编码步骤，即对每一个量化电平分配一个二进制码；

5.遥控挖掘机视频无线传输图像编码系统，其特征在于，包括：

信号获取模块，用于获取模拟视频信号；

取样模块，用于根据一个周期为T的窄脉冲序列对模拟信号的幅度进行抽取，将随时间连续变化的模拟信号变成时间轴上不连续的离散信号；

量化模块，用于对每个离散点的灰度或颜色样本进行数字化处理，在样本幅值的动态范同内进行分层、取整，以正整数表示；

编码模块，用于将量化后的值用数字表示，并变换成十六进制的数字信号；

信号传输模块，用于传输数字视频信号。

6.根据权利要求5所述的遥控挖掘机视频无线传输图像编码系统，其特征在于，所述取样模块包括扫描子模块，所述扫描子模块以水平扫描的方式对模拟视频信号进行扫描，所述取样模块以所述扫描子模块的每一条水平扫描线作为基准对视频图像中的像素点的属性值进行等间隔抽取。

7.根据权利要求5所述的遥控挖掘机视频无线传输图像编码系统，其特征在于，所述量化模块在量化过程中所取最小数量单位为量化单位，记为△，所述△位数字信号最低为1时所对应的模拟量。

8.根据权利要求5所述的遥控挖掘机视频无线传输图像编码系统，其特征在于，所述编码模块采用曼彻斯特编码方式进行编码，在所述编码模块编码时，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示“1”，从低到高跳变表示“0”。

9.遥控挖掘机视频无线传输图像编码装置，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用所述计算机程序，以执行权利要求1-4任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行权利要求1-4任一项所述的方法。