面向无线视频传感器网络的分布式图像压缩与QoS保障技术研究

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无线视频传感器网络(WVSN,Wireless Video Sensor Networks)是无线传感器网络(WSN,Wireless Sensor Networks)的一种重要应用,它涉及图像/视频传感器硬件技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术等多个学科领域,是一种全新的信息获取和处理技术。WVSN能广泛应用于军事监控、环境监测、空间探索、医疗健康等各个领域,其重大的科学研究意义和应用价值引起了学术界、工业界和军事部门的高度重视。然而,WVSN具有以下特点:(1)感知内容丰富、图像/视频数据量大;(2)节点资源、能源受限;(3)数据存在冗余且处理复杂;(4)网络带宽有限、拓扑结构动态不稳定。这些因素都使得WVSN中的图像/视频压缩以及服务质量(QoS,Quality of Service)保障问题成为一项富有挑战性的问题。   本文针对上述问题,开展了面向无线视频传感器网络的图像/视频压缩、传输以及QoS保障技术方面的研究,主要工作包括:   1.基于移动Agent的JPEG2000分布式编码算法研究针对WVSN中图像/视频数据量大,节点能量、处理能力有限,本文提出一种基于移动Agent的JPEG2000分布式编码算法。采用多个节点对图像进行分布式编码,通过引入移动Agent机制来实现网络节点之间的信息交互,实现精确的码率控制。实验结果表明,采用本文提出的JPEG2000分布式编码算法可以保证图像重建质量的前提下,有效均衡网络能耗,将网络工作寿命延长3倍左右。   2.基于目标检测的视频重构方法研究考虑到WVSN中节点处理能力及能源受限等情况,针对各个节点采集的视频中固定视场存在大量冗余信息的现象,提出了一种基于目标检测的视频重构方法。利用目标检测算法提取目标区域,并且仅对目标区域进行编码和传输,在接收端通过拼接重建视频。实验结果表明,本文提出的方法能有效地去除视频中的冗余数据,在重建图像质量满足应用需求的情况下,大大节省了网络传输数据量,延长了网络的工作寿命。   3.面向WVSN的多径QoS保障路由协议研究针对WVSN网络带宽有限、网络拓扑结构动态不稳定的特点以及事件监测应用的QoS需求,设计了一种面向WVSN的多径QoS保障路由协议-EDQMR协议。该协议综合考虑时延、最大跳间距离以及节点剩余能耗等条件来进行路由的最优化选择。仿真结果表明,与AOMDV协议相比,本文提出的EDQMR协议在时延满足需求的前提下,其数据分组传输成功率得到提高,网络工作寿命得以延长。
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