本发明专利技术涉及一种视频图像压缩感知编解码器系统，包括视频采集子系统、处理器模块等，所述FPGA模块、内存模块DDR和Flash等分别通信连接处理器模块；处理器模块通过以太网网口、UART接口分别通信连接对端端口和计算机控制台；处理器模块内含用于处理系统控制和运行操作系统功能的ARM核以及利用CS技术实现语音和视频编解码功能的DSP核，所述DSP核和ARM核以交互处理的方式运行。编解码方法包括把视频序列的首帧作为第一个分组的第一个关键帧；进行阈值判决；重复运作判决步骤，最后进行图像处理和输出。本发明专利技术不但解决CPU运行效率问题而且节约DSP视频系统的硬件和软件资源，也降低系统运算的复杂度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信中的信号与信息处理领域，具体是涉及一种视频图像压缩感知编解码器系统及其编解码方法。
技术介绍
现有视频压缩编码器的装置是基于传统的香农采样定理实现的。在该定理要求下，信号的采样率必须大于输入信号带宽的2倍，才能实现信号的准确重构。所以，为了恢复视频图像，在硬件上，编解码器需要强大的CPU处理功能，外围存储器配置较多，成本较高；软件上，图像处理的样本数增多，数据量庞大。因此，目前的视频图像编解码器的主要问题是：(1)编码器和解码器需要高速CPU处理，需要更多的辅助存储器和外围扩展电路。(2)在视频编码过程中，由于图像变换后大部分的系数被舍弃，造成了数据和系统资源的严重浪费。(3)在多用户环境下，这种技术很难达到信源和信道的优化编解码。例如，H.264视频采用可变长编码(VLC)设计，即使出现单个编码错误，也能传播很长时间并导致码率较大失真。因此，传统的编解码器通信系统存在资源优化分配的问题。近年来出现的压缩感知(Compressive Sensing，CS)技术指出，在已知信号具有稀疏性或可压缩性的前提下，用于重构的样本数可以远远低于传统的香农采样定理下的样本数。视频图像通常在某些变换域上具有可压缩性，而且视频残差图像具有较强的稀疏性，所以CS技术在视频编解码中有着良好的应用前景。CS解码器与传统解码器的主要区别在于，传统解码过程是编码的逆过程，解码器相对简单，编码器较为复杂，而基于压缩感知理论的解码不再是编码的逆过程，而是一个求欠定线性方程组解的过程，相对于编码器来说，解码器较为复杂。这种情况有利于环境恶劣或条件较为严格时的编码测量。总之，基于CS视频编解码器结构比传统的更简单，且编码达到的压缩比和解码重构图像的质量都较高。
技术实现思路
基于CS技术的性质，为了降低数据量和计算成本，本专利技术提出一种视频图像压缩感知编解码器系统及其编解码方法。一种视频图像压缩感知编解码器系统，主要包括：用于视频采集的视频采集子系统、处理器模块、FPGA模块、内存模块DDR、Flash、以太网网口以及UART接口，所述视频采集子系统、FPGA模块、内存模块DDR和Flash分别通信连接处理器模块；所述处理器模块通过以太网网口、UART接口分别通信连接对端端口和计算机控制台；所述处理器模块内含用于处理系统控制和运行操作系统功能的ARM核以及利用CS技术实现语音和视频编解码功能的DSP核，所述DSP核和ARM核以交互处理的方式运行。作为上述方案的进一步改进，所述DSP核和ARM核通过内部寄存器的内存映射来进行交互处理。作为上述方案的进一步改进，所述处理器模块为TMS320DM6446处理器芯片，该芯片内部集成了一个600MHz工作频率的DSP核和一个300MHz工作频率的ARM926核。作为上述方案的进一步改进，所述DSP核采用二级存储器结构，以平衡二级不同大小、性能的存储器之间的资源和性能。其中一级存储器是靠近DSP核处理器的，所以它的处理速度比较快，而二级DSP核处理器的速度就只有一级的一半。在实际使用时，所有的代码和数据是不可能全部装入到速度最快的一级缓存中去的，所以通过CS技术的编解码处理合理解决了的存储器资源分配，同时提高了代码运行效率。一种视频图像压缩感知编解码器的编解码方法，主要包括以下步骤：第一，把视频序列的首帧作为第一个分组的第一个关键帧；当视频序列输入编码器时，把视频序列的首帧作为第一个分组的第一个关键帧；第二，进行阈值判决；从视频的第二帧开始即进行阈值判决，若当前帧与参考帧之间的差异系数小于阈值，则判定为场景变化较小或者没有场景的变化，该帧就作为非关键帧与当前关键帧划在同一分组；若当前帧与参考帧之间的差异系数大于或等于阈值，则判定为场景变化较大，该帧就作为新的关键帧并划入新的分组；第三，第二步重复运作，将视频信号自适应地划分为分组1，分组2，…，分组N，得N个分组；并对应地有关键帧1，关键帧2，…，关键帧N，得N个关键帧和若干非关键帧；第四，对关键帧整帧图像进行整帧CS编码、传输、解码，然后重构关键帧图像输出；对非关键帧则先与参考帧求残差，然后只对残差图像进行残差CS编码、传输、解码，重构残差图像后与参考帧相加，得到非关键帧重构图像输出。在DSP系统中用Flash存储器保存CS视频编解码器程序，并且在上电或复位时再将存储在Flash中的CS程序搬移到DSP片内或者片外的DDR中全速运行。和传统的视频编码器相比，本专利技术有以下几个不同点：(1)、传统方式下是以块作为处理单元的，而基于压缩感知理论的编码器是对整幅图像进行处理的；(2)、压缩感知理论下的图像样本数远远小于传统方式下的样本数据，因此，CS编解码器可在一个DSP中运行，节约了系统的硬件资源；(3)、基于压缩感知编码中的测量过程是将高维信号投影到低维空间的一个非自适应过程，事实上，它可对应于传统方式下的采样和变换过程，由于得到的每个测量值包含了传统方式下的所有样本的部分信息，所以它能避免传统方式下因丢弃高频分量而带来图像细节丢失的现象；(4)、传统方式下的帧间编码需进行运动估计和补偿，而基于压缩感知的帧间编码不需这些过程，有利于降低DSP计算的复杂度。因此，本专利技术有以下优点：(1)、用DSP(Digital Signal Processer)压缩感知(Compressive Sensing，CS)编解码器处理整幅图像数据，替代传统编码方式下以块作为处理单元的设计，解决CPU运行效率问题；(2)、由于CS技术的采样和压缩同步进行，因此，CS编解码器在DSP中的配置设计只针对关键帧和残差图像进行有效处理，可以节约DSP视频系统的硬件和软件资源；(3)、用CS测量矩阵替代传统方式下帧间编码需要进行的运动估计和运动补偿编解码过程，降低系统运算的复杂度。附图说明图1为本专利技术视频图像压缩感知编解码器系统示意图；图2为本专利技术视频图像压缩感知编解码器的编解码方法流程图；图3为MBM29LV400BC与DSP连接示意图；图4为重构视频图像的平均PSNR随N和N1的变化示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。参照图1～3，本专利技术实施例一种视频图像压缩感知编解码器系统，主要包括：用于视频采集的视频采集子系统、处理器模块、FPGA模块、内存模块DDR、Flash、以太网网口以及UART接口，所述视频采集子系统、FPGA模块、内存模块DDR和Flash分别通信连接处理器模块；所述处理器模块通过以太网网口、UART接口分别通信连接对端端口和计算机控制台；所述处理器模块内含用于处理系统控制和运行操作系统功能的ARM核以及利用CS技术实现语音和视频编解码功能的DSP核，所述DSP核和ARM核以交互处理的方式运行。作为上述方案的进一步改进，所述DSP核和ARM核通过内部寄存器的内存映射来进行交互处理。作为上述方案的进一步改进，所述处理器模块为TMS320DM6446处理器芯片，该芯片内部集成了一个600MHz工作频率的DSP核和一个300MHz工作频率的ARM926核。作为上述方案的进一步改进，所述DSP核采用二级存储器结构，以平衡二级不同大小、性能的存储器之间的资源和性能。其中一级存储器是靠近DSP核处理器本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种视频图像压缩感知编解码器系统，其特征在于，主要包括：处理器模块、用于视频采集的视频采集子系统、FPGA模块、内存模块DDR、Flash、以太网网口以及UART接口，所述视频采集子系统、FPGA模块、内存模块DDR和Flash分别通信连接处理器模块；所述处理器模块通过以太网网口、UART接口分别通信连接对端端口和计算机控制台；所述处理器模块内含用于处理系统控制和运行操作系统功能的ARM核以及利用CS技术实现语音和视频编解码功能的DSP核，所述DSP核和ARM核以交互处理的方式运行。
【技术特征摘要】
1.一种视频图像压缩感知编解码器系统，其特征在于，主要包括：处理器模块、用于视频采集的视频采集子系统、FPGA模块、内存模块DDR、Flash、以太网网口以及UART接口，所述视频采集子系统、FPGA模块、内存模块DDR和Flash分别通信连接处理器模块；所述处理器模块通过以太网网口、UART接口分别通信连接对端端口和计算机控制台；所述处理器模块内含用于处理系统控制和运行操作系统功能的ARM核以及利用CS技术实现语音和视频编解码功能的DSP核，所述DSP核和ARM核以交互处理的方式运行。2.根据权利要求1所述的一种视频图像压缩感知编解码器系统，其特征在于，所述DSP核和ARM核通过内部寄存器的内存映射来进行交互处理。3.根据权利要求1所述的一种视频图像压缩感知编解码器系统，其特征在于，所述处理器模块为TMS320DM6446处理器芯片，该芯片内部集成了一个600MHz工作频率的DSP核和一个300MHz工作频率的ARM926核。4.根据权利要求1所述的一种视频图像压缩感知编解码器系统，其特征在于，所述DS...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵慧民，戴青云，魏文国，任金昌，容淳铭，
申请(专利权)人：广东技术师范学院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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