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1、基于CS水文無線傳感器網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)獲取方法研究 摘要：近年來水文視頻監(jiān)控成為探測水文信息的一種主要傳感形式，但采集的大量視頻圖像數(shù)據(jù)成為無線傳輸?shù)碾y題。本文根據(jù)水文視頻圖像的特點，提出利用壓縮傳感進行視頻圖像的采集和傳輸。首先進行單路壓縮傳感的研究，在視頻采集端將視頻幀分塊處理，利用自適應(yīng)壓縮采樣方法，大大地減少了測量數(shù)據(jù)，提高了采樣效率。在進行寬帶傳輸時，提出了無線網(wǎng)絡(luò)的壓縮傳感頻譜感知方法，提高了正確檢測頻譜的概率、降低噪聲和采樣點隨機性的影響、避免了隱藏終端問題。通過具體實驗表明，傳統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)量遠遠大于利用單路壓縮傳感獲得的數(shù)據(jù)量，采樣效率提高的同時，重構(gòu)圖像的效果更
2、好?！ ￡P(guān)鍵詞：壓縮傳感；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；水文無線視頻監(jiān)控；頻譜分配 中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044（2015）29-0198-02 1概述 技術(shù)人員通常通過人工觀測或者常規(guī)技術(shù)手段，獲得水文信息觀測數(shù)據(jù)，但是如果遇到極端條件或者技術(shù)員無法前往的地域，尤其是突發(fā)自然災(zāi)害區(qū)域，相比通常的手段，利用無線網(wǎng)絡(luò)，則能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測。 當前關(guān)于無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的具體研究，前端監(jiān)控點依舊是采用傳統(tǒng)的信號采樣壓縮方法。利用奈奎斯特采樣定理，先高速率采樣后再壓縮，這樣的信號處理方法，導致采樣資源利用率較低。6 Donoho[1]和Candes等人[2]
3、提出的CS理論（壓縮傳感或可壓縮采樣理論），使得該問題的解決變?yōu)榭赡?。 CS的大體思路是：壓縮與采樣一并進行，通過[Φ]隨機觀測矩陣，將一個在某個正交基或[ψ]框架上（如小波變換域和DCT）是可壓縮的或稀疏的高維信號[x∈RN]投影到[M]維的低維空間上，并且證明了重建信號的足量信息包含在這樣的隨機投影中。 本文介紹了單個傳感器利用壓縮感知理論獲取視頻數(shù)據(jù)的方法，從傳感器對信號的自適應(yīng)壓縮采樣和寬帶無線網(wǎng)絡(luò)的頻譜分配方法兩方面闡述了單路壓縮感知的內(nèi)容，利用OMP算法重構(gòu)了視頻圖像。最后對本文研究的內(nèi)容進行總結(jié)并展望?！ ?單路壓縮感知 該部分主要介紹了單個傳感器利用壓縮
4、感知理論獲取視頻數(shù)據(jù)的方法，從傳感器對信號的自適應(yīng)壓縮采樣和寬帶無線網(wǎng)絡(luò)的頻譜分配方法兩方面重點闡述了單路壓縮感知的內(nèi)容。整個系統(tǒng)的框圖如圖1所示?！ D1單路壓縮感知框圖 2.1單個傳感器視頻信號自適應(yīng)采樣6 傳統(tǒng)方法獲得視頻監(jiān)測場景后，在圖像上根據(jù)分配的每個像素值進行離散余弦變換（DCT）[3]。DCT變換后可忽略許多小系數(shù)或零值系數(shù)，將其在量化或熵編碼之前丟棄。因此，盡管完整獲得了每幀圖像，但是在DCT變換后許多獲得的信息被丟棄了，在獲得圖像的過程中造成了不必要的負擔。傳統(tǒng)的如奈奎斯特采樣率非常高以至于壓縮樣本數(shù)據(jù)量很大，成為傳輸或存儲的一個大問題。近年來才被提
5、出的信號壓縮采樣理論為解決數(shù)字圖像處理和視頻信號采樣中的類似問題提供了一種很好的思路。本文正是在壓縮傳感理論基礎(chǔ)上提出了視頻信號自適應(yīng)采樣法。具體包括如下步驟： ?。?）利用無線網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機或視頻采集卡對視頻信號源進行視頻采集，每個采集點得到一組視頻幀； ?。?）將第（1）中獲得的第一個視頻幀作為參考幀； ?。?）將每個參考幀均分成大小為n*n像素的[B]個像素塊，對每個像素塊進行離散余弦變換（DCT）；利用壓縮采樣測試像素塊的稀疏性，測試的方法為：選定一個小的正數(shù)C，T為所有像素塊中非顯著離散余弦變換系數(shù)平均值作為門限值，如果像素塊的離散余弦變換系數(shù)值的絕對值小于C大于T
6、，那么就認為該塊是稀疏的，反之則是非稀疏的； ?。?）將連續(xù)非參考幀均分成[B]個像素塊，連續(xù)非參考幀中的所有像素塊在空間上對應(yīng)于之前參考幀的稀疏塊[Bs]將被壓縮采樣，其余的部分將進行傳統(tǒng)采樣。 進行仿真實驗，將本文的方法與傳統(tǒng)視頻采樣方法在不同采樣率條件下的信噪比進行比較。如圖2所示，可以看出本文在視頻采集端使用分塊壓縮采樣方法，與傳統(tǒng)視頻采樣方法相比大大減少了測量數(shù)據(jù)，提高了采樣效率?！ D2本文視頻采樣方法與傳統(tǒng)方法的比較 2.2無線網(wǎng)絡(luò)的頻譜認知方法6 固定的頻譜分配策略，長期授權(quán)的靜態(tài)頻譜管理方式，是無線網(wǎng)絡(luò)中通常所采用的。雖然這種方式可以消除用戶間的相
7、互影響，但是主用戶沒有發(fā)生數(shù)據(jù)輸送時就會浪費頻譜資源，造成頻譜資源稀缺?！ ”疚尼槍ΜF(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了壓縮感知頻譜信號的方法。具體步驟如下： ?。?）每個認知無線電設(shè)備進行獨立的局部頻譜測量，得到模擬基帶信號[xj（t）]； ?。?）利用壓縮感知方法將獲得的模擬信號[xj（t）]轉(zhuǎn)變?yōu)橄∈璨蓸有盘朳yk]： ?。?）融合中心得到[ry，1，…，ry，j]后，通過聯(lián)合重構(gòu)算法進行聯(lián)合功率譜密度[Sx，j]的估計： [Sx，j=n=-∞+∞r(nóng)xne-jwn]，[-π<ω≤π]（4） ?。?）將得到
