基于jpeg2000和幀間補(bǔ)償?shù)臒o(wú)人機(jī)偵察圖像通用壓縮方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于JPEG2000和幀間補(bǔ)償?shù)臒o(wú)人機(jī)偵察圖像通用壓縮方法，屬于數(shù)字圖像壓縮【技術(shù)領(lǐng)域】。對(duì)靜態(tài)圖像采用JPEG2000的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮；對(duì)圖像序列，根據(jù)無(wú)人機(jī)偵察模式和無(wú)人機(jī)圖像序列的特點(diǎn)，對(duì)圖像序列進(jìn)行幀間補(bǔ)償，得到有效壓縮幀后，采用JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮編碼，得到壓縮碼流。本發(fā)明用于無(wú)人機(jī)偵察靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)視頻的通用壓縮，有效地解決了目前分立壓縮方法在無(wú)人機(jī)平臺(tái)占用資源多、計(jì)算度復(fù)雜、壓縮時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，壓縮后靜止圖像以及偵察視頻在主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)較高的情況下，大大縮短了壓縮時(shí)間，顯著提高了對(duì)多源異類(lèi)圖像的壓縮效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于JPEG2000和幀間補(bǔ)償?shù)臒o(wú)人機(jī)偵察圖像通用壓縮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)字視頻圖像壓縮領(lǐng)域，具體涉及一種基于JPEG2000和幀間補(bǔ)償?shù)臒o(wú)人機(jī)偵察圖像通用壓縮方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)承擔(dān)的任務(wù)也越來(lái)越復(fù)雜，越來(lái)越艱巨。無(wú)人機(jī)偵察任務(wù)設(shè)備向多載荷、遠(yuǎn)距離、小型化、高分辨率和低成本方向發(fā)展，實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)碼相機(jī)取代了膠片航空偵察相機(jī)，高光譜圖像、前視紅外儀及遠(yuǎn)距離、多模式的合成孔徑雷達(dá)(SAR)等都在無(wú)人機(jī)平臺(tái)上紛紛應(yīng)用。因此無(wú)人機(jī)的有效載荷中包括了大量的成像設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)獲取大量的多源異類(lèi)圖像數(shù)據(jù)，包括多幀的視頻圖像和單幀的靜止圖像如:合成孔徑雷達(dá)(SAR)圖像，多光譜圖像等，帶來(lái)了多源異類(lèi)圖像的共存。
[0003]多源異類(lèi)圖像具有不同的時(shí)空分布特征，有著不同的處理技術(shù)要求，而目前對(duì)不同種類(lèi)圖像的壓縮模塊都是分立的。分立壓縮方法主要有JPEG2000靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)和
H.264動(dòng)態(tài)視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。JPEG200編碼的基本思想是:先對(duì)源圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行前期預(yù)處理，再對(duì)處理后的圖像進(jìn)行離散小波變換，然后對(duì)變換后的小波系數(shù)進(jìn)行量化、位平面編碼、分層裝配和打包，最后形成JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的輸出碼流。H.264編碼的基本思想是:將每幀圖像進(jìn)行16X 16個(gè)像素點(diǎn)的宏塊劃分，以各塊運(yùn)動(dòng)矢量代表圖像序列各幀的運(yùn)動(dòng)內(nèi)容，根據(jù)幀的類(lèi)型選擇幀內(nèi)編碼或幀間編碼模式，使用前面已編碼幀或參考幀對(duì)后續(xù)幀進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償生成預(yù)測(cè)宏塊，預(yù)測(cè)宏塊P和當(dāng)前宏塊相減，得到圖像殘差塊，然后經(jīng)過(guò)整數(shù)DCT變換、量化、重排序、熵編碼等部分的處理，完成編碼過(guò)程。
[0004]如果在無(wú)人機(jī)上采用分立的壓縮方法實(shí)現(xiàn)對(duì)多源異類(lèi)圖像的壓縮，每種源的圖像具有各自的壓縮單元，占用無(wú)人機(jī)資源比較多；不同的壓縮單元需要設(shè)置不同的接口，導(dǎo)致接口數(shù)目和回放次數(shù)增加，影響擴(kuò)展性和可靠性；采用不同的壓縮算法，導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜度增力口，耗時(shí)增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決上述問(wèn)題，提出一種基于JPEG2000和幀間補(bǔ)償?shù)臒o(wú)人機(jī)偵察圖像通用壓縮方法。
[0006]本發(fā)明的基于JPEG2000和幀間補(bǔ)償?shù)臒o(wú)人機(jī)偵察圖像通用壓縮方法，具有步驟如下:
[0007]第一步，判斷圖像幀的類(lèi)型，選擇靜態(tài)圖像壓縮或動(dòng)態(tài)圖像壓縮。
[0008]如果是靜態(tài)圖像，則跳到第五步進(jìn)行變換編碼；如果是動(dòng)態(tài)圖像，則按以下步驟進(jìn)行幀間補(bǔ)償，然后對(duì)計(jì)算得到的非重疊區(qū)域或抽取的采樣幀進(jìn)行編碼。
[0009]第二步，獲取無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)和攝像機(jī)參數(shù)。
[0010]從空速表、高度表、陀螺儀等機(jī)載設(shè)備上獲取無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)，從攝像頭云臺(tái)控制系統(tǒng)獲取攝像機(jī)參數(shù)。
[0011]第三步，判斷偵察模式，獲取幀間運(yùn)動(dòng)矢量。
[0012]若偵察模式為跟蹤詳查模式或搜索模式，則跳到第五步進(jìn)行變換熵編碼；若偵察模式為水平掃描模式或普查模式，則進(jìn)行幀間運(yùn)動(dòng)矢量的計(jì)算。
[0013]第四步，判斷偵察模式，計(jì)算非重疊區(qū)域或抽取采樣幀。
[0014]如果偵察模式為模式水平掃描模式，則根據(jù)幀間運(yùn)動(dòng)矢量，計(jì)算得到當(dāng)前幀的非重疊區(qū)域。如果偵察模式為模式普查模式，則計(jì)算幀間的重疊率和采樣率，根據(jù)采樣率抽取采樣幀。
[0015]第五步，進(jìn)行變換、量化、熵編碼。
[0016]對(duì)靜態(tài)圖像、動(dòng)態(tài)視頻的非重疊區(qū)域或采樣幀進(jìn)行變換，然后對(duì)變換后的系數(shù)進(jìn)行量化、位平面編碼，打包生成壓縮碼流。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0018](I)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)偵察靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)視頻的通用壓縮，節(jié)省了機(jī)載資源。
[0019](2)充分利用無(wú)人機(jī)偵察圖像幀間重置率聞的特點(diǎn)，提聞了壓縮效率； [0020](3)大大的減少了壓縮時(shí)間，提高了實(shí)時(shí)性；
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明提供的基于JPEG2000和幀間補(bǔ)償?shù)臒o(wú)人機(jī)偵察圖像通用壓縮方法流程圖；
[0022]圖2為無(wú)人機(jī)圖像序列示意圖；
[0023]圖3為計(jì)算非重疊區(qū)域或抽取采樣幀的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]本發(fā)明的基于JPEG2000和幀間補(bǔ)償?shù)臒o(wú)人機(jī)偵察圖像通用壓縮方法，流程如圖1所示，包括以下幾個(gè)步驟:
[0026]第一步，判斷圖像幀的類(lèi)型，選擇靜態(tài)圖像壓縮或動(dòng)態(tài)圖像壓縮。
[0027]將圖像幀分成I幀和P幀，靜態(tài)圖像是I幀，動(dòng)態(tài)圖像序列的第一幀為I幀，其余幀為P幀。如果是I幀圖像，則跳到第五步進(jìn)行變換編碼；如果是P幀，則進(jìn)入第二步，進(jìn)行幀間補(bǔ)償，然后對(duì)獲取的非重疊區(qū)域或采樣幀進(jìn)行編碼。
[0028]第二步，獲取飛行參數(shù)和攝像機(jī)參數(shù)。
[0029]從空速表、高度表、陀螺儀、攝像頭云臺(tái)控制系統(tǒng)等機(jī)載設(shè)備上提取無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)和攝像機(jī)參數(shù)。具體為:由上述空速表、高度儀、攝像頭云臺(tái)控制系統(tǒng)等設(shè)備上得到的飛
行參數(shù)組成了多元集P: {Vum?Hmiv,^aev,Pum,, Vctmf,Yctmf,,^,/(w,/?), fr}，其中 Vuav, Huav 為飛
機(jī)的飛行速度與高度；auav，為飛機(jī)的方位角與俯仰角；V_為云臺(tái)相對(duì)于飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度；Y?！?，λ cam為攝像機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角與俯仰角；Ψ為攝像機(jī)視場(chǎng)角；I (w，h)為所獲視頻流的每幀圖像的寬和高(以像素為單位);fr為視頻流的幀率。
[0030]第三步，判斷偵察模式，獲取幀間運(yùn)動(dòng)矢量。[0031]無(wú)人機(jī)按近似直線(xiàn)飛行時(shí)，設(shè)無(wú)人機(jī)水平運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樗狡屏?，無(wú)人機(jī)垂直運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榇怪逼屏?，根?jù)方位向和俯仰向是否掃描運(yùn)動(dòng)將無(wú)人機(jī)偵察模式簡(jiǎn)化為四類(lèi):
[0032]( 1)跟蹤詳查模式:方位向、俯仰向都運(yùn)動(dòng)，鎖定地面場(chǎng)景，理想情況下為幀間全部重疊，水平偏移量和垂直偏移量為O ;
[0033](2)水平掃描模式:方位向運(yùn)動(dòng)，俯仰角保持不變，理想情況下水平偏移量和垂直偏移量按飛機(jī)運(yùn)動(dòng)速度、高度以及光電平臺(tái)方位角等計(jì)算；
[0034](3)普查模式:方位角保持不變，俯仰角保持不變，理想情況下水平偏移量按飛機(jī)運(yùn)動(dòng)速度、高度以及光電平臺(tái)方位角等計(jì)算，無(wú)垂直偏移量；
[0035](4)搜索模式:方位向、俯仰向都在運(yùn)動(dòng)掃描過(guò)程中，水平偏移量和垂直偏移量隨著平臺(tái)掃描運(yùn)動(dòng)而改變。
[0036]在水平掃描模式和普查模式下，無(wú)人機(jī)按照預(yù)定航線(xiàn)自主飛行，執(zhí)行任務(wù)階段多數(shù)為直線(xiàn)段。由于無(wú)人機(jī)飛行平穩(wěn)，速度緩慢，傳輸帶寬受限，所以無(wú)人機(jī)偵察圖像中幀內(nèi)相關(guān)性和幀間相關(guān)性較強(qiáng)，幀間重疊率大。
[0037]對(duì)偵察模式進(jìn)行判斷，如果偵察模式為跟蹤詳查模式或搜索模式，則跳到第五步進(jìn)行變換熵編碼；若偵察模式為水平掃描模式或普查模式，則進(jìn)行幀間運(yùn)動(dòng)矢量的計(jì)算。
[0038]幀間運(yùn)動(dòng)矢量的計(jì)算如圖2所示，其中V，H為飛機(jī)的飛行速度與高度；α，β為飛機(jī)的方位角與俯仰角；Y，λ為攝像機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角與俯仰角，在模式2和模式3下其值可忽略；-為攝像機(jī)視場(chǎng)角；I(t)為t時(shí)刻所獲視頻流的圖像幀；I(t+l)為t+Ι時(shí)刻所獲視頻流的圖像幀。具體為:
[0039]在無(wú)人機(jī)水平掃描模式(模式2)下，根據(jù)P集參數(shù)，獲取幀間運(yùn)動(dòng)矢量為:
[0040]攝像機(jī)所拍攝地面范圍的長(zhǎng)度:
[0041]
【權(quán)利要求】
1.基于JPEG2000和幀間補(bǔ)償?shù)臒o(wú)人機(jī)偵察圖像通用壓縮方法，包括以下幾個(gè)步驟: 第一步，判斷圖像幀的類(lèi)型，選擇靜態(tài)圖像壓縮或動(dòng)態(tài)圖像壓縮； 將圖像幀分成I幀和P幀，靜態(tài)圖像是I幀，動(dòng)態(tài)圖像序列的第一幀為I幀，其余幀為P幀；如果是I幀圖像，進(jìn)入第五步；如果是P幀，進(jìn)入第二步；第二步，獲取飛行參數(shù)和攝像機(jī)參數(shù)；獲取飛行參數(shù)多元集
【文檔編號(hào)】H04N19/103GK103796011SQ201410025508
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】丁文銳, 康傳波, 向錦武, 李紅光, 魯愛(ài)英 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)