收发平衡与码率优化的单兵应急视频通信装备研制

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灾害救援的信息化处置是国家的重大需求,搭建灾害现场与指挥中心之间的信息互通是开展应急救援的关键所在。针对重大灾害的发生伴随的断电、断网等次生灾害造成的信息孤岛,本文工作在国家重点研发项目“基于广电体系的融合应急通信关键技术研究与应用示范”的支持下,开展面向应急救援场景的高效视频压缩方案,并研制面向融合通信的单兵应急救援装备,实现应急救援业务的高效传输,具体包括:(1)针对应急融合通信网络环境下带宽不足而业务数据量大的问题,提出了三维显著性下的视频编码码率分配方案。基于已有图融合模型获取三维场景像素级别的视觉显著性参数,通过k-means聚类的中心值对显著图中所有像素下采样,高斯滤波平滑后得到适用编码的编码显著图,再将其与基于纹理复杂度的复杂度图融合得到融合显著图。最后融合显著图每个块的显著权重引导码率预分配和宏块级目标比特分配策略,调节编码器中的λ参数,达到码率控制的目的。所设计的方法HTM16.8平台上得到了验证,分别对Bicycle和Fountain Bench序列进行了验证并获得了13.60%和2.78%的码率提升,达到了显著性引导的编码码率策略有效提高视频数据压缩比、减少视频业务中传输数据量的目的。(2)针对异构融合通信网络给应急视频传输稳定性带来的挑战,本文采用分级缓冲机制和收发自适应平衡机制保证数据流平稳传输,使得应急视频通信业务能够适应不稳定的信道环境。(3)基于上述码率分配方案与自适应收发平衡机制,研制了单兵应急视频通信装备,克服了异构融合通信网络应急视频传输带来的带宽小、信道抖动难题。在基于无线Wi-Fi、4G以及广电无线网络的三种异构融合信道上,此装备能够在100K~1M的低码率下传输清晰画面的视频,单向传输时延和丢包率分别在0.307s和6.6%,同时还能自适应改变吞吐率达到收发平衡,具有较好的视频业务传输能力和抗干扰能力。该装备经由国家救灾应急装备工程技术中心主任为组长的验收专家组考察和验收,认为“单兵融合应急通信设备”的研制工作满足项目既定要求;该装备经遴选参加了由中国外交部和中国地震应急搜救中心联合举办的“东盟地区城市搜救”装备演练,取得了良好的效果。
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