视频流分片编码的无人机视频传输方法

李亮亮; 吕志刚; 郭锦; 李晓艳; 杨永侠

doi:doi:10.3788/LOP57.241021

激光与光电子学进展, 2020, 57 (24): 241021, 网络出版: 2020-12-02

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UAV Video Transmission Method Based on Video Stream Slicing and Coding

李亮亮吕志刚 ^*郭锦李晓艳杨永侠

作者单位

西安工业大学电子信息工程学院, 陕西西安 710021

图 & 表

图 1. 系统整体实现图

Fig. 1. Overall implementation diagram of system

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图 2. 图像传输模型

Fig. 2. Image transmission model

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图 3. 编解码流程

Fig. 3. Flowchart of encoding and decoding

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图 4. 小波分解细节图。(a)详细信息;(b)水平细节; (c)垂直细节;(d)对角细节

Fig. 4. Wavelet decomposition detail diagram. (a) Detailed information; (b) horizontal detail; (c) vertical detail; (d) diagonal detail

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图 5. 三级小波变换示意图

Fig. 5. Diagram of third-order wavelet transform

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图 6. 三级小波分解流程

Fig. 6. Flowchart of three-level wavelet decomposition

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图 7. 原图像

Fig. 7. Original image

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图 8. 三级小波变换输出图像

Fig. 8. Output image obtained by three-level wavelet transformation

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图 9. 采集端三分量分解量化输出图。 (a) Y; (b) Cr; (c) Cb

Fig. 9. Three-component decomposition quantization output images at acquisition end. (a) Y; (b) Cr; (c) Cb

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图 10. 接收端三分量复原输出图。 (a) Y; (b) Cr; (c) Cb

Fig. 10. Three-component restoration output images at receiving end. (a) Y; (b) Cr; (c) Cb

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图 11. 图像。(a)采集图像;(b)接收图像

Fig. 11. Images. (a) Collected image; (b) received image

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图 12. 接收时延的变化趋势

Fig. 12. Trend of receiving time delay

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图 13. 接收帧率的变化趋势

Fig. 13. Trend of receiving frame rate

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表 1传输过程中指标对比

Table1. Comparison of indicators in transmission process

Image	$x$	$y$	SSIM	RMSE
FDWT&IDWT	FDWT1	IDWT1	0.986780
	FDWT2	IDWT2	0.986678
	FDWT3	IDWT3	0.987841
Q&IQ	Q_Y	IQ_Y	0.987745
	Q_Cr	IQ_Cr	0.989623
	Q_Cb	IQ_Cb	0.980875
Image comparison	Srcimage	Recimage	0.987928	1.633673

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表 2尺寸为640×480图像质量的定量描述

Table2. Quantitative description of 640×480 image quality

$x$	$y$	SSIM	RMSE
Srcimage 1	Recimage 1	0.985544	1.615866
Srcimage 2	Recimage 2	0.985799	1.634215
Srcimage 3	Recimage 3	0.985878	1.587972
Srcimage 4	Recimage 4	0.985326	1.613286
Srcimage 5	Recimage 5	0.984940	1.664491
Srcimage 6	Recimage 6	0.985986	1.572247
Srcimage 7	Recimage 7	0.984756	1.613159
Srcimage 8	Recimage 8	0.975412	1.632571
Srcimage 9	Recimage 9	0.984568	1.571135
Srcimage 10	Recimage 10	0.985979	1.564518

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表 3尺寸为1280×720图像质量的定量描述

Table3. Quantitative description of 1280×720 image quality

$x$	$y$	SSIM	RMSE	$x$	$y$	SSIM	RMSE
Srcimage 1	Recimage 1	0.977228	2.680730	Srcimage 6	Recimage 6	0.975578	2.678446
Srcimage 2	Recimage 2	0.975794	2.689732	Srcimage 7	Recimage 7	0.974850	2.674558
Srcimage 3	Recimage 3	0.975895	2.687534	Srcimage 8	Recimage 8	0.978012	2.685717
Srcimage 4	Recimage 4	0.978647	2.683296	Srcimage 9	Recimage 9	0.984051	2.678637
Srcimage 5	Recimage 5	0.986541	2.667825	Srcimage 10	Recimage 10	0.981211	2.684916

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表 4不同算法的性能对比

Table4. Performance comparison of different algorithms

Algorithm	Image resolution	SSIM	RMSE	Total receivingtime/ms	Speed/(frame·s^-1)
JPEG(P=80, R=0)	640×480	0.935073	4.359058	25	45
JPEG(P=80, R=0)	1280×720
JPEG(P=60, R=10)	640×480	0.915425	5.187605	29	43
JPEG(P=60, R=10)	1280×720	0.907840	5.147938	45	38
JPEG2000	640×480	0.963516	3.124578	30	38
JPEG2000	1280×720	0.954521	3.061465	47	36
SVD(S=40, R=10)	640×480	0.937214	4.183163	24	48
SVD(S=40, R=10)	1280×720	0.934430	4.025180	46	32
SVD(S=50, R=10)	640×480	0.955571	3.217802	35	37
SVD(S=50, R=10)	1280×720	0.954312	3.118540	48	33
Proposed algorithm(R=10)	640×480	0.985472	1.650121	26	42
Proposed algorithm(R=10)	1280×720	0.972370	2.674558	43	28

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表 5采集图像和接收图像的各参数统计结果

Table5. Statistical results of each parameter of collected and received images

Imageresolution	Acquisitiontime/ms	Coding Time/ms	Decodingtime/ms	Displaytime/ms	Total receivingtime/ms	Speed/(frame·s^-1)
640×480	8.046150	21.657586	19.525346	0.291347	24	40
640×480	4.781484	20.752239	19.510056	0.461578	45	36
640×480	6.237983	20.955538	19.324789	0.262260	37	43
640×480	9.234905	20.955729	19.425044	0.368356	33	42
640×480	7.363080	21.958112	19.622812	0.220060	30	55
640×480	7.099151	21.256327	19.625601	0.759601	27	52
640×480	7.047653	20.955729	19.725832	0.778436	21	40
640×480	8.022308	20.958542	19.826087	0.518560	53	59
640×480	7.053852	20.855641	19.725904	0.508308	50	57
640×480	6.074666	21.256828	19.725952	0.229358	37	53
1280×720	11.811349	43.198490	43.415474	1.002645	45	29
1280×720	13.190103	42.543315	43.315148	1.002550	45	30
1280×720	12.003826	41.543960	42.813849	1.003265	48	29
1280×720	10.649919	41.941475	43.205571	1.034021	46	31
1280×720	11.999368	42.145586	43.214893	1.002073	43	30
1280×720	11.032342	42.546129	43.115067	1.503229	45	29
1280×720	13.033390	42.744135	42.716670	2.005577	60	27
1280×720	12.539241	42.746853	42.763590	1.006126	44	29
1280×720	12.816667	42.021489	43.096685	1.005411	43	28
1280×720	12.212991	43.448495	42.987799	2.009392	40	26

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李亮亮, 吕志刚, 郭锦, 李晓艳, 杨永侠. 视频流分片编码的无人机视频传输方法[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(24): 241021. Liangliang Li, Zhigang Lü, Jin Guo, Xiaoyan Li, Yongxia Yang. UAV Video Transmission Method Based on Video Stream Slicing and Coding[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(24): 241021.

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图 1. 系统整体实现图

Fig. 1. Overall implementation diagram of system

图 2. 图像传输模型

Fig. 2. Image transmission model

图 3. 编解码流程

Fig. 3. Flowchart of encoding and decoding

图 4. 小波分解细节图。(a)详细信息;(b)水平细节; (c)垂直细节;(d)对角细节

Fig. 4. Wavelet decomposition detail diagram. (a) Detailed information; (b) horizontal detail; (c) vertical detail; (d) diagonal detail

图 5. 三级小波变换示意图

Fig. 5. Diagram of third-order wavelet transform

图 6. 三级小波分解流程

Fig. 6. Flowchart of three-level wavelet decomposition

图 7. 原图像

Fig. 7. Original image

图 8. 三级小波变换输出图像

Fig. 8. Output image obtained by three-level wavelet transformation

图 9. 采集端三分量分解量化输出图。 (a) Y; (b) Cr; (c) Cb

Fig. 9. Three-component decomposition quantization output images at acquisition end. (a) Y; (b) Cr; (c) Cb

图 10. 接收端三分量复原输出图。 (a) Y; (b) Cr; (c) Cb

Fig. 10. Three-component restoration output images at receiving end. (a) Y; (b) Cr; (c) Cb

图 11. 图像。(a)采集图像;(b)接收图像

Fig. 11. Images. (a) Collected image; (b) received image

图 12. 接收时延的变化趋势

Fig. 12. Trend of receiving time delay

图 13. 接收帧率的变化趋势

Fig. 13. Trend of receiving frame rate

表 1传输过程中指标对比

Table1. Comparison of indicators in transmission process

表 2尺寸为640×480图像质量的定量描述

Table2. Quantitative description of 640×480 image quality

表 3尺寸为1280×720图像质量的定量描述

Table3. Quantitative description of 1280×720 image quality

表 4不同算法的性能对比

Table4. Performance comparison of different algorithms

表 5采集图像和接收图像的各参数统计结果

Table5. Statistical results of each parameter of collected and received images

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图 2. 图像传输模型

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Fig. 3. Flowchart of encoding and decoding

图 4. 小波分解细节图。(a)详细信息;(b)水平细节; (c)垂直细节;(d)对角细节

Fig. 4. Wavelet decomposition detail diagram. (a) Detailed information; (b) horizontal detail; (c) vertical detail; (d) diagonal detail

图 5. 三级小波变换示意图

Fig. 5. Diagram of third-order wavelet transform

图 6. 三级小波分解流程

Fig. 6. Flowchart of three-level wavelet decomposition

图 7. 原图像

Fig. 7. Original image

图 8. 三级小波变换输出图像

Fig. 8. Output image obtained by three-level wavelet transformation

图 9. 采集端三分量分解量化输出图。 (a) Y; (b) Cr; (c) Cb

Fig. 9. Three-component decomposition quantization output images at acquisition end. (a) Y; (b) Cr; (c) Cb

图 10. 接收端三分量复原输出图。 (a) Y; (b) Cr; (c) Cb

Fig. 10. Three-component restoration output images at receiving end. (a) Y; (b) Cr; (c) Cb

图 11. 图像。(a)采集图像;(b)接收图像

Fig. 11. Images. (a) Collected image; (b) received image

图 12. 接收时延的变化趋势

Fig. 12. Trend of receiving time delay

图 13. 接收帧率的变化趋势

Fig. 13. Trend of receiving frame rate

表 1传输过程中指标对比

Table1. Comparison of indicators in transmission process

表 2尺寸为640×480图像质量的定量描述

Table2. Quantitative description of 640×480 image quality

表 3尺寸为1280×720图像质量的定量描述

Table3. Quantitative description of 1280×720 image quality

表 4不同算法的性能对比

Table4. Performance comparison of different algorithms

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Table5. Statistical results of each parameter of collected and received images

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