陳鏡伊

（92941 部隊(duì) 第150 所，遼寧 葫蘆島125000）

圖像傳輸是一種用于傳送或存儲(chǔ)圖像的過程，主要是通過信源和信道處理實(shí)現(xiàn)的。然而由于圖像中包含大量的有效信息，在傳輸過程中受到通道干擾，導(dǎo)致接收到的圖像質(zhì)量有所下降[1]。因此，很多研究學(xué)者為了提高傳輸圖像的質(zhì)量，提出圖像傳輸質(zhì)量控制技術(shù)。在以往的研究中，主要通過控制圖像傳輸入口參數(shù)的方式，針對(duì)不同分辨率、尺寸的圖像傳輸質(zhì)量展開控制，但傳統(tǒng)控制方法的控制效果不明顯，將其應(yīng)用到實(shí)際的圖像傳輸工作中，依舊存在圖像清晰度低、圖像像素丟失的問題，為此引入視覺掩蔽特性的概念。

視覺掩蔽特性又被稱為人類視覺特性，指的是在通過人眼觀察的過程中會(huì)存在掩蔽的現(xiàn)象，導(dǎo)致觀看的圖像在主觀感覺中存在失真。在考慮視覺掩蔽特性的前提下，對(duì)圖像傳輸質(zhì)量控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提升其控制效果，間接的提升傳輸圖像質(zhì)量。

1 圖像傳輸質(zhì)量控制技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 傳輸圖像預(yù)處理

定義待傳輸?shù)牟噬珗D像為w，w(i,j)代表第i 行，第j 列彩色圖像像素的顏色值。利用小波變換原理壓縮靜態(tài)圖像，對(duì)彩色水印圖像進(jìn)行W 編碼，形成一維二元序列。通過對(duì)原始圖像進(jìn)行分解以實(shí)現(xiàn)傳輸圖像的預(yù)處理，假設(shè)分解數(shù)量為k 層，那么3k 表示高頻子帶，1k 表示低頻子帶。采用熵編碼將量化后的符號(hào)流轉(zhuǎn)換成比特流，采用L 表示低通濾波器，H 表示高通濾波器[2]。LL2，HL2，LH2，HH2 分別表示更低的分辨率子帶。同理經(jīng)過多次迭代變換，即可實(shí)現(xiàn)圖像的多尺度分析，得到3N+1 的子帶。多級(jí)分解原理如圖1 所示。

圖1 小波變化的傳輸圖像多級(jí)分解原理圖

經(jīng)小波變換后的圖像可以得到不同頻率和分辨率的小波子帶，代表圖像輪廓的低頻子帶上針占據(jù)較多能量，而代表圖像細(xì)節(jié)信息的高頻自帶上占據(jù)較少能量。

1.2 利用視覺掩蔽特性嵌入數(shù)字水印

在相同子帶內(nèi)的噪聲掩蔽度上，以3×3 個(gè)像素為中心的系數(shù)絕對(duì)值的均值，則：

紋理的復(fù)雜性對(duì)于不同的圖像整體是不同的。因此，內(nèi)嵌強(qiáng)度的調(diào)整范圍也不同[4]。為了實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)地控制水印的嵌入強(qiáng)度，使用所有子帶平均紋理復(fù)雜性來表示整個(gè)圖像的紋理復(fù)雜性，即：

式中，k 為最大小波分解級(jí)數(shù)。對(duì)水印圖像進(jìn)行尺寸調(diào)整，使其大小與載體圖像一致，并對(duì)原始圖像和水印圖像進(jìn)行四級(jí)小波變換[5]。以水印嵌入強(qiáng)度為約束實(shí)現(xiàn)嵌入處理，其計(jì)算公式為：

1.3 實(shí)現(xiàn)圖像傳輸質(zhì)量控制

1.3.1 圖像傳輸碼流分配控制

根據(jù)圖像在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸情況，圖像傳輸將大量的數(shù)據(jù)傳輸給接收端，接收端將接收?qǐng)?bào)告反饋給發(fā)送端。根據(jù)發(fā)送端和接收端的丟包率計(jì)算網(wǎng)絡(luò)帶寬 ωs。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)圖像傳輸速率不穩(wěn)定的問題，發(fā)送端視頻編碼器基于對(duì)視頻應(yīng)用需求和網(wǎng)絡(luò)帶寬的估計(jì)來確定初始視頻流Rts[6]。在不同的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下圖像傳輸碼流分配控制表達(dá)式為：

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前狀態(tài)為空閑時(shí)，數(shù)據(jù)發(fā)送器的數(shù)據(jù)發(fā)送速率開始增加，開放緩沖區(qū)為空，當(dāng)前碼流和幀速率低于開始狀態(tài)，并且H.264 視頻編碼碼流和幀速率逐漸恢復(fù)[7]。目前，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)是滿的，當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)，應(yīng)該丟棄舊幀。并調(diào)整此時(shí)的Sn對(duì)碼流。如果網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前狀態(tài)為擁塞時(shí)，需要在此時(shí)降低發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，并設(shè)置狀態(tài)調(diào)節(jié)的數(shù)量。

1.3.2 圖像傳輸丟包控制

在圖像傳輸信道上對(duì)數(shù)據(jù)的丟包情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并根據(jù)丟包檢測結(jié)果進(jìn)行控制。圖像傳輸信道結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 圖像傳輸信道結(jié)構(gòu)圖

圖2 中圖像流從媒體服務(wù)器傳輸?shù)揭苿?dòng)終端，RTP 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)傳輸，RTCP 負(fù)責(zé)將接收端監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)送到源端，RCU 負(fù)責(zé)檢測媒體服務(wù)器與基站之間有線網(wǎng)絡(luò)的丟包情況，并將反饋報(bào)告返回給信源[8]。

2 控制效果測試實(shí)驗(yàn)分析

以測試考慮視覺掩蔽特性的圖像傳輸質(zhì)量控制技術(shù)的控制效果為目的，設(shè)計(jì)測試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中使用的傳輸圖像來源于三個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫，三個(gè)數(shù)據(jù)庫的基本信息如表1 所示。

表1 樣本數(shù)據(jù)庫基本信息表

在圖像樣本數(shù)據(jù)集中隨機(jī)選擇部分圖像作為實(shí)驗(yàn)傳輸圖像，將其導(dǎo)入到OPNET 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化仿真軟件中。

為了形成實(shí)驗(yàn)對(duì)比，在控制效果測試實(shí)驗(yàn)中分別設(shè)置傳統(tǒng)技術(shù)和文獻(xiàn)[8]提出技術(shù)作為對(duì)比技術(shù)。通過相關(guān)數(shù)據(jù)的收集與對(duì)比，得出量化測試結(jié)果如表2 所示。

表2 圖像傳輸質(zhì)量控制效果測試結(jié)果

從表2 中可以看出，相比于兩種對(duì)比控制技術(shù)，應(yīng)用考慮視覺掩蔽特性的控制技術(shù)可以將接收的圖像分辨率控制在1280*1080，具有更高的清晰度。另外從丟包情況來看，三種控制方法下的圖像傳輸丟包率分別為0.23%、0.11%和0.06%，即應(yīng)用設(shè)計(jì)的控制技術(shù)圖像丟失量更少。

結(jié)束語

綜上所述，在考慮視覺掩蔽特性的情況下，圖像傳輸質(zhì)量控制技術(shù)的控制效果更佳，然而由于在控制過程中需要分析圖像的視覺掩蔽特性，因此需要消耗大量的控制時(shí)間，導(dǎo)致控制效率有所降低，這需要在今后的研究工作中進(jìn)一步優(yōu)化。