无线多媒体传感器网络中分布式图像压缩方案的研究

论文摘要

无线多媒体传感器网络(WMSNs)是在传统无线传感器网络(WSNs)的基础上发展起来的具有音频、视频、图像等多媒体信息感知功能的新型传感器网络。同只具有简单环境数据采集功能的传统无线传感器网络相比,无线多媒体传感器网络能实现细粒度、精准信息的环境监测,在军事、民用、商业等领域具有非常广阔的应用前景。基于对无线多媒体传感器网络未来广阔应用前景的认识,尤其是考虑到其在构建未来海、陆、空、天一体化战场态势信息感知系统中的巨大应用价值,本论文围绕无线多媒体传感器网络中的图像信息分布式压缩展开研究,现将论文主要研究结果与结论归纳如下:1.提出了一种适用于无线多媒体传感器网络的分簇方法,并将新方法相比传统的LEACH协议进行了实验比较,结果表明:比较于传统的LEACH协议,本文提出的方案在延长网络生存周期、提高网络的覆盖度、增强负载平衡性等方面具有较大改进。2.总结了无线多媒体传感器网络中图像压缩面临的问题及已有解决方案的局限,然后在研究DCT变换及JPEG图像压缩算法的基础上,提出了一种新的适用于无线多媒体传感器网络的的图像分布式处理算法。仿真结果表明,该方法能在计算、存储资源非常有限的节点上有效的实现图像编码和传输,与“集中处理”方式相比,该分布式处理算法能成倍地提高整个网络的生命周期,能量消耗更加均匀,具有极其优异的性能。该算法在传感器网络中的应用有助于推动无线多媒体传感器网络进一步走向实用化。3.设计了面向分布式图像压缩的多媒体硬件原型系统,并介绍了图像传感器硬件节点、驱动程序、用户空间程序以及客户端程序的设计。最后给出了图像经过采集、编码、传输、解码并还原的成像效果图。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题来源及本人工作
• 1.3 本文组织
• 第二章 无线多媒体传感器网络概述
• 2.1 无线多媒体传感器网络的特点
• 2.2 无线多媒体传感器网络的应用
• 2.3 无线多媒体传感器网络中的关键技术及其研究进展
• 2.4 无线多媒体传感器节点
• 2.5 本章小结
• 第三章 面向分布式图像压缩的分簇算法
• 3.1 多媒体传感器路由协议概述
• 3.1.1 多媒体传感器网络路由协议分类
• 3.1.2 五种平面型路由协议概述
• 3.1.3 扩散型路由协议性能比较
• 3.1.4 四种层次型路由协议概述
• 3.1.5 层次型路由协议性能比较分析
• 3.2 面向分布式图像压缩的分簇算法
• 3.2.1 LEACH 分簇算法的不足
• 3.2.2 针对LEACH 算法的改进
• 3.2.3 改进后算法的实施步骤
• 3.3 仿真结果
• 3.3.1 改进算法与LEACH 算法分簇结果的对比试验
• 3.3.2 实验结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 适用于无线多媒体传感器网络的图像分布式处理算法
• 4.1 概述
• 4.1.1 无线多媒体传感器网络中图像处理面临的问题
• 4.1.2 基于小波变换的解决方案及其局限性
• 4.1.3 离散余弦变换（ DCT）
• 4.1.4 JPEG 压缩算法
• 4.1.5 节点的能量消耗模型
• 4.2 多媒体传感器网络中的分布式JPEG 图像压缩
• 4.3 仿真結果
• 4.3.1 实验一
• 4.3.2 实验二
• 4.3.3 实验三
• 4.4 本章小结
• 第五章 面向分布式图像压缩的多媒体硬件原型系统
• 5.1 图像传感器硬件节点设计
• 5.1.1 S3C2440A 芯片介绍
• 5.1.2 OV9650 图像传感器芯片介绍
• 5.1.3 多媒体传感器无线通信协议介绍
• 5.2 图像传感器内核驱动设计
• 5.2.1 open 函数
• 5.2.2 release 函数
• 5.2.3 read 函数
• 5.2.4 ioctl 函数
• 5.2.5 poll 函数
• 5.2.6 mmap 函数
• 5.3 图像传感器外核程序设计
• 5.3.1 I2C 总线简介
• 5.3.2 OV9650 初始化
• 5.3.3 图像采集模块的设计
• 5.3.4 图像数据格式的转换
• 5.3.5 图像编码
• 5.3.6 图像的发送
• 5.4 客户端程序设计
• 5.4.1 与服务器端的数据通信
• 5.4.2 图像解码模块的设计
• 5.4.3 图形界面的设计与图像的现实
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的学术论文
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 攻读硕士学位期间获得的专利申请
• 缩略词
• 图表清单
• 参考文献