Антиплагиат (1229293), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В таблиц е 1 приведенынекоторые характеристики перечисленных стандартов.Таблиц а 1 – Характеристики стандартов коммуникац ии, рекомендуемых дляиспользования в WMSNZigee(и IEEE 802.15.4)luetooth(IEEE 802.15.1)High Rate WPAN,WinMediaUW(IEEE 802.15.3a)Wi-Fi (IEEE 802.11b, g)Преимущ естваЦена, э нергосбереж ение, размеры сетиЦена, э нергосбереж ение, изменение частоты радиопередачиВысокая пропускная способность и э нергосбереж ениеВысокая пропускная способность и э нергосбереж ениеПропускная способность, гибкостьМакс. скорость20-250 Кбит/с1 Мбит/с22 Мбит/с110 Мбит/с11 Мбит/сРадиус передачи данных, м10-10010 (класс 3)100 (класс 1)5-5010 (110 Мбит/с)4 (200 Мбит/с)100Исходя из стоимости и доступности на рынке WMSN устройств, снабж енных видеокамерами, параметров э нергопотребления, диапазонапередаваемого сигнала и пропускной способности использование протокола Wi-Fi является предпочтительным для универсальныхприлож ений.
Ниж е приведены его преимущ ества и недостатки, которые необходимо учитывать при проектировании сети.2.2.1 Стандарт IEEE 802.11Обычно структураWi-Fi сети подразумевает наличие не менее одной точки доступа и не менее одного клиентского устройства.
Также возможноподключение двух клиентов в режиме «точка-точка» (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяютсяпосредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети ( SSI) с помощью специальныхсигнальных пакетов при пропускной способности 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Зная SSI сети, клиент может выяснить, возможноли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSI приёмник можетвыбирать между ними на основании данных об уровне сигнала.
Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборекритериев для соединения. Более подробно принцип работы описан втексте стандарта IEEE 802.11.Однако стандарт не регламентирует все вопросы[4]построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi. Каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя теметоды, которые он считает наилучшими с той или иной точки зрения.
Исходя из этого, возникает необходимость классификацииспособов построения беспроводных локальных сетей.По способу объединения точек доступа в единую систему можно выделить:– автономные точки доступа (самостоятельные, децентрализованные, умные);– точки доступа, работающие под управлением контроллера («легковесные», централизованные);– бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера).По способу организации и управления радиоканалами можно выделить беспроводные локальные сети:– со статическими настройками радиоканалов;– с динамическими (адаптивными) настройками радиоканалов;– со «слоистой» или многослойной структурой радиоканалов.[4]Протокол Wi-Fi обладает следующ ими преимущ ествами:– возмож ностьразвернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети;– возможность иметь доступ к сети[4]для мобильных устройств пользователя;–Wi -Fi устройства широко распространены на рынке,что гарантирует совместимость оборудования благодаря обязательнойсертификации с логотипом Wi-Fi;– мобильность;–в[4]пределах Wi-Fi зоны мож но организовать подключение к сети Интернет для нескольких пользователей (с компьютерами, ноутбуками,телефонами и т.
д.);– излучениеWi-Fi устройств в момент передачи данных на порядок (в 10 раз) меньше, чем у сотового телефона.[4]Однако, протокол обладает и недостатками:– в диапазоне 2,4 GHz работает множ ество устройств, что увеличивает вероятность помех и коллизий;–скорость передачи данных на L2 (OSI) в Wi-Fi сети всегда ниже заявленной скорости на L1 (OSI);– частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах не одинаковы;– в России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежатобязательной регистрации [6].Некоторые страны, например, Россия, Белоруссия и Италия, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений,или требуют регистрации Wi-Fi-оператора [5].2.3[4]Анализ алгоритмов кодирования видеопотокаСледующ им вопросом является выбор метода кодирования видео-потока, который чащ е рекомендуется делать на основе PSNRхарактеристики оц енки качества.PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio, пиковое отношение[59]сигнала к шуму) – мож ет быть использована как метрика для сравнения двух изображ ений: чем больше попиксельная разниц а меж ду ними(оригиналом и его преобразованной версией), тем меньше значение PSNR [11].PSNR является наиболее часто рекомендуемым методом измерения качества системы обработки и передачи цифрового видео,измеряется в дБ.
PSNR не позволяетучесть все специфические для видео параметры, поскольку точность представленияизображения постоянно изменяется в зависимости от визуальной сложности изображения, доступной скорости передачи и дажеметода сжатия. Таким образом, PSNR не может определить насколько заметными эти искажения будут для пользователя. Однимиз основных преимуществ PSNR можно назвать невысокую вычислительную сложность. Поэтому часто именно этот метод берут заоснову для создания различных моделей оценки качества передачи видео и дополняют его необходимыми показателями. Пиковоеотношение сигнала к шуму проще всего определить через среднеквадратическую ошибку (СКО), которая для двух монохромныхизображений R и Q размера i × j, одно из которых считается зашумлённым приближением другого [11].[17]Разработка большинства стандартов кодирования видео-потоковпредназначена, в первую очередь, для достижения наибольшей эффективности кодирования,[6]которая определяется способностью преобразовать информац ию с скоростью передачи данных при сохранении заданного уровнякачества изображ ения.Существует два стандартных способа измерения эффективности кодирования видео, один из которых заключается виспользовании объективной метрики, такой как PSNR, а второй состоит в использовании субъективной оценки качества видео.При этом отмечается, что субъективная оценка качества изображения является наиболее важным параметром для оценкикодирования, так как зрители воспринимают качество видео[6]субъективно.Ниж е приводятся результаты сравнительного анализа производительности наиболее распространенных методов кодирования видеопотоков: H.264, HEVC.
При проведении оц енки следует отметить, чтовместо макроблоков, которые применялись в H.264, в HEVC используются блоки с древовидной структурой кодирования. ВыигрышHEVC – в применении блоков большего размера [12]. В результате тестов было показано, что по сравнению с кодированиемблоков размером 64x64 пикселей, битрейт ([6]количество бит, используемых для хранения одной секунды мультимедийного контента)увеличивается на 2,2 %, когда используются блоки размером 32x32 и увеличивается на 11,0 %, когда используется размерблоков 16х16. В тестах кодирования видео с разрешением 2560x1600 пикселей при использовании блоков с размером 32x32пикселей битрейт увеличивается на 5,7 %, а при использовании блоков размером 16x16 пикселей – на 28,2 %, по сравнению свидео, где использованы блоки размером 64х64, при одинаковом пиковом отношении «сигнал-шум».
Тесты показали, чтоприменение блоков большего размера более эффективно при кодировании видео с высоким разрешением. Тесты также показали,что для декодирования видео, закодированного с размерами блоков 16х16, требуется на 60 % больше времени, чем прииспользовании блоков 64x64. То есть, применение блоковбольших размеров повышает эффективность кодирования приодновременном сокращении времени декодирования.В [6]результате э кспериментальных исследований авторами [13] было проведено сравнениеэффективности кодирования видео-потока алгоритмом Н.265 с H.264/ MPEG-4 AVC High Profile (HP), MPEG-4 Advanced SimpleProfile (ASP), H.263 High Profile Latency (HLP) и H .262/MPEG-2 Main Profile (MP). Были закодированы видео развлекательныхпрограмм и девять тестовых видеопоследовательностей с двенадцатью различными битрейтами с использованием тестовоймодели HEVC HM-8.0, пять из них были с H разрешением, а четыре были с разрешением WVGA (800 × 480).
Уменьшение битрейтаопределялось на основе PSNR.[6]Для сравнения фильмов в качестве метрики выбрано среднее значение PSNR соответствующ их кадров по всей последовательности. Т.е.чем выше характеристика метода находится на графике PSNR, тем лучше он справился со сж атием. Y-PSNR – разниц а меж ду кадрами пояркости (Y-компонента), а U-PSNR и V-PSNR – разниц а по ц ветовым оттенкам (U- и V-компоненты) [13]. Результаты сопоставленияхарактеристик и сравнительного анализа данных э ксперимента приведены в таблиц е 2 и на рисунке 2.2.Таблиц а 2 – Сравнение стандартов видеокодирования при равном PSNRСтандартвидеокодированияСреднее сокращение битрейтаH.264/MPEG-4 AVC HPMPEG-4 ASPH.263 HLPH.262/MPEG-2 MPHEVC MP35.4 %63.7 %65.1 %70.8 %H.264/MPEG-4 AVC HP44.5 %46.6 %55.4 %MPEG-4 ASP3.9 %19.7 %H.263 HLP16.2 %[6]Рисунок 2.2 – График зависимости PSNR от битрейта при использовании популярных программ кодирования видеоЗначение PSNR, вбольшинстве случаев, адекватно характеризует качество сжатия, но иногда не отражает характер и величину визуальныхартефактов.[53]Поэ тому, в качестве дополнения к графикам PSNR, приводятся отдельные кадры, сж атые различными алгоритмами программ, способныхвыполнять преобразование данных или сигнала, например, анлдогичные представенным на рисунке 2.3.а) б)Рисунок 2.3 – Результаты кодирования различными программами одного изображ ения: а) Ateme H.264; б) ivХ 5.1.1На рисунке 2.3 видно, что при одинаковой степени сж атия Ateme H.265 намного лучше справляется с подавлением блочности, чем ivX.2.4 Проектирование программного модуля2.4.1 Схема обработки видеопотокаПрограммное обеспечение будет разрабатываться на языке высокого уровня С++, так как э тот язык обладает необходимыми дляреализац ии проекта возмож ностями.
В качестве среды разработки будут использованы Code locks, Qt Creator, так э ти две средыразработки являются кроссплатформенными, что позволяет э кспортировать программу на микрокомпьютер. В дальнейшем планируетсяреализовать графический интерфейс в интегрированной среде разработки Qt Creator. Прилож ение будет иметь консольный интерфейс иработать под управлением операц ионной системы (ОС) Raspbian, установленной на микрокомпьютере Raspberry pi 2 и представляющ ейсобой конфигурац ию ОС ebian семейства Linux. Операц ионная система Raspbian спец иально разрабатывалась для микрокомпьютеровсемейства Raspberry, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
