圖像傳輸中的不等差錯(cuò)保護(hù)及碼率分配方法研究.pdf

1、隨著無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展以及3G移動(dòng)通信系統(tǒng)的逐漸普及,人們對(duì)高質(zhì)量的多媒體無(wú)線通信業(yè)務(wù)的需求不斷增長(zhǎng),因此對(duì)圖像信息進(jìn)行有效、可靠的通信傳輸也就日益受到人們的高度重視。對(duì)于帶寬受限約束條件下的圖像傳輸,一直以來(lái)存在著兩方面的問(wèn)題:一是系統(tǒng)對(duì)傳輸可靠性方面的要求,由于高壓縮比的圖像編碼對(duì)噪聲的影響十分敏感,即使單個(gè)比特錯(cuò)誤都會(huì)造成圖像在接收端災(zāi)難性的重建失敗;二是系統(tǒng)對(duì)傳輸實(shí)時(shí)性方面的要求,這需要盡可能的減小系統(tǒng)的編譯碼時(shí)間?；诜?/p>

2、離原理設(shè)計(jì)的圖像傳輸系統(tǒng)由于其內(nèi)在的局限性,在復(fù)雜多變的無(wú)線信道中很難實(shí)現(xiàn)信源及信道編碼的最優(yōu)化設(shè)計(jì),更無(wú)法滿足用戶對(duì)圖像傳輸實(shí)時(shí)性的需求。而基于信源信道聯(lián)合編碼的系統(tǒng)則從整體上進(jìn)行考慮,通過(guò)系統(tǒng)中不同模塊的合作、聯(lián)合協(xié)同優(yōu)化來(lái)提升傳輸可靠性以及降低系統(tǒng)延時(shí)。因此,本文從信源信道聯(lián)合編碼的角度對(duì)圖像在無(wú)線信道中的傳輸方法進(jìn)行探討,圍繞聯(lián)合信源信道圖像傳輸中的最優(yōu)碼率分配以及對(duì)圖像傳輸?shù)牟坏炔铄e(cuò)保護(hù)兩方面問(wèn)題展開(kāi)相關(guān)研究,力求兼顧圖像傳輸

3、的可靠性和實(shí)時(shí)性。針對(duì)現(xiàn)有方法存在的不足,分別從降低算法計(jì)算復(fù)雜度和提高重建圖像質(zhì)量?jī)煞矫嫒胧?提出一系列的改進(jìn)方法。全文的主要工作可歸納為以下幾個(gè)方面:
　　(1)在對(duì)現(xiàn)有的圖像編碼算法進(jìn)行總結(jié)和分析的基礎(chǔ)上,明晰了變長(zhǎng)碼編碼圖像對(duì)噪聲極度敏感的機(jī)理。針對(duì)變長(zhǎng)碼碼流抗噪聲能力不足這一缺陷,根據(jù)可伸縮式圖像編碼的特點(diǎn),結(jié)合率兼容的信道編碼,構(gòu)建了一個(gè)適用于可伸縮式圖像編碼傳輸?shù)南到y(tǒng)模型。對(duì)于模型中的幾種信道編碼,給出了其編譯碼方法

4、,并分析了它們?cè)贐SC,AWGN及Rayleigh衰落信道中的誤碼率,為后續(xù)對(duì)最優(yōu)碼率分配及信源的不等差錯(cuò)保護(hù)的研究提供了理論支持。
　　(2)針對(duì)基于失真最優(yōu)的碼率分配算法普遍具有的計(jì)算復(fù)雜度過(guò)高的缺點(diǎn),提出了一種基于啟發(fā)式搜索的失真最優(yōu)碼率分配快速方法。首先將最優(yōu)碼率分配問(wèn)題轉(zhuǎn)化為樹(shù)圖中最優(yōu)路徑查找問(wèn)題,并提出一個(gè)可接受的啟發(fā)式評(píng)價(jià)函數(shù)來(lái)計(jì)算圖中路徑的代價(jià)。利用此評(píng)價(jià)函數(shù),通過(guò)A*算法可搜索出樹(shù)圖的最優(yōu)路徑,即可獲得系統(tǒng)的失真

5、最優(yōu)碼率分配。為了進(jìn)一步減小算法的時(shí)間復(fù)雜度和系統(tǒng)時(shí)延,在全局最優(yōu)算法的基礎(chǔ)上,提出一個(gè)復(fù)雜度可控的快速算法?？焖偎惴ㄍㄟ^(guò)限制搜索深度來(lái)控制系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜度,并查找出樹(shù)圖在給定深度下的最優(yōu)碼率分配路徑。快速算法具有很強(qiáng)的通用性,通過(guò)改變搜索深度,算法既可以應(yīng)用于對(duì)通信實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合,也適用于對(duì)圖像傳輸質(zhì)量要求較高的情景。
　　(3)針對(duì)基于失真最優(yōu)的碼率分配不具備離線計(jì)算能力的缺點(diǎn),提出了一種可進(jìn)行離線計(jì)算的基于快速雙向搜索

6、的率最優(yōu)碼率分配算法。算法首先計(jì)算最優(yōu)碼率分配中的碼率值上界,利用此碼率上界值可縮小待分配碼率集的范圍。在確定最優(yōu)碼率分配的上下界后,使用前后向搜索算法進(jìn)一步減小碼率分配的計(jì)算時(shí)間。提出的雙向搜索算法的恢復(fù)圖像質(zhì)量要低于失真最優(yōu)算法,但由于雙向搜索算法可離線計(jì)算,因此在圖像傳輸時(shí),其系統(tǒng)延時(shí)要遠(yuǎn)小于失真最優(yōu)算法。
　　(4)針對(duì)一般小波分解對(duì)圖像的高頻區(qū)域分辨力不足的缺點(diǎn),提出了一個(gè)基于聯(lián)合信源信道最優(yōu)小波包的圖像不等差錯(cuò)保護(hù)傳輸

7、方法?，F(xiàn)有的小波包圖像編碼在剪枝小波包分解樹(shù)時(shí),僅是從信源率失真角度考慮其最優(yōu)性,而沒(méi)有考慮信道噪聲的影響。因此在通過(guò)噪信道進(jìn)行傳輸時(shí),現(xiàn)有剪枝算法不再具有最優(yōu)性。鑒于現(xiàn)有小波包剪枝算法的不足,將噪聲信道的信息作為約束條件加載到最優(yōu)小波包剪枝中,提出一個(gè)聯(lián)合信道最優(yōu)的小波包剪枝算法,可獲得當(dāng)前信道狀況下的全局最優(yōu)小波包子帶分解。小波包系數(shù)的量化編碼使用基于塊分割的位平面編碼,而信道編碼使用具有節(jié)點(diǎn)度數(shù)遞增性質(zhì)的WIPC-LDPC碼,利用