圖像及視頻的聯(lián)合信源信道編碼若干問題的研究.pdf

1、香農(nóng)的信源信道分離理論是基于這樣兩個假設(shè),信源信道編碼的碼字可以是無限長且無限復雜度.這在實際應(yīng)用中是不可能的,分離理論實際上限制了系統(tǒng)更優(yōu)的性能。由此,人們開始把眼光集中到了信源信道聯(lián)合編碼上,嘗試設(shè)計能替代分離編碼的性能更優(yōu)的系統(tǒng)。 聯(lián)合信源信道編碼,就是綜合考慮信源信道的特點,采用最優(yōu)化的設(shè)計方法來提供更好的錯誤保護和更高的帶寬利用率。聯(lián)合設(shè)計是一個很大的范疇,涉及到信源信道的方方面面,也細化成了很多個不同的研究熱點。

2、 本文綜合近年來聯(lián)合信源信道編碼方面的主要研究工作,成果以及重點和熱點,對目前聯(lián)合信源信道編碼方法進行了比較細致的分類及總結(jié)。然后再針對目前聯(lián)合信源信道編碼方向的四個研究熱點,分別進行了比較深入的探索,并嘗試將其用于圖像和視頻的傳輸中去。 首先設(shè)計了一個能利用可變長編碼器輸出碼流中的殘留冗余,在解碼端將可變長解碼和卷積碼解碼聯(lián)合到一起實現(xiàn)一體化解碼的基于MAP的解碼器,該解碼器不僅可以在解碼過程中直接刪除非VLC碼字,降低誤

3、碼率,而且還可以利用信源編碼器的輸出序列中殘留的冗余信息來進一步提供差錯保護。最后將該聯(lián)合解碼算法應(yīng)用到H.264視頻編碼碼流的運動矢量的解碼中去,仿真試驗表明一體化解碼器比起分離系統(tǒng)解碼及其它聯(lián)合解碼器性能有較大的提高。 其次先簡要介紹了基于符號受限和比特受限的聯(lián)合信源信道變長碼解碼器,在分析它們各自優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上,提出了改進算法JVLD,同時給出了仿真結(jié)果,并與前兩種算法做了性能比較,得出結(jié)論改進的JVLD優(yōu)于其它算法。然后

4、在此基礎(chǔ)上提出了一種新的信源信道聯(lián)合迭代解變長碼(VLC)和低密度校驗碼(LDPC)的解碼器。該解碼器主要由兩個軟輸入,軟輸出(SISO)的模塊組成,在迭代解碼過程中信息交互傳遞,并能利用VLO碼字結(jié)構(gòu)和馬爾可夫信源之間的相關(guān)性來進一步糾正誤碼,提高解碼性能.最后將該算法應(yīng)用于經(jīng)過噪聲信道的圖像碼流和視頻碼流的信源信道聯(lián)合解碼當中去,并給出了詳細的仿真實驗結(jié)果及結(jié)論。 之后,嘗試設(shè)計能將兩種非均衡錯誤保護方法結(jié)合到一起,在無線衰

5、落信道上進行視頻傳輸?shù)姆蔷忮e誤保護系統(tǒng)。首先針對平坦性衰落信道提出了信道自適應(yīng)的UEP_BTC_STBC系統(tǒng),它能根據(jù)碼流的重要性程度給予不同的保護,從而保證在相同的傳輸條件下更高質(zhì)量的視頻傳輸。該系統(tǒng)將空時碼(STBC),分組Turbo碼(BTC)串連在一起,能在較低的編碼和解碼復雜度下既具有BTC的高的誤碼糾正能力,還能獲得STBC的較大的分集增益.同時,由于聯(lián)合采用了不同的BTC碼和不同的調(diào)制方式,該系統(tǒng)可以根據(jù)信道狀況自適應(yīng)調(diào)

6、節(jié)傳輸機制,最大程度地獲得端對端視頻傳輸QoS.仿真試驗將H.264的編碼碼流通過數(shù)據(jù)分區(qū)(DP,.data partition)分成重要性不同的碼流,然后在該系統(tǒng)下傳輸,結(jié)果表明相對均等保護系統(tǒng),視頻傳輸性能更優(yōu)。 然后又針對帶有頻率選擇性衰落的發(fā)散信道提出了信道自適應(yīng)的UEP BTC STBC OFDM系統(tǒng),在原有的BTC-STBC系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入OFDM來對抗發(fā)散信道的衰落效應(yīng),提高視頻傳輸?shù)聂敯粜浴Ｍ瑫r,該系統(tǒng)也可以根

7、據(jù)信道狀況自適應(yīng)調(diào)節(jié)傳輸機制,最大程度地獲得端對端視頻傳輸QoS.仿真試驗表明本系統(tǒng)視頻重建質(zhì)量有顯著提高,相對均等保護系統(tǒng),具有更好的視頻傳輸性能。 最后,研究了噪聲信道中矢量量化的聯(lián)合信源信道編碼技術(shù)。首先提出了一種用于矢量量化索引值分配的免疫克隆算法,該算法借鑒了生物免疫系統(tǒng)中的克隆增殖和生物在免疫過程中保持個體多樣性的能力,能夠很好地在群體的收斂性和個體多樣性之間保持動態(tài)平衡,從而極大地提高了搜索效率,實現(xiàn)索引值的最優(yōu)

8、分配。仿真結(jié)果表明,該算法在提高噪聲信道矢量量化器的性能方面比BSA和EAIAA有顯著提高,同時收斂速度也得到了明顯的改善。其次,詳細討論了由矢量量化的高分辯率理論推導出來的漸近理論的核心部分一等誤差原則,然后將該原則作為矢量量化器設(shè)計的一個有力必要條件,提出了我們的信道優(yōu)化矢量量化器的設(shè)計方法。該算法通過在子區(qū)域誤差較大的矢量附近產(chǎn)生新的矢量來代替子區(qū)域誤差較小的矢量,從而逐漸平均各子區(qū)域誤差,并同時使信道矢量量化器滿足最近鄰條件和質(zhì)