圖像傳輸中的不等差錯保護及碼率分配方法研究.pdf

1、隨著無線互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展以及3G移動通信系統(tǒng)的逐漸普及,人們對高質(zhì)量的多媒體無線通信業(yè)務的需求不斷增長,因此對圖像信息進行有效、可靠的通信傳輸也就日益受到人們的高度重視。對于帶寬受限約束條件下的圖像傳輸,一直以來存在著兩方面的問題:一是系統(tǒng)對傳輸可靠性方面的要求,由于高壓縮比的圖像編碼對噪聲的影響十分敏感,即使單個比特錯誤都會造成圖像在接收端災難性的重建失敗;二是系統(tǒng)對傳輸實時性方面的要求,這需要盡可能的減小系統(tǒng)的編譯碼時間。基于分

2、離原理設計的圖像傳輸系統(tǒng)由于其內(nèi)在的局限性,在復雜多變的無線信道中很難實現(xiàn)信源及信道編碼的最優(yōu)化設計,更無法滿足用戶對圖像傳輸實時性的需求。而基于信源信道聯(lián)合編碼的系統(tǒng)則從整體上進行考慮,通過系統(tǒng)中不同模塊的合作、聯(lián)合協(xié)同優(yōu)化來提升傳輸可靠性以及降低系統(tǒng)延時。因此,本文從信源信道聯(lián)合編碼的角度對圖像在無線信道中的傳輸方法進行探討,圍繞聯(lián)合信源信道圖像傳輸中的最優(yōu)碼率分配以及對圖像傳輸?shù)牟坏炔铄e保護兩方面問題展開相關研究,力求兼顧圖像傳輸

3、的可靠性和實時性。針對現(xiàn)有方法存在的不足,分別從降低算法計算復雜度和提高重建圖像質(zhì)量兩方面入手,提出一系列的改進方法。全文的主要工作可歸納為以下幾個方面:
　　(1)在對現(xiàn)有的圖像編碼算法進行總結(jié)和分析的基礎上,明晰了變長碼編碼圖像對噪聲極度敏感的機理。針對變長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,結(jié)合率兼容的信道編碼,構(gòu)建了一個適用于可伸縮式圖像編碼傳輸?shù)南到y(tǒng)模型。對于模型中的幾種信道編碼,給出了其編譯碼方法

4、,并分析了它們在BSC,AWGN及Rayleigh衰落信道中的誤碼率,為后續(xù)對最優(yōu)碼率分配及信源的不等差錯保護的研究提供了理論支持。
　　(2)針對基于失真最優(yōu)的碼率分配算法普遍具有的計算復雜度過高的缺點,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)碼率分配問題轉(zhuǎn)化為樹圖中最優(yōu)路徑查找問題,并提出一個可接受的啟發(fā)式評價函數(shù)來計算圖中路徑的代價。利用此評價函數(shù),通過A*算法可搜索出樹圖的最優(yōu)路徑,即可獲得系統(tǒng)的失真

5、最優(yōu)碼率分配。為了進一步減小算法的時間復雜度和系統(tǒng)時延,在全局最優(yōu)算法的基礎上,提出一個復雜度可控的快速算法?？焖偎惴ㄍㄟ^限制搜索深度來控制系統(tǒng)的計算復雜度,并查找出樹圖在給定深度下的最優(yōu)碼率分配路徑?？焖偎惴ň哂泻軓姷耐ㄓ眯?通過改變搜索深度,算法既可以應用于對通信實時性要求較高的場合,也適用于對圖像傳輸質(zhì)量要求較高的情景。
　　(3)針對基于失真最優(yōu)的碼率分配不具備離線計算能力的缺點,提出了一種可進行離線計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一步減小碼率分配的計算時間。提出的雙向搜索算法的恢復圖像質(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算,因此在圖像傳輸時,其系統(tǒng)延時要遠小于失真最優(yōu)算法。
　　(4)針對一般小波分解對圖像的高頻區(qū)域分辨力不足的缺點,提出了一個基于聯(lián)合信源信道最優(yōu)小波包的圖像不等差錯保護傳輸

7、方法。現(xiàn)有的小波包圖像編碼在剪枝小波包分解樹時,僅是從信源率失真角度考慮其最優(yōu)性,而沒有考慮信道噪聲的影響。因此在通過噪信道進行傳輸時,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,提出一個聯(lián)合信道最優(yōu)的小波包剪枝算法,可獲得當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)點度數(shù)遞增性質(zhì)的WIPC-LDPC碼,利用