信源信道聯(lián)合解碼算法研究及其在語音傳輸中的應(yīng)用.pdf

1、隨著無線移動(dòng)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)多媒體通信的傳輸要求日益提高，與語音、音頻、視頻相關(guān)的技術(shù)也成為通信研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。香農(nóng)的信源信道分離編碼原理是目前多媒體通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，信源編碼基于信源的統(tǒng)計(jì)特性實(shí)現(xiàn)信源數(shù)據(jù)的有效壓縮，而信道編碼則用于增加傳輸數(shù)據(jù)的魯棒性，實(shí)現(xiàn)可靠傳輸。通信系統(tǒng)的信源編碼和信道編碼在結(jié)構(gòu)上分別獨(dú)立地進(jìn)行設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。根據(jù)香農(nóng)的分離原理，只有在碼字無限長(即意味著復(fù)雜度和延遲的無

2、限大)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信環(huán)境下，獨(dú)立設(shè)計(jì)系統(tǒng)才能獲得最佳系統(tǒng)性能，這就促使了信源信道聯(lián)合編解碼算法的研究和發(fā)展，該方法將信源編碼、信道編碼或信源解碼、信道解碼作為一個(gè)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而提高系統(tǒng)性能。 本文主要對(duì)信源信道聯(lián)合解碼算法，以及基于聯(lián)合解碼結(jié)構(gòu)的語音傳輸系統(tǒng)進(jìn)行研究。提出了基于迭代結(jié)構(gòu)和參數(shù)估計(jì)的信源信道聯(lián)合解碼算法。聯(lián)合解碼算法首先基于信源參數(shù)幀間相關(guān)性提供的先驗(yàn)信息以及信道輸出數(shù)據(jù)，進(jìn)行迭代的信道解碼；接著利用迭代信道解碼

3、提供的接收參數(shù)似然值，結(jié)合信源參數(shù)的先驗(yàn)信息，計(jì)算后驗(yàn)概率，進(jìn)行基于最小均方誤差或最大后驗(yàn)概率估計(jì)的信源解碼，同時(shí)后驗(yàn)概率作為先驗(yàn)信息反饋到下一時(shí)刻迭代的信道解碼。為了降低迭代信道解碼的運(yùn)算量，避免對(duì)數(shù)似然值和概率值的相互轉(zhuǎn)換，引入了簡化算法。仿真實(shí)驗(yàn)表明對(duì)于高斯馬爾可夫信源，該聯(lián)合解碼算法和簡化的聯(lián)合解碼算法均明顯提高了接收參數(shù)信噪比，改善了接收系統(tǒng)性能。本文采用非系統(tǒng)卷積碼，因此迭代的信道解碼為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，由軟輸入、軟輸出維特比解碼和

4、比特估計(jì)模塊兩部分組成。根據(jù)維特比算法和比特估計(jì)模塊的外信息轉(zhuǎn)移圖表，本文分析了迭代信道解碼算法的收斂性，指出迭代信道解碼的系統(tǒng)性能提高受到信道信噪比、信源參數(shù)冗余量等因數(shù)的影響。同時(shí)聯(lián)合解碼算法迭代次數(shù)的增加不會(huì)無限提高系統(tǒng)性能，一般而言，迭代次數(shù)設(shè)置為2，即可保證聯(lián)合解碼算法獲得顯著的性能改善。利用多元統(tǒng)計(jì)分析工具，對(duì)基于最小均方誤差估計(jì)的信源解碼算法進(jìn)行分析，在信源參數(shù)、信道輸出數(shù)據(jù)為聯(lián)合高斯分布條件下，推導(dǎo)了接收參數(shù)信噪比提高幅

5、度的表達(dá)式，指出聯(lián)合解碼算法的性能提高與信道信噪比、信源參數(shù)的一階相關(guān)系數(shù)有關(guān)，證明了聯(lián)合解碼算法的可行性和有效性，實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明了分析方法的正確性。 針對(duì)GSM EFR這一重要的語音編碼標(biāo)準(zhǔn)，分析了編碼參數(shù)的冗余量，對(duì)參數(shù)分別由非等概分布和幀間相關(guān)性提供的冗余信息，在聯(lián)合解碼的信道解碼和信源解碼中進(jìn)行合理分配，最大程度地獲取由信源參數(shù)冗余信息帶來的系統(tǒng)性能增益，并避免了由冗余信息重復(fù)使用造成的性能損失；針對(duì)各信源參數(shù)的特性，