圖像及視頻的聯(lián)合信源信道編碼若干問(wèn)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(gè)假設(shè),信源信道編碼的碼字可以是無(wú)限長(zhǎng)且無(wú)限復(fù)雜度.這在實(shí)際應(yīng)用中是不可能的,分離理論實(shí)際上限制了系統(tǒng)更優(yōu)的性能。由此,人們開(kāi)始把眼光集中到了信源信道聯(lián)合編碼上,嘗試設(shè)計(jì)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(diǎn),采用最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法來(lái)提供更好的錯(cuò)誤保護(hù)和更高的帶寬利用率。聯(lián)合設(shè)計(jì)是一個(gè)很大的范疇,涉及到信源信道的方方面面,也細(xì)化成了很多個(gè)不同的研究熱點(diǎn)。

2、 本文綜合近年來(lái)聯(lián)合信源信道編碼方面的主要研究工作,成果以及重點(diǎn)和熱點(diǎn),對(duì)目前聯(lián)合信源信道編碼方法進(jìn)行了比較細(xì)致的分類及總結(jié)。然后再針對(duì)目前聯(lián)合信源信道編碼方向的四個(gè)研究熱點(diǎn),分別進(jìn)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(jì)了一個(gè)能利用可變長(zhǎng)編碼器輸出碼流中的殘留冗余,在解碼端將可變長(zhǎng)解碼和卷積碼解碼聯(lián)合到一起實(shí)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(guò)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(lái)進(jìn)一步提供差錯(cuò)保護(hù)。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(yùn)動(dòng)矢量的解碼中去,仿真試驗(yàn)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(jiǎn)要介紹了基于符號(hào)受限和比特受限的聯(lián)合信源信道變長(zhǎng)碼解碼器,在分析它們各自優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出了改進(jìn)算法JVLD,同時(shí)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(jìn)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(zhǎng)碼(VLC)和低密度校驗(yàn)碼(LDPC)的解碼器。該解碼器主要由兩個(gè)軟輸入,軟輸出(SISO)的模塊組成,在迭代解碼過(guò)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(lái)進(jìn)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(guò)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(dāng)中去,并給出了詳細(xì)的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論。 之后,嘗試設(shè)計(jì)能將兩種非均衡錯(cuò)誤保護(hù)方法結(jié)合到一起,在無(wú)線衰

5、落信道上進(jìn)行視頻傳輸?shù)姆蔷忮e(cuò)誤保護(hù)系統(tǒng)。首先針對(duì)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(hù),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(shí)碼(STBC),分組Turbo碼(BTC)串連在一起,能在較低的編碼和解碼復(fù)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(shí),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(jī)制,最大程度地獲得端對(duì)端視頻傳輸QoS.仿真試驗(yàn)將H.264的編碼碼流通過(guò)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(duì)均等保護(hù)系統(tǒng),視頻傳輸性能更優(yōu)。 然后又針對(duì)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(lái)對(duì)抗發(fā)散信道的衰落效應(yīng),提高視頻傳輸?shù)聂敯粜?。同時(shí),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(jī)制,最大程度地獲得端對(duì)端視頻傳輸QoS.仿真試驗(yàn)表明本系統(tǒng)視頻重建質(zhì)量有顯著提高,相對(duì)均等保護(hù)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(guò)程中保持個(gè)體多樣性的能力,能夠很好地在群體的收斂性和個(gè)體多樣性之間保持動(dòng)態(tài)平衡,從而極大地提高了搜索效率,實(shí)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(shí)收斂速度也得到了明顯的改善。其次,詳細(xì)討論了由矢量量化的高分辯率理論推導(dǎo)出來(lái)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(jì)的一個(gè)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(jì)方法。該算法通過(guò)在子區(qū)域誤差較大的矢量附近產(chǎn)生新的矢量來(lái)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(shí)使信道矢量量化器滿足最近鄰條件和質(zhì)