信源信道聯(lián)合解碼算法研究及其在語音傳輸中的應用.pdf

1、隨著無線移動通信技術和網絡通信技術的不斷發(fā)展，對多媒體通信的傳輸要求日益提高，與語音、音頻、視頻相關的技術也成為通信研究領域的熱點和重點。香農的信源信道分離編碼原理是目前多媒體通信系統(tǒng)的設計基礎，信源編碼基于信源的統(tǒng)計特性實現(xiàn)信源數據的有效壓縮，而信道編碼則用于增加傳輸數據的魯棒性，實現(xiàn)可靠傳輸。通信系統(tǒng)的信源編碼和信道編碼在結構上分別獨立地進行設計，降低了系統(tǒng)設計的復雜性。根據香農的分離原理，只有在碼字無限長(即意味著復雜度和延遲的無

2、限大)和點對點通信環(huán)境下，獨立設計系統(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、信道解碼作為一個整體進行設計，從而提高系統(tǒng)性能。 本文主要對信源信道聯(lián)合解碼算法，以及基于聯(lián)合解碼結構的語音傳輸系統(tǒng)進行研究。提出了基于迭代結構和參數估計的信源信道聯(lián)合解碼算法。聯(lián)合解碼算法首先基于信源參數幀間相關性提供的先驗信息以及信道輸出數據，進行迭代的信道解碼；接著利用迭代信道解碼

3、提供的接收參數似然值，結合信源參數的先驗信息，計算后驗概率，進行基于最小均方誤差或最大后驗概率估計的信源解碼，同時后驗概率作為先驗信息反饋到下一時刻迭代的信道解碼。為了降低迭代信道解碼的運算量，避免對數似然值和概率值的相互轉換，引入了簡化算法。仿真實驗表明對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)結構，由軟輸入、軟輸出維特比解碼和

4、比特估計模塊兩部分組成。根據維特比算法和比特估計模塊的外信息轉移圖表，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、信源參數冗余量等因數的影響。同時聯(lián)合解碼算法迭代次數的增加不會無限提高系統(tǒng)性能，一般而言，迭代次數設置為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)計分析工具，對基于最小均方誤差估計的信源解碼算法進行分析，在信源參數、信道輸出數據為聯(lián)合高斯分布條件下，推導了接收參數信噪比提高幅

5、度的表達式，指出聯(lián)合解碼算法的性能提高與信道信噪比、信源參數的一階相關系數有關，證明了聯(lián)合解碼算法的可行性和有效性，實驗仿真結果表明了分析方法的正確性。 針對GSM EFR這一重要的語音編碼標準，分析了編碼參數的冗余量，對參數分別由非等概分布和幀間相關性提供的冗余信息，在聯(lián)合解碼的信道解碼和信源解碼中進行合理分配，最大程度地獲取由信源參數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使用造成的性能損失；針對各信源參數的特性，