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无线信道中的联合信源信道编码研究

作　者: 肖嵩
导　师: 吴成柯
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 联合信源信道编码 SPIHT MPEG-4 多描述感兴趣区域速率分配
分类号: TN925
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

在无线信道中，能够提供对多媒体(包括话音、图像和数据等)业务的支持已成为二十一世纪通信系统发展的必然趋势。然而它的实现势必要解决两大问题，其一是对信源进行高效的压缩以充分利用有限的信道带宽——即信源编码问题；其二是对压缩后的信息进行错误保护以抗击信道或网络所带来的误码或数据丢失——即信道编码问题。由于信源编码压缩率的提高将导致码流抗误码能力的降低，同时提高码流的抗误码性能又要以牺牲编码效率为代价，因此信源编码和信道编码所要解决的问题在此意义上是相互矛盾的。对于信源编码问题，虽然在视频编码方面已形成了很多标准，但其压缩算法中采用的可变长编码，使得编码后比特流对误码极为敏感；对于信道编码问题，虽然一些成熟的纠错码的使用可以在一定程度上降低信道误码率，但它们通常针对某种固定信道进行设计，一旦信道条件发生变化且产生的错误超出编码自身的纠错范围时，系统性能将急剧下降。因此，如何在信源编码及信道编码间进行权衡，设计一套有效的系统编码方案从而更加可靠地在无线信道或网络上传输各种业务(尤其是视频)，是实现多媒体移动通信的关键问题之一。联合信源信道编码已被证明是一种行之有效的解决上述问题的编码技术。该技术将信源与信道编码结合在一起考虑，比将最优的信源编码方案与最优的信道编码方案相级联的传统方法更加有效。联合信源信道编码方面的研究在国外已经得到广泛的重视，而在国内还处于起步阶段，许多问题有待进一步深入的研究。本文对静止图像以及视频的联合信源信道编码问题中的若干关键技术进行了深入研究，并取得了一些成果，这将对下一代移动通信系统中多媒体通信的实现具有重要意义。本文的主要工作和研究成果如下： 1．提出了一种基于小波SPIHT编码图像的联合信源信道编码方法。该方法针对SPIHT编码码流的重要性不同而进行不同程度的保护，并利用无线信道的时变特性自适应地调整信源和信道编码速率，从而在不增加额外带宽的前提下有效地提高了系统的性能和可靠性。 2．在分析MPEG-4码流层次结构及其重要性的基础上，提出了一种用于提高MPEG-4码流在噪声信道下的抗误码性能的联合信源信道编码方法。该方法将MPEG-4基本层按重要性进行码流重排后进行交织打包，并根据率失真函数将基本层纹理信息进一步划分为多个子层。编码器根据反映信道状态的反馈信息动态地调整传输的子层数目，使得系统失真最小。该方法抗丢包能力强，无线信道中的联合信源信道编码研究适用于衰落信道及无线网络中的视频传输。提出了一种感兴趣区域的多描述SPIHT编码方法。该方法将本身具有分层内嵌特性的SPIHT码流编码成多个描述子，每个描述子包含不同数目的完全编码零树码流和部分编码零树码流—即冗余码流。通过对所有零树重新进行重要性排序后，为每个描述子分配不同编码速率的完全编码码流和冗余码流来完成多描述SPIHT编码。在分配冗余树时，优先对感兴趣区域分配较多的冗余，而对背景区域或非感兴趣区域分配速率较低的冗余，以进一步增强感兴趣区域的抗误码以及抗分组丢弃能力，从而在不增加信道带宽的情况下，使得感兴趣区域即使在描述子丢失的情况下，也能获得较高的恢复质量。提出一种自适应插入过渡帧的多描述视频编码方法。该方法根据相邻帧的相对运动自适应地插入过渡帧，然后将视频序列分成两个描述子，每个描述子采用自己的预测环路独立编码。在解码端描述子合成时，系统利用正确接收到的描述子的信息自适应地选择运动补偿插值或直接替代方法来恢复另一描述子中的错误或丢失信息。同以往方法相比，该方法能够更加有效地缓解误匹配问题，快速帮助译码器从随机错误或突发错误中恢复，并且能够提供更加稳定的重建视频质量。分析了信源信道编码速率对图像质量的影响，提出了一种联合信源信道编码的速率分配方案。该方案针对渐进图像的速率分配问题建立了数学模型，对模型的求解进行了简化，并采用拉格朗日乘数法，在满足一定的约束条件下实现了速率的最优化分配。关键词:联合信源信道编码SPIHT MPEG一4多描述感兴趣区域速率分配西安电子科技大学博士学位论文

全文目录

第一章绪论  12-26
  §1．1 引言  12-19
    §1．1．1 研究背景  12-15
    §1．1．2 研究动态及成果  15-17
    §1．1．3 研究方向  17-19
  §1．2 本文研究内容及主要贡献  19-20
  §1．3 本文的结构安排  20-21
  第一章参考文献  21-26
第二章信源信道编码基础  26-47
  §2．1 信源编码  26-32
    §2．1．1 静止图像压缩编码  26-29
    §2．1．2 活动图像(视频)压缩编码  29-30
    §2．1．3 图像(视频)编码标准  30-32
  §2．2 信道编码  32-35
    §2．2．1 信道编码概述  32-33
    §2．2．2 常用信道编码方法  33-35
  §2．3 通信系统中的差错控制  35-42
    §2．3．1 通信系统中差错控制的必要性  35-36
    §2．3．2 主要差错控制技术方法及分类  36-42
  §2．4 本章小结  42-43
  第二章参考文献  43-47
第三章基于信源特性的联合信源信道编码设计  47-76
  §3．1 引言  47
  §3．2 基于小波SPIHT图像的联合信源信道编码设计  47-60
    §3．2．1 基于小波SPIHT图像的信源编码设计  48-51
    §3．2．2 基于不等错误保护的RCPC信道编码  51-52
    §3．2．3 联合信源信道编码设计  52-55
    §3．2．4 信道模型  55-56
    §3．2．5 仿真结果  56-60
  §3．3 基于MPEG-4的联合信源信道编码设计  60-72
    §3．3．1 MPEG-4视频码流特性分析  61-65
    §3．3．2 联合信源信道编码系统设计  65-70
    §3．3．3 仿真结果  70-72
  §3．4 本章小结  72-74
  第三章参考文献  74-76
第四章基于多描述的联合信源信道编码设计  76-96
  §4．1 引言  76-77
  §4．2 基于SPIHT的多描述编码  77-84
    §4．2．1 基于SPIHT图像的多描述编码算法描述  77-79
    §4．2．2 基于感兴趣区域的多描述SPIHT编码  79-82
    §4．2．3 仿真结果  82-84
  §4．3 自适应插入过渡帧的多描述视频编码  84-91
    §4．3．1 系统设计方案  85-86
    §4．3．2 自适应插入过渡帧的描述子划分方法  86-87
    §4．3．3 自适应选择的描述子合成方法  87-89
    §4．3．4 仿真结果  89-91
  §4．4 本章小结  91-93
  第四章参考文献  93-96
第五章联合信源信道编码速率分配  96-106
  §5．1 引言  96-97
  §5．2 信源信道编码速率对图像质量的影响  97-99
  §5．3 联合信源信道编码的速率分配  99-100
  §5．4 仿真结果  100-103
  §5．5 本章小结  103-104
  第五章参考文献  104-106
结束语  106-109
  论文总结  106-107
  工作展望  107-109
攻读博士期间发表的论文  109-111
攻读博士期间参加的主要科研项目  111-112
致谢  112

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