无线信道中的联合信源信道编码.doc

无线信道中的联合信源信道编码
【摘要】：本文提出了一种噪声軎道下传输渐诗f17像的璇合绪源悟道编码方法．该方法根据信遗条件的好坏动态的矾整信源编码速率和信道编码速率，阁此极大地提高了系统的性能和编码教率．同时该方法还具有结构简单，易于实现等优点．试验证明本方法与以前文献中提出的EEP打法以及UEP方法相比．在信噪比低时即信道条件恶劣的情况下，能够明显提高恢复图像的质量．
【关键词】：渐进，联合信源信道编码，SPlIHT，RCPC
序言
随着多媒体技术的发展，在无线信道中(包括个人通信系统及卫星通信系统)如何传输视频和图像已成为人们关注的一大焦点．无线信道给人们带来的巨大挑战，就是其传输的不可靠性(极易出现误码)．这是由其固有的特点一即频带资源有限，传输信道时变的错误特性所决定的。以往的图像姬信中，人们往往将信源编码和信道编码分开进行，遵循于香农tSI-ail儿on)定理．然而，由于无线信道车身特点造成的问题。照搬定律将不能获得良好效果．例如，香农定理没有对信道的错误特性做任何分析，并且没有考虑信源、信道资源的充分利用问题等等．近年来，将信源编码与信道编码相结合的思想受到了人们的日益重视．已有许多文献利用联合信源信道编码对无线唐道中的多媒体(图像、视频)传输做了研究。
本文提出了一种无线信道中传输图像的基于小波SPIHT的联合信源信道编码方法，主要思想是采用基f小波SPIHT的信源编码，并对编码后的比特流按其重要性进行不等错误保护。由于小波SPIHT算法的内嵌编码特性(渐进传输和码率可调)，我们根据无线信道的时变特性自适应地改变信源编码的速率，同时改变RCPG信道编码速率，以达到既保证图像的传输质量，又不增加额外的带宽的目的．即当信道环境恶劣时，我们通过少传甚至不传非重要部分(图像的高频分量)来降低信源编码的编码速率，同时增强对信源编码后重要部分的信道编码的保护强度；而当信道环境较好时．我们通过适当增加非重要部分(图像细节部分)的传输来提高信源编码的编码速率，同时减小信道编码的保护强度。
1基于小波SPIHT的图像编码算法
SPIHT算法是由Said和Pearlnan提出的对Shapiro的内嵌零树小波EZW算法的改进．其显著特点是极低的计算复杂度和高质量的恢复图像，它打破了传统编码算法中编码效率与复杂度同步增长的界限，并且合理利用了小波分解后的多分辨率特性，获得了优良的编码性能．同现有的其它编码方法相比，它不仅在性能上具有很高的信噪比和较好的丰观视觉质量，而且编译码速度快，同时具有内嵌编码的特征，能够终止千所需的码率或图像质量处，适合于逐渐浮现式的图像传输。

SPIHT继承了如图1所示的小波系数的零树(空间定位树)结构，该算法将某一树结点及其所有后继结点划归为同一集合，集合的分割过程是不断地将一个集合分成4个子集再分别对每个子集进行重要性测试的过程．重要性测试函数定义为

其中Cij表示坐标为(i，j)处的小波系数值，n表示第n层比特平面，r为某个子集．如果集合中所有元素的幅值小于某阀值(即该集合是不重要的)，则使片j一个比特即可表示，这样就大大简化了集合的表示．由于变换系数在空间定位树结构中的相似性，使采用这种集合分割后的排序算法具有高效率的特点SPIHT算法分为4个步骤，即
(1)初始化：

(2)排序过程：

(3)细化过程：

(4)步长更新：
n自减，跳回步骤（2）。
从上述算法中可以看出；初始化过程与EZW完全相同，细化过程类似干EZW编码的逐次逼近量化过程，而SPIHT改进了EZW的重要图的表示方法，也就是重要像素在表中的排序
信息，使得集合的表示更为精简，从而提高了编码效率．
2基于不等错误保护的RCPC信道编码
RCPC码是在增信删余卷积码的基础上提出来的一种速率可变卷积码．它对一个速率为1／N的码字以周期P进行增信删余，从而得到一组速率为P／(P+l)的码字，其中f可以是从l到1到（N-1）P中的任意一个整数．RCPC码的速率可变特性是由它的增信删余码表决定的．在码表中，所有高速率的码字都包含在低速率的码字中．如果高速率的码字的纠错能力不够强，我们只需增加先前删余的码字来降低信道编码码率，提高其纠错能力。
假设码的自由距离为df，码字中重量为d的码序列数为ad，错误路径距离为d的概率为
Pd，则错误译码事件的概率的上界为：

假设在一个增信删余周期内所有重量为d的非零信息位总数为cd，则误比特率的上界为：

3联合信源信道编码

原始图像经过信源SPIHT图像编码器)编码，产生的码流被打包分成长度固定的数据块．对每个数据块加以16bit的循环冗余校验(CRC)后，码流将通过RCPC信道编码器。经过信道传输后，接收端将首先经过RCPC解码器，再经过CRC解码和解分组．当CRC解码发现了RCPC未能纠正的错