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图像传输抗差错保护及其码率分配技术研究

杨亚东  
【摘要】:近年来,基于小波变换的图像编码技术取得了长足的进步。优秀的小波图像编码器不仅具有较高的压缩效率,而且产生的码流具有可伸缩性,从而使得渐进传输和动态带宽适应成为可能。但这种码流对包丢失和信道误码很敏感,传输过程中的任一比特错误都可能导致位于其后的码流数据无法正确解码,造成恢复图像质量的大幅降低或完全无法正确解码。现有的Internet和无线网络是有噪信道,不能实时提供可靠的数据传输。因此,研究噪声信道中的图像可伸缩码流实时传输问题就成为一项非常具有挑战性的热点研究课题。 基于前向纠错的差错控制策略是解决实时通信中图像和视频可靠传输问题的重要手段。本文重点研究包删除信道和无线信道中图像可伸缩码流的抗差错保护及其高效信源信道码率分配算法。主要的研究成果和创新点如下: 1.提出了一种基于双向局部搜索的快速码率分配算法。该算法适用于基于交织器结构的抗丢包不等保护(ULP)系统,通过合理地选择搜索起始点,采用自适应邻域的方法交替进行前向和后向局部搜索,从而在获得同等保护性能的同时,减小了计算复杂度。 2.提出了一种基于估计的快速最优交织器参数选择算法。该算法适用于给定传输码率的ULP系统,通过易求得的失真优化解的期望失真的上下界估计最小期望失真对应的交织器参数,避开了复杂度较高的失真优化解的多次求解步骤。实验结果显示,此算法兼有复杂度低和鲁棒性好的特点。 3.提出了有效期望质量的概念,定义为扣除传输失败情况后接收端得到的期望质量。利用有效期望质量与等保护和不等保护相结合的策略,提出了两种ULP系统的码率分配算法:(1)基于有效期望质量最大化判据的算法。该算法以端到端有效期望质量最大作为码率分配的目标;(2)提供QoS保障的码率分配算法。该算法在传输失败概率小于给定概率阈值的约束条件下,以端到端有效期望质量最大作为码率分配的目标。两种算法都采用双向局部搜索的方法进行快速码率分配。有效期望质量性能判据克服了原期望质量性能判据没有考虑收端用户最小图像质量要求的缺陷,实验表明,这两种算法都能提高有效期望质量,降低传输失败概率,而后者能够保证传输失败概率小于用户给定的概率阈值,从而为图像通信系统提供服务质量保障。 4.提出了一种基于信源符号重排的ULP系统的码率分配方案,导出了考虑重排效果的端到端期望质量计算式,给出了相应的码率分配算法。实验表明,该算 法在包数较小而包长度较大时,能有效提高ULP系统的期望质量。 5.提出了两种基于预测的乘积码系统快速码率分配算法。该两种算法把有效期望质量性能判据引入到无线衰落信道的乘积码保护系统中,解决了原系统码率分配算法传输失败概率较大的问题。实验表明,此两种算法兼有复杂度低和预测精度高的特点。


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