图像传输抗差错保护及其码率分配技术研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状与技术背景
• 1.2.1 图像编码技术的发展及其标准
• 1.2.2 适合网络传输的可伸缩图像/视频编码
• 1.2.3 多描述编码
• 1.2.4 联合信源/信道编码
• 1.3 研究内容及主要贡献
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 信源信道编码与差错控制基础
• 2.1 数字通信系统及其差错控制
• 2.2 信源编码
• 2.2.1 图像编码系统的结构及其性能度量
• 2.2.2 SPIHT算法
• 2.2.3 JPEG2000算法
• 2.2.4 3DSPIHT算法
• 2.3 信道模型
• 2.3.1 二进制对称信道
• 2.3.2 瑞利信道
• 2.3.3 包删除信道
• 2.4 信道编码
• 2.4.1 循环冗余码
• 2.4.2 RS码
• 2.4.3 RCPC码
• 2.5 本章小结
• 第三章 抗丢包保护与基于双向局部搜索的码率分配算法
• 3.1 引言
• 3.2 ULP系统原理
• 3.2.1 ULP系统结构
• 3.2.2 舒缓衰减特性
• 3.3 端到端性能度量及其数学描述
• 3.3.1 常用端到端系统性能度量
• 3.3.2 端到端性能的数学描述
• 3.4 信源信道统计
• 3.5 典型码率分配算法
• 3.5.1 码率分配算法概述
• 3.5.2 快速局部搜索算法
• 3.6 基于双向局部搜索的码率分配算法
• 3.6.1 等保护失真优化解和率优化解的关系
• 3.6.2 自适应邻域双向局部搜索算法
• 3.6.3 实验结果及分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 码率约束的最优交织器参数选择算法
• 4.1 引言
• 4.2 最优交织器参数选择问题描述
• 4.3 ULP失真优化解的期望失真的上下界
• 4.4 交织器参数选择及其码率分配算法
• 4.5 包丢失概率函数的递归求解方法
• 4.6 实验结果及分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于有效期望质量的码率分配算法
• 5.1 引言
• 5.2 有效期望质量判据的引入
• 5.3 有效期望质量计算式的推导
• 5.4 有效期望质量最大化判据的码率分配算法
• S最大化HLP问题的数学描述及算法思想'>5.4.1 T_S最大化HLP问题的数学描述及算法思想
• S最大化HLP算法'>5.4.2 基于双向搜索的T_S最大化HLP算法
• 5.4.3 实验结果及分析
• 5.5 提供服务质量保障的码率分配算法
• 5.5.1 提供QoS保障的码率分配优化目标
• 5.5.2 QoS保障对等保护强度范围的要求
• 5.5.3 基于双向搜索的QoS保障HLP码率分配算法
• 5.5.4 实验结果及分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 提高重建质量的信源符号重排方案
• 6.1 引言
• 6.2 重排信道码率游程内信源符号的动机
• 6.3 考虑重排效果的期望质量的计算
• 6.4 基于局部搜索和 HLP的码率分配算法
• 6.5 实验结果及分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 无线信道的乘积码保护及其码率分配算法
• 7.1 引言
• 7.2 乘积码系统原理及数学描述
• 7.2.1 乘积码系统原理
• 7.2.2 端到端性能的数学描述
• 7.3 典型乘积码系统的码率分配算法
• 7.4 基于预测和有效期望质量的码率分配算法
• 7.4.1 有效期望质量最大化判据的乘积码码率分配算法
• 7.4.2 提供QoS保障的乘积码码率分配算法
• 7.5 实验结果及分析
• 7.6 本章小结
• 结束语
• 论文总结
• 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果
• 一.参加科研情况
• 二.发表论文情况
• 三.获奖情况: