信源信道联合解码算法研究及其在语音传输中的应用

论文题目: 信源信道联合解码算法研究及其在语音传输中的应用

论文类型: 博士论文

论文专业: 信号与信息处理

作者: 周琳

导师: 吴镇扬

关键词: 信源信道联合解码,迭代信道解码,参数估计,先验信息,后验概率,外信息转移图表,语音编码,冗余量,非等概分布,帧间相关性,估计准则

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着无线移动通信技术和网络通信技术的不断发展,对多媒体通信的传输要求日益提高,与语音、音频、视频相关的技术也成为通信研究领域的热点和重点。香农的信源信道分离编码原理是目前多媒体通信系统的设计基础,信源编码基于信源的统计特性实现信源数据的有效压缩,而信道编码则用于增加传输数据的鲁棒性,实现可靠传输。通信系统的信源编码和信道编码在结构上分别独立地进行设计,降低了系统设计的复杂性。根据香农的分离原理,只有在码字无限长(即意味着复杂度和延迟的无限大)和点对点通信环境下,独立设计系统才能获得最佳系统性能,这就促使了信源信道联合编解码算法的研究和发展,该方法将信源编码、信道编码或信源解码、信道解码作为一个整体进行设计,从而提高系统性能。本文主要对信源信道联合解码算法,以及基于联合解码结构的语音传输系统进行研究。提出了基于迭代结构和参数估计的信源信道联合解码算法。联合解码算法首先基于信源参数帧间相关性提供的先验信息以及信道输出数据,进行迭代的信道解码;接着利用迭代信道解码提供的接收参数似然值,结合信源参数的先验信息,计算后验概率,进行基于最小均方误差或最大后验概率估计的信源解码,同时后验概率作为先验信息反馈到下一时刻迭代的信道解码。为了降低迭代信道解码的运算量,避免对数似然值和概率值的相互转换,引入了简化算法。仿真实验表明对于高斯马尔可夫信源,该联合解码算法和简化的联合解码算法均明显提高了接收参数信噪比,改善了接收系统性能。本文采用非系统卷积码,因此迭代的信道解码为串联结构,由软输入、软输出维特比解码和比特估计模块两部分组成。根据维特比算法和比特估计模块的外信息转移图表,本文分析了迭代信道解码算法的收敛性,指出迭代信道解码的系统性能提高受到信道信噪比、信源参数冗余量等因数的影响。同时联合解码算法迭代次数的增加不会无限提高系统性能,一般而言,迭代次数设置为2,即可保证联合解码算法获得显著的性能改善。利用多元统计分析工具,对基于最小均方误差估计的信源解码算法进行分析,在信源参数、信道输出数据为联合高斯分布条件下,推导了接收参数信噪比提高幅度的表达式,指出联合解码算法的性能提高与信道信噪比、信源参数的一阶相关系数有关,证明了联合解码算法的可行性和有效性,实验仿真结果表明了分析方法的正确性。针对GSM EFR这一重要的语音编码标准,分析了编码参数的冗余量,对参数分别由非等概分布和帧间相关性提供的冗余信息,在联合解码的信道解码和信源解码中进行合理分配,最大程度地获取由信源参数冗余信息带来的系统性能增益,并避免了由冗余信息重复使用造成的性能损失;针对各信源参数的特性,不同的参数选择不同的估计准则;以迭代信道解码算法分析为基础,选定合理的迭代次数。仿真实验表明基于语音编码参数统计特性的联合解码算法显著改善了接收端解码语音音质,提高了语音传输系统性能。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 信源信道联合编解码的研究与发展

1.2.1 信源信道联合编码JSCE

1.2.2 信源信道联合解码JSCD

1.2.3 码率分配策略RAS

1.3 本文的章节内容及创新工作

第二章 信源信道联合编解码方法及相关理论

2.1 信息论基础理论

2.1.1 信源编码理论

2.1.2 信道编码理论

2.2 信源信道联合编解码方法

2.2.1 信源信道联合编码算法结构

2.2.2 信源信道联合解码算法结构

2.3 本章小结

第三章 基于高斯信源的信源信道联合解码算法

3.1 硬盘决和软判决概念

3.2 迭代解码及外信息概念

3.2.1 Turbo Code 编码结构

3.2.2 Turbo Code 解码结构及迭代过程

3.2.3 SOVA 算法

3.3 基于迭代结构和参数估计的信源信道联合解码算法

3.3.1 问题引入

3.3.2 先验概率估计

3.3.3 迭代的信道解码

3.3.4 联合解码算法的整体结构及其简化算法

3.4 仿真实验和结果分析

3.4.1 系统平台

3.4.2 仿真结果及分析

3.5 本章小结

第四章 信源信道联合解码算法性能分析

4.1 基于迭代结构的信道解码性能分析

4.1.1 迭代解码算法的分析方法

4.1.2 EXIT 图表法

4.1.3 迭代信道解码中互信息量IA 的计算

4.1.4 迭代信道解码中互信息量IE 的计算

4.1.5 迭代信道解码算法的收敛性分析

4.2 基于MMSE估计的信源解码性能分析

4.2.1 基于参数估计的信源解码系统结构

4.2.2 接收参数的条件概率

4.2.3 基于参数估计的信源解码算法性能分析

4.3 本章小节

第五章 信源信道联合解码算法在语音传输中的应用研究

5.1 GSM EFR语音编码算法

5.2 GSM EFR语音编码参数冗余量分析

5.3 基于语音编码参数特性的信源信道联合解码算法

5.3.1 参数先验概率分配

5.3.2 参数估计准则

5.4 仿真实验和结果分析

5.4.1 系统性能评估指标

5.4.2 系统平台及仿真结果分析

5.5 本章小节

第六章 全文总结

6.1 总结

6.2 下一步工作

作者攻读博士学位期间完成的论文

致谢

参考文献

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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• [2].逼近香农限的检测解码算法与差错控制技术研究[D]. 杨志敏.浙江大学2009
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• [1].无线信道中的联合信源信道编码研究[D]. 肖嵩.西安电子科技大学2004
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• [3].基于正弦语音模型的低比特率宽带语音编码算法的研究[D]. 应娜.吉林大学2006
• [4].听觉特性与鲁棒语音识别算法研究[D]. 孙暐.东南大学2006
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• [6].无线图像传输中的联合信源信道编码研究[D]. 刘军清.上海交通大学2007
• [7].无线通信系统中的空时编码技术[D]. 刘陈.东南大学2005
• [8].新一代移动通信系统关键技术研究[D]. 杜鹏.东南大学2005
• [9].带噪语音编码的若干问题研究[D]. 李辉.中国科学技术大学2007
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