无线窄带信道下图像编码与传输的研究与实现

论文摘要

无线窄带信道的通信传输在军事通信、应急通信领域有重要的作用。如何在带宽极其有限、同时质量不稳定的信道下进行图像媒体的传输是一个难题，也是很有意义的问题。本文研究了在无线窄带信道下进行图像传输的一些方法，并重点将算法在DSP硬件模块上做了相应的实现，使之在实际中可用。首先是图像信源编码算法的研究与实现。根据应用场景选择了JPEG2000图像压缩算法。在标准算法的基础上，做了适合无线信道传输的调整，一方面是调整编码端分层层数，另一方面是调整解码器使其增强其容错能力及接收任意字节解码，最后进行了DSP实现时存储分配的优化。其次是对信道纠错编码进行了研究与实现。根据无线信道差错状况及图像对信道编码的要求，进行了多种信道编码算法的性能仿真测试，根据算法性能、实现复杂度选择了Raptor码和RS-RCPC级联码作为JPEG2000码流的信道编码方式。针对Raptor码译码大存储量大运算量的问题，完成了Raptor码在DSP上实现的存储分配与运算量优化，实现了不同效率的Raptor使用统一的解码器进行解码。同时，对RS码及RCPC码的译码算法也进行了DSP上运算量的优化，使硬件解码速度可以满足窄带通信的速率要求。进而将这两种算法应用于JPEG2000码流的保护，对不同信道编码效率及不同信道条件做了大量测试。并进一步并结合JPEG2000码流的特点，对相应的非等重保护进行了研究。最后，为了更好的对硬件编解码模块进行演示和实验，完成了多种接口的图像编码传输演示及实验系统。分别是：基于PC、DSP、ARM的图像编码传输综合演示系统；基于PC机和串口的软件联机实验系统，基于DSP和串口的硬件联机实验系统。另外，根据针对部分适用ARQ的信道，设计了使用ARQ方式进行传输的软硬件系统。最后给出了硬件的图像编码传输模块在仿真环境下以及与北斗手持台联机在实际信道下测试的结果。测试证明，该模块可以可靠的在窄带信道下进行图像传输。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与选题意义
• 1.1.1 窄带通信的应用场景
• 1.1.2 窄带通信对图像编码的要求
• 1.1.3 信道编码的必要性
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 硬件平台的选择
• 1.4 论文内容和结构安排
• 第2章 JPEG2000 及信道适应性改进
• 2.1 JPEG2000 概述
• 2.1.1 JPEG2000 的发展及算法流程
• 2.1.2 JPEG2000 的性能特点
• 2.1.3 JPEG2000 码流结构
• 2.2 JPEG2000 的编解码的适应性改进
• 2.2.1 编码端调整
• 2.2.2 解码端改进
• 2.3 JPEG2000 的 DSP 实现
• 2.3.1 硬件平台介绍
• 2.3.2 DSP 上存储资源的分配
• 2.3.3 JPEG2000 在 DSP 上编解码运算量
• 2.4 本章小结
• 第3章 信道编码的研究与实现
• 3.1 信道编码概述
• 3.1.1 BCH 码
• 3.1.2 串行级联码
• 3.1.3 Turbo 码
• 3.1.4 LDPC 码
• 3.1.5 Raptor 码
• 3.2 上述几种码字的比较
• 3.2.1 几种算法的性能测试
• 3.2.2 各算法硬件实现资源占用情况分析
• 3.2.3 综合考虑选择的信道编码算法
• 3.3 图像传输使用的 Raptor 码及其 DSP 上的实现
• 3.3.1 本实现所用 Raptor 码介绍
• 3.3.2 码率兼容 Raptor 码在 DSP 上的实现
• 3.4 图像传输使用的级联码及其 DSP 实现
• 3.4.1 选用的码型
• 3.4.2 级联码在 DSP 上的实现和优化
• 3.5 本章小结
• 第4章 结合 JPEG2000 的信道编码保护
• 4.1 等重保护
• 4.1.1 JPEG2000 无信道编码的误码测试
• 4.1.2 两种信道编码用于 JPEG2000 码流等重保护的测试
• 4.2 加强型及非等重保护
• 4.2.1 加强型保护
• 4.2.2 JPEG2000 码流的非等重保护
• 4.3 本章小结
• 第5章 图像编码传输系统的设计与实现
• 5.1 基于 PC 及开发板的图像传输演示验证系统
• 5.1.1 系统结构及硬件介绍
• 5.1.2 PC 端软件设计
• 5.1.3 DSP 程序设计
• 5.1.4 系统调试中的一些问题
• 5.2 基于串口的软件及硬件演示/实验系统
• 5.2.1 基于软件的演示/实验系统
• 5.2.2 发送端软件设计
• 5.2.3 接收端软件设计
• 5.2.4 基于 DSP 到 DSP 的硬件演示/实验系统
• 5.3 采用 ARQ 的图像编码传输系统
• 5.3.1 打包格式
• 5.3.2 发送端设计
• 5.3.3 接收端设计
• 5.3.4 软硬件系统
• 5.4 系统测试结果
• 5.4.1 硬件系统的速率问题
• 5.4.2 仿真信道测试
• 5.4.3 实际信道测试
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 进一步需要的工作
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果