1、基于小波SPIHT的聯(lián)合信源信道編碼及一種改進設(shè)計摘 要 分析了一種傳輸小波SPIHT編碼圖像的聯(lián)合信源信道編碼方法和方法的一種改進設(shè)計，該方法是一種基于分層編碼和小波SPIHT算法的聯(lián)合編碼方法，而改進的設(shè)計針對SPIHT編碼碼流重要性的不同而進行不同程度的保護，并利用無線信道的時變特性自適應(yīng)地調(diào)整信源和信道編碼速率,從而在不增加額外帶寬的前提下有效地提高了系統(tǒng)的性能和可靠性。在瑞利信道和GE信道下的仿真表明本方法與前文獻中提出的EEP方法以及UEP方法相比，在信道條件惡劣的情況下，能夠明顯提高恢復(fù)圖像的質(zhì)量。關(guān)鍵詞 分層編碼； SPIHT； 聯(lián)合信源信道編碼Joint Source Cha

2、nnel Coding and an Improved Design Based on Wavelet SPIHTAbstract This paper analyses the transmission of a coded image wavelet SPIHT the joint source and channel coding method and an improved design of the method, and the method of joint coding method is based on a hierarchical coding algorithms an

3、d wavelet SPIHT. The improved design protects against the different varying degrees of coding for SPIHT Bitstream importance and use time-varying characteristics of the wireless channel to adjust adaptively to source and channel coding rate, resulting in effectively enhancing the systems performance

4、 and reliability without additional bandwidth. In Rayleigh channel and GE channel simulation show that in the poor channel conditions the method proposed in the paper can improve the quality of the image restoration more significantly than the method in documents on EEP and UEP.Key Words HDM hierarc

5、hical coding; SPIHT; joint source channel coding1. 引言信息論是一門研究信息傳輸、存儲和處理的科學(xué)，作為嚴謹、龐大的理論體系，雖然其枝蔓眾多、內(nèi)容豐富，但如何提高系統(tǒng)信息的有效性和可靠性，卻始終是它的中心課題。根據(jù)通信系統(tǒng)的框圖，如圖1.1所示，編碼器的作用就是對信源發(fā)出的消息做某種變換，這種變換技能有效的表示消息，又能克服信道中信源信源信道編碼信道信源信道譯碼信宿圖1.1 通信系統(tǒng)簡略示意圖的干擾。譯碼就是編碼的逆過程，將編好的碼字還原成信源發(fā)出的消息傳遞給信宿。長期以來，有效性和可靠性作為一對矛盾，存在于通信編碼的問題中，這種矛盾，正可以從

6、信源編碼和信道編碼的關(guān)系中體現(xiàn)出來。信源編碼的目的在于提高系統(tǒng)的有效性，而信道編碼則以提高系統(tǒng)可靠性為核心。在信息論發(fā)展的這幾十年歷史中，信源編碼和信道編碼的研究幾乎一直處于相互獨立、相互分離的的狀態(tài)，這就促使了信源編碼和信道編碼的設(shè)計相互分離格局的形成。其實這種局面的形成是有其深層次的原因的，將一個比較復(fù)雜的問題分解為若干個比較簡單的問題或者是將一個繁瑣的步驟分解成幾個比較易于執(zhí)行的甚至是已經(jīng)有現(xiàn)成理論的步驟，是科學(xué)發(fā)展史上一種慣用而且行之有效的方法，而信源和信道的編碼分離，更是極大簡化了編碼這一非常復(fù)雜的過程。而根據(jù)理論證明也可知該分離系統(tǒng)理論上并不影響系統(tǒng)的最佳性能，極限的情況是信源編碼

7、信道編碼的級聯(lián)系統(tǒng)平均失真將逐漸收斂于信道容量意義上的失真率限。既然如上所說分離編碼可以得到較好的性能，那么聯(lián)合信源信道編碼的研究意義何在？無論是分離編碼，還是聯(lián)合編碼，其最終的目標仍然是系統(tǒng)整體的最佳性。舉一個極端的例子，如果信道性能不好，那么信源空間劃分過細不但在信道傳輸時加重信道編碼負擔(dān)使系統(tǒng)復(fù)雜，反而也得不到很好的性能，所以具體問題還是要綜合考慮的。所以聯(lián)合信源信道編碼就是一種綜合考慮信源和信道編碼的設(shè)計方法，其主要目的仍是是系統(tǒng)整體達到最佳。近年來，聯(lián)合編碼不斷受到重視，使之成為編碼理論中的一個重要的課題。隨著通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，在資源受到限制的通信系統(tǒng)、多用戶共享信道的通信系統(tǒng)、異質(zhì)信

8、源、異類信道或異種用戶共存的通信系統(tǒng)以及信源、信道具有時變特性的通信系統(tǒng)中，應(yīng)用信源信道聯(lián)合編碼的系統(tǒng)可以得到更好的效果。目前，國內(nèi)外對于信源信道聯(lián)合編碼研究主要在以下三個方面展開:基本理論的研究，設(shè)計方法的研究和實際應(yīng)用方面的研究?，F(xiàn)在信源信道聯(lián)合編碼的理論研究主要集中在兩方面。一是理解質(zhì)量、延遲、計算復(fù)雜度、信道利用和消耗功率之間的關(guān)系，二是如何評估聯(lián)合編碼。信源信道聯(lián)合編碼的具體設(shè)計方法是這個研究領(lǐng)域中最受關(guān)注的問題，很多學(xué)者在這方面做了大量工作。當前關(guān)于信源和信道聯(lián)合編碼的設(shè)計方法的研究大致有以下幾種:基于信源優(yōu)化的信道編碼設(shè)計，基于信道優(yōu)化信源編碼，迭代優(yōu)化信源和信道編碼以及信源信道

9、的聯(lián)合譯碼。從具體的編碼器的結(jié)構(gòu)來說，聯(lián)合編碼的編碼器有兩種。一種是合并式編碼器，這一類編碼器設(shè)計起來較為復(fù)雜。另一種是級聯(lián)編碼器，它與傳統(tǒng)編碼器結(jié)構(gòu)類似，將信源編碼器和信道編碼器串聯(lián)起來。隨著通信的發(fā)展，人們對圖象、視頻傳輸?shù)男枨笤絹碓酱?，要求也越來越高。無線網(wǎng)絡(luò)是一種多用戶共享的網(wǎng)絡(luò)，具有資源有限，時變，異質(zhì)，易受干擾，誤碼率高等特點，圖象、視頻的信息量又非常大?；诜蛛x原則的編碼絕對無法適用無線視頻編碼的復(fù)雜情況，而聯(lián)合編碼在這方面則大有可為。近年來，在聯(lián)合編碼的設(shè)計方面很多工作是針對在無線信道上圖象和視頻的傳輸來展開的。本文首先介紹了一種利用了小波SPIHT算法的分層聯(lián)合編碼的設(shè)計方法

10、，然后又介紹了一種基于小波SPIHT 的聯(lián)合信源信道編碼新方法，并對它們的性能進行比較。2. 正文2.1 基本方法首先介紹一種基于小波SPIHT的分層聯(lián)合信源信道編碼方法。分層編碼是目前較受關(guān)注的一種信源信道編碼。它相當于基于信源優(yōu)化信道設(shè)計編碼。在分離原則中，信道編碼不考慮信源編碼的意義，信道編碼對信源編碼器送出的碼流進行同等保護。分層編碼是把信源編碼分成幾個部分：最重要的部分(MSP)和次重要的部分(LSP)。MSP包含圖象中粗糙的但對于識別圖象很重要的信息，LSP部分包含提高圖象質(zhì)量所要求的更精細的信息，在信道中可以對MSP部分重點保護。用這種方法，不僅可以提高圖象傳輸對信適應(yīng)力，還可以

11、適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的QoS要求，對不同同戶實行不同質(zhì)量的傳送。圖象分解可用小波變換(DWT)和離散余弦變換(DCT)等?，F(xiàn)在多采用DWT分解，一級DWT把圖象分解成一個近似子圖象和包含水平、垂直、和斜線細節(jié)的子圖象。這個近似子圖象或細節(jié)子圖象可以用DWT被進一步分解。經(jīng)過DWT分解后，一個圖象被分成幾個層次，這些層次對應(yīng)著不同的不同的頻率范圍，人眼對這些不同的頻率范圍有不同的敏感度。近似子圖象的編碼信息包含了原始圖象最重要的能量，把它放入MSP包中，細節(jié)編碼放入LSP包中。小波SPIHT (Set Partitioning In Hierarchical Trees)算法定義的編碼樹的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示

12、。樹的每一個節(jié)點與一個系數(shù)相對應(yīng)，并且用坐標(i,j)來標識，每一個節(jié)點的直接子孫或者叫做子節(jié)點與相同空間方向的高一級子帶的系數(shù)相對應(yīng)。編碼樹定義為每一個節(jié)點有4個直接子孫或者沒有直接子孫。最高級子帶的低頻子圖像和最高低子帶的最高頻子圖像沒有子孫。如果ci,j是父節(jié)點，它的子節(jié)點定義為c2i,2j，c2i,2j+1，c2i+1,2j和c2i+1,2j+1。SPIHT算法中，使用坐標標記的方法，定義了4種坐標圖2.1 SPIHT編碼樹結(jié)構(gòu)示意圖集來表示小波系數(shù)的類型，并用符號表示：O(i,j)：所有子節(jié)點(i,j)的坐標集；D(i,j)：所有子孫節(jié)點(i,j)的坐標集；H(i,j)：所有樹根的坐

13、標集(所有最高級子帶的節(jié)點)；L(i,j)= D(i,j)- O(i,j)：除子節(jié)點之外的所有子孫節(jié)點的坐標集。在SPIHT編碼算法中，使用最頻繁的坐標集是D(i,j)和O(i,j)。因此，如果說D(i,j)或者L(i,j)坐標集是重要的，就意味著這個坐標集中至少有一個系數(shù)的幅度大于或者等于閾值?；蛘叻催^來說，如果D(i,j)或者L(i,j)坐標集中至少有一個系數(shù)的幅度大于或者等于閾值，那么該坐標集是重要的。由于測試重要系數(shù)的次序很重要，在實際執(zhí)行SPIHT算法的過程中，重要信息存儲在3種次序列表變量中，因此執(zhí)行SPIHT算法就變成了對3種表格的維護。它們是不重要像素列表(LIP，list o

14、f insignificant pixels)，不重要子集列表(LIS，list of insignificant sets)和重要像素列表(LSP，list of significant pixels)。在所有列表中，每個集合內(nèi)的元素用坐標(i,j)來標識，LIP和LSP中的元素代表單獨的象素，在LIS中的元素代表集合D(i,j)或L(i,j)。為了區(qū)分它們，如果它代表D(i,j)，我們說一個LIS元素是typeA型的;如果它代表L(i,j)，我們說它是typeB型的。下面看一下用SPIHT算法對圖像進行編碼后編碼比特流各個部分的重要性。用SPIHT算法對圖像進行編碼要執(zhí)行兩次掃描：排序掃描

15、(sorting pass)和量化掃描(refinement pass)。排序掃描確定符號值，明確重要小波系數(shù)的位置信息，量化掃描發(fā)送重要系數(shù)的精細的值。我們定義在排序掃描中產(chǎn)生的比特作為SPB(Sorting Pass Bitstream)，量化掃描中所產(chǎn)生的比特作為RPB(Refinement Pass Bitstream)。在SPB中的比特差錯是致命的，如果在SPB中發(fā)生錯誤，那么很可能導(dǎo)致錯誤擴散造成全部譯碼的失敗；在RPB中的錯誤不是致命的，它只局限在發(fā)生錯誤的位置，不會造成錯誤擴散。因此在SPB中比特的重要性要遠遠大于在RPB中比特流的重要性。同時，SPIHT算法根據(jù)幅度大的系數(shù)先

16、傳送的原則對系數(shù)進行排序，幅度大的系數(shù)先傳輸，因此比特流中的比特根據(jù)它們在比特流中的位置不同而有不同的容錯性。越接近比特流結(jié)束位置的比特的重要性(它在重建圖象上的影響)越小。這種特性使得在一個比特流中實現(xiàn)不同段的非平等保護成為可能。這樣，我們就可以根據(jù)比特流的容錯性將它們分成不同的層，分別進行保護。編譯碼結(jié)構(gòu)如圖2.2所示圖2.2 編譯碼結(jié)構(gòu)信源編碼：對圖像的二值系數(shù)進行小波變換，然后進行SPIHT壓縮編碼。分層：把碼流分成由排序掃描產(chǎn)生的SPB和由量化掃描產(chǎn)生的RPB兩大類。根據(jù)需要，可對每一個類再進行分層。這樣可以根據(jù)每個部分不同的重要性進行不同的處理。同時對每一層編寫頭信息，頭信息中包括

17、層數(shù)，刪余矩陣等譯碼需要的信息。信道編碼：頭信息非常重要，因此對頭信息采用母碼進行保護，并用CRC來檢測，如果CRC檢測出有不可恢復(fù)的錯誤則給出出錯信息，告訴發(fā)方譯碼失敗。如果在SPB中發(fā)生不能糾正的錯誤，會導(dǎo)致錯誤擴散，引起全部譯碼的失敗，因此對SPB的保護由一個CRC編碼器和一個RCPC編碼器級聯(lián)而成，這樣在譯碼端既可以檢錯又可以糾錯。首先將SPB比特流的各層分成比特長度相等的包，對它們進行CRC校驗。然后根據(jù)不同的要求對SPB不同的層進行RCPC保護，用同一個母碼不同的刪余矩陣可以對它們進行不同速率的保護主要用CRC來檢測錯誤擴散，既然錯誤在RPB中的錯誤是不會擴散的，所以對RBF只需要

18、進行RCPC保護，不同的層選擇不同的刪余矩陣。雖然經(jīng)過RCPC保護還有可能有未能糾正的錯誤，但錯誤只局限在圖像的某一個部分。因為采用RCPC編碼可以調(diào)整編碼的速率，所以可以把信道信息傳遞給編碼器，根據(jù)信道情況采用不同的刪余矩陣來控制編碼速率。信道傳輸：不同的層的比特流匯聚傳輸。信道譯碼：譯碼器根據(jù)各個層的頭信息，對SPB和RPF的各層分別進行RCPC和CRC譯碼。如果CRC檢測出有不可糾正的錯誤，譯碼器根據(jù)要求采用相應(yīng)的措施，例如如果此時沒有達到圖像所需要的編碼速率，則譯碼端采用ARQ(自動重發(fā)請求)方式，讓信源端重新傳送遭到破壞的層，如果此時己經(jīng)達到圖像所需要的編碼速率，則拋棄SPB中后邊的

19、層以及它們相應(yīng)的RPF部分。信源譯碼：進行SPIHT譯碼，小波逆變換來重構(gòu)圖像。實驗及結(jié)果。選用兩種分層方法進行漸進圖像的非平等保護，并將結(jié)果與平等保護(無分層統(tǒng)一進行信道編碼，信道編碼采用8/20的速率)的結(jié)果進行比較。用圖像LENA256256的一部分128128來作為樣本圖像對提出的方法進行檢測。假設(shè)信道是二進制對稱信道(BSC)，信道誤比特率(BER)是10-2和10-3。實驗結(jié)果是30個獨立仿真的平均。RCPC母碼的速率是1/3，生成多項式為1+D+D2,1+D+D2+D3,1+D2+D3，打孔周期為8，約束長度為4，有一族碼率在RCPC編碼前，輸出的子流分別打包進入長度為L=204

20、的塊中。對屬于SPB的比特進行CRC檢測，將16個比特加到每個包上。最后4個比特“0”加到每個包的末尾，讓viterbi譯碼器恢復(fù)到原狀態(tài)。每個頭信息都用母碼重點保護。最后把各子流多路復(fù)用加到信道上。第一種分層方法(記為UEP1)是只將圖像分成SPB和RPB兩部分，SPB用CRC+RCPC級聯(lián)來保護，RPB用RCPC來保護。這時就要選擇合適的刪余矩陣。對于提出的方法，得到最佳RCPC速率的計算方法是困難的，具體的刪余矩陣的選擇只能通過仿真來實現(xiàn)。但我們明確對RPB的保護要弱于SPB的保護，所以RRPBRSPB。第二種分層方法(記為UEP2)是對SPB和RPB部分再各分為兩層，分別為SPB1，S

21、PB2和RPB1，RPB2。它們的速率要滿足RRPB1RSPB1和RRPB2RSPB2。下邊給出實驗數(shù)據(jù)。在實驗中，我們設(shè)定了一個最低的圖像質(zhì)量標準，當恢復(fù)出的圖像質(zhì)量其PSNR值會小于12.36dB時，譯碼器會給出出錯信息，把本次譯碼做為譯碼失敗處理。從表中可以看出，當誤碼率比較低時，兩種采用分層方法的圖像魯棒傳輸質(zhì)量均好于平等保護的方法。在誤碼率大的時候，UEP2的方法要略好于UEP1的方法，因為它的漸進性更加明顯。但是在誤碼率低的情況下，兩者相差不大。因為頭信息要占用一部分比特，所以分的層數(shù)也不是越多越好。UEP因為考慮到了信源編碼的特性所以更能夠適應(yīng)信道的環(huán)境。表2.1 BER=0.0

22、1的情況BER=0.010.5bpp1.0bppPSNR譯碼失敗PSNR譯碼失敗RSPB=8/22,RRPB=8/1820.56dB4/3023.38dB3/30RSPB=8/18,RRPB=8/1620.32dB3/3024.12dB3/30EEP(8/18)19.24dB8/3022.37dB7/30表2.2 BER=0.001的情況BER=0.010.5bpp1.0bppPSNR譯碼失敗PSNR譯碼失敗RSPB=8/22,RRPB=8/1824.43dB1/3027.56dB0/30RSPB=8/18,RRPB=8/1625.54dB0/3028.47dB0/30EEP(8/18)22.

23、32dB4/3025.36dB3/302.2 改進設(shè)計下面來介紹這種方法的改進設(shè)計，圖2.3給出了方案的總體設(shè)計框圖。圖2.3 系統(tǒng)設(shè)計框圖原始圖像經(jīng)過信源(SPIHT圖像編碼器)編碼，產(chǎn)生的碼流被打包分成長度固定的數(shù)據(jù)塊。對每個數(shù)據(jù)塊加以16bit的循環(huán)冗余校驗(CRC)后，碼流將通過RCPC信道編碼器并進行交織。經(jīng)過信道傳輸后，接收端將首先通過解交織和RCPC譯碼器，再經(jīng)過CRC譯碼和解分組。當CRC譯碼發(fā)現(xiàn)了RCPC未能糾正的錯誤時，為了防止錯誤傳播，解分組將結(jié)束，該錯誤所在數(shù)據(jù)塊之后的所有碼流將被丟棄。SPIHT信源譯碼器只利用接收到的正確數(shù)據(jù)恢復(fù)原始圖像。RCPC編碼器對不同的比特段

24、給予不等錯誤保護，其初始的保護等級是預(yù)先確定好的，并且對解碼端是已知的。開始傳輸后，系統(tǒng)將根據(jù)譯碼端的反饋參數(shù)來實時地調(diào)節(jié)信源編碼的傳輸速率以及各比特段的錯誤保護等級，并將新的RCPC編碼參數(shù)放在碼流頭部，傳輸給譯碼端。當信道條件惡劣時，系統(tǒng)將減少傳輸信源編碼產(chǎn)生的碼流的分組數(shù)，并且增加對碼流的保護，而當信道條件好時，系統(tǒng)將增加信源的傳輸分組數(shù)同時降低對碼流的保護。實際上，總的傳輸速率是不變的。信道條件差時增加對信源保護的冗余比特是以減少的傳輸分組數(shù)為代價的。即原本為了提高恢復(fù)圖像而傳輸?shù)膱D像細節(jié)部分變成了用來保護前面圖像主體部分的冗余比特。系統(tǒng)所要解決的關(guān)鍵問題就在于如何動態(tài)地調(diào)整信源的傳輸

25、分組數(shù)以及各分組的錯誤保護等級。假設(shè)將SPIHT編碼器以編碼速率Rsbpp產(chǎn)生的比特流分成N組，每組k個比特，則一幅圖像所包含的總比特數(shù)為Nk= RsNs比特，其中Ns為該圖像的總樣點(像素)數(shù)。 如果有i個分組被正確接收，則圖像就以速率重建，因此我們定義為每個分組的編碼速率。這樣，Rs即為所有的分組都被正確接收時的信源編碼速率，且。假設(shè)信道編碼分配策略將速率分配給第i個信源分組，則分配策略集合即表示為一系列信道編碼速率的集合。那么，對應(yīng)于策略的系統(tǒng)傳輸速率RT(信道符號數(shù)P像素數(shù))為。式中RC為總信道編碼速率，表示第i個信源分組的信道編碼速率。由于信源采用SPIHT算法，編碼出來的比特的重要

26、性沿碼流呈遞減的趨勢，即越靠前的比特越重要，因此我們對各分組的保護等級應(yīng)滿足關(guān)系。為了便于分析，假設(shè)將信源分組進行三等分，并對這三部分分別進行不等錯誤保護。 則分配策略即為。這里，且。系統(tǒng)將根據(jù)接收端反饋的參數(shù)來動態(tài)調(diào)節(jié)信源的傳輸分組數(shù)和RCPC對各分組段的錯誤保護等級，以便在信道惡劣的條件下仍保持較好恢復(fù)質(zhì)量的圖像。我們選擇變量分組丟棄率(plf)為接收端反饋的參數(shù)，并將其定義為接收端在CRC發(fā)現(xiàn)錯誤后丟棄的信源分組數(shù)與SPIHT編碼器產(chǎn)生的總的信源分組數(shù)的比值。如果，系統(tǒng)將增加對第三部分的保護等級,即降低，并且將L3減少Ld , 則分配策略變?yōu)?。由于RT恒定，則由式可得，其中。當時，系統(tǒng)將

27、增加對第二部分的保護強度，即降低，并將L3減少Ld，則策略變?yōu)?。同第一種情況類似，可得。選擇Ld時應(yīng)滿足。如果，則系統(tǒng)增加對第一部分的保護等級，即降低，并將L3減少Ld，此時策略變?yōu)?。同理，可得。選擇Ld時應(yīng)滿足條件。由于系統(tǒng)動態(tài)調(diào)整信道編碼策略，因此需要將信源各分組的錯誤保護等級作為附加信息傳遞給解碼端。又由于本系統(tǒng)采用RCPC編碼，編譯碼器可預(yù)知供選擇的RCPC速率值，這樣我們僅需傳送RCPC的速率索引序號即可。對于三重不等錯誤保護，最多只需傳送(例如分辨率為，信源編碼速率為0.5bpp的圖像，系統(tǒng)僅增加了0.009%bpp的附加速率)?？梢?，附加信息對于系統(tǒng)的傳輸速率影響很小。實驗與結(jié)果

28、。為了將本文提出的方法與其他文獻中的方法做比較，我們采用標準的灰度圖像Lena(分辨率為)對系統(tǒng)的性能進行測試。SPIHT編碼速率為0.5bpp，輸出的碼流分成長度為200的分組并加以16bit的循環(huán)冗余校驗比特。為了使RCPC編碼器回到初始狀態(tài)，6bit(RCPC碼的編碼存儲)的0將加到各分組之后。 經(jīng)過RCPC 信道編碼后的碼流通過BPSK調(diào)制后再分別經(jīng)過瑞利信道與GE信道，最后到達譯碼端。RCPC碼是由1/4卷積碼以周期8增信刪余得到，其編碼存儲為6，碼速率在8/98/32之間。交織深度為80。在描述重建圖像質(zhì)量隨信噪比變化的總體趨勢時，用PSNR值的統(tǒng)計期望值將會比較準確。圖2.4和圖

29、2.5分別顯示了瑞利信道和GE信道中，對Lena圖像采用等錯誤保護(EEP)以及不等錯誤保護(UEP)和本文提出的聯(lián)合信源信道方法時的性能比較。我們可以看出GE信道下的總體性能要低于瑞利信道下的性能。圖2.4 瑞利信道下EEP，UEP與本文提出的方法的性能比較Lena(分辨率為)圖2.5 GE信道下EEP，UEP與本文提出的方法的性能比較Lena(分辨率為)同時，在兩種信道模型下，UEP方法在低信噪比時性能優(yōu)于EEP方法，而在高信噪比時性能低于EEP方法。而本文提出的方法在低信噪比時能獲得很高的性能增益，在高信噪比時性能比EEP方法優(yōu)越，而同UEP方法相當。其中，GE模型參數(shù)為PG=0.001

30、，PB = 0.1，PB G=1/400，PG B= PB G/9，fd=10-5，Rt 500Kbit/s，載頻為900MHz，用戶以每小時4英里的步速移動。但是，對于某個信道條件即固定信噪比情況，只考慮經(jīng)過譯碼重建后圖像的PSNR值將不夠充分和準確。因為重建圖像的質(zhì)量還和人的主觀視覺感受以及圖像的編碼方法有關(guān)。例如，在相同PSNR情況下，圖像給人的主觀感覺可能會大有不同。而在不同PSNR情況下，有時PSNR值低的圖像反而比PSNR值高的圖像主觀效果更好。此外，由于SPIHT編碼后生成的碼流的重要性不同(表示排序信息的比特要比表示小波系數(shù)值信息及符號信息的比特重要)，即使每次碼流中產(chǎn)生的錯誤

31、比特數(shù)相同且每個比特具有相同的錯誤概率，在不同重要性位置上的比特發(fā)生的錯誤，都將會給重建圖像的質(zhì)量造成不同程度的影響。例如，圖2.6顯示了一個小波系數(shù)的符號信息出錯后的譯碼重建圖像。圖2.7顯示了一個排序信息出錯后的重建圖像。兩幅圖像的編碼速率均為0.5bpp。可以看出，排序信息出錯可以給圖像帶來極其惡劣的影響，而小波系數(shù)的符號信息僅僅影響圖像的某一小部分。圖2.6 一個符號信息出錯后的重建圖像圖2.7 一個排序信息出錯后的重建圖像同時，由于信道噪聲的隨機性和時變性，每次解碼恢復(fù)的圖像的PSNR 值都可能是不同的。因而僅用某次恢復(fù)圖像的PSNR 值來衡量編碼系統(tǒng)的傳輸性能并不準確，而用多次重建

32、圖像PSNR 值進行簡單的幾何平均，也不能夠反映出信道噪聲對重建圖像的隨機影響，因此，這里采用重建圖像的PSNR值的分布函數(shù)來衡量編碼系統(tǒng)的性能，這樣不僅能夠提供對單幅圖像的定量分析，還可以反映出多幅圖像的統(tǒng)計特性。圖2.8和圖2.9分別顯示了在瑞利信道下和GE信圖2.8 瑞利信道PSNR分布函數(shù)曲線圖2.9 GE信道PSNR分布函數(shù)曲線道下，信噪比為10dB，Ri=0.5bpp，Rc=0.5時的PSNR值的分布函數(shù)曲線圖。圖中，橫坐標取PSNR值為5dB的倍數(shù)點作為臨界點，分別計算出解碼PSNR值落在各臨界點之間的數(shù)據(jù)段內(nèi)的概率，并以此作為縱坐標，可以看出，如果假設(shè)PSNR值低于某一門限時，

33、重建圖像質(zhì)量人眼不可接受，這里提出的方法在兩種信道下均可以明顯增加人眼可接受質(zhì)量圖像的恢復(fù)概率。圖2.10圖2.13分別顯示了采用本文方法時Lena()解碼后，PSNR值分別處于1520dB，2025dB，2530dB以及3035dB時恢復(fù)概率最大的圖像。圖2.10 15dBPSNR20dB時的圖像圖2.11 20dBPSNR25dB時的圖像圖2.12 25dBPSNR30dB時的圖像圖2.13 30dBPSNR35dB時的圖像由于這種方法在信道編碼部分采用了CRC進行檢錯，一旦CRC譯碼發(fā)現(xiàn)了RCPC糾正的錯誤時，就將錯誤所在數(shù)據(jù)塊之后的所有碼流丟棄，以防止錯誤傳播。SPIHT信源譯碼器只利

34、用接收到的正確數(shù)據(jù)恢復(fù)原始圖像。這樣就不會出現(xiàn)PSNR值低的圖像質(zhì)量好于PSNR值高的圖像質(zhì)量的情況。3. 結(jié)論本文首先分析了一種分層編碼的編解碼方案。它的編碼器結(jié)構(gòu)仍然是級聯(lián)形式的，信源編碼器采用SPIHT的圖象編碼方法，它產(chǎn)生具有不同容錯性的子流，信道編碼器主要采用RCPC編碼器，因為它可以很方便地實現(xiàn)不同速率的卷積碼保護。把圖像的比特流按照需要分成不同的層次，每個子流對于接收的圖像有不同的影響。每個子流用不同的信道編碼速率來進行非平等保護，來改善抗信道差錯的整體性能。然后本文分析無線信道中傳輸圖像的該方法的改進設(shè)計。該是個戶根據(jù)信道條件的好壞動態(tài)地調(diào)整信源編碼速率和信道編碼速率，因此極大

35、地提高了系統(tǒng)的性能和編碼效率。同時該方法還具有結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)等優(yōu)點。在Rayleigh信道和GE信道下的試驗證明，本文的方法與文獻中提出的EEP方法以及UEP方法相比，在信噪比低時即信道條件惡劣的情況下，能夠明顯提高恢復(fù)圖像的質(zhì)量。在信噪比高時，也能提供滿足一定質(zhì)量要求的恢復(fù)圖像。因而該方法能夠應(yīng)用于較大范圍內(nèi)的信噪比波動信道。4. 致謝本文是在XX老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。王老師以其嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產(chǎn)生重要影響。他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。我的論文也是在王老師的實驗室完成，在這里對王老

36、師。同時，在此過程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于聯(lián)合信源信道編碼和其與小波結(jié)合的知識，實驗技能也有了很大的提高。我還要特別感謝xx師姐、xx師姐、xx師兄、xx師兄對我實驗以及論文寫作的指導(dǎo)，他們?yōu)槲彝瓿蛇@篇論文提供了巨大的幫助，特別是對于一些問題我不能透徹理解的時候，他們非常耐心的給我講解。還要感謝李博、李毅和韓培韜同學(xué)對我的無私幫助，他們和我經(jīng)常的討論，使我得以順利完成論文。同時實驗室的劉春剛老師也時常幫助我，在此我也衷心的感謝他。另外，我還要特別感謝冉老師的精彩講授，讓我對小波產(chǎn)生了濃厚的興趣，進而得以順利完成論文。最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝！5. 參考文獻1 冉啟文.

37、小波變換與分數(shù)傅立葉變換理論及應(yīng)用. 哈工大出版社. 20012 姜丹. 信息論與編碼. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社. 20013 張宗橙. 糾錯編碼原理與應(yīng)用. 清華大學(xué)出版社. 20034 張豫偉. 信源信道聯(lián)合編碼的理論研究. 西安電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文. 19995 肖嵩 張方 吳成柯. 基于小波SPIHT的聯(lián)合信源信道編碼新方法. 計算機學(xué)報. Vol.26 No.3 Mar. 2003Said A, Pearlman WA. A new, fast, and efficient image code based on set partitioning in hierarchical

38、trees. IEEE Transactions on Circuits System, Video Technology, 1996,6 (3): 243250內(nèi)部資料請勿外傳9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!z

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