基于算術(shù)碼的聯(lián)合信源信道編解碼研究

基于算術(shù)碼的聯(lián)合信源信道編解碼研究隨著無(wú)線多媒體通信技術(shù)的不斷發(fā)展,算術(shù)碼作為一種具有較高壓縮性能的熵編碼,已被越來(lái)越多的圖像和視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)所采納。但是,算術(shù)碼在提供高壓縮性能的同時(shí)也暴露出其對(duì)誤碼的高度敏感性,信道殘存的誤碼,即使是單個(gè)比特的誤碼也可能導(dǎo)致嚴(yán)重的誤碼擴(kuò)散。這嚴(yán)重地阻礙了算術(shù)碼在無(wú)線多媒體通信中的廣泛應(yīng)用。其中,利用聯(lián)合信源信道編解碼技術(shù)可以有效地改善算術(shù)碼的抗差錯(cuò)能力,提高無(wú)線多媒體通信的質(zhì)量?；谒阈g(shù)碼的聯(lián)合信源信道編解碼技術(shù)的核心是糾錯(cuò)算術(shù)碼,即在算術(shù)碼編碼區(qū)間中以設(shè)置禁用區(qū)間形式添加冗余信息形成糾錯(cuò)算術(shù)碼。首先,在討論了基于比特填充法的糾錯(cuò)算術(shù)碼檢錯(cuò)時(shí)延分布的基礎(chǔ)上,通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式分析了影響基于跟隨比特法的符號(hào)冗余糾錯(cuò)算術(shù)碼的符號(hào)檢錯(cuò)時(shí)延概率分布的因素。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),與基于比特填充法的糾錯(cuò)算術(shù)碼的符號(hào)檢錯(cuò)時(shí)延概率分布不同,不僅禁用符號(hào)的概率對(duì)其分布有影響,信源的概率、禁用符號(hào)在編碼區(qū)間中的分布以及實(shí)現(xiàn)算法時(shí)所用的計(jì)算精度都對(duì)基于跟隨比特法的符號(hào)冗余糾錯(cuò)算術(shù)碼的符號(hào)檢錯(cuò)時(shí)延概率分布有影響。本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),首先通過(guò)概率分布擬合得到了16比特精度下,基于跟隨比特法的符號(hào)冗余糾錯(cuò)算術(shù)碼的符號(hào)檢錯(cuò)時(shí)延概率分布模型——伽馬分布;然后通過(guò)非線性曲線擬合的方法,建立了16比特精度下,禁用符號(hào)位于兩個(gè)信源符號(hào)之間,禁用符號(hào)的概率和信源概率與伽馬分布參數(shù)之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)表明,該模型可以更加準(zhǔn)確的估計(jì)出誤碼比特所在的位置。其次,在仔細(xì)研究了已有糾錯(cuò)算術(shù)碼的解碼算法的基礎(chǔ)上,提出了符號(hào)冗余糾錯(cuò)算術(shù)碼的編解碼算法,即等長(zhǎng)輸入輸出的信道自適應(yīng)糾錯(cuò)算術(shù)碼的編解碼算法。該算法在編碼端采用了基于跟隨比特法的符號(hào)冗余糾錯(cuò)算術(shù)碼,并通過(guò)原始信源序列進(jìn)行倒序編碼達(dá)到指定的長(zhǎng)度。糾錯(cuò)算術(shù)碼的碼率根據(jù)信道狀況通過(guò)調(diào)整禁用符號(hào)的概率大小進(jìn)行自適應(yīng)地調(diào)整,同時(shí)通過(guò)微調(diào)參數(shù)實(shí)現(xiàn)編碼序列等長(zhǎng)輸入等長(zhǎng)輸出。解碼時(shí)采用了基于最大后驗(yàn)概率估計(jì)準(zhǔn)則的序列譯碼堆棧算法。其解碼度量充分利用了算術(shù)碼的碼字序列本身具有的特性,并將延遲比特?cái)?shù)作為對(duì)延遲碼比特的概率進(jìn)行估計(jì)的先驗(yàn)條件。另外,考慮到編解碼的復(fù)雜度和實(shí)際可用資源,算法實(shí)現(xiàn)時(shí)對(duì)基本的序列譯碼堆棧算法進(jìn)行了改進(jìn),在不損失解碼質(zhì)量的前提下,在一定程度上加快了解碼速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本章提出的算法較對(duì)比系統(tǒng)有明顯的性能改善。最后,將用于減少多徑衰落信道中最大似然序列檢測(cè)和估計(jì)接收機(jī)的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的思想,應(yīng)用于刪除糾錯(cuò)算術(shù)碼解碼樹(shù)中的狀態(tài)節(jié)點(diǎn),提出了一種可以根據(jù)信道條件自適應(yīng)調(diào)整解碼復(fù)雜度的軟入軟出解碼算法——AT-BCJR算法。該算法可以根據(jù)信道條件自適應(yīng)地調(diào)整度量閾值,用于刪除糾錯(cuò)算術(shù)碼碼樹(shù)中對(duì)解碼貢獻(xiàn)很小或者無(wú)用的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法無(wú)論在解碼性能還是在解碼復(fù)雜度上都比M-BCJR算法有明顯的改善,而且其復(fù)雜度可以根據(jù)信道條件自適應(yīng)地改變。接著,將軟入軟出糾錯(cuò)算術(shù)碼與卷積碼級(jí)聯(lián)構(gòu)成了一個(gè)迭代聯(lián)合信源信道解碼系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,即使不添加任何冗余信息,該系統(tǒng)相對(duì)于分離系統(tǒng)也可以獲得明顯增益,而當(dāng)添加比特