基于聯合信源信道編碼調制的漸進圖像傳輸系統及方法與流程

本發明屬于圖像傳輸
技術領域：
，具體涉及一種基于聯合信源信道編碼調制的漸進圖像傳輸系統及方法。
背景技術：
：隨著社會的發展和科技的進步，人類已經進入信息時代。人們的生活正在被多媒體無線通信改變，為了提高人們日益增長的信息需求和體驗，下一代的無線通信必將更加注重多媒體無線通信，其中主要傳輸的內容是圖像和視頻。無線通信為人們追求實時多媒體信息交互提供了可能性。但是，對于無線多媒體通信來說，由于有限的帶寬、惡劣的信道等因素限制了無線傳輸的能力，尤其對于圖像、視頻等高質量、高數據量的多媒體信息來說，仍存在著大量的困難。傳統的圖像凸顯傳輸系統模型如圖1所示；傳統的通信系統設計是將信道編碼從信源編碼中獨立出來，分別進行考慮和分析，兩者共同得到了快速的發展，并在一定的程度上提高了系統的性能，但其對于通信系統的整體性能的提高已接近極限。此為現有技術的不足之處。因此，針對現有技術中的上述缺陷，提供設計一種基于聯合信源信道編碼調制的漸進圖像傳輸系統及方法；以解決上述技術問題，提高信息傳輸性能，是非常有必要的。技術實現要素：本發明的目的在于，針對上述現有技術存在的缺陷，提供設計一種基于聯合信源信道編碼調制的漸進圖像傳輸系統及方法，以解決上述技術問題。為實現上述目的，本發明給出以下技術方案：一種基于聯合信源信道編碼調制的漸進圖像傳輸系統，其特征在于：它包括spiht編碼器，所述的spiht編碼器連接有資源分配算法模塊以及ldpc信道編碼模塊，所述的資源分配算法模塊與ldpc信道編碼模塊連接，所述的資源分配算法模塊與ldpc信道編碼模塊均連接到upa優化模塊，所述的upa優化模塊連接有串并轉換模塊，所述的串并轉換模塊連接有瞬時功率優化模塊，所述的瞬時功率優化模塊連接有ofdm發射機，所述的ofdm發射機連接所述的ldpc信道編碼，所述的ofdm發射機還連接有ofdm接收機，所述的ofdm接收機連接有spiht解碼器。本技術方案中，spiht編碼器將原始圖像進行壓縮編碼，采用shift編碼算法實現，利用小波變換，在不降低壓縮率要求的情況下，對圖像的不同重要程度的部分使用不同的編碼率，以產生漸進的編碼壓縮碼流；ldpc信道編碼模塊采用lpcd編碼算法對壓縮后的圖像進行信道編碼處理，這種編碼算法的解碼復雜度低且解碼的速度很快。upa優化模塊采用不等功率分配算法進行不等功率分配，針對重要程度不同的信源信息，分配不同的功率，以達到不等差錯保護的目的，在不增加功率的情況下，使得信息得到更高效的傳輸。資源分配算法模塊采用基于整體的資源分配算法，收集圖像壓縮編碼、信道編碼和功率分配模塊的信息，并結合信道特征，對編碼碼率分配和功率分配進行統一的管理，在總體發射功率不變和目標傳輸速率不變的情況下，實現系統端接收到的圖像失真度最小的目的。瞬時功率優化模塊針對ofdm技術中多信道傳輸的特點，在對每一個子信道的信道狀態進行評估的前提下，進行功率優化，對每一個數據包進行功率分配，從而使得進入到信道的數據在功率分配方面達到最佳狀態。一種基于聯合信源信道編碼調制的漸進圖像傳輸方法，其特征在于：它包括以下步驟：步驟1：將原始圖像進行壓縮編碼，產生漸進的壓縮碼流；步驟2：將壓縮后的圖像進行信道編碼處理；步驟3：進行不等功率分配，使用不等功率算法，對信道編碼后的數據進行功率分配；步驟4：統一資源分配算法，根據信道特征信息以及信源編碼和信道編碼信息，可已將圖像壓縮編碼、信道編碼和功率分配進行統一的資源管理；步驟5：瞬時功率優化，根據ofdm子信道的信道特征，對編碼流進行瞬時功率分配；步驟6：采用ofdm算法對圖像進行調制解調。本發明的有益效果在于，在相同功率的條件下，本發明提出的傳輸模型比傳統模型在接收端恢復的圖像誤碼率更低，圖像更清晰；而且證明了對于漸進圖像的無線傳輸，不等差錯保護技術有著重要的作用。從表1中可以看出，本發明所提出的方案算法要比單獨將不等碼率分配與不等功率分配分開的方案在算法時間復雜度上有所降低，節約了大約0.1s，降低的程度大約為30％。由于本方案將不等碼率分配與不等功率分配結合在一起考慮，一方面，可以彼此共用相同的外部信息，并且彼此之間也可以互相利用信息，減少了對外部信息的處理過程以及時間，所以提高了算法的運行速度。此外，本發明設計原理可靠，結構簡單，具有非常廣泛的應用前景。由此可見，本發明與現有技術相比，具有突出的實質性特點和顯著地進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。附圖說明圖1是傳統圖像無線傳輸的系統模型圖。圖2是本發明提供的一種基于聯合信源信道編碼調制的漸進圖像傳輸系統的框圖。具體實施方式下面結合附圖并通過具體實施例對本發明進行詳細闡述，以下實施例是對本發明的解釋，而本發明并不局限于以下實施方式。如圖2所示，本發明給出的一種基于聯合信源信道編碼調制的漸進圖像傳輸系統，它包括spiht編碼器，所述的spiht編碼器連接有資源分配算法模塊以及ldpc信道編碼模塊，所述的資源分配算法模塊與ldpc信道編碼模塊連接，所述的資源分配算法模塊與ldpc信道編碼模塊均連接到upa優化模塊，所述的upa優化模塊連接有串并轉換模塊，所述的串并轉換模塊連接有瞬時功率優化模塊，所述的瞬時功率優化模塊連接有ofdm發射機，所述的ofdm發射機連接所述的ldpc信道編碼，所述的ofdm發射機還連接有ofdm接收機，所述的ofdm接收機連接有spiht解碼器。本技術方案中，spiht編碼器將原始圖像進行壓縮編碼，采用shift編碼算法實現，利用小波變換，在不降低壓縮率要求的情況下，對圖像的不同重要程度的部分使用不同的編碼率，以產生漸進的編碼壓縮碼流；ldpc信道編碼模塊采用lpcd編碼算法對壓縮后的圖像進行信道編碼處理，這種編碼算法的解碼復雜度低且解碼的速度很快。upa優化模塊采用不等功率分配算法進行不等功率分配，針對重要程度不同的信源信息，分配不同的功率，以達到不等差錯保護的目的，在不增加功率的情況下，使得信息得到更高效的傳輸。資源分配算法模塊采用基于整體的資源分配算法，收集圖像壓縮編碼、信道編碼和功率分配模塊的信息，并結合信道特征，對編碼碼率分配和功率分配進行統一的管理，在總體發射功率不變和目標傳輸速率不變的情況下，實現系統端接收到的圖像失真度最小的目的。瞬時功率優化模塊針對ofdm技術中多信道傳輸的特點，在對每一個子信道的信道狀態進行評估的前提下，進行功率優化，對每一個數據包進行功率分配，從而使得進入到信道的數據在功率分配方面達到最佳狀態。本發明還給出一種基于聯合信源信道編碼調制的漸進圖像傳輸方法，其特征在于：它包括以下步驟：步驟1：將原始圖像進行壓縮編碼，產生漸進的壓縮碼流；步驟2：將壓縮后的圖像進行信道編碼處理；步驟3：進行不等功率分配，使用不等功率算法，對信道編碼后的數據進行功率分配；步驟4：統一資源分配算法，根據信道特征信息以及信源編碼和信道編碼信息，可已將圖像壓縮編碼、信道編碼和功率分配進行統一的資源管理；步驟5：瞬時功率優化，根據ofdm子信道的信道特征，對編碼流進行瞬時功率分配；步驟6：采用ofdm算法對圖像進行調制解調。本系統包括四個階段，分別為：第一階段是將圖像進行壓縮編碼，此處使用的是spiht算法進行圖像信源編碼，它可以將信源圖像中重要程度不同的部分區分編碼，從而可以達到對信源圖像的不等差錯保護，而且可以增大壓縮率。然后系統對輸出碼流進行初步的處理，分成了不同的數據包，并將數據包根據其對重建圖像的貢獻程度分成了不同的組。第二階段進行的是信道編碼。對于信源輸出的碼流重要程度信息，對其進行不同碼率的編碼以便達到不等差錯保護的目的。本模型中使用的是lpdc編碼技術，其實一種高效的信道編碼技術，可以大大的降低編碼的復雜度和加快解碼的速度。此處還要進行的是對下一階段的功率粗分配工作。根據信道反饋的信道狀態信息以及信源提供的編碼流重要程度信息，通過本發明提出的系統失真模型，計算出每一組數據能夠分配到的功率。第三階段是通過不等功率分配算法對輸出的碼流組進行精細不等功率分配，此分配算法是在總的功率一定的情況下，按照輸入碼流的不等重要程度以及信道的狀態分配不同的功率，以達到接收端重建圖像質量最高的目的。輸出的碼流為分組的數據流和其分配到的功率。這就在一定程度上合理利用了功率資源。第四階段是ofdm系統中的處理，首先將此碼流進行串并轉換，得到n組不同的碼流，其中n為ofdm子信道的個數。一旦ofdm系統的發射端接收到反饋的各個子信道的瞬時信道狀態信息，則對數據進行瞬時功率分配和調整，將每一組碼流輸送到不同的子信道中進行傳輸。本系統的失真模型如下：其中，e{dtotal}為該系統譯碼圖像總的失真期望，d0是由于圖像壓縮而產生的固有失真，其值與圖像的壓縮碼率有關。di為當第i組數據碼流中出現錯誤時，圖像解壓縮后所產生的失真大小。l為信源編碼輸出碼流所分成的組數。qj為第j個數據包包能夠正確傳輸的概率，其與分配給數據包的碼率和能量有關，其中，rj表示所分配給此數據包的碼率，e表示分配給該報的能量。表1時間復雜度分析仿真結果eb/n0(db)46810uep+upa/s0.35290.34260.34100.3297本文方案/s0.24640.24000.24430.2392以上公開的僅為本發明的優選實施方式，但本發明并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的沒有創造性的變化，以及在不脫離本發明原理前提下所作的若干改進和潤飾，都應落在本發明的保護范圍內。當前第1頁12