專(zhuān)利名稱(chēng)：一種聯(lián)合spiht壓縮與不等差錯(cuò)保護(hù)編碼的碼流傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聯(lián)合信源信道編碼中一種碼流傳輸方法，特別涉及與圖像或視頻等無(wú) 線多媒體數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)的一種聯(lián)合小波多級(jí)樹(shù)集合分裂圖像壓縮與不等差錯(cuò)保護(hù)編碼的 碼流傳輸方法，該方法適用于在復(fù)雜的無(wú)線信道中實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的高效可靠傳輸，屬于無(wú) 線通信技術(shù)領(lǐng)域。
(二)技術(shù)背景隨著無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展和無(wú)線通信業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)充，未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)要 求支持更高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別是多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(圖像，音頻和視頻等)的高效可靠傳 輸。在帶寬受限條件下，傳輸大數(shù)據(jù)量的多媒體信息會(huì)產(chǎn)生很大的延遲，傳輸效率也會(huì)下 降，因而，現(xiàn)有系統(tǒng)廣泛采用高壓縮比的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，如基于小波變換的小波多級(jí)樹(shù)集合 分裂(SPIHT-Set Partitioning In Hierarchical Trees)技術(shù)和 JPEG2000 技術(shù)，以減少 大部分冗余數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)傳輸效率。然而，高壓縮比勢(shì)必會(huì)減少信源間的冗余，也即降低 了信源碼流的抗誤碼性能，尤其是在復(fù)雜的無(wú)線通信信道環(huán)境下，更要求信源碼流具有一 定的抗差錯(cuò)能力，經(jīng)典的差錯(cuò)控制方法是采用有效的信道編碼技術(shù)，人為地對(duì)信源壓縮碼 流增加部分冗余信息，以增加其抗誤碼性能，保證傳輸質(zhì)量，而這又是以降低傳輸效率為代 價(jià)的。隨著日益增長(zhǎng)的無(wú)線多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)傳輸效率及傳輸質(zhì)量的要求，這種信源信道 編碼分離設(shè)計(jì)勢(shì)必?zé)o法滿(mǎn)足發(fā)展的需求，如何綜合考慮信源及信道特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種最優(yōu)化 的編碼方法即聯(lián)合信源信道編碼方法，有效解決傳輸效率與傳輸質(zhì)量之間的矛盾，已經(jīng)成 為無(wú)線多媒體通信領(lǐng)域技術(shù)研究的熱點(diǎn)課題之一。聯(lián)合信源信道編碼是一種兼顧數(shù)據(jù)傳輸效率和質(zhì)量的優(yōu)化編碼技術(shù)，能夠根據(jù)信 道條件或其他資源限制改變信源編碼參數(shù)，或根據(jù)信源特性選擇信道編碼、調(diào)制及網(wǎng)絡(luò)參 數(shù)，從而使系統(tǒng)性能達(dá)到整體最優(yōu)?？梢?jiàn)，分析信源特性并對(duì)其加以區(qū)分，以方便選擇信道 編碼碼率及設(shè)計(jì)接收過(guò)程，對(duì)于聯(lián)合信源信道編碼研究至關(guān)重要，這也將是本發(fā)明的出發(fā) 點(diǎn)和切入點(diǎn)?；陔x散小波變換技術(shù)的信源壓縮編碼是現(xiàn)有多媒體壓縮技術(shù)中最熱門(mén)最 有效的一種解決方案，尤其是JPEG2000和MPEG-4引入了小波變換技術(shù)后，越來(lái)越多的專(zhuān) 家和學(xué)者開(kāi)始關(guān)注小波變換技術(shù)在無(wú)線多媒體通信領(lǐng)域中的應(yīng)用?；谛〔ㄗ儞Q的聯(lián)合 信源信道編碼，特別是小波變換與不等差錯(cuò)保護(hù)技術(shù)的結(jié)合是當(dāng)前聯(lián)合編碼領(lǐng)域的主要研 究方向之一。如基于SPIHT算法的聯(lián)合編碼方法“適用于噪聲信道的新型EZW圖像編碼 方法”(Robust EZffimage coding for noisy channels)，該算法采用了有效的空間方向 樹(shù)結(jié)構(gòu)和比特平面編碼方法，不僅能夠獲得很高的壓縮編碼效率，而且產(chǎn)生的碼流是嵌入 式的，支持解碼器的多碼率解碼，有利于圖像的漸進(jìn)傳輸，但是該算法產(chǎn)生的碼流具有重要 性不同的特性且對(duì)誤差的敏感性不同，如果采取分離編碼設(shè)計(jì)方案勢(shì)必會(huì)降低系統(tǒng)性能， 而不等差錯(cuò)保護(hù)技術(shù)是根據(jù)信源碼流的重要性不同，對(duì)其采用不同碼率的信道編碼加以保 護(hù)。因此如何分析和利用SPIHT碼流重要性特點(diǎn)從而有效地分配碼流以適應(yīng)信道編碼，并 在此基礎(chǔ)上優(yōu)化信道編碼碼率及制定信道解碼時(shí)的丟包策略是制約基于不等差錯(cuò)保護(hù)的聯(lián)合信源信道編碼性能的關(guān)鍵技術(shù)。文獻(xiàn)“多級(jí)樹(shù)集合分裂的圖像編碼碼流的不等差錯(cuò)保 ^"(Unequal Error Protection of SPIHTEncoded Image Bit Streams) ^tM SPIHT 分析的基礎(chǔ)上，將所有碼流分成位置比特流和信息比特流兩部分，然后用不同碼率信道編 碼對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，但該方法使得圖像不能進(jìn)行嵌入式圖像傳輸。而文獻(xiàn)“用于編碼彩色圖像 的多級(jí)樹(shù)集合分裂算法的差錯(cuò)恢復(fù)技術(shù)”(Error Reilient Technique for SPIHT Coded Color Images)雖然可以在一定程度上解決上述不能進(jìn)行嵌入式圖像傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，但其在 解碼丟包策略和碼率優(yōu)化方面沒(méi)有進(jìn)行分析。因此設(shè)計(jì)保持嵌入式傳輸而又能提高聯(lián)合信 源信道編碼性能的碼流傳輸方案是本發(fā)明的研究?jī)?nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
1、目的為實(shí)現(xiàn)圖像或視頻等多媒體數(shù)據(jù)在無(wú)線信道上的高效可靠傳輸，將聯(lián)合 小波SPIHT編碼與不等差錯(cuò)保護(hù)技術(shù)有效地應(yīng)用于無(wú)線多媒體通信系統(tǒng)中，以提高無(wú)線多 媒體通信系統(tǒng)的整體性能。然而，在將SPIHT碼流與不等差錯(cuò)保護(hù)結(jié)合的過(guò)程中涉及到碼 流的分配問(wèn)題，選取何種碼率對(duì)相應(yīng)的碼流進(jìn)行保護(hù)，以及解碼過(guò)程中的丟包策略都會(huì)影 響這種聯(lián)合信源信道編碼技術(shù)的性能。傳統(tǒng)的碼流分配是將SPIHT的細(xì)化信息和符號(hào)信息 統(tǒng)一看待，而子樹(shù)及系數(shù)重要性信息單獨(dú)分類(lèi)，這種分類(lèi)方式充分利用了 SPIHT碼流的特 點(diǎn)，卻失去了原有的嵌入式傳輸?shù)奶攸c(diǎn)；碼率最優(yōu)化算法的設(shè)計(jì)是指在信道容量一定的情 況下，如何對(duì)信源碼流分配不同的信道編碼碼率以使總失真最小或者收到的正確比特?cái)?shù)最 多。傳統(tǒng)的碼率最優(yōu)化算法復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)難度大是制約其應(yīng)用的瓶頸，而傳統(tǒng)的丟包策略只是 簡(jiǎn)單地對(duì)錯(cuò)誤包及其之后的所有包都丟棄，并未考慮SPIHT解碼過(guò)程的特點(diǎn)。為了提高基 于小波SPIHT的不等差錯(cuò)保護(hù)編碼性能，本發(fā)明的目的是提供一種聯(lián)合SPIHT壓縮與不等 差錯(cuò)保護(hù)編碼的碼流傳輸方法，它在信源編碼端依據(jù)比特平面將SPIHT碼流分成LIS (不重 要子集集合)、LIP (不重要像素集合)、LSP (重要系數(shù)集合，本發(fā)明中還包含LIP中重要系 數(shù)的符號(hào)比特位)三種類(lèi)型，通過(guò)分析這三種類(lèi)型碼流的特點(diǎn)予以相應(yīng)的保護(hù)程度，同時(shí) 保證了原有的嵌入式傳輸?shù)奶匦?，在信道解碼時(shí)充分考慮SPIHT算法解碼過(guò)程的特點(diǎn)，通 過(guò)改變丟包策略使接收的可用解碼比特?cái)?shù)更多，從而提高聯(lián)合編碼性能。而在碼率優(yōu)化算 法中，本發(fā)明主要根據(jù)碼流分配的特殊性，將同一比特平面的碼流分配相同碼率的信道編 碼予以保護(hù)，從而在很大程度上降低了算法的復(fù)雜度。2、技術(shù)方案本發(fā)明的主要特征在于編碼端通過(guò)分析SPIHT算法的特點(diǎn)可知， LSP碼流的錯(cuò)誤并不會(huì)影響解碼的同步；LIP碼流的錯(cuò)誤會(huì)影響當(dāng)前比特平面的LIP掃描， LIS掃描和后續(xù)比特平面各掃描過(guò)程的同步性；LIS碼流的錯(cuò)誤會(huì)影響當(dāng)前比特平面的LIS 掃描和后續(xù)比特平面各掃描過(guò)程的同步性。但是本發(fā)明通過(guò)對(duì)這三種輸出碼流進(jìn)行基于比 特平面的打包隔離，可以減少LIP碼流的錯(cuò)誤對(duì)當(dāng)前比特位平面LIS掃描的影響(允許有 部分不影響解碼同步的錯(cuò)誤)。解碼端由于編碼端對(duì)碼流分配的特殊性，當(dāng)收到的錯(cuò)誤數(shù) 據(jù)包屬于LIP碼流時(shí)，可以繼續(xù)接收當(dāng)前比特平面的數(shù)據(jù)包，從而增加解碼的接收比特?cái)?shù)。 碼率優(yōu)化通過(guò)對(duì)SPIHT碼流進(jìn)行基于比特平面的打包隔離，可以近似認(rèn)為同一比特平面 的LIP碼流具有相同的重要性，LIS碼流也是如此，而由于LSP碼流的特殊性，可以不對(duì)其 進(jìn)行保護(hù)或者只進(jìn)行固定很弱的保護(hù)，因此碼率優(yōu)化算法在碼率決策的過(guò)程中可給以同一 比特平面的LIP或者LIS數(shù)據(jù)包相同的信道編碼碼率進(jìn)行保護(hù)，而不是對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包都進(jìn)行碼率決策。圖1給出了本發(fā)明發(fā)送端碼流分配后發(fā)送數(shù)據(jù)包的順序示意圖。數(shù)據(jù)發(fā)送順尋依 次是數(shù)據(jù)流總包頭，其后依次是門(mén)限值按最大到最小的LSP數(shù)據(jù)包，LIP數(shù)據(jù)包，LIS數(shù)據(jù) 包。發(fā)送端的基本步驟為步驟1 按照SPIHT編碼的信息初始化數(shù)據(jù)包頭，只是初始化最大門(mén)限值，但是數(shù) 據(jù)包頭中各信道編碼碼率還沒(méi)有確定；步驟2 按照三種數(shù)據(jù)流的類(lèi)型及門(mén)限值遞減的順序依次提取SPIHT編碼碼流；步驟3 對(duì)所有提取的碼流進(jìn)行下文描述碼率優(yōu)化算法，從而確定各門(mén)限值對(duì)應(yīng) 數(shù)據(jù)包所需要信道編碼碼率；步驟4 將第三步優(yōu)化后的碼率依次填充至數(shù)據(jù)包頭對(duì)應(yīng)的位置；步驟5 按照?qǐng)D1發(fā)送數(shù)據(jù)碼流的順序，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行其對(duì)應(yīng)碼率的信道編碼再依 次發(fā)送出去。圖2給出了本發(fā)明發(fā)送端數(shù)據(jù)包頭的格式示意圖。數(shù)據(jù)包頭信息作用數(shù)據(jù)包頭長(zhǎng)根據(jù)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)可以確定編碼碼流含有多少個(gè)門(mén)限值的碼流。最高門(mén)限值T 用于SPIHT解碼時(shí)初始化化。信道編碼碼率用于信道解碼端的解碼。各數(shù)據(jù)流類(lèi)型包數(shù)在接受端對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而可以判斷對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)包是 否接受完成。將信道編碼碼率與各數(shù)據(jù)類(lèi)型包數(shù)結(jié)合在一起可以減少門(mén)限值的表示，從而將少 數(shù)據(jù)包頭的總長(zhǎng)。圖3給出了本發(fā)明發(fā)送端LIP數(shù)據(jù)包格式說(shuō)明圖。其中LIP重要系數(shù)個(gè)數(shù)是用于 與LSP類(lèi)型包中符號(hào)位同步。而LIS數(shù)據(jù)包則完全包含著實(shí)際編碼碼流數(shù)據(jù)?；诒景l(fā)明中數(shù)據(jù)流分配方法，結(jié)合圖4，采用如下碼率優(yōu)化算法進(jìn)行碼率選擇假設(shè)信道總?cè)萘繛镽t，圖像矩陣大小為MXM，信道編碼碼率集合為R。= (R1, R2, · · · · RK}，其中R1 < R2 < · · · < RK, SPIHT算法最大門(mén)限值為T(mén) = 2N，初始化門(mén)限值的增 量i = 0即T = 且信道總發(fā)送比特?cái)?shù)L = RtXMXN,則碼率優(yōu)化步驟如下 步驟1 對(duì)于最大門(mén)限值T = 2n，提取其對(duì)應(yīng)的LSP數(shù)據(jù)流并計(jì)算其碼流比特?cái)?shù)L_ LSP0,判斷L = L-L_LSP0,若小于0，則跳至步驟5，否則提取其對(duì)應(yīng)的LIP和LIS數(shù)據(jù)，計(jì)算 它們的碼流比特?cái)?shù)LJJSJJPci,則對(duì)于信道R。碼率集每個(gè)碼率計(jì)算L = L-L_LIS_LIP0/Rj, j = 1，2. . . K，若結(jié)果大于0則產(chǎn)生該碼率對(duì)應(yīng)的分支，否則不產(chǎn)生該碼率對(duì)應(yīng)的分支，最后 增加i = i+1即更新門(mén)限值。步驟2 提取當(dāng)前門(mén)限值T的LSP數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前門(mén)限值LSP碼流比特?cái)?shù)L_LSPi; 對(duì)于前面產(chǎn)生的每個(gè)分支，判斷L = L-LJjSPi的大小，若不大于0，則該分支停止分支。否 則執(zhí)行步驟3。步驟3 提取當(dāng)前門(mén)限值T的LIP和LIS數(shù)據(jù)，計(jì)算它們的碼流比特?cái)?shù)LJJSJJPi, 對(duì)于前面每個(gè)可以分解碼率分支，從信道編碼碼率集R。中選擇所有滿(mǎn)足如下原則的碼率R， 選擇碼率的原則是所選擇的碼率必須不小于當(dāng)前分支前一門(mén)限值對(duì)應(yīng)的碼率，如圖4是 不受總碼率限制的情況下，數(shù)據(jù)流隨門(mén)限值自上而下碼率分支示意圖，碼率Ri從左到右是 依次增加的，即當(dāng)前門(mén)限值所能選擇的碼率必須不小于該分支對(duì)應(yīng)的前一門(mén)限值的碼率，如圖4所示(帶黑體)在門(mén)限值T = 2n經(jīng)碼率R2產(chǎn)生的分支上，由門(mén)限值T = 2N_i繼續(xù)分 解的分支上的所有碼率都要不小于R2。假設(shè)碼率總數(shù)為K，最大門(mén)限值為T(mén) = 2N，碼率分支 總數(shù)與K和N有關(guān)。對(duì)每個(gè)碼率分支，選擇了所有滿(mǎn)足條件的碼率R后，則計(jì)算所需信道比 特?cái)?shù)為(L_LIS_LIPi/R)，則計(jì)算并判斷L = L-LJJSJJPi/! 的大小，若大于0則按此碼率 可以繼續(xù)產(chǎn)生一個(gè)分支，否則此碼率不能再產(chǎn)生分支，若對(duì)于當(dāng)前門(mén)限值的所有分支，所有 符合條件的碼率都不能再產(chǎn)生碼率分支，則跳出步驟4。步驟4 更新i = i+Ι，重新開(kāi)始執(zhí)行步驟2。步驟5 提取所有分支的上所對(duì)應(yīng)的碼率，計(jì)算所有碼率分支對(duì)應(yīng)的總失真值，從 中選取具有最小失真值的分支中的碼率作為各門(mén)限分配的碼率。圖5給出了本發(fā)明接收端流程方框示意圖，本接收流程假設(shè)數(shù)據(jù)包頭完全正確且 各數(shù)據(jù)包到達(dá)接收端的順序不變。其大體過(guò)程如下步驟1 首先確定數(shù)據(jù)包頭完成正確，并依據(jù)數(shù)據(jù)包頭信息進(jìn)行接收流程的初始 化。步驟2 開(kāi)始接收碼流，判斷數(shù)據(jù)包的類(lèi)型，并依據(jù)數(shù)據(jù)包的類(lèi)型按照?qǐng)D4的處理 方法進(jìn)行處理。步驟3 在繼續(xù)接收條件成立的情況下，循環(huán)接收碼流包，直至數(shù)據(jù)包接收完成或 繼續(xù)接收條件不滿(mǎn)足的情況下。步驟4 停止接收數(shù)據(jù)包，SPIHT算法只用已接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行解碼。綜上所述，本發(fā)明一種聯(lián)合SPIHT壓縮和不等差錯(cuò)保護(hù)編碼的碼流傳輸方法，它 在信源編碼端依據(jù)比特平面將SPIHT碼流分成三種類(lèi)型，而后根據(jù)碼流分配的特殊性，對(duì) SPIHT碼流進(jìn)行基于比特平面的打包隔離，將同一比特平面的碼流分配相同碼率的信道編 碼予以保護(hù)，在保證嵌入式傳輸特性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了碼率的優(yōu)化。在信道解碼時(shí)則充分考慮 SPIHT算法解碼過(guò)程的特點(diǎn)，根據(jù)數(shù)據(jù)包的類(lèi)型進(jìn)行不同的處理，通過(guò)改變丟包策略使接收 的可用解碼比特?cái)?shù)更多，以提高聯(lián)合編碼性能。3、優(yōu)點(diǎn)及功效本發(fā)明提出的這種新的一種聯(lián)合SPIHT壓縮與不等差錯(cuò)保護(hù)編碼的碼流傳輸方 法，不僅解決了傳統(tǒng)基于SPIHT碼流分配方法中失去了嵌入式傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，而且充分利用 了 SPIHT解碼過(guò)程中對(duì)于不同數(shù)據(jù)流處理方法不同的特點(diǎn)，有效地將各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)流通 過(guò)基于門(mén)限值的打包方式將它們隔離開(kāi)，以使得各數(shù)據(jù)流相互間的影響減少，另一方面經(jīng) 過(guò)分析可知，利用本發(fā)明的碼流分配方法，同一門(mén)限值的LIP和LIS碼流會(huì)使后續(xù)門(mén)限值的 解碼失同步，但幾乎不會(huì)影響本門(mén)限的解碼同步或者只有很小的失真，LSP則不會(huì)影響解碼 的同步，因此可以將同一門(mén)限值的LIP和LIS碼流視為同樣重要的，因此在碼率優(yōu)化算法中 可以分配相同的編碼碼率，而LSP碼流可以不進(jìn)行保護(hù)或者進(jìn)行固定的高碼率保護(hù)，從而 可以減少碼率優(yōu)化算法的復(fù)雜度。最后，解碼端在接收數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)包的類(lèi)型進(jìn)行 不同的處理，如LSP數(shù)據(jù)包有錯(cuò)時(shí)可以接收數(shù)據(jù)包，LIP數(shù)據(jù)包有錯(cuò)時(shí)記錄起當(dāng)前門(mén)限值但 是可以繼續(xù)接收數(shù)據(jù)包，LIP數(shù)據(jù)包有錯(cuò)時(shí)直接停止接收數(shù)據(jù)包，而不是用傳統(tǒng)的方法當(dāng)有 接收數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤就立刻停止接收所有的數(shù)據(jù)包，可見(jiàn)本發(fā)明方法可以盡可能地接收數(shù)據(jù)包 用于解碼，從而提高系統(tǒng)的整體性能。因此，本發(fā)明適用于圖像或視頻信息在無(wú)線信道上的高效可靠傳輸，同時(shí)也適用于感興趣區(qū)域的圖像傳輸。本發(fā)明一種聯(lián)合SPIHT壓縮和不等差錯(cuò)保護(hù)編碼的碼流傳輸方 法具有以下幾個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)1.發(fā)送端按SPIHT碼流的分成LIP、LSP、LIS三種類(lèi)型，并依次對(duì)它們進(jìn)行打包， 在一定程度上可以隔離各數(shù)據(jù)流的錯(cuò)誤對(duì)解碼同步的影響，從而可以提高系統(tǒng)性能。2.對(duì)數(shù)據(jù)包頭進(jìn)行了特殊的設(shè)計(jì)，減少了數(shù)據(jù)包頭的總長(zhǎng)度，從而可以盡可能減 少數(shù)據(jù)包頭對(duì)碼率優(yōu)化算法的影響。3.經(jīng)過(guò)分析可知，利用本發(fā)明的碼流分配方法，同一門(mén)限值的LIP和LIS碼流會(huì)使 后續(xù)門(mén)限值的解碼失同步，但幾乎不會(huì)影響本門(mén)限的解碼同步或者只有很小的失真，LSP則 不會(huì)影響解碼的同步，因此可以將同一門(mén)限值的LIP和LIS碼流視為同樣重要，因此在碼率 優(yōu)化算法中可以分配相同的編碼碼率，而LSP碼流可以不進(jìn)行保護(hù)或者進(jìn)行固定的很弱保 護(hù)，從而可以減少碼率優(yōu)化算法的復(fù)雜度。4.根據(jù)發(fā)送端對(duì)數(shù)據(jù)碼流的特殊分配處理，按照?qǐng)D5所示對(duì)發(fā)送端數(shù)據(jù)包進(jìn)行接 收，可以盡可能多地接收同一門(mén)限值的數(shù)據(jù)包，因此可以在一定程度上避免傳統(tǒng)接收端遇 到錯(cuò)誤就丟棄后續(xù)所有包的缺點(diǎn)，從而提高系統(tǒng)的整體性能。5.從發(fā)送端和接收端對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行按門(mén)限值的處理流程可以看出，本發(fā)明依然保 留了傳統(tǒng)的SPIHT碼流嵌入式傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。


圖1本發(fā)明方法中數(shù)據(jù)包發(fā)送順序的示意圖。圖2本發(fā)明方法中數(shù)據(jù)包頭格式說(shuō)明圖。圖3本發(fā)明方法中LIP數(shù)據(jù)包格式說(shuō)明圖。圖4本發(fā)明方法中碼率選擇隨門(mén)限值和碼率大小進(jìn)行對(duì)應(yīng)分支示意圖。其中RnR2,. . . . Rk為信道編碼碼率且< RK，N為最大門(mén)限值對(duì)應(yīng)的 指數(shù)值。示意圖從上到下的方向?yàn)殚T(mén)限值減小的方向，各分支從左到右的方向是碼率增加 的方向。圖5本發(fā)明方法中接收端對(duì)同一個(gè)門(mén)限值接收數(shù)據(jù)包處理流程圖。圖6本發(fā)明方法的流程框圖。圖中符號(hào)說(shuō)明如下Tn 表示第η個(gè)門(mén)限值的大小LIP 不重要像素列表LSP 重要系數(shù)列表LIS 不重要系數(shù)子集列表Rn 第η個(gè)碼率大小N:最高位比特平面K:總共可選的碼率個(gè)數(shù)TRUE 表示為真FALSE 表示為假具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖1，2，3，4，5，并假設(shè)信道容量為Rt bpp (bit per pixel)，圖像大小為 512X512，Rc= (R1, R2,... . Rj為信道編碼碼率集合，其中R1 < R2 <·. . < Rk，則可以由此 計(jì)算出可以發(fā)送的總比特?cái)?shù)L = Rt*512*512，T = 1024 = 210,即N = 10，發(fā)送端步驟1 按照?qǐng)D2所示的數(shù)據(jù)包頭的格式并根據(jù)SPIHT算法的參數(shù)填充數(shù)據(jù)，此時(shí) 只可以填充最大門(mén)限值。步驟2 按照本發(fā)明方法將SPIHT數(shù)據(jù)流分成LSP、LIP、LIS三種類(lèi)型，比如可以為 不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)流創(chuàng)建文件來(lái)存儲(chǔ)。步驟3 按門(mén)限值依次提取各類(lèi)型的數(shù)據(jù)流，并對(duì)所有三種類(lèi)型數(shù)據(jù)流進(jìn)行本發(fā) 明方法中的碼率優(yōu)化算法進(jìn)行碼率選取，則輸出可表示為RpPJjSPi,PjJPyPjJSi,其中i 表示門(mén)限值的序號(hào)即T = 為對(duì)應(yīng)門(mén)限值分配的信道編碼碼率，P_LSPi為對(duì)應(yīng)門(mén)限值 LSP型數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)，PJJPi為對(duì)應(yīng)門(mén)限值LIP型數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)，PJJSi為對(duì)應(yīng)門(mén)限值LIS 型數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)，其中每個(gè)數(shù)據(jù)包都是未經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)流，且每個(gè)包都定長(zhǎng)，因此對(duì)于不同 的碼率對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼后得到的編碼后的包長(zhǎng)是不同的。步驟4 按照步驟3的輸出，依次填充數(shù)據(jù)包包頭。步驟5 并按照?qǐng)D1的順序?qū)Ω鲾?shù)據(jù)包進(jìn)行相應(yīng)碼率的信道編碼并發(fā)送?；诒景l(fā)明中數(shù)據(jù)流分配方法，結(jié)合圖4和本實(shí)施方式的假設(shè)，采用如下碼率優(yōu) 化算法進(jìn)行碼率選擇初始化門(mén)限值的增量i = 0即T = ，則碼率優(yōu)化步驟如下步驟1 對(duì)于最大門(mén)限值T = 2n，提取其對(duì)應(yīng)的LSP數(shù)據(jù)流并計(jì)算其碼流比特?cái)?shù)L_ LSP0,判斷L = L-L_LSP0,若小于0，則跳至步驟5，否則提取其對(duì)應(yīng)的LIP和LIS數(shù)據(jù)，計(jì)算 它們的碼流比特?cái)?shù)LJJSJJPci,則對(duì)于信道編碼碼率集R。中的每個(gè)碼率計(jì)算L = L_L_LIS_ LIP0/Rj,j = 1,2... K，若結(jié)果大于0則產(chǎn)生該碼率對(duì)應(yīng)的分支，否則不產(chǎn)生該碼率對(duì)應(yīng)的分 支，最后增加i = i+1即更新門(mén)限值。步驟2 提取當(dāng)前門(mén)限值T的LSP數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前門(mén)限值LSP碼流比特?cái)?shù)L_LSPi; 對(duì)于前面產(chǎn)生的每個(gè)分支，判斷L = L-LJjSPi的大小，若不大于0，則該分支停止分支。否 則執(zhí)行步驟3。步驟3 提取當(dāng)前門(mén)限值T的LIP和LIS數(shù)據(jù)，計(jì)算它們的碼流比特?cái)?shù)LJJSJJPi, 對(duì)于前面每個(gè)可以分解碼率分支，從信道編碼碼率集R。中選擇所有滿(mǎn)足如下原則的碼率R， 選擇碼率的原則是所選擇的碼率必須不小于當(dāng)前分支前一門(mén)限值對(duì)應(yīng)的碼率，如圖4是 不受總碼率限制的情況下，數(shù)據(jù)流隨門(mén)限值自上而下碼率分支示意圖，碼率Ri從左到右是 依次增加的，即當(dāng)前門(mén)限值所能選擇的碼率必須不小于該分支對(duì)應(yīng)的前一門(mén)限值的碼率， 如圖4所示(帶黑體)在門(mén)限值T = 2n經(jīng)碼率R2產(chǎn)生的分支上，由門(mén)限值T = 2N_i繼續(xù)分 解的分支上的所有碼率都要不小于R2。假設(shè)碼率總數(shù)為K，最大門(mén)限值為T(mén) = 2N，碼率分支 總數(shù)與K和N有關(guān)。對(duì)每個(gè)碼率分支，選擇了所有滿(mǎn)足條件的碼率R后，則計(jì)算所需信道比 特?cái)?shù)為(L_LIS_LIPi/R)，則計(jì)算并判斷L = L-LJJSJJPi/! 的大小，若大于0則按此碼率 可以繼續(xù)產(chǎn)生一個(gè)分支，否則此碼率不能再產(chǎn)生分支，若對(duì)于當(dāng)前門(mén)限值的所有分支，所有 符合條件的碼率都不能再產(chǎn)生碼率分支，則跳出步驟4。
步驟4 更新i = i+Ι，重新開(kāi)始執(zhí)行步驟2。步驟5 提取所有分支的上所對(duì)應(yīng)的碼率，計(jì)算所有碼率分支對(duì)應(yīng)的總失真值，從 中選取具有最小失真值的分支中的碼率Ri,以及該碼率對(duì)應(yīng)的P_LSPi; PJJPi和PJJSiJt 為各門(mén)限分配的碼率及該門(mén)限各種類(lèi)型數(shù)據(jù)流的包數(shù)，作為填充數(shù)據(jù)包包頭的輸入。接收端(假設(shè)接收數(shù)據(jù)包頭完全正確和接收的數(shù)據(jù)包順序與發(fā)送端相同)步驟1 讀取數(shù)據(jù)包的信息，并對(duì)接收流程初始化，主要記錄最高門(mén)限值T = 2N，各 門(mén)限值的碼率，各數(shù)據(jù)包類(lèi)型的包數(shù)，并初始化話標(biāo)記為T(mén)RUE和i = 0(表示上一門(mén)限值 LIP數(shù)據(jù)包沒(méi)有發(fā)生錯(cuò)誤)。步驟2 開(kāi)始接收門(mén)限T = 的數(shù)據(jù)包，根據(jù)步驟1中初始化信息，即當(dāng)前門(mén)限值 的各數(shù)據(jù)包類(lèi)型數(shù)目來(lái)判斷數(shù)據(jù)包類(lèi)型(可以開(kāi)啟計(jì)數(shù)器當(dāng)計(jì)數(shù)器的值與當(dāng)前門(mén)限值對(duì) 應(yīng)數(shù)據(jù)包類(lèi)型的數(shù)據(jù)包相等則認(rèn)為此類(lèi)數(shù)據(jù)包接收完成，可以接收同一門(mén)限的其他類(lèi)型數(shù) 據(jù)包或者下一門(mén)限的數(shù)據(jù)包)如果是同一門(mén)限LSP類(lèi)型數(shù)據(jù)包，則判斷當(dāng)前標(biāo)記是否是TURE，如果不是則停止 接收跳至步驟4，如果是TRUE且沒(méi)有接收完成所有數(shù)據(jù)包，則跳至步驟2進(jìn)行繼續(xù)接收，且 對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器要增1，否則停止接收跳至步驟4 ；如果是同一門(mén)限LIP類(lèi)型數(shù)據(jù)包，則進(jìn)行解碼，如果存在接收錯(cuò)誤，將標(biāo)記設(shè)置為 FALSE,然后在所有數(shù)據(jù)都沒(méi)有接收完成下，將對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器增1并跳至步驟2進(jìn)行繼續(xù)接收， 否則停止接收跳至步驟4 ；如果是同一門(mén)限LIS類(lèi)型數(shù)據(jù)包，則進(jìn)行解碼，若存在接收錯(cuò)誤，則停止接收數(shù)據(jù) 包跳至步驟4，如果沒(méi)有錯(cuò)誤，則對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器增1，如果當(dāng)前門(mén)限值的LIS包接收完成，則跳 至步驟3執(zhí)行，否則跳至步驟2繼續(xù)進(jìn)行接收。步驟3 更新i，即i = i+Ι，接著跳至步驟2執(zhí)行接收過(guò)程；步驟4 停止接收數(shù)據(jù)包，將已接收的數(shù)據(jù)包放入SPIHT解碼器中進(jìn)行解碼。綜上所述，本發(fā)明一種聯(lián)合不等差錯(cuò)保護(hù)技術(shù)和SPIHT的碼流傳輸方法，一方面 能夠利用SPIHT算法解碼過(guò)程的特殊性，用基于門(mén)限的數(shù)據(jù)包隔離方法改善小波SPIHT數(shù) 據(jù)碼流對(duì)信道誤差的敏感性強(qiáng)的缺點(diǎn)；另一方面利用本發(fā)明碼流分配方法，對(duì)SPIHT數(shù)據(jù) 碼流進(jìn)行了一次基于門(mén)限值的重新組合，經(jīng)分析可以認(rèn)為同一門(mén)限值的LIP、LIS類(lèi)型數(shù)據(jù) 流具有相同的重要性，于是在碼率優(yōu)化的時(shí)候可以對(duì)同一門(mén)限值的數(shù)據(jù)給以相同的門(mén)限值 進(jìn)行保護(hù)，而不是對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包都進(jìn)行一次碼率選擇，從而可以減少碼率優(yōu)化算法的復(fù)雜 性；最后根據(jù)對(duì)碼流分配的分析和SPIHT解碼過(guò)程的分析，在接受端采取了容忍部分錯(cuò)誤， 接收大部分的正確的方法即在SPIHT解碼流程不失同步的情況下，盡可能地接收數(shù)據(jù)包， 即是接收的過(guò)程中出現(xiàn)少部分的局部細(xì)化信息錯(cuò)誤。此外本發(fā)明的碼流分配方法依然支持 嵌入式圖像傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，即繼承了很多有關(guān)SPIHT的優(yōu)點(diǎn)。因此本發(fā)明方法能夠充分利用 SPIHT算法解碼過(guò)程的特性，能夠在無(wú)線信道下進(jìn)行有效的圖像傳輸，具有相當(dāng)廣的應(yīng)用范 圍和較高的應(yīng)用價(jià)值。
權(quán)利要求
一種聯(lián)合SPIHT壓縮與不等差錯(cuò)保護(hù)編碼的碼流傳輸方法，其特征在于該方法在信源編碼端依據(jù)比特平面將SPIHT碼流分成三種類(lèi)型，而后根據(jù)碼流分配的特殊性，對(duì)SPIHT碼流進(jìn)行基于比特平面的打包隔離，將同一比特平面的碼流分配相同碼率的信道編碼予以保護(hù)，在保證嵌入式傳輸特性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了碼率的優(yōu)化；在信道解碼時(shí)則充分考慮SPIHT算法解碼過(guò)程的特點(diǎn)，根據(jù)數(shù)據(jù)包的類(lèi)型進(jìn)行不同的處理，通過(guò)改變丟包策略使接收的可用解碼比特?cái)?shù)更多，以提高聯(lián)合編碼性能；該方法具體步驟如下發(fā)送端步驟1按照SPIHT編碼的信息初始化數(shù)據(jù)包頭，只是初始化最大門(mén)限值，但是數(shù)據(jù)包頭中各信道編碼碼率還沒(méi)有確定；步驟2按照三種數(shù)據(jù)流的類(lèi)型及門(mén)限值遞減的順序依次提取SPIHT編碼碼流；步驟3對(duì)所有提取的碼流進(jìn)行下文描述碼率優(yōu)化算法，從而確定各門(mén)限值對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)包所需要信道編碼碼率；步驟4將第三步優(yōu)化后的碼率依次填充至數(shù)據(jù)包頭對(duì)應(yīng)的位置；步驟5按發(fā)送數(shù)據(jù)碼流的順序，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行其對(duì)應(yīng)碼率的信道編碼再依次發(fā)送出去；碼率優(yōu)化假設(shè)信道總?cè)萘繛镽t，圖像矩陣大小為M×M，信道編碼碼率集合為Rc＝{R1，R2，....RK}，其中R1＜R2＜...＜RK，SPIHT算法最大門(mén)限值為T(mén)＝2N，初始化門(mén)限值的增量i＝0即T＝2N i且信道總發(fā)送比特?cái)?shù)L＝Rt×M×N，步驟1對(duì)于最大門(mén)限值T＝2N，提取其對(duì)應(yīng)的LSP數(shù)據(jù)流并計(jì)算其碼流比特?cái)?shù)L_LSP0，判斷L＝L L_LSP0，若小于0，則跳至步驟5，否則提取其對(duì)應(yīng)的LIP和LIS數(shù)據(jù)，計(jì)算它們的碼流比特?cái)?shù)L_LIS_LIP0，則對(duì)于信道Rc碼率集每個(gè)碼率計(jì)算L＝L L_LIS_LIP0/Rj，j＝1，2...K，若結(jié)果大于0則產(chǎn)生該碼率對(duì)應(yīng)的分支，否則不產(chǎn)生該碼率對(duì)應(yīng)的分支，最后增加i＝i+1即更新門(mén)限值；步驟2提取當(dāng)前門(mén)限值T的LSP數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前門(mén)限值LSP碼流比特?cái)?shù)L_LSPi，對(duì)于前面產(chǎn)生的每個(gè)分支，判斷L＝L L_LSPi的大小，若不大于0，則該分支停止分支；否則執(zhí)行步驟3；步驟3提取當(dāng)前門(mén)限值T的LIP和LIS數(shù)據(jù)，計(jì)算它們的碼流比特?cái)?shù)L_LIS_LIP，對(duì)于前面每個(gè)可以分解碼率分支，從信道編碼碼率集Rc中選擇所有滿(mǎn)足如下原則的碼率R，選擇碼率的原則是所選擇的碼率必須不小于當(dāng)前分支前一門(mén)限值對(duì)應(yīng)的碼率，即當(dāng)前門(mén)限值所能選擇的碼率必須不小于該分支對(duì)應(yīng)的前一門(mén)限值的碼率，在門(mén)限值T＝2N經(jīng)碼率R2產(chǎn)生的分支上，由門(mén)限值T＝2N 1繼續(xù)分解的分支上的所有碼率都要不小于R2；設(shè)碼率總數(shù)為K，最大門(mén)限值為T(mén)＝2N，碼率分支總數(shù)與K和N有關(guān)；對(duì)每個(gè)碼率分支，選擇了所有滿(mǎn)足條件的碼率R后，則計(jì)算所需信道比特?cái)?shù)為L(zhǎng)_LIS_LIPi/R，則計(jì)算并判斷L＝L L_LIS_LIPi/R的大小，若大于0則按此碼率可以繼續(xù)產(chǎn)生一個(gè)分支，否則此碼率不能再產(chǎn)生分支，若對(duì)于當(dāng)前門(mén)限值的所有分支，所有符合條件的碼率都不能再產(chǎn)生碼率分支，則跳出步驟4；步驟4更新i＝i+1，重新開(kāi)始執(zhí)行步驟2；步驟5提取所有分支的上所對(duì)應(yīng)的碼率，計(jì)算所有碼率分支對(duì)應(yīng)的總失真值，從中選取具有最小失真值的分支中的碼率作為各門(mén)限分配的碼率；接收端步驟1首先確定數(shù)據(jù)包頭完成正確，并依據(jù)數(shù)據(jù)包頭信息進(jìn)行接收流程的初始化；步驟2開(kāi)始接收碼流，判斷數(shù)據(jù)包類(lèi)型，并依據(jù)數(shù)據(jù)包的類(lèi)型的處理方法進(jìn)行處理；步驟3在繼續(xù)接收條件成立的情況下，循環(huán)接收碼流包，直至數(shù)據(jù)包接收完成或繼續(xù)接收條件不滿(mǎn)足的情況下；步驟4停止接收數(shù)據(jù)包，SPIHT算法只用已接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行解碼。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種聯(lián)合SPIHT壓縮與不等差錯(cuò)保護(hù)編碼的碼流傳輸方法，在發(fā)送端，該方法將SPIHT碼流分成了LSP、LIP、LIS三種類(lèi)型，并按照門(mén)限值對(duì)各種碼流依次進(jìn)行提取、打包，再按其類(lèi)型予以經(jīng)本文碼率優(yōu)化算法輸出的信道編碼碼率進(jìn)行保護(hù)，有五大步驟；在接收端，該方法根據(jù)SPIHT解碼特點(diǎn)盡可能多地接收了有效的解碼碼流，有四大步驟；因此本發(fā)明方案保持了SPIHT碼流的嵌入式特性，也實(shí)現(xiàn)了碼率的優(yōu)化以及充分考慮了SPIHT碼流在解碼時(shí)的特性。它在無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域具有較好的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H04L1/00GK101980466SQ20101053911
公開(kāi)日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者修春娣, 劉建偉, 尚濤, 朱華亮, 毛劍, 鄭志明 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)