基于RCPT碼的漸進圖像傳輸方法

將等級樹中的集分割編碼器輸出的碼流分組，根據(jù)輸出的分組數(shù)據(jù)對重建圖像重要性的不同，傳輸前采用糾錯能力不同的RCPT碼保護。在總的碼率限制下，采用遺傳算法從有限碼率集中選擇每組數(shù)據(jù)的RCPT碼碼率，使接收端恢復的圖像失真最小。將等誤差保護碼率作為遺傳算法的初始種群，減少了最優(yōu)碼率集的搜索時間。在二進制對稱信道上的仿真結果表明，該漸進圖像傳輸方法實現(xiàn)簡單，在高誤碼率信道條件下恢復圖像仍能得到很高的峰值信噪比。
關 鍵 詞 漸進圖像; SPIHT編碼器; RCPT碼; 遺傳算法

漸進圖像編碼器使接收端選擇不同的分辨率顯示圖像，每個(組)接收數(shù)據(jù)用于改善當前恢復圖像的質量，即正確接收的比特數(shù)越多，恢復圖像質量越好。當圖像達到輸出設備所用的分辨率時，譯碼器即可停止解壓縮。這種特性在因特網(wǎng)瀏覽和新一代無線多媒體通信中有著廣泛的應用前景。
等級樹中的集分割(SPIHT)編碼器是當前廣泛采用的一種漸進編碼器[1]，它是為最佳漸進圖像傳輸和壓縮設計的，其重要特點是在圖像解碼的任意時刻，所顯示的圖像質量都是當時解碼器輸入位數(shù)所能獲得的最佳者。但是在噪聲信道中，SPIHT的嵌入式特性會給比特流的傳輸帶來災難性的后果，若接收端接收到一個錯誤比特，則其后傳輸?shù)乃斜忍貙D像恢復都是不可用的。為避免這種錯誤出現(xiàn)在譯碼端，并在信道總碼率限制下，盡可能多的接收正確的信源編碼數(shù)據(jù)，通常將壓縮輸出數(shù)據(jù)分組傳輸，當檢測到某組數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤時停止譯碼，采用碼率兼容的刪除卷積(RCPC)碼對各分組數(shù)據(jù)提供最有效的保護[2]。Turbo碼的出現(xiàn)為編碼理論和技術的發(fā)展開辟了道路，人們在此基礎上發(fā)展了碼率兼容刪除Turbo碼-RCPT碼并將其應用于漸進圖像傳輸[3]，實現(xiàn)了高信道碼率下圖像數(shù)據(jù)可靠通信。本文將討論一種基于RCPT碼的漸進圖像傳輸方法。
1 RCPT碼
RCPT碼由基本的Turbo碼經過刪除之后得到。本文Turbo碼采用并行級聯(lián)卷積碼PCCC(Parallel漸進圖像編碼器使接收端選擇不同的分辨率顯示圖像，每個(組)接收數(shù)據(jù)用于改善當前恢復圖像的質量，即正確接收的比特數(shù)越多，恢復圖像質量越好。當圖像達到輸出設備所用的分辨率時，譯碼器即可停止解壓縮。這種特性在因特網(wǎng)瀏覽和新一代無線多媒體通信中有著廣泛的應用前景。
等級樹中的集分割(SPIHT)編碼器是當前廣泛采用的一種漸進編碼器[1]，它是為最佳漸進圖像傳輸和壓縮設計的，其重要特點是在圖像解碼的任意時刻，所顯示的圖像質量都是當時解碼器輸入位數(shù)所能獲得的最佳者。但是在噪聲信道中，SPIHT的嵌入式特性會給比特流的傳輸帶來災難性的后果，若接收端接收到一個錯誤比特，則其后傳輸?shù)乃斜忍貙D像恢復都是不可用的。為避免這種錯誤出現(xiàn)在譯碼端，并在信道總碼率限制下，盡可能多的接收正確的信源編碼數(shù)據(jù)，通常將壓縮輸出數(shù)據(jù)分組傳輸，當檢測到某組數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤時停止譯碼，采用碼率兼容的刪除卷積(RCPC)碼對各分組數(shù)據(jù)提供最有效的保護[2]。Turbo碼的出現(xiàn)為編碼理論和技術的發(fā)展開辟了道路，人們在此基礎上發(fā)展了碼率兼容刪除Turbo碼-RCPT碼并將其應用于漸進圖像傳輸[3]，實現(xiàn)了高信道碼率下圖像數(shù)據(jù)可靠通信。本文將討論一種基于RCPT碼的漸進圖像傳輸方法。
1 RCPT碼
RCPT碼由基本的Turbo碼經過刪除之后得到。本文Turbo碼采用并行級聯(lián)卷積碼PCCC(ParallelConcatenated Convolutional Code)方案，將其輸出按不同的方式進行刪除，即可得到不同碼率的RCPT碼。
選取碼率為1/3的Turbo碼，它由兩個碼率1/2的遞歸系統(tǒng)卷積(RSC)編碼器和一個Turbo內交織器級聯(lián)而成。對于每一個輸入比特，有三個輸出比特X、Y及Y′形成，Y和Y′為兩個RSC編碼器輸出的校驗比特。將輸出比特以一定的刪除方式和刪除周期p進行刪除，獲得所需的RCPT碼。對于碼率的編碼器，刪除方式可以用n×p階矩陣表示，稱為刪除矩陣。若選取刪除周期p為8，刪除矩陣為：。對于每個輸入產生的3個輸出比特，按照周期規(guī)律，在對應的矩陣列的位置上，如果矩陣數(shù)據(jù)為零，則將該數(shù)據(jù)從輸出碼流中刪除；如果數(shù)據(jù)為1，則保留相應的編碼數(shù)據(jù)。譯碼端以相應的規(guī)律在對應的位置上補零后譯碼。由該刪除矩陣可知，8 bit輸入數(shù)據(jù)經過碼率1/3的Turbo碼編碼器產生24 bit輸出碼，刪除器刪除其中8 bit數(shù)據(jù)，最終生成為碼率為1/2的RCPT碼。根據(jù)刪除矩陣中零的個數(shù)不同，可以產生碼率不同的RCPT碼。低碼率的刪除矩陣中增加0的數(shù)量即產生高碼率的編碼，當高碼率的編碼不能滿足系統(tǒng)要求時，只要適當傳送一些附加位置的數(shù)據(jù)即可獲得較低碼率的編碼，保證了碼率的兼容性。相同碼率條件下，可以根據(jù)一定的規(guī)則選擇最佳的矩陣形式(即零的位置)，使RCPT碼的糾錯性能最優(yōu)Xn/1]00001111;00010111;11111111[[3]。
2 基于RCPT碼的圖像編碼傳輸結構
編碼系統(tǒng)采用SPIHT編碼器、循環(huán)冗余校驗(CRC)和RCPT碼串聯(lián)的編碼結構，它與文獻[2]采用RCPC碼的編碼結構類似。SPIHT輸出比特流被分割為數(shù)據(jù)組，各組數(shù)據(jù)采用不同碼率的信道碼保護。每組信源編碼數(shù)據(jù)長度由信道碼率決定，經信道編碼后輸出為長度固定的數(shù)據(jù)組，這種固定信道輸出長度的分組方法符合實際信道和傳輸協(xié)議的要求[4]，編碼碼組在二進制對稱信道(BSC)上傳輸，系統(tǒng)結構如圖1所示。如果一個碼組被正確譯出，即循環(huán)冗余校驗檢測沒有錯誤，則考慮下一個碼組，否則停止譯碼，信源譯碼器根據(jù)已正確譯碼的碼組重建圖像(假定循環(huán)冗余校驗能檢測所有的傳輸錯誤)。

采用遺傳算法的碼率選擇
最優(yōu)碼率選擇是在總的碼率限制下，即在碼流組數(shù)的限制下，選擇最優(yōu)的碼率集。當小時，可以采用遍歷搜索的方法得到，但當分組數(shù)較大時，遍歷搜索往往很難實現(xiàn)，本文采用遺傳算法搜索N)?,,?,?(?21NKrrrkk???=RNR?
R?[5]。遺傳算法是一種基于群體進化的全局優(yōu)化算法，主要選擇三個算子：選擇、交叉和變異，使得整個進化階段維持群體的多樣性，增強了全局搜索的能力。根據(jù)RCPT碼的誤碼率、圖像的失真率函數(shù)以及系統(tǒng)端對端失真期望構造遺傳算法的相關參數(shù)。