基于算术码的联合信源信道编解码研究

基于算术码的联合信源信道编解码研究随着无线多媒体通信技术的不断发展,算术码作为一种具有较高压缩性能的熵编码,已被越来越多的图像和视频压缩标准所采纳。但是,算术码在提供高压缩性能的同时也暴露出其对误码的高度敏感性,信道残存的误码,即使是单个比特的误码也可能导致严重的误码扩散。这严重地阻碍了算术码在无线多媒体通信中的广泛应用。其中,利用联合信源信道编解码技术可以有效地改善算术码的抗差错能力,提高无线多媒体通信的质量。基于算术码的联合信源信道编解码技术的核心是纠错算术码,即在算术码编码区间中以设置禁用区间形式添加冗余信息形成纠错算术码。首先,在讨论了基于比特填充法的纠错算术码检错时延分布的基础上,通过实验的方式分析了影响基于跟随比特法的符号冗余纠错算术码的符号检错时延概率分布的因素。实验发现,与基于比特填充法的纠错算术码的符号检错时延概率分布不同,不仅禁用符号的概率对其分布有影响,信源的概率、禁用符号在编码区间中的分布以及实现算法时所用的计算精度都对基于跟随比特法的符号冗余纠错算术码的符号检错时延概率分布有影响。本文从实际应用出发,首先通过概率分布拟合得到了16比特精度下,基于跟随比特法的符号冗余纠错算术码的符号检错时延概率分布模型——伽马分布;然后通过非线性曲线拟合的方法,建立了16比特精度下,禁用符号位于两个信源符号之间,禁用符号的概率和信源概率与伽马分布参数之间的数学表达式。实验表明,该模型可以更加准确的估计出误码比特所在的位置。其次,在仔细研究了已有纠错算术码的解码算法的基础上,提出了符号冗余纠错算术码的编解码算法,即等长输入输出的信道自适应纠错算术码的编解码算法。该算法在编码端采用了基于跟随比特法的符号冗余纠错算术码,并通过原始信源序列进行倒序编码达到指定的长度。纠错算术码的码率根据信道状况通过调整禁用符号的概率大小进行自适应地调整,同时通过微调参数实现编码序列等长输入等长输出。解码时采用了基于最大后验概率估计准则的序列译码堆栈算法。其解码度量充分利用了算术码的码字序列本身具有的特性,并将延迟比特数作为对延迟码比特的概率进行估计的先验条件。另外,考虑到编解码的复杂度和实际可用资源,算法实现时对基本的序列译码堆栈算法进行了改进,在不损失解码质量的前提下,在一定程度上加快了解码速度。实验结果表明,本章提出的算法较对比系统有明显的性能改善。最后,将用于减少多径衰落信道中最大似然序列检测和估计接收机的状态节点的思想,应用于删除纠错算术码解码树中的状态节点,提出了一种可以根据信道条件自适应调整解码复杂度的软入软出解码算法——AT-BCJR算法。该算法可以根据信道条件自适应地调整度量阈值,用于删除纠错算术码码树中对解码贡献很小或者无用的状态节点。实验结果表明,该算法无论在解码性能还是在解码复杂度上都比M-BCJR算法有明显的改善,而且其复杂度可以根据信道条件自适应地改变。接着,将软入软出纠错算术码与卷积码级联构成了一个迭代联合信源信道解码系统,实验结果表明,即使不添加任何冗余信息,该系统相对于分离系统也可以获得明显增益,而当添加比特