无线MIMO图像传输系统中的UEP策略研究

摘要

随着现代信息技术的飞速发展，人们对高速率、高质量的多媒体业务的需求日益增长。图像作为多媒体业务的主体之一，通常包含海量数据。由于实际无线系统的容量和承载能力有限，因此，图像无法直接通过无线信道进行传输，必须先对其采取信源压缩编码。而且，无线信道又存在阴影衰落、多径效应、噪声及干扰等众多不利因素，导致信道随机错误频繁发生。并且图像数据经过压缩编码后的输出码流，其比特间相关性很小，对信道误码非常敏感。因此，在具有时变误码特性的无线衰落信道中，实现图像数据的有效传输面临着巨大的挑战。
　　 多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术，可以在带宽约束的情况下，有效地提高信道容量和数据传输的有效性。同时，其分集增益能够提高信息传输的可靠性。因此，无论从提高数据传输率还是从保证传输可靠性的角度来说，MIMO技术都十分适宜用于无线图像传输。
　　 此外，面对未来高速宽带多媒体业务的需求，图像压缩技术和MIMO技术的融合也正在加速进行。但是，由于二者在各自的领域已自成系统，融合时难免会产生各种矛盾。鉴于图像压缩编码输出的码流重要性不同的特点，本论文对MIMO信道环境下图像传输中的不等差错保护(Unequal Error Protection，UEP)策略进行了较为深入的研究。具体如下:
　　 (1)分别基于小波和小波包图像压缩技术，利用功率注水算法，动态地为MIMO各子信道分配不同功率，从而为具有不同重要性的压缩码流提供UEP;进一步，在码率限定的情况下，根据联合信源信道编码(Joint source channel coding，JSCC)定理，为信源编码器和信道编码器合理地分配码率，从而为图像编码器输出码流提供UEP;
　　 (2)数字喷泉码是一种新兴的信道编码方案。该编码方案的设计是基于原始信息符号的数量，可以由原始信息生成任意数量的编码信息，码长可以趋于无穷。鉴于传统纠错码的码率限制，用无码率的喷泉码作为信道编码。当接收端接收到足够多的信息时，就能以高概率成功恢复全部原始信息。利用度值分布的特点，通过改变不同码流的选取概率，来完成图像压缩码流的UEP策略。

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摘要

插图目录

英文缩写表

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 图像压缩技术的发展

1．3 MIMO理论基础

1．3．1 MIMO系统的性能指标

1．3．2 MIMO系统的复用和分集

1．4 国内外研究现状

1．5 本文结构及研究内容

第二章 无线信道与图像压缩技术

2．1 引言

2．2 基本的无线信道

2．3 MIMO信道容量

2．3．1 功率均等分配时的信道容量

2．3．2 功率注水分配时的信道容量

2．4 小波及小波包变换的基础知识

2．4．1 小波变换的基本原理

2．4．2 小波包变换的基本原理

2．5 图像压缩质量的评价

2．6 本章小结

第三章 基于功率注水算法的UEP策略设计

3．1 引言

3．2 基于SPIHT的图像压缩基本原理

3．2．1 基于小波变换的SPIHT算法

3．2．2 基于小波包变换的SPIHT算法

3．3 基于功率注水算法的UEP策略

3．3．1 系统模型

3．3．2 策略设计

3．3．3 数值仿真及分析比较

3．4 本章小结

第四章 基于喷泉码的UEP策略设计

4．1 引言

4．2 喷泉码的概念

4．2．1 随机线性喷泉码

4．2．2 度分布的设计

4．2．3 LT码

4．3 Raptor码

4．3．1 Raptor码的编译码

4．3．2 Raptor码的性能

4．4 基于喷泉码的UEP策略

4．4．1 系统模型

4．4．2 策略设计

4．4．3 数值仿真和分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

附录A 攻读硕士期间参与的项目和发表的论文