將等級(jí)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(duì)重建圖像重要性的不同，傳輸前采用糾錯(cuò)能力不同的RCPT碼保護(hù)。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(fù)的圖像失真最小。將等誤差保護(hù)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(shí)間。在二進(jìn)制對(duì)稱信道上的仿真結(jié)果表明，該漸進(jìn)圖像傳輸方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，在高誤碼率信道條件下恢復(fù)圖像仍能得到很高的峰值信噪比。
關(guān) 鍵 詞 漸進(jìn)圖像; SPIHT編碼器; RCPT碼; 遺傳算法

漸進(jìn)圖像編碼器使接收端選擇不同的分辨率顯示圖像，每個(gè)(組)接收數(shù)據(jù)用于改善當(dāng)前恢復(fù)圖像的質(zhì)量，即正確接收的比特?cái)?shù)越多，恢復(fù)圖像質(zhì)量越好。當(dāng)圖像達(dá)到輸出設(shè)備所用的分辨率時(shí)，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(yīng)用前景。
等級(jí)樹中的集分割(SPIHT)編碼器是當(dāng)前廣泛采用的一種漸進(jìn)編碼器[1]，它是為最佳漸進(jìn)圖像傳輸和壓縮設(shè)計(jì)的，其重要特點(diǎn)是在圖像解碼的任意時(shí)刻，所顯示的圖像質(zhì)量都是當(dāng)時(shí)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(huì)給比特流的傳輸帶來災(zāi)難性的后果，若接收端接收到一個(gè)錯(cuò)誤比特，則其后傳輸?shù)乃斜忍貙?duì)圖像恢復(fù)都是不可用的。為避免這種錯(cuò)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(dāng)檢測(cè)到某組數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)停止譯碼，采用碼率兼容的刪除卷積(RCPC)碼對(duì)各分組數(shù)據(jù)提供最有效的保護(hù)[2]。Turbo碼的出現(xiàn)為編碼理論和技術(shù)的發(fā)展開辟了道路，人們?cè)诖嘶A(chǔ)上發(fā)展了碼率兼容刪除Turbo碼-RCPT碼并將其應(yīng)用于漸進(jìn)圖像傳輸[3]，實(shí)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(jìn)圖像傳輸方法。
1 RCPT碼
RCPT碼由基本的Turbo碼經(jīng)過刪除之后得到。本文Turbo碼采用并行級(jí)聯(lián)卷積碼PCCC(Parallel漸進(jìn)圖像編碼器使接收端選擇不同的分辨率顯示圖像，每個(gè)(組)接收數(shù)據(jù)用于改善當(dāng)前恢復(fù)圖像的質(zhì)量，即正確接收的比特?cái)?shù)越多，恢復(fù)圖像質(zhì)量越好。當(dāng)圖像達(dá)到輸出設(shè)備所用的分辨率時(shí)，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(yīng)用前景。
等級(jí)樹中的集分割(SPIHT)編碼器是當(dāng)前廣泛采用的一種漸進(jìn)編碼器[1]，它是為最佳漸進(jìn)圖像傳輸和壓縮設(shè)計(jì)的，其重要特點(diǎn)是在圖像解碼的任意時(shí)刻，所顯示的圖像質(zhì)量都是當(dāng)時(shí)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(huì)給比特流的傳輸帶來災(zāi)難性的后果，若接收端接收到一個(gè)錯(cuò)誤比特，則其后傳輸?shù)乃斜忍貙?duì)圖像恢復(fù)都是不可用的。為避免這種錯(cuò)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(dāng)檢測(cè)到某組數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)停止譯碼，采用碼率兼容的刪除卷積(RCPC)碼對(duì)各分組數(shù)據(jù)提供最有效的保護(hù)[2]。Turbo碼的出現(xiàn)為編碼理論和技術(shù)的發(fā)展開辟了道路，人們?cè)诖嘶A(chǔ)上發(fā)展了碼率兼容刪除Turbo碼-RCPT碼并將其應(yīng)用于漸進(jìn)圖像傳輸[3]，實(shí)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(jìn)圖像傳輸方法。
1 RCPT碼
RCPT碼由基本的Turbo碼經(jīng)過刪除之后得到。本文Turbo碼采用并行級(jí)聯(lián)卷積碼PCCC(ParallelConcatenated Convolutional Code)方案，將其輸出按不同的方式進(jìn)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(gè)碼率1/2的遞歸系統(tǒng)卷積(RSC)編碼器和一個(gè)Turbo內(nèi)交織器級(jí)聯(lián)而成。對(duì)于每一個(gè)輸入比特，有三個(gè)輸出比特X、Y及Y′形成，Y和Y′為兩個(gè)RSC編碼器輸出的校驗(yàn)比特。將輸出比特以一定的刪除方式和刪除周期p進(jìn)行刪除，獲得所需的RCPT碼。對(duì)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(duì)于每個(gè)輸入產(chǎn)生的3個(gè)輸出比特，按照周期規(guī)律，在對(duì)應(yīng)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(yīng)的編碼數(shù)據(jù)。譯碼端以相應(yīng)的規(guī)律在對(duì)應(yīng)的位置上補(bǔ)零后譯碼。由該刪除矩陣可知，8 bit輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過碼率1/3的Turbo碼編碼器產(chǎn)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(gè)數(shù)不同，可以產(chǎn)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(chǎn)生高碼率的編碼，當(dāng)高碼率的編碼不能滿足系統(tǒng)要求時(shí)，只要適當(dāng)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(cuò)性能最優(yōu)Xn/1]00001111;00010111;11111111[[3]。
2 基于RCPT碼的圖像編碼傳輸結(jié)構(gòu)
編碼系統(tǒng)采用SPIHT編碼器、循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)和RCPT碼串聯(lián)的編碼結(jié)構(gòu)，它與文獻(xiàn)[2]采用RCPC碼的編碼結(jié)構(gòu)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(hù)。每組信源編碼數(shù)據(jù)長(zhǎng)度由信道碼率決定，經(jīng)信道編碼后輸出為長(zhǎng)度固定的數(shù)據(jù)組，這種固定信道輸出長(zhǎng)度的分組方法符合實(shí)際信道和傳輸協(xié)議的要求[4]，編碼碼組在二進(jìn)制對(duì)稱信道(BSC)上傳輸，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。如果一個(gè)碼組被正確譯出，即循環(huán)冗余校驗(yàn)檢測(cè)沒有錯(cuò)誤，則考慮下一個(gè)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(yàn)?zāi)軝z測(cè)所有的傳輸錯(cuò)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(dāng)小時(shí)，可以采用遍歷搜索的方法得到，但當(dāng)分組數(shù)較大時(shí)，遍歷搜索往往很難實(shí)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(jìn)化的全局優(yōu)化算法，主要選擇三個(gè)算子：選擇、交叉和變異，使得整個(gè)進(jìn)化階段維持群體的多樣性，增強(qiáng)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(duì)端失真期望構(gòu)造遺傳算法的相關(guān)參數(shù)。