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基于无线实值信号的分布式视频编码及其应用

基于无线实值信号的分布式视频编码及其应用

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作者：孙孟尧北京邮电大学

学位级别：硕士

在移动互联网迅速发展的背景下,手机电视、视频会议等广播视频业务逐渐成为移动视频业务的新热点。传统数字视频编码中,由于信源信道编码相互分离,无法为不同信道状况、不同计算能力的用户设备提供适应性的信号,造成“悬崖效应”,成为... 详细信息

在移动互联网迅速发展的背景下,手机电视、视频会议等广播视频业务逐渐成为移动视频业务的新热点。传统数字视频编码中,由于信源信道编码相互分离,无法为不同信道状况、不同计算能力的用户设备提供适应性的信号,造成“悬崖效应”,成为了阻碍视频广播应用发展关键问题之一。近年来,基于实值的信源信道联合编码因为能够从根本上解决传统数字编码中的“悬崖效应”而受到了人们的关注。另一方面,视频广播中的用户协作应用因为能够有效缓解信道衰落和信道噪声,成为了无线视频广播中的一项重要应用。考虑到其在视频广播中的良好表现,学者们也在考虑将基于实值的信源信道联合编码应用在更多广播场景下发挥效果,因而提出了用户协作下的实值信号编码。在实际研究中发现,协作过程里中继设备处协作编码效率较低,不能有效地对协作信号进行压缩,同时抵抗协作信道噪声能力。考虑到分布式信源编码的优势,本文提出并改进了应用于用户协作下的基于实值信号的分布式视频编码。方案根据协作编码的应用要求,将分布式编码、实值编码的优势相结合,提出了用户协作下的编码框架,使用陪集编码作为中继设备的协作的编码方案,优化协作码的传输效率和对信道噪声的抵抗能力。此外,文章根据应用场景的特性,对分布式编码进行了更多的改进,使其能够适应性地对目的终端的情况及协作信道的状况进行调整,从而为目的终端选择最优的中继编码方案和传输方案。考虑到中继设备实际操作的复杂度,本文对可能出现的情况进行了理论推导,训练出了一个简易模型替代复杂的迭代推导,并取得了大致相当的恢复效果。此外,还提出了一个自适应丢包方案,使中继的发送方案与信道状况相匹配。仿真实验证明,本文提出的用户协作下的分布式实值编码相对于以往的用户协作实数编码,有更加稳定和优秀的表现。尤其在信道状况较差或不稳定时,表现出很强的鲁棒性。相对于以往的WCVC方案,在目标端恢复的协作视频PSNR质量平均有2dB的提升。

关键词：信源信道联合编码分布式信源编码用户协作自适应协作编码陪集编码

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LDGM码及其在协作编码中的应用研究

LDGM码及其在协作编码中的应用研究

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作者：刘帆洨西南交通大学

学位级别：硕士

随着移动通信技术的发展,下一代移动通信系统需要支持高达1Gb/s的高速通信。由于越来越紧张的频谱资源,要支持高速无线数据传输就必须要充分而高效地利用有限的频带资源,这也是未来移动通信网络需要解决的主要问题。近年来的研究表明,... 详细信息

随着移动通信技术的发展,下一代移动通信系统需要支持高达1Gb/s的高速通信。由于越来越紧张的频谱资源,要支持高速无线数据传输就必须要充分而高效地利用有限的频带资源,这也是未来移动通信网络需要解决的主要问题。近年来的研究表明,分布式无线通信技术将有望成为解决高速数据传输和大范围网络覆盖的关键技术。协作编译码是适合于分布式无线通信技术要求的信道编译码技术实现方案,而分布式处理和协作通信是协作编译码技术实现的本质特征,显然性能优异、实现复杂度低的协作编译码技术是无线协作通信系统需要深入研究的一个关键问题。作为一类特殊的LDPC码,LDGM码有着编译码实现更为简单的优点,因此研究基于LDGM码的高性能协作编译码技术方案和自适应协作编译码技术方案具有重要的理论和实用价值。论文在介绍LDPC码编译码原理的基础上,详细介绍了LDGM编译码技术与LDPC编译码技术的异同以及各自的特点,并通过仿真验证了概率域下置信传播(BP)译码算法性能。相关分析表明,LDGM码的性能与编码构造相关。在一定的码长条件下,不同参数设置的稀疏矩阵会表现出不同的性能。其次,当稀疏矩阵参数选取相似,但选择不同码长时,码长越长性能越好。与LDPC码类似,随着信噪比的增加,LDGM码会出现错误平层,但由于LDGM稀疏的校验矩阵存在单位阵,采用BP译码时部分信息传递更新不足,LDGM码的错误平层性能要劣于LDPC码。通过二进制对称信道BSC条件下的译码性能分析,论文分析了LDGM编译码存在错误平层的原因在于LDGM码存在度为1或2的变量节点,这些变量节点与校验节点之间传递的消息不能得到足够的更新或者几乎得不到更新。为了有效克服LDGM码所存在的错误平层问题,可以采用级联编码的方法。论文在阐释级联LDGM码改进LDGM码错误平层原理的基础上,分析了基于双单位阵的级联编译码方法,并通过实际仿真验证了级联LDGM码的性能。相关分析表明,采用级联的方式可以有效地控制LDGM码的错误平层。通过合理选择编码参数,基于串行级联LDGM编码方案的协作编码,在保持其实现复杂度低的同时可以大幅度改善译码性能。 Turbo码和LDPC码这两类具有优异纠错性能的信道编码方案均可应用于中继通信模型,以获得逼近中继容量下的协作编译码技术方案。针对半双工中继通信模型,论文研究了基于级联LDGM码的协作编译码技术方案,研究结果表明,在信源-中继-信宿的三节点协作中继模型中,采用级联LDGM码同样可以获得逼近中继容量限下的协作编译码技术方案。由于LDGM码具有更低的编译码复杂度,因此中继通信模型下基于级联LDGM码的协作编译码技术是实际可行的。最近的研究结果表明,网络节点间的拓扑连接关系可以被转换成为一种编码约束关系。论文借鉴基于网络拓扑匹配的自适应协作编码技术方案的研究成果,将网络拓扑结构映射为LDGM编码中的编码约束关系,实现了一类基于LDGM码的自适应网络协作编码技术。论文的研究结果验证了将网络拓扑结构映射为LDGM编码中的编码约束关系,而无需额外引入编码冗余即可以实现基于LDGM码的自适应网络协作编码可以获得良好的协作编译码性能。论文的研究验证了LDGM码在协作编译码和自适应协作编译码技术中的应用价值,对于类似相关研究有参考和借鉴价值。

关键词： LDGM码协作编码中继通信自适应协作编码

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