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随着空间探测活动的迅速发展,空间多媒体数据(图像、视频等)的传输已成为一个重要的研究课题。为了更好地满足空间图像传输的需要,空间数据系统咨询委员会(Consultative Committee of Space Data Systems,CCSDS)于2006年发布了面向空间图像的数据压缩标准:IDC(Image Data Compression,IDC)。该标准计算复杂度低、编码效率高,具有良好的质量可控性。但是CCSDS IDC码流对比特差错十分敏感;而空间通信又具有传输距离远、信道时变和传输错误率高等特点,因此迫切需要研究基于空间通信特点的高效可靠的编译码技术,以提高空间图像的传输质量。
由于以“香农分离理论”为基础的分离编译码系统难以达到最优的系统性能,联合信源信道编译码技术已日益引起人们的关注。可变长Turbo码是一种新的联合信源信道编译码技术,有优异的编译码性能,可应用于图像、视频等数据的传输,但译码复杂度较高。基于以上考虑,本文在国家自然科学基金项目(编号60773137)资助下,以可变长Turbo码和CCSDS IDC标准为基础,选择面向空间图像传输的联合信源信道编译码方法作为研究课题。
本文深入分析了联合信源信道编译码方法,重点研究了可变长Turbo码的译码算法,在此基础上,提出了一种低复杂度的联合信源信道译码方法。同时基于CCSDS IDC标准,结合可变长Turbo码译码算法,提出了一种基于CCSDS IDC码流的可变长符号级编译码方法。
本文研究内容和创新点如下:
1、分析了各种经典的联合信源信道编译码方法,比较了各种经典方法的优缺点,研究了联合信源信道快速译码算法。
2、分析了现存的可变长Turbo码的联合译码平面网格图,在此基础上,建立了基于可变长Turbo码的联合译码空间网格图,提出了一种基于可变长Turbo码的低复杂度联合信源信道译码方法。实验结果表明:该方法降低了可变长Turbo码的译码复杂度,同时改善了联合译码的符号错误率,提升了可变长Turbo码的综合译码性能。
3、针对空间通信中图像编码资源受限的环境,深入分析了CCSDS IDC编码的码流特点,在此基础上,提出了一种基于CCSDS IDC AC系数的联合信源信道编译码方法。该方法首先对CCSDS IDC AC系数的输出码流进行二进制游程编码,然后对游程编码输出的游程长度符号进行可变长Turbo编译码,实现了CCSDS IDC AC系数的可变长符号级编译码。实验结果表明:该方法降低了CCSDS IDC AC码流的错误率,改善了图像的传输质量。