香农的信源信道分离理论是基于这样两个假设,信源信道编码的码字可以是无限长且无限复杂度.这在实际应用中是不可能的,分离理论实际上限制了系统更优的性能。由此,人们开始把眼光集中到了信源信道联合编码上,尝试设计能替代分离编码的性能更优的系统。 联合信源信道编码,就是综合考虑信源信道的特点,采用最优化的设计方法来提供更好的错误保护和更高的带宽利用率。联合设计是一个很大的范畴,涉及到信源信道的方方面面,也细化成了很多个不同的研究热点。 本文综合近年来联合信源信道编码方面的主要研究工作,成果以及重点和热点,对目前联合信源信道编码方法进行了比较细致的分类及总结。然后再针对目前联合信源信道编码方向的四个研究热点,分别进行了比较深入的探索,并尝试将其用于图像和视频的传输中去。 首先设计了一个能利用可变长编码器输出码流中的残留冗余,在解码端将可变长解码和卷积码解码联合到一起实现一体化解码的基于MAP的解码器,该解码器不仅可以在解码过程中直接删除非VLC码字,降低误码率,而且还可以利用信源编码器的输出序列中残留的冗余信息来进一步提供差错保护。最后将该联合解码算法应用到H.264视频编码码流的运动矢量的解码中去,仿真试验表明一体化解码器比起分离系统解码及其它联合解码器性能有较大的提高。 其次先简要介绍了基于符号受限和比特受限的联合信源信道变长码解码器,在分析它们各自优缺点的基础上,提出了改进算法JVLD,同时给出了仿真结果,并与前两种算法做了性能比较,得出结论改进的JVLD优于其它算法。然后在此基础上提出了一种新的信源信道联合迭代解变长码(VLC)和低密度校验码(LDPC)的解码器。该解码器主要由两个软输入,软输出(SISO)的模块组成,在迭代解码过程中信息交互传递,并能利用VLO码字结构和马尔可夫信源之间的相关性来进一步纠正误码,提高解码性能.最后将该算法应用于经过噪声信道的图像码流和视频码流的信源信道联合解码当中去,并给出了详细的仿真实验结果及结论。 之后,尝试设计能将两种非均衡错误保护方法结合到一起,在无线衰落信道上进行视频传输的非均衡错误保护系统。首先针对平坦性衰落信道提出了信道自适应的UEP_BTC_STBC系统,它能根据码流的重要性程度给予不同的保护,从而保证在相同的传输条件下更高质量的视频传输。该系统将空时码(STBC),分组Turbo码(BTC)串连在一起,能在较低的编码和解码复杂度下既具有BTC的高的误码纠正能力,还能获得STBC的较大的分集增益.同时,由于联合采用了不同的BTC码和不同的调制方式,该系统可以根据信道状况自适应调节传输机制,最大程度地获得端对端视频传输QoS.仿真试验将H.264的编码码流通过数据分区(DP,.data partition)分成重要性不同的码流,然后在该系统下传输,结果表明相对均等保护系统,视频传输性能更优。 然后又针对带有频率选择性衰落的发散信道提出了信道自适应的UEP BTC STBC OFDM系统,在原有的BTC-STBC系统的基础上加入OFDM来对抗发散信道的衰落效应,提高视频传输的鲁棒性。同时,该系统也可以根据信道状况自适应调节传输机制,最大程度地获得端对端视频传输QoS.仿真试验表明本系统视频重建质量有显著提高,相对均等保护系统,具有更好的视频传输性能。 最后,研究了噪声信道中矢量量化的联合信源信道编码技术。首先提出了一种用于矢量量化索引值分配的免疫克隆算法,该算法借鉴了生物免疫系统中的克隆增殖和生物在免疫过程中保持个体多样性的能力,能够很好地在群体的收敛性和个体多样性之间保持动态平衡,从而极大地提高了搜索效率,实现索引值的最优分配。仿真结果表明,该算法在提高噪声信道矢量量化器的性能方面比BSA和EAIAA有显著提高,同时收敛速度也得到了明显的改善。其次,详细讨论了由矢量量化的高分辩率理论推导出来的渐近理论的核心部分一等误差原则,然后将该原则作为矢量量化器设计的一个有力必要条件,提出了我们的信道优化矢量量化器的设计方法。该算法通过在子区域误差较大的矢量附近产生新的矢量来代替子区域误差较小的矢量,从而逐渐平均各子区域误差,并同时使信道矢量量化器满足最近邻条件和质心条件,求得最优码书。采用该算法,在给定信道状态模型和信道噪声情况下,可有效地提高矢量量化器的性能,仿真实验结果表明该算法可获得比传统算法更优的性能增益。