[发明专利]基于空间网格图的低复杂度联合信源信道编解码方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信编解码领域的一种联合信源信道编解码方法，特别是涉及一种基于空间网格图的低复杂度联合信源信道编解码方法。

背景技术

在目前的通信系统中，一般都遵循香农的“分离理论”(Separation Theory)，即将信源编码和信道编码分别独立优化设计，可以使通信系统获得最佳编码性能。但是，“分离理论”的前提是：无论信源编码，还是信道编码，假定可以容忍无限长的时延(允许编码块长无限)；预先掌握传输信道的统计特性。在现实中，编解码的复杂度、软硬件的资源和通信时延等约束使得实际通信系统无法满足这一条件，信源编码和信道编码无法分别获得最优编码性能，因此分离系统的性能受到限制。

为此，人们提出了联合信源信道编解码方法，其主要思想是利用信源编码后码字中残留的冗余信息进行信道编码，将信源信道编码联合设计。

近年来，信源可变长编码和信道Turbo编码的联合优化设计问题成为编码界研究的热点，学者们提出了几种联合信源信道Turbo编解码算法，但现有算法都是以比特级的网格图为基础进行解码的。比特级网格图解码算法不能充分利用信源变长编码的剩余冗余特性，不能达到最优的编码效果，同时与现有的图像和视频信源编码标准采用可变长符号不兼容。该网格图中幸存路径多，为获得良好的抗干扰性能需多次迭代，解码端计算量大，复杂度高。事实上，根据最佳编码定理，信源变长编码器输出的二进制序列是由若干个可变长编码VLC(Variable Length Coding，简称VLC)码字符号级联组成的，以VLC码字符号作为信道译码的处理单元，更加符合信源的可变长编码方法，可实现联合信源信道可变长译码，提高编译码性能。

发明内容

为了解决传统变长信源码平面网格图中状态转移分支多、计算复杂度高的问题，本发明通过构建一种新的可变长符号网格图和编译码结构，提出了一种基于空间网格图的低复杂度联合信源信道编解码方法，该方法设计了一种空间网格图的构造方法及相应的编解码方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在基于空间网格图的低复杂度联合信源信道编解码系统中，给信源集合中的每个符号赋予一个与该符号概率相关的权重，称为“符号权重”。在编码端，符号序列经可变长编码后有“累计符号数”、“累计比特数”以及“累计符号权重”三个约束值，在解码端利用这三个约束值构造空间网格图，根据空间网格图，采用符号级最大后验概率解码算法，实现低复杂度联合信源信道编解码方法。空间网格图的三维坐标分别表示“符号个数索引”、“比特状态索引”和“权重状态索引”。先将空间网格图上的冗余状态转移路径去掉，再将空间网格图上的状态节点和状态转移分支投影到“符号个数索引”和“比特状态索引”的二维平面上，保持图中状态节点之间的转移关系不变，生成简化的可变长信源码网格图，根据简化的可变长信源码网格图，采用符号级最大后验概率解码算法，实现联合信源信道解码。

相对于平面网格图，空间网格图为每个符号赋予了权值，为解码端在构建网格图时增加了一个约束条件，这使得网格图中的状态转移分支减少。较优的“符号权重”设置能够较大程度地简化变长信源码网格图，进而较大程度地降低变长符号级最大后验概率解码算法的复杂度和误符号率，可以通过对来自同一信源集合的不同符号序列进行实验来获得较优的符号权重设置。

基于空间网格图的低复杂度联合信源信道编解码方法可以应用在可变长Turbo码联合编解码系统以及可变长码与卷积码分离编码、联合解码的系统中。

本发明的有益效果是，通过给信源集合中的每个符号赋予一个与该符号概率相关的权重构建空间网格图，减少了符号级最大后验概率解码时使用的可变长信源码网格图中的状态转移分支数量，从而减少了符号级最大后验概率解码的计算量，同时降低了误符号率，提高了联合信源信道编解码性能，适用于图像、视频压缩等可变长编解码传输系统。

附图说明

图1基于空间网格图的低复杂度联合信源信道编解码系统。

图1中，1.可变长编码模块，2.符号序列边信息计算模块，3.联合信源信道编码模块，4.信道，5.基于空间网格图的联合信源信道解码模块，6.信源符号序列U，7.可变长编码输出码流，8.符号序列边信息，9.联合信源信道编码输出码流，10.解码端接收到的码字序列，11.经联合信源信道解码后得到的符号序列估计

图2基于空间网格图的低复杂度联合信源信道解码方法流程图。