[发明专利]一种面向图像传输的语义光通信系统和方法

说明书

本发明提供一种面向图像传输的语义光通信系统和方法，所述系统包括编码模块，包括第一变换模块和图片编码模块，第一变换模块增加输入到该层的图片的通道数，缩小每个通道的图片的尺寸大小，所述图片编码模块基于接收到的图片的像素值对图片进行编码，输出编码字符串；光传输模块，将编码字符串转化为光信号，并传输至接收端模块，所述接收端模块将光信号还原为编码字符串；解码模块，包括图片解码模块和第二变换模块，所述图片解码模块将编码字符串中的字符还原为图片的像素值，输出具有字符对应像素值的图片，第二变换模块减少输入到该层的图片的通道数，增大每个通道的图片的大小，使解码模块输出的图片的通道数和尺寸大小均与初始图片相等。

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种面向图像传输的语义光通信系统和方法。

背景技术

随着数据流量的急速增长，光纤通信系统在过去十年得到了迅猛的发展。为了实现超高速、超高密度、超高可靠性、超大容量的下一代通信指标，基于语义信息的数据传输成为非常有竞争力的下一代通信候选技术。相关的构建语义通信系统的方案也被广泛地提出。

在传统的数字通信系统中，信源编码和信道编码分开进行。对于图像的传输任务，根据应用场景的不同，不同的算法被用来进行信源编码，例如JPEG、JPEG2000、BPG，对于信道编码，常采用的编码算法为Turbo、LDPC 。在理论上，信源和信道分开编码的模式是可以达到最优性能的，但是在实际应用中，联合信源信道编码（Joint Source-channel coding，JSCC）的策略是获得最佳性能的理想方案。

虽然现有的图片传输方案能够完成传输，但是，现有技术利用信源编码和信道编码的通信方式对信噪比的要求较高，对图片传输的评价方法包括但不限于峰值信噪比（Peak Signal to Noise Ratio，PSNR）或结构相似度（Structural Similarity，SSIM），在现有技术的方法中，如图11所示，当信噪比较低的情况下，测量出的PSNR值和SSIM值较小，通信质量较差。

发明内容

鉴于此，本发明的实施例提供了一种面向图像传输的语义光通信系统，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。

本发明的一个方面提供了一种面向图像传输的语义光通信系统，所述系统包括：

编码模块，所述编码模块包括第一变换模块和图片编码模块，所述第一变换模块用于接收初始图片，所述第一变换模块包括第一参差卷积层，所述第一参差卷积层用于增加输入到该层的图片的通道数，缩小每个通道的图片的尺寸大小；所述图片编码模块包括编码全连接层，所述编码全连接层接收第一变换模块输出的图片，所述编码全连接层基于接收到的图片的像素值对图片进行编码，输出编码字符串；

光传输模块，所述光传输模块包括发射端模块、光链路模块和接收端模块，所述发射端模块用于接收编码字符串，将编码字符串转化为光信号，所述光链路模块用于接收光信号并传输至接收端模块，所述接收端模块用于接收光信号，将光信号还原为编码字符串；

解码模块，所述解码模块包括图片解码模块和第二变换模块，所述图片解码模块包括解码全连接层，所述解码全连接层接收所述编码字符串，将编码字符串中的字符还原为图片的像素值，输出具有字符对应像素值的图片，所述第二变换模块包括第二参差卷积层，所述第二参差卷积层用于减少输入到该层的图片的通道数，增大每个通道的图片的大小，使解码模块输出的图片的通道数和尺寸大小均与初始图片相等。

采用上述方案，一方案，本发明提出图片的语义光通信，利用光作为信息的载体实现图片传输，相较于传统的信源和信道编码技术，本方案利用机器学习中的卷积神经网络能够更好地实现信源信道联合编码，如图7所示，本发明在低信噪比的环境下测试得到的PSNR值和SSIM值较大，本方案提高了低信噪比的环境下的图片传输质量。

在本发明的一些实施方式中，所述解码模块包括卷积补偿模块，所述卷积补偿模块包括顺序连接的多个卷积层，包括卷积层一、卷积层二、卷积层三和卷积层四，