基于RCPT码的渐进图像传输方法

将等级树中的集分割编码器输出的码流分组，根据输出的分组数据对重建图像重要性的不同，传输前采用纠错能力不同的RCPT码保护。在总的码率限制下，采用遗传算法从有限码率集中选择每组数据的RCPT码码率，使接收端恢复的图像失真最小。将等误差保护码率作为遗传算法的初始种群，减少了最优码率集的搜索时间。在二进制对称信道上的仿真结果表明，该渐进图像传输方法实现简单，在高误码率信道条件下恢复图像仍能得到很高的峰值信噪比。
关 键 词 渐进图像; SPIHT编码器; RCPT码; 遗传算法

渐进图像编码器使接收端选择不同的分辨率显示图像，每个(组)接收数据用于改善当前恢复图像的质量，即正确接收的比特数越多，恢复图像质量越好。当图像达到输出设备所用的分辨率时，译码器即可停止解压缩。这种特性在因特网浏览和新一代无线多媒体通信中有着广泛的应用前景。
等级树中的集分割(SPIHT)编码器是当前广泛采用的一种渐进编码器[1]，它是为最佳渐进图像传输和压缩设计的，其重要特点是在图像解码的任意时刻，所显示的图像质量都是当时解码器输入位数所能获得的最佳者。但是在噪声信道中，SPIHT的嵌入式特性会给比特流的传输带来灾难性的后果，若接收端接收到一个错误比特，则其后传输的所有比特对图像恢复都是不可用的。为避免这种错误出现在译码端，并在信道总码率限制下，尽可能多的接收正确的信源编码数据，通常将压缩输出数据分组传输，当检测到某组数据发生错误时停止译码，采用码率兼容的删除卷积(RCPC)码对各分组数据提供最有效的保护[2]。Turbo码的出现为编码理论和技术的发展开辟了道路，人们在此基础上发展了码率兼容删除Turbo码-RCPT码并将其应用于渐进图像传输[3]，实现了高信道码率下图像数据可靠通信。本文将讨论一种基于RCPT码的渐进图像传输方法。
1 RCPT码
RCPT码由基本的Turbo码经过删除之后得到。本文Turbo码采用并行级联卷积码PCCC(Parallel渐进图像编码器使接收端选择不同的分辨率显示图像，每个(组)接收数据用于改善当前恢复图像的质量，即正确接收的比特数越多，恢复图像质量越好。当图像达到输出设备所用的分辨率时，译码器即可停止解压缩。这种特性在因特网浏览和新一代无线多媒体通信中有着广泛的应用前景。
等级树中的集分割(SPIHT)编码器是当前广泛采用的一种渐进编码器[1]，它是为最佳渐进图像传输和压缩设计的，其重要特点是在图像解码的任意时刻，所显示的图像质量都是当时解码器输入位数所能获得的最佳者。但是在噪声信道中，SPIHT的嵌入式特性会给比特流的传输带来灾难性的后果，若接收端接收到一个错误比特，则其后传输的所有比特对图像恢复都是不可用的。为避免这种错误出现在译码端，并在信道总码率限制下，尽可能多的接收正确的信源编码数据，通常将压缩输出数据分组传输，当检测到某组数据发生错误时停止译码，采用码率兼容的删除卷积(RCPC)码对各分组数据提供最有效的保护[2]。Turbo码的出现为编码理论和技术的发展开辟了道路，人们在此基础上发展了码率兼容删除Turbo码-RCPT码并将其应用于渐进图像传输[3]，实现了高信道码率下图像数据可靠通信。本文将讨论一种基于RCPT码的渐进图像传输方法。
1 RCPT码
RCPT码由基本的Turbo码经过删除之后得到。本文Turbo码采用并行级联卷积码PCCC(ParallelConcatenated Convolutional Code)方案，将其输出按不同的方式进行删除，即可得到不同码率的RCPT码。
选取码率为1/3的Turbo码，它由两个码率1/2的递归系统卷积(RSC)编码器和一个Turbo内交织器级联而成。对于每一个输入比特，有三个输出比特X、Y及Y′形成，Y和Y′为两个RSC编码器输出的校验比特。将输出比特以一定的删除方式和删除周期p进行删除，获得所需的RCPT码。对于码率的编码器，删除方式可以用n×p阶矩阵表示，称为删除矩阵。若选取删除周期p为8，删除矩阵为：。对于每个输入产生的3个输出比特，按照周期规律，在对应的矩阵列的位置上，如果矩阵数据为零，则将该数据从输出码流中删除；如果数据为1，则保留相应的编码数据。译码端以相应的规律在对应的位置上补零后译码。由该删除矩阵可知，8 bit输入数据经过码率1/3的Turbo码编码器产生24 bit输出码，删除器删除其中8 bit数据，最终生成为码率为1/2的RCPT码。根据删除矩阵中零的个数不同，可以产生码率不同的RCPT码。低码率的删除矩阵中增加0的数量即产生高码率的编码，当高码率的编码不能满足系统要求时，只要适当传送一些附加位置的数据即可获得较低码率的编码，保证了码率的兼容性。相同码率条件下，可以根据一定的规则选择最佳的矩阵形式(即零的位置)，使RCPT码的纠错性能最优Xn/1]00001111;00010111;11111111[[3]。
2 基于RCPT码的图像编码传输结构
编码系统采用SPIHT编码器、循环冗余校验(CRC)和RCPT码串联的编码结构，它与文献[2]采用RCPC码的编码结构类似。SPIHT输出比特流被分割为数据组，各组数据采用不同码率的信道码保护。每组信源编码数据长度由信道码率决定，经信道编码后输出为长度固定的数据组，这种固定信道输出长度的分组方法符合实际信道和传输协议的要求[4]，编码码组在二进制对称信道(BSC)上传输，系统结构如图1所示。如果一个码组被正确译出，即循环冗余校验检测没有错误，则考虑下一个码组，否则停止译码，信源译码器根据已正确译码的码组重建图像(假定循环冗余校验能检测所有的传输错误)。

采用遗传算法的码率选择
最优码率选择是在总的码率限制下，即在码流组数的限制下，选择最优的码率集。当小时，可以采用遍历搜索的方法得到，但当分组数较大时，遍历搜索往往很难实现，本文采用遗传算法搜索N)ˆ,,ˆ,ˆ(ˆ21NKrrrkk⋅⋅⋅=RNRˆ
Rˆ[5]。遗传算法是一种基于群体进化的全局优化算法，主要选择三个算子：选择、交叉和变异，使得整个进化阶段维持群体的多样性，增强了全局搜索的能力。根据RCPT码的误码率、图像的失真率函数以及系统端对端失真期望构造遗传算法的相关参数。