编码技术论文篇（1）

2基于网络编码的数据通信技术研究

网络编码在网络数据通信中具有十分明显的优势，其理论研究价值和应用前景都是不言而喻的。世界上一些高等学府和科研机构都展开了对网络编码的研究，并且在多个方面取得了不小的成果。

2.1网络协议结构

当前网络编码研究中涉及到的主要部分还是在网络层方面，特别是如何有效地将路由协议与网络编码有机结合，是基于网络编码的网络结构研究的重要方面。有一部分研究已经深入到网络编码如何有效结合协议结构中其他协议层，例如网络编码与MAC层协议或者与传送层TCP协议等等的结合问题。因为网络编码的特性与传统网络数据通信的方式有很大的区别，所以为了不更改已普遍应用的传统网络协议，将网络编码与其融合将会遇到各种各样新的问题，例如，它们之间的兼容性、网络编码对网络协议结构是否会产生不利的影响。这些问题都是后来研究者需要解决的问题，同时也为研究基于网络编码的网络协议结构提供了框架性借鉴，使得网络编码能够与传统的网络协议有机融合，提高网络通信性能。

2.2数据传送模型

网络编码具有的最重要的功能之一就是将数据智能化处理，这主要是通过对编码策略的设计来实现，而码构造算法是编码策略设计的基础。码构造算法主要是针对网络中间结点的编码方式，它需要保证目的结点能够有效识别出传递的编码信息并进行正确解码。所以码构造算法包含了编码和解码两个内容，并且要求其算法复杂程度低，易于实施应用。码构造算法主要有三种：代数型、线性型、随机型。线性网络编码能将中间结点接受的各路信息进行线性组合，这种编码运算较简单，所以得到了普遍应用。

2.3路由协议

基于网络编码的路由协议的优化设计能够有效提高网络数据的传递效率和性能，它是能够将网络编码应用到实际中的重要基础，而且将路由协议与网络编码进行更高层次的融合是十分重要的研究课题，可以为以后开发新的网络提供借鉴和指导。基于网络编码的路由协议研究主要有两个方面：独立路由协议和编码感知的路由协议，它们主要的不同点是路由协议产生的过程中能否主动编码，也就是说路由协议是否能够提高编码的利用效率。

2.4数据传输性能保障机制

实际应用中，网络环境复杂多变，数据传输的突然性和网络拓扑结构不稳定都可能导致数据传输出现不稳定的状况，例如造成数据丢失或者传输延迟等。所以基于网络编码的数据传输技术的开发应该结合实际的网络环境，研究出能确保数据正确传输的保障机制和编码策略，尤其需要尽可能减少数据传输的延迟时间和保证数据可靠传输。所以，基于网络编码的数据通信中，利用QoS保证机制是当前研究的重要课题之一。当前已研究出来几个解决方案，比如建立数据延迟时间的模型，从模型中找出延迟的解决方案；利用多速率编码器来分析各路中传输速率不同的数据，从而减小数据在编码器中的传输时间。

编码技术论文篇（2）

 

一、引言

所谓视频编码方式就是指通过特定的压缩技术，将某个视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。视频压缩发展到现在己有几十年的历史。1948年，Oliver提出了第一个编码理论脉冲编码调制(PulseCodingModulation，简称PCM);同年，Shannon的经典论文“通信的数学原理”首次提出了信息率失真函数的概念;1959年，Shannon进一步确立了码率失真理论;而Berger在1971年所著的《信息率失真理论》一书则对率失真理论做了系统地论述和扩展;以上各项工作奠定了信息编码的理论基础。

二、AVS基本介绍

AVS是基于我国创新技术和部分公开技术的自主标准，技术方案简洁，芯片实现复杂度低，达到了第二代标准的最高水平；而且，AVS通过简洁的一站式许可政策，是开放式制订的国家、国际标准，易于推广；此外，AVS是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系，为数字音视频产业提供更全面的解决方案。综上所述，AVS可称第二代信源标准的上选。

图1AVS视频编码器框图

三、AVS主要技术

AVS采用的主要技术包括：8x8整数变换量化技术、帧内预测、半像素与1/4精度像素插值、特殊的帧间预测运动补偿、二维熵编码、去块效应环内滤波等：

1.整数变换量化：AVS为了避开H.264的专利问题，选择了以往标准广泛采用的8×8变换，这样可以在16位处理器上无失配地实现。AVS采用的64级量化，可以完全适应不同的应用和业务对码率和质量的要求。目前AVS所采用的8x8变换与量化方案大大降低了芯片的实现难度。

2.帧内预测：AVS采用的帧内预测技术，是用相邻块的像素预测当前块，同时采用代表空间域纹理方向的多种预测模式。AVS亮度和色度帧内预测都是以8x8块为单位的。亮度块采用5种预测模式，色度块采用4种预测模式，而这4种模式中有3种和亮度块的预测模式相同。在编码质量相当的前提下，AVS采用较少的预测模式，使方案更加简洁、实现的复杂度大为降低。

3.帧间预测运动补偿：帧间运动补偿编码是混合编码技术框架中最重要的部分之一。AVS标准采用了16×16，16×8，8×16和8×84种用于运动补偿的宏块模式，去除了MPEG-4AVC/H.264标准中的8×4，4×8，4×4的块模式，这样可以更好地刻画物体运动，提高运动搜索的准确性。

4.半像素与1/4精度像素插值：AVS通过4抽头滤波器（-1，5，5，-1）得到半像素点，再通过4抽头滤波器（1，7，7，1）和均值滤波器得到1/4像素点，在不降低性能的情况下减少插值所需要的参考像素点，减小了数据存取带宽需求，这在高分辨率视频压缩应用中是非常有意义的。

5.预测模式：AVS的B帧双向预测使用了直接模式、对称模式和跳跃模式。使用对称模式时，码流只需要传送前向运动矢量，后向运动矢量可由前向运动矢量导出，从而节省后向运动矢量的编码开销；对于直接模式，前块的前、后向运动矢量都是由后向参考图像相应位置块的运动矢量按比例分配导出，因此也可以节省运动矢量的编码开销；跳跃模式的运动矢量导出方法和直接模式的相同，跳跃模式编码块都不编码运动补偿的残差，也不传送运动矢量，即该模式下宏块只需要传输模式信号则可。

6.二维熵编码：AVS熵编码采用自适应变长编码技术。在AVS熵编码过程中，定长码用来编码具有均匀分布的语法元素，指数哥伦布码用以编码可变概率分布的语法元素。采用指数哥伦布码的优势在于：一方面，它的硬件复杂度比较低，可以根据闭合公式解析码字，无需查表；另一方面，它可以根据编码元素的概率分布灵活确定k阶指数哥伦布码编码，如果k选得恰当，编码效率可以逼近信息熵。预测残差的块变换系数后，经扫描形成（level、run）对串，level、run不是独立事件，而存在很强的相关性，在AVS中level、run采用二维联合编码，并根据当前level、run的不同概率分布趋势，自适应改变指数哥伦布码的阶数。

四、总结与展望

目前AVS技术可实现标准清晰度、相当清晰度、低清晰度等不同格式视频的压缩，但针对此类应用的压缩效率还有待不断提高，这应当是AVS视频技术进一步发展的重点所在：着力AVS编解码的实际应用研究，优化AVS运动搜索算法，提高AVS解码速度，从而推动我国数字音视频标准AVS的推广和应用。

参考文献

1 陈亮 AVS先进编码技术研究 华中科技大学 2006

编码技术论文篇（3）

1.TCM调制技术的发展背景与现状

随着数字移动通信的发展，频带资源日益宝贵，对数据传输质量的要求也越来越高。因此，如何提高信息传输系统的有效性和可靠性，便成为了该领域研究的重要课题。把编码调制技术应用于高速信息传输的通信中，较好地解决了这一问题。

一般的纠错编码技术对信息传输性能的改善是建立在带宽扩展的基础上的。因此，在带宽受限的信道中，依靠传统的纠错编码技术是难于提高信道利用率的。1974年Messy根据Shannon信息理论最早证明了将编码与调制作为一个整体考虑的最佳设计，就可大大改善系统的性能。1982年，Ungerboeck在IEEE Trans Information Theory上发表题为“Channel coding with multilevel/phase signals”的论文，正式宣布了人们研究多年的调制编码相结合的网格编码调制（Trellis Coded Modulation，简记为TCM）技术的诞生。该技术把信道编码和调制结合在一起进行设计，可以在既不增加信道频带宽度、也不降低信息传输速率的情况下，获得3～6dB的编码增益，宣告了一个划时代的、新的纠错编码技术的开始，成为继Shannon奠基以来信道编码技术发展的一个新的里程碑。随后，对TCM技术进行研究的热潮迅速的在全球范围内兴起，TCM研究领域取得了众多令人瞩目的成就，使得TCM技术从理论研究阶段逐步进入实用阶段。目前，TCM技术在无线通信、微波通信、卫星通信以及移动通信等各个领域中的应用前景非常广阔。

近年来，讨论衰落信道中应用编码调制方案的性能已成为编码调制中新的热点。由于TCM网格编码调制在衰落信道中的性能有一定的局限性，另一种编码调制方式-多级编码调制MLC（Multilevel Coding），进入了我们的视线。H.Lmai于1977年首先提出了MLC思想。MLC中使用多级的编码来保护信号点的每一个二进制向量元素。每一级编码器的码型选择也是以欧氏距离最大化为依据的。在接收端，每个码字都经过多级译码，从最低级开始的，高级考虑前一级的译码结果。MLC方案码率设计灵活、可实现不等错误保护度、易于使用信道容量规则，是Rayleigh衰落信道下有效的编码调制方案之一。

2.TCM调制技术的原理与特点

众所周知，应用纠错编码可以在不增加功率的条件下降低误码率，但是付出的代价是占用的带宽增加了。如何才能同时节省功率和带宽，是人们长久追求的目标。将纠错编码和调制相结合的网格编码调制（TCM）就是解决这个问题的途径之一。与传统编码技术相比，TCM网络编码调制技术将编码与调制技术有效地结合在一起，以增大编码符号之间的最小欧式距离为目的，这种调制在保持信息传输速率和带宽不变的条件下能够获得3dB-6dB的功率增益，因此得到广泛的关注和应用。

网络编码调制TCM技术利用编码效率为n/（n+1）的卷积码，并将每一码段映射为2n+1个调制信号集中的一个信号，在收端信号解调后经反映射变换为卷积码，再送入维特比译码器译码，其状态转移图呈网络状。

TCM有两个基本特点：第一是在信号空间中的信号点数目比无编码的调制情况下对应的信号点数目要多，这些增加的信号点使编码有了冗余，而不牺牲带宽；第二是采用卷积码的编码规则，使信号点之间引入相互依赖关系。仅有某些信号点图样或序列是允许用的信号序列，并可模型化成为网络状结构，因此又称为“格状”编码。

3.TCM调制技术的发展趋势

伴随着20世纪90年代以后先进的蜂窝数字移动、微蜂窝数字移动通信系统、个人通信技术、多媒体通信技术和CDMA技术的发展，TCM技术迎来了新一轮的发展势头，出现了许多新的研究领域和新的发展趋势。其中包括：BCM（Block-Coded Modulation）分组编码调制；TCM与扩频码分多址相结合；TCM码在 AWGN信道中研究的日趋完善；关于多重TCM在衰落的卫星、 陆地等典型衰落信道中的研究等等。这些研究热点几乎主导了TCM应用研究的整个市场。

TCM是 20世纪 80年代在数字编码通信领域中取得的重大成果之一，对于高效可靠地进行信息传输具有划时代的意义。纵观TCM技术二十多年的发展历程，我们可以得到这样的启示：通过系统内部的组合优化，可以使系统的整体性能得到极大的提高。TCM对数字通信领域变革的影响广阔深远。TCM技术方兴未艾， 正在迈向新的高峰。

参考文献

[1] 樊昌信，曹丽娜.通信原理（第六版）[M].北京：国防工业出版社，2009.

编码技术论文篇（4）

 

在科技迅猛发展的今天，代表交通行业先进生产力的高速公路监控系统采用将传统视频模拟信号经过抽样、量化和编码成二进制数字信号，然后进行各种功能的处理、传输、存贮和记录的数字视频技术的方式处理信息相对于传统的模拟方式来说具有较大的优势及较高的性价比。也就是实现了高速公路省域数字联网监控系统，但与此相关的如何在较窄的带宽上进行视频的可靠传输，又成为必须解决的问题。数字化的视频不经过压缩则占用的带宽太宽。

一、压缩编码技术的发展

视频压缩编码的理论基础是信息论。科技论文。压缩就是从时域、空域两方面去除冗余信息。压缩编码的目的就是要以尽量少的比特数表征图像，同时保持复原图像的质量，使它符合特定应用场合的要求。不同的图像编码技术的研究一直遵循着两条主线索不断的展开，一是对图像信源特性的不断认识:二是对人类视觉系统的不断认识。对两方面的不断深入研究，都推动着图像编码技术的进步。经过十多年的发展，图像编码技术经历了两代历程，即考虑图像信源统计特性的第一代图像编码技术和考虑人眼视觉特性及图像传递景物特征的第二代图像编码技术。

第一代图像编码技术以信息论和数字信号处理为理论基础，以Shannon的编码理论为指导的，充分利用了图像空域时域的相关性进行压缩编码，目的是去除图像信源数据中的相关性(数据冗余)。常见的有嫡编码、预测编码、变换编码和矢量编码等技术等已成为这类图像编码技术中的较成熟的经典技术。它们已被现行图像压缩编码标准所广泛采用。

第二代图像编码技术在利用人眼视觉特性及图像传递景物特征的基础上，结合了模式识别和计算机图像学的方法。它突破了信息论的框架，充分利用人的视觉心理特性和图像的各种特征对图像进行编码，可以获得很高的压缩比。近几年出现的小波变换和神经网络等新的编码方法已受到人们的高度关注。它们的最大特点就是引入了新的数学工具和理论，如小波理论、分形几何理论、神经网络理论和计算机视觉理论等。科技论文。新一代的图像编码技术主要有分形图像编码、基于神经网络(NN)的图像编码、模型编码和小波图像编码。

二、压缩编码的标准

国际上有很多图像压缩标准，目前比较流行的三类视频编码标准，主要用于会议电视的H.261/263标准，用于运动图像的M-JPEG标准和MPEG系列标准。其中MPEG是国际标准化组织ISO/IEC下的一个制定动态视频压缩编码标准，它为视频压缩编码技术的实用化作出了巨大贡献。MPEG又包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4三个正式国际标准。我们知道，衡量一种压缩技术的好坏的三个重要的指标如下:

1、压缩比要大。即压缩前后所需的信息存储量之比要大;

2、实现压缩的算法要简单，压缩、解压缩速度要快，尽可能做到实时压缩解:

3、恢复效果要好，要尽可能地恢复原始数据。

所以根据实际需求和应用才能准确衡量一个压缩技术的好坏。通过比较可以得出，适于高速公路远程图像监控的主要是MPEG系列。MPEG1主要应用于码率为1.2~2Mb/s的图像压缩，根据一些实践经验，其图像传输清晰度不能很好地满足高速公路图像传输的要求。而MPEG-2完全吸收了MPEG1所采用的压缩编码技术，同时性能加以扩展，涵盖了从常规图像到HDTV等非常宽范围内的视频压缩业务。主要应用于码率为4~20Mb/s的高清晰度图像编码，MPEG-2标准由于采用了帧内和帧间压缩方法，简单地讲是对每一幅图像，称之为帧，进行即用一定的算法对帧自身、以及相邻两帧之间的冗余部分进行去除。从而避免了将已有的信息再次传递给接收端，从而提高了压缩效率，降低了传输所需的网络带宽。另外采用MPEG-4压缩算法其实也是一个不错的选择，但是当前基于这种算法的都是软件的解决方案，没有适合的硬件压缩芯片，市场上暂时没有单机的图像传输编解码器，还有待进一步的发展完善。所以尽管对运动图像不断有新的压缩标准出现，但MPEG-2标准的优势在实用化方面己远远走在前面。综上可知目前MPEG-2图像压缩标准在图像质量和图像应用领域具有很大的优势。

三、视频编解码器

（一）视频编解码器结构

视频编解码器主要完成视频图像的编解码工作，用于实现为远端监控现场的视频图像的远程传输，并通过现有通信系统接口及通道对视频的编解码参数进行控制的设备。视频编码器为远端监控现场使用的视频压缩传输设备，视频解码器为监控中心使用的视频解压缩设备。科技论文。根据视频数字输出接口形式的不同，视频编解码器大致可以分为:NXEI接口和IP接口2种。

1、NXE1接口视频编解码器

这种视频编码器结构主要包括A/D转换模块、视频压缩模块、复用电路及多El反向复用电路。外部输入的模拟视频信号通过BNC接口接入A/D转换模块，将模拟视频信号转换成非压缩的视频数据。视频压缩模块将这些非压缩的视频数据，以M-JPEG或MPEG-2方式进行编码压缩，同时对语音信号进行编码。编码压缩后的数字图像信号、语音信号以及通过数据口接入的RS485控制信号和其他异步数据通过复用电路复用，然后再通过多E1反向复用电路复接到l-8个2M的E1接口上进行传输。

视频解码器结构主要包括D/A转换模块、视频解压缩模块和分接电路及多E1反向复用电路。对数据的处理过程为视频编码器的逆向处理。多E1反向复用电路从多个2M的E1接口上接收数据并进行分解，复原出数字图像信号、语音信号和数据，并以M-JPEG或MPEG-2的相应方式对数字图像信号进行解压缩，还原出模拟图像并输出。

采用多El传输方式可以充分利用己有SDH通信网的资源，灵活分配带宽，用户可根据网络资源和对图像的要求任意分配N个E1。一般情况下每路图像使用3-4个El即可，最多使用4个E1也就够了。由于El是SDH的标准接口，所以，在SDH通信体制下，使用简单、方便。

2、IP接口视频编解码器

IP接口视频编解码器在编码方式和内部结构上和NXEI接口视频编解码器基本相同，其差异主要是视频数据输入、输出接口。IP接口视频编解码器视频数据输入、输出接口采用10M以太网接口，满足TCP/IP协议。其最大视频带宽为8M，另外2M用于传输语音和数据。

(二)编、解码器之间互联

编、解码器之间互联既可通过E1接口，也可以通过10/100M以太网接口。这取决于通信系统所能提供的接口和所选用的编解码器的数字接口。互连方式一般采用编解码器一一对应的方式。在实际的应用过程中，数字图像所占用的带宽取决于对图像质量的要求。由于高速公路的图像主要是高速运行的汽车，为保证图像的连续性，防止拖尾和“马塞克”现象。数字图像所占用的带宽一般为6-8M.对采用NXEI接口编解码器，需要3-4个E1接口互连。对采用10M带宽的IP接口编解码器来说，1个IP接口只能传输一幅图像。

参考文献：

[1] 路林吉,吕新荣. 数字图像监控技术讲座 第一讲 概述[J]电子技术, 2001,(07) .

编码技术论文篇（5）

中图分类号：TN941.2文献标识码： A

一、引言

在视频压缩领域，长久以来都是使用传统的视频压缩方案，即由国际标准化组织(ISO/IEC)和国际电信联盟(ITU-T)这两个组织分别领导和制定的视频压缩编码，分别为MPEG系列和H. 26x系列。这些传统的视频编码技术是基于混合编码的框架，通过帧间预测来利用相邻帧之间的相关性，在编码端主要运用运动估计和运动补偿算法来充分的挖掘视频信号的冗余信息，在通常情况下，编码复杂度一般是解码复杂度的5—10倍，因此这种压缩方案非常适合于视频信号一次编码、多次解码的应用场合，例如视频广播、视频点播、视频光盘存储等。

但是随着科技发展新技术的出现，特别是移动多媒体通信及无线视频传感器网络等的应用，对编解码器的配置方案提出了不同的要求，即要在编码度上力求简单，而解码器可以具有较高复杂度的解码器。尤其在无线视频终端，如无线视频监控、移动视频电话、无线PC相机等，计算能力、内存容量都比较受限，视频的传感节点就要求编码器复杂度度、功耗小，并具有较高的压缩效率。在这种情况之下，传统的视频编码技术已经不能满足应用，因此就产生了更适用的新型视频编码压缩技术——分布式视频压缩。

分布式视频编码在编码端只需实现帧内编码，解码端却能实现帧间解码和运动补偿预测的复杂算法，能够实现较为高效的压缩，另外还具有耗电量低、抗误码特性好的特点，因此能够广泛适用于无线视频终端、密集型传感器网络等移动多媒体及数据通信业务。

二、分布式视频编码理论基础

分布式视频编码（Distributed Video Coding）建立在70年代Slepian-Wolf的无损分布式编码信息论原理和Wyner-Ziv有损分布式编码理论的基础之上。

设X和Y为两个统计中相关的随机独立同分布序列样本，对X和Y分别进行编码和解码时，在无失真信息时则传输率分别满足Rx≥H(X)及Ry≥H(Y)，其中Rx，H(X)，Ry，H(Y)分别为X和y的信息传输率和熵。若对X和Y进行联合编码，则可利用X和Y之间的统计相关性获得更好的效果，即Rx＋Ry≥(X,Y)。

1、无损分布式编码的Slepian-Wolf理论

是指对相关的两个或者多个同分布的信源进行编码，每一个编码器发送一个单独的比特流到解码器，解码器利用信号间的统计相关特性，对所有编码的信源进行联合解码。

Slepian-Wolf理论指出，当对长序列进行编码时，若允许存在任意一个小的解码错误概率，则对X和Y分别进行编码，然后进行联合解码即可获得与联合编码相同的信息传输率。这种方式就是分布式信源编码，它相当于只在解码端利用X和Y的相关性。

Slepian-Wolf理论确定了在无损分布式编码中信息传输率的下限，即Rx＋Ry≥R(X,Y)，Rx≥H(X\Y)，Ry≥H(Y\X)。可见，若没有联合编码，只是联合解码的话，其总的信息传输率Rx＋Ry与联合编码时的情况是相同的。

2、有损分布式编码的Wyner-Ziv理论

Wyner-Ziv在Slepian-Wolf理论提出后，在其原有基础上扩展到了有损情况，建立了解码端使用边信息的有损分布式编码率失真的理论。

设X和Y为两个统计中相关的随机独立同分布的序列样本，取自样本空间X,Y，两个序列可能有无限的符号集α和β，分别代表信源数据和辅助信息信源。X在编码时不能使用边信息Y，但解码时可使用Y；解码后得到X，在样本空间X上的重建值X’，失真度为D＝E【d（X，X’）】。 Wyner-Ziv率失真函数表示了在失真度D的约束条件下，分布式编码的码率下限。

三、分布式视频编码在视频压缩中的应用

1、分布式编码理论的应用

Slepian-Wolf理论提出的很早，但是其实际的应用是在近些年才出现，但很快的促进了其应用技术的发展。Slepian-Wolf编码类似于通道编码，而目前大多数的分布式编码技术都源自于通道编码的思想。最早的研究是使用标量和trellis集构造的方法，对与统计相关的二值高斯信源进行研究，来分析解码端辅助信息的信源编码的非对称情况；随后又研究了对相同码率信源X和Y的对称编码方式。其后又对高斯信源的非对称编码使用嵌入式trellis集编码结构来进行研究，并获得了更好的实验结果。之后有更复杂的通道编码技术应用于分布式信源编码,如使用贝叶斯网络、维特比解码器、turbo码、LDPC(Low-DensityParity-Check)码等。

Wyner-Ziv编码理论与Slepian-Wolf编码一样，也是在近些年才被投入到实际应用。Slepian-Wolf编码理论和Wyner-Ziv编码理论分别提出了无损压缩情况下和给定失真度压缩情况下的信息传输率下限，但并未设计出实用的编解码器设计方案。近些年提出了一些实用的分布式编码技术，其中大部分应用于视频压缩与容错视频传输，被称作分布式视频编码技术。而这种分布式视频编码技术的主要是以Wyner-Ziv编码理论为基础，因此也称为Wyner-Ziv视频编码技术。

2、分布式视频编码的实现方法

目前的视频压缩标准不再实行传统的编码需求，因为编码端内存和计算量太少导致编码端的计算量远大于解码端；而是转向编码端简单、解码端复杂的编码形式。运用Wyner-Ziv编码理论，在这些视频编码系统中，各帧独立的进行编码，而在解码时进行有条件解码。这样在编码时只需采用帧内编码，使编码器的复杂度大大降低，而在解码端进行运动估计和运动补偿。

2.1基于变换的编码方法

Wyner-Ziv编码器开始研究如何实现变换编码，一种方法是对Wyner-Ziv帧进行DCT变换，再将变换系数进行量化；另一种是对Wyner-Ziv帧及辅助信息信源都进行DCT变换。这些方法不像之前在非分布视频编码方法中广泛采用的正交变换编码，而是意在改变传统方法中先对信源矢量进行分解得到谱系数，再分别进行标量量化和熵编码的方式。

2.2基于像素的编码方法

这种编码方法是对基于像素的帧内编码器与帧间解码器进行结合，然后进行视频压缩。是在源图像的序列中分间隔地提取一组帧作为关键帧，这些关键帧的编解码均采用传统的帧内离散余弦变换的编码方法；在这些关键帧之间的其它帧叫做“Wyner-Ziv帧”，它们在编码器端采用帧内编码的方法，在解码器端采用帧间的编码方式。这种基于像素的Wyner-Ziv编码器与传统的运动补偿预测编码方法相比虽然性能略有下降，但复杂度大大降低了。

2.3联合解码和运动估计

在传统的视频编码技术中，运用的是将编码帧与一个或多个参考帧直接进行比较，得到最优运动矢量的方法，运动补偿是用在编码端。而在分布式视频编码中，是通过Wyner-Ziv帧进行DCT变换后的量化系数计算校验码，并将其传输到接收端；将运动补偿用在解码端，并且进行联合解码，从而极大的提高了Wyner-Ziv编码器的压缩效率。

四、结语

在用于视频压缩时，分布式视频编码的率失真性能要好于传统的帧内编码，还可以克服帧间编码固有的一些帧间错误传播问题，并且可以将大部分的运算转移到解码端，使编码器复杂度降低，非常适合新的视频压缩应用。

本文介绍了分布式视频编码理论及其应用的一些初步研究，作为一种视频编码的全新技术，具有很多传统编码技术所没有的优势。但要使这项技术能够实现广泛的应用，还必须对各种应用领域的特点进行深入细致的分析，并结合应用的具体环境采用合适的编码方法，这样才能实现分布式视频编码在移动多媒体和数据通信领域应用的广阔前景。

参考文献：

编码技术论文篇（6）

中图分类号：TN911.3 文献标识码：A

文章编号：1004373X(2008)0503703

Technology Route and Research Present State of MIMO Wireless Transmission Diverisity

and Coding Technology Based on Complex System Self-organizing

XIAO Hailin NIE Zaiping2

(1.College of Information and Communication,Guilin University of Electronic Science and Technology,Guilin,541004,China;

2.College of Electronic Engineering,University of Electronic Science and Technology of China,Chengdu,610054,China)

Abstract：Space-time coding technolgy is proposed by combing space diversity and coding modulation technology to obtain diversity and coding gain,and excellently resist fading performance.Traditional space-tiem coding and Multiple-Input Multiple-Output(MIMO) technique exploit space diverisity through multple transmit receive antennas.However,due to the size of a mobile and carrier frequency consrraints,achieving space diverisity though multiple antennas may not be possible.Cooperative deversity has recently emerged as an alternative way to achieve diversity and coding gain,which has not feedback of Channel State Information(CSI),dynamic resource allocation is proposed,and also improve end-to-end communication quality of service and channel capacity.

Keywords：complex system;self-organnization;cooperative diversity;cooperative coding

1 引 言

随着移动通信业务规模和种类的迅速发展，如何有效地利用相对贫乏的频谱资源提供更高质量、更高速率的通信服务是亟待解决的难题。最近Foschini等学者从理论和实验上验证了移动通信两端应用多天线收发(即MIMO技术)，可充分利用信号的空间特性，明显改善通信质量和频谱利用率，在学术界和工业界引起了高度的重视。

MIMO技术虽然被认为是解决现有无线通信瓶颈，提高通信容量和通信质量的关键技术，但由于MIMO信号的传输机制复杂度，严重限制其工程可实现性。另外，复杂的无线通信环境也加大了MIMO技术的工程实现难度。

基于复杂系统自组织MIMO无线传输分集和编码技术，能对抗复杂多变的无线通信环境，继而显著改善系统性能，能从物理的角度解释信号复杂传输机制，获得分集增益，无需通过信道反馈信息，动态分配资源,提高了端到端的通信服务质量(QoS)和信道容量。

2 基于复杂系统自组织MIMO无线传输分集和编码技术研究现状

近年来，基于多发多收天线技术[1，2]的MIMO矢量传输方法提供了从根本上提高无线通信系统信道容量和频谱利用率的新途径。然而，与常规单天线收发通信系统相比，MIMO通信系统中多天线的应用面临大量亟待研究的问题。

2.1 多天线分集系统理论研究

天线分集是一种对付移动通信衰落的有效技术，其基本原理在于经历不同衰落的多径信号仅仅是部分相关的，他们同时处于深衰落的概率很低，适当合并他们则可能提高链路的可靠性，从而提升传输的数据速率或降低系统的发射功率。决定分集性能的重要因素是分集支路之间的相关性，为获得良好的分集性能[3，4]，要求该相关性系数低于0.7。天线分集主要包括空间分集、极化分集和角度分集，他们分属于天线分集中的空间、极化与角度维，实际中难以独立应用各维，而是多维联合应用。如何协调分集技术，降低信号空域相关性，提高信息的传输速率是信息论方法研究还未解决的难题。

2.2 空时编、解码与处理

空时编、解码与处理是实现MIMO的关键技术[5-8]，传输信息首先经空时编码形成多个数据子流，由多天线发射阵的各天线并行发射出去，经无线多径信道传输后，多天线多通道接收机将多路接收信号空时处理算法分离数据流并解码，以实现近于最佳的处理。典型代表为空时格形码和空时分组码。空时网格码要求矢量Viterbi算法译码，设备相当复杂。空时分组码提供的分集增益和空时网格码一样,都与发射天线数相等，不足之处是提供的编码增益最小，甚至为0。除这两种编码外，还有几种先进的空时编码，如线性扩展码、正交空时分组编码(OSTBC)、线性扩展空时码以及Turbo编码等。然而，至今还不清楚究竟哪种编码最好、采用哪种编码技术对接收数据解调和译码效果最佳。

编码技术论文篇（7）

【关键词】 定性研究；编码技术；内容效度

0引言

关于量化研究范式和质化研究范式的应用曾争论一时. 而今，将两种研究范式结合应用已成为学术界关注焦点. 虽然混合研究的根源可以追溯到20世纪70～80年代，学术界所接受的关于混合研究方法范式已有研究［1］. 国内外文献也陆续报道了将质化和量化混合研究方法的思想［2-4］. 本研究试图通过将质化编码技术引入到公文筐测验的内容效度研究中来讨论质化研究作为量化研究内容效度的验证方法这一思路的可行性.

1对象和方法

1.1对象由4名心理学专业研究生组成的质化编码小组和由1名心理学专家和3名“行业专家”（subject matter experts， SMEs）组成的专家评定小组. “行业专家”均为有5年以上干部管理、人事工作经验的大连市某区委组织部干部.

1.2方法该研究中由4名专家组成员采用“背靠背”的Delphi专家评价法，经过4轮反复评判，从已有的公文资料中筛选出11份经专家认定为通过前期工作分析获得的测评维度上有代表性，并且相互区分度比较大的公文资料. 再由专家对公文内容和可能出现的应对方式进行内容评定，并且归纳出公文资料的内容条目，列出条目表格. 测评维度的专家评价一致性的计算采用肯德尔和谐系数（Kendell?s w）. 将公文资料编订为《政府公务公文筐测验》问卷. 问卷分为两个部分，直接批示部分（卷一）和开放自陈部分（卷二）. 卷二要求被试者回答对材料情景的第一认知反应内容，对任务和目标群体的分析，采取行为策略的思维过程，以及对可能结果的预期等方面内容. 以期符合行为事件访谈（behavioral events interview, BEI）的情景－任务－行为－结果技术模式（STAR model）［6］. 再由区委组织部组织所要考评的400名人员进行公文筐测试. 收回问卷390份，在其中随机抽取41份问卷，将卷二的回答转录成文本格式文件存在电脑中，编号后随机分配到4名编码小组成员手中采用开放式编码方法进行分析. 编码小组事先和专家小组无任何沟通. 首先采用统一的理论模式框架对编码小组成员进行统一培训，然后4人同时编一份问卷，并对结果进行讨论，无法达成一致的地方记录下来，计算4人编码一致性. 编码一致性（category agreement, CA）即编码者之间对相同资料的编码归类相同个数占总个数的百分比. 采用Winter（1994）动机编码手册提供公式，S为评分者编码归类相同的个数，A1为甲编码个数，A2为乙编码个数，A3为丙编码个数，An为第n个编码者编码个数，计算公式为CA＝n*S/（A1+A2+A3＋……＋An）. 如果编码小组4人编码一致性达不到0.700，则重新讨论，反复进行，直到达到编码一致性要求. 然后一致性最高的两人分为一组，两人编码同一份答卷材料. 按照如前所述方法进行编码，并记录编码一致性. 最后归纳成编码条目归纳表，用于和专家评定的条目表进行比较验证.

统计学处理 研究中所有的质化编码过程均在EXCEL2003数据表和Nvivo2.0编码软件上进行，对问卷结果的一致性分析采用SPSS13.0软件包进行.

2结果

2.1专家评判确定的公文资料的测评维度按照对职务胜任的要求，经过Delphi专家评判，确定了11份公文资料（测评项目）所能测评的维度（表1）. 4名专家评判上述11份资料（项目）在维度上进行区分度5等级评分，然后采用肯德尔和谐系数校正公式计算评分一致性系数［8］，Wc=0.808（P<0.05）. 达到对专家评定一致性的要求.

2.2编码者内部一致性计算每两名编码者对40份随机抽样答卷资料的质化编码一致性，最低编码一致性系数为0.767，最高编码一致性系数为0.933，平均编码一致性系数为CAi=0.850.

2.3质化编码结果内容限于篇幅这里仅列出1?01号公文资料的开放性质化编码结果，即文件编号1－01；一级编码条目为“根据任务的轻重缓急确定工作次序，组织各种指向结果的行动以实现目标，有效授权及利用各种可用资源”，二级编码条目为① 落实工作，② 授权，③ 制定实施方案；行为描述在“落实工作”中有① 与来电部门沟通弄清领导视察的目的和安排等，②制定领导视察各项事务的工作计划，③安排接待人员/有关领导要陪同，④ 要求反馈落实情况，⑤ 与市政府办公室联系确定时间内容将反馈结果通知教育部门，⑥对接待工作准备核查；“授权”中有①通知教育机构负责人做准备/电话联系（通知区教育局）/亲自到教育局找科长/在区内发文件，各部门做好准备，②责成专门人负责准备；“制定实施方案”中有①做调查报告写出汇报材料，②召集有关单位和人员开会研究，③ 事先到现场模拟考察.

表1公文资料测评维度及专家评定内容双项细目表（略）

注： （1）专家评分采用区分度5级权重评分：1为不能说明此维度，2为比较能说明该维度，3为能说明该维度，4为很能说明该维度，5为非常能说明该维度；（2） “*”表示经过专家认定该文件材料在该维度上和其他材料有显著区分度；（3） 表格中只列出专家认定有明显区分度（鉴别力）的维度和文件材料.

2.4专家评定测评维度与质化编码经过4名专家对测评维度结合现有的文献反复认定后，确定各测评维度的内容（表2）. 结合表1专家评定的内容效度双向细目表进行分析，其中有两项内容不一致，分别是1?02（专家评定进入“综合”维度），1?03（编码结果归纳进入“综合”维度）. 采用Winter（1994）动机编码一致性公式计算专家评定和质化编码两种方法评定的公文归类结果的一致性，CA?=0.818.

表2专家评定获得维度与编码内容（略）

3讨论

“质化研究”（qualitative research）在国内通常被翻译为“定性研究” . 国内学者陈向明［9］定义质化研究“是以研究者本身作为工具，在自然情况下采用多种收集资料的方法对社会现象进行整体性的探究，使用归纳分析资料和形成理论，通过与研究对象互动对其行为和意义建构获得解释性理解的一种活动”.

质化研究应用于心理学研究的关键点之一在于能对实际情景下人的开放式行为反应进行收集和研究. 并通过归纳分析，为所获得的理论、模型等进一步建构内容意义. 质化编码技术是质化研究中对所收集的研究资料进行整理分析的具体技术之一. 通常分析质化资料的技术主要有归档、编码、分类、归纳、评定等［7］，这里主要讨论的是质化编码技术的应用. 编码技术主要包括：开放式编码（opening coding）、选择式编码（selective coding）,轴心式编码（axial coding）3种［10］. 本研究采用了开放式编码，即研究者排除固有的见解或理论定势，将所有的材料按照其本身的属性、主题进行编码.

研究尝试讨论了将质化研究的编码技术应用于人才测评工具的内容效度研究中，取得比较满意的效果. 分析传统专家评价方法获得内容结果和对被试群体开放式反应内容调查资料的质化编码结果的一致性：在保证编码者内部平均一致性CAi=0.850的前提下，采用Winter编码一致性公式分析，两种方法评价文件内容结果的一致性（CA?）达到0.818.

目前国内部分研究在采用传统专家评定方法验证内容效度时，并未给出对“专家”的详细明确界定. 同时，对于涉及情景模拟性能力测验的研究，采用专家评定法验证内容效度在一定程度上限制了对所要考察的关键内容的获得. 基于上述问题，本研究尝试将对内容效度的研究拓展到对被试者所提供的关键行为描述的整体评定，并采用统一的质化研究框架进行质化编码分析. 以期能以这种研究方法作为一种新的内容效度研究思路，并可同时获得被试群体更为全面的关键行为内容指标.

本研究是将质化编码技术应用于公文筐测验设计的效度研究过程中，尝试对内容效度进行考察，提供了将质化研究方法作为量化研究的先验和内容效度验证的思路. 著名方法学者麦克思维尔（Maxwell）提出质化研究本身也有类似于量化研究内容效度分析的描述效度（description validity）,解释效度（interpretive validity）等考察意义建构的效度研究内容［11］. 这对将质化研究中的具体技术作为量化研究过程中内容效度考察方法提供了一定理论依据.

【参考文献】

［1］ Tashakkori A, Teddlie C. Handbook of mixed methods in social and behavioral research ［M］. Thousand Oaks, CA: Sage, 2003：1-8.

［2］ 张红川,王耘. 论定量与定性研究的结合问题及其对我国心理学研究的启示［J］. 北京师范大学学报(人文社会科学版), 2001,166(4):99-105.

［3］ 秦金亮，郭秀艳. 论心理学两种研究范式的整合趋向［J］. 心理科学，2003，26（1）:20-23.

［4］ Katrin N, The combined use of qualitative and quantitative methods in educational research［D］, Tallinn pedagogical university dissertations on social sciences, 2004:4-22.

［5］ Ronald JC, Mark ES, Psychological testing and assessment［M］. 6th edition, McGraw?Hill Co. and Posts & Telecom Press, 2005:159-160.

［6］ Spencer JM, Spencer SM. 魏海金译. Competence at work ［M］. 汕头：汕头大学出版社, 2003:139-187.

［7］ 秦金亮. 心理学研究方法新趋向—质化研究方法评述［J］. 山西师大学报（社会科学版），2000,27(3):11-16.

［8］ 孙振球,徐勇勇,潘晓平,等. 医学统计学［M］. 北京:人民卫生出版社, 2002:376-378.

编码技术论文篇（8）

0 引言

以数字视频的采集、压缩、处理为核心的现代视频监控技术，采用先进图像处理芯片对视频进行压缩处理，把智能图像处理技术用于图像显示、监控成为嵌入式视频监控系统的重点研究方向[1]。无论是MPEG1、MPEG2或者是MPEG4、H.263都已经无法满足运动图像压缩的要求，这时新一代的H.264标准便被制定，H.264作为新一代的编码方式，有效提升了视频压缩率，仅需原先的一半带宽即可播放相同质量的视频，而且视频编码的码率更加灵活，架构主要包括，帧内预测、帧间预测、转换、量化、去区块滤波器、熵编码等模块，下面将研究H.264视频编码的关键技术及其应用前景。[2]

1 H.264压缩标准

H.264是两个组织专家ITU-T和ISO为多媒体传输设计的数字视频编码标准[3]，全称是MPEG-4AVC，翻译成中文意思是“活动图像专家组-4的高等视频编码”，或称为MPEG-4Part10。各种分辨率的视频图像格式都可以被H.264视频编码标准支持，包括sub-QCIF、QCIF、CIF、4CIF、16CIF等[4]。H.264是一种视频压缩标准，同时也是一种被广泛使用的高精度视频的录制、压缩和格式。H.264比其他编码标准有着更高的视频质量和更低的码率，被广泛用于网络流媒体数据、各种高清晰度电视陆地广播以及卫星电视广播等领域。H.264的特点是能低码率、高清晰持续提供较高的视频质量，能大大加强图像的编码效率和改善图像数据在网络中的传输效率。[1]，使网络更加灵活、适应性更强，最大的好处就是节约了成本，弥补了技术差距，让存储与视频管理变得更高效。

2 H.264编码器的结构和特点

H.264只是规定了输入码流的格式及编码之后输出比特流的句法结构，其标准的编码思路是混合编码模式，以帧间和帧内预测来清除空间和时间的冗余分量，用变换和量化编码来清除频域冗余分量。H.264视频编码在一定情况下提高了视频压缩编码性，其视频解码与编码实现的过程相反，依据帧内编码进行逆量化，反变换，重构帧，最后经块滤波器平滑滤波后得到重建图像，[1]H.264编码器的功能组成框图如1。

3 H.264编码器关键环节分析

3.1 帧内预测 比起H.263，H.264提供了更多不同的工具来降低码率，以编码单位来说，h.264中每个宏块（macroblock/mb）大小都是固定的16×16像素，能够实现高分辨率视频的压缩，对于帧间编码来说，它允许变换块的大小根据运动补偿块的大小进行自适应的调整；对于帧内编码来说，它允许变换块的大小根据帧内预测残差的特性进行自适应的调整。

3.2 帧间预测 H.264标准与早期标准不同之处在于，它所使用的是块结构运动补偿，运算精度精确到1/4像素点上。[8]不仅如此，H.264标准还使用了多帧预测的方法，能够明显改善预测增益。[5]

3.3 整数变换与量化 H.264中整型变换与之前的MPEG系列标准所采用的DCT变换都有区别：

①它是整形变换（所有的操作都为整数运算，不存在解码精度损失）。②用整数算术变换可以确保编解码之间实现零失配。③变换的核心运算部分只用到加法和移位运算，不需要乘除运算。④到量化器的缩放乘积因子为整数，减少了乘积因子的数据位数。[4]量化的目的是减小信号的值域，以更少的比特来表示信号，从而达到减少数据量的目的。H.264中量化的步长总共有52种，其按照12.5%递增，并且变换系数的读取有双扫描和之字形两种方式。

3.4 熵编码 熵编码是对数据的冗余信息进行压缩的方法，变长编码和Huffman编码相结合进行，以较短的字长表示出现概率较大的数据，较长的字长表示出现概率较小的数据来达到降低数据量的目的。

CAVLC是一种变长编码。先对变换系数进行zig-zag扫描。用行程码（L，V）表示扫描以后的数据，V代表数值，L代表该数出现的次数。因为视频块在整形变换和量化后，大部分变换系数成为0，只有很少的数据在低频部分，用行程数L代表连续出现的0的个数，V代表0串后挨着的非零值，接着对L和V分别采用Huffman编码进一步压缩，有不同的码表可以查询亮度块和色度块。行程编码大大降低了编码的码字字长。CABAC是一种二进制算术编码，其通过构建模型来预测当前的视频信号。相对于CAVLC编码，CABAC的编码效率更高，更节省码率。[4]

3.5 码率控制 H.264视频编码标准虽然对于编码器的结构实现模式没有具体的规定，但编码器实现的核心问题要解决编码器的结构、相应的视频编码如何控制。H.264编码器采用基于拉各朗日Lagrangian优化算法的率失真优化模型实现视频编码的控制，其实现方法简单而且效率高。[5]

H.264编码标准由于以上关键技术的支持，获得了较高性能编码，但编码器复杂度增加，约为MPEG2的4倍，MPEG4的2倍。其高复杂度原因有两个方面，一是编码选项复杂，二是计算量高。具体内容有宏块的划分及搜索模式的组合的选取、高精度亚像素运动补偿和多参考顿预测，H.264更细化，更精确的数据压缩导致了计算量高。[6]

4 应用前景

H.264作为一种具有高效压缩性能的视频压缩编码技术，其在制定的过程中就充分参考和吸收了H系列和MPEG系列的优秀研究成果，修改或重新制定了其中不合理的部分，使其有很好的压缩性能。H.264能够比H.263和MPEG-4大约省去50%的码率。[7]H.264的高效的视频压缩能力和优异的网络适应性，为视频数据传输的可靠性提供了保障，其可广泛应用于数字摄像、英特网、数字视频录像、DVD及电视广播等领域的图像压缩。

5 结束语

网络视频监控系统要达到良好的监控效果，仅提高摄像头的分辨率是不行的，只有通过改善数字视频的压缩技术，降低视频传输的误码率，提高视频的质量，才能推动网络视频走向智能化。[1]H.264标准的推出是视频编码标准的一次重要的进步，尽管其算法复杂，但是能够大幅度提高编码效率，使得应用范围更加的广泛。

参考文献：

[1]李红京.基于H.264视频压缩技术的网络视频传输系统设计[J].河北工业科技，2011，28（4）：236-239.

[2]齐淋淋，向健勇，唐巍.H.264视频压缩关键技术及其应用前景[J].电子科技，2005（10）13-16.

[3]党晓军，尹俊文.基于H264的嵌入式视频监控系统研究[J].计算机技术与应用进展，2008：407-412.

[4]刘继红，孙海龙，屈鹏.TD-MBMS中H.264视频压缩的实现过程[J].信息通信，2008，4：14-16.

[5]牛建民.H.264视频压缩算法应用研究[M].同济大学工程硕士学位论文，2007，5.

编码技术论文篇（9）

中图分类号：TN131+.4 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

数字图像处理又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。早期图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中，输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像。常见的图像处理有图像数字化、图像编码、图像增强、图像复原、图像分割与图像分析等。图像编码是对图像信息进行编码，可以压缩图像的信息量，以便满足传输与存储的要求。本文主要介绍了图像编码的基本原理和技术方法。

一幅二维数字图像可以由一个二维亮度函数通过采样和量化后而得到的一个二维数组表示。这样一个二维数组的数据量通常很大，从而对存储、处理和传输都带来了许多问题，提出了许多新的要求。为此人们试图采用对图像新的表达方法以减少表示一幅图像需要的数据量，这就是图像编码所要解决的主要问题。压缩数据量的主要方法是消除冗余数据，从数学角度来讲是要将原始图像转化为从统计角度看尽可能不相关的数据集。这个转换要在图像进行存储、处理和传输之前进行，然后将压缩了的图像解压缩以重建原始图像，即通常所称的图像编码和图像解码。

2 传统编码方法

传统的编码方法可以分成两大类，预测编码方法(对应空域方法)和变换编码方法(对应频域编码方法)。预测编码方法的优点是：算法一般较简单，易于用硬件实现；缺点是：压缩比不够大，承受误码的能力较差。由于它采用的最小均方误差准则不能反映人眼的视觉心理特性，近年来已较少单独采用，而是与其他方法混合使用。另外，由于DPCM编码系统会引起斜率过载、界线繁忙、颗粒噪声和轮廓噪声，在使用中应加以考虑。变换编码方法的优点是：压缩比高、承受误码能力强；缺点是：算法较复杂。

3 现代编码方法

31 第二代图像编码方法

第二代图像编码方法［2］是针对传统编码方法中没有考虑人眼对轮廓、边缘的特殊敏感性和方向感知特性而提出的。它认为传统的第一代编码技术以信息论和数字信号处理技术为理论基础，出发点是消除图像数据的统计冗余信息，包括信息熵冗余、空间冗余和时间冗余。其编码压缩图像数据的能力已接近极限，压缩比难以提高。第二代图像编码方法充分利用人眼视觉系统的生理和心理视觉冗余特性以及信源的各种性质以期获得高压缩比，这类方法一般要对图像进行预处理，将图像数据根据视觉敏感性进行分割。

按处理方法的不同，第二代图像编码方法可分为两种典型的编码技术［3］：一种是基于分裂合并的方法，先将图像分为纹理和边缘轮廓，然后各自采用不同的方法编码；另一种是基于各向异性滤波器的方法，先对图像进行方向性滤波，得到不同方向的图像信息，再根据人眼的方向敏感性对各个通道采用特定的方法单独编码。

32 分形图像编码

分形图像编码是在分形几何理论的基础上发展起来的一种编码方法。分形理论是欧氏几何相关理论的扩展，是研究不规则图形和混沌运动的一门新科学。它描述了自然界物体的自相似性，这种自相似性可以是确定的，也可以是统计意义上的。这一理论基础决定了它只有对具备明显自相似性或统计自相似性的图像，例如海岸线、云彩、大树等才有较高的编码效率。而一般图像不具有这一特性，因此编码效率与图像性质学特性有关，而且分形图像编码方法实质上是通过消除图像的几何冗余来压缩数据的，根本没有考虑人眼视觉特性的作用。

33 基于模型的图像编码

基于模型的图像编码技术［4］是近几年发展起来的一种很有前途的编码方法。它利用了计算机视觉和计算机图形学中的方法和理论，其基本出发点是在编、解码两端分别建立起相同的模型，针对输入的图像提取模型参数，或根据模型参数重建图像。模型编码方法的核心是建模和提取模型参数，其中模型的选取、描述和建立是决定模型编码质量的关键因素。为了对图像数据建模，一般要求对输入图像要有某些先验知识。

基于模型的图像编码方法是利用先验模型来抽取图像中的主要信息，并以模型参数的形式表示它们，因此可以获得很高的压缩比。然而在模型编码方法的研究中还存在很多问题，例如：①模型法需要先验知识，不适合一般的应用；②对不同的应用所建模型是不一样的；③在线框模型中控制点的个数不易确定，还未找到有效的方法能根据图像内容来选取；④由于利用模型法压缩后复原图像的大部分是用图形学的方法产生的，因此看起来不够自然；⑤传统的误差评估准则不适合用于对模型编码的评价。

34小波图像编码

一维连续小波变换可看成原始信号和一组不同尺度的小波带通滤波器的滤波运算，从而可把信号分解到一系列频带上进行分析处理。将其离散化后即为离散小波变换。小波变换图像编码压缩［6］的核心问题是要对子带图像进行小波分解系数的量化和编码。低频子带图像包含原图像的大部分能量，即包含图像的基本特性。它在图像重构算法中起主导作用，对重建图像的质量有很大影响，因此这部分信号应精确保留。

高频子图像的系数分布符合广义高斯分布，对其系数进行粗量化编码较为有效。这也完全符合人的视觉特性，根据对人眼视觉系统的研究可知，人眼视觉灵敏度具有明显的低通特性，而且对不同方向上的敏感度也不一样，尤其是对倾斜方向的刺激不太敏感，如人眼对对角线方向子图像系数误差敏感度较低，因此可对对角线方向子图像进行粗量化高压缩。

小波变换后的能量主要集中在低频系数分量，而其他高频系数分量大多为零值，这为高倍率压缩提供了可能。通过选择合适的具有平滑特性小波基，就可消除重建图像中出现的方块效应，减小量化噪声，获得较好的重建图像质量。

小波变换图像编码压缩方法可分为如下两大类：基于传统的图像编码方法和基于分形理论的小波变换图像编码方法。

基于传统的图像编码方法［7］包括：零树小波编码、基于塔式网络矢量量化的小波变换编码、基于LBG算法的小波变换编码、基于标量量化的小波变换编码等。

由于不同分辨率级子图像之间存在着相似性，因此，利用此相似性，可提高压缩比［8］。J.M.Shapiro采用零树自嵌套编码方法，对小波分解系数进行压缩，在PSNR=27.54dB的情况下，获得压缩比为128∶1。这是最著名的一种小波变换图像编码压缩方法。该方法的优点是：与传统的DCT编码相比，它既可以克服方块效应，又可以在低比特率下获得较好的图像主观质量。缺点是：由于它对各子带采用相同的门限量化，因此不能充分利用人眼的视觉特性，限制了图像压缩比的进一步提高。对此，A.Said等人提出了改进算法。

针对分形图像编码尚存在的缺点，如编码算法的耗时、自然图像不一定具有严格的分形结构而无法达到预期的高压缩比、高压缩倍率时的方块效应等，有人提出了基于小波变换的分形编码［9］。它具有以下特点：①采用平滑小波可去除传统分形变换中存在的方块效应；②小波表示使图像的四叉树分割十分自然；③可将零树算法看成是该算法的一个特例。图像经过金字塔形离散小波变换后的系数在小波域内可组成分层树状数据结构小波树。这些跨越不同分辨率的小波树之间存在一定的相似性，可通过分形变换来描述。基于小波变换的分形压缩过程就是一个由分层树状结构的顶部开始一层层地向下预测其余系统的过程，而这个由上至下、由粗至细的预测过程是通过分形编码来实现的。基于小波变换的图像编码压缩的特点是［10］：压缩比高、压缩速度快，压缩后能保持信号与图像的特征不变，且在传递过程中就可以抗干扰。从现在的研究结果可看到，该方法已获得了较好的编码效果，是现代图像压缩技术研究的热点之一，也是十分有前途的一种方法。

4结束语

本研究介绍了图像编码的基本原理，传统的图像编码方法和几种比较新的编码方法。第二代图像编码将视觉特性引入到图像编码技术，分形图像编码是以分形几何理论为基础，基于模型的图像编码是利用了计算机视觉和计算机图形学中的理论，而小波变换图像编码则引入了小波分析理论。尽管它们理论基础不同，但它们均在不同情况下不同程度地提高了编码质量。相比之下，小波变换图像编码是一种性能更佳的图像编码方法，仅从去除冗余信息的角度而言，它的性能就远远优于其他几种编码方法。另外，将小波变换与其他的新型编码方法结合，也是小波图像编码方法的重要研究方向。

参考文献

1 万建伟，黄埔堪，周良柱，梁甸农图像编码技术的发展系统工程与电子技术，1996，5：31~38

2 张雪松，倪国强，周立伟，金伟其图像编码技术发展综述光学技术，1997，3:37~41

3 曹宁，吴琰，冯晔模型基方法在图像编码中的应用与改进河海大学学报，1997，25(6):97~102

4 陈红丽几种新型的图像编码技术淮北煤师院学报，2001，22(2):28~30

5 吴谨图像编码与小波变换图像编码武汉科技大学学报(自然科学版)，2000，23(3):289~292

6 陈雷霆，吉家成，傅志中，梁福成小波图像编码与JPEG图像编码的比较研究计算机应用，2000，20(增刊):273~277

编码技术论文篇（10）

目前，信道编码和交织技术已被成功地应用于第二代移动通信系统中，但第二代移动通信系统只提供话音业务和低速数据业务，因而导致相应的信道编码单一。相比较之下，第三代移动通信系统能提供更为丰富的业务种类，并且能改善原由第二代业务的质量，这就对通信系统提出了更高的要求。

一、背景

本论文主要以第三代以及未来移动通信系统需求为背景，介绍当前以及未来移动通信普遍关注的高效信道编码译码技术，其中包括已被3GPP采用的Turbo码技术和目前受到普遍关注的Turbo乘积码（TPC）和低密度校验码（LDPC）码技术。

二、高效信道编码技术

信道编码技术是移动通信中提高系统传输数据可靠性的有效方法，使接收机能够检测和纠正传输媒介带来的信号误差。在第二代移动通信系统中应用卷积码和交织，对保证话音和低速数据业务的业务质量取得了很好的效果。第三代系统与第二代相比，需要提供的业务种类大大增加，对信道编码有更高的要求。

在第三代移动通信系统中，GSM与IS-95中主要采用卷积码，Fire码以及卷积与RS的级联码。在第三代移动通信系统中，采用的信道编码类型主要有两种：卷积码，Turbo码。

在未来移动通信系统中，卷积编码仍可以作为实时话音业务的一种侯选方案，而Turbo码仍可以作为非实时高速数据业务的一种侯选方案。研究表明，在非规则图上构造的基于GF（q）域上的LDPC码性能要好于Turbo码。LDPC码可以通过增加码字长度，同时采用优化的译码实现，所以它也是可能应用与未来移动通信系统的非实时高速数据业务的信道编码侯选方案。

Turbo码，又称并行级联卷积码（PCCC），是由C.Berrou等在ICC’93会议上提出的。它巧妙地将卷积码和随机交织器结合在一起，实现了随机编码的思想。同时，采用软输出迭代译码来逼近最大似然译码。Turbo码的发现，标志着信道编码理论与技术的研究进入了一个崭新的阶段，结束了长期将信道截止速率作为实际容量的历史。

LDPC码是Low-Density Parity-Check Codes的简称，中文译名为低密度校验码。它是Gallager于1963年提出的，所以也叫Gallager码。近几年，人们认识到LDPC码所具有的优越性能及其巨大的实用价值，所以继Turbo码之后，LDPC码成为近年来编码理论界的又一研究热点。研究表明，利用置信传播算法，LDPC码能够以较低的硬件复杂度实现近香农限的译码性能。

Turbo码是应用在UMTS系统中的新的纠错编码技术。其纠错性能优于卷积编码，但是解码复杂度较高，而且编码时延较大，适用于对时延要求不高但速率较高的数据业务。另外，Turbo码的理论分析困难。至今尚未有对Turbo码译码器误码率的完整理论分析和估计，一般是通过仿真模拟其性能。

LDPC码相对于Turbo码来说，有以下优点：（1）LDPC码的译码复杂度较Turbo码低；并且由于LDPC码译码算法中一次译码迭代的计算复杂度远比Turbo码译码算法中一次译码迭代的计算复杂度低，因此可以通过改变最大迭代次数来获得“复杂度-性能”的最家折衷。此外，LDPC码置信传播（BP）译码算法可以高度并行操作，也存在更低复杂度的性能近似置信传播译码算法的其他译码算法。（2）LDPC码的最小距离随着码块长度增大依逼近于1的概率线性增大。（3）可以根据任意码块长度和任意码率很容易的设计出性能优异的LDPC码。（4）LDPC码无“错误地板”现象，这使其可以应用于短帧业务。（5）由于校验矩阵是随机生成的，从而已经对编码比特进行了有效的交织，所以无需额外的交织器。（6）在LDPC码译码过程中，可以得知译码是否正确。因为若，则说明译码正确，其中H为LDPC码奇偶校验矩阵，为译出的码字。

但是，LDPC码却具有较高的编码复杂度，这是其经常遭受抨击的一个最主要原因。Turbo码具有线性编码复杂度，而直接实现LDPC码编码器的复杂度却与码块长度的平方成正比。不过，目前已经存在相应的解决办法，如可以改进LDPC码的奇偶校验矩阵构造方法，或者采用降低复杂度的LDPC码编码算法。

三、移动通信中的调制技术

数字调制，解调技术是从最基本，最简单的二进制数字调制2ASK，2FSK和2PSK的基础上发展起来的。基于2ASK由二进制向多进制发展，产生了正交幅度调制QAM，MQAM；基于2FSK向多进制发展，产生了MFSK调制；基于2PSK向多进制发展，产生了QPSK，OQPSK，MPSK等。为了进一步改善移相中相位跃变带来的频谱扩展与幅度上的变化，又引入了连续相位调制。其中，最为典型的是最小频移键控MSK，高斯型最小频移键控GMSK，平滑调频TFM。

目前数字移动通信系统的调制技术主要有两大类：一类是以GSM为代表的，采用非线性连续相位调制CPM中高斯滤波的最小频移键控GMSK，它避开了线性要求，可使用高效率的C类功率放大器，大大降低了放大器的成本，但是实现复杂；另一类属于移相键控PSK，它包括IS-95中以及IMT-2000中采用的BPSK，QPSK，OQPSK，平衡四相扩频调制BQM以及复数四相扩频调制CQM等。这类调制在码元转换时刻会产生相位跃变，并带来频谱扩展，当频带受限后幅度上会出现波动，且对线性度要求较高，高功放，需使用价格高昂的A类放大器，但是实现简单。

为提高系统的频谱效率，数字通信系统常常采用多进制数字调制。多进制数字调制是利用多进制数字基带信号调制载波的幅度，频率或相位。由于多进制数字已调信号的被调参数在一个码元间隔内有多个可能取值，因此，与二进制数字调制相比，在系统带宽一定的条件下，多进制调制的信息传输速率较高。在相同的信息速率下，多进制信号码元的持续时间要长。增大码元宽度，就会增加码元的能量，并能减小由于信道特性引起的码间干扰的影响。正是基于这些特点，多进制调制方式获得了广泛的应用。