一種基于極化碼屬性降低圖像傳輸失真率的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于圖像傳輸技術領域，尤其設及一種基于極化碼屬性降低圖像傳輸失真 率的方法。
【背景技術】
[0002] 2009年，Ar化an提出的極化碼編碼方案，在二進制離散無記憶信道度-DMCs)下， 其對稱容量不僅能達到香農極限，并且具有較低的編碼和譯碼復雜度[1]。極化碼是基于信 道極化的現象構造得到的，編碼的過程就是為了區分碼字中哪些比特是無錯的，哪些是完 全錯誤的。經過極化后的信道，，使得部分信道的容量接近于1，而另一部分的信道的容量接 近于0,運樣在信道容量接近于1的完好信道上發送信息比特，而在信道容量接近于0的噪 聲信道上發送休眠比特。在Ar化an提出運一理論之后，極化碼被廣泛應用于理論研究和應 用之中。
[0003] 極化碼作為一種信道編碼，最重要的應用就是要提升其在有噪聲干擾的通信系統 中的可靠性。近些年，一些為了進一步提升極化碼糾錯性能的方法被提出。
[0004] 運些工作包括：接續消除譯碼器（SC)的列表（SCL)譯碼算法巧]，接續消除譯碼 器（SC)的堆找（SC巧譯碼算法巧]，非二進制極化碼[4]，W及一些更復雜的構造方法[5， 6]O
[0005] 極化碼在多媒體傳輸系統中的應用很少在文獻中被提及。作者在文獻[7]中討論 了極化碼在高斯白噪聲信道（AWGN)和瑞利衰落信道（Raylei曲）兩種信道下語音通信系統 中的應用。在文獻巧]中，作者對經過極化碼編碼后的灰度圖像在高斯（AWGN)信道中采用 正交頻分復用（OFDM)系統的性能進行了研究。文獻巧]中，作者討論了極化碼在無線通信 信道中的性能。
[0006] 針對有限碼長的實際系統中，雖然極化現象并不是那么完美，但是發現譯碼后碼 字中的信息比特有不等的錯誤概率。極化碼的運一天然屬性為不等錯誤保護扣邸）提供了 可能，所謂的不等保護特性就是對于那些敏感的比特流提供更多的保護使得它們具有更低 的誤比特率[10]。其中一個典型的不等錯誤概率保護（肥巧就是將其應用到圖像傳輸中， 即不同敏感程度的圖像比特給予不等的保護。值得高興的是，目前為止，還沒有研究將極化 碼的不等保護屬性OJE巧應用到圖像傳輸中，運樣就激發我們在運篇文章中的工作。

【發明內容】

[0007] 本發明的目的在于提供一種基于極化碼屬性降低圖像傳輸失真率的方法，旨在解 決上述的技術問題。
[0008] 本發明是運樣實現的，一種基于極化碼屬性降低圖像傳輸失真率的方法，所述方 法包括W下步驟：
[0009] A、將圖像的每個像素轉化為字節比特進行排列；
[0010] B、將排列好的圖像字節比特映射進極化碼內；
[0011] c、利用極化碼對圖像字節比特進行編碼；
[0012] D、利用BPSK對編碼后的比特流進行調制；
[0013]E、將調制過的圖像符號在模擬的無線信道傳輸給接收端；
[0014]F、在接收端將圖像符號采用BPSK進行解調并接續消除法譯碼；
[0015]G、將解調譯碼后的圖像信息解映射把圖像字節比特與極化碼分離；
[0016]H、將分離出來的圖像字節比特流重建還原成圖像。
[0017] 本發明的進一步技術方案是：所述步驟C中還包括W下步驟：
[001引 Cl、將圖像比特中權重較高的比特放置到極化碼錯誤概率較低的比特上。
[0019] 本發明的進一步技術方案是：所述步驟A中還包括W下步驟：
[0020] AU在將圖像的像素采用二進制數據轉化為字節比特；
[0021]A2、將轉化的字節比特排列成一個行矢量。
[0022] 本發明的進一步技術方案是：所述步驟B中利用高斯近似法預測每個信息比特的 后驗錯誤概率。
[0023] 本發明的進一步技術方案是：所述方法中的極化碼的碼長為1024,碼率為1/2。
[0024] 本發明的進一步技術方案是：所述步驟A中每個像素字節的比特設置一個重要性 的權重。
[00巧]本發明的進一步技術方案是：所述步驟E中只要傳輸碼率不大于信道容量信息比 特能夠正確譯碼。
[0026] 本發明的進一步技術方案是：所述極化碼不同位置信息比特的錯誤概率的數量級 不一樣。
[0027] 本發明的進一步技術方案是：所述步驟A中圖像像素字節中不同的比特具有不同 的重要性。
[0028] 本發明的進一步技術方案是：所述極化碼具有4096帖數據。
[0029] 本發明的有益效果是：本方法利用極化碼的不等保護，改善圖像傳輸的質量，獲得 7地左右的PSNR增益，從而使得圖像傳輸的失真率降低，將像素字節比特流中相對重要的 比特映射到極化碼誤比特率較低的信道上進行編碼，然后傳輸，運樣譯碼時，重要比特出錯 的可能性較低，即實現了對像素中相對重要的比特的保護，從而接收方收到的圖像能夠更 好的還原。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發明實施例提供的基于極化碼屬性降低圖像傳輸失真率的方法的流程 圖。
[00引]圖2是估計信噪比SNR= 1地下P(Ci)S的值圖。
[0032]圖3是比特流映射進極化碼的示意圖。
[003引圖4是不同信噪比下采用肥P方案和不使用肥P方案的圖像的PSNR的示意圖。
[0034] 圖5是肥P方案與傳統的方案圖像恢復的結果示意圖。
【具體實施方式】
[0035] 圖1示出了本發明提供的基于極化碼屬性降低圖像傳輸失真率的方法的流程圖， 其詳述如下：
[0036] 首先介紹下極化碼，極化碼的原理，極化碼的核屯、理論就是信道極化。理想情況 下，經過信道極化，一部分比特信道被劃分為無噪聲信道，另一部分比特信道被劃分為純噪 聲的信道。在通信的過程中，我們僅僅選擇在那些無噪聲的比特信道上傳輸信息。
[0037]首先介紹一些符號的表示方法。信道W:X->Y表示輸入為X= {0,1}，輸出為Y，傳 輸概率為W(y|x)，xGX，yGY的任意B-DMC信道。此外，讓護=!^表示信道極化的核矩 陣，(7、=/;,,(F~'）表示生成矩陣。（其中，符號，@"表示不同維數的矩陣之間的Kronecker 積，而符號町代表一個比特翻轉向量[1])。Ar化an將碼長為N= 2"，n= 1，2，...，信息比 特長度為K(也就是碼率R=K/N)的極化碼編碼定義如下：
[0038] X,、= "I、G\. = ?,?,、公，廠U )
[0039] 其中，i/f=(",，Z/2，...，"w)表示未經編碼的原始序列，皆=(Xi，而，...,?)表示經過編 碼之后的序列。分為兩個子集合：包含信息比特的集合用符號A表示，另一個包含凍結 比特的集合用符號表示。考慮到GW-陪集編碼，式子（1)可W進一步表示為：
[0040] 'Y|、二"/i)霞",,G, ( /T j 進）
[00川其中，Gw(A)表示生成矩陣Gw的子矩陣，根據集合A來選取Gw(A)的行。（Gw(A)的 陪集即為Gw(At)，根據集合A的補集來選取Gw(At)的行。如果設置好參數A和參數'，但 是讓參數Ua為自由變量，那么我們可W得到從原數據塊UA到編碼后的數據塊Xf的一個映 射。
[0042] 極化碼的構造，信道極化現象主要由信道合并和信道拆分兩部分組成。因此，要構 造極化碼，我們需要選擇無噪信道來傳輸信息比特。化attacharyya參數Z(W)是用來衡量 信道錯誤性能的標準，它被定義為：
[004引Z(味= 從 yeY. 1234567 對于離散無記憶信道值MC)，Z(W)可W被表示成
2
[0047] 如果信道W是二元刪除信道度EC)，那么式子（4)取等號。其中，之1；)，/ = 1，...，^表 3 示第i個比特信道的化attacharyya參數。對于任意的二進制輸入信道，在文獻中給出了 一種啟發式的方法，就是將其他信道等效于邸C信道來處理，并假設它們具有相同的信道 4 容量。 5 系統模型，圖1示出了灰度圖像傳輸和重建流程圖。與傳統的系統模型相比，我們 6 的主要工作就是增加了不等錯誤概率保護OJEP:化equalErrorProtection)映射的過程。 7 正如圖1中描述的，SI,將源灰度圖像的每個像素轉化為字節比特進行排列；在將圖像的像 素采用二進制數據轉化為字節比特；將轉化的字節比特排列成一個行矢量。S2,將排列好的 圖像字節比特映射進極化碼內；S3,利用極化碼對圖像字節比特進行編碼；將圖像比特中 權重較高的比特放置到極化碼錯誤概率較低的比特上。S4,利用BPSK度inary化aseShift Keying,二進制相移鍵控）對編碼后的比特流進行調制；S5,將調制過的圖像符號在模擬的 無線信道傳輸給接收端；S6,在接收端將圖像符號采用BPSK進行解調并接續消除法譯碼； S7,將解調譯碼后的圖像信息解映射把圖像字節比特與極化碼分離；S8,將分離出來的圖像 字節比特流重建還原成圖像。將源灰度圖像的每一個像素表示為一個字節比特，并將運些 比特排列成一個行矢量；然后，將運些圖像比特用極化碼進行編碼；經過編碼后的比特流 再采用BPSK進行調制，即O調制成1，1調制成-1 ;之后，調制過的符號經過無線信道傳輸。 在接收端經過BPSK解調，接續消除譯碼（SC)W及肥P解映射過程來實現對源比特流的重 建。對于一幅灰度圖像，首先我們將每個像素中的每個比特設置不同的重要性權重，運些比 特的重要