基于壓縮感知和非對(duì)稱Turbo碼的聯(lián)合信源信道編碼.pdf

1、隨著移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展以及大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，在無線信道上傳輸多媒體數(shù)據(jù)的應(yīng)用日趨廣泛，人們對(duì)多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)要求也越來越高。但由于無線信道帶寬有限且衰落顯著，使得多媒體的可靠傳輸受到了限制。而通信的目的是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠、快速的傳輸，這就要求數(shù)據(jù)既能實(shí)現(xiàn)高效的壓縮比，也要能夠在接收端很好的恢復(fù)信號(hào)，但這兩個(gè)要求是一對(duì)矛盾體，壓縮率越高，恢復(fù)質(zhì)量越受影響，而想要好的恢復(fù)信號(hào)就必需使得傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中帶有足夠多的信息，也就是減小壓縮率，但

2、同時(shí)也降低了傳輸?shù)乃俾省Ｒ虼藗鹘y(tǒng)的信源信道分離編碼顯然已經(jīng)不適用這種情況，而聯(lián)合信源信道編碼則是綜合考慮信源編碼和信道編碼的優(yōu)勢(shì)，來合理的分配資源，使得整個(gè)的傳輸系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)化。
　　壓縮感知(CS)是近年來信號(hào)處理領(lǐng)域誕生的一種新興的信號(hào)處理理論，它突破了傳統(tǒng)采樣定理的要求。在奈奎斯特定理中，要求采樣的頻率必須大于信號(hào)最高頻率的兩倍，才能準(zhǔn)確的重構(gòu)信號(hào)。而壓縮感知?jiǎng)t可以不在這個(gè)限制條件內(nèi)，它能以不大于信號(hào)最高頻率的兩倍進(jìn)行

3、采樣，依然能夠以極大的概率來恢復(fù)信號(hào)。因此它的出現(xiàn)能夠大大提高大數(shù)據(jù)在無線傳輸中的速率。
　　Turbo碼是一種具有接近香農(nóng)極限的優(yōu)異性能的信道編碼，它通過并行級(jí)聯(lián)卷積編碼和迭代譯碼，大大地降低了低信噪比區(qū)域的比特誤碼率。然而標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱Turbo碼在低信噪比下的誤碼性能和高信噪比下的錯(cuò)誤平層之間很難達(dá)到很好的平衡，而根據(jù)其編碼器特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)構(gòu)成的非對(duì)稱Turbo碼，則可以解決這個(gè)問題。
　　基于以上考慮，本文選擇基于壓縮感知和

4、非對(duì)稱Turbo碼的聯(lián)合信源信道編碼作為研究課題。
　　本文首先介紹關(guān)于壓縮感知理論的基本理論知識(shí)，對(duì)壓縮感知的采樣壓縮過程以及恢復(fù)信號(hào)做了詳細(xì)的講解，重點(diǎn)介紹兩種信號(hào)稀疏化的方法，以及兩種具有代表性的重構(gòu)算法。然后給出了非對(duì)稱Turbo碼的設(shè)計(jì)方法，以及實(shí)現(xiàn)了兩類非對(duì)稱Turbo碼的設(shè)計(jì)，并且與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱Turbo碼做了分析比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明非對(duì)稱Turbo碼在整個(gè)信噪比范圍內(nèi)的性能要優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱Turbo碼。最后提出了兩種基于壓

5、縮感知與非對(duì)稱Turbo碼的聯(lián)合信源信道編碼的方案，探討了這兩種方案在圖像壓縮傳輸中的應(yīng)用。
　　本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括：
　　1、研究了兩種壓縮感知的稀疏基——DCT變換和DWT變換，并通過數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)表達(dá)式詳細(xì)地介紹了壓縮感知的工作原理，同時(shí)介紹了兩種具有代表性的壓縮感知重構(gòu)算法——NESTA算法和OMP算法。并通過基于DCT變換的壓縮感知編碼（DCT-CS）和基于離散小波變換的壓縮感知編碼（DWT-CS）實(shí)驗(yàn)仿真

6、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了壓縮感知編碼具有優(yōu)異的壓縮性能，且僅僅只用少量的觀測(cè)值就能以很大的概率重構(gòu)原始信號(hào)。
　　2、根據(jù)Turbo碼的編碼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了兩類非對(duì)稱Turbo碼(ATC)，并通過實(shí)驗(yàn)證明了非對(duì)稱Turbo碼在整個(gè)信噪比范圍內(nèi)比標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱Turbo碼的整體性能要好。
　　3、設(shè)計(jì)了兩種基于壓縮感知和非對(duì)稱 Turbo碼的聯(lián)合信源信道編碼方案，一種是基于DCT-CS和ATC的聯(lián)合信源信道編碼，另一種是基于DWT-CS和ATC的