一种基于极化码属性降低图像传输失真率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于图像传输技术领域，尤其设及一种基于极化码属性降低图像传输失真 率的方法。
【背景技术】
[0002] 2009年，Ar化an提出的极化码编码方案，在二进制离散无记忆信道度-DMCs)下， 其对称容量不仅能达到香农极限，并且具有较低的编码和译码复杂度[1]。极化码是基于信 道极化的现象构造得到的，编码的过程就是为了区分码字中哪些比特是无错的，哪些是完 全错误的。经过极化后的信道，，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,运样在信道容量接近于1的完好信道上发送信息比特，而在信道容量接近于0的噪 声信道上发送休眠比特。在Ar化an提出运一理论之后，极化码被广泛应用于理论研究和应 用之中。
[0003] 极化码作为一种信道编码，最重要的应用就是要提升其在有噪声干扰的通信系统 中的可靠性。近些年，一些为了进一步提升极化码纠错性能的方法被提出。
[0004] 运些工作包括：接续消除译码器（SC)的列表（SCL)译码算法巧]，接续消除译码 器（SC)的堆找（SC巧译码算法巧]，非二进制极化码[4]，W及一些更复杂的构造方法[5， 6]O
[0005] 极化码在多媒体传输系统中的应用很少在文献中被提及。作者在文献[7]中讨论 了极化码在高斯白噪声信道（AWGN)和瑞利衰落信道（Raylei曲）两种信道下语音通信系统 中的应用。在文献巧]中，作者对经过极化码编码后的灰度图像在高斯（AWGN)信道中采用 正交频分复用（OFDM)系统的性能进行了研究。文献巧]中，作者讨论了极化码在无线通信 信道中的性能。
[0006] 针对有限码长的实际系统中，虽然极化现象并不是那么完美，但是发现译码后码 字中的信息比特有不等的错误概率。极化码的运一天然属性为不等错误保护扣邸）提供了 可能，所谓的不等保护特性就是对于那些敏感的比特流提供更多的保护使得它们具有更低 的误比特率[10]。其中一个典型的不等错误概率保护（肥巧就是将其应用到图像传输中， 即不同敏感程度的图像比特给予不等的保护。值得高兴的是，目前为止，还没有研究将极化 码的不等保护属性OJE巧应用到图像传输中，运样就激发我们在运篇文章中的工作。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种基于极化码属性降低图像传输失真率的方法，旨在解 决上述的技术问题。
[0008] 本发明是运样实现的，一种基于极化码属性降低图像传输失真率的方法，所述方 法包括W下步骤：
[0009] A、将图像的每个像素转化为字节比特进行排列；
[0010] B、将排列好的图像字节比特映射进极化码内；
[0011] c、利用极化码对图像字节比特进行编码；
[0012] D、利用BPSK对编码后的比特流进行调制；
[0013]E、将调制过的图像符号在模拟的无线信道传输给接收端；
[0014]F、在接收端将图像符号采用BPSK进行解调并接续消除法译码；
[0015]G、将解调译码后的图像信息解映射把图像字节比特与极化码分离；
[0016]H、将分离出来的图像字节比特流重建还原成图像。
[0017] 本发明的进一步技术方案是：所述步骤C中还包括W下步骤：
[001引 Cl、将图像比特中权重较高的比特放置到极化码错误概率较低的比特上。
[0019] 本发明的进一步技术方案是：所述步骤A中还包括W下步骤：
[0020] AU在将图像的像素采用二进制数据转化为字节比特；
[0021]A2、将转化的字节比特排列成一个行矢量。
[0022] 本发明的进一步技术方案是：所述步骤B中利用高斯近似法预测每个信息比特的 后验错误概率。
[0023] 本发明的进一步技术方案是：所述方法中的极化码的码长为1024,码率为1/2。
[0024] 本发明的进一步技术方案是：所述步骤A中每个像素字节的比特设置一个重要性 的权重。
[00巧]本发明的进一步技术方案是：所述步骤E中只要传输码率不大于信道容量信息比 特能够正确译码。
[0026] 本发明的进一步技术方案是：所述极化码不同位置信息比特的错误概率的数量级 不一样。
[0027] 本发明的进一步技术方案是：所述步骤A中图像像素字节中不同的比特具有不同 的重要性。
[0028] 本发明的进一步技术方案是：所述极化码具有4096帖数据。
[0029] 本发明的有益效果是：本方法利用极化码的不等保护，改善图像传输的质量，获得 7地左右的PSNR增益，从而使得图像传输的失真率降低，将像素字节比特流中相对重要的 比特映射到极化码误比特率较低的信道上进行编码，然后传输，运样译码时，重要比特出错 的可能性较低，即实现了对像素中相对重要的比特的保护，从而接收方收到的图像能够更 好的还原。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明实施例提供的基于极化码属性降低图像传输失真率的方法的流程 图。
[00引]图2是估计信噪比SNR= 1地下P(Ci)S的值图。
[0032]图3是比特流映射进极化码的示意图。
[003引图4是不同信噪比下采用肥P方案和不使用肥P方案的图像的PSNR的示意图。
[0034] 图5是肥P方案与传统的方案图像恢复的结果示意图。
【具体实施方式】
[0035] 图1示出了本发明提供的基于极化码属性降低图像传输失真率的方法的流程图， 其详述如下：
[0036] 首先介绍下极化码，极化码的原理，极化码的核屯、理论就是信道极化。理想情况 下，经过信道极化，一部分比特信道被划分为无噪声信道，另一部分比特信道被划分为纯噪 声的信道。在通信的过程中，我们仅仅选择在那些无噪声的比特信道上传输信息。
[0037]首先介绍一些符号的表示方法。信道W:X->Y表示输入为X= {0,1}，输出为Y，传 输概率为W(y|x)，xGX，yGY的任意B-DMC信道。此外，让护=!^表示信道极化的核矩 阵，(7、=/;,,(F~'）表示生成矩阵。（其中，符号，@"表示不同维数的矩阵之间的Kronecker 积，而符号町代表一个比特翻转向量[1])。Ar化an将码长为N= 2"，n= 1，2，...，信息比 特长度为K(也就是码率R=K/N)的极化码编码定义如下：
[0038] X,、= "I、G\. = ?,?,、公，厂U )
[0039] 其中，i/f=(",，Z/2，...，"w)表示未经编码的原始序列，皆=(Xi，而，...,?)表示经过编 码之后的序列。分为两个子集合：包含信息比特的集合用符号A表示，另一个包含冻结 比特的集合用符号表示。考虑到GW-陪集编码，式子（1)可W进一步表示为：
[0040] 'Y|、二"/i)霞",,G, ( /T j 进）
[00川其中，Gw(A)表示生成矩阵Gw的子矩阵，根据集合A来选取Gw(A)的行。（Gw(A)的 陪集即为Gw(At)，根据集合A的补集来选取Gw(At)的行。如果设置好参数A和参数'，但 是让参数Ua为自由变量，那么我们可W得到从原数据块UA到编码后的数据块Xf的一个映 射。
[0042] 极化码的构造，信道极化现象主要由信道合并和信道拆分两部分组成。因此，要构 造极化码，我们需要选择无噪信道来传输信息比特。化attacharyya参数Z(W)是用来衡量 信道错误性能的标准，它被定义为：
[004引Z(味= 从 yeY. 1234567 对于离散无记忆信道值MC)，Z(W)可W被表示成
2
[0047] 如果信道W是二元删除信道度EC)，那么式子（4)取等号。其中，之1；)，/ = 1，...，^表 3 示第i个比特信道的化attacharyya参数。对于任意的二进制输入信道，在文献中给出了 一种启发式的方法，就是将其他信道等效于邸C信道来处理，并假设它们具有相同的信道 4 容量。 5 系统模型，图1示出了灰度图像传输和重建流程图。与传统的系统模型相比，我们 6 的主要工作就是增加了不等错误概率保护OJEP:化equalErrorProtection)映射的过程。 7 正如图1中描述的，SI,将源灰度图像的每个像素转化为字节比特进行排列；在将图像的像 素采用二进制数据转化为字节比特；将转化的字节比特排列成一个行矢量。S2,将排列好的 图像字节比特映射进极化码内；S3,利用极化码对图像字节比特进行编码；将图像比特中 权重较高的比特放置到极化码错误概率较低的比特上。S4,利用BPSK度inary化aseShift Keying,二进制相移键控）对编码后的比特流进行调制；S5,将调制过的图像符号在模拟的 无线信道传输给接收端；S6,在接收端将图像符号采用BPSK进行解调并接续消除法译码； S7,将解调译码后的图像信息解映射把图像字节比特与极化码分离；S8,将分离出来的图像 字节比特流重建还原成图像。将源灰度图像的每一个像素表示为一个字节比特，并将运些 比特排列成一个行矢量；然后，将运些图像比特用极化码进行编码；经过编码后的比特流 再采用BPSK进行调制，即O调制成1，1调制成-1 ;之后，调制过的符号经过无线信道传输。 在接收端经过BPSK解调，接续消除译码（SC)W及肥P解映射过程来实现对源比特流的重 建。对于一幅灰度图像，首先我们将每个像素中的每个比特设置不同的重要性权重，运些比 特的重要