本發(fā)明設(shè)計一種深度聯(lián)合信源信道編碼的調(diào)制系統(tǒng)，屬于圖像處理和圖像傳輸領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、由于深度學(xué)習(xí)的快速發(fā)展，基于深度學(xué)習(xí)的聯(lián)合信源信道編碼(jscc)在端到端圖像傳輸中引起廣泛關(guān)注。為了對編碼器輸出的模擬量進(jìn)行調(diào)制量化，提出一種基于深度聯(lián)合信源信道編碼的調(diào)制系統(tǒng)dqam，通過歐氏距離計算模擬量與星座點(diǎn)的距離得到距離矩陣，后使用gumbel-softmax技巧得到one-hot矩陣，最后通過one-hot矩陣選擇模擬值所對應(yīng)的調(diào)制星座點(diǎn)并進(jìn)行替換。所提方案比在減小傳輸負(fù)荷的同時得到優(yōu)異的性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、一種深度聯(lián)合信源信道編碼的調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于包括如下步驟：

2、采用cifar-10神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，cifar-10數(shù)據(jù)集采用圖像大小為32×32，并將輸入的圖像除以255進(jìn)行像素值的歸一化；

3、進(jìn)一步地，利用由多個卷積層，廣義除法歸一化層(gdn)和prelu層組成的encoder編碼模塊對輸入圖像進(jìn)行特征提取和尺寸壓縮；

4、進(jìn)一步地，將encoder編碼模塊得到的特征數(shù)據(jù)輸入通道選擇器，首先進(jìn)行均值池化并連接snr信息，后經(jīng)過兩個線性層得到每個通道對應(yīng)的權(quán)重值，對(調(diào)制階數(shù)/32)個最大權(quán)重對應(yīng)的通道進(jìn)行選擇；

5、進(jìn)一步的，將encoder編碼模塊得到的模擬量特征數(shù)據(jù)輸入dqam模塊，首先初始化星座點(diǎn)坐標(biāo)，將星座點(diǎn)坐標(biāo)與模擬量特征數(shù)據(jù)進(jìn)行歐式距離計算，得到每個數(shù)據(jù)點(diǎn)與每個星座點(diǎn)的距離矩陣。

6、進(jìn)一步地，對得到的距離矩陣進(jìn)行g(shù)umbel-softmax，得到對應(yīng)one-hot矩陣，此one-hot矩陣中行代表著第幾個數(shù)據(jù)點(diǎn)與星座點(diǎn)相距最近，列代表著此行的數(shù)據(jù)點(diǎn)與第幾個星座點(diǎn)相距最近。

7、進(jìn)一步地，通過one-hot矩陣將模擬量的特征數(shù)據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)量化為對應(yīng)的星座點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)，即得到調(diào)制后的的傳輸數(shù)據(jù)；

8、進(jìn)一步地，將通道選擇器得到的通道數(shù)據(jù)坐標(biāo)與星座點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行量化誤差損失計算，得到量化誤差損失值；

9、進(jìn)一步地，將調(diào)制后的數(shù)據(jù)通過[0,20]db的awgn信道傳輸；

10、進(jìn)一步地，將經(jīng)過awgn信道后接收到數(shù)據(jù)經(jīng)過由反卷積層，逆gdn層和prelu層組成的decoder模塊進(jìn)行恢復(fù)重建；

11、進(jìn)一步地，計算由decoder模塊恢復(fù)圖像與原圖像的均方誤差，并且加上量化誤差損失值共同用于整體模型的訓(xùn)練；

技術(shù)特征：

1.一種深度聯(lián)合信源信道編碼的調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于：在encoder編碼器輸出處添加通道選擇器和dqam模塊，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對模擬量進(jìn)行調(diào)制，并通過訓(xùn)練更新星座點(diǎn)坐標(biāo)，以適應(yīng)不同信道條件，然后經(jīng)過信道傳輸，由decoder解碼器對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)重建，并且訓(xùn)練過程損失值為均方誤差和量化損失加權(quán)組成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1深度聯(lián)合信源信道編碼的調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于所述信道為[0,20]db范圍的加性高斯白噪聲信道，并對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行功率歸一化。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種深度聯(lián)合信源信道編碼的調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于所述的encoder編碼器由五個重復(fù)的卷積層、廣義除法歸一化層和prelu層組成，所述的卷積層大小為f×f×c|s,其中f為卷積核大小，c為卷積核輸出通道數(shù)，s為通道方向的步長。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種深度聯(lián)合信源信道編碼的調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于所述的decoder解碼器由五個重復(fù)的反卷積層、逆廣義除法歸一化層和prelu層組成，所述的反卷積層大小為f×f×c|s,其中f為卷積核大小，c為卷積核輸出通道數(shù)，s為通道方向的步長。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深度聯(lián)合信源信道編碼的調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于所述的通道選擇器作用為將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行均值池化后拼接snr信息，經(jīng)過兩個全連接層和relu，sigmoid激活函數(shù)得到通道權(quán)重，并選擇(調(diào)制階數(shù)/32)個通道作為重要通道。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種深度聯(lián)合信源信道編碼的調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于所述的dqam的作用是通過可訓(xùn)練的星座圖坐標(biāo)與輸入的模擬量坐標(biāo)分別進(jìn)行歐氏距離計算得到距離矩陣，并將距離矩陣進(jìn)行g(shù)umbel-softmax得到ont-hot距離矩陣，最終通過one-hot距離矩陣將模擬量坐標(biāo)量化為矩里其最近的星座點(diǎn)坐標(biāo)。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述解碼器的encoder模塊，其特征在于前三層s為2，后兩層s為1，f為5。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述解碼器的decoder模塊，其特征在于前三層s為1，后兩層s為2，f為5。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述損失值。其特征在于由均方誤差和量化損失加權(quán)組成，量化損失是將通道選擇器中權(quán)重最大的對應(yīng)通道數(shù)據(jù)坐標(biāo)與星座點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行歐式距離計算，并取每個點(diǎn)中的最小距離進(jìn)行平均，最后通過底數(shù)大于0且小于1的對數(shù)函數(shù)控制距離值。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種深度聯(lián)合信源信道編碼的調(diào)制系統(tǒng)，首先初始化調(diào)制星座點(diǎn)，并根據(jù)歐氏距離得到距離矩陣，之后使用gumbel?softmax技巧得到one?hot矩陣，最后通過one?hot矩陣選擇模擬值所對應(yīng)的調(diào)制星座點(diǎn)并進(jìn)行替換。另外通過通道選擇器選擇編碼器中一些重要的數(shù)據(jù)點(diǎn)并計算與星座點(diǎn)的距離得到量化誤差損失函數(shù)，量化誤差函數(shù)與均方誤差函數(shù)共同用于模型訓(xùn)練。本發(fā)明在[0,20]dB的AWGN信道的端到端無線圖像傳輸方案中都得到了優(yōu)異效果。

技術(shù)研發(fā)人員：于清蘋,孫遠(yuǎn),張游
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南石油大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14