專利名稱：碼分多址技術(shù)和變速率圖像壓縮編碼相結(jié)合的傳輸方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碼分多址技術(shù)和變速率圖像壓縮編碼相結(jié)合的傳輸方式。
在圖像壓縮編碼中，對(duì)于一般的圖像，在一定的失真度條件下，可對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行一定限度的壓縮。但是，如果考慮到每一個(gè)具體的圖像編碼幀，因?yàn)槠鋱D像的性質(zhì)不同，因而壓縮比也有所不同。例如當(dāng)熵的大小不同時(shí)，熵大的圖像應(yīng)該多壓縮，而熵小的圖像應(yīng)該少壓縮。又例如對(duì)于移動(dòng)圖像，如果其變化較慢，則壓縮比應(yīng)該比正常值高，具體的操作可以是降低圖像編譯碼的幀率。因而對(duì)不同的圖像幀，為了保證圖像的質(zhì)量，應(yīng)該采用不同的圖像壓縮比，其編碼速率也應(yīng)作相應(yīng)的變化。
但是，現(xiàn)有的數(shù)字圖像編碼的算法一般為固定速率的算法，特別是在CDMA系統(tǒng)中，圖像編譯碼的速率采用外部命令控制的算法，如H.261算法，而這樣的外部命令的算法無(wú)法考慮圖像本身的性質(zhì)，編碼速率是一個(gè)固定量，這在保持圖像質(zhì)量大于某一門(mén)限的前提下，限制了系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)容量的提高。
由于CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，其容量是一個(gè)軟容量的概念，其編碼速率與發(fā)射功率存在一定的比例關(guān)系，在改變編碼速率，并改變發(fā)射功率的情況下，系統(tǒng)的容量可以相應(yīng)得到增加。因此，在保持圖像的質(zhì)量的條件下，如果根據(jù)圖像的具體的性質(zhì)改變編碼速率的壓縮比，并改變編碼速率，則圖像編碼的壓縮率有進(jìn)一步增加的可能。可以由此使增加統(tǒng)計(jì)意義上的傳輸系統(tǒng)的軟容量成為可能。而現(xiàn)有的外部命令控制的算法因未考慮圖像本身的性質(zhì)，使得CDMA系統(tǒng)的軟容量的特性未能得到很好的利用。
本發(fā)明的目的是為了解決固定速率算法不能增加系統(tǒng)軟容量的問(wèn)題，提出一種根據(jù)圖像的具體性質(zhì)改變編碼速率的壓縮比，從而保持圖像質(zhì)量的穩(wěn)定，并和CDMA系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，使統(tǒng)計(jì)意義上的系統(tǒng)容量得到增加的變速率圖像壓縮編碼傳輸方法。
本發(fā)明提供一種碼分多址技術(shù)和變速率圖像壓縮編碼相結(jié)合的傳輸方式，在保持圖象質(zhì)量不變的情況下增加系統(tǒng)的容量，包括以下步驟(a)根據(jù)圖象的性質(zhì)進(jìn)行變速率編碼；(b)在保持圖像質(zhì)量一定的條件下，改變擴(kuò)頻因子，調(diào)節(jié)發(fā)射功率或保持?jǐn)U頻因子不變，采用間斷發(fā)射方式增加系統(tǒng)的容量。
在所述步驟(a)中所述的變速率編碼采用帶閾值的子帶編碼方法，步驟為(1)將原始圖象分解為性質(zhì)不同的圖象(2)根據(jù)人眼的視覺(jué)特性及統(tǒng)計(jì)結(jié)果設(shè)定閾值(3)對(duì)圖象進(jìn)行編碼，小于所述的閾值的數(shù)據(jù)為零(4)對(duì)非零量進(jìn)行量化和通常的壓縮編碼。
在所述的帶閾值的子帶編碼方法中，通過(guò)增大所設(shè)定的閾值來(lái)降低編碼的速率，以增加系統(tǒng)的容量。
在所述步驟(a)中所述的變速率編碼方法也可以采用差分預(yù)測(cè)編碼。
在所述步驟(b)中，采用改變擴(kuò)頻因子，調(diào)節(jié)發(fā)射功率增加系統(tǒng)容量的方法包括以下步驟(1)將系統(tǒng)初始化(2)依據(jù)圖象性質(zhì)進(jìn)行變速率編碼(3)根據(jù)圖象編碼率計(jì)算擴(kuò)頻因子
(4)根據(jù)擴(kuò)頻因子改變發(fā)射功率(5)通過(guò)擴(kuò)頻加到PN碼后發(fā)射出去。
在所述步驟(b)中，采用間斷發(fā)射技術(shù)增加系統(tǒng)容量的方法包括以下步驟(1)將系統(tǒng)初始化(2)依據(jù)圖象性質(zhì)進(jìn)行變速率編碼(3)根據(jù)圖象編碼率計(jì)算間斷點(diǎn)(4)對(duì)間斷發(fā)送的信號(hào)，采用交織算法在幀內(nèi)將其隨機(jī)化，并重新排列(5)通過(guò)擴(kuò)頻加到PN碼后發(fā)射出去。
通過(guò)采用本發(fā)明的變速率的圖像壓縮編碼傳輸方式，可以保持圖像性質(zhì)的穩(wěn)定，并使統(tǒng)計(jì)意義上的系統(tǒng)容量得到增加。


圖1是本發(fā)明的帶閾值子帶編碼的過(guò)程的示意圖。
圖2是本發(fā)明的改變擴(kuò)頻因子增加系統(tǒng)容量的流程圖。
圖3是本發(fā)明的不改變擴(kuò)頻因子采用間斷發(fā)射技術(shù)的流程圖。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
本發(fā)明采用利用圖像自身性質(zhì)改變圖像的壓縮比的編碼方法，并使編碼速率也相應(yīng)改變，從而保持圖像質(zhì)量穩(wěn)定。具體來(lái)說(shuō)，是通過(guò)帶閾值的子帶編碼類圖像壓縮方法和差分預(yù)測(cè)編碼的圖像壓縮方法等對(duì)圖像進(jìn)行編碼，來(lái)達(dá)到上述目的。
采用帶閾值的子帶編碼類圖像壓縮算法子帶編碼的過(guò)程如圖1所示，其具體過(guò)程為(a)將原始圖像A分解為1、2、3、4四部分圖像，每一部分的性質(zhì)不同，其中假設(shè)1的部分基本上是圖像A的縮小像，其數(shù)據(jù)和圖像A的數(shù)據(jù)很類似，2和3的數(shù)據(jù)只有一小部分比較大，其它接近于零；而4中數(shù)據(jù)幾乎全接近零。
(b)根據(jù)人眼的視覺(jué)特性及統(tǒng)計(jì)結(jié)果，設(shè)定一個(gè)閾值x，例如可以設(shè)定閾值x為0.2，當(dāng)經(jīng)過(guò)子帶編碼后，圖像1、2、3、4中的數(shù)據(jù)的絕對(duì)值小于這個(gè)值時(shí)，則令它們?yōu)榱恪?br> 對(duì)經(jīng)過(guò)(a)和(b)二個(gè)步驟的數(shù)據(jù)進(jìn)行一些通常的編碼，當(dāng)1、2、3、4中的零數(shù)據(jù)越多，編碼后的數(shù)據(jù)越少。由于圖像的性質(zhì)不同，例如其熵值不同，對(duì)所設(shè)定的同一個(gè)閾值，其壓縮比也不同。例如圖像2、3中接近零的數(shù)據(jù)多，因此其壓縮比也大，而圖像4由于幾乎全接近零，因此根據(jù)設(shè)定的閾值使其為零。
這樣，通過(guò)設(shè)定使小于該閾值的數(shù)據(jù)為零，而只利用余下的非0數(shù)據(jù)表示圖像，用來(lái)表示圖像的數(shù)據(jù)量就被壓縮。
可以對(duì)圖像1或者2、3、4繼續(xù)進(jìn)行子帶編碼。這樣它們每個(gè)又分解為4塊。由于2、3、4的數(shù)據(jù)基本接近于零，因此一般只對(duì)1進(jìn)行子帶編碼。
由于圖像的性質(zhì)，熵小的圖像接近于0的數(shù)據(jù)較多，而熵大的圖像接近于0的數(shù)據(jù)較少。因此，當(dāng)設(shè)定同一個(gè)閾值時(shí)，對(duì)不同的圖像來(lái)說(shuō)，熵小的圖像的壓縮比要高，其相應(yīng)的編碼速率較低；而熵大的圖像壓縮比要低，其相應(yīng)的編碼速率較高。
當(dāng)設(shè)定較大的閾值時(shí)，可以舍棄更多的細(xì)節(jié)信息，在圖像質(zhì)量下降不大的條件下，使圖像壓縮比更高，而編碼速率更低。
由于圖像的壓縮比和編碼速率有一定的比例關(guān)系，因此，通過(guò)對(duì)性質(zhì)不同例如熵的大小不同的圖像，采用固定閾值的子帶編碼，使不同性質(zhì)的圖像其圖像壓縮比也不同，編碼速率也隨著變化?？梢杂纱诉_(dá)到改變編碼速率的目的，并使壓縮和解碼后的圖像質(zhì)量基本恒定。
因此通過(guò)改變閾值的子帶編碼方式，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)圖像的性質(zhì)改變壓縮比及編碼速率，從而保持圖像質(zhì)量的穩(wěn)定，并使系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)上的容量的增加成為可能。
差分編碼特別適用于移動(dòng)圖像，其具體過(guò)程為，設(shè)定移動(dòng)圖像A和B在時(shí)間上是前后兩幀，令d=distance(A，B)，表示A、B圖像的差異，此距離函數(shù)應(yīng)滿足圖像視覺(jué)關(guān)系。
根據(jù)人眼的視覺(jué)特性和某種統(tǒng)計(jì)算法設(shè)定一門(mén)限值x，此門(mén)限值的作用類似于子帶編碼的閾值，當(dāng)dx時(shí)，表明A、B圖像間的差異較大，不能壓縮太多，則采用低壓縮比算法，設(shè)壓縮比為k1，當(dāng)dx時(shí)，表明A、B圖像間差異不大，加大壓縮不會(huì)影響圖像質(zhì)量，因此采用高壓縮比算法，設(shè)其壓縮比為k2。從上述可知，k1＜k2。這里，k1、k2的值及門(mén)限x的具體值和應(yīng)用系統(tǒng)的要求有關(guān)。
根據(jù)k1、k2的值，又有很多方法壓縮圖像，如根據(jù)量化的比特?cái)?shù)的多少等來(lái)進(jìn)行壓縮。
一般地，當(dāng)移動(dòng)圖像運(yùn)動(dòng)較慢時(shí)，編碼之后接近0的數(shù)據(jù)較多，壓縮比要高。
綜上所述，通過(guò)改變閾值的子帶編碼方式和差分預(yù)測(cè)編碼方式，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)圖像的性質(zhì)改變壓縮比及編碼速率，從而保持圖像質(zhì)量的穩(wěn)定，并使系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)上的容量的增加成為可能。
另一方面，在一般的圖像編碼算法中，如果對(duì)某一圖像進(jìn)行編譯的過(guò)程中，某幀圖像的編碼碼率為k1，擴(kuò)頻增益為SF1，在改變速率編碼的情況下，編碼速率變?yōu)閗2，擴(kuò)頻增益為SF2，則有下列關(guān)系存在k1*SF1=k2*SF2(1)因此，當(dāng)編碼速率k2下降(即k2k1)時(shí)，擴(kuò)頻增益SF2會(huì)增加。為保持信道的傳輸質(zhì)量不變，即保持Eb/N0=Ec/N0+10logSF(dB)的值不變，其中，Eb發(fā)射的數(shù)字信號(hào)的源頭處每比特能量NO信道中噪聲功率譜密度Ec′在擴(kuò)頻通信中，對(duì)數(shù)字信號(hào)擴(kuò)頻后的擴(kuò)頻碼片的能量C=10logk2/k10則當(dāng)設(shè)定碼速率改變前后的Ec分別為Ec1和Ec2時(shí)，有Ec2/No=Ec1/N0+10logSF1/SF2=Ec1/N0+10logk2/k1=Ec1/N0+C(dB)由于C(dB)小于0，Ec2應(yīng)小于Ec1，由此可知，當(dāng)編碼速率改變時(shí)，發(fā)射功率應(yīng)作相應(yīng)改變。特別當(dāng)編碼速率降低時(shí)，發(fā)射功率也應(yīng)相應(yīng)降低。
也可以將上式中的對(duì)數(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)為普通的代數(shù)運(yùn)算，得到Ec2=k2/k1*Ec1因此，為使信道的傳輸質(zhì)量不變，需要改變擴(kuò)頻增益和發(fā)射功率。而通過(guò)將降低發(fā)射功率的部分用于對(duì)新增用戶的發(fā)射，能夠增加信道的容量。例如，當(dāng)圖像編碼的速率下降一半時(shí)，發(fā)射功率也下降一半，因此從統(tǒng)計(jì)意義上看可以增加50％的常規(guī)用戶。
改變擴(kuò)頻因子增加系統(tǒng)容量的具體過(guò)程如圖2所示，首先將系統(tǒng)初始化；然后依據(jù)圖像性質(zhì)進(jìn)行變速率編碼，這里的變速率編碼即上述的帶閾值的子帶編碼和/或差分預(yù)測(cè)編碼；接著根據(jù)圖像編碼率計(jì)算擴(kuò)頻因子，計(jì)算的方法利用了公式(1)；然后根據(jù)根據(jù)公式(2)中發(fā)射功率和擴(kuò)頻因子的關(guān)系，改變發(fā)射功率，在擴(kuò)頻后發(fā)射出去，完成一幀的編碼發(fā)射過(guò)程。其后，程序返回初始化以后的步驟，進(jìn)行下一幀的編碼發(fā)射。
為保持信道的傳輸質(zhì)量不變，除了降低發(fā)射功率外，系統(tǒng)還可以采用間斷發(fā)送技術(shù)。間斷發(fā)射技術(shù)是指，在細(xì)微的時(shí)間段上有時(shí)發(fā)射信號(hào)，有時(shí)不發(fā)射信號(hào)。由于圖像幀率只要每秒大于25幀人就不能察覺(jué)到，故只要間斷的時(shí)間小于1/25，人就察覺(jué)不到。
在發(fā)射過(guò)程中，當(dāng)擴(kuò)頻增益不變時(shí)，對(duì)于編碼比特率下降的部分，在相應(yīng)的時(shí)間沒(méi)有數(shù)據(jù)，由此實(shí)現(xiàn)間斷發(fā)射。
在CDMA系統(tǒng)中，間斷發(fā)射的過(guò)程如圖3所示，首先將系統(tǒng)初始化；然后依據(jù)圖像性質(zhì)進(jìn)行變速率編碼，這里的變速率編碼即上述的帶閾值的子帶編碼和/或差分預(yù)測(cè)編碼；接著根據(jù)圖像編碼速率計(jì)算間斷點(diǎn)，具體來(lái)說(shuō)，是先計(jì)算出起點(diǎn)和終點(diǎn)，然后計(jì)算其間的空余空間，由此可知其間斷點(diǎn)；然后進(jìn)行交織過(guò)程，即對(duì)間斷發(fā)送的比特，采用交織算法在幀內(nèi)將其隨機(jī)化，并重新排列；最后通過(guò)擴(kuò)頻加到PN碼上，再發(fā)射出去，完成一幀的編碼發(fā)射過(guò)程。其后，對(duì)幀數(shù)加1，返回初始化以后的步驟，進(jìn)行下一幀的編碼發(fā)射。
雖然單個(gè)比特的發(fā)射功率不變，但由于是間斷發(fā)射，降低了對(duì)整個(gè)CDMA系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)意義上的干擾(如整個(gè)空間的電磁波減少)，從而達(dá)到了增加系統(tǒng)容量的目的，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)性能(人的感知)沒(méi)有影響。
權(quán)利要求
1．一種碼分多址技術(shù)和變速率圖像壓縮編碼相結(jié)合的傳輸方式，其特征在于在保持圖象質(zhì)量不變的情況下增加系統(tǒng)的容量，至少包括以下步驟(a)根據(jù)圖象的性質(zhì)進(jìn)行變速率編碼；(b)在保持圖像質(zhì)量一定的條件下，改變擴(kuò)頻因子，調(diào)節(jié)發(fā)射功率或保持?jǐn)U頻因子不變，采用間斷發(fā)射方式增加系統(tǒng)的容量。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的碼分多址技術(shù)和變速率圖像壓縮編碼相結(jié)合的傳輸方式，其特征在于，在步驟(a)中所述的變速率編碼采用帶閾值的子帶編碼方法，步驟為(1)將原始圖象分解為性質(zhì)不同的圖象(2)根據(jù)人眼的視覺(jué)特性及統(tǒng)計(jì)結(jié)果設(shè)定閾值(3)對(duì)圖象進(jìn)行編碼，小于所述的閾值的數(shù)據(jù)為零(4)對(duì)非零量進(jìn)行量化和通常的壓縮編碼。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的碼分多址技術(shù)和變速率圖像壓縮編碼相結(jié)合的傳輸方式，其特征在于，在所述的帶閾值的子帶編碼方法中，通過(guò)增大所設(shè)定的閾值來(lái)降低編碼的速率，以增加系統(tǒng)的容量。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的碼分多址技術(shù)和變速率圖像壓縮編碼相結(jié)合的傳輸方式，其特征在于，在步驟(a)中所述的變速率編碼方法也可以采用差分預(yù)測(cè)編碼。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的碼分多址技術(shù)和變速率圖像壓縮編碼相結(jié)合的傳輸方式，其特征在于，在所述步驟(b)中，采用改變擴(kuò)頻因子，調(diào)節(jié)發(fā)射功率增加系統(tǒng)容量的方法包括以下步驟(1)將系統(tǒng)初始化(2)依據(jù)圖象性質(zhì)進(jìn)行變速率編碼(3)根據(jù)圖象編碼率計(jì)算擴(kuò)頻因子(4)根據(jù)擴(kuò)頻因子改變發(fā)射功率(5)通過(guò)擴(kuò)頻加到PN碼后發(fā)射出去。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的碼分多址技術(shù)和變速率圖像壓縮編碼相結(jié)合的傳輸方式，其特征在于，在所述步驟(b)中，采用間斷發(fā)射技術(shù)增加系統(tǒng)容量的方法包括以下步驟(1)將系統(tǒng)初始化(2)依據(jù)圖象性質(zhì)進(jìn)行變速率編碼(3)根據(jù)圖象編碼率計(jì)算間斷點(diǎn)(4)對(duì)間斷發(fā)送的信號(hào)，采用交織算法在幀內(nèi)將其隨機(jī)化，并重新排列(5)通過(guò)擴(kuò)頻加到PN碼后發(fā)射出去。
全文摘要
本發(fā)明提出一種利用碼分多址(CDMA)技術(shù)和變速率圖像壓縮編碼技術(shù)相結(jié)合的傳輸方式,通過(guò)采用根據(jù)圖像的性質(zhì)改變圖像的壓縮比和編碼速率的帶閾值的子帶編碼方法和差分預(yù)測(cè)編碼方法,保持圖像質(zhì)量不變。并通過(guò)采用改變擴(kuò)頻因子,相應(yīng)調(diào)節(jié)發(fā)射功率,或不改變擴(kuò)頻因子,采用間斷發(fā)射技術(shù),達(dá)到增加系統(tǒng)的容量的目的。
文檔編號(hào)H04J13/00GK1296359SQ99122300
公開(kāi)日2001年5月23日 申請(qǐng)日期1999年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月11日
發(fā)明者李英濤, 潘勝昔, 曲秉玉 申請(qǐng)人:深圳市華為技術(shù)有限公司