Kombinierte Quell- und Kanalcodierung für Festbilder:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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| Series: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschrittberichte VDI / 10]
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| adam_text | Titel: Kombinierte Quell- und Kanalcodierung für Festbilder
Autor: Ruf, Michael J
Jahr: 1996
SCHRITT-m MW^M BERICHTEIfilB Dipl.-lng. Michael J. Ruf, Hildesheim Kombinierte Quell- und Kanalcodierung fur Festbilder Reihe 10: Informatik/ Kommunikationstechnik Nr. 452 VW VERLAG
V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1.1 Gliederung der Arbeit .............................. 4 2 Quellcodierung 6 2.1 Transformation.................................. 6 2.1.1 Diskrete-Kosinus-Transformation (DCT)................ 7 2.1.2 Die Teilband-Transformation....................... 8 2.1.3 Die diskrete Wavelet-Transformation .................. 16 2.2 Quantisierung................................... 20 2.2.1 Statistische Eigenschaften........................ 20 2.2.2 Gleichförmige skalare Quantisierung................... 21 2.2.3 Nicht-gleichförmiger skalarer (GG) Quantisierer............ 23 2.2.4 Pyramiden-Vektor-Quantisierung.................... 25 2.3 Codierung..................................... 32 2.3.1 Auslese-Reihenfolgen........................... 33 2.3.2 Codierung mit fester Codewortlänge .................. 34 2.3.3 Variable-Längen-Codierung (VLC) ................... 36 2.4 Untersuchte Systeme............................... 40 2.4.1 JPEG ................................... 40 2.4.2 Wavelet-Transformation mit UT- bzw. GG-Quantisierer ....... 41 2.4.3 DCT, Teilband- oder Wavelet-Transformation mit PPVQ....... 41 2.4.4 Wavelet-Transformation und VLC.................... 42
VI INHALTSVERZEICHNIS 3 Kanäle, Modulation und Kanalcodierung 45 3.1 Kanalmodelle................................... 45 3.1.1 Der AWGN-Kanal ............................ 45 3.1.2 Der Rayleigh-Fading-Kanal ....................... 46 3.2 Modulationsverfahren............................... 47 3.2.1 BPSK................................... 48 3.2.2 QPSK................................... 49 3.2.3 Vergleich des Leistungsfähigkeit..................... 49 3.3 Kanalcodierung.................................. 50 3.3.1 Beschreibung der eingesetzten Kanalcodierung............. 50 3.3.2 RCPC-Codes ............................... 51 3.3.3 Blockcodes (BCH und RS)........................ 52 3.3.4 Leistungsfähigkeit der verwendeten Kanalcodes ............ 54 4 Leistungsfähigkeit und Bildfehlerarten 56 4.1 Verwendetes Verzerrungsmaß .......................... 56 4.2 Leistungsfähigkeit bei ungeschützter Übertragung............... 59 4.2.1 Leistungsfähigkeit ohne Kanalfehler................... 59 4.2.2 Leistungsfähigkeit mit Ubertragungsfehlern............... 65 4.2.3 Bildbeispiele und Bildfehlerarten .................... 68 4.2.4 Zusammenfassung der Ergebnisse.................... 71 5 Theorie von Quell- und Kanalcodierung 73 5.1 Entropie eines Quell-Alphabets ......................... 73 5.1.1 Entropie der untersuchten Quantisierer................. 74 5.1.2 Rate-Distortion-Diagramm........................ 75 5.2 Theoretische Auswirkungen von Kanalfehlern ................. 77 5.2.1 Theoretische Beschreibung der Auswirkungen der Kanalfehler .... 78 5.2.2 Gesamtrate und Gesamtverzerrung................... 80 5.3 Kanalkapazität und Cutoff-Rate......................... 81 5.3.1 Kanalkapazität.............................. 81 5.3.2 Restfehlerwahrscheinlichkeit....................... 83 5.3.3 Cutoff-Rate................................ 84 5.3.4 Vergleich von Kanalkapazität und Cutoff-Rate............. 85 5.4 Grenzen der
gemeinsamen Quell- und Kanalcodierung............. 86
INHALTSVERZEICHNIS VII 6 Kombinierte Quell- und Kanalcodierung bei FLC 89 6.1 Bisherige Arbeiten ................................ 89 6.2 Anmerkung zum weiteren Vorgehen....................... 91 6.2.1 Beschreibung der Bit-Allokation..................... 92 6.3 Berechnung der Sensitivitäten bei FLC..................... 94 6.3.1 Gleichförmiger UT-Quantisierer..................... 94 6.3.2 Nicht-gleichförmiger GG-Quantisierer.................. 97 6.3.3 Produkt-Pyramiden-Vektor-Quantisierer................ 99 6.3.4 Das Bit-Sensitivitäts-Diagramm..................... 103 6.4 Optimierung von gemeinsamer Quell- und Kanalcodierung..........105 6.4.1 Gleichförmiger Fehlerschutz (EEP)...................106 6.4.2 Unterschiedlicher Fehlerschutz für Teilbänder (UEEP).........108 6.4.3 Ungleichgewichtiger Fehlerschutz (UEP)................110 6.4.4 Vergleich der Leistungsfähigkeit..................... 113 6.4.5 Zusammenfassung............................. 121 7 Kombinierte Quell- und Kanalcodierung bei VLC 122 7.1 Fehlersicherung und Bit-Sensitivitäten bei VLC................ 122 7.2 Arten der gemeinsamen Quell- und Kanalcodierung..............123 7.2.1 EEP ohne Synchronisationsstellen.................... 124 7.2.2 Synchronisationsstellen an den Bandgrenzen (UEEP).........126 7.2.3 UEEP mit zusätzlichen SMs im Teilband (UEEP-SM).........127 7.2.4 Separate Übertragung von VLC- und FLC-Daten (UEP)....... 131 7.3 Vergleich der Leistungsfähigkeit......................... 135 7.3.1 Bit-Sensitivitäts-Diagramm ....................... 135 7.3.2 Leistungsfähigkeit............................. 136 7.3.3 Zusammenfassung............................. 144 8 Quellengesteuerte Kanaldecodierung (APRI-SOVA) 145 8.1 Der APRI-SOVA................................. 145 8.2 Einsatz des APRI-SOVA bei der Bildübertragung............... 150 8.2.1 Simulations-Ergebnisse.......................... 154 8.2.2
Zusammenfassung............................. 159
VIII INHALTSVERZEICHNIS 9 Vergleich der Übertragungssysteme 160 9.1 Theoretischer Vergleich.............................. 160 9.2 Subjektiver Vergleich............................... 165 9.3 Bewertung und Diskussion............................ 166 10 Zusammenfassung und Ausblick 176 10.1 Wesentliche Ergebnisse.............................. 176 10.2 Ausblick...................................... 179 A Der Gamma-Quantisierer 180 B Der GG-Quantisierer 184 C Randbehandlung, Filterkoeffizienten 188 C.l Randbehandlung................................. 188 C. 2 Filterkoeffizienten................................. 189 D Wichtige Abkürzungen und Formelzeichen 190 D. l Formelzeichen................................... 190 D.2 Abkürzungen ................................... 193 D.3 Mathematische Ausdrücke............................ 194 Literatur 196
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