臺灣博碩士論文加值系統

本論文旨在針對JPEG 2000影像編碼的位元資料，提出一不等量錯誤保護(Unequal Error Protection：UEP)的編碼技術。經由通道編碼的傳輸模擬和分析中，我們發現JPEG 2000每個位元資料抗雜訊的能力都不一樣，若使用等量的錯誤保護(Equal Error Protection：EEP)方式，將會降低整體的編碼效能。因此，本論文提出一結合訊號源和通道之影像編碼(Joint Source-Channel Coding：JSCC)系統，我們利用JPEG 2000影像編碼結合碼率相容穿刺迴旋碼(Rate-Compatible Punctured Convolution Code：RCPC)來改善影像在雜訊通道傳輸的效能，也就是針對重要的影像編碼位元給予較多的保護，相反的，不重要的位元給予較低的保護，或不加予保護。經實驗模擬結果分析，本論文所發展出架構在JPEG 2000之JSCC影像編碼系統比起傳統的等量錯誤保護技術，不僅可以提高整體的編碼效能，而且能達到更好的影像品質。

目錄
摘要………………….…………………………………..………..……..i
誌謝……………..………………………………..……………………..ii目錄…………...………………………………………………………. iii
圖目錄……….……………….………………..………………..…...…v表目錄…….…………………………..……………..………………viii 第一章 緒論…………………………………….…….……………..1 1.1研究動機與背景………..…….……...………………………1 1.2源端影像編碼……………………………………..…………2
1.3通道編碼………………….…………….…………………….4 1.4等量錯誤保護與不等量錯誤保護….….………………...6 第二章 JPEG 2000影像編碼……………….…....……..……8 2.1 JPEG 2000影像編碼…....………….....……………………8 2.1.1前處理………..……..….…….…………………………...10 2.1.2 離散小波轉換..….…….…….…………………………...11
2.1.3量化…………...………….……………….………………15 2.1.4位元平面編碼 ...…..…..…….…………………………...17
2.1.5適應性二元算數編碼..…………………………………...19
2.1.6資料流語法 …..……….….……………………………...20
2.1.7 局部強化………….…..….…….………………………...22
2.1.8 漸進式傳輸與多重解析度 .……...…….…………...…..24
第三章 碼率相容穿刺迴旋碼………………………………..29 3.1迴旋碼…………………….....…………………………………29 3.2 維特比解碼…………………………………………..……….33 3.3碼率相容穿刺迴旋碼……….……………………………….36 第四章 結合源端和通道端之編碼系統…………….……37 4.1拉格蘭吉乘數法………...……..…...……...……..………..37
4.2 EBCOT與位元率(R )-失真( D )的關係….… ...……...…38
4.3 結合訊號與通道之編碼系統(JSCC) ………….……...…40
4.3.1 結合訊號與通道編碼的位元率控制……….……………...41
4.3.2 不等量保護規則………………………..……..………...….43
第五章 實驗結果……………………………………….………...47
5.1實驗條件…………..…………… ……………….…..……....47
5.2 JSCC的位元率配置………………………..……….…..…....48
5.3等量保護與不等量保護之比較……………..……………..51
5.4位元平面與次頻頻帶的抗雜訊能力.……………………..53
第六章 結論………………………………………………………..56
參考文獻……………………………………………………………..57
圖目錄
圖1.1數位通訊系統方塊圖……….…………………………………….1
圖1.2位元錯誤率與訊號雜訊比之關係圖……….……………..……..5
圖2.1 JPEG 2000系統方塊圖……………………….………….……....9
圖2.2原始影像切割24個方塊例子…………….……….….………..10
圖2.3 (a)JPEG 影像的方塊效應 (b)JPEG 2000影像無方塊效應…...11
圖2.4一維小波轉換編/解碼步驟表示………………………….…......13
圖2.5 (a)原始影像 (b)二維、三階DWT (c)二維，五階DWT........13
圖2.6拉普拉斯機率分布……………………………………….….......15
圖2.7均勻量化器與死域範圍………….………………………......….16
圖2.8二維、三階的量化索引值之位元平面示意圖……….…......….17
圖2.9使用於前文向量的8個相鄰像素……………….….……..........18
圖2.10編碼方塊內的掃描順序……….……….……………..…..........18
圖2.11二維，三階DWT係數與境域切割………..………………........20
圖2.12位元串、層、封包與編碼方塊之間的關係………….…..….......21
圖2.13 (a)選擇位移s 個位元 (b)選擇有興趣的範圍 (c) DWT 轉換 (d)解碼後影像……………………………...……………..…....24
圖2.14七層漸進式傳輸例子……………………………………..........25
圖2.15與RLCP有關的多重解析度……………………..……….........26
圖3.1碼率為1/2、暫存器為2的迴旋編碼器……………….…….…..30
圖3.2碼率為1/2、暫存器為2的迴旋編碼器之樹狀圖……….….…...31
圖3.3碼率為1/2、暫存器為2的迴旋編碼器之格子圖……….….…...31
圖3.4碼率為1/2、暫存器為2的迴旋編碼器之狀態圖……….….…...32
圖3.5碼率為1/2、暫存器為2的迴旋編碼器與對所有路徑取最大漢
明距離的狀態圖與狀態方程式………..……………………....32
圖3.6 Viterbi演算法.………………………..………………….……....34
圖3.7 Viterbi解碼實例說明……………………..………………..…....35
圖3.8 RCPC 實例………………………………...…………………....37
圖4.1 JPEG 2000訓練十張影像的R-D 曲線………...…...……….....40
圖4.2 JSCC方塊圖………...……………………...………...……….....41
圖4.3 JSCC理想的R-D曲線(通道編碼碼率：k/n)…..…………….....42
圖4.4依斜率變化量作為不等量保護的依據…………………..…......43
圖4.5斜率因子單元流程圖…………………………………….….…..45
圖4.6 JSCC系統……………………………………...………………...46
圖5.1 Lena影像在BER=10-2、0.5bpp下碼區塊分佈……….……......48
圖5.2 Lena影像在BER=10-2、0.5bpp下每一個次頻帶所配置的碼區
塊數與碼率……………………………..…...…….……………..49
圖5.3 Lena影像在BER=10-2下通道編碼碼率配置範例……….........50
圖5.4 Lena影像在BER=10-2下UEP與EEP曲線…….…….……....51
圖5.5在BER=10-2下UEP與EEP的Lena影像…………….…..…..52
圖5.6位元平面抗雜訊能力分析…………………………………..…..54
圖5.7次頻帶的抗雜訊能力分析…………………………………..…..54
圖5.8單一位元平面雜訊干擾(a)位元平面7 (b)位元平面6……....55
圖5.9單一次頻帶雜訊干擾(a) LL3次頻帶 (b) HL3次頻帶………..55
表目錄
表2.1 (a) Daubechies (9,7)小波係數 (b)(5,3)小波係數.……………..14
表3.1 RCPC捨棄位元表……………………….………………..……..37
表4.1 JSCC碼率配置表……………………….………………..….…..44

參考文獻
[1] C. E. Shannon,“A mathematical theory of communication,” Bell Syst. Tech. J., vol. 27, pp. 379-423 and 623-656, 1948.
[2] A. J. Viterbi and J. K. Omura, “Principles of Digital Communications and Coding”, McGraw-Hill New York, 1979.
[3] J. Hagenauer,“Rate-compatible punctured convolutional codes (RCPC codes) and their applications,”IEEE Trans. Comm., vol. 36,4, pp. 389-400, 1988.
[4] B, Sklar, “Digital Communications Fundamentals and Application”. Prentice-Hall International, 2001.
[5] M. D. Adams, “The JPEG-2000 Still Image Compression Standard,” ISO/IEC JTC1/SC29/WG1 (ITU-T SG8), 2001.
[6] J.M. Shapiro,“Embedded image coding using zerotrees of wavelets coefficients,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 41, pp. 3445-3462, Dec. 1993.
[7] A. Said and W. A. Pearlman,“A new, fast, and efficient image codec based on set partitioning in hierarchical Trees,” IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., vol. 6, pp. 243-250, June 1996.
[8] 戴顯權 編著, “資料壓縮”,松崗電腦圖書, 2001.
[9] 戴顯權,陳政一 編著, “JPEG 2000”,紳藍電腦圖書, 2002.