摘要：在本文中，我们采用(2,1,3)卷积码，仿真和讨论了标准图象通过具有四种不同调制方式和两种不同车速的八个移动信道的神经网络译码器性能，并且研究了在移动信道中卷积码快衰落特征对图象传输可靠性的影响和纠错性能。我们得到一些重要的结果和提出一些移动通信系统中图象传输的建议。

    关键词：神经网络  图象处理  移动信道

1.引言

    移动信道图象传输成为继移动信道高速数字声音传输之后的又一先进形式，由于移动环境中快衰落特征的影响，图象数字传输可靠性的问题成为新的研究主题。

    我们利用已经产生的移动快衰落信道作为数字声音传输的背景，移动数字声音数据传输可靠性作为目标，采用BCH码、卷积码和交织方法完成了一系列研究和得到了一些结果[1][2]。 在固定通信环境中信道的影响是，没有压缩图象数据传输具有“雪花点”状干扰，如果图象压缩后数据传输则造成“方块”状干扰，并且它们都反映了信道的随机特性。采用卷积码，图象的质量变得非常好，没有压缩图象的性能比压缩图象的性能感官上明显好得多[3]。

    在本文中，我们采用(2,1,3)卷积码，仿真和讨论了一个标准图象(256×256,8bit/point)传输通过包含四种不同调制方式和两种不同车速的八个移动信道的抗干扰问题。通过改变车速和调制方式来改变模型参数，比较和分析了信源编码和信道编码对图象质量的影响，以及卷积码交织技术的性能改进情况。

2.图象传输系统

    整个图象传输系统包括三个主要部分：图象采集编码部分、通信部分和神经网络（NN）译码恢复部分。图象传输信道采用移动数字信道[4]，系统模型如图1所示。 

3.移动信道模型

    设计移动数字信道的差错控制抗干扰系统包括两个方面的内容：一是如何利用信道模型合理地、准确地描述这种特殊信道的误码特征，这称之为：信道模化问题;二是在给定的信道模型基础上，讨论不同编码方案的纠错性能。

    移动数字信道是一种典型的突发与随机错误并存的混合信道，以多经效应和阴影效应为主要干扰，其它各种类型干扰共存的复杂的通信信道，使通信质量大大降低，信息丢失严重，使经典的固定通信环境下(无长突发误码干扰)通常采用的纠错抗干扰方案面临新的挑战。研究表明移动信道可以由简单分群的Markov模型仿真[5][6]。

    简单分群的Markov模型（见图2），它只有一个错误状态，其余N-1个状态都是无误状态，而且各无误状态间不能转移。图2中显示的不同参数可由差错序列的无误串分布G（m）即P（0m/1）完全确定。曲线方程如下表示：

    其中AI（I=1,2,...N-1），(j(j=1,2,...,N-1)代表最佳曲线拟合参数，x代表无误串长度。根据文献[6]，令x=m, N=4，4状态模型参数就确定了。其状态转移概率矩阵P由下式给出：


    Swarts等人[7]以南非的约翰内斯堡市为研究对象，进行了不同副载波调制方式、不同传信率、不同车速、不同环境下的移动数字信道的大量场试验测试。四状态Markov模型参数如下：

4.结果分析

    根据前面提出的图象传输系统和移动信道模型，采用(2,1,3)卷积码将标准图象数据（256(256，8比特/点）进行编码，然后通过移动信道，并利用神经网络译码方法进行解调结果显示如图3.1～5.4和表1。

适度衰落信道图象传输性能(车速40km/h)

    从图3.1～4可以看出，如果车速不太快，移动信道引起的错误叠加到图象上表现出“子弹痕迹”状噪声，这些没有纠错的原始图象体现了移动信道的特性。我们发现这些图象包含了“雪花”和“短划痕”噪声，然而，这些图象中的噪声通过交织后变成“雪花”噪声或修正回原始图象质量。同时显示出卷积码只能纠正一定长度的突发错误，反映了卷积码纠错能力是有限度的。

快衰落信道图象传输性能(车速100km/h)

    从图4.1～4可以看出图象数据经过快速环境传输后，在照片上存在“长划痕”噪声。通过比较图.4.1～2 和图3.1～2 (FSK DPSK, 不同车速)，我们发现快车速通信环境对图象的影响更严重，而且FSK调制方式卷积码解调不适合于移动信道的纠错方案。通过比较图4.3～4和图3.3～4(QPSK 8PSK,不同车速)，可见，QPSK和8PSK调制方式卷积码解调是适合于较快车速移动信道的。从图5.1～图5.4可以看出，卷积码使用纠错技术后图象质量改善不大，可是从表1看出误比特率至少提高一个数量级。所以，可以采用先进的抗干扰方案来解决正确性与可靠性的矛盾。

5.结语

    对于非快衰落信道，采用卷积码图象质量的改善是相当明显的，所以对于传输图象信道，如电话、光纤、卫星信道等等，可以采用卷积码抗干扰技术解决噪声干扰问题。QPSK和8PSK调制方式卷积码解调适合于车辆移动信道，FSK和DPSK调制方式卷积码解调是不适合于移动信道纠错方案。另外，为了改善纠错码的性能，交错技术可以把突发错误变为随机错误，因而交错技术是强有力的方法。

    根据设计最佳通信系统的要求，为了设计出最佳编码方案，在信源编码与信道编码之间必须系统地考虑到，如基于图象数据比特的压缩方案，另外，怎样用不同保护度编码图象数据来保存编码数据和改善效率是一个重要话题。