信源信道联合编码研究
摘要本文研究了信源信道联合编码，讨论现代数据压缩、语音和视频编码体制抗信道误码所采用的典型方法。

掌握目前典型的抗信道误码方法，对进一步构造具有高恶劣信道适应性的数据压缩、语音和视频编码体制，具有重要意义。

关键词信源信道联合编码数据压缩语音编码视频编码抗信道误码
一、引言
目前，数据压缩、语音和视频编码研究在实用领域中，已取得长足进步。

实用的数据压缩、语音和视频编码体制的抗信道误码能力非常重要，其能力的强弱可以决定编码体制的适用环境。

虽然以光纤为代表的现代通信信道的质量已得到极大的提高，但随着移动通信、卫星通信、军事通信等具有特殊通信信道的通信的发展，数据压缩、语音和视频编码体制的抗信道误码能力越来越受到人们的重视。

信号经压缩后，信息“浓度”大，传输中若产生误码，给解码器带来的影响将比未压缩系统严重的多，因而，对于具有实用价值的压缩系统，除了编/解码器的设计以外，压缩后信号的抗信道误码能力也是需要认真考虑的一个问题。

二、增强信源编码系统抗信道误码鲁棒性的方法
为了实现强抗误码能力，人们已经做了许多深入的研究，主要集中在两个方面：提高体制内在的抗信道误码能力和对所传输比特流加以保护的前向纠错。

（一）提高信源编码系统内在的抗信道误码能力
提高信源编码系统自身对信道误码的抵抗力，其根本在于降低信源编码系统对参数正确传输的依赖性，减小传输错误可能的进一步扩散。

1.数据压缩
huffman编码和算术编码在图像、视频压缩中得到广泛应用。

当前主流的图像、视频压缩体制，核心是dpcm、变换与熵编码，这里的熵编码，通常就是指huffman编码或算术编码。

huffman编码是异字头码，其正确传输的码流仅可以以唯一的方式被分割。

当误码发生时，被污染的码段及其后的若干码字会出现译码错误，甚至不能依规则分割，但是，若干位之后，码字会重新由于其唯一可译的性质而被正确分割，从而正确译码。

可见，huffman码会扩散传输错误，但存在该被扩散的误码影响被自动克服的可能。

算术编码可以认为是将整个信源流作为一个整体考虑，编码、译码中，其码字是相互耦合的。

因此，当某码字传输出错时，会影响由此以后的所有码字的译码，其错误的扩散是严重的。

这是目前图像编码中huffman编码仍比算术编码应用广的一个主要原因。

除了减小作为一个整体的信源流的规模，以限制误码影响的范围，用编码效率的降低换取信道误码的鲁棒性的提高之外，采用前向纠错时，也可以将算法编码的特性综合考虑，利用算法的先验知识设计信道编码。

2.语音编码
低速语音编码体制的编码参数一般有：谱参数、基音参数、能量参数、u/v判别参数、激励码本参数等。

其中，前三类参数通常为各编码体制共有，u/v判别参数为mbe类体制采用，激励码本参数为celp类体制使用。

上述参数对信道误码的敏感程度各不相同。

参数对信道误码敏感，它受误码攻击后，对恢复语音质量造成的负面影响很大。

因此，有必要仔细研究语音参数对信道误码的敏感程度，以便采取如下可能的两种手段：（1）尽量传输敏感性弱的参数；（2）对敏感性强的参数加以较强的抗误码保护。

3.视频编码
前已提及，目前的视频编码，其核心算法一般是基于dpcm、变化和熵编码的。

其中，帧间的dpcm通常指运动补偿。

运动补偿采用预测方法，由于极大地消除了视频信号中相邻帧之间的冗余而给编码器带来了很高的压缩率。

然而，在差错控制中，它却是一个很大的不利因素，因为参考帧的数据不仅用于自身图像重建，而且还要作为后续预测帧解码的参照，因此，一旦发生数据丢失，差错将“传染”给随后的图像序列。

为了防止预测编码可能造成的差错传递，一个简单的办法是当解码器检测到参考帧的数据出错后，立即发信息给编码器，要求将下一帧图像做参考帧编码，这样就将出错帧与后续帧隔离开，防止了“传染病”的扩散，这种做法的好处是差错仅出现于一帧图像中，而一帧由于持续时间很短，人眼很难感觉到
它的错误。

（二）信源编码系统使用前向纠错
前向纠错是在信源编码完成之后，往传输比特流中加入冗余比特进行信道编码。

应用于语音、视频编码体制的前向纠错必须充分考虑语音、视频编码的特性，以充分发挥前向纠错的功效。

虽然随机误码是抗信道误码措施考虑的重点，但现实信道中却往往出现突发错。

突发错可以用交织技术分裂为随机错。

交织技术以两种方式提供比特位置分散化，即帧内和帧间交织。

帧内交织在一个处理帧内将不同参数的比特交织起来，并不增加时延，因而得到了广泛应用。

帧间交织则进一步将不同处理帧的参数比特交织，由于有更多的比特参加交织，因而可以提供更有效的交织结果。

但是，帧间交织显然会引入时延。

三、总结
抗信道误码能力是数据压缩、语音和视频编码体制的一个重要指标。

本文主要阐述了抗信道误码的两类措施，即考虑及提高信源编码系统内部抗信道误码的能力和使用前向纠错技术。

一般而言，在设计数据压缩、语音和视频编码体制时，必须根据该体制的应用环境，相应地设计其内部抗信道误码能力和前向纠错手段。

由于体制内部抗信道误码能力的提高通常并不需要增加传输比特率，因此，更受到研究者的关注，进一步工作的重点也在于此。

参考文献：
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[2]杨行峻，迟惠生等. 语音信号数字处理.北京：电子工业出版社，1995.。