【摘要】：機(jī)上載荷獲取的視頻圖像數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮后在誤碼率為1×10-5的無線通信鏈路中傳輸時(shí)極易受到干擾,從而使得地面終端無法正常解碼顯示。本文通過分析無人機(jī)測控下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸誤碼模型,設(shè)計(jì)了一種高效的糾刪編碼技術(shù)以提高壓縮后碼流的抗誤碼性能。該算法首先將編碼后的數(shù)據(jù)按照一定數(shù)量的字節(jié)數(shù)進(jìn)行分幀,對分幀后的數(shù)據(jù)按列進(jìn)行改進(jìn)后的快速范德蒙糾刪編碼;然后對編碼后的數(shù)據(jù)再按幀格式進(jìn)行快速循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)編碼;最后將編碼后的碼流送入信道傳輸。仿真結(jié)果表明,該糾刪編碼抗誤碼技術(shù)能夠?qū)⒄`碼率為1×10-5信道降低到1×10-8左右,可以使得經(jīng)過高壓縮比后的視頻碼流正確解碼顯示。此外設(shè)計(jì)時(shí)使用的糾刪編解碼技術(shù)運(yùn)算量低、延遲小、非常易于硬件實(shí)現(xiàn)。提出的高效糾刪編碼技術(shù)已成功應(yīng)用于多項(xiàng)無人機(jī)測控系統(tǒng)。
【圖文】：

提出并實(shí)現(xiàn)了一種低復(fù)雜度、高效率的抗信道誤碼的保護(hù)措施。該算法較好地解決了高效視頻壓縮碼流在誤碼率較高的無線通信鏈路傳輸后，在終端系統(tǒng)無法正確解碼顯示這一實(shí)際工程難題。另外，還解決了傳統(tǒng)糾刪編碼算法中編譯碼復(fù)雜度高，難以在嵌入式軟件系統(tǒng)中實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的問題，且大幅度提高了糾錯(cuò)效率。整個(gè)算法復(fù)雜度低，資源消耗少，同時(shí)也非常易于全硬件電路實(shí)現(xiàn)。２算法的提出與實(shí)現(xiàn)２．１算法背景為了設(shè)計(jì)出合理的針對飛行器測控系統(tǒng)下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼保護(hù)措施，本文根據(jù)ＣＣＳＤＳ標(biāo)準(zhǔn)，建立了如圖１所示的飛行器下行信道數(shù)據(jù)傳輸模型。該傳輸模型外面采用ＲＳ糾刪編碼，內(nèi)碼采用卷積碼。其中：ＲＳ參數(shù)為（２５５，２３９）；糾正錯(cuò)誤比特?cái)?shù)為８；交織采用２×８卷積；交織編碼參數(shù)為（２，１，１）；調(diào)制方式為ＢＰＳＫ。為了使經(jīng)過Ｖｉｔｅｒｂｉ譯碼、解交織和解ＲＳ后的信道誤碼率為１．０×１０－５，ＡＷＧＮ信道的信噪比（ＳＮＲ）設(shè)置為１．１４ｄＢ，模型末端對誤碼進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。對上述模型進(jìn)行誤碼仿真，其誤碼統(tǒng)計(jì)如圖２所示。從圖２可以看出，誤碼不再體現(xiàn)ＡＷＧＮ信道的隨機(jī)特性，而是以數(shù)據(jù)包的形式出現(xiàn)，且誤圖１無人飛行器下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸模型Ｆｉｇ．１ＭｏｄｅｌｏｆｄｏｗｎｌｉｎｋｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｆｏｒＵＡＶ１９３９第７期李其虎，等：面向無線鏈路壓縮數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)母咝Ъm刪編碼

圖２誤碼統(tǒng)計(jì)分布圖Ｆｉｇ．２Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂｉｔｅｒｒｏｒ圖３糾刪編碼原理圖Ｆｉｇ．３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｒａｓｕｒｅｃｏｄｉｎｇ碼出現(xiàn)的時(shí)間間隔較大。這種誤碼形式表明在信源端先采用糾刪編碼可以起到抗誤碼保護(hù)的作用。糾刪編譯碼的原理如圖３所示，其可以簡單概括描述為：信源端將ｋ個(gè)信源數(shù)據(jù)包按照一定的策略編碼為ｎ個(gè)數(shù)據(jù)包（ｎ＞ｋ），編碼后產(chǎn)生的ｎ個(gè)數(shù)據(jù)包被送入信道進(jìn)行傳輸。只需在接收端收到一定數(shù)據(jù)的編碼數(shù)據(jù)包ｋ′就可以正確恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。目前糾刪編碼主要分為ＲＳ（ＲｅｅｄＳｏｌｏｍｏｎ）碼，ＬＤＰＣ（Ｌｏｗ－ＤｅｎｓｉｔｙＰａｒｉｔｙ－Ｃｈｅｃｈ）碼和數(shù)字噴泉碼（ＦｏｕｎｔａｉｎＣｏｄｅ）。雖然ＬＤＰＣ碼和數(shù)字噴泉碼的糾錯(cuò)性能好于ＲＳ碼，在衛(wèi)星通信和深空通信中應(yīng)用也較為廣泛，但是由于它們受編碼算法的復(fù)雜度和應(yīng)用機(jī)制的限制，如噴泉碼需要反饋信道，這兩種編碼方式并不適用于飛行器測控系統(tǒng)下行鏈路數(shù)據(jù)抗誤碼傳輸。而ＲＳ碼也是一類有著很強(qiáng)糾錯(cuò)能力的編碼方式，它不僅能糾正突發(fā)錯(cuò)誤，還可以糾正隨機(jī)錯(cuò)誤。本文所設(shè)計(jì)的抗誤碼保護(hù)措施就是基于范德蒙糾刪編碼方式的。２．２算法數(shù)學(xué)原理范德蒙糾刪編碼的糾刪編碼生成矩陣采用了范德蒙矩陣。范德蒙糾刪編碼的數(shù)學(xué)過程是將待編碼的數(shù)據(jù)矩陣Ｄｋ×ｍ與生成矩陣進(jìn)行矩陣Ｇｎ×ｋ相乘，從而得到傳輸矩陣Ｅｎ×ｍ，再在接收端利用伴隨矩陣Ｓ找出錯(cuò)誤行，并利用校驗(yàn)矩陣Ｓ進(jìn)行錯(cuò)誤恢復(fù)。對于標(biāo)準(zhǔn)糾刪編碼，其編譯碼過程中最大的問題是算法復(fù)雜度太高，算法的復(fù)雜度主要集中在計(jì)

圖２誤碼統(tǒng)計(jì)分布圖Ｆｉｇ．２Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂｉｔｅｒｒｏｒ圖３糾刪編碼原理圖Ｆｉｇ．３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｒａｓｕｒｅｃｏｄｉｎｇ碼出現(xiàn)的時(shí)間間隔較大。這種誤碼形式表明在信源端先采用糾刪編碼可以起到抗誤碼保護(hù)的作用。糾刪編譯碼的原理如圖３所示，其可以簡單概括描述為：信源端將ｋ個(gè)信源數(shù)據(jù)包按照一定的策略編碼為ｎ個(gè)數(shù)據(jù)包（ｎ＞ｋ），編碼后產(chǎn)生的ｎ個(gè)數(shù)據(jù)包被送入信道進(jìn)行傳輸。只需在接收端收到一定數(shù)據(jù)的編碼數(shù)據(jù)包ｋ′就可以正確恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。目前糾刪編碼主要分為ＲＳ（ＲｅｅｄＳｏｌｏｍｏｎ）碼，ＬＤＰＣ（Ｌｏｗ－ＤｅｎｓｉｔｙＰａｒｉｔｙ－Ｃｈｅｃｈ）碼和數(shù)字噴泉碼（ＦｏｕｎｔａｉｎＣｏｄｅ）。雖然ＬＤＰＣ碼和數(shù)字噴泉碼的糾錯(cuò)性能好于ＲＳ碼，在衛(wèi)星通信和深空通信中應(yīng)用也較為廣泛，但是由于它們受編碼算法的復(fù)雜度和應(yīng)用機(jī)制的限制，如噴泉碼需要反饋信道，這兩種編碼方式并不適用于飛行器測控系統(tǒng)下行鏈路數(shù)據(jù)抗誤碼傳輸。而ＲＳ碼也是一類有著很強(qiáng)糾錯(cuò)能力的編碼方式，它不僅能糾正突發(fā)錯(cuò)誤，還可以糾正隨機(jī)錯(cuò)誤。本文所設(shè)計(jì)的抗誤碼保護(hù)措施就是基于范德蒙糾刪編碼方式的。２．２算法數(shù)學(xué)原理范德蒙糾刪編碼的糾刪編碼生成矩陣采用了范德蒙矩陣。范德蒙糾刪編碼的數(shù)學(xué)過程是將待編碼的數(shù)據(jù)矩陣Ｄｋ×ｍ與生成矩陣進(jìn)行矩陣Ｇｎ×ｋ相乘，從而得到傳輸矩陣Ｅｎ×ｍ，再在接收端利用伴隨矩陣Ｓ找出錯(cuò)誤行，并利用校驗(yàn)矩陣Ｓ進(jìn)行錯(cuò)誤恢復(fù)。對于標(biāo)準(zhǔn)糾刪編碼，其編譯碼過程中最大的問題是算法復(fù)雜度太高，算法的復(fù)雜度主要集中在計(jì)

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