收稿日期：2011－06－09；修回日期：2011－09－15
基金项目：安徽工程大学青年科研基金项目（2010YQ042）
作者简介：陈富春（1974－），女，安徽安庆人，硕士研究生，主要研究方向为多媒体传感器网络与分布式信源编码研究；周鸣争，教授，主要研究方向为人工智能与网络安全。
分布式信源编码在视频编码中的应用研究
陈富春，周鸣争
（安徽工程大学计算机与信息学院，安徽芜湖241000）
摘
要：分布式视频编码对编码器的功耗、复杂度、存储能力和传输能力都有较高的要求，而分布式信源编码理论正好适
应了这一需求。为了使人们对这一技术有所了解，首先阐述了分布式视频编码的基本原理与其应用研究现状。并针对多视点分布式视频编码的Wyner－Ziv 编解码器设计、虚拟“相关信道”建模、辅助边信息生成等几项关键技术存在的问题及最新研究进展进行分析和实验，最后总结了分布式信源编码理论在多视点视频编码的发展与研究方向。关键词：分布式信源编码；分布式视频编码；多视点；边信息中图分类号：TP39
文献标识码：A
文章编号：1673－629X （2012）01－0198－04
Application and Research of Distributed Video Coding
Based on Distributed Source Coding
CHEN Fu－chun ，ZHOU Ming－zheng
（Department of Computer ＆Information ，Anhui Engineering University ，Wuhu 241000，China ）
Abstract ：Distributed video coding has higher demands on power consumption ，complexity ，storage capacity and transmission capacity of the encoder ，
whereas the distributed source coding theory adapts to the needs．Firstly ，theoretical foundations and developments of distribu-ted video coding （DVC ）are described．Questions and solutions proposed recently of several key techniques in multi－view DVC such as Wyner－Ziv coder ，modeling of the virtual “correlation channel ”，side information construction are analyzed and tested．Finally ，the re-search directions and some other promising application scenarios of the distributed source coding in multi－view DVC are discussed．Key words ：distributed source coding ；distributed video coding ；multi－view ；side information
0引言
随着多媒体传感器网络和各种视频设备的快速发展，如无线摄像机、带摄像头的手机、无线视频监控、3DTV 和自由视点电视的迅速普及发展，传统的那种一次编码多次播放、多次解码的“一对多”的广播模型已经不适用于目前各种嵌入式的、低功耗的应用场合
［1］
。现在的多媒体网络中有多个视频输入和输出码
流，而这些码流由网络中的多个分布式设备分散采集并集中式处理，并且在一个充满噪声并且带宽有限的无线网络传输环境下，
因此，传统的高复杂度的视频编解码技术不能同时满足这些需求，也不再适用。“多对一”
多媒体应用环境迫切需要一种新的编码体制，该编码系统必须满足低功耗、低复杂度、高压缩率和鲁棒性。针对这些情况，
基于分布式信源编码原理的视频编码框架—分布式视频编码（DVC ，
Distributed Video Coding ）开始受到关注，这种视频编码具有编码简单、解码较复杂、并且能够实现较为高效的压缩、抗误码特性好等特点
［2］
。尤其多视点分布式视频编码系统，它
的结构特性更加适合自由视点电视和多视点视频编码的应用场合。多视点编码系统提供了一种全新的视频编码理念，它在无线多媒体传感器网络中具有强大的竞争力和更广阔的应用前景。
1分布式视频编码基本原理及框架
分布式视频编码的思想最早分别由Slepian ［3］
和
Wolf ［4］，Wyner 和Ziv 以信息编码理论的方式提出。并且加以论证。而分布式视频编码的算法实现是从2002年开始，有学者进行相关领域的研究，并逐渐引起关注。它的基本原理如下：
假定X 和Y 为两个统计相关的离散无记忆信源。根据Shannon 的信息论，当X 和Y 进行联合编码和联合解码时，编码码率必须满足Rx +Ry ＞=H （X ，Y ），这样才能在解码端无损的重构X 和Y 。Slepian －Wolf 研究了X 和Y 独立编码联合解码时，
X 和Y 无损压缩最低码率，指出在上述编码条件下，
X 和Y 无损压缩的总码率第22卷第1期2012年1月
计算机技术与发展
COMPUTER TECHNOLOGY AND DEVELOPMENT
Vol．22No．1Jan．2012
下限为R =Rx +Ry =H （X ，
Y ）。该码率与X 和Y 联合编码和解码条件下码率相同。Wyner－Ziv 理论是使用解码端辅助信息的有损分布式编码失真理论。可以看成是在Slepian－Wolf 加上一个码字量化器。
在DVC （分布式视频）编码方案中，这些信号可以是视频序列中的参考帧和预测帧。当进行联合编码时，联合编码就是通过参考帧对预测帧做运动估计、运动补偿
［5］
。在已知帧与帧之间的相关性前提下，单独
编码并不影响理论的最小编码效率，仍可以达到和传统的联合编码同样的效率。但是单独编码的复杂度大大降低。分布式视频编码就是利用了上述两个理论的思想。通过在编码端独立编码、解码端联合解码的方法把位于编码端由于运动估计、
运动补偿产生的计算复杂度转移到解码端。这就是分布式视频编码的基本原理。
分布式信源编码具有抗误码性能强、低复杂度、适用于多终端、多视点视频编码等特性，已经引起了国内外众多学者们的关注，
现在分布式视频编码比较典型的几个模型包括：斯坦福大学Girod 等人提出的斯坦福模型、伯克利大学Ramchandran 等人提出的伯克利模型、
以及欧盟信息技术协会下的未来和新兴技术组2005年开始支持的DIS－COVER 项目。文中采用了离散余弦变换域编码框架是基于斯坦福模型的，如图1所示。输入视频数据先经过DCT 变换，
得到低频和高频系数。低频系数成分通过量化后将校验位通过WZ 编码发送，而高频系数成分通过熵编码直接发送。
图1分布式视频编解码框图
2分布式信源编码在视频编码中的应用研究及进展
随着多媒体传感器网络技术的发展，人们开始对
多媒体传感器网络中多视图成像产生了兴趣。这一技术也开启了各种新的应用研究课题
［6］
，比如虚拟视图
合成、高性能成像、图像/视频切割、物体的跟踪/辨认、环境监测、远程教育、工业检测、3DTV 、以及自由视点
电视（FTV ）等。尽管有些技术仅用普通的单目图像/视频就能胜任，但多视点的可用性显著拓宽了应用的领域，即可以增强性能和使用者的感官体验。分布式编码在无线多媒体传感器网络的应用是目前一个较新的研究热点。美国加州大学的学者们提出了一种使用多视点计算机视觉的分布式视频传感器网络压缩算法。分布式视频编码的兴起为多视点视频编码提出了一种崭新的解决方案。目前分布式视频编码研究领域有单视点分布式视频编码、多视点分布式视频编码。而多视点分布式视频编码的研究的问题关键点主要集中在Wyner－Ziv 编解码器、相关性模型的建立、边信息的形成技术等方面。
3
多视点视频编解码的关键问题
3．1
速率可变的Wyner－Ziv 编解码器
分布式视频编码的理论基础是上述所说的Slepi-
an－Wolf （S－F ）无损编码理论与有损编码Wyner －Ziv （W－Z ）编码理论，一个性能优良的W－Z 编解码器对提高分布式视频编解码的效率十分重要。WZ 编码器实际上由一个SF 编码器和一个前置量化器组成。分布式视频解码器主要由如下三部分构成：解码器、边信息生成模块以及重建模块
［7］
。在多视点视频编解码
方案中是将信源视频序列分割成多个视角GOP （Group of Pictures ），每个视角是由一个K 帧和多个WZ 帧构成。其中，K 帧图像采用传统的视频编码器进行编码，
WZ 帧的图像被送入分布式编码器。对于该图像，首先，把视频图像帧划分成空间上互不重叠的块；然后，进行变换块，量化变换系数；最后，送入编码器中进行编码生成伴随式或
校验式码流。
由于视频内容也不同，视频运动快慢也不同，视频的相关性强弱也不一样。相关性比较强的视频帧，信源可以被压缩到一个较小的码率。而相关性较弱的视频帧，同样条件下压缩得到的码率会大于相关性比较强的视信源
［8］
。因此视频帧之间的相关性是时变的。为
了和视频帧之间这种时变的相关性相匹配，DVC 核心的W－Z 编码器必须提供灵活可变的编码速率，而不是一个恒定编码速率
［9］
。一些专家们提出了GOP 大小
可自适应并且可改变的W－Z 视频编码器，即在编码端
·
991·第1期陈富春等：分布式信源编码在视频编码中的应用研究
利用时域相关性，通过分析视频运动特征来自适应地
选择GOP长度大小，而解码器则根据GOP大小灵活进行运动估计。实验结果表明，这种灵活自适应的GOP长度比固定GOP长度，率失真性能提高了0．4 dB。目前主要的分布式信源编码技术都是发源自信道编码的思想，方法主要在解决那些相关的二进制信源的编码问题，而在实际应用场景中存在众多的相关多进制信源。文献［10］中分别采用打孔的Turbo码和打孔的LDPC（Low－Density Parity－Check）码来实现了这一要求。但是LDPC码在经过一定程度的打孔之后性能会变得很差，文献［11］中D．Va－rodayan提出了一种构造基于LDPC的分布式信源编码方法，称之为累积的LDPC码，实验验证其性能不下降，但编码效率提高。文献［12］提出了基于多进制LDPC码的方案，实验结果表明该方法在对相关性不平稳的相关非二进制信源进行可变速率的分布式信源编码优于传统的基于二进制的编码方法。
3．2准确的虚拟“相关信道”模型
多视点获取的同一场景视频数据序列具有大量的冗余数据。可以通过利用时间和视角空间的相关性来对这些数据进行联合压缩。为了能高效地对图像进行编码、传输和处理，需要对图像内容进行适当的建模。这就需要建立相关性模型。对多视点分布式视频编码的资源分配、速率控制和编码性能优化，相关性模型都扮演着非常重要的角色。最初学者们根据有损分布式理论假设了一种非常简单的加性高斯模型，它对很多简单的相关信源是很有效果的。但是，在多媒体传感器网络多视图图像中，由于摄像机阵列拍摄出的照片中在时间、空间中都存在很大的相关性，信源相关性显示出很强的时空差异；分布式信源节点间不进行相互通信，所以编码器不能获得其它节点的边信息；再次，信源的相关性是随时间变化的，而且一般这种变化比往返传输的延时要快。这样就限制了解码实时应用。因此简单加性高斯模型就不再适用多视点视频编码。学者们在探索一种能够反映时空相异性的互相关模型，并且利用该模型优化信源压缩率，这已经成为多视点分布式视频压缩领域的一个重要的研究课题。Ivana Tosic［13］和PierLuigi Dragotti［14］针对多视点分布式视频系统都提出各自的时空相异性的互相关模型。3．2．1基于全光方程的相关性模型
基于多视图几何原理的PierLuigi Dragotti的相关性模型如下。用x表示像素值，f（x）表示从视频传感器网络节点得到的空间边信息，ε为相应的像素位移。根据多视图几何原理可知，f（x+Δx），‖Δx‖≤ε，其中信源f（x）与其边信息的相关系数可以表示为下式：
φ（Δx）=
∑
x
f（x）f（x+Δx）
∑
x
f（x）
槡2∑x f（x+Δx）
槡2
（1）相关性可以表示成ε的函数，记为φ（x）。当ε比
较小，图像大部分是不变的，选择函数φ（ε）=e－λε1/2进行相关性估计。
3．2．2图像稀疏逼近的互相关模型
先构造一个m?n元素字典，并从该字典中找到一个有最佳线性组合的m项原子来表示一幅图像，这种方法被称作图像的稀疏逼近。字典中的元素被称为原子，一副稀疏图像就可以用这种字典表示，字典的构建尽可能地被逼近图像信号的原始结构，并且其构成几乎可以没有任何限制。学者IvanaTosic等人采用稀疏图像逼近的方法针对全方位视图创建了多视图图像间的相关性模型。如下：
y=∑k∈l x kφk+η=φl c+η（2）
该式中｛k｝是从过原子库中选出的一组原子集合，y是n维图像信号，图像被稀疏分解后再进行分布式编码，这样可以大大提高编码效率。实验表明上述的两种相关性模型都是在解码端实时地估计视频帧间相关性的变化，并且能够动态地改变虚拟“相关信道”的模型参数使它更接近于真实情况，这样就可以提高分布式视频编码的效率。
3．3准确的边信息的形成
如何形成准确的边信息是分布式视频编码的一个突出难点。边信息是指在解码端用来辅助WZ帧编码信息进行联合解码的信息。边信是对当前WZ帧的预测，如果预测精度越高，说明边信息与WZ帧越接近，经过信道解码后误码率就越低。另外，在重建过程也需要用到边信息，并且如果边信息的预测精度越高，那么重建后的效果越好。
在多视点视频编码中生成准确的边信息更加重要，多视点视频系统中的边信息有时间边信息、空间边信息，如何获取这两种边信息，以及生成更加准确的边信息［15］，学者Dufaux．F等人提出：在多视点分布式视频编码系统中的边信息，可以采用同一摄像机所得的具有时间相关的帧图像序列和不同摄像机所得具有空间相关帧图像序列得到，并将所得图像帧各种不同边信息进行融合得到更加准确的边信息。下面实验，分别用M－CI表示运动补偿内插法时间边信息、M－CE 表示运动补偿外推法时间边信息、TT表示空间边信息。对应像素的预测值可以被表示为如下函数：
W
M－CI
f
M－CI
+W
M－C E
f
M－C E
+W
TT
f
TT
（3）
该式中的W
M－C I，
W
M－C E
，W
TT
为3种边信息对应的权重系数。它们满足关系式：
·
002
·计算机技术与发展第22卷
W
MI，+W
ME
+W
TT
=1（4）
f
M－C I ，f
M－C E
，f
TT
表示3种边信息对应的像素值。
仿真实验如图2所示（分别选取3组视视频仿真实验）
。
图23种边信息生成算法的RD曲线
仿真结果表明：M－CE（运动补偿外推）可以使率失真性能提高3 4dB，M－CI（运动补偿内插）可以使率失真性能提高1 2dB，而融合算法可以使空间边信息的使率失真性进一步提高到0．3dB左右，并且边信息的主观质量也有明显提高，从而更加适用于那些建立3－D模型的特殊应用场合。该方法显著提高了生成的辅助边信息帧的准确性。
4结束语
分布式视频编码在多媒体传感器网络中地应用越来越广泛，但是，目前多视点分布式视频编码的编码与传统的视频压缩编码相比较在效率仍然存在一定的差距，其主要原因可归纳为如上文所述的3个关键点的主要性能都有待提高。而其中对编码性能影响最大的应该是如何对虚拟“相关信道”建立准确的模型并估计其参数，如何在解码端生成最佳的辅助边信息。尽管目前性能仍不理想［16］，但多视点分布式视频编码所具有的编码低复杂度、低功耗、鲁棒性等优良特性仍使其在三维电视、4D电影多媒体领域以及军事、安防和医疗领域的视频监控等方面都具有众多的潜在应用，值得继续进行研究。
参考文献：
［1］罗武胜，翟永平，鲁琴．无线多媒体传感器网络研究［J］．电子与信息学报，2008，30（6）：1512－1515．
［2］胡晓飞，朱秀昌．从多视点DVC到多视点DVC的研究进展［J］．中国图像图形学报，2009，14（10）：1925－1933．［3］Slepian D，Wolf J．Noiseless coding of correlated information sources［J］．IEEE Trans on Inf Theory，1973，19（4）：471－
480．
［4］Wyner A，Ziv J．The rate－distortion function for sourcecoding with side information at the receiver［J］．IEEE Transi on In-
form Theory，1976，22（1）：1－10．
［5］王尊亮，李学俊．分布式视频编码技术研究进展［J］．计算机工程与设计，2010，31（3）：550－554．
［6］Varodayan D，Aaron A，Girod B．Rate－adaptive distributed source coding using low－density parity－check codes［J］．
EURASIP Signal Processing Journal，Special Issue on Distribu-
ted Source Coding，2006，86：3123－3130．
［7］刘光，房胜，尉希娟．可伸缩视频编码的码率控制技术研究［J］．计算机技术与发展，2010，20（10）：15－19．
［8］周鸣争，楚宁，周涛，等．一种基于能量约束的传感器网络动态数据融合算法［J］．仪器仪表学报，2007，28（1）：
172－175．
［9］Ascenso J，Brites C，Pereira F．Content adaptive Wyner－Ziv video coding driven by motion activity［C］//Proceedings of
IEEE International Conference on Image Processing．Atlanta，
GA，USA：［s．n．］，2006：605－608．
［10］Wang Z L，Li X M，Li J．Q－LDPCA based distributed coding for asymmetrical correlated non－binary sources［C］//Pro-
ceedings of the9th International Conference on Signal Pro-
cessing．Beijing：IEEE Computer Society Press，2008：1842－
1845．
［11］关春生．Turbo码在分布式信源编码中的应用研究［D］．北京：北京邮电大学，2008．
［12］卿粼波，何小海．分布式视频编码中边信息的多策略优化［J］．四川大学学报，2008，40（1）：138－143．
［13］Thirumalai V，Tosic I，Frossard P．Symmetric distributed cod-ing of stereo omnidirectional images［J］．Signal Processing：
Image Communication，2008，23（5）：379－390．
［14］Gehrig N，Dragotti P．Distributed compression of multi－view images using a geometrical coding approach［C］//IEEE Inter-
national Conference on Image Processing．San Antonio：［s．
n．］，2007：421－424．
［15］Dufaux F，Ouaret M，Ebrahimi T．Recentadvances in multiview distributed video coding［C］//SPIE Defense and Security
Symposium．Orlando：［s．n．］，2007：9－13．
［16］陆庆峰，毛羽刚，黎林坡，等．嵌入式无线视频监控系统的设计与实现［J］．计算机技术与发展，2010，20（8）：
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
12－16．（上接第197页）
［8］Donkor E，Villa C，Kumavor P．Demonstration of a Self－Syn-chronized Polyphase Sampling and Demultiplexing Scheme for
Radio－Frequency Analog Signals［J］．IEEE Photonics Tech-
nology Letters，2008，20（6）：452－454．
［9］梅文华，王淑波，邱永红，等．跳频通信［M］．北京：国防工业出版社，2005：89－125．
［10］Zhu Zhongliang，Mi Liang．Frequency－hopping sequences
based on chaotic map［C］//ICSP＇04．［s．l．］：［s．n．］，2004：
1825－1827．
［11］吴丹．跳频序列相关性度量研究及其在跳频同步捕获中的应用［D］．成都：电子科技大学，2009：15－17．
［12］卢高洁．数字频率合成器DDS的matlab实现［J］．学术探讨，2010（5）：23－25．
·
102
·
第1期陈富春等：分布式信源编码在视频编码中的应用研究
信息产业 分布式视频编码的特点及其优劣性分析 陈宝靖1丁娅力1韩少雄2 （1、甘肃电力信息通信中心交换网络处，兰州甘肃7300502、中国特种装备科研试验基地华阴，陕西714200） 1引言 分布式视频编码DVC(Distributed Video Coding)最早起源于20世纪70年代，Slepian 和Wolf 最早建立了无损分布式编码理论，而Wyner 和Ziv 则建立了有损分布式编码理论。有损和无损分布式编码理论奠定了DVC 的理论基础，但是由于缺乏具体的实现方法以及众多学者投身该理论的研究，导致分布式编码理论被提出以后发展缓慢。随着无线视频传感网络和无线视频移动设备的快速发展，DVC 的实现算法从2002年开始才有学者进行相关领域的研究，并 逐渐引起关注，成为图像通信领域一个研究热点[1-2] 。 近年来，随着DVC 技术的不断发展，有关学者研究了分布式编 码在传感器阵列中的应用[3-5] 。目前关于DVC 技术的研究尚处于初级阶段，影响DVC 应用的实际生活当中的主要问题是压缩效率相 对低、 解码器相对较为复杂。因此如何提高DVC 的压缩效率是其走上实际应用的关键所在。 2DVC 的特点 DVC 是一种具有全新理念的新一代视频压缩技术，该技术具 有抗误码能力强、 编码复杂度低，解码复杂度高以及方便使用和更改等特点[6] 。 2.1抗误码性 DVC 与信道编码具有内在的联系。从基本原理上来讲，分布式编码技术是一种信源信道联合编码技术，它对信道传输中抗噪声具有较好的鲁棒性。与现有的视频编码系统相比，DVC 系统可以限制 帧间误码扩散。DVC 编码WZ 帧时， 仅考虑当前帧与边信息之间的统计相关性，只要在解码端使用符合相关性的边信息即可正确解码。因此信道传输导致的丢包或误码不会影响其它图像帧的恢复， 显然， DVC 具有较强的容错能力。2.2编解码复杂度的灵活分配 基于DVC 的视频编解码器的复杂性是可以自由分配的，这是由于DVC 允许将编码端的部分复杂度转移到解码器一端，换句话说，分布式视频编码可以根据实际情况动态地决定编解码器的复杂度。经典的DVC 分配方案是采用低复杂编码器和高复杂度的解码器端，从而使得用户可以采用低消耗、便宜、轻便的编码终端。 2.3编码器独立可分级性 可分级视频编码是将视频信号编码成一个基本层和一个（或多个）增强层。基本层为接收端提供基本的服务质量保证，用户接收到的增强层码流越完整，质量改善就越明显。目前的可分级编解通常是基于基层向高层预测，要求编码器总是已知前一层的解码结果，以便实现连续增强的效果。DVC 使用相关性模型不需要循环预测编码，当前层不需要知道前一层的信息，低层码流可以通过不同的编解码器产生，具有编解码器独立的可分级性。 2.4多视角独立编码性 同一场景的不同视角存在较强的相关性。DVC 系统独立编码联合解码特点很适合多视角视频编码，即使摄像节点不相互通信、视图间的相关性可以在解码端使用，从而提高编码压缩效率。 3DVC 的优劣性 随着分布式编码技术的发展，未来几年DVC 技术将会有更广阔的发展前景，例如移动文件扫描仪，视频会议、移动视频邮件、一 次性视频相机、多视频娱乐等[4,6] 。表1总结了DVC 典型应用前景及其现存的优缺点。由表可以看，压缩效率相对偏低、解码器复杂度高是影响DVC 系统应用的瓶颈问题。 4结论 随着现代通信技术的飞速发展，面向无线传感器网络等新兴应用的分布式视频编码技术已经成为国内外众多学者们关注的热点问题。虽然目前DVC 系统的率失真性能与基于运动补偿的帧间编码仍存在较大的差距，然而它提供了一种全新的视频编码理念。DVC 系统的结构特性和传输鲁棒性使其在无线视频通信网络中具有强大的竞争力和广阔的应用前景。 参考文献 [1]Guillemot C,Pereira F,Torres L,etal.Distributed monoview and multiview video coding [J].IEEE Signal Processing Magazine.2007,24(5):67-76. [2]Wagner R.Distributed Image Compression in Camera Networks [D].USA:RiceUniversity,2004. [3]Yang Y,Stankovic V,Xiong Z,etal.Asymmetric code design for remote multiterminal source coding [A].Proceedings of the Data Compression Conference [C].Piscataway,USA:IEEE,2004.572.[4]Hu L,Liu Y,Yao Q.A distributed source coding for dense camera array [A].Proceedings of the International Conference on Signal Processing [A].Piscataway,USA:IEEE,2004.819~822. [5]曾鹏,于海斌,梁英等.分布式无线传感器网络体系结构及其应用支撑技术研究[J].信息与控制,2004,33(3). [6]Pereira F,Torres L,Guillemot C,et al.Distributed Video Cod －ing:Selecting The Most Promising Application Scenarios [J].Signal Processing:Image Communication 23(5)(2008)339-352. 摘要：随着无线视频传感网络和无线视频移动设备的快速发展，迫切需求新的视频编码方法以解决视频压缩编码目前遇到的瓶颈问题。分布式视频编码是近年来新兴的研究热点技术，其抗误码能力强、编码复杂度低以及可以灵活分配编解码端的复杂度特性，使其具有广泛的应用前景。介绍了分布式视频编码的起源，研究了在视频编码中的特点并分析了其相对经典视频编码方法的优劣性。 关键词：分布式视频编码；无线视频移动设备；抗误码性表1DVC 的优劣性 102··
视频压缩编码方法简介—AVI AVI（Audio Video Interleave）是一种音频视像交插记录的数字视频文件格式。1992年初Microsoft公司推出了AVI技术及其应用软件VFW（Video for Windows）。在AVI文件中，运动图像和伴音数据是以交织的方式存储，并独立于硬件设备。这种按交替方式组织音频和视像数据的方式可使得读取视频数据流时能更有效地从存储媒介得到连续的信息。构成一个AVI文件的主要参数包括视像参数、伴音参数和压缩参数等： 1、视像参数 （1）、视窗尺寸（Video size）：根据不同的应用要求，AVI的视窗大小或分辨率可按4：3的比例或随意调整：大到全屏640×480，小到160×120甚至更低。窗口越大，视频文件的数据量越大。 （2）、帧率（Frames per second）：帧率也可以调整，而且与数据量成正比。不同的帧率会产生不同的画面连续效果。 2、伴音参数：在AVI文件中，视像和伴音是分别存储的，因此可以把一段视频中的视像与另一段视频中的伴音组合在一起。AVI 文件与WAV文件密切相关，因为WAV文件是AVI文件中伴音信号的来源。伴音的基本参数也即WAV文件格式的参数，除此以外，AVI文件还包括与音频有关的其他参数： （1）、视像与伴音的交织参数（Interlace Audio Every X Frames）AVI格式中每X帧交织存储的音频信号，也即伴音和视像交替的频率X是可调参数，X的最小值是一帧，即每个视频帧与音频数据交织组织，这是CD－ROM上使用的默认值。交织参数越小，回放AVI文件时
读到内存中的数据流越少，回放越容易连续。因此，如果AVI文件的存储平台的数据传输率较大，则交错参数可设置得高一些。当AVI文件存储在硬盘上时，也即从硬盘上读AVI文件进行播放时，可以使用大一些的交织频率，如几帧，甚至1秒。 （2）、同步控制（Synchronization） 在AVI文件中，视像和伴音是同步得很好的。但在MPC中回放AVI文件时则有可能出现视像和伴音不同步的现象。 （3）、压缩参数：在采集原始模拟视频时可以用不压缩的方式，这样可以获得最优秀的图像质量。编辑后应根据应用环境环择合适的压缩参数。 3、 AVI数字视频的特点 （1）、提供无硬件视频回放功能：AVI格式和VFW软件虽然是为当前的MPC设计的，但它也可以不断提高以适应MPC的发展。根据AVI格式的参数，其视窗的大小和帧率可以根据播放环境的硬件能力和处理速度进行调整。在低档MPC机上或在网络上播放时，VFW的视窗可以很小，色彩数和帧率可以很低；而在Pentium级系统上，对于64K色、320×240的压缩视频数据可实现每秒25帧的回放速率。这样，VFW就可以适用于不同的硬件平台，使用户可以在普通的MPC上进行数字视频信息的编辑和重放，而不需要昂贵的专门硬件设备。 （2）、实现同步控制和实时播放：通过同步控制参数，AVI可以通过自调整来适应重放环境，如果MPC的处理能力不够高，而AVI文件的数据率又较大，在WINDOWS环境下播放该AVI文件时，播放器可
常见的视频编码详解 A VI所采用的压缩算法并无统一的标准。也就是说，同样是以A VI为后缀的视频文件，其采用的压缩算法可能不同，需要相应的解压软件才能识别和回放该A VI文件。除了Microsoft 公司之外，其他公司也推出了自己的压缩算法，只要把该算法的驱动(Codec)加到Windows 系统中，就可以播放用该算法压缩的A VI文件。最新流行的MPEG-4视频也借用A VI的名称，只要机器安装了它的编码解码，也能够实现正常的播放。这些A VI都能够在用Authorware 或PowerPiont开发的作品当中正常放映。各种编码Codec所生成的A VI文件的大小和质量是不同的，对系统和硬件要求也不同。 因此在压缩A VI时，必须根据计算机的软硬件情况，来考虑采用什么Codec算法，否则你的作品中视频放映是难以令人满意的。下面就是对各种常见编码解码Codec的说明。 常见的视频编码 1、Cinepak Codec by Radius 它最初发布的时候是用在386的电脑上看小电影，在高数据压缩率下，有很高的播放速度。利用这种压缩方案可以取得较高的压缩比和较快的回放速度，但是它的压缩时间相对较长。 2、Microsoft Video 1 用于对模拟视频进行压缩，是一种有损压缩方案，最高仅达到256色，它的品质就可想而知，一般还是不要使用它来编码A VI。 3、Microsoft RLE 一种8位的编码方式，只能支持到256色。压缩动画或者是计算机合成的图像等具有大面积色块的素材可以使用它来编码，是一种无损压缩方案。 4、Microsoft H.261和H.263 Video Codec 用于视频会议的Codec，其中H.261适用于ISDN、DDN线路，H.263适用于局域网，不过一般机器上这种Codec是用来播放的，不能用于编码。 5、Intel Indeo Video R3.2 所有的Windows版本都能用Indeo video 3.2播放A VI编码。它压缩率比Cinepak大，但需要回放的计算机要比Cinepak的快。 6、Intel Indeo Video 4和5
信源编码的基本原理及其应用 课程名称通信原理Ⅱ 专业通信工程 班级******* 学号****** 学生姓名***** 论文成绩 指导教师***** ******
信源编码的基本原理及其应用 信息论的理论定义是由当代伟大的数学家美国贝尔实验室杰出的科学家香农在他1948 年的著名论文《通信的数学理论》所定义的，它为信息论奠定了理论基础。后来其他科学家，如哈特莱、维纳、朗格等人又对信息理论作出了更加深入的探讨。使得信息论到现在形成了一套比较完整的理论体系。 信息通过信道传输到信宿的过程即为通信，通信中的基本问题是如何快速、准确地传送信息。要做到既不失真又快速地通信，需要解决两个问题：一是不失真或允许一定的失真条件下，如何提高信息传输速度（如何用尽可能少的符号来传送信源信息）；二是在信道受到干扰的情况下，如何增加信号的抗干扰能力，同时又使得信息传输率最大（如何尽可能地提高信息传输的可靠性）。这样就对信源的编码有了要求，如何通过对信源的编码来实现呢？ 通常对于一个数字通信系统而言，信源编码位于从信源到信宿的整个传输链路中的第一个环节，其基本目地就是压缩信源产生的冗余信息，降低传递这些不必要的信息的开销，从而提高整个传输链路的有效性。在这个过程中，对冗余信息的界定和处理是信源编码的核心问题，那么首先需要对这些冗余信息的来源进行分析，接下来才能够根据这些冗余信息的不同特点设计和采取相应的压缩处理技术进行高效的信源编码。简言之，信息的冗余来自两个主要的方面：首先是信源的相关性和记忆性。这类降低信源相关性和记忆性编码的典型例子有预测编码、变换编码等；其次是信宿对信源失真具有一定的容忍程度。这类编码的直接应用有很大一部分是在对模拟信源的量化上，或连续信源的限失真编码。可以把信源编码看成是在有效性和传递性的信息完整性（质量）之间的一种折中有段。 信源编码的基本原理： 信息论的创始人香农将信源输出的平均信息量定义为单消息（符号）离散信源的信息熵： 香农称信源输出的一个符号所含的平均信息量为 为信源的信息熵。 通信原理中对信源研究的内容包括3个方面： (1)信源的建模 信源输出信号的数学描述已有成熟的理论——随机过程，一般的随机过程理∑=-=L i i i x p x p x H 12) (log )()()(x H
目前网上的各种视频格式可以说是泛滥成灾，加上各个PMP(Portable Media Player,便携式媒体播放器)生产厂家的对自己产品在功能方面的炒作，使得很多人对视频格式的名称都是一头的雾水。 经常有些童鞋问我类似下面的问题。 A问我说：“我的MP4分明写着能播放AVI吗?为什么这一个AVI文件就播放不了？” B问：“我的MP4支持Mpeg-4啊，为什么Mp4文件不能播放呢？” 好的，下面我从最基本的概念给大家解释一下，顺便回答这两个问题 首先大家要清楚两个概念，视频文件格式和视频编码方式。 视频文件格式一般情况下从视频文件的后缀名就能看出来，比如AVI,Mp4,3gp,mov，rmvb等等。这些格式又叫做容器格式（container format），顾名思义就是用来装东西的，你可以把它想象成为一个便当盒，或者野餐篮（兄弟，你没吃早饭吧）。 通常我们从网上下载的电影都是有声音的（废话，难道你只看默片！众人扔香蕉皮），所以容器格式中一般至少包含有两个数据流（stream），一个视频流，一个音频流，就好比是一个便当盒里装着的配菜和米饭。 视频编码方式则是指容器格式中视频流数据的压缩编码方式，例如Mpeg-4，，，等等。而视频数据采用了何种编码方式是无法单单从文件格式的后缀上看出来的。就是说你无法从一个盖着盖子的便当盒外面看出里面装了什么配菜。 如果你想播放一个视频文件，第一步你的播放器（不论是软件的还是硬件的）要能够解析相应的容器格式，这一步也叫做解复用（demux），第二步你的播放器要能够解码其中所包含视频流和音频流。这样影片才能播放出来。 打个不太恰当的比方，播放器好比你雇用的一个试菜员，由他来品尝便当（视频文件），然后告诉你便当里装了什么东西。（没天理阿！我想自己吃，好的当然可以，0x00 00 01 B6 05 FF 36 1A 50 …… ……，俄~） 所以试菜员首先要懂得如何打开便当盒，还要知道吃的出来便当盒里装了什么配菜，这样你才能获得你想要的信息。 回过头来看前面的两个问题，用以上的比喻翻译一下。 问题A，我的试菜员能打开AVI这种便当的，为什么我不能知道里面装了什么？ 回答很简单，虽然他能够打开便当，但是吃不出里面的东西是什么。理论上没有一个播放器能够播放所有的AVI格式的电影，因为你不知道我会往里面放什么配菜。 问题B，我的试菜员吃过Mpeg-4这种牛排阿，为什么不能打开Mp4这种便当盒呢？ 这个问题通过翻译之后看起来已经不是问题了，Mpeg-4是视频编码方式，而Mp4是容器格式，两者本来就不是一个范畴里的东西。 好了下面简单介绍一下流行的视频格式。 AVI是音频视频交错（Audio Video Interleaved）的英文缩写，它是Microsoft公司开发的一种数字音频与视频文件格式，允许视频和音频交错在一起同步播放。 AVI文件的格式是公开并且免费的，大量的视频爱好者在使用这种文件格式。很多PMP 唯一能支持的格式就是AVI格式，一般的PMP都带有可以转换其他格式视频成为AVI格式的软件。 AVI文件采用的是RIFF（Resource Interchange File Format，资源互换文件格式）文件结构，RIFF是Microsoft公司定义的一种用于管理windows环境中多媒体数据的文件格
高清视频的编码格式有五种，即H.264、MPEG-4、MPEG-2、WMA-HD以及VC-1。事实上，现在网络上流传的高清视频主要以两类文件的方式存在：一类是经过MPEG-2标准压缩，以tp和ts为后缀的视频流文件；一类是经过WMV-HD(Windows Media Video High Definition)标准压缩过的wmv文件，还有少数文件后缀为avi或mpg，其性质与wmv是一样的。真正效果好的高清视频更多地以H.264与VC-1这两种主流的编码格式流传。 H.264编码 H.264编码高清视频 H.264是由国际电信联盟(iTU-T)所制定的新一代的视频压缩格式。H.264 最具价值的部分是更高的数据压缩比，在同等的图像质量，H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的 MPEG-2高2～3倍，比MPEG-4高1.5～2倍。正因为如此，经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。在 MPEG-2需要6Mbps的传输速率匹配时，H.264只需要1Mbps～2Mbps 的传输速率，目前H.264已经获得DVD Forum与Blu-ray Disc Association采纳，成为新一代HD DVD的标准，不过H.264解码算法更复杂，计算要求比WMA-HD 还要高。 从ATI的Radeon X1000系列显卡、NVIDIA的GeForce 6/7系列显卡开始，它们均加入对H.264硬解码的支持。与MPEG-4一样，经过H.264压缩的视频文件一般也是采用avi 作为其后缀名，同样不容易辨认，只能通过解码器来自己识别。 总的来说，常见的几种高清视频编码格式的特点是能够以更低的码率得到更高的画质，相同效果的MPEG2与H.264影片做比较，后者在容量上仅需前者的一半左右。这也就意味着，H.264不仅能够节省HDTV的存储空间，而且还可以
本科毕业设计分布式信源编码理论及应用的研究
摘要 无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，与其他的无线网络相比，无线传感器网络中传感器节点的能量有限而且不能够实时更新，因此传感节点的信息处理能力和无线通信的容量都受到了很大的影响，为了克服这些限制，需要设计能耗较低的通信协议和算法，其中，在编码时采用分布式信源编码(Distributed Source Coding，DSC)技术就是一种有效地解决方法。 分布式信源编码利用多个信源之间的相关性，进行独立编码减少传送的信息速率，并通过联合译码提高信息传输的整体有效性。DSC技术的作为无线传感器数据传送中的关键技术，对于其研究也越来越成熟，而对DSC的应用也扩展到了无线摄像机网络等领域，成为了一种具有高效压缩性和优秀译码性能的信源编码。本文就分布式信源编码算法与应用进行仿真研究。 本文讨论了Turbo码在分布式信源编码中的应用，通过仿真来对Turbo码应用到分布式信源编码中的性能进行分析。 关键词：分布式信源编码DSC Turbo码
Research on the Theory and Applications of Distributed Source Coding Zhao Shuji (College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China) Abstract: Wireless sensor network, WSN is a new wireless network which Integrates sensor, embedded computing, networking and wireless communication technology to gather and process information. Contrast to other wireless networks, the nodes in WSN is power-limited, thus, the information process performance and the communicating capacity is greatly affected. To overcome such constraints, a low power-consuming communication protocol or algorithm is needed. Using Distributed Source Coding, DSC during information encoding is one of the effective ways to solve the problem. DSC reduces the transmitted rate by independently encoding information using the correlation of sources, and improve the overall effectiveness of the whole transmit process by joint decoding. As one of the key technology in WSN information transmission, the research on DSC is getting more and more multure, and the application of DSC is also expanding to the realms such as wireless camera network etc., which makes it a wildly use source coding with high compression rate and outstanding decoding performance. This thesis focuses on the researches on distributed source coding algorithms and applications. This paper discusses the distributed source coding using Turbo and analyzes the performance of Distributed Source Coding using Turbo with the emulation results. Key words: Distributed Source Coding DSC Turbo
国际主流视频编码标准优化代码的对比测试 王中元（1972- ），男，湖北英山人，讲师，博士，主要研究方向为视频编/ 解码、多媒体通信； 朱福喜（1957- ），男，湖北新洲人，教授，博导，博士，主要研究方向为人工智能等. （武汉大学a. 计算机学院; b. 国家多媒体软件工程技术研究中心; c. 档案馆，武汉430072） 以H.263、MPEG-4、H.264 三种标准作为测试对象，在 Win/Intel 平台上测试了优化后编码器的计算效率、编码效率和码率控制精度，并对测试结果进行了比较和分析。测试数据为开发人员在一定硬件性价比的约束条件下实现视频编码器提供了参考。 Test?Band?Bcomparison?Bon?Boptimized?Bcode?Bof?Bmajor?B international?Bvideo?Bcoding?Bstandards LI Naa,c, WANG Zhong-yuanb, ZHU Fu-xia (a.School of Computer, b.National Multimedia Software Engineering Research Center, c.Archives, Wuhan University, Wuhan 430072, China) This paper selected H.263,MPEG-4 and H.264 video
coding standards as test object to measure such performance index as compression efficiency,calculation efficiency and rate control accuracy on Win/Intel platform. And illustrated the-analysis and comparison on experiment results too. These test datum could be served as a reference guide for designer who would develop video coding application with the constraint on hardware performance and price ratio. 几乎在每一种视频标准的制定过程中或者发布后，都有专家将该标准与它前期的同类标准作压缩效率和计算复杂度的客观比较测试[1] 。这些测试数据尽管有它一定的学术意义，但是对实际开发的指导价值非常有限。其原因有两点：a) 测试过程往往涵盖了编码工具的全集，而在实际应用中不太可能启用所有编码选项，因此，这样测试的压缩效率数据已经背离了实际应用条件； b) 在计算复杂度的对比测试中，一般均使用伴随标准发布的参考源码，而这些源码仅仅是用来验证算法的，它充其量也只是对算法的一种数学描述。在标准的实现过程中，免不了要对编/ 解码器(CODE)展开算法优化和代码 优化，这些优化往往又要结合
视频压缩编码方法简介—A V I A VI（Audio Video Interleave）是一种音频视像交插记录的数字视频文件格式。1992年初Microsoft公司推出了A VI技术及其应用软件VFW（Video for Windows）。在A VI文件中，运动图像和伴音数据是以交织的方式存储，并独立于硬件设备。这种按交替方式组织音频和视像数据的方式可使得读取视频数据流时能更有效地从存储媒介得到连续的信息。构成一个A VI文件的主要参数包括视像参数、伴音参数和压缩参数等。 1.视像参数 （1）视窗尺寸（Video size）。根据不同的应用要求，A VI的视窗大小或分辨率可按4:3的比例或随意调整，大到全屏640×480，小到160×120甚至更低。窗口越大，视频文件的数据量越大。 （2）帧率（Frames per second）。帧率也可以调整，而且与数据量成正比。不同的帧率会产生不同的画面连续效果。 2.伴音参数。在A VI文件中，视像和伴音是分别存储的，因此可以把一段视频中的视像与另一段视频中的伴音组合在一起。A VI文件与WA V文件密切相关，因为WA V文件是A VI文件中伴音信号的来源。伴音的基本参数也即WA V文件格式的参数，除此以外，A VI文件还包括与音频有关的其他参数。 （1）视像与伴音的交织参数（Interlace Audio Every X Frames）。A VI格式中每X帧交织存储的音频信号，也即伴音和视像交替的频率X是可调参数，X的最小值是一帧，即每个视频帧与音频数据交织组织，这是CD－ROM上使用的默认值。交织参数越小，回放A VI文件时读到内存中的数据流越少，回放越容易连续。因此，如果A VI文件的存储平台的数据传输率较大，则交错参数可设置得高一些。当A VI文件存储在硬盘上时，也即从硬盘上读A VI文件进行播放时，可以使用大一些的交织频率，如几帧，甚至1秒。 （2）同步控制（Synchronization）。在A VI文件中，视像和伴音是同步得很好的。但在MPC中回放A VI文件时则有可能出现视像和伴音不同步的现象。 （3）压缩参数。在采集原始模拟视频时可以用不压缩的方式，这样可以获得最优秀的图像质量。编辑后应根据应用环境选择合适的压缩参数。 3.A VI数字视频的特点 （1）提供无硬件视频回放功能。A VI格式和VFW软件虽然是为当前的MPC设计的，但它也可以不断提高以适应MPC的发展。根据A VI格式的参数，其视窗的大小和帧率可以根据播放环境的硬件能力和处理速度进行调整。在低档MPC机上或在网络上播放时，VFW的视窗可以很小，色彩数和帧率可以很低；而在Pentium级系统上，对于64K色、320×240的压缩视频数据可实现每秒25帧的回放速率。这样，VFW就可以适用于不同的硬件平台，使用户可以在普通的MPC上进行数字视频信息的编辑和重放，而不需要昂贵的专门硬件设备。 （2）实现同步控制和实时播放。通过同步控制参数，A VI可以通过自调整来适应重放环境，如果MPC 的处理能力不够高，而A VI文件的数据率又较大，在WINDOWS环境下播放该A VI文件时，播放器可以通过丢掉某些帧，调整A VI的实际播放数据率来达到视频、音频同步的效果。 （3）可以高效地播放存储在硬盘和光盘上的A VI文件。由于A VI数据的交叉存储，VFW播放A VI数据时只需占用有限的内存空间，因为播放程序可以一边读取硬盘或光盘上的视频数据一边播放，而无需预先把容量很大的视频数据加载到内存中。在播放A VI视频数据时，只需在指定的时间内访问少量的视频图像和部分音频数据。这种方式不仅可以提高系统的工作效率，同时也可以实现迅速地加载和快速地启动播放程序，减少播放A VI视频数据时用户的等待时间。 （4）提供了开放的A VI数字视频文件结构。A VI文件结构不仅解决了音频和视频的同步问题，而且具有通用和开放的特点。它可以在任何Windows环境下工作，而且还具有扩展环境的功能。用户可以开发自己的A VI视频文件，在Windows环境下可随时调用。 （5）A VI文件可以再编辑。A VI一般采用帧内有损压缩，可以用一般的视频编辑软件如Adobe Premiere 或MediaStudio进行再编辑和处理。
3GP： 3GP是一种3G流媒体的视频编码格式，主要是为了配合3G网络的高传输速度而开发的，也是目前手机中最为常见的一种视频格式。 3GP是新的移动设备标准格式，应用在手机、PSP等移动设备上，优点是文件体积小，移动性强，适合移动设备使用，缺点是在PC机上兼容性差，支持软件少，且播放质量差，帧数低，较AVI等传统格式相差很多。诺基亚提供的PC套件可以很好的支持3GP文件，暴风影音也可播放。 ： (MPEG的全名为[Moving Pictures Experts Group]，中文译名是动态图像专家组。 MPEG标准 MPEG标准主要有以下五个，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7及MPEG-21等。（注意，没有MPEG-3，大家熟悉的MP3 只是MPEG Layeur 3）该专家组建于1988年，专门负责为CD建立视和音频标准，而成员都是为视频、音频及系统领域的技术专家。及后，他们成功将声音和影像的记录脱离了传统的模拟方式，建立了ISO IEC1172压缩编码标准，并制定出MPEG-格式，令视听传播方面进入了数码化时代。因此，大家现时泛指的MPEG-X版本，就是由 ISO(International Organization for Standardization)所制定而发布的视频、音频、数据的压缩标准。 MPEG标准的视频压缩编码技术主要利用了具有运动补偿的帧间压缩 编码技术以减小时间冗余度，利用DCT技术以减小图像的空间冗余度，利用熵编码则在信息表示方面减小了统计冗余度。这几种技术的综合运用，大大增强了压缩性能。 MPEG-1 MPEG-1标准于1992年正式出版，标准的编号为ISO/IEC11172，其标题为“码率约为1.5Mb/s用于数字存贮媒体活动图像及其伴音的编码”。 MPEG-2标准于1994年公布，包括编号为13818-1系统部分、编号为13818-2的视频部分、编号为13818-3的音频部分及编号为13818-4的符合性测试部分。 MPEG-2 MPEG-2编码标准希望囊括数字电视、图像通信各领域的编码标准，MPEG-2
数字通信中的信源编码和信道编码 摘要：如今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑作用。而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段。本论文根据当今现代通信技术的发展，对信源编码和信道编码进行了概述性的介绍. 关键词：数字通信；通信系统；信源编码；信道编码 Abstract：Now it is an information society. In the all of information technologies, transmission and communication of information take an important effect. For the transmission of information, Digital communication has been an important means. In this thesis we will present an overview of source coding and channel coding depending on the development of today’s communica tion technologies. Key Words：digital communication; communication system; source coding; channel coding 1.前言 通常所谓的“编码”包括信源编码和信道编码。编码是数字通信的必要手段。使用数字信号进行传输有许多优点, 如不易受噪声干扰, 容易进行各种复杂处理, 便于存贮, 易集成化等。编码的目的就是为了优化通信系统。一般通信系统的性能指标主要是有效性和可靠性。所谓优化，就是使这些指标达到最佳。除了经济性外，这些指标正是信息论研究的对象。按照不同的编码目的，编码可主要分为信源编码和信道编码。在本文中对此做一个简单的介绍。 2.数字通信系统 通信的任务是由一整套技术设备和传输媒介所构成的总体——通信系统来完成的。电子通信根据信道上传输信号的种类可分为模拟通信和数字通信。最简单的数字通信系统模型由信源、信道和信宿三个基本部分组成。实际的数字通信系统模型要比简单的数字通信系统模型复杂得多。数字通信系统设备多种多样，综合各种数字通信系统，其构成如图2-l所示。 图2-1 数字通信系统模型 信源编码是以提高通信有效性为目的的编码。通常通过压缩信源的冗余度来实现。采用的一般方法是压缩每个信源符号的平均比特数或信源的码率。 信道，通俗地说是指以传输媒质为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路。信道的作用是传输信号，它提供一段频带让信号通过，同时又给信号加以限制和损害。 信道编码是以提高信息传输的可靠性为目的的编码。通常通过增加信源的冗余度来实现。采用的一般方法是增大码率或带宽。与信源编码正好相反。在计算机科学领域，信道编
本科毕业设计 基于单片机的太阳能跟踪充电系统设计 摘要 随着社会经济的快速增长，传统的燃料能源正在不断减少，同时对环境的危害越来越严重。太阳能是一种可再生能源，并且具有清洁、丰富等独特优势，具有广阔的发展前景。但是，目前太阳能的利用率较低，制约了其发展。目前，大多数太阳能发电是采用固定式的跟踪系统，无法随着太阳的运行进行转变，所以电能转化效率较低。本设计以单片机为控制中心，采用太阳能双轴跟踪装置充电，可在两个自由度中上对太阳进行跟踪，有效的提高太阳能的利用率。 本系统以单片机为控制核心，光电传感器将采集到的光线强弱信息传送到单片机，单片机经过分析处理后，驱动步进电机运转，在两个自由度上对太阳能电池板的角度进行调整，达到太阳光双轴跟踪的效果，同时对充电进行控制。采用单片机来实现的太阳能双轴追踪系统能有效提高太阳能的转换效率，而且实时性好，成本较低，具有较广泛的
应用前景。 关键词：单片机双轴跟踪太阳能充电
Design of Two-axe Solar Tracking and Charging System Based on MCU Tan Xueqing (College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China) Abstract:With the rapid growth of social economy, the traditional fuel sources is decreasing quickly, and the harm of environment is more and more serious at the same time. Solar energy is one of the renewable energy, and has the unique advantages such as clean, abundant, has a broad development prospects. But the current solar utilization is low, restricting its development. Currently, most solar tracking system is fixed, unable to shift as the sun run, so the energy conversion efficiency is low. Microcontroller is the core of the whole system. The system can track the sun in the two degrees of freedom, which can effectively improve the utilization of solar energy. This system adopts microcontroller as nucleus and photoelectric sensor transmit the collected light information to the microcontroller. After analyzing and processing, microcontroller drive two stepper motors running, so it can adjust the angle of solar panels on the two degrees of freedom. This system achieves the goal of two-axis tracking solar, and to control charging at the same time. By microcontroller to realize two-axis tracking solar systems can effectively improve the conversion efficiency of solar energy, and has a broad application prospect with the advantages of good real-time and low cost. Key words: Microcontroller Two-axes tracking Solar Charging
信源编码的基本原理 及其应用
信源编码的基本原理及其应用 课程名称通信原理Ⅱ 专业通信工程 班级 ******* 学号 ****** 学生姓名 ***** 论文成绩 指导教师 ***** ******
信源编码的基本原理及其应用 信息论的理论定义是由当代伟大的数学家美国贝尔实验室杰出的科学家香农在他1948 年的著名论文《通信的数学理论》所定义的，它为信息论奠定了理论基础。后来其他科学家，如哈特莱、维纳、朗格等人又对信息理论作出了更加深入的探讨。使得信息论到现在形成了一套比较完整的理论体系。 信息通过信道传输到信宿的过程即为通信，通信中的基本问题是如何快速、准确地传送信息。要做到既不失真又快速地通信，需要解决两个问题：一是不失真或允许一定的失真条件下，如何提高信息传输速度（如何用尽可能少的符号来传送信源信息）；二是在信道受到干扰的情况下，如何增加信号的抗干扰能力，同时又使得信息传输率最大（如何尽可能地提高信息传输的可靠性）。这样就对信源的编码有了要求，如何通过对信源的编码来实现呢？ 通常对于一个数字通信系统而言，信源编码位于从信源到信宿的整个传输链路中的第一个环节，其基本目地就是压缩信源产生的冗余信息，降低传递这些不必要的信息的开销，从而提高整个传输链路的有效性。在这个过程中，对冗余信息的界定和处理是信源编码的核心问题，那么首先需要对这些冗余信息的来源进行分析，接下来才能够根据这些冗余信息的不同特点设计和采取相应的压缩处理技术进行高效的信源编码。简言之，信息的冗余来自两个主要的方面：首先是信源的相关性和记忆性。这类降低信源相关性和记忆性编码的典型例子有预测编码、变换编码等；其次是信宿对信源失真具有一定的容忍程度。这类编码的直接应用有很大一部分是在对模拟信源的量化上，或连续信源的限失真编码。可以把信源编码看成是在有效性和传递性的信息完整性（质量）之间的一种折中有段。 信源编码的基本原理： 信息论的创始人香农将信源输出的平均信息量定义为单消息（符号）离散信源的信息熵： 香农称信源输出的一个符号所含的平均信息量为 为信源的信息熵。 通信原理中对信源研究的内容包括3个方面： ∑=-=L i i i x p x p x H 12) (log )()() (x H