基于增強ＰＥＴ的圖像傳送方法
2007-12-31 00:00:00謝云韓國強
計算機應用研究 2007年10期
摘要:在復雜無線網絡環境下實現高效#65380;無差錯的多媒體信息傳輸是移動網絡中多媒體應用部署的關鍵#65377;對PET方法進行擴展，創建不同長度的PET通道，形成多邏輯PET通道;將JPIP消息在通道上傳輸，在提供差錯保護的同時實現圖像漸進傳送#65377;
關鍵詞:JPEG2000圖像交互協議; 加權編碼傳輸; 漸進傳送
中圖分類號:TN919.72文獻標志碼:A
文章編號:1001-3695(2007)10-0238-02
0引言
在無線信道中傳輸圖像等多媒體信息已越來越多地引起了人們的興趣#65377;人們希望圖像#65380;視頻等信息在無線信道和設備上能高效#65380;無差錯地傳輸#65377;但是，由于無線信道固有的窄帶性和高誤碼率，多媒體數據的傳輸遇到了巨大的挑戰#65377;JPEG2000是最新的靜止圖像壓縮編碼國際標準#65377;相對于JPEG國際標準而言，它最顯著的變化是運用小波變換技術來進行圖像的分解與重構#65377;針對無線信道中的圖像傳輸， JPEG2000在保證高壓縮率的同時，提供了一些容錯編碼工具，如解碼器同步#65380;錯誤恢復等，使得碼流具有一定程度的容錯性能#65377;但是，這些工具并不能提供一個無差錯的傳輸，而差錯可能會給圖像的還原帶來很大的影響[1]#65377;
單純地使用數據流方式(如FTP)來傳輸JPEG2000圖像不但不能夠利用圖像固有的容錯和非相關特性，而且在傳送過程中的單個錯誤會引起數據流中其他數據塊的錯誤#65377;為此，JPEG標準化組織提出了JPEG2000圖像交互協議(JPIP)，定義了一種高效的基于消息的圖像傳送方式[2]#65377;PET是一種多優先級前向糾錯方法，對一個數據塊中的不同部分采用不同冗余度的編碼，實現相對重要的數據能夠在次要數據之前解碼，并得到更好的保護[3]#65377;
本文首先對PET方法和JPIP協議進行介紹，基于對PET方法的分析，根據JPEG2000碼流的特點描述如何使用不同長度的通道來傳輸JPEG2000，并提供相關的實驗數據和分析#65377;
1PET方法介紹
基于用戶定義的優先級，PET系統將消息編碼為多個數據包傳送#65377;消息中每個部分的優先級決定編碼數據包中用于恢復該部分的開銷#65377;這樣即使一些編碼包在傳送過程中丟失，只要足夠多的編碼包被接收到，接收者還是可以恢復消息中的部分#65377;圖1展示了一個用戶消息的編碼，消息由frag1~5組成#65377;其中frag1/2具有最高優先級，得到比較高強度的保護#65377;
完整的消息根據組成部分的優先級分成對應的碎片后，被放入交織的行中#65377;每個碎片使用不同數量的RS(Reed Solomn)進行符號編碼，被編碼的符號按照列順序發送#65377;這樣，就形成n個數據包#65377;
2構建在PET上的JPIP
JPEG2000 part 9(JPIP)規范基于HTTP的圖像編碼的傳送機制，使用databin的封裝機制，將JPEG2000圖像按照信息類型分包，采用基于消息的通信方式#65377;
Precinct劃分是JPEG2000編碼空間組包的最小單位，JPIP的傳送模型是將碼流中每個區域獨立傳送#65377;這樣，一個通信連接中可以存在多個邏輯通道，每個區域在獨立的邏輯通道中傳送，如圖2所示#65377;
其中:packet是碼流的基本單位，是precinct在某質量層的貢獻#65377;在上述模型中，即使某個邏輯通道發生傳送錯誤，也不會阻塞其他通道的傳送#65377;
在通道中，碼流消息的格式如圖3所示#65377;Msgbody由JPEG2000包(packet)頭和包體組成;precinct ID為通道的標志[2]#65377;利用PET來傳送JPIP消息，圖4的協議棧是一種比較直接的實現方式#65377;其中:HTTP用于傳遞對話的控制信息;PET建立在UDP基礎上，傳遞碼流信息#65377;比較高效的實現方式也可以考慮將PET構建在IP層上面#65377;
PET方法將JPIP的消息進行編碼，按照劃分<α1，…，αd>封裝為n個PET packet#65377;當發送中發生PET packet丟失錯誤，接收方能夠將消息中的重要部分恢復#65377;
實際考察JPEG2000碼流特點，不同packet間的重要性是相對的#65377;就對圖像質量的貢獻而言，按照碼流順序，layer0的packet比layer1重要，layer1比layer2重要#65377;當接收方成功解碼layer0的數據后，對傳送而言，layer1就應該擁有與layer0一樣的優先級#65377;傳統的PET方法中，一個消息的優先級劃分在傳送編碼已經確定，不能反映上述優先級變化#65377;
3增強PET方法
增強的PET(EPET)方法由多個保護級別相同的通道組成，每個通道具有不同的數據分段，如圖5所示#65377;圖中，傳送模型提供五個通道，每個通道保護級別大致相同#65377;Channel1單位長度為3，channel2單位長度為4#65377;JPEG2000碼流中包頭部分放入channel1，其他數據按照順序分別放入不同單位長度的通道中#65377;當傳輸系列在任意點截斷，接收端得到編碼將可以還原為最優碼流#65377;同時，發送端無須進行消息的劃分，只需要將碼流按照相對重要程度順序放入不同的通道#65377;當五個通道滿時，再放入新的channel1#65377;
4實驗數據和分析
為了評判本文方法的性能，實驗過程與JPIP over UDP方法進行比較#65377;
為了獲得最大的容錯能力，保證客戶端能對碼流解碼，JPIP傳送編碼啟用PPM模式，即將packet header信息放入main header，并對main header進行單獨保護;每次掃描結束，中止算術編碼;啟用選擇性算術編碼安排等機制防止誤碼傳播[5，6]#65377;
本文方法的編碼則選擇最高壓縮比的配置#65377;與上面的容錯編碼配置相比，平均編碼長度減少1%#65377;實驗將比較在不同誤碼率的網絡環境下，給定的發送數據對應接收端的圖像質量#65377;通信節點采用GPRS接入模型，速率限制為64k bps#65377;本文方法中傳送通道設為五級，選擇rs(n，k)，(n-k)/n=1/16生成校驗數據#65377;其中n=256-32b，b取0.4#65377;最終傳送碼流增加6%#65377;
表1為不同誤比特率(BER)的網絡環境中，客戶端接收到的圖像質量#65377;表中數據為100次測試中的平均值，樣本數據為indian_man(1 024×1 024)#65377;
本文方法沒有直接與PET算法進行比較#65377;但從算法結構分析，文本根據JPEG2000碼流特點定制PET算法的實現#65377;從編碼開銷和最終圖像質量上觀察，本文方法優于PET算法#65377;
5結束語
本文利用JPEG2000碼流相對重要性特點，構造不同長度的PET傳送通道，實現與PET算法一樣的編碼效率，從而提高最終獲得的圖像質量#65377;因為采用不同長度的傳送通道，客戶端可以較靈活地對碼流進行截斷而獲得最優化圖像質量#65377;傳送PET算法必須在完整接收一個消息后，才能對數據有效解碼#65377;本文算法只適合傳遞比較大的圖像#65377;這是PET算法固有問題[4]#65377;同時，如何構造合理的通道結構是算法具有實用價值的前提#65377;
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第10期方應星，等:
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