[发明专利]面向深空探测多媒体业务的独立窗不等保护喷泉编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向深空探测多媒体业务的独立窗不等保护喷泉编码方法。

背景技术

随着各航天强国深空探测活动的频繁与深入，需要传输的数据量和业务类型日渐增加，尤其是通过深空通信下行链路回传的各类探测图像数据，是人类对未知深空进行认知的最直观、最核心信息；而载人航天任务中，语音和视频的跨机构、跨任务系统的高效传输，更是任务顺利进行以及监测航天员安全的必要保证。空间数据咨询委员会(CCSDS)建议对于图像及高分辨率视频等多媒体业务，采用离散小波变换为核心、且同时支持无损和有损压缩的算法处理信源信息(例如，好奇号的火星探测任务即采用ICER小波压缩算法)。业务需求与通信资源的有效匹配这一难题在深空多媒体数据传输时极度凸显。一方面，多媒体业务的数据量非常大，并且很多场景还需要连续传输甚至实时传输；另一方面，深空探测条件下，空间节点的“能量、计算能力、链路可用时间、缓存空间及深空信道传输能力”等通信资源极其有限。

同时，深空时变信道的信号损耗和突发差错使得底层的信道编码无法保证数据可靠性。2011年底，面向数据分组纠删机制的长纠删码(Long Erasure Code，LEC)建议草案的提出，为解决数据分组丢包、提高传输可靠性指出了方向。LEC将带有检错机制的分组交换信道等效为删除信道，针对数据分组进行编码；接收端能利用纠删分组恢复因为物理层信道编码无法纠错而被删除的数据分组，并可进一步与相应的协议层联合设计纠删传输协议。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种面向深空探测多媒体业务的独立窗不等保护喷泉编码方法。

相较于现有技术，本发明提出了IW-LT不等差错保护喷泉编码方案，基于 与或树分析技术推导其渐近性能，并利用NSGA-II进行多目标优化，获得了不等保护度分布参数值和编码选择概率的最佳参数设置。在相同增益下与EWF的渐近性能仿真对比证明，在相同的译码开销的前提下，IW-LT方案的译码错误率远低于EWF方案。IW-LT方案能使得多媒体信源编码满足高动态深空通信环境下的不同业务需求，可通过业务传输时延的限制选择只接收基础信息及少量辅助信息，或选择接收全部的多媒体信息以获得更好的画面效果。

附图说明

图1是本发明的二维离散小波变换的IW-LT纠删编码方案示意图。

图2是本发明的Pareto最优前沿示意图。

图3是本发明在γ＝1.1，α＝0.25的状态下的Pareto最优前沿示意图。

图4是本发明优化参数后的IW-LT性能仿真示意图。

图5是本发明的EWF随着p₁变化的BER性能示意图。

图6是本发明的IW-LT与EWF随着γ变化的BER性能示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

请参阅图1至图6，本发明提供了一种面向深空探测多媒体业务的独立窗不等保护喷泉编码方法。本发明选择编译码复杂度较低的无码率喷泉码作为多媒体数据分组的LEC不等保护纠删编码方案：首先，喷泉译码不要求数据包连续，适应深空链路易中断的特点；其次，喷泉码能够“在线”生成编码包，能降低发送端和接收端的复杂度，能与传输协议结合进行优化设计；最重要的是，喷泉码的无码率特性能够以任意概率逼近香农极限，由此可设计相应的不等保护策略以自适应业务的需求和信道状态。

本发明拟围绕深空多媒体数据的业务需求与有限的通信资源如何有效匹配的难题，设计能够匹配数据重要程度的不等保护喷泉码。本发明以无码率喷泉纠删码为切入点，设计一种面向深空探测多媒体业务的能够匹配业务数据特性的独立窗口LT码(Independent Window LT，IW-LT)不等保护纠删编码方案：首先在不改变信源编码的前提下，在业务数据所需的不等差错保护增益η和节点可承载的编译码开销γ确定后，研究利用与或树(And-Or Tree)理论推导IW-LT码的渐近性能，以此结合多目标进化算法优化，获得能够精确匹配η和γ的IW-LT 编码参数。本发明的IW-LT编码方法在深空信道高误码率、多媒体数据分组的可靠性需求不同的制约条件下，以低编码复杂度的无码率喷泉纠删码为切入点，针对CCSDS多媒体业务信源编码的离散小波变换，提出一种能够匹配业务特性的信源不等保护IW-LT编码方案，如图1。