時(shí)間：2023-03-23 15:14:00
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇編碼技術(shù)論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
0 引言
中文MARC是中國(guó)機(jī)讀目錄（China Machine-Readable Catalogue）的簡(jiǎn)稱，中文MARC的主要作用是將各類書目信息編目成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)可讀形式，便于讀者檢索以及各圖書情報(bào)部門之間交流書目。學(xué)位論文是高校大學(xué)生為獲取相應(yīng)級(jí)別學(xué)位而撰寫的關(guān)于在校期間所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用或所完成的科研成果。
目前，我國(guó)各高校的學(xué)位論文大部分都是用中文撰寫的，也有一小部分是用外文撰寫的。高校圖書館將學(xué)位論文收藏至自建特色數(shù)據(jù)庫，就需要對(duì)學(xué)位論文進(jìn)行編目，對(duì)學(xué)位論文編目時(shí)要保證編目產(chǎn)生的關(guān)于學(xué)位論文的數(shù)據(jù)的質(zhì)量，以方便讀者檢索并利用學(xué)位論文。
1 中文MARC編目學(xué)位論文存在的問題
高校圖書館對(duì)文獻(xiàn)資源進(jìn)行有效的分類標(biāo)引和主題標(biāo)引，并用相應(yīng)的著錄、編目格式使文獻(xiàn)資源的主要檢索項(xiàng)及特點(diǎn)形成書目的形式就是高校圖書館的編目工作[1]。學(xué)位論文編目的工作流程一般為：回溯編目―審校―典藏―貼書標(biāo)―入庫上架。學(xué)位論文作為一種特殊的文獻(xiàn)資源，其編目具有自己的特點(diǎn)：1）編目難度高。高校大學(xué)生研究的學(xué)術(shù)領(lǐng)域及學(xué)術(shù)方向繁多，其具體研究方向小而專，對(duì)非專業(yè)編目人員來說，分類編目比較困難；2）編目工作量巨大。教育事業(yè)飛速發(fā)展，各高校每年都在擴(kuò)大招生，進(jìn)而各高校每年產(chǎn)出的學(xué)位論文數(shù)量激增，而高校圖書館編目人員有限，而且圖書館每年還要有其他書目入館需要編目，因此編目人員總的工作量非常大。3）學(xué)位論文撰寫語種不統(tǒng)一。部分高校設(shè)有外國(guó)語學(xué)院，這些學(xué)院的部分學(xué)生所撰寫的學(xué)位論文所使用的語種一般為外文。
中文MARC是以UNIMARC為基本依據(jù)，根據(jù)我國(guó)出版物的具體情況制定的[2]。中文MARC機(jī)讀記錄字段區(qū)有如下10個(gè)功能塊：0―標(biāo)識(shí)塊；1―編碼信息塊；2―著錄信息塊；3―附注塊；4―款目連接塊；5―相關(guān)題名塊；6―主題分析塊；7―責(zé)任者塊；8―國(guó)際使用塊；9―國(guó)內(nèi)使用塊[3]。中文MARC通過對(duì)每個(gè)功能塊增設(shè)功能不同的多種字段及子字段、對(duì)每個(gè)字段又增設(shè)不同要求的標(biāo)識(shí)符的方式更為詳細(xì)的記錄文獻(xiàn)信息。
高校圖書館編目學(xué)位論文最終要達(dá)到的目標(biāo)是：1）精準(zhǔn)、全面、直觀的反映出學(xué)位論文所表達(dá)的科研成果，包括科研成果的領(lǐng)域，關(guān)鍵詞等信息。2）準(zhǔn)確標(biāo)引學(xué)位論文，形成規(guī)范數(shù)據(jù)，方便讀者進(jìn)行檢索。編目學(xué)位論文是讀者可以使用學(xué)位論文的前提和基礎(chǔ)，學(xué)位論文編目工作的質(zhì)量直接關(guān)系到讀者對(duì)學(xué)位論文的使用情
況[1]。因此，學(xué)位論文編目工作是高校圖書館工作中的一個(gè)重要分支，各高校對(duì)學(xué)位論文編目工作都很重視。但是由于學(xué)位論文本身具有的特殊性和中文MARC編目具有的高技術(shù)性，導(dǎo)致中文MARC在對(duì)學(xué)位論文進(jìn)行編目的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一些問題，而這些問題的出現(xiàn)直接影響了學(xué)位論文編目的質(zhì)量，進(jìn)而影響到學(xué)位論文在高校圖書館乃至整個(gè)學(xué)術(shù)界的正常流通。中文MARC在高校圖書館學(xué)位論文編目中存在如下問題。
1）標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。當(dāng)前我國(guó)使用比較普遍的中文MARC編目標(biāo)準(zhǔn)有兩種：一種是國(guó)家圖書館編寫制定的全國(guó)圖書館聯(lián)合編目中心系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；一種是北京大學(xué)圖書館編寫制定的中國(guó)高等教育文獻(xiàn)資源保障系統(tǒng)，即CALIS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)[3]。雖然采用這兩種中文MARC編目標(biāo)準(zhǔn)編目的數(shù)據(jù)覆蓋面都很廣，共享性也比較強(qiáng)，但還是應(yīng)該將這兩種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合，制定一套唯一的編目標(biāo)準(zhǔn)。有了唯一的標(biāo)準(zhǔn)，各高校圖書館在選擇編目系統(tǒng)時(shí)也不需要進(jìn)行比較，既方便了高校圖書館編目工作，也能使圖書信息流通更順暢。
2）標(biāo)引不規(guī)范。《中國(guó)圖書分類法》是高校圖書館編目分類的主要依據(jù)。由于部分高校圖書館還有自己編寫的《圖書館編目分類細(xì)則》，并結(jié)合這兩個(gè)規(guī)范來進(jìn)行編目，因此在很多編目細(xì)則上出現(xiàn)了不一致現(xiàn)象。
3）著錄字段不完整。中文MARC編目雖然具有詳細(xì)的編目規(guī)則，但是不同的編目員對(duì)規(guī)則的理解會(huì)有所不同。在中文MARC著錄中，字段和指示符都有詳細(xì)的規(guī)定，如果出現(xiàn)指示符的漏著、錯(cuò)著都會(huì)直接影響到學(xué)位論文的檢索。
4）外文語種撰寫的學(xué)位論文編目格式不統(tǒng)一。當(dāng)前我國(guó)圖書館使用USMARC對(duì)外文圖書進(jìn)行著錄，而有些圖書館認(rèn)為只有原版外文書籍才應(yīng)該用USMARC進(jìn)行編目，其余外文圖書應(yīng)該按中文MARC格式來著錄。因此，使用外文撰寫的學(xué)位論文編目格式就出現(xiàn)了兩種，即USMARC格式和中文MARC格式。這種不一致的編目格式會(huì)嚴(yán)重影響到學(xué)位論文的網(wǎng)上共享，對(duì)數(shù)字圖書館的建設(shè)也有不利影響。
高校圖書館每年進(jìn)書量都很大，新進(jìn)圖書只有經(jīng)過編目才能入庫上架，讀者才能在館藏書目檢索系統(tǒng)中檢索到圖書，而高校圖書館專業(yè)的編目人員非常有限，因此就會(huì)出現(xiàn)非專業(yè)人員對(duì)圖書進(jìn)行編目，比如燕山大學(xué)圖書館學(xué)位論文的編目工作就是由勤工助學(xué)的學(xué)生來完成的。編目工作對(duì)人員專業(yè)要求比較高，編目細(xì)則又非常繁雜，雖然專業(yè)的編目人員已經(jīng)設(shè)定號(hào)學(xué)位論文編目格式，但是非專業(yè)人員在對(duì)學(xué)位論文進(jìn)行編目的時(shí)候很容易就會(huì)出現(xiàn)漏著、錯(cuò)著的現(xiàn)象，而在對(duì)學(xué)位論文編目中出現(xiàn)的錯(cuò)誤只有非常專業(yè)的編目人員才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，這樣就會(huì)導(dǎo)致很多編目過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤到最后都沒有被發(fā)現(xiàn)，從而影響到讀者對(duì)學(xué)位論文的檢索。
2 改進(jìn)與展望
網(wǎng)絡(luò)編碼在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信中具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，其理論研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景都是不言而喻的。世界上一些高等學(xué)府和科研機(jī)構(gòu)都展開了對(duì)網(wǎng)絡(luò)編碼的研究，并且在多個(gè)方面取得了不小的成果。
1.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)編碼研究中涉及到的主要部分還是在網(wǎng)絡(luò)層方面，特別是如何有效地將路由協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)編碼有機(jī)結(jié)合，是基于網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究的重要方面。有一部分研究已經(jīng)深入到網(wǎng)絡(luò)編碼如何有效結(jié)合協(xié)議結(jié)構(gòu)中其他協(xié)議層，例如網(wǎng)絡(luò)編碼與MAC層協(xié)議或者與傳送層TCP協(xié)議等等的結(jié)合問題。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)編碼的特性與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的方式有很大的區(qū)別，所以為了不更改已普遍應(yīng)用的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將網(wǎng)絡(luò)編碼與其融合將會(huì)遇到各種各樣新的問題，例如，它們之間的兼容性、網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)是否會(huì)產(chǎn)生不利的影響。這些問題都是后來研究者需要解決的問題，同時(shí)也為研究基于網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)提供了框架性借鑒，使得網(wǎng)絡(luò)編碼能夠與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有機(jī)融合，提高網(wǎng)絡(luò)通信性能。
1.2數(shù)據(jù)傳送模型網(wǎng)絡(luò)編碼具有的最重要的功能之一就是將數(shù)據(jù)智能化處理，這主要是通過對(duì)編碼策略的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，而碼構(gòu)造算法是編碼策略設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。碼構(gòu)造算法主要是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中間結(jié)點(diǎn)的編碼方式，它需要保證目的結(jié)點(diǎn)能夠有效識(shí)別出傳遞的編碼信息并進(jìn)行正確解碼。所以碼構(gòu)造算法包含了編碼和解碼兩個(gè)內(nèi)容，并且要求其算法復(fù)雜程度低，易于實(shí)施應(yīng)用。碼構(gòu)造算法主要有三種：代數(shù)型、線性型、隨機(jī)型。線性網(wǎng)絡(luò)編碼能將中間結(jié)點(diǎn)接受的各路信息進(jìn)行線性組合，這種編碼運(yùn)算較簡(jiǎn)單，所以得到了普遍應(yīng)用。
1.3路由協(xié)議基于網(wǎng)絡(luò)編碼的路由協(xié)議的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳遞效率和性能，它是能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用到實(shí)際中的重要基礎(chǔ)，而且將路由協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)編碼進(jìn)行更高層次的融合是十分重要的研究課題，可以為以后開發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)提供借鑒和指導(dǎo)?；诰W(wǎng)絡(luò)編碼的路由協(xié)議研究主要有兩個(gè)方面：獨(dú)立路由協(xié)議和編碼感知的路由協(xié)議，它們主要的不同點(diǎn)是路由協(xié)議產(chǎn)生的過程中能否主動(dòng)編碼，也就是說路由協(xié)議是否能夠提高編碼的利用效率。
1.4數(shù)據(jù)傳輸性能保障機(jī)制實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜多變，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐蝗恍院途W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定都可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀況，例如造成數(shù)據(jù)丟失或者傳輸延遲等。所以基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的開發(fā)應(yīng)該結(jié)合實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，研究出能確保數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)谋Ｕ蠙C(jī)制和編碼策略，尤其需要盡可能減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t時(shí)間和保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。所以，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信中，利用QoS保證機(jī)制是當(dāng)前研究的重要課題之一。當(dāng)前已研究出來幾個(gè)解決方案，比如建立數(shù)據(jù)延遲時(shí)間的模型，從模型中找出延遲的解決方案；利用多速率編碼器來分析各路中傳輸速率不同的數(shù)據(jù)，從而減小數(shù)據(jù)在編碼器中的傳輸時(shí)間。
2結(jié)語
近些年來對(duì)無線通信技術(shù)領(lǐng)域的研究越來越多，這些技術(shù)在地空通信中逐漸成為熱點(diǎn)。LDPC碼是一種線性的分組碼，它是基于稀疏校驗(yàn)矩陣的。本論文簡(jiǎn)要介紹了LDPC碼的編碼算法和譯碼算法，以及在地空通信中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】 LDPC碼 地空通信 編碼
1 LDPC碼簡(jiǎn)介
1.1 提出LDPC碼的背景
衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展越來越成熟，最近研發(fā)的衛(wèi)星通信技術(shù)能夠通過空間衛(wèi)星進(jìn)行地空通信。LDPC碼是其中非常重要的一環(huán)，這是因?yàn)長(zhǎng)DPC碼具有強(qiáng)大的糾錯(cuò)能力，具有很低的復(fù)雜度等。
LDPC碼具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，同時(shí)還具有低復(fù)雜度的快速譯碼算法和比較好的特性結(jié)構(gòu)，所以在最新的帶寬無線多媒體的通信系統(tǒng)中，LDPC碼成為了能夠傳播高質(zhì)量的通信以及視頻信號(hào)的關(guān)鍵性技術(shù)。同時(shí)LDPC碼已經(jīng)廣泛被歐洲等國(guó)家的衛(wèi)星使用。
1.2 LDPC碼的基本概念
LDPC碼的全稱為低密度奇偶校驗(yàn)，1960年后Gallager第一次提出這個(gè)概念。LDPC碼是一種線性的分組碼，它是基于稀疏校驗(yàn)矩陣的。LDPC碼的編碼是一種隨機(jī)碼。由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和條件都十分落后，LDPC碼并沒有廣泛應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中。后來人們發(fā)現(xiàn)了Turbo碼，但是Turbo碼在本質(zhì)上就是LDPC碼。LDPC碼的糾錯(cuò)性能十分優(yōu)異，近些年來越來越受到人們的重視。
LDPC碼的譯碼采用軟判決的置信傳播迭代譯碼算法。正是由于這個(gè)原因，LDPC碼在給定誤碼率的情況下，信息的傳輸速率和Shannon限很接近。在某種程度上，LDPC碼的糾錯(cuò)性比Turbo碼強(qiáng)出了很多很多。我們都知道，譯碼的復(fù)雜度與碼長(zhǎng)有關(guān)，而且是線性的關(guān)系。要想實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)編碼分組的應(yīng)用，就必須克服分組碼在長(zhǎng)碼的時(shí)候譯碼的計(jì)算量問題。
2 DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)的前向糾錯(cuò)系統(tǒng)
LDPC碼的編譯方法有許多，本論文簡(jiǎn)要介紹一下介紹LDPC碼的DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)編譯碼方法。
第一代DVB標(biāo)準(zhǔn)是1994年提出來的，它采用RS碼，QPSK調(diào)制和級(jí)聯(lián)卷積碼的方式。但是伴隨VLSI技術(shù)的發(fā)展，就出現(xiàn)了更高效率的編碼方式。DVB-S2項(xiàng)目組的目標(biāo)旨在帶寬和功率不增加的情況下，增加百分之30的傳輸量。
DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)主要由三個(gè)部分組成：BCH（前向糾錯(cuò)系統(tǒng)由外編碼）、LDPC（內(nèi)編碼）和比特交織。同時(shí)輸入流包括BBFRAMES（基本比特幀）和FECFRAMES（外流前向糾錯(cuò)幀）。FEC系統(tǒng)處理完每個(gè)BBFRAME（kbch位）之后，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)FEC-FRAME（nldpc）。系統(tǒng)BCH外碼的奇偶校驗(yàn)比特（BCHFEC）被加到BBFRAME，LDPC內(nèi)碼的奇偶校驗(yàn)比特被加到BCHFEC后面。
3 LDPC碼的算法
3.1 LDPC碼編碼算法
傳統(tǒng)的規(guī)則LDPC碼的編碼主要可以分為四步，分別如下。其框圖如圖1所示，編碼步驟如下：
（1）明確規(guī)則LDPC碼的H矩陣的列重和行重。
（2）構(gòu)造LDPC碼的H矩陣。
（3）將校驗(yàn)矩陣H轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)形式。
（4）根據(jù)線性分組碼系統(tǒng)形式的校驗(yàn)矩陣與生成矩陣之間的關(guān)系得到相應(yīng)的生成矩陣G，編碼生成的碼字為C=uG。
3.2 LDPC碼的譯碼算法
LDPC碼有很多種譯碼方式，常見的譯碼方式主要有：加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)譯碼、比特翻轉(zhuǎn)譯碼、大數(shù)邏輯譯碼、后驗(yàn)概率譯碼以及和積算法譯碼等。本論文簡(jiǎn)要介紹和積算法。
所謂和積算法，就是一種迭代譯碼算法，它的傳播是基于置信度的。下一次迭代的輸入，是上一次譯碼結(jié)束時(shí)可靠度量度的計(jì)算結(jié)果。直到達(dá)到了某個(gè)特定的條件后，譯碼的迭代過程才會(huì)停止，進(jìn)而系統(tǒng)會(huì)作出硬判決。
4 我國(guó)的LDPC碼在將來地空通信中的應(yīng)用
地空通信具有許多特點(diǎn)，比如信號(hào)的能量衰減比較嚴(yán)重，信息的傳輸延時(shí)比較大等等。因此必須采取特殊的方法，才能夠保證信息傳輸時(shí)的可靠性。地空通信信道對(duì)于信道編碼是一種理想的信道。
（1）地空通信信道和無記憶的高斯信道很相似，都是Shannon編碼理論的信道模型。
（2）地空通信信道可以使用很低的頻帶利用率的編碼和二進(jìn)制調(diào)制方案，因?yàn)榈乜胀ㄐ判诺谰哂泻茇S富的帶寬。
（3）由于地空通信中傳輸距離非常遠(yuǎn)，信號(hào)的能量衰減比較多，所以采用的都是低碼速率通信。
以前地空通信使用的都是Turbo碼。Turbo碼具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如誤碼性能很好，但是仍然存在著誤碼平臺(tái)。相對(duì)于Turbo碼，LDPC碼更適合作為地空通信的信道編碼，這是因?yàn)長(zhǎng)DPC碼具有很低的譯碼復(fù)雜度、更低的誤碼平臺(tái)以及更大的吞吐量。要想設(shè)計(jì)出更加適合于地空通信的LDPC碼，還需要考慮到功耗效率、編碼器和譯碼器的結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜度等等。作為一種重要的信道編碼，LDPC碼必將會(huì)在地空通信中發(fā)揮重要的作用。
5 總結(jié)
近些年來對(duì)無線通信技術(shù)領(lǐng)域的研究越來越多，這些技術(shù)在地空通信中逐漸成為熱點(diǎn)。LDPC碼是一種線性的分組碼，它是基于稀疏校驗(yàn)矩陣的。本論文簡(jiǎn)要介紹了LDPC碼的編碼算法和譯碼算法，以及在地空通信中的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞： H.264標(biāo)準(zhǔn)；視頻壓縮；視頻編碼
0 引言
以數(shù)字視頻的采集、壓縮、處理為核心的現(xiàn)代視頻監(jiān)控技術(shù)，采用先進(jìn)圖像處理芯片對(duì)視頻進(jìn)行壓縮處理，把智能圖像處理技術(shù)用于圖像顯示、監(jiān)控成為嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重點(diǎn)研究方向[1]。無論是MPEG1、MPEG2或者是MPEG4、H.263都已經(jīng)無法滿足運(yùn)動(dòng)圖像壓縮的要求，這時(shí)新一代的H.264標(biāo)準(zhǔn)便被制定，H.264作為新一代的編碼方式，有效提升了視頻壓縮率，僅需原先的一半帶寬即可播放相同質(zhì)量的視頻，而且視頻編碼的碼率更加靈活，架構(gòu)主要包括，幀內(nèi)預(yù)測(cè)、幀間預(yù)測(cè)、轉(zhuǎn)換、量化、去區(qū)塊濾波器、熵編碼等模塊，下面將研究H.264視頻編碼的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用前景。[2]
1 H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)
H.264是兩個(gè)組織專家ITU-T和ISO為多媒體傳輸設(shè)計(jì)的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)[3]，全稱是MPEG-4AVC，翻譯成中文意思是“活動(dòng)圖像專家組-4的高等視頻編碼”，或稱為MPEG-4Part10。各種分辨率的視頻圖像格式都可以被H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)支持，包括sub-QCIF、QCIF、CIF、4CIF、16CIF等[4]。H.264是一種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也是一種被廣泛使用的高精度視頻的錄制、壓縮和格式。H.264比其他編碼標(biāo)準(zhǔn)有著更高的視頻質(zhì)量和更低的碼率，被廣泛用于網(wǎng)絡(luò)流媒體數(shù)據(jù)、各種高清晰度電視陸地廣播以及衛(wèi)星電視廣播等領(lǐng)域。H.264的特點(diǎn)是能低碼率、高清晰持續(xù)提供較高的視頻質(zhì)量，能大大加強(qiáng)圖像的編碼效率和改善圖像數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸效率。[1]，使網(wǎng)絡(luò)更加靈活、適應(yīng)性更強(qiáng)，最大的好處就是節(jié)約了成本，彌補(bǔ)了技術(shù)差距，讓存儲(chǔ)與視頻管理變得更高效。
2 H.264編碼器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
H.264只是規(guī)定了輸入碼流的格式及編碼之后輸出比特流的句法結(jié)構(gòu)，其標(biāo)準(zhǔn)的編碼思路是混合編碼模式，以幀間和幀內(nèi)預(yù)測(cè)來清除空間和時(shí)間的冗余分量，用變換和量化編碼來清除頻域冗余分量。H.264視頻編碼在一定情況下提高了視頻壓縮編碼性，其視頻解碼與編碼實(shí)現(xiàn)的過程相反，依據(jù)幀內(nèi)編碼進(jìn)行逆量化，反變換，重構(gòu)幀，最后經(jīng)塊濾波器平滑濾波后得到重建圖像，[1]H.264編碼器的功能組成框圖如1。
3 H.264編碼器關(guān)鍵環(huán)節(jié)分析
3.1 幀內(nèi)預(yù)測(cè) 比起H.263，H.264提供了更多不同的工具來降低碼率，以編碼單位來說，h.264中每個(gè)宏塊（macroblock/mb）大小都是固定的16×16像素，能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率視頻的壓縮，對(duì)于幀間編碼來說，它允許變換塊的大小根據(jù)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償塊的大小進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整；對(duì)于幀內(nèi)編碼來說，它允許變換塊的大小根據(jù)幀內(nèi)預(yù)測(cè)殘差的特性進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整。
3.2 幀間預(yù)測(cè) H.264標(biāo)準(zhǔn)與早期標(biāo)準(zhǔn)不同之處在于，它所使用的是塊結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，運(yùn)算精度精確到1/4像素點(diǎn)上。[8]不僅如此，H.264標(biāo)準(zhǔn)還使用了多幀預(yù)測(cè)的方法，能夠明顯改善預(yù)測(cè)增益。[5]
3.3 整數(shù)變換與量化 H.264中整型變換與之前的MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)所采用的DCT變換都有區(qū)別：
①它是整形變換（所有的操作都為整數(shù)運(yùn)算，不存在解碼精度損失）。②用整數(shù)算術(shù)變換可以確保編解碼之間實(shí)現(xiàn)零失配。③變換的核心運(yùn)算部分只用到加法和移位運(yùn)算，不需要乘除運(yùn)算。④到量化器的縮放乘積因子為整數(shù)，減少了乘積因子的數(shù)據(jù)位數(shù)。[4]量化的目的是減小信號(hào)的值域，以更少的比特來表示信號(hào)，從而達(dá)到減少數(shù)據(jù)量的目的。H.264中量化的步長(zhǎng)總共有52種，其按照12.5%遞增，并且變換系數(shù)的讀取有雙掃描和之字形兩種方式。
3.4 熵編碼 熵編碼是對(duì)數(shù)據(jù)的冗余信息進(jìn)行壓縮的方法，變長(zhǎng)編碼和Huffman編碼相結(jié)合進(jìn)行，以較短的字長(zhǎng)表示出現(xiàn)概率較大的數(shù)據(jù)，較長(zhǎng)的字長(zhǎng)表示出現(xiàn)概率較小的數(shù)據(jù)來達(dá)到降低數(shù)據(jù)量的目的。
CAVLC是一種變長(zhǎng)編碼。先對(duì)變換系數(shù)進(jìn)行zig-zag掃描。用行程碼（L，V）表示掃描以后的數(shù)據(jù)，V代表數(shù)值，L代表該數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)。因?yàn)橐曨l塊在整形變換和量化后，大部分變換系數(shù)成為0，只有很少的數(shù)據(jù)在低頻部分，用行程數(shù)L代表連續(xù)出現(xiàn)的0的個(gè)數(shù)，V代表0串后挨著的非零值，接著對(duì)L和V分別采用Huffman編碼進(jìn)一步壓縮，有不同的碼表可以查詢亮度塊和色度塊。行程編碼大大降低了編碼的碼字字長(zhǎng)。CABAC是一種二進(jìn)制算術(shù)編碼，其通過構(gòu)建模型來預(yù)測(cè)當(dāng)前的視頻信號(hào)。相對(duì)于CAVLC編碼，CABAC的編碼效率更高，更節(jié)省碼率。[4]
3.5 碼率控制 H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)雖然對(duì)于編碼器的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)模式?jīng)]有具體的規(guī)定，但編碼器實(shí)現(xiàn)的核心問題要解決編碼器的結(jié)構(gòu)、相應(yīng)的視頻編碼如何控制。H.264編碼器采用基于拉各朗日Lagrangian優(yōu)化算法的率失真優(yōu)化模型實(shí)現(xiàn)視頻編碼的控制，其實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單而且效率高。[5]
H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)由于以上關(guān)鍵技術(shù)的支持，獲得了較高性能編碼，但編碼器復(fù)雜度增加，約為MPEG2的4倍，MPEG4的2倍。其高復(fù)雜度原因有兩個(gè)方面，一是編碼選項(xiàng)復(fù)雜，二是計(jì)算量高。具體內(nèi)容有宏塊的劃分及搜索模式的組合的選取、高精度亞像素運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和多參考頓預(yù)測(cè)，H.264更細(xì)化，更精確的數(shù)據(jù)壓縮導(dǎo)致了計(jì)算量高。[6]
4 應(yīng)用前景
H.264作為一種具有高效壓縮性能的視頻壓縮編碼技術(shù)，其在制定的過程中就充分參考和吸收了H系列和MPEG系列的優(yōu)秀研究成果，修改或重新制定了其中不合理的部分，使其有很好的壓縮性能。H.264能夠比H.263和MPEG-4大約省去50%的碼率。[7]H.264的高效的視頻壓縮能力和優(yōu)異的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性，為視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃蕴峁┝吮Ｕ?，其可廣泛應(yīng)用于數(shù)字?jǐn)z像、英特網(wǎng)、數(shù)字視頻錄像、DVD及電視廣播等領(lǐng)域的圖像壓縮。
5 結(jié)束語
網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)要達(dá)到良好的監(jiān)控效果，僅提高攝像頭的分辨率是不行的，只有通過改善數(shù)字視頻的壓縮技術(shù)，降低視頻傳輸?shù)恼`碼率，提高視頻的質(zhì)量，才能推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)視頻走向智能化。[1]H.264標(biāo)準(zhǔn)的推出是視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的一次重要的進(jìn)步，盡管其算法復(fù)雜，但是能夠大幅度提高編碼效率，使得應(yīng)用范圍更加的廣泛。
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標(biāo)題(居中，小二黑體)
作者姓名1，作者姓名2，作者姓名3(小四號(hào)宋)
作者單位，(郵政編碼)(五號(hào)仿宋)
作者單位，(郵政編碼)(五號(hào)仿宋)
作者單位，(郵政編碼)(五號(hào)仿宋)
E-mail(小五，TimesNewRoman)
摘要：本文給出了一種?(五號(hào)，楷體)頁邊距：左右各：3.17cm，上下各：3.5cm；頁眉：2.8cm，頁腳3.0cm。關(guān)鍵詞：(3-5個(gè))
1.引言(四號(hào)，宋體，加粗)
近年來。。。(正文五號(hào)宋體，段首空兩漢字字符，1.25倍行距)頁邊距：左右各：3.17cm，上下各：3.5cm；頁眉：2.8cm，頁腳：3.0cm。
2.系統(tǒng)介紹(同上)
2.1一級(jí)子標(biāo)題(小四號(hào)，宋體，加粗)2.1.1二級(jí)子標(biāo)題(五號(hào)，宋體，加粗)3.。。。。。。4.。。。。。。5.結(jié)論(同上)
本文給出了。。。
參考文獻(xiàn)(五號(hào)，黑體)
[1]H.E.S.Said，T.TanandK.Baker.Personalidentificationbasedonhandwriting.PatternRecognition，33：149-160，Jan.2000
The paper mainly researches the application of advanced PLC (Programmable Logic Controller), transducer, and absolute encoder in the grab bucket crane, which takes the place of the traditional mode of the electric control and aims to improve the work efficiency of grab bucket crane and decrease its failure rate. These applications will bring a lot of advantages, such as lower maintenance costs, lower workload of maintenance, and easily to be manipulated etc. It is also achieved to be semi-automatic operation to reduce the risk of man-made operation accident with the effects of reliable running and energy-saving.
The paper primarily focuses on the principle of automatic open / close grab of grab bucket crane and proposes the principle and physical significance of the moving coordinate method. It is practical that the applied absolute encoder automatically follows the lifting and landing of grab bucket and measures the length difference value of steel wire rope to achieve the function of its automatic opening or closing and stable grabbing. According to the usual failures during the practical application of grab bucket crane, the failure display is also developed to be applied to the crane.
The paper consists of four parts:
The first part (Chapter one: Introduction) mainly describes the working principle of grab bucket crane, focusing on the problems of crane controlled in the traditional method, and further exploring the feasibility for intelligent implementation of grab bucket crane.
The second part (Chapter 2, 3, 4) describes the configuration and functional principles of PLC, transducer and encoder. It also makes a theoretical analysis for the selection of PLC, transducer and encoder, which lays a theoretical foundation for the realization of the intelligent operation of grab bucket crane in the following chapter.
The third part (Chapter 5) researches the specific schemes for intelligent implementation of grab bucket crane, such as heavy trolley, light trolley, controller configuration, PLC, transducer, electric connection of absolute encoder, working principle etc. It explicitly explained the principle of automatic open/ close grabbing of crane and the implementation of stable grabbing. It also introduces the realization principle to substitute the limit position of ascending with the utility of encoder.
The fourth part (Chapter 6) mainly introduces soft structure of intelligent operation and PLC configuration of gab bucket crane. The software program of heavy trolley, light trolley, and switching & hoisting mechanism is also composed in the paper.
In the end, it is summarized for the whole research and makes an outlook for the future research.
Key words: crane, PLC, transducer, absolute encoder, automatic opening /closing grab failure display.
摘 要
本論文主要研究抓斗起重機(jī)運(yùn)用先進(jìn)的可編程控制技術(shù)、變頻器和絕對(duì)值編碼器，取代傳統(tǒng)的電氣控制方式，提高抓斗起重機(jī)的工作效率，減小抓斗起重機(jī)的故障率，降低維修費(fèi)用，使維修工作量大大減少，操作變得簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化操作，減少人為的操作事故，運(yùn)行可靠，具有節(jié)能效果。
本論文著重研究抓斗起重機(jī)自動(dòng)開閉斗的原理，提出游動(dòng)坐標(biāo)法的原理及物理意義，利用絕對(duì)值編碼器自動(dòng)跟蹤檢測(cè)抓斗起升、開閉鋼絲繩的長(zhǎng)度差值，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開閉、沉抓的功能，具有實(shí)用價(jià)值。并根據(jù)抓斗起重機(jī)實(shí)際運(yùn)用中經(jīng)常出現(xiàn)的故障，開發(fā)出故障顯示功能。
本論文分成四個(gè)部分：
第一部分（第一章）緒論部分主要對(duì)抓斗起重機(jī)工作原理作了介紹，著重介紹了抓斗起重機(jī)傳統(tǒng)控制方式存在的問題，進(jìn)而探討了實(shí)現(xiàn)抓斗起重機(jī)智能操作的研究可能性和研究意義。
第二部分（第二、三、四章）分別對(duì)可編程控制器（PLC），變頻器、絕對(duì)值編碼器的組成、功能各原理作了介紹，以及PLC、變頻器、編碼器的選型作了理論上的分析，為下文抓斗起重機(jī)智能化控制的實(shí)現(xiàn)打下了理論基礎(chǔ)。
第三部分(第五章)研究抓斗起重機(jī)智能控制的具體實(shí)現(xiàn)方案，大車、小車，起升開閉機(jī)構(gòu)PLC、變頻器、絕對(duì)值編碼器的電氣連接、工作原理。特別詳細(xì)闡述了抓斗實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開閉斗的原理，以及抓斗自動(dòng)沉抓功能的實(shí)現(xiàn)。還介紹了用編碼器取代上升極限位的實(shí)現(xiàn)原理。
第四部分（第六章）主要介紹抓斗起重機(jī)智能控制的軟件結(jié)構(gòu)，PLC組態(tài)、還詳細(xì)寫出大車、小車、起升開閉機(jī)構(gòu)的軟件程序。
關(guān)鍵詞：H.264，運(yùn)動(dòng)估計(jì)，整像素預(yù)測(cè)
1、引言
H.264是一種高性能的視頻編解碼技術(shù), 它是ITU-T的VCEG（視頻編碼專家組）和ISO/IEC的MPEG（活動(dòng)圖像編碼專家組）的聯(lián)合視頻組（JVT：joint video team）開發(fā)的一個(gè)新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10 部分。論文寫作，整像素預(yù)測(cè)。
作為新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率和優(yōu)異的性能，廣泛應(yīng)用于視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播、高清視頻、移動(dòng)播放器等多個(gè)領(lǐng)域。
H.264最大的優(yōu)勢(shì)是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。論文寫作，整像素預(yù)測(cè)。和MPEG-2和MPEG-4ASP等壓縮技術(shù)相比，H.264壓縮技術(shù)將大大節(jié)省用戶的下載時(shí)間和數(shù)據(jù)流量收費(fèi)。論文寫作，整像素預(yù)測(cè)。尤其值得一提的是，H.264在具有高壓縮比的同時(shí)還擁有高質(zhì)量流暢的圖像。
在H.264的編碼芯片結(jié)構(gòu)中，相比幀內(nèi)，幀間(Inter Prediction)編碼的效率高，但是運(yùn)算復(fù)雜度也比較高。幀間編碼的核心運(yùn)算部分是“ME”(motion estimation)即運(yùn)動(dòng)估計(jì)，占用最多的邏輯與時(shí)鐘資源。幀間預(yù)測(cè)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)過程分為整像素運(yùn)動(dòng)估計(jì)（IME）和分像素運(yùn)動(dòng)估計(jì)（FME），首先找到整像素的最佳MV，然后再進(jìn)行分像素的搜索。除了巨大的計(jì)算復(fù)雜度，編碼過程也很長(zhǎng)，包括預(yù)測(cè)，重構(gòu)和熵編碼。
2、運(yùn)動(dòng)估計(jì)運(yùn)算
H.264幀間預(yù)測(cè)是利用已編碼視頻幀/場(chǎng)和基于塊的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)念A(yù)測(cè)模式。由于引入了1/4像素精度、多種分割預(yù)測(cè)等先進(jìn)技術(shù)，在獲得更高壓縮率的同時(shí)，其算法復(fù)雜度也大大提高，使得幀間預(yù)測(cè)編碼耗時(shí)占到整個(gè)編碼計(jì)算時(shí)間的50%以上，若采用全軟件實(shí)現(xiàn)高清圖像的實(shí)時(shí)編解碼，明顯力不從心，這就要求使用高性能的硬件編解碼器來完成高清實(shí)時(shí)編解碼任務(wù)，這也是本人研究的主要內(nèi)容。
編碼宏塊(16x16象素)可以分割成不同大小的塊像數(shù)據(jù)，例如16x16、16x8、8x16、8x8、8x4、4x8、4x4等七種模式。而“ME”的再對(duì)各種宏塊分割方式下的每個(gè)塊象素進(jìn)行預(yù)測(cè)運(yùn)算，然后由后續(xù)模塊統(tǒng)計(jì)和比較出最優(yōu)的分割方式。
運(yùn)動(dòng)估計(jì)包括整像素預(yù)測(cè)（IME）和分像素預(yù)測(cè)（IME）兩部分，這兩部分是串行的。每一個(gè)宏塊，只有在IME 做完之后，找到最佳整像素MV，再進(jìn)行FME。
在進(jìn)行IME計(jì)算時(shí)，首先要計(jì)算MVP，對(duì)于一個(gè)塊象素，預(yù)測(cè)運(yùn)算就是在參考幀中搜索出最佳匹配(即兩者差異最小)的同尺寸塊象素作為當(dāng)前塊的參考區(qū)域。如果在整個(gè)參考幀的范圍下進(jìn)行全面的搜索，固然可以得到最為匹配的區(qū)域，但是復(fù)雜度太大。事實(shí)上，相鄰塊在參考幀中的匹配區(qū)域一般位置比較接近。綜合考慮算法復(fù)雜度，編碼效果，資源使用等方面，幀間預(yù)測(cè)做了如下處理：首先根據(jù)周邊塊的Mv值預(yù)測(cè)出當(dāng)前塊的Mv值，即Mvp，然后在Mvp所指參考幀中象素點(diǎn)周邊搜索最佳塊象素。
MVP的搜索過程如圖2所示，假定E為當(dāng)前的宏塊、宏塊分割或者亞宏塊分割，除了16x8和8x16，MVP為A、B、C的MV的中值；對(duì)于16x8分割，上面部分MVP由A預(yù)測(cè)，下面部分MVP由B預(yù)測(cè)；對(duì)于8x16分割，左面部分MVP由B預(yù)測(cè)，右面部分MVP由C預(yù)測(cè)。論文寫作，整像素預(yù)測(cè)。以MVP作為搜索的起點(diǎn)。
圖2 MVP 計(jì)算
IME在進(jìn)行當(dāng)前宏塊MB（x）的MVP計(jì)算的時(shí)候，前面的宏塊MB（x-1）包含分像素的MV還未得到，這個(gè)時(shí)候我們無法得到準(zhǔn)確的A，所以我們此時(shí)以MB（x-1）的16x16分割搜索時(shí)所得到的整像素MV來代替A，并把據(jù)此計(jì)算得到的MVP作為搜索的起點(diǎn)。
3、IME模塊及功能
IME模塊的架構(gòu)如下圖所示
圖3 IME模塊架構(gòu)圖
IME的主要功能是：
（1）數(shù)據(jù)：把原始和參考YUV從inter_config模塊中取出，為PS和FME模塊準(zhǔn)備預(yù)測(cè)所需數(shù)據(jù)；
（2）控制：控制幀間預(yù)測(cè)的過程
IME的模塊劃分及各自功能：
Pipe_ctrl：不同分割間的搜索和選擇 將不同分割方式的順序搜索改為并行，用兩條水線來實(shí)現(xiàn)加速 Pipe0：進(jìn)行P16x16，P8x16，P4x8 ；Pipe1：進(jìn)行P8x8，P16x8，P8x4，4x4由兩條共同完成（為了減少pipe0的等待時(shí)間，把pipe1的部分工作放到pipe0中）
MVp_ctrl：每種分割的具體搜索過程
（1）計(jì)算MVp值
（2）控制reg_ctrl模塊的數(shù)據(jù)存取
Reg_ctrl：為相連模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)
（1）為整像素準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，傳輸給PS模塊；
（2）為分像素搜索準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，傳輸給FME模塊；
（3）為重構(gòu)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，傳輸給FME模塊
4、與IME模塊相關(guān)的主要功能模塊
圖3中與IME工作相關(guān)的有兩個(gè)主要的部分，一個(gè)是Inter_config 模塊，還有一個(gè)是PS模塊，它們?cè)谙到y(tǒng)中起著重要的作用。論文寫作，整像素預(yù)測(cè)。
1. Inter_config模塊及功能描述
Inter_config模塊，即幀間數(shù)據(jù)調(diào)度模塊，其數(shù)據(jù)傳送如圖4所示，Inter_config模塊有兩部分功能：一是為IME服務(wù)，把IME所需的數(shù)據(jù)從DDR取到Sram；二是為L(zhǎng)oop Filter服務(wù)，把LoopFilter模塊的deblock運(yùn)算所需要的一部分?jǐn)?shù)據(jù)從DDR取到Sram以及將deblock運(yùn)算后的宏塊數(shù)據(jù)存入DDR。
圖4 Inter_config模塊數(shù)據(jù)傳送
Inter_config模塊與IME有關(guān)的工作包括：
1）取原始YUV數(shù)據(jù)，Luma部分直接拉給IME_Reg_o，Chroma部分存入Sram0。
2）為IME準(zhǔn)備計(jì)算所需的9個(gè)宏塊的Luma數(shù)據(jù)，并存入Sram0和Sram1。
3）將這9個(gè)宏塊的Chroma數(shù)據(jù)準(zhǔn)備到Sram1中，用于Chroma資料拼接之用。
4）接收到IME_ChromaStart_i信號(hào)有效后，開始FME運(yùn)算所需Chroma數(shù)據(jù)的相關(guān)準(zhǔn)備工作。包括：①從Sram0中取Chroma的原始YUV送給IME；②從Sram0中取Chroma3x3Mb數(shù)據(jù)并進(jìn)行拼接（將每個(gè)block對(duì)應(yīng)的2x2像素，向右向下擴(kuò)展，變成3x3像素）后送給IME。論文寫作，整像素預(yù)測(cè)。
5）把最后一行的5個(gè)mv（當(dāng)前Mb最后一行的block的4個(gè)mv及右側(cè)相鄰的1個(gè)mv）存入Sram0，作為下一宏塊行進(jìn)行Mvp預(yù)測(cè)所需數(shù)據(jù)。
2. PS模塊功能描述
PS模塊，即預(yù)測(cè)選擇模塊，本模塊主要用于選擇當(dāng)前編碼宏塊的最佳預(yù)測(cè)方式，幀內(nèi)預(yù)測(cè)還是幀間預(yù)測(cè)；若是幀間預(yù)測(cè)還需給出宏塊的最佳分割以及分割的最佳MV，除此之外，還需求殘差值，用于后面的重建。其主要功能如下：
1）接收IME模塊的整像素亮度值，以進(jìn)行整像素搜索，找出最佳的整像素MV；
2）將兩套流水線所得出的cost進(jìn)行比較，選出最佳partition；
3）接收inter_ctrl模塊中IME模塊的亞像素亮度值，以進(jìn)行亞像素搜索，找出最佳的亞像素MV以及cost，并與最佳的整像素MV的cost相比較，選擇最佳的MV；
4）將選出的最佳的cost與intra_ctrl中的最佳的cost，比較得出最佳的預(yù)測(cè)方式，幀間還是幀內(nèi)；
5）若選出的是幀內(nèi)，則結(jié)束當(dāng)前宏塊的幀間操作，準(zhǔn)備下一個(gè)宏塊的幀間操作；若選出的是幀間，則接收IME或FME的亮度和色度值，進(jìn)行求殘差操作，送給DCT以備后面重建。
5、總結(jié)及展望
本文對(duì)幀間編碼中IME運(yùn)算所需數(shù)據(jù)進(jìn)行探討和分析，并提出一套架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，時(shí)序和資源使用都比較優(yōu)化。設(shè)計(jì)方案在空間上具有較高的并行度，處理能力高，非常適合實(shí)現(xiàn)高清視頻編碼。目前市場(chǎng)上對(duì)于H.264的研究開發(fā)一般都是基于PC或者DSP解決，很少有基于硬件實(shí)現(xiàn)的開發(fā)，功能上還不足以實(shí)現(xiàn)高清實(shí)時(shí)信號(hào)的編碼和解碼。本設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)幀間預(yù)測(cè)的關(guān)鍵部分，在后續(xù)的研究中如果能使用H.264標(biāo)準(zhǔn)在幀間預(yù)測(cè)所帶來的高壓縮率，如果能將其帶來的復(fù)雜度的增加限制在可容忍的范圍內(nèi)，支持幀間預(yù)測(cè)的高清實(shí)時(shí)視頻編解碼的芯片實(shí)現(xiàn)是非常有意義的，應(yīng)用前景很廣闊。
參考文獻(xiàn)
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[4]Renxiang Li, Bing Zeng, and Ming L． Liou． A new three－stepsearch algorithm for block motion estimation． IEEE Trans．Circuits Syst．Video Technol．, vol． 4, No． 4,Aug 1994
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)編碼； 構(gòu)造算法； 多項(xiàng)式時(shí)間算法； 隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼
中圖分類號(hào)：TN915-34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004-373X(2011)19-0011-04
Research on Construction Algorithm of Network Coding
CHEN Hai-yong1, ZHU Shi-bing2, LI Chang-qing3
(1.Department of Postgraduate, Institute of Command & Technology of Equipment, Beijing 101416, China;
2. Department of Training, Institute of Command & Technology of Equipment, Beijing 101416, China;
3.Department of The Informational Equipment, Institute of Command & Technology of Equipment, Beijing 101416, China)
Abstract： Network coding is an important breakthrough of the information transmission technology in communication network, whose main idea is using the intelligentized function of router and encoding the transmit information by the intermediate node of network to improve the efficiency of network transmission. An example about "papilionaceous net" is proposed to analyze the basic theory of network coding, the basic construction algorithm, advantages and shortages of network coding are summarized, and the further development direction of this algorithm is discussed.
Keywords： network coding; construction algorithm; multinomial time algorithm; random network coding
收稿日期：2011-04-11
0 引 言
在傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)及信息傳輸過程中，中間節(jié)點(diǎn)都只是完成簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能。2000年，R Ahlswede等人在IEEE Transactions on Information Theory上發(fā)表了論文《Network Information Flow》，第一次提出了“網(wǎng)絡(luò)編碼”這一概念，論文證明了在單信源組播網(wǎng)絡(luò)中，使用網(wǎng)絡(luò)編碼可以達(dá)到信息傳輸?shù)淖畲罅鹘纾⑼ㄟ^蝴蝶網(wǎng)絡(luò)的例子說明傳統(tǒng)路由無法實(shí)現(xiàn)最高的傳輸效率［1］。這篇文章是網(wǎng)絡(luò)編碼理論發(fā)展的開端。
網(wǎng)絡(luò)編碼是一種基于網(wǎng)絡(luò)層的編碼技術(shù)，核心思想就是盡量利用路由器的智能化功能，將傳統(tǒng)的路由器中對(duì)數(shù)據(jù)包先接收再轉(zhuǎn)發(fā)的處理模式提升到允許對(duì)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行組合、編碼等一系列的智能化處理，然后再轉(zhuǎn)發(fā)出去［2］。
1 網(wǎng)絡(luò)編碼的基本原理
在研究網(wǎng)絡(luò)編碼的過程中，為了能夠給大家一個(gè)直觀的印象，能夠更深入地了解網(wǎng)絡(luò)編碼的概念，下面將通過著名的“蝶形網(wǎng)絡(luò)”進(jìn)行分析。假定有一個(gè)(如圖1所示)通信網(wǎng)絡(luò)，它擁有單個(gè)信源和2個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，假設(shè)每條鏈路都無時(shí)延和無差錯(cuò)，且信道容量為1，即單位時(shí)間內(nèi)可以傳輸一個(gè)單位信息量(例如1 b)。圖中，S是信源節(jié)點(diǎn)；Y和Z是信宿節(jié)點(diǎn)；T,U,W,X是中間節(jié)點(diǎn)。源節(jié)點(diǎn)S要同時(shí)向兩個(gè)信宿節(jié)點(diǎn)Y和Z發(fā)送組播信息。根據(jù)圖論的“最大流最小割”定理，該多播的最大理論傳輸容量為2，即理論上信宿Y和Z能夠同時(shí)收到信源S發(fā)出的2個(gè)單位的信息，也就是說能同時(shí)收到b1和b2。
圖1 “單信源二信宿”蝴蝶網(wǎng)絡(luò)如果是傳統(tǒng)的信息傳輸方式，如圖1(a)所示，鏈路STTY和STTWWXXZ傳送b1，鏈路SUUZ，和SUUWWXXY傳送b2，信道容量為1的要求約束了鏈路WX，使得鏈路WX無法同時(shí)傳輸b1和b2。b1和b2傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn)W時(shí)，若WX傳輸b1，則b2需要等待b1傳輸完畢才能傳輸，所以在單位時(shí)間內(nèi)，信宿Y獲得兩個(gè)b1，信宿Z獲得b1和b2，該方式不能夠?qū)崿F(xiàn)最大傳輸容量。如果應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼的思想，則如圖1(b)所示，令節(jié)點(diǎn)W為編碼節(jié)點(diǎn)，b1和b2傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn)W時(shí)，W對(duì)接收到的b1和b2進(jìn)行編碼，壓縮傳輸信息流，從而，使得鏈路STTY和SUUZ分別給信宿Y和Z傳輸b1和b2，鏈路WXXY和WXXZ給信宿Y和Z傳輸b1b2，Y收到b1和b1b2后，通過譯碼操作b1(b1b2)就能解出b2，因此，信宿Y同時(shí)收到了b1和b2。同理，信宿Z也同時(shí)收到b1(通過譯碼操作b2(b1b2))和b2，由此，基于網(wǎng)絡(luò)編碼思想的傳輸方式能夠?qū)崿F(xiàn)理論上的最大傳輸容量。
在無環(huán)有向網(wǎng)絡(luò)中，只要存在鏈路瓶頸，就可以利用網(wǎng)絡(luò)編碼來提高其信息傳輸吞吐量。因此，在利用網(wǎng)絡(luò)編碼思想時(shí)，應(yīng)該尋找鏈路瓶頸，選擇適宜的網(wǎng)絡(luò)編碼節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)編碼構(gòu)造算法，從而實(shí)現(xiàn)理論上網(wǎng)絡(luò)組播的最大傳輸容量。
2 網(wǎng)絡(luò)編碼構(gòu)造算法
為了便于理解，在介紹網(wǎng)絡(luò)編碼構(gòu)造算法之前，先給出以下兩個(gè)定義：
定義1：全局編碼向量
如圖2所示，設(shè)X=［x1,x2…,xn］為信源S輸出的n維信息流向量;Zj為第j條鏈路上傳輸?shù)男畔⒘飨蛄?Zj為第j條鏈路上傳輸信息流中關(guān)于信源輸出信息流向量的系數(shù)，則Zj=ξjXT，則ξTj稱為第j條鏈路的全局編碼向量。
定義2：系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣
