基于喷泉码的多媒体信息传输方案及其实现

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喷泉码(Fountain codes)是一种在二进制删除信道(Binary Erasure Channel,BEC)下性能十分优异的无码率纠删码(Erasure code),它克服了传统纠删码码率限制问题,不需要估计实际信道的信道状态(Channel State Information,CSI),能够通过实时增加或减少编码数据包的方法来应对传输信道的突发状况,极大地提高了信息传输的可靠性。最典型的喷泉码有Raptor码和LT(Luby Transform)码两种形式,其中,LT码是业内研究和应用最为广泛的喷泉码。本文利用Math Works公司开发的Simulink树莓派硬件支持包,将喷泉码与价格低廉、体积小、功能强大的树莓派硬件开发板相结合,针对不同多媒体信息的数据结构,设计了基于喷泉码的多媒体信息传输方案,并将该传输方案应用于树莓派平台,实现两枚树莓派之间多媒体信息的传输。本文主要研究工作包括:首先,设计了基于喷泉码的多媒体信息传输方案。根据喷泉码的编译码原理、BEC信道特性以及常见多媒体信息的数据结构,分别设计出基于喷泉码的文本信息、语音信息、图像信息、视频信息在BEC信道的传输方案。其次,将基于喷泉码的多媒体信息传输方案应用于树莓派平台。根据Socket通信原理,将发送端树莓派作为Socket客户端,将接收端树莓派作为Socket服务器端。分别将多媒体信息传输方案中的编译码Matlab程序生成编译码Simulink模型,使用Simulink Coder工具箱将Simulink编译码模型“转换”为树莓派可执行的嵌入式C代码。利用Simulink树莓派支持包分别将编译码嵌入式C代码加载至发送端树莓派和接收端树莓派上运行,实现两枚树莓派在同一局域网下多媒体信息的传输。最后,采用Matlab图形用户界面(Graphical User Interfaces,GUI)设计了多媒体信息传输可视化界面。为了更为直观地观察到多媒体信息传输的效果,本文将接收端树莓派的译码数据利用File Zilla FTP软件传输至个人计算机,使用Matlab GUI将接收端树莓派回传的译码数据实现可视化。使用常见的文本信息、语音信息、图像信息和视频信息对传输系统的性能进行测试,实验结果表明,基于喷泉码的多媒体信息传输方案可以有效地提高了多媒体信息传输的质量,实现了多媒体信息在树莓派之间的可靠性传输。
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