资源描述：
《用于雷达波形的无损压缩编码》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、用于雷达波形的无损压缩编码第32卷第3期2002年9月航空计算技术AeronautiealComputerTechniqueVo1.32No.3Sep.2002文章编号:1671—654(2002)03—0038—04用于雷达波形的无损压缩编码郑朝晖(西安导航技术研究所,陕西西安710o68)摘要:讨论了用算术编码实现波形数据的无损压缩.对波形数据进行无损压缩时,如果把每个可能的样本值看作一个符号,符号表会非常庞大,导致算法不可行.基于这种原因.本文用一个符号表示一定范围内波形数据.而不是单个波形数据,然后在此基础上设计了一种编码方案.先是无损线性预测,去除了波形数据之间的相关性.并假定产生的
2、差值序列具有白功率谱,幅度服从高斯分布,第二步是算术编码.最后给出了对雷达回波数据进行压缩的实验结果.关键词:算术编码;线性预测;最小均方逼近中图分类号:TP301.6文献标识码:A引言在数据的实时传输应用领域中,为了解决传输带宽和数据率的矛盾,对数据进行编码压缩是一种解决方法.若使用有损压缩的方法,高频分量受到损失,锐利的边缘会变得模糊.而对于雷达回波的波形数据所要求保留的恰恰是这些信号,有损压缩的方法使雷达波形会发生畸变,这样就影响到雷达的分辨力和对小目标的发现概率.为了保证译码恢复后的波形不发生失真,需采用无损压缩编码算法.由于上述波形本身是一种非平稳的随机过程,基于字典的编码方法(如L
3、ZW,LZ77等)难于获得较好的压缩效率.而基于自适应概率统计模型的算术编码,是一种能适应非平稳信源统计特征的编码方法.对于数字量化的波形数据,可以看作为一有序整数序列:妇(0:K一1):[/xo,妇l'…,/xk一1J(1)如果用算术编码对此有限波形进行压缩,会遇到两个问题.首先(M:K一1),中的样本可能是相关的,算术编码无法去除符号间的相关.第二,如果波形数据的量化位数较高,若将每一个可能的样本看作一个字符,那么会使字符的表示非常庞大,导致算术编码的运算量巨大,无法实际使用.在接下来的部分,我们讨论这个问题.1两个步骤的数据压缩对大多数物理数据来说具有普遍性,波形并非通常都是白色的.通常
4、情况下序列中的样本都可以用以前的数据预测.线性预测通常用来解决这个问题,而且在波形压缩中效果不错.因此本文采用了两步压缩过程.首先用M权值线性预测器对妇(M:K一1)去相关.假定M相当大,能使所产生的差值序列为白色.要精确重构妇(0:K一1),我们需要M个预测权值,初始序列妇(M:K一1)及差值序列it(M:K一1).两步数据压缩框图本文重点讨论第二步,这里(M:K一1)被压缩为二进制序列(0:一1).因此我们讨论用收稿日期:2002—04—18作者简介:郑朝晖(1969一),男,福建福州人.硕士研究生.主要从事雷达工程领域的数学信号处理和数据信息处理方面的研究工作.,国2002年9月郑朝晖:
5、用于雷达波形的无损压缩编码39算术编码压缩幅值随机分布的白序列.首先讨论最普遍的情况,ir(O:K一1)的幅值分布为高斯….假定M=0,故要压缩的高斯序列为ir(O:K一1).1.1高斯差值幅度假设ir(O:K一1)为高斯序列,标准方差是,最高,最低差值分别为irH和忱.算术编码所需要的符号数为:Number-of-symbols=R=irH—irL+1(2)如果扣或K的数值较大,R的数值将会过大,导致算法无法实际运作.原因有以下两点:a)算术编码器必须允许R字符,许多并非存在于(0:K一1)中,或者b)ir(O:K一1)中的采样值必须包含在压缩数据中.K,和R是统计相关的,给定和正态分布密度
6、函数N(O,),irH,irL期望幅值是相等的.所以R≈2irH,假定irH》1.N(O,)=—三=t"/2'o2芤r上一一lN(O,a)dt=()=一()(3)这里厂为标准误差函数.ir(O:K一1)中幅值在R范围内的所有差值序列的概率可以用下式逼近:P(R)=Pr[Iir(j)I<irH;O≤≤K]≈(4)令P(RM)=1/2,对(4)式先取logz,再取loglo,得到以下公式:lOgl0K=一lOglO[一log2[g()]](5)二oir二最小均方逼近为:≈2.930+1.2741ogloK(6)ufr1.2算术编码格式本文将幅值在R范围之内的样本分为N,个连续的区间:a)每个
7、区间含有2N,个样本;b)第一个区间为[rL,rL+2N,],第二个为[rL+2N,,rL+2N,],1≤≤Ns,第.『个区间为[rL+(一1)×2N,rL十J×2N];c)区间依次标记为1,2,…,N,.=[](7)注意,在已知区间确定一个样本位置需要N,位.用公式(3),差值位于区间的概率为P(j):r+N,P()2.5N(0air)d￡1≤≤Ns(8)各区间概率为:f(J)≈K()(9)基于
