编码技术论文

2024-04-22

编码技术论文（共6篇）

篇1：编码技术论文

分布式视频编码技术研究

摘要：对于视频压缩领域，分布式编码是一种新出现的应用机制，是基于20世纪70年代Slepian和Wolf以及Wyner和Ziv提出的信息理论而建立的。分布式视频编码技术与传统编码技术相比，从原理到实现方法上都是全新的。本文在介绍分布式编码基本原理的基础上，着重介绍了分布式视频编码技术各个环节的最新研究进展，并对发展趋势进行了展望。

关键词：

分布式视频编码

有损编码

错误恢复

Abstract：For video compression distributed video coding is a new paradigm, which is based on the information theory established in 1970’s by Slepian,Wolf and Wyner,Ziv.Compared with traditional video coding standard, distributed video coding is a radical departure.Based on the introduction of distributed coding principles, this paper reviews the advances of fundamental building blocks of distributed

video coding, and the future development is pointed out.Key words: Distributed video coding

lossy compression error resilient

1引言

传统的视频编码标准,如MPEG和H.26X等,采用的都是不对称编码方式,编码器端隐含一个解码器。编码端的主要步骤包括变换，量化，熵编码，相应的解码过程，以及运动估计和运动补偿。因此编码端的复杂度远远高于解码端，尤其是运动估计和运动补偿占用了大量的资源，使编码端的复杂度在解码端的5 至10倍以上。这种不对称的编码方式对于广播，流媒体的点播等服务是非常合适的，因为这些领域的工作方式是一次压缩多次播放。近年来随着“普适计算”（Pervasive Computing）概念的提出, ”无所不在的计算”已经成为计算机发展的大趋势。在这种背景下，越来越多的移动视频录制设备加入到了网络中，如监控系统中的无线视频探测头，便携式视频摄像机，无线PC相机等。这些设备都需要进行现场的视频编码，并把码流传送到一个中心节点，如监控室的中央处理机，进行解码播放。这些应用领域中编码设备比较简单，而解码设备拥有较多的资源可以进行复杂的计算，与传统视频编码标准适用的场景恰恰相反。

MPEG和H.26x等传统的视频编码标准在发展的过程中一直遵循一个模式,就是由编码器负责信源统计特性的充分利用,作为一个基本原则这很少被质疑过。然而通过只在解码端进行信号统计特性的利用同样可以进行有效的压缩编码。这个令人惊异的发现来自20世纪70年代建立的信息理论，即Slepian和Wolf建立的分布式无损编码理论以及Wyner 和Ziv建立的使用解码端辅助信息(Side Information)的有损编码理论。根据以上理论建立的机制被统称为分布式编码算法。

[1]2 分布式编码的信息论基础

传统的图像编码存在两种形式的压缩方法，一种是有损压缩[2]，一种是无损压缩，无损压缩是有损压缩的基础，有损压缩往往是在无损压缩的基础上加上通过附加一个优化的量化器而实现的。分布式编码的信息论原理同样有两种形式，即无损分布式编

码的Slepian-Wolf理论[3]和使用解码端辅助信息(Side Information)的有损分布式编码Wyner-Ziv理论。其中，Wyner-Ziv理论是分布式视频编码技术的主要理论依据,为了纪念二人对信息论的贡献,这种视频编码机制又被称为Wyner-Ziv Video Coding。

2.1分布式无损信源编码

分布式压缩指的是编码两个独立的任意序列；每个具有分离的编码器，每一个编码器发送一个独立的码流到一个独立的解码器；该解码器联合解码所有的码流并且计算统计相关，如图1所示。

假设两个统计相关独立同分布的无限长随机序列X 和Y，在传统的熵编码和解码可以达到RYH(Y)和RXH(X)的码率, H(X)和H(Y)为X 和Y 的熵。有趣的是, 联合解码具有更好的率失真性能（独立编码）[4]。对于编码长序列，如果满足对于恢复X和Y的残差错误概率足够小，Slepian-Wolf 理论建立码率区域

RXRYH(XY,)

RXH(X|Y),RYH(X|Y)

在此可以发现, RX + RY 可以达到联合信息熵H(X,Y)。

在图2中的A 点，对X 编码的码率为RX =H(X)，而对Y进行压缩时所需要的码率仅为RY = H(Y |X)。同样在B 点，对Y编码的码率为RY =H(Y)，而对X 进行压缩时所需要的码率仅为RX =H(X |Y)。这就是在解码端具有边信息的无损信源编码问题的理论。

2.2 分布式有损信源编码

对于在解码端具有边信息有损信源编码问题Wyner和Ziv给出了其码率界。给定失真D下的码率记为为

RX|Y(D)；另外，将两边都能得到边信息Y时的率失真函数记

分布式编码是在视频压缩领域的一个新框架, 基于Slepian-Wolf和Wyner-Ziv的理论。近年来, 人们也着手于实际编/解码系统的开发，熵编码、量化和变换。

3.1 Slepian-Wolf编码器

虽然Slepian-Wolf的理论产生于20世纪70年代, 但是它却是在最近几年才获得了实际的应用。三十年前人们就明白Slepian-Wolf编码非常接近于信道编码, 可以使用一个系统信道编码传输校验位。在解码端, 可以连接校验位和边信息Y, 并且执行纠错解码。如果X、Y非常相似, 只需要传输少许校验位和重要的压缩结果。需要强调的是这个方法并不执行前向纠错来保护信道传输的错误, 而是使用一个虚拟的相关信道来获取X 和边信息Y的统计关[6]

[5]。

另一种编码实现方法, 即将序列X分为陪集, 编码端发送X所属的陪集索引, 接收端通过选择陪集中与边信息Y最可能的码字。可以看出两种解释是相同的, 在校验位的解释下，发送一个二进制的行矢量

XPXP,G为系统线性块编码的生成矩阵,在陪集的解释下,发送伴随阵S = XH, H 是线性块码C的校验矩阵。如果P = H, 传输的码流是相同的。

可以使用Turbo码来实现Slepian-Wolf编码器。由于Turbo码的良好性能, 这种方法能够很好接近Slepian-Wolf给定的编码界。之后, Liveris等人采用LDPC(low-density paritycheck)码来实现Slepian-Wolf编码器。仿真结果表明它比当时所有的turbo码的压缩性能都好, 更能接近理论限。后来他们又使用IRA(irregular repeat accumulate)码进行实验, 也得到了很好的结果。另外, Lan、Liveris、Naryanan、Xiong 和Georghiades对多信源的Slepian-Wolf编码问题进行了研究。

3.2 量化技术及Wyner-Ziv编码器

因为图像的失真度基本上是由量化器决定的, 所以对于视频编码而言, 量化器是非常关键的一个环节。由于分布式编码中, 解码器的动作是整个编码系统结构的核心, 这不同于传统的编码器端决定图像质量的工作方式。分布式编码中的量化器无法直接继承传统图像视频编码技术中的量化器设计方法。在Slepian-Wolf编码的基础上, Wyner-Ziv 编码机制有了很大进展, 对于重建边信息的初步量化器设计目的来自于信息论证。在特定情况下, 线性编码和嵌入式格子, 接近Wyner-Ziv 的率失真函数。特别是当信源和边信息是联合高斯的情况, 构成了分布式编码中量化器设计的理论基础。

通常情况下, 认为Wyner-Ziv编码器由一个量化器和一个Slepian-Wolf组成。量化器将信号空间分为单元, 不相连的子单元影射到相同的量化索引Q, 它由固定码率的局部最优 Lloyd算法、Wyner-Ziv矢量量化器设计。量化器的设计用于理想Slepian-Wolf编码器编码量化的索引, 码率估算依赖于量化索引和边信息, 使Slepian-Wolf编码器的块长与量化器维数分离。这是实际系统的基本要求。对于高码率, 在特定的情况下, 最优量化是格子量化, 分离的量化单元不需要影射到同一个索引。在编码端不具有边信息的情况下, 它是渐进无性能损失的。

在Wyner-Ziv编码器的设计实现上,Zanir等人给出的嵌套线性/格形码可以达Wyner-Ziv界。嵌套格形码的实现由Servetto中给出。Xiong等人通过嵌入量化器加Slepian-Wolf构成Wyner-Ziv编码器, 后来又使用TCQ(trellis-coded quantization)构成Wyner-Ziv编码器, 两种方法都能逼近理论界。此外, 可以使用Lbyd算法设计量化器加上Slepian-Wolf编码器实现Wyner-Ziv编码。

3.3 联合解码和运动补偿

为了获得更高的压缩效率, 可以在解码端进行运动补偿。传统的运动补偿编码可以在这里采用。例如,CRC可以用于解码端的运动补偿, Viterbi解码对一系列运动补偿预测块进行操作, 每一个具有不同的运动矢量, 每个解码版本的CRC和传送的CRC 进行比较选用。另外一种方法由Stanford完成, 即发送一个鲁棒的hash码字来辅助解码端估计运动。目前, 本文的hash 简单地由量化的DCT系数的小子集组成, 在低延迟系统使用前一帧产生边信息。因为hash比原数据小, 所以允许将上帧的hash存储到内存。对于当前帧的每个块, 计算对应的鲁棒hash的相邻帧距离。如果超过一定距离,则发送hash 数据和Wyner-Ziv 位。在hash的基础上, 解码端执行一个运动搜索来产生最优的边信息块, 量化系数的hash码能修正Turbo解码的相应概率, 因此进一步减少了校验位的码率。Hash 也能在重建时用于精简。这非常近似于通用的Slepian-Wolf编码的相关信道。

3.4 码率控制

Wyner-Ziv的码率控制由当前帧和边信息的统计相关特性来决定。编码算法本身并不需要改变, 码率随信道的统计特性而变化。每个帧需要多少码率的传输是灵活的, 因为边信息是在解码端获取而不是在编码端获取。

码率控制解决的方法之一：完全依赖于解码端的反馈信息；解码端将决定最优编码速率并反馈给编码端。解码端使用相关信道估计算法将预测码率传输给编码端。

在解码端进行码率控制, 明显降低了编码端的负担；反馈允许解码器在产生边信息方面具有很大的灵活性；从简单的拷贝帧的机制到非常复杂的运动补偿；基于对象的分割或多帧预测；一个精确的边信息, 需要很少的码率。因此整个系统性能的改善只与解码器有关系。这与传统的视频编码方式是有区别的。

这种方法有两个比较明显的缺点：首先需要一个反馈信道，这会造成延迟；统计特性估计和解码过程都是在线执行。因此这种算法不适宜于低复杂度的设备应用。

另外一个码率控制方式是使用一些在编码端的估计, 如PRISM。编码端存储前一帧, 基于帧差的能量;每个块分为不同的编码模式, 具有不同的码率, 帧差过小, 则不编码；在这两种模式中间是不同的伴随阵和不同的码率, 取决于估计的统计相关。运动估计在解码端没有, 可以降低解码复杂度；边信息的精度不影响码率, 但是会影响重建的信号质量。

[8]

[7]4 两种分布式视频编码的仿真实现及分析

本文对空间域Wyner-Ziv视频编码和频域Wyner-Ziv视频编码算法分别加以仿真实现,并且和H.263的帧间编码和顿内编码进行比较。本文采用的turbo编码器码率为4/5,生成矩阵34342M2,4,8,16[1,(1DDD)/(1DD)]为。通过对量化级数的调整,产生出不同的输出码率,从而获得不同的压缩率。关键帧K采用H.263的帧内编码, 它和Wyner-Ziv 帧S的编码顺序为“K-S-S-S”, 即每2个关键帧K之间有3个Wyner-Ziv帧S。H.263的编码器为 TMN8,选取Carphone和Salesman两个标准序列,其图像格式为QCIF(176X144),编码帧数为100帧(25fps)。仿真实验的结果如图3所示

图3 空间域和频域Wyner-Ziv视频编码仿真结果

从上述的仿真实验结果可以看出, 分布式视频编码在相同编码复杂度的情况下, 其压缩效率要明显高于传统的帧内编码, 但和传统的帧间编码相比尚有较大差距。频域Wyner-Ziv,视频编码效率比空间域Wyner-Ziv算法平均高1.5dB以上, 这是因为频域Wyner-Ziv编码算法在编码端对当前帧进行DCT变换,变换后的低频分量和高频分量独立编码, 压缩了图像信号的空间冗余度,提高了编码效率。结论和研究展望

本研究对于探索新的视频编码技术、解决传统视频编码仅在编码端进行信源统计所遇到的编码复杂度高等问题, 具有重要的理论意义和实用价值。为了降低编码端的复

杂度，分布式视频编码采用帧内编码帧间译码，将视频帧分为关键帧与Wyner-Ziv帧，关键帧是使用H.264/AVC进行编码，在译码端使用已译码的关键帧产生边信息，并将边信息作为辅助信息来实现当前Wyner-Ziv帧的编码。与传统的视频编码相比，分布式视频编码在编码效率方面存在一定的差距，并目_译码端的复杂度较高，因此如何提高分布式视频编码的编码效率与降低译码端的复杂度是本文的主要研究内容。

为了提高分布式视频编码的效率，可以使用编码模式选择机制、较好的信道编码机制与较好的边信息产生方法。在我们提出的编码端码率控制算法中，在编码端使用编码模式选择机制来通过产生边信息与当前帧之间的相关性来选择合适的编码模式，从而提高分布式视频编码的效率。

为了降低译码端的复杂度，本文提出了一种不使用反馈信道的编码端码率控制算法。大多数的分布式视频编码使用反馈信道在译码端执行码率控制，使用反馈信道会增加译码端的复杂度并会带来一些时延，为了克服这些缺陷，我们在编码端对码率进行控制，在编码端产生一个低复杂度的边信息来对译码端产生的边信息进行估计，从得到译码过程中错误概率的估计值，使用该估计值来为前帧分配合适数目的校验位。

本文对分布式视频编码的理论基础、关键技术进行了研究，并给出了新的解决方案，但是还有更深入的研究有待进行，如：本文使用了比较典型的运动补偿帧内插法来产生边信息的，该方法产生边信息的质量较好，但是它需要的计算量较大，因此如何产生一个质量好并且计算量小的边信息是我们未来工作的一个研究方向。

本文主要是基十像素域的分布式视频编码框架上对分布式视频编码进研究的，下一步我们可以研究应用十基十像素域的分布式视频编码与PRISM视频编码下相应的解决方案。

6、参考文献

[1] Baoguo Du and Hong Shen, A Novel Reconstruction Approach for Pixel-Domain Distributed Video Coding.(Accepted by ICFCC 2010).[2] Wang H S, Cheung N M and Ortega A.2006.A framework for adaptive scalable video coding using Wvner-Ziv techniques[ J ] EURASIP Journal on Applied Signal Processing, [3] Xu Q and Xiong Z.2006.Layered Wyner-Ziv video coding [J].IEEE Transactions on ImageProcessing, 15(12): 3791-3803.[4] Zamir R.1996.The rate loss in the Wvner-Ziv problem }J}.IEEE Transactions on InformationTheory, 42(6): 2073-2084.[5] 杜保国沈鸿对分布式视频编码若干关键技术的研究 2010.[6] 干宗良朱秀昌分布式视频编码技术的研究现状及其展望 2007.[7] 房胜

钟玉琢.分布式视频编解码技术的研究进展2005.[8]张前进，郭雷.分布式视频编码关键技术及研究进展，2007.

篇2：编码技术论文

研究

煤矿地质测量信息分类编码技术是矿山信息化、矿山地理信息系统以及数字化矿山建设前期重要的基础工作之一。本文从煤矿地质测量的基础工作入手，详细分析了煤矿地质测量信息的数据来源、数据特征以及数据流程，建立了数据模型(包括概念数据模型和逻辑数据模型)，对煤矿地质测量信息进行了抽象、汇总与组织。按照地质测量信息不同的专业分支以及信息在煤矿图形信息库中的几何特征(主要包括点、线、面等)，对煤矿地质测量信息进行分类与编码，形成了一套适用于煤矿地质测量信息组织管理的分类编码体系。该分类编码遵循矿山基础信息相关的国家标准，兼顾数字绘图和地理信息系统空间分析原则，结合面向对象的程序设计思想，按专题图层分类组织，面向煤矿地质测量的对象实体及实体属性进行编码。

煤矿地测信息分类编码体系共分为7大类，29个专题类，51个三级类，440个四级类。编码由6位字符组成。

篇3：网屏编码技术介绍

关键词：网屏编码,二维码,埋入,物联网

网屏编码是天津阿波罗信息技术有限公司总裁顾泽苍在国家有关部委的直接支持下, 经过长期的开发研制出来的具有自主知识产权的国际领先水平的编码新技术。

最初, 网屏编码是针对一维码和二维码的不足研制的, 实际其应用领域远远超过一维和二维码的应用。进入物联网时代, 网屏编码不仅可大范围替代二维码、水印技术、RFID技术用来识别物品, 还将会有更加丰富的应用。网屏编码对纸介质印刷图像的信息埋入具有最佳化的解决方案, 特别是可以应用到多媒体印刷领域, 将纸介质出版与电子出版融合, 使不断衰退的印刷行业复兴。将网屏编码识读程序嵌入到手机中, 可以解决手机上网的入口问题, 实现网络销售的更加普及, 促进手机增值业务的发展。利用R, G, B颜色与C, M, Y, K印刷颜色变换时, 在某些颜色上的不可逆的特点可解决名牌商品的防伪问题。

网屏编码特点

目前世界上在打印和印刷介质上记录信息的方法还仅限于几何学的方法, 而网屏编码已突破了几何学的方法, 通过改变网屏网点的调制方式, 以二维平面上波的传播方式, 用不同的力学模型等物理学的方法记录信息, 同时考虑印刷网屏的特性的信息记录与信息埋藏。

网屏编码的信息记录与信息埋藏的原理是通过改变网屏网点的物理学的特性, 而不改变包括网点的灰度值等在内的印刷网屏特性实现信息记录与信息隐藏的, 可同时在文字、照片、图像、图形中埋入大量信息。用网屏编码进行信息隐藏时, 采用与图像的像素相同灰度的网屏编码的网点进行置换, 因此埋入信息后图像的质量不会受大的影响。网屏编码在网点的信息埋入原理如图1所示。

网屏编码可以埋入在打印和印刷时的不同文字和图像里, 如图2所示。

目前使用600 dpi打印机可在A4纸上通过网屏编码埋藏5万以上的文字, 存储60 KB以上的声音、图像、数据库等文件, 同时还可打印正常的表格或文档。

网屏编码不仅可以做到信息加密与信息隐藏相结合的高度机密的通信, 同时隐藏到印刷图像中的机密文件, 即使专业人员使用高精度设备也不容易识别出在什么地方埋有信息, 更不易破解出信息的内容, 如图3所示。

埋入网屏编码的纸张即使受污染和破损, 仍然可以正确识读出隐藏的信息 (产品指标为:污染与破损范围在1/3以下) , 如图4所示。

用网屏编码隐藏的信息, 与需要打印的数据可同往常一样输出到打印机进行打印。所不同的是在打印机与往常一样打印正常文件的同时, 还将以网屏编码的形式打印附加信息。识别网屏编码隐藏的信息时, 可通过扫描仪、手机、传真机、复印机、专用识读机等设备读取附加信息。

网屏编码同国际现有技术的对比

网屏编码同二维条码的对比

为找到超市结算的一种简便的方法, 1932年由美国哈佛大学提出了一维条纹码的提案, 并被广泛利用至今。为满足宝石、半导体、制药、机械等行业记录更多信息的需求, 1989年由美国Intermec公司开发了Code49, 从此二维条码诞生了。在此之后DataMatrix、MaxiCode、ArrayTag等相继登场, 在日本也开发了CP-Code、QRCode, 并被列入国际标准。

但是由于二维条码是在一维条码的基础上产生出来的, 因此很难跳出一维条码的局限。首先, 所有的二维条码的提案仍然采用将黑色区域表示信息代码“1”, 白色区域表示信息代码“0”, 而没考虑利用图形变化来直接地表示一个多信息位代码 (Multi Bit) , 造成信息表示的冗长。其次, 二维条码同一维条码一样必须单独出现, 占用了空间, 影响印刷物的美观, 而且易于被复制, 安全性差。

与15年前二维条码出现时的硬件设备条件相比, 打印设备、扫描设备都有了很大发展, 精度也不断提高。现在, 1 200 dpi、2 400 dpi高精度的打印机、扫描仪已司空见惯。在金融保险领域中, 提出了对纸介质文件的防伪防复制的要求, 以及对商务文件的自动读取要求。特别是在金融行业中, 作为具有法律依据的商务文件, 法律上规定一定要打印在纸上或通过不可涂改的PDF电子文件的形式做成。为实现办公自动化的要求, 商务文件中的大量数据如何能自动地输入到计算机中将成为用户关注的热点, 这些信息如能直接埋入纸上或PDF电子文件中, 将会更加安全、方便。而目前的二维条码技术在信息描述、定位、信息设置以及与其他印刷图像的混合等方面从一开始就没有被考虑, 很难适应时代发展的需求。

二维条码有堆积式及行列式两种类型, 国际上代表性的堆积式二维条码有“PDF417”, “代码49”等, 作为行列式二维条码有“代码1”, “数据码”等, 日本的“QR码”与“CP码”都属于行列式二维条码。

二维条码的缺点是: (1) 占用空间, 需要专用的地方印刷二维条码; (2) 不能同印刷内容混合在一起; (3) 不能作为信息隐藏的手段; (4) 标识的信息量少; (5) 外表不美观。

网屏编码的优势: (1) 不占用空间, 不需要专用的地方; (2) 可同打印、印刷内容混在一起打印、印刷; (3) 可作为信息隐藏的手段; (4) 埋入的信息量多; (5) 外表美观。

网屏编码同数字水印技术的对比

2000年以来, 以美国的研究者为核心的数字水印理论的研究在全球非常盛行, 有大量的论文被发表。但绝大多数水印技术是为解决电子图像的信息隐藏问题, 很少涉及在印刷图像上的应用范例的论述。

当前, 在国际研究领域中盛行的数字水印技术, 是采用信号分析的理论, 通过傅里叶变换、小波变换等的手法, 寻求肉眼不易发现的地方埋入信息。这种方法对电子图像进行信息埋入效果很好。但在印刷图像的应用上, 因没有考虑印刷网屏理论, 不能解决在RGB颜色空间变换到CMYK颜色空间中埋入的信息被破坏的问题, 因此很少见到发表过有关成功应用的例子。

日本代表性的数字水印技术成果, 是由日本冲电气株式会社发明的证书防篡改的成果。该成果可通过证件的底纹背景最大埋入数百字节的信息。同日本冲电气株式会社发明的证书防篡改的成果相比, 网屏编码在底纹背景上可埋入数万字节的信息, 也就是说同数字水印技术相比具有100倍以上的信息埋入的容量优势。

网屏编码同RFID的对比

当前, 国家有关部门对RFID应用给以大力支持, 社会上的相关研究单位和企业投入大量资金和人力进行推广应用, 但是还未能见到预期的成效。其主要原因是RFID芯片的价格、埋入工艺、射频传输可靠性、市场需求和维护成本等问题。

2000年以来人们热衷于RFID射频芯片的应用, 也有一些成功的应用案例, 而且依据摩根定理, 这种RFID射频芯片的价格应该非常低廉。然而, 经过近十年来的努力, 人们终于发现RFID射频芯片的价格远远高于人们的期望值, 在大型体育或娱乐场所的入场券、轨道交通的乘车票等急需埋藏数据量大、价格低廉的解决方案中用不上RFID。

相比之下, 采用网屏编码可取代目前RFID的许多设想中的应用领域, 并有显著的推广应用优势。

网屏编码应用前景

值得关注的是, 正当纸介质出版不断地被电子出版所取代的同时, 多媒体的记录媒体也从磁带记录媒体、CD-ROM记录媒体进化到了SD卡固体记录媒体。然而, 纸介质的直感性、证据性、便利性以及廉价性等固有的特点, 致使纸介质出版虽然有减少的趋势, 但可以肯定纸介质出版绝不会消亡。

特别是将可使纸介质出版与电子出版融为一体化的网屏编码技术的识别模块, 嵌入到手机中时, 随着这种新型手机的普及, 必然会推动多媒体印刷出版物的蓬勃发展, 这将是印刷行业继活字印刷到计算机排版的第一次印刷行业的革命之后, 又一次纸介质出版与电子出版融合的革命性发展。同时, 人们用嵌有网屏编码识别模块的手机, 可方便地从物联网中那些标有用网屏编码技术埋入信息标识的物品的标签、说明表中方便地、随时不受环境限制地读取该物品的更多信息。

针对多媒体印刷的现状, 最近国内出现的配多媒体读物的点读笔产品的生产厂家, 多数是购入台湾某微处理器公司的专用点读笔识别芯片设计而成的, 因此这个技术实质是台湾的技术。这家台湾公司先后推出OID1代码的识别芯片以及OID2代码的识别芯片。OID1代码按照通常的二维条码的构成方法, 由6×6的点阵组合构成的12 bit的代码, 这种代码不适于信息埋藏, 而且只能组合4 096个代码, 远远适应不了实际应用的要求。OID2代码大大突破OID1代码的局限, 通过实现点阵的不同位置来记录信息, 可实现2字节以上的信息记录与隐藏。然而, OID2代码的每一组信息单元只有一条水平基准点阵与一条垂直基准点阵, 而形成基准必须要有两条水平基准点阵与两条垂直基准点阵, 因此要想在任意位置上读到两条水平基准点阵与两条垂直基准点阵, 需要扩大一倍以上的读取面积。另外, OID2代码的结构只允许使用1 200 dpi以上的印刷设备或打印机设备, 不支持一般的600 dpi的普通打印机, 再有OID2代码没有考虑印刷图像的网屏特性, 不具有防止印刷图像的干涉的能力。特别是OID2代码利用网点不同的位置记录多比特信息与网屏编码在中国以及国际上的专利相抵触, 因此, 其产品在国际上很多国家是不准许销售的。

网屏编码自主知识产权所有者, 天津阿波罗信息技术有限公司总裁顾泽苍先生在日本获得了2项专利权, 同时也向美国申请了专利, 在中国申请了30多个专利, 现已获得专利权4项, 在该领域上大大领先于国际水平。

网屏编码技术还可用来进行打印机、复印机的信息防伪, 可以用网屏编码技术低成本、方便地提高物联网上物品的信息安全。由于用网屏编码技术可简便地通过打印机和印刷机等与可读信息一同产生隐藏信息, 可用于开发文字、图像、多媒体等多种用途的隐藏信息识别设备, 其应用领域将会非常广阔。

篇4：编码技术论文

【关键词】线性网络编码；网络编码

【中图分类号】TN919.3+1【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0096-01

1、引言

网络编码是一种基于网络本身而诞生的编码技术，这种技术出现的初衷是为了解决日益拥堵的互联网流通问题。人类信息时代的开启，使互联网成为改变人类社会最积极的动力之一。但互联网的使用和发展受到客观环境的限制，包括硬件和软件在内的客观工具的完备与否，都决定了互联网能在多大程度上发挥作用。自本世纪初开始，陆续有学者提出了网络编码的理念，希望通过网络编码的方式解决互联网拥堵的问题，提高互联网使用效率。这一概念的提出，立刻引起诸多学者和科研机构的高度关注。目前通过网络编码技术解决互联网拥堵问题已经成为国内外学界的共识，国外多所著名大学或是科研机构都已展开了网络编码的开拓性研究，如MIT、哈佛大学、多伦多大学和微软实验室等。

2、网络编码研究现状

早在上世纪五十年代，就有学者提出，通信网络端对端的最大信息流是由网络有向图的最小分割决定的，但传统路由器的存储转发模式难以达到最大流最小分割定理的上界。根据传统的理论，网络节点只是对收到的信息进行存储和转发，扮演着转发器的角色，但是从信息理论的观点来说，没有理由让节点只能进行存储转发，可以让节点对多条输入边上收到的信息进行一定的线性或非线性操作（编码），然后再发送出去，这样起着编码器的作用，网络编码正是由此思想产生的，在接收节点上，通过一定的运算，译出信源所发的信息。

本世纪初，学者R.Ahlswdee 等人发表的一篇名为“网络信息流”的文章中提出了网络编码的概念，作者提出，对于已知的网络流图，从发点到收点的流量的最大值小于或等于任何一个割切的容量，而网络编码提出了一个组播传输，信源为S，接收节点集合为无穷，那么可达最高组播速率C。而如果采用传统传输方法，可能无法达到最高组播速率。事实上，近年来对于网络编码的实证性研究也充分证明了这一点，这也从另一个方面佐证了网络编码在客观上的可行性。此外，在R Ahlswede 等人提出网络编码这一概念不久，又有学者证明了目前的网络编码技术已经能够达到网络组播的条件，同时，还用实验证明了存在着基于网络特性的组播方式的线性网络编码。随后的研究深入到了随机网络编码的研究中，Medard等人曾提出如拓展网络编码使用范围的想法，并通过代数计算框架给出了可行的路径。而随机网络编码的出现则更将非线性研究和网络编码研究融为一体，提高了网络编码研究的理论深度[1]。

目前，对网络编码的研究主要以国外的科研机构和大学研究机构为主导，其研究领域已经足够深入，研究框架得到了初步的建立，国内对于网络编码的研究尚处于起步阶段，在实际运用中也不是很多。

3 、基于线性网络编码技术的网络编码研究

网络编码之所以得到众多学者和科研机构的高度关注，不仅在于其手段和理念上的程度比较新，更体现在其独特的功用上。一般来说，通过网络编码技术，科研使组播传输速率达到最大，从而拓展了网络容量的上限，这对于目前拥堵的互联网通道而言是极为重要的；其次，它还可以节省网络带宽资源消耗，正是通过线性编码技术，提高了网络节点的使用效率和功用，减少了网络资源的消耗；另外，网络编码技术还能均衡网络负载，平衡繁忙的网络线路与相对宽松的网络线路之间的差异，提高网络的鲁棒性。

3.1 网络编码的分类

网络编码可以分为线性网络编码和非线性网络编码两种，前者是研究的重心。在组播和非组播网络传播体系中，网络编码也有不错的应用。组播传输技术指在发送者和每一接收者之间实现点对多点网络连接，如果一个发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也只需复制一份的相同数据包，它提高了数据传送效率，网络编码与组播传输技术的综合，减少了骨干网络出现拥塞的可能性。目前，在组播网络传输中使用的网络编码技术一般有代数构造方式和多项式时间算法两种处理方法，在实际运算中我们需要根据实际情况而定[2]。

3.2 基于现行网络编码技术的网络编码

（1）线性网络编码原理

网络编码技术看似复杂，其原理其实不难，以线性网络编码的编码译码原理为例，其基本思想就是在编码时根据每个节点的每个相邻链路对的局部编码标量，得到每个节点的局部编码矩阵，将局部编码标量和局部编码矩阵的线性组合，得到关于每条链路的全局编码向量，在此基础上，得到实行网络编码后各条连接线路的具体编码信息。在译码时，需要考虑的是译码矩阵，这需要将所有节点受到的全部信息加衣汇总，并对信息进行分析处理，从而译出信源节点所存储和收发的全部信息。综上所述，线性编码的思路其实还是比较简洁的，一般只要确定了局部编译矩阵，便可以确定全局编码向量，然后通过对破译矩阵的运用，剖析信源节点发出的信息，从而实现网络通信中信息的收发。线性网络编码技术提高了网络运行的安全性，提高了网络的总体容量，具有较高的可行性。

（2）网络编码的线性多播性质

在向量空间的一组元素，如果其中没有向量可表示成有限个其他向量的线性组合，则称为线性无关，反之称为线性相关。有向无环网络中，对于任何非信源节点T，输入链路为n，均存在由其所有输入链路d的全局编码向量fS*1集合组成的向量空间vs*n。若n≥s，则vs*n秩的最大值为s。已知全局编码向量均是从s个标准基的线性组合的，所以，向量空间vs*n的每个列向量均是s个标准基的线性组合，所以vs*n的秩为s。在有向无环网络中，对于非信源节点T，当其最大数据流大于等于网络信息输入信息量时，其所有输入链路全局编码向量所生成的向量空间的秩为网络输入信息量，即向量空间中线性无关的全局编码向量的个数为网络信息输入量。

4、结束语

网络编码是近年来兴起的一个新的研究领域，由于其在解决网络拥堵，克服传统网络传输模式方面具有较高的优越性，正在引起人们越来越多的重视。但随着对网络编码研究的深入，一些问题也随着浮出水面，需要得到重视并有待进一步解决。其中包括了网络编码在传输速率、负载消耗、负载均衡、鲁棒性等方面带来的收益需要进行更加深入的研究，而且网络编码需要网络路由器具有编码功能，且现有路由算法、传输协议等需要改变和更新；此外，基于网络编码的差错控制是一种新的差错控制思想，可以为将来的研究提供更多的借鉴。在可以预见的将来，网络编码必然是一种能得到广泛应用与推广的互联网革新力量，将会对整个网络世界的发展产生深远的影响。

参考文献

[1] 吴艳，杨有龙，刘三阳.基于网络流矩阵求解网络最大流[J].系统工程，2007

篇5：编码技术论文

GSM（Global System for Mobile Communication）是目前全球使用最为广泛的2G移动电话系统，技术成熟可靠；尽管在数据传输速率上远不及3G和4G系统，但在网络覆盖、资费、互操作性等方面仍具有一定的优势，被广泛应用于远程无线数据传输系统，如远程防盗、智能电表、自动售货机、车队管理等领域。本文将介绍基于GSM的远程红外报警系统的设计及PDU编码过程。系统整体设计

如图1所示，系统主要由控制单元（AT89C2051）、GSM模块（TC35i）、红外探测器、报警器、电源等组成。红外感应器用于探测目标区域是否存在人或其它物体移动，并将探测信号送至控制单元，控制单元根据信号来控制报警器报警，并通过GSM模块向指定手机发送报警信号。系统硬件设计

3.1 GSM模块（TC35i）

TC35i是西门子公司推出的一款支持中文短信的工业级GSM模块，集射频电路和基带于一体，并支持标准的AT命令集。TC35i的数据接口（CMOS电平）通过AT命令可双向传输指令和数据，它支持Text和PDU格式的SMS，并可通过AT指令或关断信号实现重启或故障恢复。

TC35i模块具有40个引脚，分为电源、数据传输、SIM、音频接口和控制5大类。本设计中主要引脚使用情况为：（具体电路连接见图1所示）

1～5作为电源正输入，6～10作为电源负接地，电压范围为3.5～4.8V（推荐为4.2V），设计时要求供电电压不得低于3.3V，峰值电流（2A）时压降不得大于0.4V，否则系统会自动关机，因此要求供电模块内阻+连线电阻应小于200mΩ。

15为启动脚IGT，31为关闭脚（PD），这两个引脚作为单片机控制TC35i模块开、关机的控制引脚。另外需要说明的是：系统供电后，需要给15脚（IGT）加一个大于100ms的低脉冲（电平下降持续时间要求小于1ms），TC35i才能进入工作状态。若需要关闭TC35i，则只需将31脚（PD）维持至少3.5秒的低电平即可。

18脚（RXD）和19脚（TXD）作为与单片机连接的串口通讯脚，波特率设为9600。由于TC35i的COMS电平与单片机的TTL电平之间的差异，实际连接时需要进行电平转换，由MAX232芯片完成。

24～29为专用的SIM卡引脚，用于外接SIM卡，其中24（CCIN）引脚用于检测SIM卡是否插好，连接好输出高电平，否则输出低电平。

32引脚SYNC作为TC35i工作状态指示灯的控制端口。

3.2 控制单元（AT89C2051）

AT89C2051是美国ATMEL公司生产的一款低电压、高性能CMOS 8位单片机，能够与标准的MCS-51指令兼容。本设计中主要引脚使用情况为：P1.0为报警器控制端口；P3.0/RXD和P3.1/TXD作为与TC35i的通讯口，分别通过MAX232与TC35i的18和19引脚相连。P3.2和P3.3作为红外感应器的控制端口，分别用于红外线发射驱动和红外信号接收。

3.3 红外感应器

本次设计采用主动式红外探测器，由红外线发射管和红外接收头两部分组成。红外发射管D3选用L5IR5型红外发射管，由AT89C2051的P3.2端口经三级管Q1来驱动；为指示红外感应器工作状态，在电路上串联一个发光二极管D4。接收端选用带有内置信号放大电路的LF0038型红外接收头，其信号输出端引脚3与AT89C2051的P3.3端口连接。

3.4 电源设计

系统电源需求包括+5VDC（供控制单元、红外感应器及报警器用）和+4.2VDC（GSM供模块用）。由于TC35i对电源要求较高，设计中采用单片降压式开关稳压器LM2576-ADJ实现+12VDC到+4.2VDC的转换；而+5VDC则由7805稳压管实现转换。具体电路见图3所示。AT指令

AT指令是GSM模块的底层指令，用来控制GSM模块进行无线通信。GSM的AT指令集，是由NOKIA、MOTOROLA、ERICSSON和HP等厂家共同为GSM系统研制的。AT命令包括一般命令、呼叫控制命令、网络业务命令、安全性命令、电话本命令、短消息（SMS）命令、补充业务命令、数据命令、传真命令和串口命令。本设计主要用到GSM的短信发送功能，涉及的主要AT指令见表1所示。

一条完整的报警短信发送的AT指令流程为：

控制单元：AT＼r // “＼r” 代表ASCII字符中的回车字符，值为0x0D，下同。

GSM返回：＼r＼nOK＼r＼n//“＼n” 代表ASCII字符中的换行符，值为0x0A，下同。

控制单元：AT+CMGF=0＼r//设置为PDU模式。

GSM返回：＼r＼nOK＼r＼n

控制单元：AT+CMGS=019//发送一条长度为19的短信，长度计算见PDU编码过程。

GSM返回：＼r＼n >＼r＼n

控制单元：***6F811000D91683176563412F0000800048B6662A5//向目标手机（***）发送“警报”的报警信息（本地SIM卡号码为***）的PDU编码，该编码必须以“ctrl_z”结束，值为0x1A。5 PDU编码过程

目前，GSM短信编码常用Text和PDU两种模式。Text模式代码简单，但不支持中文短信；PDU模式不仅能发送英文短信，也能发送中文短信，因而应用广泛。PDU模式收发中文短信时，采用的是UCS2编码发送Unicode字符。一般的PDU编码由SMSC地址、基本参数、消息类型、目标地址、协议鉴别符、信息编码方式、有效期、用户信息长度和用户信息九项组成。下面以前面所述向目标手机（***）发送“警报”的报警信息（本地SIM卡号码为***）为例，说明PDU编码过程：

SMSC地址：08（地址信息长度，共8个字节数，含91和F），91（TON/NPI国际格式，“+”），683118325476F8（短信中心号码，由86***每两位取反得到，最后若为奇数位，则补F后取反）

基本参数TP-MTI/VFP：11（TP-VP用相对格式）

消息类型TP-MR：00（00表示为短消息）

目标地址：0D（目标地址信息长度，共13个十进制数，这点与SMSC地址信息长度定义不同，且不含91和F），91（TON/NPI国际格式，“+”）683176563412F0（短信中心号码，由86***每两位取反得到，最后若为奇数位，则补F后取反）

协议鉴别符TP-PID：00（普通GSM点到点类）

信息编码方式TP-DCS：08（UCS2）

有效期TP-VP：00（5分钟）

用户信息长度TP-UDL：04（4个字节）

用户信息TP-UD：8B6662A5（“警报”的 Unicode码）

前面所述“AT+CMGS=019”指令中，短信长度19。结束语

本文基于AT89C2051单片机和TC35i模块构建了基于GSM的远程红外报警系统，系统构成简单，实现容易，可广泛应用于家庭、小区、工厂、商场、酒楼、汽车等领域防盗报警及危险警戒区安全报警。