图象传输协议设计

图象传输协议设计——实验报告一、实验任务设计并实现一个简单的图像传输协议，根据协议能在DTMF信号的传输系统上完成bmp图像的传送1、自选图像，仿真实现协议，模拟传输过程2、图像为256灰度级，尺寸不超过1024*10243、发送和接收过程独立4、增加噪声（awgn），模拟信道传输噪声5、分析不同信噪比下，解码算法的抗噪声能力6、程序包含注释说明二、详细的设计思想DTMF（DoubleToneMultiFrequency,双音多频）信号是音频电话拨号信号。作为实现电话号码快速可靠传输的一种技术，它具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度，除了用作电话的音频拨号，它也可以在数据通信系统中广泛地用来实现各种数据流和语音等信息的远程传输。在DTMF通信系统中共有8个频率,分为4个高频音和4个低频音.用1个高频音和1个低频音的组合来表示一个信号.这样,共能提供16种组合,分别代表16种信号.图一为电话按键与信号频率的对应关系。由于DTMF传输系统只能传输16种组合的数据，而图像的灰度值范围是0-255，针对DTMF的特性，将图像的灰度值拆分为0-9的数字进行传输，即每个灰度值分为3个数字进行传输，分别对应3组频率组合。对于DTMF信号的产生，DTMF编码器基于两个二阶数字正弦波振荡器，一个用于产生行频，一个用于产生列频。典型的DTMF信号频率范围是700~1700Hz，选取8000Hz作为采样频率，即可满足Nyquist条件。DTMF双音频信号由两个二阶数字正弦振荡器产生，一个用来产生行音频信号，另一个产生列音频信号。为了模拟DTMF信号传输过程的噪声干扰，采用awgn函数进行加噪干扰。解码时在收到的DTMF信号中检测数字信息的存在性。一个DTMF信号由两个频率的音频信号叠加构成。这两个音频信号的频率来自两组预分配的频率组：行频组或列频组。每一对这样的音频信号唯一表示一个数字或符号。经过查阅文献，对比发现在对DTMF信号解码时，采用Goertzel算法比FFT更快三、具体实现步骤1、把要传输的图像转换为可以在DTMF传输系统上传输的数据类型：对于灰度图像，可以直接将图像的灰度值转化为个位、十位、百位，并存储到一维数组。在转换后的数组前后添加开始标记和结束标记，它们分别由空闲的两个频率组合679Hz、1633Hz和941Hz、1633Hz充当.2、根据转换后的图像数据，产生并且发送DTMF信号：DTMF信号的产生过程，即根据传入的数字或符号，查询tm数组获取行频和列频，使用频率分别为行频和列频的正弦波叠加产生DTMF信号，在结尾添加400点作为信号间隔，并发送到x.3、模拟信道噪声：信道中的噪声使用高斯白噪声模拟，利用函数awgn(x,SN)实现，其中x为待加噪声的信号，SN为信噪比。4、接收DTMF信号，检测信号的频率并查表获得对应的数字或符号：接收信号时，并采用Goertzel算法。由图可知：)1()()()(0)2()1()2cos(2)()(2NveNvNykXNnnvnvNknxnvkkNjkkkkk具体推导如下:)()()(10)(DFTWnxkXNnNnkN令n=m10)()()(NmNmkNWmxkX=()knNXnW(n=N)所以对序列X(n)的DFT等价于X(n)与系统传递函数()knNhnW的第N个卷积值.对()knNhnW进行Z变换可得:11()1knHzWZ=)1(2cos211121ZWZkNZkN因此,H(z)可看作是级联型网络:2112cos211)(ZkNZzH12()(1)kNHzWZ因此)()2()1(2cos2)(nXnVnkVNnV其中V(-1)=V(-2)=0.()()(1)kNynVnWVn.因而,系统输出的功率谱为:)1()()2cos(2)1()()(222nvnvkNnvnvny其中n=N根据以上算法，使用MATLAB语言具体实现，程序如下：5、将接收到的数据转化为图像数据：这个过程相当于第一部份的逆过程，由于接收到的数据保存在一维数组，把数组中的每三个数据组合成一个像素点的灰度值，并转存到与图片大小一致的二维数组中，该二维数组即接收到的图像数据。代码如下：fori=1:h%把每3个数字合并为3位数forj=1:wrr=ret(3*(w*(i-1)+j)-2)*100+ret(3*(w*(i-1)+j)-1)*10+ret(3*(w*(i-1)+j));RR(i,j)=rr;%把译出来的灰度值存到二维数组endend四、实验结果分析使用lena灰度图测试，信噪比为SN=5以上，接收到的图片没有出现噪声点，在信噪比为SN5时，图片出现少许黑白点，SN越低黑白点越多。亦即receive_dtmf算法在信噪比为SN5时,能可靠解码，得到正确的结果。五、遇到问题及解决方法，体会与收获1、接收到的数据与发送的数据只有一部分相同。解决方法：接收的数据合成像素值时没有考虑图像宽度问题，出现，数据覆盖等错误，加入宽度限制后能接收正确维数的正确数组。2、添加开始、结束标志后。只要添加低于20信噪比的噪声就会报错，在没有传输完图像的情况下终止传输。解决方法：经过多次试验发现，修改接收函数receive_dtmf(x)的门限值limit可以达到抑制噪声干扰的效果。3、体会与收获：通过本实验，基本理解认识了DTMF的信号传输系统的工作原理，体现了课堂所学知识的充分实践。但是本实验只是简单的模拟DTMF的信号传输，有很多信号传输的只是没有涉及，比如对干扰造成的错误没有实现重发等处理、信道中的不可知噪声的去除等等。还有很多知识需要我去获取与学习。六、程序代码及说明（程序中加注释）