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Étude et réalisation d’un système de transmission d’images robuste pour canaux radiomobiles
Résumé
Cette thèse traite de la problématique de la transmission d'images compressées sur les canaux radiomobiles. L'approche classique qui consiste à considérer séparement le codage de source et le codage de canal conduit souvent à des systèmes complexes et possédant des rendements de codage assez faibles (< 30%).
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Dans le but de concevoir un système robuste et peu complexe, l'approche suivie dans ce travail a été celle de l'optimisation conjointe des éléments du système de transmission et a consisté à adapter un codeur d'image propriétaire appelé WTSOM, initialement conçu pour des transmissions à fort TEB, aux contraintes des canaux radiomobiles. Pour ce faire, nous avons d'une part, fait le point sur les différents aspects du codage de canal, comme les modulations numériques et le codage correcteur d'erreurs, en développant la plupart des algorithmes qui nous ont ensuite permis d'évaluer les performances des différentes solutions. D'autre part, nous avons également fait le point sur les techniques de modélisation statistique des canaux radiomobiles ce qui nous a permis de disposer de modèles de canaux réalistes pour évaluer nos stratégies de transmission. Les solutions adoptées ont conduit au système WTSOM-Wireless qui tolère des TEB de plus de 5% avec un rendement de codage de 74%. Ce système ne nécessite pas d'estimation de canal et est de type BICM : il combine des Turbo Codes en Blocs à haut-rendement à une modulation différentielle à haute efficacité spectrale appelée 16DAPSK. Il intègre également un algorithme de restauration d'image très efficace basé sur les EDP et qui exploite l'information de fiabilité en sortie du Turbo décodeur. Nous comparons notre système à la norme JPWL et constatons que celui-ci tolère des TEB dix fois supérieurs et qu'il est également relativement insensible aux variations de la fréquence Doppler du canal. Enfin, dans une dernière partie, nous validons nos stratégies grâce à la conception et à la mise en oeuvre d'un système expérimental qui a nécessité l'implementation des fonctions de synchronisation indispensables à tout système de communication numérique pratique..This thesis deals with the transmission of compressed images over mobile fading channels. Most of the time, the classical approach, which consists in designing separately the source and charnel coding parts, yields complex and low code rate systems (<30%). In order to design a robust system and of low complexity, the approach followed in this work has been to jointly optimise the different parts which make up the transmission system and has consisted in adapting a proprietary image coder called WTSOM, initially designed for high BER transmissions, to the constraints of mobile fading channels. For that purpose, we have on the one hand, reviewed several aspects of channel coding like digital modulations and error correction coding by developing most of the algorithms needed. These have enabled us to assess the performance of different design solutions. On the other hand, we have also reviewed the statistical methods used to model mobile fading channels. This has enabled us to design realistic channel models which we have used to evaluate our transmission strategies. The solutions adopted have led to the design of the WTSOM-Wireless system which tolerates BER values of more than 5% together with an overall code rate of 74%. This system does not require any channel estimation and is of the BICM type: it combines high rate Block Turbo Codes and a high spectral efficiency differential modulation called 16DAPSK. It also integrates a very efficient PDE-based image restoration algorithm which takes advantage of the reliability information at the output of the Turbo decoder. We have compared this system to the JPWL standard and have noticed that it tolerates BER values ten times higher than JPWL and that it is also relatively insensitive to the Doppler frequency of the channel. Finally, in the last part of this thesis, our strategies have been alidated thanks to the design and the implementation of an experimental testbed which required the implementation of all the synchronisation fonctions needed in a real digital communication system.