Soft-constrained LMS algorithms for decoder stability in backward adaptive predictive systems

• Published in: Signal processing Vol. 31; no. 1; pp. 1 - 15
• Main Authors: Pesquet, J.C., Macchi, O., Tziritas, G.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Amsterdam Elsevier B.V 01.03.1993; Elsevier Science
• Subjects: adaptive filtering; Applied sciences; Coding, codes; constrained algorithms; DPCM structure; Exact sciences and technology; Information, signal and communications theory; Predictive coding; Signal and communications theory; Telecommunications and information theory; transmission errors; Predictive coding; constrained algorithms; transmission errors; adaptive filtering; DPCM structure; Second order; Image processing; Adaptive system; Adaptive filtering; Decoding circuit; Robustness; Non linear system; Algorithm; Computing complexity
• ISSN: 0165-1684; 1872-7557
• DOI: 10.1016/0165-1684(93)90097-T

This paper deals with the robustness of ADPCM systems versus transmission errors. To secure the stability of the decoder, it is necessary to modify the form of the LMS algorithm used to adapt the predictor. Solutions introducing soft constraints are investigated. While the leakage algorithm is proved to be not fully satisfactory, a new stabilizing algorithm is presented which allows to achieve good performances. Compared to existing methods, the main advantage of this algorithm is its low computational complexity. From a theoretical point of view, the effect of transmission errors is described by a set of nonlinear recurrent equations and an analysis is carried out in the deterministic second-order case. In more general cases, simulation results are given. Especially in image coding, it is shown that the method is efficient to fight against relatively high error rates. Diese Arbeit behandelt die Robustheit von ADPCM Systemen genenüber Übertragungsfehlern. Um die Stabilität des Dekodierers sicher zu stellen, muβ die Form des LMS-Algorithmus, der für die Adaption des Prädiktors benutzt wird, verändert werden. Es werden Lösungen untersucht, wobei schwache Randbedingungen eingeführt werden. Während bewiesen wird, daß der ‘Leakage’-Algorithmus nicht voll befriedigend arbeitet, wird ein neuer stabilisierender Algorithmus vorgestellt, der es erlaubt, gute Leistungen zu erzielen. Verglichen mit existierenden Methoden ist der Hauptvorteil dieses Algorithmus seine geringe rechnerische Komplexität. Der Effekt von Übertragungsfehlern wird vom theoretischen Standpunkt aus durch ein System nichtlinearer rekursiver Gleichungen beschrieben und es wird eine Analyse im deterministischen Fall zweiter Ordnung durchgeführt. In allgemeineren Fällen werden Simulationsergebnisse angegeben. Besonders bei der Bildkodierung wird gezeigt daß die Methode relativ hohe Fehlerraten wirkungsvoll bekämpft. Cet article traite de la robustesse des systèmes ADPCM vis-à-vis des erreurs de transmission. Pour assurer la stabilité du décodeur, il est nécessaire de modifier la forme de l'algorithme LMS qui est utilisé pour adapter le prédicteur. Des solutions introduisant des contraintes douces sont étudiées. Alors que l'algorithme avec facteur de fuite ne donne pas complète satisfaction, un nouvel algorithme stabilisant est présenté qui permet d'obtenir de bonnes performances. Comparativement au méthodes existantes, le principal avantage de cet algorithme est sa faible complexité en charge de calculs. D'un point de vue théorique, l'effet des erreurs de transmission est décrit par un système d'équations récurrentes non-linéaires et une analyse est menée dans le cas déterministe d'ordre 2. Dans des situations plus générales, des résultats de simulations sont fournis. En particulier en codage d'images, il apparaît que la méthode est efficace pour lutter contre des taux d'erreurs relativement élevés.