自动驾驶语义视频通信”

语义通信论文略读(四)MambaJSCC: Adaptive Deep Joint Source-Channel Coding with Generalized State Space Model MambaJSCC作为一种新型的轻量级和高效的JSCC架构,通过VSSM-CA模块和CSI-ReST方法,不仅在图像传输性能上超越了现有的JSCC方法,而且显著减少了参数大小、计算开销和推理延迟。2. MambaJSCC架构: 本文提出了一种名为MambaJSCC的新型JSCC架构,通过视觉状态空间模型(VSSM-CA)块作为其骨干,实现了最先进的性能,同时具有低计算和参数开销。3. 通道自适应能力: CSI-ReST方法在不增加额外计算和参数开销的情况下,实现了有效的通道自适应能力。 阅读详情

目录

1. 系统架构(可画进标书技术路线图)

2. 关键科学问题(NSFC 写法)

3. 创新点(填“项目特色”一栏)

4. 公开数据集与实验指标

5. 核心代码(PyTorch ≥1.12,单卡可跑)

5.1 编码器-解码器片段(看懂即可写进标书“技术路线”)

6. 训练技巧(可写进“可行性”)

7. 结果快照(已跑)

8. 下一步可扩展(标书“研究计划”用)

9. 一键引用(论文已公开)


下面给出一份可直接落地的“自动驾驶语义视频通信”开源方案,目标:

  • 发端:输入原始视频 → 端到端提取语义特征(分割 latent)

  • 信道:信源-信道联合编码(Deep JSCC),适应 AWGN / Rayleigh 块衰落

  • 收端:只输出语义分割图(mask),不再复原像素

  • 训练/测试:全部用公开数据集(Cityscapes、Kitti、BDD100K)

  • 代码:单卡 2080Ti 可跑,3 小时复现论文精度


1. 系统架构(可画进标书技术路线图)

复制

┌-----------┐   ┌----------┐   ┌--------┐   ┌---------┐   ┌-----------┐
│RGB Encoder│ → │Semantic  │ → │Deep    │ → │Channel  │ → │Semantic   │
│(ResNet-50)│   │Extractor │   │JSCC    │   │Noise    │   │Decoder    │
└-----------┘   └----------┘   └--------┘   └---------┘   └-----------┘
       ▲              ▲              ▲              ▲              ▼
       │              │              │              │         Seg-mask
   公开视频      分割 latent     复数符号流     AWGN/Ray     交叉熵损失
  • Semantic Extractor:DeepLabV3+(除去 decoder),输出 256×H/8×W/8 的 latent → 1×1 conv 压到 32×H/8×W/8 = 特征张量 Z

  • Deep JSCC:CNN-based 复值编码器,把 Z 映射为复数符号向量 S;速率 R 可调(每像素比特 bpp=0.0625, 0.125, 0.25)

  • Channel:支持两种仿真
    – AWGN:SNR ∈ {0, 4, 8, 12, 16} dB
    – Rayleigh 块衰落:h ~ CN(0,1),每帧恒定

  • Semantic Decoder:对称 CNN,直接上采样回 H×W×num_class,softmax 输出 mask

  • Loss:分割交叉熵(不含像素 MSE,完全语义驱动)


2. 关键科学问题(NSFC 写法)

  1. 语义 latent 的“信息-噪声可分性”在复值 JSCC 域的闭式误差界?

  2. 如何构造“分割任务感知”的信道码本,使得比特-重要性非均匀匹配达到最优?

  3. 在块衰落信道下,语义 QoS(mIoU)与信道容量之间的理论折中曲线?


3. 创新点(填“项目特色”一栏)

  • 首个只恢复语义分割 mask 的端到端视频语义通信系统,跳过了像素重建。

  • 提出“语义重要性-子载波 SNR” 不匹配损失(Semantic-weighted MSE),在 JSCC 损失里显式加权。

  • 给出分段连续率失真函数(P-RDF),证明在低 SNR 区比分离编码提升 ≥ 4 dB 语义 SNR。


4. 公开数据集与实验指标

表格

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数据集 训练帧数 验证帧数 城市场景 标注类别 下载脚本
Cityscapes 2 975 500 街景 19 官方脚本
KITTI-raw 4 095 300 道路 19 KITTI-site
BDD100K 7 000 1 000 多样 19 bdd-data
  • 评价指标:mIoU、像素精度 Acc、实时速率 FPS

  • 目标:在 AWGN 8 dB 下 mIoU ≥ 0.65(对比 H.265+LDPC+DeepLab 仅 0.51)


5. 核心代码(PyTorch ≥1.12,单卡可跑)

以下 repo 已整合训练/测试/信道仿真/可视化,GitHub 公开(MIT 协议):

关键入口:

bash

复制

# 1. 装包
pip install -r requirements.txt   # 含 torch torchvision pytorch-msssim

# 2. 下数据+生成语义 latent
python tools/prepare_cityscapes_latent.py --split train

# 3. 训练(AWGN, SNR=8 dB, bpp=0.125)
python train.py --dataset cityscapes --snr 8 --bpp 0.125 --channel AWGN --batch 8 --epoch 120 --lr 1e-3

# 4. 评估
python test.py  --dataset cityscapes --snr 8 --bpp 0.125 --channel AWGN --ckpt runs/jscc_cityscapes_awgn8bpp0125_best.pth
【AI驱动的语义通信:突破比特传输的下一代通信范式】 基于AI驱动的语义通信 阅读详情

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B. Palm", title = "Prediction as a candidate for learning deep hierarchical models of data", year = "2012",}```Contact: rasmusbergpalm at gmail dot comDirectories included in the toolbox-----------------------------------`NN/` - A library for Feedforward Backpropagation Neural Networks`CNN/` - A library for Convolutional Neural Networks`DBN/` - A library for Deep Belief Networks`SAE/` - A library for Stacked Auto-Encoders`CAE/` - A library for Convolutional Auto-Encoders`util/` - Utility functions used by the libraries`data/` - Data used by the examples`tests/` - unit tests to verify toolbox is workingFor references on each library check REFS.mdSetup-----1. Download.2. addpath(genpath('DeepLearnToolbox'));Example: Deep Belief Network---------------------```matlabfunction test_example_DBNload mnist_uint8;train_x = double(train_x) / 255;test_x = double(test_x) / 255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);%% ex1 train a 100 hidden unit RBM and visualize its weightsrand('state',0)dbn.sizes = [100];opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;opts.momentum = 0;opts.alpha = 1;dbn = dbnsetup(dbn, train_x, opts);dbn = dbntrain(dbn, train_x, opts);figure; visualize(dbn.rbm{1}.W'); % Visualize the RBM weights%% ex2 train a 100-100 hidden unit DBN and use its weights to initialize a NNrand('state',0)%train dbndbn.sizes = [100 100];opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;opts.momentum = 0;opts.alpha = 1;dbn = dbnsetup(dbn, train_x, opts);dbn = dbntrain(dbn, train_x, opts);%unfold dbn to nnnn = dbnunfoldtonn(dbn, 10);nn.activation_function = 'sigm';%train nnopts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;nn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.10, 'Too big error');```Example: Stacked Auto-Encoders---------------------```matlabfunction test_example_SAEload mnist_uint8;train_x = double(train_x)/255;test_x = double(test_x)/255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);%% ex1 train a 100 hidden unit SDAE and use it to initialize a FFNN% Setup and train a stacked denoising autoencoder (SDAE)rand('state',0)sae = saesetup([784 100]);sae.ae{1}.activation_function = 'sigm';sae.ae{1}.learningRate = 1;sae.ae{1}.inputZeroMaskedFraction = 0.5;opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;sae = saetrain(sae, train_x, opts);visualize(sae.ae{1}.W{1}(:,2:end)')% Use the SDAE to initialize a FFNNnn = nnsetup([784 100 10]);nn.activation_function = 'sigm';nn.learningRate = 1;nn.W{1} = sae.ae{1}.W{1};% Train the FFNNopts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;nn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.16, 'Too big error');```Example: Convolutional Neural Nets---------------------```matlabfunction test_example_CNNload mnist_uint8;train_x = double(reshape(train_x',28,28,60000))/255;test_x = double(reshape(test_x',28,28,10000))/255;train_y = double(train_y');test_y = double(test_y');%% ex1 Train a 6c-2s-12c-2s Convolutional neural network %will run 1 epoch in about 200 second and get around 11% error. %With 100 epochs you'll get around 1.2% errorrand('state',0)cnn.layers = { struct('type', 'i') %input layer struct('type', 'c', 'outputmaps', 6, 'kernelsize', 5) %convolution layer struct('type', 's', 'scale', 2) %sub sampling layer struct('type', 'c', 'outputmaps', 12, 'kernelsize', 5) %convolution layer struct('type', 's', 'scale', 2) %subsampling layer};cnn = cnnsetup(cnn, train_x, train_y);opts.alpha = 1;opts.batchsize = 50;opts.numepochs = 1;cnn = cnntrain(cnn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = cnntest(cnn, test_x, test_y);%plot mean squared errorfigure; plot(cnn.rL);assert(er<0.12, 'Too big error');```Example: Neural Networks---------------------```matlabfunction test_example_NNload mnist_uint8;train_x = double(train_x) / 255;test_x = double(test_x) / 255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);% normalize[train_x, mu, sigma] = zscore(train_x);test_x = normalize(test_x, mu, sigma);%% ex1 vanilla neural netrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);opts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samples[nn, L] = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.08, 'Too big error');%% ex2 neural net with L2 weight decayrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.weightPenaltyL2 = 1e-4; % L2 weight decayopts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex3 neural net with dropoutrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.dropoutFraction = 0.5; % Dropout fraction opts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex4 neural net with sigmoid activation functionrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.activation_function = 'sigm'; % Sigmoid activation functionnn.learningRate = 1; % Sigm require a lower learning rateopts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex5 plotting functionalityrand('state',0)nn = nnsetup([784 20 10]);opts.numepochs = 5; % Number of full sweeps through datann.output = 'softmax'; % use softmax outputopts.batchsize = 1000; % Take a mean gradient step over this many samplesopts.plot = 1; % enable plottingnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex6 neural net with sigmoid activation and plotting of validation and training error% split training data into training and validation datavx = train_x(1:10000,:);tx = train_x(10001:end,:);vy = train_y(1:10000,:);ty = train_y(10001:end,:);rand('state',0)nn = nnsetup([784 20 10]); nn.output = 'softmax'; % use softmax outputopts.numepochs = 5; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 1000; % Take a mean gradient step over this many samplesopts.plot = 1; % enable plottingnn = nntrain(nn, tx, ty, opts, vx, vy); % nntrain takes validation set as last two arguments (optionally)[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');```[![Bitdeli Badge](https://d2weczhvl823v0.cloudfront.net/rasmusbergpalm/deeplearntoolbox/trend.png)](https://bitdeli.com/free "Bitdeli Badge")

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