Truyền thông ngữ nghĩa hay Semantic communications đang nổi lên như một bước đột phá nhằm vượt qua giới hạn về dung lượng kênh của định lý Shannon bằng cách truyền và nhận thông tin ngữ nghĩa thay vì các bit dữ liệu hoặc ký hiệu bất kể nội dung của bản tin. Đồ án này đề xuất một quá trình truyền thông ngữ nghĩa hai giai đoạn để nâng cao hiệu suất của hệ thống. Trong giai đoạn đầu, dữ liệu hình ảnh đầu tiên được giải mã khỏi tín hiệu nhận được. Hình ảnh được giải mã sau đó sẽ được xử lý tăng cường bởi một bộ lọc thông thấp nhằm nâng cao chất lượng hình ảnh ở giai đoạn hai. Các thông số đánh khác nhau được sử dụng để đánh giá chất khả năng khôi phục hình ảnh của mô hình được xem xét so với chất lượng hình ảnh ngay sau khi được khôi phục. Các thông số đánh giá khác nhau sử dụng cho việc đánh giá hiệu suất hệ thống dựa trên tiêu chí riêng của chúng có thể sẽ cho kết quả không đồng nhất với nhau, từ đó có thể đưa ra các nhận xét về hiệu quả của hệ thống truyền thông ngữ nghĩa này
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: Xây dựng mơ hình truyền thông ngữ nghĩa mạng di động hệ thứ Sinh viên thực hiện: LÊ HỒNG PHONG MSSV: 20175956 Lớp: LUH16 - K62 Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN TIẾN HÒA Hà Nội, tháng 08 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: Xây dựng mơ hình truyền thông ngữ nghĩa mạng di động hệ thứ Sinh viên thực hiện: LÊ HỒNG PHONG MSSV: 20175956 Lớp: LUH16 - K62 Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN TIẾN HÒA Cán phản biện: Hà Nội, tháng 08 năm 2022 LỜI CAM KẾT Họ tên sinh viên: Email: Điện thoại liên lạc: Lớp: Hệ đào tào: Tôi – Lê Hồng Phong – cam kết Đồ án Tốt nghiệp (ĐATN) Xây dựng mơ hình truyền thơng ngữ nghĩa mạng di động hệ thứ cơng trình nghiên cứu thân tơi hướng dẫn TS Nguyễn Tiến Hòa Các kết nêu ĐATN trung thực, thành riêng tôi, không chép theo công trình khác Tất tham khảo ĐATN – bao gồm hình ảnh, bảng biểu, số liệu, câu từ trích dẫn – ghi rõ ràng đầy đủ nguồn gốc danh mục tài liệu tham khảo Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm với dù chép vi phạm quy chế nhà trường Hà Nội, ngày tháng năm Tác giả ĐATN Lê Hồng Phong i LỜI CẢM ƠN Đồ án thực vào ngày hè năm 2022, sau khoảng thời gian dài cách ly dịch bệnh COVID 19 Trong ngày nắng cuối thời sinh viên này, có nhiều điều sống thay đổi, khiến thêm vững tin sẵn sàng bước tiếp hành trình phía trước Đồ án thực ban đầu với định hướng sử dụng thuật tốn học sâu cho tốn khơi phục ảnh số, nhiên chưa đủ vốn kiến thức để thực nên lọc ảnh số lựa chọn Trong q trình hồn thành đồ án này, hạn chế sai sót chắn khơng tránh khỏi, mong nhận đóng góp thầy để rút kinh nghiệm phát triển đề tài tốt Trước hết, xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ cho thắp lên ước mơ trở thành kỹ sư Bách khoa ln bên hành trình Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Tiến Hồ, chủ nhiệm lab xử lý tín hiệu 417, ln tận tình dạy, định hướng, giúp đỡ em thời gian học tập nghiên cứu Em xin cảm ơn anh Trịnh Văn Chiến giúp đỡ em suốt trình thực đề tài, em hi vọng sau tiếp tục làm việc với thầy anh hành trình phía trước Cảm ơn anh chị, bạn lab 417, cảm ơn Giang, Hiếu, Vân Anh giúp đỡ tớ hoàn thành đồ án Cảm ơn em dõi theo động viên anh tháng ngày Dù khoảng thời gian sinh viên Bách khoa thật ngắn ngủi, sau tới đâu, luôn tự hào người Bách khoa ii TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Truyền thông ngữ nghĩa hay Semantic communications lên bước đột phá nhằm vượt qua giới hạn dung lượng kênh định lý Shannon cách truyền nhận thông tin ngữ nghĩa thay bit liệu ký hiệu nội dung tin Đồ án đề xuất q trình truyền thơng ngữ nghĩa hai giai đoạn để nâng cao hiệu suất hệ thống Trong giai đoạn đầu, liệu hình ảnh giải mã khỏi tín hiệu nhận Hình ảnh giải mã sau xử lý tăng cường lọc thông thấp nhằm nâng cao chất lượng hình ảnh giai đoạn hai Các thơng số đánh khác sử dụng để đánh giá chất khả khơi phục hình ảnh mơ hình xem xét so với chất lượng hình ảnh sau khôi phục Các thông số đánh giá khác sử dụng cho việc đánh giá hiệu suất hệ thống dựa tiêu chí riêng chúng cho kết khơng đồng với nhau, từ đưa nhận xét hiệu hệ thống truyền thông ngữ nghĩa iii ABSTRACT Semantic communication is emerging as a breakthrough to overcome the chan- nel capacity limitation of Shannon’s theorem by transmitting and receiving seman- tic information instead of data bits or symbols regardless of the message content This thesis proposes a two-stage semantic communication process to improve sys- tem performance In the first stage, the image data is first decoded from the re- ceived signal The decoded image is then enhanced by a low-pass filter to enhance the image quality in the second stage Various evaluating metrics are used to rate the image restorability of the considered model in comparison to the image quality immediately after being restored Different evaluation parameters used to evalu- ate system performance based on their own criteria may give inconsistent results, thereby evaluate this semantic communication system scheme iv MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ix CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu phạm vi đề tài 1.3 Bố cục đồ án 1.4 Kết luận chương CHƯƠNG CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 2.1 Nghiên cứu khảo sát 2.2 Nghiên cứu ứng dụng 2.3 Kết luận chương CHƯƠNG CỞ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Lý thuyết truyền tin lý thuyết ngữ nghĩa 3.1.1 Lý thuyết thông tin (LEVEL A) 3.1.2 Từ lý thuyết thông tin tới lý thuyết ngữ nghĩa (LEVEL B) 10 3.2 Kỹ thuật Massive MIMO 5G 11 3.2.1 Lý nghiên cứu 11 3.2.2 Kỹ thuật MU-MIMO 12 3.2.3 Kỹ thuật Massive MIMO 19 3.3 Cơ sở xử lý ảnh số 23 3.3.1 Nhiễu xử lý ảnh 23 3.3.2 Bộ lọc số 27 3.3.3 Các thông số đánh giá chất lượng ảnh 33 3.4 Kết luận chương 38 CHƯƠNG MƠ HÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ 39 4.1 Mở đầu 39 4.2 Mơ hình hệ thống đặt vấn đề 39 4.2.1 Mơ hình hệ thống 40 4.2.2 Đặt vấn đề 41 4.3 Tái tạo khôi phục ảnh 41 4.3.1 Tái tạo hình ảnh (giai đoạn 1) 41 4.3.2 Khơi phục hình ảnh (giai đoạn 2) 42 4.4 Các thông số đánh giá 44 4.4.1 Tỉ lệ lỗi bit BER 44 4.4.2 Chỉ số tín hiệu cực đại nhiễu PSNR 45 4.4.3 Chỉ số tương tự cấu trúc SSIM 45 4.5 Kết luận chương 45 CHƯƠNG CÁC KẾT QUẢ VÀ ĐÓNG GÓP NỔI BẬT 46 5.1 Thông số mô 46 5.2 So sánh trực quan 46 5.3 Đánh giá hiệu hệ thống 50 5.3.1 Tỉ lệ lỗi bit 50 5.3.2 Tỉ lệ tín hiệu cực đại nhiễu 51 5.3.3 Chỉ số tương đồng cấu trúc 53 5.4 Kết luận chương 53 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54 6.1 Kết luận 54 ii