CN117560082A - 一种编码调制一体化的低分辨率光通信方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种编码调制一体化的低分辨率光通信方法和系统，用于在发送端和接收端设备之间实现图像数据的传输。所述方法包括：由发送端接收图像数据，利用预训练的编码器对图像数据进行特征提取和编码，再经过发送端数字信号处理模块、任意波形发生器、发大器将数字信号转换为波形信号，利用激光器与光学调制器将电信号形式的图像数据转换为光信号，经由光链路传输至接收端的光电探测器，光电探测器将光信号转换电信号，再通过电信号数字采样示波器、接收端数字信号处理模块、预训练的解码器，输出还原的图像数据。本发明利用深度学习提取图像特征和进行高效压缩，使用低分辨率的数模和模数转换器实现低成本的同时，能够改善量化噪声和失真等问题，以提高图像传输的性能和鲁棒性。

Description

一种编码调制一体化的低分辨率光通信方法和系统

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种编码调制一体化的低分辨率光通信方法和系统。

背景技术

为满足光通信领域中数据流量爆炸式增长的需求，现有技术提出了先进的编码、调制、接收机和补偿技术。然而，这些技术往往需要更先进的器件和组件，导致制造和集成的成本较高。其中，数模转换器与模数转换器(DAC/ADC)的功耗占用城域网应用ASIC的一大部分。

如果为了降低光传输系统的成本和功耗，使用低分辨率DAC/ADC，那么降低成本的同时会引入量化噪声，影响系统性能。

目前，降低DAC量化噪声的方法包括数字分辨率增强器(DRE)和误差反馈噪声整形(EFNS)技术。DRE利用信道响应的先验知识最小化量化噪声，而EFNS通过反馈环路处理和重新分布量化误差实现噪声整形。然而，这些方法无法同时补偿ADC量化噪声。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供了一种编码调制一体化的低分辨率光通信方法和系统，以改善应用低分辨率DAC/ADC降低成本的同时产生的量化噪声问题。

本发明的一个方面提供了一种编码调制一体化的低分辨率光通信方法，所述方法用于在发送端和接收端之间实施图像数据的光通信，所述发送端包括编码器、发送端数字信号处理模块、任意波形发生器、放大器、激光器和光学调制器，所述接收端包括光电探测器、电信号数字采样示波器、接收端数字信号处理模块和解码器，所述发送端和所述接收端通过光链路连接，该方法包括以下步骤：

由所述发送端获取待发送的图像数据，通过预训练的所述编码器对所述图像数据进行特征提取并编码为第一数字信号；

由所述发送端数字信号处理模块基于数模转换器将所述第一数字信号转换为第一模拟信号；

由所述任意波形发生器将所述第一模拟信号转换为波形信号，由所述放大器将所述波形信号放大并通过所述激光器和所述光学调制器转换为光信号；

由所述光电探测器通过所述光链路接收所述光信号，并转换为第二模拟电信号；

由所述电信号数字采样示波器将所述第二模拟电信号转换为第三模拟电信号；

由所述接收端数字信号处理模块基于模数转换器将所述第三模拟电信号转换为第二数字电信号；

由预训练的解码器将所述第二数字电信号进行解码以还原所述图像数据；

其中，所述编码器包括连续的第一卷积残差模块、第一注意力层、第二卷积残差模块、第二注意力层、第三卷积残差模块以及第一全连接层；所述解码器包括连续的第二全连接层、第一反卷积残差模块、第三注意力层、第二反卷积残差模块、第四注意力层和第三反卷积残差模块；所述编码器以样本图像数据为输入进行特征提取并输出码流，所述解码器是以所述码流为输入并输出还原后的所述样本图像数据，联合训练过程中通过最小化原所述样本图像数据与还原后的所述样本图像数据的差异，对所述编码器和所述解码器进行参数更新以完成预训练。

在本发明的一些实施例中，所述编码器中，所述第一卷积残差模块、所述第二卷积残差模块和所述第三卷积残差模块分别包含连续的残差层、卷积层、批归一化层和LRELU激活函数。

在本发明的一些实施例中，所述解码器中，所述第一反卷积残差模块和所述第二反卷积残差模块分别包含连续的残差层、反卷积层、批归一化层和LRELU激活函数；所述第三反卷积残差模块包含连续的残差层、反卷积层、批归一化层和Sigmoid激活函数。

在本发明的一些实施例中，由所述发送端数字信号处理模块将所述第一数字信号转换为第一模拟信号，还包括：

对所述第一数字信号进行四倍上采样；

使用平方根升余弦滤波器对所述第一数字信号进行滤波；

将所述数模转换器的量化位数设置为目标值，并利用所述数模转换器将所述第一数字信号转换为第一模拟信号；

对所述第一模拟信号进行归一化处理。

在本发明的一些实施例中，所述平方根升余弦滤波器的滚降因子为0.1。

在本发明的一些实施例中，由所述接收端数字信号处理模块基于模数转换器将所述第三模拟电信号转换为第二数字电信号，还包括：

对所述第三模拟电信号进行去直流处理，以提高信号准确性；

将所述模数转换器的量化位数设置为目标值，利用所述模数转换器将所述第三模拟电信号转换为第二数字电信号；

对所述第二数字电信号进行二倍下采样和归一化处理。

在本发明的一些实施例中，所述设备采用如权利要求1至6任意一项所述编码调制一体化的低分辨率光通信方法执行图像数据的发送，所述设备包括：

编码器，用于对待发送的图像数据进行特征提取并编码为第一数字信号；

发送端数字信号处理模块，用于通过数模转换器将所述第一数字信号转换为第一模拟信号；

任意波形发生器，用于将所述第一模拟信号转换为波形信号；

放大器、激光器和光学调制器，用于对所述波形信号进行放大后调制为光信号，以进行传输。

在本发明的一些实施例中，所述光学调制器为马赫曾德尔调制器。

在本发明的一些实施例中，所述设备采用如上述方法中任意一项所述编码调制一体化的光通信方法接收光信号并还原为图像数据，所述设备包括：

光电探测器，用于通过光链路接收所述光信号，并转换为第二模拟电信号；

电信号数字采样示波器，用于将所述第二模拟电信号转换为第三模拟电信号；

接收端数字信号处理模块，通过模数转换器将所述第三模拟电信号转换为第二数字电信号；

解码器，用于将所述第二数字电信号进行解码以还原所述图像数据。

本发明的另一方面提供了一种编码调制一体化的低分辨率光通信系统，其特征在于，包括：

发送端，所述发送端采用如上述方法所述的编码调制一体化的光通信发送端设备；

接收端，所述接收端采用如上述所述的编码调制一体化的光通信接收端设备；

所述发送端和所述接收端直接连接或通过可变光衰减器、单模光纤和掺铒光纤放大器连接。

本发明的有益效果至少是：

本发明提出了一种编码调制一体化的低分辨率光通信方法和系统，该方法包括了编码器和解码器分别在发射端和接收端对图像数据进行编码和解码，以及相应的数字信号处理过程。该系统包括发送端设备、接收端设备和光链路。编码器和解码器使用卷积神经网络作为编码器和解码器，同时引入卷积残差模块和注意力机制，提取图像深层特征并实现高效的图像压缩。编码器和解码器通过联合训练的方式以最小化重建图像与原始图像之间的均方误差完成预训练。整个网络联合训练处理图像传输中的信道噪声、量化噪声、失真和丢失等问题，能提高图像编码传输的鲁棒性和容错性。与传统光通信系统相比，本发明能实现低位量化传输图像信息以降低成本的同时，仍保持能高效的图像传输，提供更高的传输速率和更佳的信号质量。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明一实施例所述一种编码调制一体化的低分辨率光通信方法流程图。

图2为本发明另一实施例所述一种编码调制一体化的低分辨率光通信系统框架图。

图3(a)为本发明另一实施例所述编码调制一体化网络对图像进行编码的过程图。

图3(b)为本发明另一实施例所述解码解调一体化网络对信号进行解码的过程图。

图4为本发明另一实施例所述卷积神经网络的编码和解码框架图。

图5为本发明另一实施例所述一种编码调制一体化的低分辨率光通信系统与传统光通信系统的性能指标对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

模数转换器(ADC)是一种用于将模拟信号转换为数字信号的器件。模拟信号是连续变化的信号，而数字信号是离散的信号，由一系列二进制数字表示。ADC通过对模拟信号进行采样和量化来实现这种转换。采样是指在一定时间间隔内对模拟信号进行测量和记录。量化是指将连续的模拟信号分成离散的级别，并将其表示为数字值。

数模转换器(DAC)则是将数字信号转换为模拟信号的设备。DAC通过将数字信号转换为相应的模拟电压或电流来实现这种转换。

量化噪声是由模数转换器(ADC)或数模转换器(DAC)中的量化过程引入的噪声。当模拟信号被量化为离散的数字值时，由于离散级别的限制，会引入一定的误差，这个误差被称为量化误差或量化噪声。量化噪声是一种随机噪声，其特性取决于ADC或DAC的分辨率和量化器的性能。较高的分辨率可以减小量化噪声的功率水平，因为更多的离散级别可以提供更精确的量化。

本发明的实施例一个方面提供了一种编码调制一体化的低分辨率光通信方法，该方法用于在光通信系统的发送端和接收端之间实施图像数据的光通信，该系统的发送端包括编码器、发送端数字信号处理模块、任意波形发生器、放大器、激光器和光学调制器，该系统的接收端包括光电探测器、电信号数字采样示波器、接收端数字信号处理模块和解码器，发送端和接收端通过光链路连接，具体方法如图1所示，包括以下步骤S101～S107：

步骤S101：由发送端获取待发送的图像数据，通过预训练的编码器对图像数据进行特征提取并编码为第一数字信号。

步骤S102：由发送端数字信号处理模块基于数模转换器将第一数字信号转换为第一模拟信号。

其中，数模转换器为低分辨率数模转换器以节省系统成本。

步骤S103：由任意波形发生器将第一模拟信号转换为波形信号，由放大器将波形信号放大并通过激光器和光学调制器转换为光信号。

其中，任意波形发生器是一种用于产生自定义波形电信号的电子设备，将第一模拟信号转换为更准确、细腻的波形信号。

步骤S104：由光电探测器通过光链路接收光信号，并转换为第二模拟电信号。

步骤S105：由电信号数字采样示波器将第二模拟电信号转换为第三模拟电信号。

其中，电信号数字采样示波器是用于测量和显示电信号的仪器，其主要作用是对连续的模拟信号进行采样和数字化处理，以便于分析、观测和存储。

步骤S106：由接收端数字信号处理模块基于模数转换器将第三模拟电信号转换为第二数字电信号。

其中，模数转换器为低分辨率模数转换器以节省系统成本。

步骤S107：由预训练的解码器将第二数字电信号进行解码以还原图像数据。

其中，编码器包括连续的第一卷积残差模块、第一注意力层、第二卷积残差模块、第二注意力层、第三卷积残差模块以及第一全连接层。解码器包括连续的第二全连接层、第一反卷积残差模块、第三注意力层、第二反卷积残差模块、第四注意力层和第三反卷积残差模块；编码器以样本图像数据为输入进行特征提取并输出码流，解码器是以码流为输入并输出还原后的样本图像数据，联合训练过程中通过最小化原样本图像数据与还原后的样本图像数据的差异，对编码器和解码器进行参数更新以完成预训练。

在本发明的一些实施例中，编码器中，从输入图像数据到输出码流依次经过，第一卷积残差模块，第一卷积残差模块包括残差层、卷积层、批归一化层和LRELU激活函数；第一注意力层；第二卷积残差模块，第二卷积残差模块包括残差层、卷积层、批归一化层和LRELU激活函数；第二注意力层；第三卷积残差模块，第三卷积残差模块包括残差层、卷积层、批归一化层和LRELU激活函数；第一全连接层。

在本发明的一些实施例中，解码器中，从输入码流到输出图像数据依次经过，第二全连接层；第一反卷积残差模块，第一反卷积残差模块包括残差层、反卷积层、批归一化层和LRELU激活函数；第三注意力层；第二反卷积残差模块，第二反卷积残差模块包括残差层、反卷积层、批归一化层和LRELU激活函数；第四注意力层；第三反卷积残差模块，第三反卷积残差模块包括残差层、反卷积层、批归一化层和Sigmoid激活函数。

在本发明的一些实施例中，由发送端数字信号处理模块将第一数字信号转换为第一模拟信号，还包括：

对第一数字信号进行四倍上采样。

使用平方根升余弦滤波器对第一数字信号进行滤波。

将数模转换器的量化位数设置为目标值，并利用数模转换器将第一数字信号转换为第一模拟信号。

对第一模拟信号进行归一化处理。

在本发明的一些实施例中，平方根升余弦滤波器的滚降因子为0.1。

在本发明的一些实施例中，由接收端数字信号处理模块基于模数转换器将第三模拟电信号转换为第二数字电信号，还包括：

对第三模拟电信号进行去直流处理，以提高信号准确性。

将模数转换器的量化位数设置为目标值，利用模数转换器将第三模拟电信号转换为第二数字电信号。

对第二数字电信号进行二倍下采样和归一化处理。

在本发明的一些实施例中，发送端设备采用上述编码调制一体化的光通信方法执行图像数据的发送，发送端设备包括：

编码器，用于对待发送的图像数据进行特征提取并编码为第一数字信号。

发送端数字信号处理模块，用于通过数模转换器将第一数字信号转换为第一模拟信号。

任意波形发生器，用于将第一模拟信号转换为波形信号。

放大器、激光器和光学调制器，用于对波形信号进行放大后调制为光信号，以进行传输。

在本发明的一些实施例中，光学调制器为马赫曾德尔调制器。马赫曾德尔调制器是一种用于将电信号转换为光信号的光学调制器。它由两个光波导干涉分支组成，通过控制输入的电信号，可以调制通过两个分支的光强度或相位差，从而实现光的调制。

在本发明的一些实施例中，接收端设备采用上述编码调制一体化的光通信方法接收光信号并还原为图像数据，接收端设备包括：

光电探测器，用于通过光链路接收光信号，并转换为第二模拟电信号。

电信号数字采样示波器，用于将第二模拟电信号转换为第三模拟电信号。

接收端数字信号处理模块，通过模数转换器将第三模拟电信号转换为第二数字电信号。

解码器，用于将第二数字电信号进行解码以还原图像数据。

本发明的实施例另一方面提供了一种编码调制一体化的低分辨率光通信系统，该系统包括：

发送端，采用如上述的编码调制一体化的光通信发送端设备。

接收端，采用如上述的编码调制一体化的光通信接收端设备。

发送端和接收端直接连接或通过可变光衰减器、单模光纤和掺铒光纤放大器连接。

本发明的另一个实施例提供了一种编码调制一体化的低分辨率光通信系统，该系统的框架图如图2所示，该系统包括发送端、光链路和接收端。其中，发送端包括编码调制一体化网络、发射端数字信号处理模块，任意波形发生器和放大器。接收端包括电信号数字采样示波器、接收端数字信号处理模块、解码解调一体化网络。光链路至少包括马赫曾德尔调制器、光电探测器，光链路还包括可变光衰减器、单模光纤、掺铒光纤放大器。

利用该系统实现编码调制一体化的光通信方法，具体包括：

该实施例面向的是图像信息在直调直检系统中的短距离光传输场合。直调直检系统是一种用于数字信号到模拟信号的转换和解析的系统，用于无线通信或光纤通信等领域。通过调制器将数字信号调制为模拟信号，然后经过信道传输，再通过解调器将模拟信号还原为数字信号。

本实施例中该系统利用编码调制一体化网络对图像进行编码。其中，发送端(TxDSP)的数字信号处理(Digital signal processing，DSP)过程如图3(a)所示，其中平方根升余弦(SRRC)滤波器的滚降因子为0.1。图1中使用任意波形发生器(AWG)产生信号，并由驱动器放大。然后信号由马赫-曾德尔调制器(MZM)调制，并通过不同距离单模光纤(SSMF)传输。在接收机侧，采用可变光衰减器(VOA)来调整接收机光功率(ROP)。光信号由光电探测器(PD)检测，电信号数字采样示波器(DSO)接收。接收到的信号由接收器处的DSP(Rx DSP)进行处理，如图3(b)所示。

当该方法和系统应用于实验时，由于实验设备分辨率固定，在数字信号处理过程中加入不同量化位数DAC/ADC量化来模拟不同分辨率的设备。

如图4所示，该系统利用卷积神经网络(convolutional neura1 network，CNN)作为编解码骨架，原始图像信息作为CNN的输入，依次通过CNN编码部分、物理信道模型、CNN解码部分，通过联合训练网络最小化重建图像与原始的均方误差(MSE)，实现图像一体化编码调制以及传输任务。基于深度学习的编码调制一体化神经网络如图4所示。使用卷积残差模块学习强大和丰富的图像特征表达，加入注意力机制(Attention Mechanism)，允许模型动态地分配不同输入的权重，协助更好地提取图像深层特征，实现高效的图像压缩。全连接层(FC)实现码流映射，用于物理信道传输。整个网络联合训练可处理图像传输中的信道噪声、量化噪声、失真和丢失等问题，提高图像编码传输的鲁棒性和容错性。

本发明的实施例提出的一种编码调制一体化低分辨率光通信系统与传统光通信系统中传输性能对比如图5所示，各系统的波特率相等，量化位数均为4，其中横坐标为光信噪比(OSNR)。对于传统方案，信源编码采用相对于JPEG编码性能更好的JPEG2000编码，信道编码采用LDPC编码，调制格式为四电平脉冲幅度调制(4-Level pulse amp1itudemodulation，PAM4)。从图5中可以发现，当OSNR降到26dB，在传统的数字通信系统中，由于悬崖效应，性能指标会出现陡降。而对于本实施例所提出的一体化编码调制低分辨率光传输系统，在高OSNR范围内，性能也优于JPEG2000算法，且随着OSNR下降，性能指标呈现缓降的趋势，并且在低OSNR范围内，仍然能够实现对原始图像较好地传输。

综上所述，本发明提供一种编码调制一体化的低分辨率光通信方法和系统，用于在发送端和接收端设备之间实现图像数据的传输。所述方法包括：由发送端接收图像数据，利用预训练的编码器对图像数据进行特征提取和编码，再经过发送端数字信号处理模块、任意波形发生器、发大器将数字信号转换为波形信号，利用激光器和光学调制器将电信号形式的图像数据转换为光信号，经由光链路传输至接收端的光电探测器，光电探测器将光信号转换电信号，再通过电信号数字采样示波器、接收端数字信号处理模块、预训练的解码器，输出还原的图像数据。本发明使用低分辨率的DAC/ADC以降低系统成本，同时通过神经网络提取图像特征实现图像编码与调制，提供更高的传输速率和更佳的信号质量。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现前述边缘计算服务器部署方法的步骤。该计算机可读存储介质可以是有形存储介质，诸如随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、软盘、硬盘、可移动存储盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。

本领域普通技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种编码调制一体化的低分辨率光通信方法，其特征在于，所述方法用于在发送端和接收端之间实施图像数据的光通信，所述发送端包括编码器、发送端数字信号处理模块、任意波形发生器、放大器、激光器和光学调制器，所述接收端包括光电探测器、电信号数字采样示波器、接收端数字信号处理模块和解码器，所述发送端和所述接收端通过光链路连接，该方法包括以下步骤：

由所述发送端获取待发送的图像数据，通过预训练的所述编码器对所述图像数据进行特征提取并编码为第一数字信号；

由所述发送端数字信号处理模块基于数模转换器将所述第一数字信号转换为第一模拟信号；

由所述任意波形发生器将所述第一模拟信号转换为波形信号，由所述放大器将所述波形信号放大并通过所述激光器和所述光学调制器转换为光信号；

由所述光电探测器通过所述光链路接收所述光信号，并转换为第二模拟电信号；

由所述电信号数字采样示波器将所述第二模拟电信号转换为第三模拟电信号；

由所述接收端数字信号处理模块基于模数转换器将所述第三模拟电信号转换为第二数字电信号；

由预训练的解码器将所述第二数字电信号进行解码以还原所述图像数据；

其中，所述编码器包括连续的第一卷积残差模块、第一注意力层、第二卷积残差模块、第二注意力层、第三卷积残差模块以及第一全连接层；所述解码器包括连续的第二全连接层、第一反卷积残差模块、第三注意力层、第二反卷积残差模块、第四注意力层和第三反卷积残差模块；所述编码器以样本图像数据为输入进行特征提取并输出码流，所述解码器是以所述码流为输入并输出还原后的所述样本图像数据，联合训练过程中通过最小化原所述样本图像数据与还原后的所述样本图像数据的差异，对所述编码器和所述解码器进行参数更新以完成预训练。

2.根据权利要求1所述的编码调制一体化的低分辨率光通信方法，其特征在于，所述编码器中，所述第一卷积残差模块、所述第二卷积残差模块和所述第三卷积残差模块分别包含连续的残差层、卷积层、批归一化层和LRELU激活函数。

3.根据权利要求1所述的编码调制一体化的低分辨率光通信方法，其特征在于，所述解码器中，所述第一反卷积残差模块和所述第二反卷积残差模块分别包含连续的残差层、反卷积层、批归一化层和LRELU激活函数；所述第三反卷积残差模块包含连续的残差层、反卷积层、批归一化层和Sigmoid激活函数。

4.根据权利要求1所述的编码调制一体化的低分辨率光通信方法，其特征在于，由所述发送端数字信号处理模块将所述第一数字信号转换为第一模拟信号，还包括：

对所述第一数字信号进行四倍上采样；

使用平方根升余弦滤波器对所述第一数字信号进行滤波；

将所述数模转换器的量化位数设置为目标值，并利用所述数模转换器将所述第一数字信号转换为第一模拟信号；

对所述第一模拟信号进行归一化处理。

5.根据权利要求4所述的编码调制一体化的低分辨率光通信方法，其特征在于，所述平方根升余弦滤波器的滚降因子为0.1。

6.根据权利要求1所述的编码调制一体化的低分辨率

光通信方法，其特征在于，由所述接收端数字信号处理模块基于模数转换器将所述第三模拟电信号转换为第二数字电信号，还包括：

对所述第三模拟电信号进行去直流处理，以提高信号准确性；

将所述模数转换器的量化位数设置为目标值，利用所述模数转换器将所述第三模拟电信号转换为第二数字电信号；

对所述第二数字电信号进行二倍下采样和归一化处理。

7.一种编码调制一体化的光通信发送端设备，其特征在于，所述设备采用如权利要求1至6任意一项所述编码调制一体化的低分辨率光通信方法执行图像数据的发送，所述设备包括：

编码器，用于对待发送的图像数据进行特征提取并编码为第一数字信号；

发送端数字信号处理模块，用于通过数模转换器将所述第一数字信号转换为第一模拟信号；

任意波形发生器，用于将所述第一模拟信号转换为波形信号；

放大器、激光器和光学调制器，用于对所述波形信号进行放大后调制为光信号，以进行传输。

8.根据权利要求7所述的编码调制一体化的低分辨率光通信发送端设备，其特征在于，所述光学调制器为马赫曾德尔调制器。

9.一种编码调制一体化的低分辨率光通信接收端设备，其特征在于，所述设备采用如权利要求1至6任意一项所述编码调制一体化的低分辨率光通信方法接收光信号并还原为图像数据，所述设备包括：

光电探测器，用于通过光链路接收所述光信号，并转换为第二模拟电信号；

电信号数字采样示波器，用于将所述第二模拟电信号转换为第三模拟电信号；

接收端数字信号处理模块，通过模数转换器将所述第三模拟电信号转换为第二数字电信号；

解码器，用于将所述第二数字电信号进行解码以还原所述图像数据。

10.一种编码调制一体化的低分辨率光通信系统，其特征在于，包括：

发送端，所述发送端采用如权利要求7或8任意一项所述的编码调制一体化的光通信发送端设备；

接收端，所述接收端采用如权利要求9所述的编码调制一体化的光通信接收端设备；

所述发送端和所述接收端直接连接或通过可变光衰减器、单模光纤和掺铒光纤放大器连接。