專利名稱：基于麻花辮網(wǎng)格的低復(fù)雜度聯(lián)合信源信道變長(zhǎng)譯碼算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信編譯碼領(lǐng)域的一種聯(lián)合信源信道譯碼方法,特別是涉及一種基于麻花辮 網(wǎng)格的低復(fù)雜度聯(lián)合信源信道變長(zhǎng)譯碼算法。
技術(shù)背景C.E. Shannon提出的"香農(nóng)"分離理論是當(dāng)前通信系統(tǒng)中編碼設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，它指出 可以通過將信源編碼和信道編碼分別最優(yōu)設(shè)計(jì)使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化。實(shí)際中通信系統(tǒng)受時(shí)延和 譯碼復(fù)雜度的限制，分離編碼系統(tǒng)的性能受到了限制，無法達(dá)到最優(yōu)。聯(lián)合信源信道譯碼通過將信源信道的編碼或譯碼作為一個(gè)整體考慮，可以縮小次優(yōu)系統(tǒng) 與最優(yōu)系統(tǒng)之間的性能差距。變長(zhǎng)編碼由于其高壓縮率，被廣泛應(yīng)用于多種圖像、視頻等多媒體數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)中。而 由于變長(zhǎng)編碼數(shù)據(jù)對(duì)差錯(cuò)非常敏感，所以隨著無線通信的日益普及，變長(zhǎng)編碼數(shù)據(jù)的可靠傳 輸問題正在成為研究的熱點(diǎn)，而基于變長(zhǎng)編碼信源的聯(lián)合信源信道編譯碼也越來越引起人們 的關(guān)注。起源于Turbo碼譯碼的迭代譯碼技術(shù)可以降低譯碼復(fù)雜度，并可以按照實(shí)際需求靈活的 在復(fù)雜度和性能之間折衷。近來迭代譯碼技術(shù)已經(jīng)被引入到聯(lián)合信源信道譯碼領(lǐng)域，在信源 信道迭代譯碼方案中，軟輸入、軟輸出信源譯碼和軟輸入、軟輸出信道譯碼器互相交換軟信 息，進(jìn)行迭代譯碼。當(dāng)前主流的軟輸入、軟輸出信源變長(zhǎng)譯碼沿用了網(wǎng)格譯碼方法。目前有 兩種主流的網(wǎng)格圖，分別是符號(hào)級(jí)網(wǎng)格和比特級(jí)網(wǎng)格。基于符號(hào)級(jí)網(wǎng)格能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)變長(zhǎng)譯碼， 可以方便的利用符號(hào)間的關(guān)聯(lián)，得到符號(hào)級(jí)和比特級(jí)的軟輸出，但基于符號(hào)級(jí)網(wǎng)格的譯碼復(fù) 雜度很高，還無法在實(shí)際中應(yīng)用?；诒忍丶?jí)網(wǎng)格，可以得到比特級(jí)軟信息，譯碼復(fù)雜度低， 但是其性能比基于符號(hào)級(jí)網(wǎng)格的變長(zhǎng)譯碼性能要差。 發(fā)明內(nèi)容針對(duì)當(dāng)前基于符號(hào)級(jí)網(wǎng)格的變長(zhǎng)譯碼復(fù)雜度過高和基于比特級(jí)網(wǎng)格的譯碼性能較差的特 點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于麻花辮網(wǎng)格的低復(fù)雜度聯(lián)合信源信道變長(zhǎng)譯碼算法，可以在保證 損失較少性能的前提下降低符號(hào)級(jí)變長(zhǎng)譯碼的復(fù)雜度。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是將變長(zhǎng)編碼的比特序列用新型的麻花辮網(wǎng) 格圖表示，基于麻花辮網(wǎng)格提出了一種低復(fù)雜度的軟輸入、軟輸出變長(zhǎng)譯碼算法，在聯(lián)合信 源信道迭代譯碼器中，信源變長(zhǎng)譯碼釆用基于麻花辮網(wǎng)格的低復(fù)雜度變長(zhǎng)譯碼算法進(jìn)行譯碼。
麻花辮網(wǎng)格具有單狀態(tài)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)格中每條分支代表變長(zhǎng)編碼序列中一個(gè)可能存在的變長(zhǎng) 碼字。網(wǎng)格中每個(gè)狀態(tài)代表一段變長(zhǎng)碼序列的開始或結(jié)束，如果有一條或多條分支在W時(shí)刻 開始或者在w時(shí)刻結(jié)朿，則"時(shí)刻有且只有一個(gè)狀態(tài)，反之"時(shí)刻不存在狀態(tài)?；诼榛ㄞp網(wǎng) 格可采用軟輸入、軟輸出變長(zhǎng)譯碼算法進(jìn)行譯碼，在前向遞推運(yùn)算中，計(jì)算"時(shí)刻的前項(xiàng)遞 推值用到的其他各個(gè)前項(xiàng)遞推值可以是不同時(shí)刻的，在后向遞推運(yùn)算中，計(jì)算W時(shí)刻的后項(xiàng) 遞推值用到的其他各個(gè)后項(xiàng)遞推值也可以是不同時(shí)刻的，在計(jì)算第n比特的似然比時(shí)，將經(jīng) 過第"時(shí)刻的所有分支分為兩類，第一類在w時(shí)刻對(duì)應(yīng)的比特是l，第二類在"時(shí)刻對(duì)應(yīng)的比 特是0，第一類各分支的后驗(yàn)概率之和與第二類各分支的后驗(yàn)概率之和的比值作為第n比特的 似然比。本發(fā)明的有益效果是在保證性能損失較少的前提下，降低了基于變長(zhǎng)編碼信源的聯(lián)合 信源信道譯碼的復(fù)雜度；可以在相對(duì)于傳統(tǒng)的分離譯碼方法只增加少量復(fù)雜度和存儲(chǔ)空間的 條件下，很大程度提高了對(duì)變長(zhǎng)編碼序列的譯碼性能。無線信道中傳輸?shù)膱D像、視頻等變長(zhǎng) 編碼數(shù)據(jù)，可以采用基于麻花辮網(wǎng)格的低復(fù)雜度聯(lián)合信源信道變長(zhǎng)譯碼算法進(jìn)行譯碼。


圖l:麻花辮網(wǎng)格。在圖1中設(shè)有包含4個(gè)元素的符號(hào)集￡/ = {乂,6,(:,2^，各符號(hào)經(jīng)變長(zhǎng)編碼后的被映射成相應(yīng)的變長(zhǎng)碼字，分別為c(A) = 0， cOS) = 10， c(C) = 110, cCD) = lll。圖中1表示為狀態(tài)&，代表一段變長(zhǎng)碼字序列的開始或者結(jié)束；圖中2， 3， 4， 5分別表示不同符號(hào)對(duì)應(yīng)的分支，每條分支對(duì)應(yīng)比特序列中一個(gè)可能存在的變長(zhǎng)碼字。分支2對(duì)應(yīng)符號(hào)^4，也即碼字0;分支3對(duì)應(yīng)符號(hào)6，也即碼字10;分支4對(duì)應(yīng)符號(hào)C，也即碼字110;分支5對(duì)應(yīng)符號(hào)P，也 即碼字111。圖2:聯(lián)合信源信道編解碼模型。圖中6表示變長(zhǎng)編碼器；7表示交織器；8表示一個(gè)反饋系統(tǒng)巻積碼編碼器；9表示有噪信道；IO表示聯(lián)合信源信道迭代譯碼器；II表示符號(hào)序列m; 12表示"經(jīng)變長(zhǎng)編碼器6編碼后輸出比特序列v ; 13表示v經(jīng)過交織器7交織的版本v' ; 14表示v'經(jīng)反饋系統(tǒng)巻積碼編碼器8編碼后輸出的比特序列x; 15表示迭代譯碼器的輸入序列3;; 16表示聯(lián)合信源信道迭代 譯碼器10根據(jù)15得到的對(duì)信源符號(hào)序列11的估計(jì)序列ii。圖3:聯(lián)合信源信道迭代譯碼器結(jié)構(gòu)。圖3是圖2中聯(lián)合信源信道迭代譯碼器10的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖3中7表示交織器；17表示
巻積碼譯碼器(即軟輸入、軟輸出反饋系統(tǒng)巻積碼譯碼器)；18表示變長(zhǎng)譯碼器(即基于麻 花辮網(wǎng)格的符號(hào)級(jí)軟輸入、軟輸出變長(zhǎng)譯碼器)；19表示解交織器；15表示迭代譯碼器的輸入序列J; 21表示巻積碼外信息(即反饋系統(tǒng)巻積碼譯碼器17輸出的軟信息)；22表示變長(zhǎng)碼先驗(yàn)信息(即變長(zhǎng)譯碼器18的軟輸入信息)；23表示變長(zhǎng)碼外信息(即變長(zhǎng)譯碼器18輸 出的軟信息)；24表示巻積碼先驗(yàn)信息(即反饋系統(tǒng)巻積碼譯碼器17的軟輸入信息)；16表示估計(jì)序列i/ (即聯(lián)合信源信道譯碼器10根據(jù)迭代譯碼器的輸入序列j; 15得到的對(duì)信源符號(hào)序列"ll的估計(jì)序列)。 圖4:前項(xiàng)遞推運(yùn)算。圖中25表示"-3時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值《 一3， 26表示"-2時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值a"—2， 27表示 "-l時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值cv。 28表示"時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值^， 29表示開始于n-3時(shí)刻的 c(C)"10對(duì)應(yīng)的遞推因子&^，30表示開始于w-3時(shí)刻的c(D)411對(duì)應(yīng)的遞推因子&^， 31表示開始于"-2時(shí)刻的"6) = 10對(duì)應(yīng)的遞推因子^, _2 ， 32表示開始于"-l時(shí)刻的 "乂) = 0對(duì)應(yīng)的遞推因子^, —,， 33表示乘法器，34表示加法器。由本圖可得到計(jì)算前項(xiàng)遞 推值^所用到的各個(gè)變量，并得到表示w時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值公式(l):<formula>formula see original document page 5</formula> (1)具體實(shí)施方式
1.低復(fù)雜度符號(hào)級(jí)變長(zhǎng)譯碼a) 麻花辮網(wǎng)格將變長(zhǎng)編碼的比特序列用圖1所示的新型的麻花辮網(wǎng)格圖表示麻花辮網(wǎng)格具有單狀態(tài)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，在麻花辮網(wǎng)格中，每條分支都代表了變長(zhǎng)編碼序列中一個(gè)可能存在的變長(zhǎng)碼字。圖1中分支2對(duì)應(yīng)符號(hào)兒也即碼字O;分支3對(duì)應(yīng)符號(hào)6，也即碼字10;分支4對(duì)應(yīng)符號(hào)C，也即碼字110;分支5對(duì)應(yīng)符號(hào)P，也即碼字lll。圖1中每個(gè)狀態(tài)S代表一段變長(zhǎng)碼序列的 開始或結(jié)束。如果有一條或多條分支從W時(shí)刻開始或者在W時(shí)刻結(jié)束，則在W時(shí)刻存在且只存 在一個(gè)狀態(tài)，記做&;反之M時(shí)刻不存在狀態(tài)。b) 基于麻花辮網(wǎng)格的變長(zhǎng)譯碼算法在圖i中設(shè)有包含4個(gè)元素的符號(hào)集^^^,s，c,:^ ，各符號(hào)經(jīng)變長(zhǎng)編碼后的被映射成相應(yīng)的變長(zhǎng)碼字，分別為"乂) = 0， , = 10， c(C) = 110， cCD) = lll。 /是K中的符號(hào)， 在圖2中變長(zhǎng)編碼器6將符號(hào)/映射成一個(gè)變長(zhǎng)碼字，其長(zhǎng)度為記作為《!')。設(shè)在圖3中巻積 碼譯碼器17輸入端的輸入序列j;15中的信息位序列為iv，將w用麻花辮網(wǎng)格表示。圖l麻 花辮網(wǎng)格中每個(gè)狀態(tài)S1對(duì)應(yīng)一個(gè)前項(xiàng)遞推值a，"時(shí)刻的狀態(tài)記作&，相應(yīng)的前項(xiàng)遞推值 為a"(值得說明的是后項(xiàng)遞推值A(chǔ)的計(jì)算過程與圖4所描述的前向遞推運(yùn)算相似，方向相 反)，每條分支對(duì)應(yīng)一個(gè)遞推因子y。對(duì)于起始于n時(shí)刻的符號(hào)/的分支，其遞推因子記作^"。為方便說明，用""表示符號(hào)序列中的某符號(hào)，并且它對(duì)應(yīng)的變長(zhǎng)碼字在比特序列中的起始位 置為"，則麻花辮網(wǎng)格中起始于"時(shí)刻的符號(hào)/對(duì)應(yīng)的分支的后驗(yàn)概率尸(""=!'|的，按(2)式分 解《 、 & 、 A+",)和常數(shù)c四項(xiàng)的乘積。計(jì)算中C可以忽略。="n0 = C./ +",) 7, ， .a (2)計(jì)算時(shí)，將^和Am的初始值設(shè)為l，其余所有狀態(tài)的a和P的值都利用遞推因子^遞推 運(yùn)算得來的。如圖4所示，圖中n-3時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值" _3 25與開始于"-3時(shí)刻的c(C)410 對(duì)應(yīng)的遞推因子;^,—329相乘，25與開始于n-3時(shí)刻的cCD)411對(duì)應(yīng)的遞推因子;^—330相 乘，"-2時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值" —226與開始于"-2時(shí)刻的4^ = 10對(duì)應(yīng)的遞推因子& —231相 乘，"-l時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值"^27與開始于"-1時(shí)刻的^乂) = 0對(duì)應(yīng)的遞推因子^ —,32相 乘，然后各項(xiàng)之和作為n時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值a"28;以上運(yùn)算可表示為(3)式中的前項(xiàng)遞推運(yùn)算。=H7,,"—",) (3)A項(xiàng)由(4)式的后項(xiàng)遞推運(yùn)算得來，其過程與圖4所描述的前向遞推運(yùn)算類似A = (4)^ 項(xiàng)如下計(jì)算，其中1 =(氣， +1, ， +/(,)_1)是^的子序列:(5)式中左起第一項(xiàng)由格形圖決定。如果^+^)、 &都存在，狀態(tài)轉(zhuǎn)移也存在，其值為1;
否則為0;第二項(xiàng)由信道狀況決定；第三項(xiàng)由由符號(hào)信源先驗(yàn)概率和從其他的分量譯碼器得 到的軟信息共同計(jì)算得來。 C)符號(hào)序列估計(jì)基于麻花辮網(wǎng)格，本發(fā)明提出了對(duì)變長(zhǎng)編碼序列的最大似然序列估計(jì)方法。該序列估計(jì) 方法將前項(xiàng)迭代值a作為路徑量度，將迭代因子^作為分支量度，可以得到到達(dá)每個(gè)狀態(tài)的最大似然路徑，而到達(dá)麻花辮網(wǎng)格最后一個(gè)狀態(tài)的最大似然路徑即符號(hào)估計(jì)序列ii 。 2.信源信道迭代譯碼器a) 編碼模型本發(fā)明中編碼端結(jié)構(gòu)如圖2所示。由變長(zhǎng)編碼器6和反饋系統(tǒng)巻積碼編碼器8串行級(jí)聯(lián) 而成，兩個(gè)編碼器用交織器7隔開。b) 信源信道迭代譯碼器在接收端，聯(lián)合信源信道迭代譯碼器結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖中巻積碼譯碼器17，變長(zhǎng)譯碼 器18，交織器7和解交織器19。在圖3中巻積碼譯碼器17和變長(zhǎng)譯碼器18可以相互交換軟 信息，迭代譯碼。在圖3中巻積碼譯碼器17根據(jù)迭代譯碼器的輸入序列j; 15和巻積碼先驗(yàn)信息24進(jìn)行譯 碼，并輸出巻積碼外信息21。巻積碼外信息21經(jīng)解交織19后得到變長(zhǎng)碼先驗(yàn)信息22，變長(zhǎng) 譯碼器18根據(jù)變長(zhǎng)碼先驗(yàn)信息22進(jìn)行譯碼。用v"表示圖2中比特序列v 12在w時(shí)刻的比特，其值為"&=0或1。根據(jù)(2)式計(jì)算出麻花辮網(wǎng)格中每條分支的后驗(yàn)概率尸(Z^'lM0，繼而 可以計(jì)算每個(gè)比特的后驗(yàn)信息20。=6|"，其中(6)變長(zhǎng)譯碼器按照(7)式可以計(jì)算各比特的對(duì)數(shù)似然比iZi^c，進(jìn)而可以得到圖3中變長(zhǎng)碼 外信息23。(7)<formula>formula see original document page 7</formula>圖3中變長(zhǎng)碼外信息23經(jīng)交織器7交織后得到巻積碼先驗(yàn)信息24，再被送入巻積碼譯 碼器17用于譯碼，如此迭代譯碼。當(dāng)滿足一定條件后圖3所示的聯(lián)合譯碼器將終止迭代，由變長(zhǎng)譯碼器18進(jìn)行符號(hào)序列判決并輸出估計(jì)序列^ 。
權(quán)利要求
1. 一種基于麻花辮網(wǎng)格的低復(fù)雜度聯(lián)合信源信道變長(zhǎng)譯碼算法，其特征是將變長(zhǎng)編碼的比 特序列用新型的麻花辮網(wǎng)格圖表示，基于麻花辮網(wǎng)格提出了一種低復(fù)雜度的軟輸入、軟輸出 變長(zhǎng)譯碼算法，在聯(lián)合信源信道迭代譯碼器中，信源變長(zhǎng)譯碼釆用基于麻花辮網(wǎng)格的低復(fù)雜 度變長(zhǎng)譯碼算法進(jìn)行譯碼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于麻花辮網(wǎng)格的低復(fù)雜度聯(lián)合信源信道變長(zhǎng)譯碼算法，其特征還 在于麻花辮網(wǎng)格具有單狀態(tài)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)格中每條分支代表變長(zhǎng)編碼序列中一個(gè)可能存在 的變長(zhǎng)碼字，網(wǎng)格中每個(gè)狀態(tài)代表一段變長(zhǎng)碼序列的開始或結(jié)束，如果有一條或多條分支在" 時(shí)刻開始或者在W時(shí)刻結(jié)束，則"時(shí)刻有且只有一個(gè)狀態(tài)，反之"時(shí)刻不存在狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于麻花辮網(wǎng)格的低復(fù)雜度聯(lián)合信源信道變長(zhǎng)譯碼算法，其特征還 在于基于麻花辮網(wǎng)格可采用軟輸入、軟輸出變長(zhǎng)譯碼算法進(jìn)行譯碼，在前向遞推運(yùn)算中， 計(jì)算W時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值用到的其他各個(gè)前項(xiàng)遞推值可以是不同時(shí)刻的，在后向遞推運(yùn)算中， 計(jì)算"時(shí)刻的后項(xiàng)遞推值用到的其他各個(gè)后項(xiàng)遞推值可以是不同時(shí)刻的，在計(jì)算第W比特的似然比時(shí)，將經(jīng)過第W時(shí)刻的所有分支分為兩類，第一類在W時(shí)刻對(duì)應(yīng)的比特是1，第二類在 W時(shí)刻對(duì)應(yīng)的比特是0，第一類各分支的后驗(yàn)概率之和與第二類各分支的后驗(yàn)概率之和的比值 作為第W比特的似然比。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于麻花辮網(wǎng)格的低復(fù)雜度聯(lián)合信源信道變長(zhǎng)譯碼算法，其特征還 在于無線信道中傳輸?shù)膱D像、視頻等變長(zhǎng)編碼數(shù)據(jù)，可以采用基于麻花辮網(wǎng)格的低復(fù)雜度 聯(lián)合信源信道變長(zhǎng)譯碼算法進(jìn)行譯碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及通信編譯碼領(lǐng)域的一種聯(lián)合信源信道譯碼方法。針對(duì)當(dāng)前基于符號(hào)級(jí)網(wǎng)格的變長(zhǎng)譯碼復(fù)雜度過高和基于比特級(jí)網(wǎng)格的譯碼性能較差的特點(diǎn)，提出了一種基于麻花辮網(wǎng)格的低復(fù)雜度聯(lián)合信源信道變長(zhǎng)譯碼算法，可以在損失較少性能的前提下降低符號(hào)級(jí)變長(zhǎng)譯碼的復(fù)雜度。變長(zhǎng)編碼的比特序列用新型的麻花辮網(wǎng)格圖表示，基于麻花辮網(wǎng)格提出了一種低復(fù)雜度的軟輸入、軟輸出變長(zhǎng)譯碼算法。在聯(lián)合信源信道迭代譯碼器中，信源變長(zhǎng)譯碼采用基于麻花辮網(wǎng)格的低復(fù)雜度變長(zhǎng)譯碼算法進(jìn)行譯碼。在無線信道中傳輸?shù)膱D像、視頻等變長(zhǎng)編碼數(shù)據(jù)，采用基于麻花辮網(wǎng)格的低復(fù)雜度聯(lián)合信源信道變長(zhǎng)譯碼算法進(jìn)行譯碼，可降低譯碼的復(fù)雜度，提高變長(zhǎng)編碼序列的譯碼性能。
文檔編號(hào)H03M13/00GK101145788SQ200710146389
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月10日
發(fā)明者凃國(guó)防, 燦 張, 揚(yáng) 楊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院研究生院