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)格的聯(lián)合信源信道變長譯碼算法。

背景技術(shù)：

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。而由于變長編碼數(shù)據(jù)對差錯(cuò)非常敏感，所以隨著無線通信的日益普及，變長編碼數(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。

起源于了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)級網(wǎng)格和比特級網(wǎng)格?；诜?hào)級網(wǎng)格能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)變長譯碼，可以方便的利用符號(hào)間的關(guān)聯(lián)，得到符號(hào)級和比特級的軟輸出，但基于符號(hào)級網(wǎng)格的譯碼復(fù)雜度很高，還無法在實(shí)際中應(yīng)用?；诒忍丶壘W(wǎng)格，可以得到比特級軟信息，譯碼復(fù)雜度低，但是其性能比基于符號(hào)級網(wǎng)格的變長譯碼性能要差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對當(dāng)前基于符號(hào)級網(wǎng)格的變長譯碼復(fù)雜度過高和基于比特級網(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)格的聯(lián)合信源信道變長譯碼算法，可以在保證損失較少性能的前提下降低符號(hào)級變長譯碼的復(fù)雜度。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所釆用的技術(shù)方案是：將變長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)格提出了一種的軟輸入、軟輸出變長譯碼算法，在聯(lián)合信源信道迭代譯碼器中，信源變長譯碼采用基于麻花辮網(wǎng)格的變長譯碼算法進(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編碼序列中一個(gè)可能存在的變長碼字。網(wǎng)格中每個(gè)狀態(tài)代表一段變長碼序列的開始或結(jié)束，如果有一條或多條分支在n時(shí)刻開始或者在n時(shí)刻結(jié)束，則n時(shí)刻有且只有一個(gè)狀態(tài)，反之n時(shí)刻不存在狀態(tài)?；诼榛ㄞp網(wǎng)格可采用軟輸入、軟輸出變長譯碼算法進(jìn)行譯碼，在前向遞推運(yùn)算中，計(jì)算n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n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n時(shí)刻的所有分支分為兩類，第一類在n時(shí)刻對應(yīng)的比特是1，第二類在n時(shí)刻對應(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，降低了基于變長編碼信源的聯(lián)合信源信道譯碼的復(fù)雜度；可以在相對于傳統(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，很大程度提高了對變長編碼序列的譯碼性能。無線信道中傳輸?shù)膱D像、視頻等變長編碼數(shù)據(jù)，可以采用基于麻花辮網(wǎng)格的聯(lián)合信源信道變長譯碼算法進(jìn)行譯碼。

附圖說明

圖1：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U＝{A,B,C,D}，各符號(hào)經(jīng)變長編碼后的被映射成相應(yīng)的變長碼字，分別為：c(A)＝0，c(B)＝10,c(C)＝110,c(D)＝111。圖中1表示為狀態(tài)Sn，代表一段變長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)對應(yīng)的分支，每條分支對應(yīng)比特序列中一個(gè)可能存在的變長碼字。分支2對應(yīng)符號(hào)A，也即碼字0；分支3對應(yīng)符號(hào)B，也即碼字10；分支4對應(yīng)符號(hào)C，也即碼字110；分支5對應(yīng)符號(hào)D，也即碼字111。

圖2：聯(lián)合信源信道編解碼模型。

圖中6表示變長編碼器；7表示交織器；8表示一個(gè)反饋系統(tǒng)卷積碼編碼器；9表示有噪信道；10表示聯(lián)合信源信道迭代譯碼器；11表示符號(hào)序列u；12表示u經(jīng)變長編碼器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)卷積碼編碼器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y；16表示聯(lián)合信源信道迭代譯碼器10根據(jù)15得到的對信源符號(hào)序列11的估計(jì)序列U’。

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110的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖3中7表示交織器；17表示卷積碼譯碼器(即軟輸入、軟輸出反饋系統(tǒng)卷積碼譯碼器18表示變長譯碼器(即基于麻花辮網(wǎng)格的符號(hào)級軟輸入、軟輸出變長譯碼器19表示解交織器；15表示迭代譯碼器的輸入序列y；21表示卷積碼外信息(即反饋系統(tǒng)卷積碼譯碼器17輸出的軟信息22表示變長碼先驗(yàn)信息(即變長譯碼器18的軟輸入信息)23表示變長碼外信息(即變長譯碼器18輸出的軟信息)；24表示卷積碼先驗(yàn)信息(即反饋系統(tǒng)卷積碼譯碼器17的軟輸入信息)；16表示估計(jì)序列U(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y15得到的對信源符號(hào)序列u11的估計(jì)序列)

圖4：前項(xiàng)遞推運(yùn)算。

圖中25表示n-3時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值以αn-3，26表示n-2時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值αn-2，27表示n-1時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值αn-1，28表示n時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值αn，29表示開始于n-3時(shí)刻的c(C)＝110對應(yīng)的遞推因子γc,n-3，30表示開始于n-3時(shí)刻的c(D)＝111對應(yīng)的遞推因子γD,n-3，31表示開始于N-2時(shí)刻的c(B)＝10對應(yīng)的遞推因子γB,n-2，32表示開始于n-1時(shí)刻的c(A)＝0對應(yīng)的遞推因子γA,n-1，33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αn所用到的各個(gè)變量，并得到表示n時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值公式(1)：

α_n＝α_n-1×γ_A,n-1+α_n-2×γ_B,n-2+α_n-3×γ_C,n-3+α_n-3×γ_D,n-3 (1)

具體實(shí)施方式

1.符號(hào)級變長譯碼

a)麻花辮網(wǎng)格

將變長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編碼序列中一個(gè)可能存在的變長碼字。圖1中分支2對應(yīng)符號(hào)A，也即碼字0；分支3對應(yīng)符號(hào)B，也即碼字10；分支4對應(yīng)符號(hào)C也即碼字110；分支5對應(yīng)符號(hào)D，也即碼字111。圖1中每個(gè)狀態(tài)S代表一段變長碼序列的開始或結(jié)束。如果有一條或多條分支從n時(shí)刻開始或者在n時(shí)刻結(jié)束，則在n時(shí)刻存在且只存在一個(gè)狀態(tài)，記做Sn；反之n時(shí)刻不存在狀態(tài)。

b)基于麻花辮網(wǎng)格的變長譯碼算法

在圖1中設(shè)有包含4個(gè)元素的符號(hào)集U＝{A,B,C,D}，各符號(hào)經(jīng)變長編碼后的被映射成相應(yīng)的變長碼字，分別為：c(A)＝0，c(B)＝10,c(C)＝110,c(D)＝111。i是U中的符號(hào)，在圖2中變長編碼器6將符號(hào)i映射成一個(gè)變長碼字，其長度為記作為l(i)。設(shè)在圖3中卷積碼譯碼器17輸入端的輸入序列y15中的信息位序列為w，將w用麻花辮網(wǎng)格表示。圖1麻花辮網(wǎng)格中每個(gè)狀態(tài)S1對應(yīng)一個(gè)前項(xiàng)遞推值αn時(shí)刻的狀態(tài)記作Sn；，相應(yīng)的前項(xiàng)遞推值為αn,每條分支對應(yīng)一個(gè)遞推因子γ。對于起始于n時(shí)刻的符號(hào)i的分支，其遞推因子記作γi，n。為方便說明，用un表示符號(hào)序列中的某符號(hào)，并且它對應(yīng)的變長碼字在比特序列中的起始位置為n，則麻花辮網(wǎng)格中起始于n時(shí)刻的符號(hào)i對應(yīng)的分支的后驗(yàn)概率P(Un＝i|w),按)(2)式分解αn,γI,n+1,βn+l(i)和常數(shù)C四項(xiàng)的乘積。計(jì)算中C可以忽略。

p(uⁿ＝i|w)＝c*β_n+l(i)*γ_i,n*α_n ⑵

計(jì)算時(shí)，將α₁和β_n+l的初始值設(shè)為1，其余所有狀態(tài)α和β的值都利用遞推因子γ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α_n-325與開始于n-3時(shí)刻的c(C)＝110對應(yīng)的遞推因子γ_C,n-329相乘，25與開始于n-3時(shí)刻的c(D)＝111對應(yīng)的遞推因子γ_d,n-330相乘，n-2時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值α_n-226與開始于n-2時(shí)刻的對應(yīng)的遞推因子c(B)＝1031相乘，n-1時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值n-127與開始于n-1時(shí)刻的c(A)＝0對應(yīng)的遞推因子γ_a,n-132相乘，然后各項(xiàng)之和作為n時(shí)刻的前項(xiàng)遞推值α_n-28；以上運(yùn)算可表示為式中的前項(xiàng)遞推運(yùn)算。

公式

β_n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：

γ_i,n項(xiàng)如下計(jì)算，其中是w的子序列：

C)符號(hào)序列估計(jì)

基于麻花辮網(wǎng)格，本發(fā)明提出了對變長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α作為路徑量度，將迭代因子γ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U’。

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。由變長編碼器6和反饋系統(tǒng)卷積碼編碼器8串行級聯(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，圖中卷積碼譯碼器17，變長譯碼器18，交織器7和解交織器19。在圖3中卷積碼譯碼器17和變長譯碼器18可以相互交換軟信息，迭代譯碼。

在圖3中卷積碼譯碼器17根據(jù)迭代譯碼器的輸入序列y15和卷積碼先驗(yàn)信息24進(jìn)行譯碼，并輸出卷積碼外信息21。卷積碼外信息21經(jīng)解交織19后得到變長碼先驗(yàn)信息22，變長譯碼器18根據(jù)變長碼先驗(yàn)信息22進(jìn)行譯碼。

圖3中變長碼外信息23經(jīng)交織器7交織后得到卷積碼先驗(yàn)信息24，再被送入卷積碼譯碼器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，由變長譯碼器18進(jìn)行符號(hào)序列判決并輸出估計(jì)序列U’。