专利名称：基于麻花辫网格的低复杂度联合信源信道变长译码算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信编译码领域的一种联合信源信道译码方法,特别是涉及一种基于麻花辫 网格的低复杂度联合信源信道变长译码算法。
技术背景C.E. Shannon提出的"香农"分离理论是当前通信系统中编码设计的理论依据，它指出 可以通过将信源编码和信道编码分别最优设计使整个系统最优化。实际中通信系统受时延和 译码复杂度的限制，分离编码系统的性能受到了限制，无法达到最优。联合信源信道译码通过将信源信道的编码或译码作为一个整体考虑，可以缩小次优系统 与最优系统之间的性能差距。变长编码由于其高压縮率，被广泛应用于多种图像、视频等多媒体数据压縮标准中。而 由于变长编码数据对差错非常敏感，所以随着无线通信的日益普及，变长编码数据的可靠传 输问题正在成为研究的热点，而基于变长编码信源的联合信源信道编译码也越来越引起人们 的关注。起源于Turbo码译码的迭代译码技术可以降低译码复杂度，并可以按照实际需求灵活的 在复杂度和性能之间折衷。近来迭代译码技术已经被引入到联合信源信道译码领域，在信源 信道迭代译码方案中，软输入、软输出信源译码和软输入、软输出信道译码器互相交换软信 息，进行迭代译码。当前主流的软输入、软输出信源变长译码沿用了网格译码方法。目前有 两种主流的网格图，分别是符号级网格和比特级网格。基于符号级网格能实现最优变长译码， 可以方便的利用符号间的关联，得到符号级和比特级的软输出，但基于符号级网格的译码复 杂度很高，还无法在实际中应用。基于比特级网格，可以得到比特级软信息，译码复杂度低， 但是其性能比基于符号级网格的变长译码性能要差。 发明内容针对当前基于符号级网格的变长译码复杂度过高和基于比特级网格的译码性能较差的特 点，本发明提出了一种基于麻花辫网格的低复杂度联合信源信道变长译码算法，可以在保证 损失较少性能的前提下降低符号级变长译码的复杂度。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是将变长编码的比特序列用新型的麻花辫网 格图表示，基于麻花辫网格提出了一种低复杂度的软输入、软输出变长译码算法，在联合信 源信道迭代译码器中，信源变长译码釆用基于麻花辫网格的低复杂度变长译码算法进行译码。
麻花辫网格具有单状态链式结构，网格中每条分支代表变长编码序列中一个可能存在的变长 码字。网格中每个状态代表一段变长码序列的开始或结束，如果有一条或多条分支在W时刻 开始或者在w时刻结朿，则"时刻有且只有一个状态，反之"时刻不存在状态。基于麻花辫网 格可采用软输入、软输出变长译码算法进行译码，在前向递推运算中，计算"时刻的前项递 推值用到的其他各个前项递推值可以是不同时刻的，在后向递推运算中，计算W时刻的后项 递推值用到的其他各个后项递推值也可以是不同时刻的，在计算第n比特的似然比时，将经 过第"时刻的所有分支分为两类，第一类在w时刻对应的比特是l，第二类在"时刻对应的比 特是0，第一类各分支的后验概率之和与第二类各分支的后验概率之和的比值作为第n比特的 似然比。本发明的有益效果是在保证性能损失较少的前提下，降低了基于变长编码信源的联合 信源信道译码的复杂度；可以在相对于传统的分离译码方法只增加少量复杂度和存储空间的 条件下，很大程度提高了对变长编码序列的译码性能。无线信道中传输的图像、视频等变长 编码数据，可以采用基于麻花辫网格的低复杂度联合信源信道变长译码算法进行译码。
图l:麻花辫网格。在图1中设有包含4个元素的符号集￡/ = {乂,6,(:,2^，各符号经变长编码后的被映射成相应的变长码字，分别为c(A) = 0， cOS) = 10， c(C) = 110, cCD) = lll。图中1表示为状态&，代表一段变长码字序列的开始或者结束；图中2， 3， 4， 5分别表示不同符号对应的分支，每条分支对应比特序列中一个可能存在的变长码字。分支2对应符号^4，也即码字0;分支3对应符号6，也即码字10;分支4对应符号C，也即码字110;分支5对应符号P，也 即码字111。图2:联合信源信道编解码模型。图中6表示变长编码器；7表示交织器；8表示一个反馈系统巻积码编码器；9表示有噪信道；IO表示联合信源信道迭代译码器；II表示符号序列m; 12表示"经变长编码器6编码后输出比特序列v ; 13表示v经过交织器7交织的版本v' ; 14表示v'经反馈系统巻积码编码器8编码后输出的比特序列x; 15表示迭代译码器的输入序列3;; 16表示联合信源信道迭代 译码器10根据15得到的对信源符号序列11的估计序列ii。图3:联合信源信道迭代译码器结构。图3是图2中联合信源信道迭代译码器10的详细结构。图3中7表示交织器；17表示
巻积码译码器(即软输入、软输出反馈系统巻积码译码器)；18表示变长译码器(即基于麻 花辫网格的符号级软输入、软输出变长译码器)；19表示解交织器；15表示迭代译码器的输入序列J; 21表示巻积码外信息(即反馈系统巻积码译码器17输出的软信息)；22表示变长码先验信息(即变长译码器18的软输入信息)；23表示变长码外信息(即变长译码器18输 出的软信息)；24表示巻积码先验信息(即反馈系统巻积码译码器17的软输入信息)；16表示估计序列i/ (即联合信源信道译码器10根据迭代译码器的输入序列j; 15得到的对信源符号序列"ll的估计序列)。 图4:前项递推运算。图中25表示"-3时刻的前项递推值《 一3， 26表示"-2时刻的前项递推值a"—2， 27表示 "-l时刻的前项递推值cv。 28表示"时刻的前项递推值^， 29表示开始于n-3时刻的 c(C)"10对应的递推因子&^，30表示开始于w-3时刻的c(D)411对应的递推因子&^， 31表示开始于"-2时刻的"6) = 10对应的递推因子^, _2 ， 32表示开始于"-l时刻的 "乂) = 0对应的递推因子^, —,， 33表示乘法器，34表示加法器。由本图可得到计算前项递 推值^所用到的各个变量，并得到表示w时刻的前项递推值公式(l):<formula>formula see original document page 5</formula> (1)具体实施方式
1.低复杂度符号级变长译码a) 麻花辫网格将变长编码的比特序列用图1所示的新型的麻花辫网格图表示麻花辫网格具有单状态链式结构，在麻花辫网格中，每条分支都代表了变长编码序列中一个可能存在的变长码字。图1中分支2对应符号儿也即码字O;分支3对应符号6，也即码字10;分支4对应符号C，也即码字110;分支5对应符号P，也即码字lll。图1中每个状态S代表一段变长码序列的 开始或结束。如果有一条或多条分支从W时刻开始或者在W时刻结束，则在W时刻存在且只存 在一个状态，记做&;反之M时刻不存在状态。b) 基于麻花辫网格的变长译码算法在图i中设有包含4个元素的符号集^^^,s，c,:^ ，各符号经变长编码后的被映射成相应的变长码字，分别为"乂) = 0， , = 10， c(C) = 110， cCD) = lll。 /是K中的符号， 在图2中变长编码器6将符号/映射成一个变长码字，其长度为记作为《!')。设在图3中巻积 码译码器17输入端的输入序列j;15中的信息位序列为iv，将w用麻花辫网格表示。图l麻 花辫网格中每个状态S1对应一个前项递推值a，"时刻的状态记作&，相应的前项递推值 为a"(值得说明的是后项递推值A的计算过程与图4所描述的前向递推运算相似，方向相 反)，每条分支对应一个递推因子y。对于起始于n时刻的符号/的分支，其递推因子记作^"。为方便说明，用""表示符号序列中的某符号，并且它对应的变长码字在比特序列中的起始位 置为"，则麻花辫网格中起始于"时刻的符号/对应的分支的后验概率尸(""=!'|的，按(2)式分 解《 、 & 、 A+",)和常数c四项的乘积。计算中C可以忽略。="n0 = C./ +",) 7, ， .a (2)计算时，将^和Am的初始值设为l，其余所有状态的a和P的值都利用递推因子^递推 运算得来的。如图4所示，图中n-3时刻的前项递推值" _3 25与开始于"-3时刻的c(C)410 对应的递推因子;^,—329相乘，25与开始于n-3时刻的cCD)411对应的递推因子;^—330相 乘，"-2时刻的前项递推值" —226与开始于"-2时刻的4^ = 10对应的递推因子& —231相 乘，"-l时刻的前项递推值"^27与开始于"-1时刻的^乂) = 0对应的递推因子^ —,32相 乘，然后各项之和作为n时刻的前项递推值a"28;以上运算可表示为(3)式中的前项递推运算。=H7,,"—",) (3)A项由(4)式的后项递推运算得来，其过程与图4所描述的前向递推运算类似A = (4)^ 项如下计算，其中1 =(气， +1, ， +/(,)_1)是^的子序列:(5)式中左起第一项由格形图决定。如果^+^)、 &都存在，状态转移也存在，其值为1;
否则为0;第二项由信道状况决定；第三项由由符号信源先验概率和从其他的分量译码器得 到的软信息共同计算得来。 C)符号序列估计基于麻花辫网格，本发明提出了对变长编码序列的最大似然序列估计方法。该序列估计 方法将前项迭代值a作为路径量度，将迭代因子^作为分支量度，可以得到到达每个状态的最大似然路径，而到达麻花辫网格最后一个状态的最大似然路径即符号估计序列ii 。 2.信源信道迭代译码器a) 编码模型本发明中编码端结构如图2所示。由变长编码器6和反馈系统巻积码编码器8串行级联 而成，两个编码器用交织器7隔开。b) 信源信道迭代译码器在接收端，联合信源信道迭代译码器结构如图3所示，图中巻积码译码器17，变长译码 器18，交织器7和解交织器19。在图3中巻积码译码器17和变长译码器18可以相互交换软 信息，迭代译码。在图3中巻积码译码器17根据迭代译码器的输入序列j; 15和巻积码先验信息24进行译 码，并输出巻积码外信息21。巻积码外信息21经解交织19后得到变长码先验信息22，变长 译码器18根据变长码先验信息22进行译码。用v"表示图2中比特序列v 12在w时刻的比特，其值为"&=0或1。根据(2)式计算出麻花辫网格中每条分支的后验概率尸(Z^'lM0，继而 可以计算每个比特的后验信息20。=6|"，其中(6)变长译码器按照(7)式可以计算各比特的对数似然比iZi^c，进而可以得到图3中变长码 外信息23。(7)<formula>formula see original document page 7</formula>图3中变长码外信息23经交织器7交织后得到巻积码先验信息24，再被送入巻积码译 码器17用于译码，如此迭代译码。当满足一定条件后图3所示的联合译码器将终止迭代，由变长译码器18进行符号序列判决并输出估计序列^ 。
权利要求
1. 一种基于麻花辫网格的低复杂度联合信源信道变长译码算法，其特征是将变长编码的比 特序列用新型的麻花辫网格图表示，基于麻花辫网格提出了一种低复杂度的软输入、软输出 变长译码算法，在联合信源信道迭代译码器中，信源变长译码釆用基于麻花辫网格的低复杂 度变长译码算法进行译码。
2. 根据权利要求1所述的基于麻花辫网格的低复杂度联合信源信道变长译码算法，其特征还 在于麻花辫网格具有单状态链式结构，网格中每条分支代表变长编码序列中一个可能存在 的变长码字，网格中每个状态代表一段变长码序列的开始或结束，如果有一条或多条分支在" 时刻开始或者在W时刻结束，则"时刻有且只有一个状态，反之"时刻不存在状态。
3. 根据权利要求1所述的基于麻花辫网格的低复杂度联合信源信道变长译码算法，其特征还 在于基于麻花辫网格可采用软输入、软输出变长译码算法进行译码，在前向递推运算中， 计算W时刻的前项递推值用到的其他各个前项递推值可以是不同时刻的，在后向递推运算中， 计算"时刻的后项递推值用到的其他各个后项递推值可以是不同时刻的，在计算第W比特的似然比时，将经过第W时刻的所有分支分为两类，第一类在W时刻对应的比特是1，第二类在 W时刻对应的比特是0，第一类各分支的后验概率之和与第二类各分支的后验概率之和的比值 作为第W比特的似然比。
4. 根据权利要求l所述的基于麻花辫网格的低复杂度联合信源信道变长译码算法，其特征还 在于无线信道中传输的图像、视频等变长编码数据，可以采用基于麻花辫网格的低复杂度 联合信源信道变长译码算法进行译码。
全文摘要
本发明涉及通信编译码领域的一种联合信源信道译码方法。针对当前基于符号级网格的变长译码复杂度过高和基于比特级网格的译码性能较差的特点，提出了一种基于麻花辫网格的低复杂度联合信源信道变长译码算法，可以在损失较少性能的前提下降低符号级变长译码的复杂度。变长编码的比特序列用新型的麻花辫网格图表示，基于麻花辫网格提出了一种低复杂度的软输入、软输出变长译码算法。在联合信源信道迭代译码器中，信源变长译码采用基于麻花辫网格的低复杂度变长译码算法进行译码。在无线信道中传输的图像、视频等变长编码数据，采用基于麻花辫网格的低复杂度联合信源信道变长译码算法进行译码，可降低译码的复杂度，提高变长编码序列的译码性能。
文档编号H03M13/00GK101145788SQ200710146389
公开日2008年3月19日 申请日期2007年9月10日 优先权日2007年9月10日
发明者凃国防, 灿 张, 扬 杨 申请人:中国科学院研究生院