基于内存优化的扩展窗喷泉码编码方法

本发明涉及基于内存优化的扩展窗喷泉码编码方法。

背景技术：

1、随着社会的发展与生活水平的日益提高，人们对于无线通信系统的要求也越来越高。在数字通信系统中，由于信道噪声以及信道衰落等因素的影响，经过发送端处理的信息在进入信道后会产生一定的差错，因此需要信道编码技术使进入信道的信息具有一定的检错或者纠错能力。目前，常见的信道编码方案包括低密度奇偶校验码(ldpc,low densityparity-check codes)、并行级联卷积(turbo)码以及数字喷泉码等。

2、数字喷泉码是一种无速率码，可以通过一定的信息符号源源不断地产生编码符号，直到接收端成功对信息符号进行译码。喷泉码可以更加灵活地产生编码符号，而不需要根据信道质量选择固定的信息码率，因此非常适合于信息包之间的编码，并且受到越来越多的关注与研究。

3、传统的喷泉码为等差错保护的编码策略，即每个符号在编码中的优先级相同，具有相同的重要性等级。然而，在图片、视频等多媒体传输场景中，不同信息符号对于原始信息的恢复具有不同的贡献和作用，所以这些信息符号的重要性等级是不同的，因此要求编码可以具有不等差错保护特性，为重要性等级较高的信息符号提供更多的保护。扩展窗喷泉(expanding window fountain,ewf)码通过引入扩展窗将不同的信息符号放入不同的窗中，不同扩展窗对信息符号的保护程度不同，从而实现不等差错保护特性，提高多媒体传输通信系统的译码性能，但其对于不同重要性等级的信息符号的保护程度差异较小。

技术实现思路

1、本发明提出基于内存优化的扩展窗喷泉码编码方法，能够有效降低最重要信息的误码率与编码开销，实现高效高可靠信息传输，从而更好的适应图片、视频等多媒体应用场景的数据传输需要。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、基于内存优化的扩展窗喷泉码编码方法，包括如下步骤：

4、步骤s1、发送端将k个信息符号放入r个不同的扩展窗中，其中，第j个扩展窗包含前j-1个扩展窗的信息符号；

5、步骤s2、初始化每个信息符号的瞬时度数为1、初始化扩展窗j对应的集合集合用于存储扩展窗j中所有的信息符号，集合用于存储扩展窗j中状态已知的信息符号，集合用于存储扩展窗j中被度值d＝1的编码符号优先选择的信息符号；

6、步骤s3、发送端根据扩展窗的被选取概率分布函数随机选取扩展窗i作为待编码的扩展窗；

7、步骤s4、对于扩展窗i，根据鲁棒孤子分布函数对扩展窗i产生相应的编码符号的度值di，并根据度值di确定对应的信息符号选择策略，根据瞬时度数将集合中的元素进行删除或者转移，以选择di个信息符号作为待编码的信息符号，根据这di个信息符号得到一个编码符号，并将这di个信息符号的瞬时度数加一；

8、步骤s5、重复步骤s3和步骤s4，直至接收端成功接收并译码了全部的信息符号。

9、进一步的，所述步骤s4中，所述选择策略为：若di＝1，则进入步骤s41，若di＝2，则进入步骤s42，若di≠1且di≠2，则进入步骤s44，其中，

10、步骤s41、判断集合是否为空集合，若是，则从集合中选择瞬时度数最高的信息符号并将其转移至集合否则从集合中随机选择一个信息符号并将其从中删去；

11、步骤s42、判断集合是否为空集合，若是，则从集合中选择瞬时度数最高的信息符号作为第一个待编码的信息符号并将其转移至集合否则从集合中随机选择一个信息符号作为第一个待编码的信息符号，并进入步骤s43；

12、步骤s43、从集合中选择瞬时度数最高的信息符号作为第二个待编码的信息符号，并将该信息符号转移至集合

13、步骤s44、从k个信息符号中随机选择di个信息符号。

14、进一步的，所述步骤s3中，所述被选取概率分布函数为γj为发送端设定的第j个扩展窗的被选择概率。

15、进一步的，所述步骤s1中，r个扩展窗的大小分别为α1k,α2k,...,αrk，其中，

16、进一步的，所述步骤s2中，初始化一个空的集合以用于存储扩展窗j中状态已知的信息符号，初始化一个空的集合以用于存储扩展窗j中被度值d＝1的编码符号优先选择的信息符号。

17、进一步的，所述步骤s4中，所述鲁棒孤子分布函数为获取扩展窗i对应的度值di，其中，c为取值范围为0<c≤1的常数，δ表示接收端允许译码失败的概率。

18、进一步的，所述步骤s4中，将所选择的di个信息符号进行异或运算得到一个编码符号。

19、本发明具有如下有益效果：

20、1、本发明通过存储不同类型的信息符号、优化信息符号的选取过程、优化信息符号的度分布，进一步加强对最重要信息的保护程度，可以有效降低最重要信息的误码率与编码开销，提升编码效率和数据传输的可靠性与系统吞吐量，实现高效高可靠信息传输，从而更好的适应图片、视频等多媒体应用场景的数据传输需要。

技术特征：

1.基于内存优化的扩展窗喷泉码编码方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于内存优化的扩展窗喷泉码编码方法，其特征在于：所述步骤s4中，所述选择策略为：若di＝1，则进入步骤s41，若di＝2，则进入步骤s42，若di≠1且di≠2，则进入步骤s44，其中，

3.根据权利要求1所述的基于内存优化的扩展窗喷泉码编码方法，其特征在于：所述步骤s3中，所述被选取概率分布函数为γj为发送端设定的第j个扩展窗的被选择概率。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于内存优化的扩展窗喷泉码编码方法，其特征在于：所述步骤s1中，r个扩展窗的大小分别为α1k,α2k,...,αrk，其中，

5.根据权利要求1或2或3所述的基于内存优化的扩展窗喷泉码编码方法，其特征在于：所述步骤s2中，初始化一个空的集合以用于存储扩展窗j中状态已知的信息符号，初始化一个空的集合以用于存储扩展窗j中被度值d＝1的编码符号优先选择的信息符号。

6.根据权利要求1或2或3所述的基于内存优化的扩展窗喷泉码编码方法，其特征在于：所述步骤s4中，所述鲁棒孤子分布函数为获取扩展窗i对应的度值di，其中，c为取值范围为0<c≤1的常数，δ表示接收端允许译码失败的概率。

7.根据权利要求1或2或3所述的基于内存优化的扩展窗喷泉码编码方法，其特征在于：所述步骤s4中，将所选择的di个信息符号进行异或运算得到一个编码符号。

技术总结
本发明提供一种基于内存优化的扩展窗喷泉码编码方法，包括如下步骤：步骤S1、发送端将k个信息符号放入r个不同的扩展窗中；步骤S2、初始化过程；步骤S3、发送端根据扩展窗的被选取概率分布函数随机选取扩展窗i作为待编码的扩展窗；步骤S4、根据鲁棒孤子分布函数对扩展窗i产生相应的编码符号的度值d<subgt;i</subgt;，并根据度值d<subgt;i</subgt;确定对应的信息符号选择策略，以选择d<subgt;i</subgt;个信息符号作为待编码的信息符号，根据这d<subgt;i</subgt;个信息符号得到一个编码符号，并将这d<subgt;i</subgt;个信息符号的瞬时度数加一；步骤S5、重复步骤S3和步骤S4，直至接收端成功接收并译码了全部的信息符号。本发明能够有效降低最重要信息的误码率与编码开销，实现高效高可靠信息传输。

技术研发人员：郭婧,程衍硕,李欢,赵瑞,费泽松
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11