一种喷泉码的校验矩阵构造方法、编解码方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种喷泉码的校验矩阵构造方法、编解码方法及装置。其中喷泉码的校验矩阵构造方法，包括：获取喷泉码的第一加密校验参数hi，j，0、第二加密校验参数hi，j，1和第三加密校验参数hi，j，2，并构造喷泉码的加密参数hi，j；将喷泉码的加密参数hi，j作为加密矩阵P的子矩阵P(hi，j)的置换参数，构建加密矩阵P的子矩阵P(hi，j)；结合加密矩阵P构造所述喷泉码的校验矩阵Hm。由于构建加密矩阵P的子矩阵P(hi，j)的置换参数hi，j具有保密特性，所以最终构造的喷泉码的校验矩阵Hm也具有加密特性，进而在基于具有加密特性的喷泉码的校验矩阵Hm对信道进行编码时，实现了对信道的加密编码，提高编码的安全性。

Method for constructing check matrix of fountain code, coding and decoding method and device

The invention discloses a method for constructing a check matrix of a fountain code, a coding and decoding method and a device thereof. Including the fountain code check matrix construction method, first check encryption parameter Hi, acquisition of fountain codes J, 0, second checksum encryption parameters Hi, J, 1 and third checksum encryption parameters Hi, J, 2, encryption parameter Hi, and construct J fountain codes; the encryption parameters of hi fountain codes. J as the sub matrix P encryption matrix P (HI, J) the replacement parameters to construct the sub matrix P encryption matrix P (HI, J); the combination of encryption matrix P structure of the parity check matrix of Hm fountain codes. Because of the establishment of encryption matrix P (HI, J, P sub matrix) displacement parameter Hi, J has the security properties, so the parity check matrix of Hm fountain codes also has the final structure encryption features, and in the parity check matrix of Hm fountain codes based on encryption with characteristics of channel encoding, the encoding of encryption channel, improve the safety of the encoding.

【技术实现步骤摘要】
一种喷泉码的校验矩阵构造方法、编解码方法及装置
本专利技术涉及编解码
，特别涉及一种具有加密功能的喷泉码(Fountain码)的校验矩阵构造方法、编解码方法及装置。
技术介绍
随着互联网(Internet)技术的飞速发展，有线网络中数据传输的可靠性成为计算机和通信领域的研究热点。互联网中普遍使用的TCP/IP (Transmission ControlProtocol/Internet Protocol, TCP/IP)协议通过检错重发方式(ARQ)来确保数据传输的可靠性。然而，在基于确认和重传机制的通讯网络中，发送端在等待接收端发回确认信息时一直处于等待状态，这大大的增加了网络数据传输的时延。此外，TCP/IP协议的有序序列模式也限制了其在大量数据传输过程中的运用。因此，传统的TCP/IP协议并不适合互联网中大容量信息的实时传输。鉴于TCP/IP协议的诸多缺点，研究学者提出了纠删编码技术:即发送端把需要传输的K个信源信息包通过编码，整合成N个编码包，然后通过网络发送出去。接收端接收到这个N个编码包中的任意K个编码包就能使用特定的译码方法以很高的概率重构这K个信源信息包。纠删码技术利用原始数据的线性纠删码进行编码，如果部分数据在传输过程中丢失，它可以利用纠删算法恢复出丢失的数据。1997年Luby首次提出了一种适用于网络环境数据传输的纠删码，也称为复损码(Loss-Resilient Code)。这种码具有线性时间的编译码算法，而且能以任意逼近删除信道容量限的速率进行传输。随后通过对此码的大量研究，1998年Luby选取复损码的度分布为Heavy-Tail/Position度分布，从而提出了 Tornado码。相比于RS码,Tornado码的编译码算法具有与码长N线性相关的复杂度,但Tornado码的编码数据包由表示Tornado码的二部图来确定，必须提前确定所要生成的编码包数目，即Tornado码码率固定。鉴于Toranado码都具有码率固定这一缺陷,所以一种新的纠删码-Fountain码被提出并受到广泛关注。它具有鲁棒性和可靠性，且可以在无反馈信道下以任意的码率传输数据。Fountain码是由Bayers等于1998年提出的,他们仅仅给出了 Fountain的概念,并没有提出具体的设计方法。Fountain码即喷泉码，它的设计思想来源于水喷泉:水喷泉喷出无数的水滴，我们拿杯子接水，只需要接到足够量的水来解渴，至于是哪些水滴流入了杯子中我们并不关心。类似的，服务器可以根据独立分布规律随机产生编码信息包。一个客户端从一个或者多个服务器接收编码包，一旦接收到足够的编码包N就可以重构出信源信息，N的数量与信道特性无关。所以Fountain码码率不固定，是第一类无码率纠删码。Fountain码具有编译码算法便于实现，鲁棒性和可靠性高，并且可以在无反馈信道下以任意的码率传输数据等优点，被认为是适用于可靠多播传输、多源下载、数据存储和无线协作传输等应用方向最有前途的编码技术。但是为了保障信息的安全性，在对通信内容的编码的过程中，需要对编码进行加密保护，以保障信息安全。但是，现有的基于Fountain码的信道编码方法，并没有加密的功能。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术所要解决的技术问题是提供一种喷泉码的校验矩阵构造方法、编解码方法及装置，用以实现对信道的加密编码。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种喷泉码的校验矩阵的构造方法，包括:获取喷泉码的第一加密校验参数hi, Μ、第二加密校验参数hi, Ja和第三加密校验参数 hi,j,2 ;利用所述第一加密校验参数Iii, μ、第二加密校验参数Iii, Ja和第三加密校验参数^jjj2来构造喷泉码的加密参数比,」；将所述喷泉码的加密参数作为加密矩阵P的子矩阵P (hM)的置换参数，构建加密矩阵P的子矩阵P (hi, P ;以及结合所述加密矩阵P构造所述喷泉码的校验矩阵Hm。上述方案中，所述获取喷泉码的第一加密校验参数Iii, w、第二加密校验参数Iii, Ja和第三加密校验参数hy,2，包括:根据信道纬度分布，通过渐进的边线增长PEG算法得到喷泉码的第一校验参数,*根据公式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷泉码的校验矩阵的构造方法，其特征在于，包括：获取喷泉码的第一加密校验参数hi，j，0、第二加密校验参数hi，j，1和第三加密校验参数hi，j，2；利用所述第一加密校验参数hi，j，0、第二加密校验参数hi，j，1和第三加密校验参数hi，j，2来构造喷泉码的加密参数hi，j；将所述喷泉码的加密参数hi，j作为加密矩阵P的子矩阵P(hi，j)的置换参数，构建加密矩阵P的子矩阵P(hi，j)；以及结合所述加密矩阵P构造所述喷泉码的校验矩阵Hm。

【技术特征摘要】
1.一种喷泉码的校验矩阵的构造方法，其特征在于，包括：获取喷泉码的第一加密校验参数k w、第二加密校验参数1^, Ja和第三加密校验参数 hi, j,2 ;利用所述第一加密校验参数& w、第二加密校验参数1^, Ja和第三加密校验参数k」,2 来构造喷泉码的加密参数比,」；将所述喷泉码的加密参数作为加密矩阵P的子矩阵P (h^j)的置换参数，构建加密 矩阵P的子矩阵PO^);以及结合所述加密矩阵P构造所述喷泉码的校验矩阵Hm。2.根据权利要求1所述的喷泉码的校验矩阵的构造方法，其特征在于，所述获取喷泉 码的第一加密校验参数、第二加密校验参数hi.y和第三加密校验参数h^2，包括：根据信道纬度分布，通过渐进的边线增长PEG算法得到喷泉码的第一校验参数/<, o ;根0,/;；,,, =-1,得到第二校验参数”而第三校验参数p AID0KpKj,2 = o依据公式k = ahj * T +k 0获取第一加密校验参数hi, M ;依据公式\,a = P,, * T + iiiSXh()之0获取第二加密校验参数、M ;依据公式 +获取第三加密校验参数比,」,2;其中，a^，I,」和为密码，T为密码参数，且r = 7；ntoA-，To为预设倍数，Pk为分解子矩阵P(hu)的子阵边长P得到的第k个质数，K为质数个数，且子阵边长p = YlllifJ。3.根据权利要求1所述的喷泉码的校验矩阵的构造方法，其特征在于，所述利用第一 加密校验参数、第二加密校验参数hi,M和第三加密校验参数h^2来构造喷泉码的加 密参数、」包括：所述喷泉码的加密参数比,」=[hijjj0,hijja,hijjj2] (0≤i≤n-1,0≤j≤m_l),其中， n为所述喷泉码的校验矩阵H行块数，m为所述喷泉码的校验矩阵的列块数。4.根据权利要求1所述的喷泉码的校验矩阵的构造方法，其特征在于，所述将所述喷 泉码的加密参数作为加密矩阵P的子矩阵P (h^.)的置换参数，构建加密矩阵P的子矩 阵P(hi,」），包括：在所述第一校验参数时，则将子矩阵P(hM)构建为pXp的全零方阵；在所述 第一校验参数≤0时，将子矩阵P」）构建为PXp方阵，其中子矩阵P 0^」）的第k 行第1列的元素置换为1，其它位置的元素置换为0,其中1 = (1^, j.d+hi, j.fk+hi, j,2*k2)mod p，if h*ijJj0≤0，k的取值为0≤k≤p-1，p为子矩阵P队,」）的子阵边长。5.根据权利要求1所述的喷泉码的校验矩阵的构造方法，其特征在于，所述结合加密 矩阵P构造所述喷泉码的校验矩阵Hm包括：据公式 6.一种基于喷泉码的信道编码方法，其特征在于，包括: 应用权利要求1至5中任意一项所述的喷泉码的校验矩阵构造方法构造喷泉码的校验矩阵Hm，并获取所述喷泉码的校验矩阵Hm中的子矩阵PQii, P ； 获取喷泉码对应的信源X，将信源X依次每P个为一组，分为m个I Xp的子信源矢量 ,子信源矢量 7.根据权利要求6所述的基于喷泉码的信道编码方法，其特征在于，所述依据子信源矢量 8.根据权利要求7所述的基于喷泉码的信道编码方法，其特征在于，所述依据公式 9.一种基于喷泉码的信道解码方法，其特征在于，包括: 应用权利要求1至5中任意一项所述的喷泉码的校验矩阵构造方法构造喷泉码的校验矩阵Hm ； 获取所述校验矩阵Hm中所有子矩阵各自的外信息矢量 10.根据权利要求9所述的基于喷泉码的信道解码方法，其特征在于，所述将子信道信息矢量巧分别与外信息矢量「,进行和积迭代运算包括: 获取所述喷泉码的校验矩阵Hm中子矩阵P Qli, P的置换参数hy，置换参数hy =[、j,。，h^，比,」,2] (O≤i≤n-1,0 ( j ( m_l)，其中，η为所述喷泉码的校验矩阵Hm行块数，m为所述喷泉码的校验矩阵的列块数，Iii, j,0为喷泉码的第一加密校验参数、Iii, Ja为喷泉码的第二加密校验参数、h^2为喷泉码的第三加密校验参数； 分别计算所述喷泉码的校验矩阵Hm中每个子矩阵的置换矢量；如果子矩阵为子矩阵P Oii, j)，则依据 I (k) = hi, j.0+hi, j.^k+h,, j,2*k2 生成每个子矩阵 P Oii, j)的置换失量 I (O)，1(1)，……，I (P-1)，其中k为子矩阵P Qii,P的行，k的取值为O < k < P-1，且P为子矩阵POii,」)的子阵边长；如果子矩阵为I或者]^，则置换矢量I (O)，I (I)，.....，I (p-Ι)依次为O，I，...，P I; 将外信息矢量 11.一种喷穿码的校验矩阵构造装置，其特征在于，包括: 获取单元，用于获取喷泉码的第一加密校验参数hy,^、第二加密校验参数hi,M和第三加密校验参数11^2 ； 参数构造单元，用于利用所述第一加密校验参数hy,r第二加密校验参数Iii,M和第三加密校验参数h^2来构造喷泉码的加密参数Iii,」； 子矩阵构建单元，用于将所述喷泉码的加密参数k j作为加密矩阵P的子矩阵P Oii, j)的置换参数，构建加密矩阵P的子矩阵P Oii, P ； 矩阵构造单元，用于获取喷泉码的结构化可逆矩阵D，并结合所述加密矩阵P构造所述喷泉码的校验矩阵Hm。12.根据权利要求11所述的喷泉码的校验矩阵构造装置，其特征在于，所述获取单元包括:第一获取单元、第二获取单元、第三获取单元、第四获取单元和第五获取单元，其中: 第一获取单元，用于根据信道纬度分布，通过渐进的边线增长PEG算法得到喷泉码的第一校验参数; 第二获取单元，用于根据公式 13.根据权利要求11所述的喷泉码的校验矩阵构造装置，其特征在于，所述参数构造单元构造的所述喷泉码的加密参数其中，η为所述喷泉码的校验矩阵Hm的行块数，m为所述喷泉码的校验矩阵的列块数。14.根据权利要求11所述的喷泉码的校验矩阵构造装置，其特征在于，所述子矩阵构建单元包括:第一构建单元和第二构建单元，其中， 第一构建单元，用于在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：管武，梁利平，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：