联合信源信道可变长符号Turbo编译码方法技术

针对通信中分离编码系统的性能受限和经典Ｔｕｒｂｏ编码不适用于视频压缩等变长编码传输系统的两个问题，提出了一种联合信源信道可变长符号Ｔｕｒｂｏ编译码方法。对信源编码输出的可变长码字序列按照码长和概率进行分类，进行不等差错保护，码字长的分组序列出现概率小，级别较不重要，采用高码率的Ｔｕｒｂｏ码进行编码，码字短的分组序列出现概率较大，级别较重要，采用低码率的Ｔｕｒｂｏ码进行编码。Ｔｕｒｂｏ码采用可变长符号Ｔｕｒｂｏ编译码算法，通过可变长符号编码和变长符号译码判决，能够提高通信系统传输的性能，又可以提高联合译码的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信编码领域的一种联合信源信道编译码方法，特别是涉及一种以可变长符号为Turbo码输入单元进行编码的联合信源信道编译码方法。
技术介绍
1848年，通信编码理论的奠基人C.E.Shannon在他的论文“A Mathematical Theory OfCommunication.Bell System Technology Journal，27379-423；623-656，1948.”中提出了著名的“分离理论”(Separation Theory)，即最佳的通信系统可通过将信源编码与信道编码作为相互独立的环节分开设计获得。在分离理论的基础上，人们设计的经典通信系统模型如图1所示。Shannon的“分离理论”是在理想条件下得到的结论，该理论假设信源编码是最佳压缩，能够去除信源信息中的全部冗余，信道编码也是最佳编码，能够纠正所有差错。但是在实际通信系统中，信源编码压缩的数据还包含有冗余，在衰落噪声信道环境下，信道分组码与卷积码等纠错码也不可能纠正所有差错，所以在实际中“分离理论”不实用，分离编码系统的性能受到了限制。在图1的信源编码模块1中，目前广泛使用国际标准化组织(ISO)制定的JPEG、MPEG系列标准和国际电信联盟(ITU)制定的H.26X系列标准。上述国际压缩标准对信源数据的处理过程一般包括变换编码、系数量化和游长与熵编码等。其中，熵编码过程采用可变长编码(Variable Length Coding，简称VLC)方法，取得了较大的压缩效率。可变长编码虽然可以能得到很好的压缩效果，但是却对信道差错非常敏感。所以，压缩数据在送入信道传输之前必须通过信道编码加入纠错信息，以提高信息抗干扰和差错控制的能力。在图1所示的信道编码模块2中，主要采用自动检错重发机制或者前向纠错技术。Turbo码是一种新型的前向纠错码，取得了接近Shannon编码理论极限的性能。Turbo的编码结构如图2所示，该编码器由两个反馈系统卷积码通过一个交织器并行级联组成，因此又称为并行级联卷积码。译码结构如图4所示，译码器将两个最大后验概率(Maximum A Posteriori，简称MAP)译码器串行级联，通过在两个MAP分量译码器之间传递外信息，实现了迭代译码。经典Turbo编码方法是脱离信源环节独立设计的，一般以一个比特或者固定比特长的符号为编码器输入单元进行编码。在实际中，信源编码一般采用可变长编码，压缩数据比特流是由可变长符号组成的码字序列，所以，经典的以一个比特或定长比特符号为Turbo码输入单元的编码系统没有结合信源比特流的先验特性，不适用于视频压缩等变长编码传输系统。
技术实现思路
为了解决分离编码系统的性能受限和经典Turbo编码不适用于视频压缩等变长编码传输系统的两个问题，本专利技术提供了一种。该方法设计了一种对可变长VLC码字符号序列实行不等差错保护的联合信源信道编译码结构，提出了一种可变长符号Turbo编译码算法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是在编码器端，对信源编码器输出的可变长码字序列按照码字长度进行分类，较长的码字归为一组，较短的码字归为一组，码字组合成多路序列以后，利用Turbo码能够调整校验比特删余矩阵实现码率自适应的特点进行不等差错保护。码字长的分组序列出现概率小，级别较不重要，采用高码率的Turbo码进行编码，码字短的分组序列出现概率较大，级别较重要，采用低码率的Turbo码进行编码。其中，对码字序列进行Turbo编码采用的技术方案是可变长符号Turbo编译码算法，即在编码器端，以信源编码器输出的可变长符号为Turbo码编码器的输入单元，译码时，构造反馈系统卷积码的可变长符号状态转移网格图，采用可变长符号MAP算法进行迭代译码，判决输出可变长符号码字序列。本专利技术的有益效果是，通过，可以提高编码系统的误码率性能，采用可变长符号为编码单元的联合Turbo编译码算法，能够提高系统编译码处理的效率，适用于视频压缩等变长编码传输系统。附图说明图1通信系统的分离编解码模型。图中1.信源编码模块，2.信道编码模块，3.信源信息，4.信源编码器，5.信道编码器，6.调制器，7.噪声信道，8.解调器，9.信道译码器 10.信源译码器 11.接收信息。图2Turbo码编码器结构。在图2中，编码器由两个反馈系统卷积码(RSC)通过交织器∏并行级联而成，在RSC编码器中，D表示移位寄存器，表示异或运算(即模2加法运算)。U表示输入的系统信息，P和Q分别表示两个编码器输出的校验比特。通过交替的删余校验比特P和Q可自适应调整编码率。图3Turbo码译码器结构。图中1.MAP译码器，2.交织器，3.交织器，4.硬判决器，5.解交织器，6.MAP译码器，7.解交织器，8.硬判决器。在图3中ys表示接收的系统信息序列，y1p为第一个分量编码器接收的校验序列，y2p为第二个分量译码器接收的校验序列， 为译码判决输出。每个MAP译码器包含三路输入信息，即先验信息，系统信息序列ys和校验序列yip(i＝1，2)，译码器输出对数似然比信息和外信息，其中，外信息部分经过交织变换传送到另一个MAP译码器作为先验信息，而对数似然比通过硬判决可得到译码判决输出 图4联合信源信道可变长符号Turbo编译码结构。图中1.信源信息，2.信源编码器，3.VLC码字长度判决器，4.数据分割器，5.可变长符号Turbo编码器码率R1，6.可变长符号Turbo编码器码率R2，7.可变长Turbo编码器码率Rn，8.TCM编码调制器，9.噪声信道，10.串并转换器，11.可变长符号Turbo译码器码率R1，12.可变长符号Turbo译码器码率R2，13.可变长符号Turbo译码器码率Rn，14.数据合成器，15.信源译码器，16.接收信息，17.码长先验信息，18.数据分割控制信息，19.可变长符号Turbo码不等差错保护模块，20.可变长符号Turbo码解码模块。图5是可变长符号状态转移网格图例。在图5中，状态用来表征移位寄存器的值。反馈系统卷积码的移位寄存器长度为2，网格图的状态数为22＝4，S1，S2，S3，S4分别表示卷积码的四种可能的状态。输入的可变长码符号集合的个数为3，选取变长码字集合{0，10，110}。每一列表示一个符号时间间隔，状态之间的箭头代表卷积码可能的状态转移，箭头上的码字表示该状态转移对应的输入卷积编码器的可变长符号。具体实施例方式1.联合信源信道可变长符号Turbo编译码结构在图4中，信源信息1首先输入信源编码器2进行压缩编码，信源编码器2输出VLC变长码字序列。在视频压缩国际编码标准中(例如MPEG或H.26x系列)，VLC编码通常使用了高效的算数编码(Arithmetic Coding)或哈夫曼编码(Huffman Coding)方法，VLC码字序列具有单向可译码性。Huffman编码的码字集合是由概率统计得出的，在一般情况下，出现概率大的信源符号采用了较短的变长码字编码，出现概率小的信源符号采用了较长的变长码字编码。从概率统计的角度考虑，符号出现的概率与其数据的重要性存在直接的联系，出现概率大的符号重要级别比较高，出现概率小的码字重要级别一般比较低。所以，对于变长码字序列，短的符号码字出现概率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种联合信源信道可变长符号Ｔｕｒｂｏ编译码方法，编码系统中信源可变长编码器与信道Ｔｕｒｂｏ编码器级联编码，其特征是信道编码器利用了可变长编码的码长先验信息进行不等差错保护以实现联合信源信道编码，信道编码器采用可变长符号Ｔｕｒｂｏ编译码算法。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：凃国防，刘建军，张灿，
申请(专利权)人：中国科学院研究生院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]