用于视频广播应用的低密度奇偶校验码族的产生方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一类用于视频广播应用的准循环非规则低密度奇偶校验码。所给出的低密度奇偶校验码的奇偶校验矩阵具有准循环结构以利于硬件实现，且具有适当的校验／比特度分布以提供低于１０↑［－７］的误帧率性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及范围从1/4到9/10的编码效率的非规则LDPC码。本专利技术的技术特别适于视频广播应用。 本专利技术中的LDPC码能够提供具有低于10-7的差错平底的FER性能，因此它们能够满足视频广播应用的纠错要求。 同时，通过仔细选择校验和比特节点度分布和Tanner图结构，本专利技术的LDPC码具有良好的阈值，能够降低用于指定FER性能的传输功率要求。 LDPC码的阈值被定义为最小的SNR值，在该最小的SNR值上，当码字长度趋向无穷时，能够使比特差错概率任意小。 另外，本专利技术的LDPC码的准循环(quasi-cyclic)结构简化了硬件实现。 附图说明 在相应附图中，通过实例的方式，而不是通过限制的方式，说明了本专利技术，附图中相同的参考数字表示相同的元件，附图中 图1是采用LDPC码的通信系统的实例； 图2说明了根据本专利技术实施例的采用LDPC码的卫星视频通信系统的实例； 图3说明了图1中发射机的实例； 图4说明了图1中接收机的实例； 图5是码字长度六的示例性非规则LDPC码的奇偶校验矩阵表示； 图6说明了如图5所示的非规则LDPC码的二分图表示； 图7说明了包括非规则LDPC码的瀑布区域和差错平底区域的示例性FER性能曲线； 图8说明了本专利技术的非规则LDPC码的FER性能曲线； 图9说明了根据本专利技术实施例的，将原始用户数据转换为调制的帧的成帧和LDPC编码处理的视频广播发射机的示例性框图；和 图10说明了根据本专利技术实施例的示例性的形成的帧结构。 具体实施例方式 ECC设计的主要目的是构造具有良好门限以减少传输功率消耗和降低差错平底以提供满意的服务的LDPC码。影响非规则LDPC码的门限和差错平底的主要因素是校验/比特分布和Tanner图结构。下面将首先描述搜索非规则LDPC码的最优校验/比特度分布所涉及的步骤。接着将讨论基于给定的校验/比特分布给出优化的Tanner图的方法。 给定一编码效率，则具有不同校验/比特度分布的非规则LDPC码具有不同门限。可以通过与密度演化结合的多种优化算法搜索良好的校验/比特度分布。已经表明，密度演化是跟踪LDPC码的迭代信息传递解码过程的有效理论工具。密度演化的概念能够回溯到Gallager的结果。为确定BF解码的性能，Gallager推导了作为在迭代开始时的输入BER的函数，每次迭代的输出BER的计算公式，进而可迭代计算出在给定迭代次数处的BER。对于连续的字符表(alphabet)，计算更加复杂。需要逐次计算在比特和校验节点之间交换的置信信息的概率密度函数(pdf)，再基于这些pdf导出每次迭代的平均BER。在校验节点处理和比特节点处理中，每个出向置信信息是入向置信信息的函数。对于度dc的校验节点，每个出向信息U能够由dc-1个入向信息的函数表示， 其中，Fc表示从BP解码确定的校验节点处理函数。类似的，对于度dv的比特节点，每个出向信息V能够由dv-1个入向信息和信道置信信息Uch的函数表示， 其中，Fv表示比特节点处理函数。虽然对于校验和比特节点处理，对于给定解码算法可以基于入向信息的pdf导出出向信息的pdf，但是存在指数级的大量的入向信息的可能形式。因此，密度演化处理看起来难以入手。幸运的是，已经证明对于给定信息传递算法和噪声信道，如果满足某些对称条件，那么解码BER独立于发送序列x。就是说，基于对称假定，全零发送序列x＝1的解码BER和任意随机选择的序列的相同，因此能够显著简化密度演化的推导。高效密度演化所需的对称条件是信道对称、校验节点对称和比特节点对称。密度演化的另一假定是Tanner图是非循环(cyclic free)的。在该情况下，到任意比特和校验节点的入向信息是独立的，因此能够明显地简化出向信息的pdf的推导。对于具有实际作用的很多LDPC码，相应的Tanner图包括循环。假定LDPC码的Tanner图中循环的最小长度(或围长(girth))等于4×l，那么在利用标准BP解码时第l个解码迭代之后独立假定不成立。但是，对于给定的迭代数，当码长度增加时，对于增加的迭代数能够满足独立条件。因此，密度演化可以预测一组LDPC码的渐近性能，且所谓“渐近”特性需就码长度的意义而言。 为了保持LDPC码的最优校验/比特度分布的搜索易于进行，令比特节点的类型数目为四(除了编码效率9/10仅具有三个类型的比特节点)。出于构造具有良好阈值的可有效编码的非规则LDPC码的目的，令具有度二的比特节点的数目是(Ns-Ks-1)×S，其中S＝32是常数，且Ns＝N/S，Ks＝K/S。对于每个编码效率R，信息长度按K＝N×R计算，其中N＝15360。令dv，x×S是具有度x的比特节点的数目。给定每个R，对于dv，3＝1，...，Ks+1和dv，4＝0，...，Ks，能够确定具有最大权重dv，max＝Ks+1-dv，3-dv，4.的比特节点的数目。之后可以搜索对于每个dv，3具有最小阈值的最优校验/比特度分布。最后，在与具有低于10-7的差错平底和码字长度N＝15360的LDPC码相关联的校验/比特度分布中，选择具有最小阈值的一个。表1列出了具有码率1/4、2/5、1/2、3/5、2/3、3/4、4/5、5/6、13/15和9/10的非规则LDPC码的校验/比特度分布。 表1比特节点度分布 给定校验/比特度分布，能够以数种方法产生LDPC码。这些方法可被分为两个主要类，随机的或伪随机的构造和代数构造。因为代数LDPC码的特定结构极大地促进了解码器的硬件实现，故考虑代数构造。LDPC码的代数构造可被进一步分为两个主要种类。第一种是基于有限几何而第二种是基于循环移位矩阵。因为基于循环移位的LDPC码的灵活的参数，因而考虑基于循环置换矩阵构造的LDPC码。准循环LDPC码的奇偶校验矩阵是从与移位数目相关联的基矩阵扩展的。给定校验/比特度分布，通过BP算法解码的LDPC码的最终性能主要取决于相应Tanner图中环的最小长度(称为围长)。准循环LDPC码的围长由基矩阵的Tanner图的围长和移位数目确定。通常，首先基于校验/比特度分布来优化基矩阵的Tanner图，然后将最优移位值分配给基矩阵的项。根据本专利技术的准循环LDPC码，基矩阵的Tanner图和移位值同时进行优化。 应该理解在可读存储介质、计算机软件或硬件，比如本领域熟知的存储带、RAM、ROM、闪存存储器、合成逻辑中可以执行或存储下面说明。 在本专利技术中，每个LDPC码由大小为(N-K)×N的二进制奇偶校验矩阵H定义，该矩阵是从大小为 的基矩阵B扩展得到的。由附表中的说明指定(通过其扩展到奇偶校验矩阵)定义本专利技术中每个LDPC码的基矩阵。基矩阵的每个说明包含多个数字的组，且每组包含3个数字。每组的3个数字i j k指定基矩阵B的非负项，也就是，Bi，j＝k.。例如，附表A是定义了速率-1/4LDPC码的基矩阵B的 的说明，且第一组0 61 9表示B0，61＝9.。相应表中没有指定的所有项被置为值-1。奇偶校验矩阵H是通过以大小为32×32的右移位了Bi，j的单位阵替代每个非负项Bi，j，而以大小为32×32的全零矩阵代替每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字通信发射机，该发射机采用从包括１／４，２／５，１／２，３／５，２／３，３／４，４／５，５／６，１３／１５，９／１０的速率中选择的一个或多个ＬＤＰＣ码，其中速率为１／４的ＬＤＰＣ码具有比特节点度分布（ｂ↓［２］，ｂ↓［３］，ｂ↓［６］）＝（１１２６４，２５６，３８４０），速率为２／５的ＬＤＰＣ码具有比特节点度分布（ｂ↓［２］，ｂ↓［３］，ｂ↓［４］，ｂ↓［１２］）＝（８９６０，２５６，４６０８，１５３６），速率为１／２的ＬＤＰＣ码具有比特节点度分布（ｂ↓［２］，ｂ↓［３］，ｂ↓［４］，ｂ↓［１２］）＝（７４２４，２３０４，３８４０，１７９２），速率为３／５的ＬＤＰＣ码具有比特节点度分布（ｂ↓［２］，ｂ↓［３］，ｂ↓［４］，ｂ↓［１２］）＝（５８８８，３３２８，４３５２，１７９２），速率为２／３的ＬＤＰＣ码具有比特节点度分布（ｂ↓［２］，ｂ↓［３］，ｂ↓［４］，ｂ↓［１２］）＝（４８６４，４０９６，４８６４，１５３６），速率为３／４的ＬＤＰＣ码具有比特节点度分布（ｂ↓［２］，ｂ↓［３］，ｂ↓［４］，ｂ↓［１２］）＝（３５８４，４６０８，５８８８，１２８０），速率为４／５的ＬＤＰＣ码具有比特节点度分布（ｂ↓［２］，ｂ↓［３］，ｂ↓［４］，ｂ↓［１２］）＝（２８１６，５８８８，５３７６，１２８０），速率为５／６的ＬＤＰＣ码具有比特节点度分布（ｂ↓［２］，ｂ↓［３］，ｂ↓［４］，ｂ↓［１０］）＝（２３０４，４６０８，６９１２，１５３６），速率为１３／１５的ＬＤＰＣ码具有比特节点度分布（ｂ↓［２］，ｂ↓［３］，ｂ↓［４］，ｂ↓［７］）＝（１７９２，５６３２，６９１２，１０２４），和速率为９／１０的ＬＤＰＣ码具有比特节点度分布（ｂ↓［２］，ｂ↓［３］，ｂ↓［４］）＝（１２８０，３５８４，１０４９６）。...

【技术特征摘要】
1.一种数字通信发射机，该发射机采用从包括1/4，2/5，1/2，3/5，2/3，3/4，4/5，5/6，13/15，9/10的速率中选择的一个或多个LDPC码，其中速率为1/4的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b6)＝(11264，256，3840)，速率为2/5的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b12)＝(8960，256，4608，1536)，速率为1/2的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b12)＝(7424，2304，3840，1792)，速率为3/5的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b12)＝(5888，3328，4352，1792)，速率为2/3的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b12)＝(4864，4096，4864，1536)，速率为3/4的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b12)＝(3584，4608，5888，1280)，速率为4/5的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b12)＝(2816，5888，5376，1280)，速率为5/6的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b10)＝(2304，4608，6912，1536)，速率为13/15的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b7)＝(1792，5632，6912，1024)，和速率为9/10的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4)＝(1280，3584，10496)。2.一种数字通信发射机，该发射机采用从包括1/4，2/5，1/2，3/5，2/3，3/4，4/5，5/6，13/15，9/10的速率中选择的一个或多个LDPC码，其中速率1/4的LDPC码是由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-1/4 LDPC码，速率2/5的LDPC码是由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-2/5 LDPC码，速率1/2的LDPC码是由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-1/2 LDPC码，速率3/5的LDPC码是由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-3/5 LDPC码，速率2/3的LDPC码是由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-2/3 LDPC码，速率3/4的LDPC码是由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-3/4 LDPC码，速率4/5的LDPC码是由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-4/5 LDPC码，速率5/6的LDPC码是由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-5/6 LDPC码，速率13/15的LDPC码是由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-13/15 LDPC码，和速率9/10的LDPC码是由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-9/10 LDPC码。3.一种数字通信发射机，该发射机采用从包括1/4，2/5，1/2，3/5，2/3，3/4，4/5，5/6，13/15，9/10的速率中选择的一个或多个LDPC码，其中速率1/4的LDPC码是等效于由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-1/4 LDPC码的码，速率2/5的LDPC码是等效于由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-2/5 LDPC码的码，速率1/2的LDPC码是等效于由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-1/2 LDPC码的码，速率3/5的LDPC码是等效于由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-3/5 LDPC码的码，速率2/3的LDPC码是等效于由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-2/3 LDPC码的码，速率3/4的LDPC码是等效于由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-3/4 LDPC码的码，速率4/5的LDPC码是等效于由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-4/5 LDPC码的码，速率5/6的LDPC码是等效于由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-5/6 LDPC码的码，速率13/15的LDPC码是等效于由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-13/15 LDPC码的码，和速率9/10的LDPC码是等效于由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-9/10 LDPC码的码。4.一种数字通信接收机，该接收机采用LDPC解码器，该解码器用于解码从包括1/4，2/5，1/2，3/5，2/3，3/4，4/5，5/6，13/15，9/10的速率中选择的一个或多个LDPC码，其中速率为1/4的LDPC 码具有比特节点度分布(b2，b3，b6)＝(11264，256，3840)，速率为2/5的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b12)＝(8960，256，4608，1536)，速率为1/2的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b12)＝(7424，2304，3840，1792)，速率为3/5的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b12)＝(5888，3328，4352，1792)，速率为2/3的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b12)＝(4864，4096，4864，1536)，速率为3/4的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b12)＝(3584，4608，5888，1280)，速率为4/5的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b12)＝(2816，5888，5376，1280)，速率为5/6的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b10)＝(2304，4608，6912，1536)，速率为13/15的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4，b7)＝(1792，5632，6912，1024)，以及速率为9/10的LDPC码具有比特节点度分布(b2，b3，b4)＝(1280，3584，10496).5.一种数字通信接收机，该接收机采用LDPC解码器，该解码器用于解码从包括1/4，2/5，1/2，3/5，2/3，3/4，4/5，5/6，13/15，9/10的速率中选择的一个或多个LDPC码，其中速率1/4的LDPC码是由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-1/4 LDPC码，速率2/5的LDPC码是由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-2/5 LDPC码，速率1/2的LDPC码是由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-1/2 LDPC码，速率3/5的LDPC码是由从基矩阵扩展的奇偶校验矩阵定义的速率-...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙凤文，杨明，张军坦，施玉海，
申请(专利权)人：国家广播电影电视总局广播科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]