文件下载和流系统技术方案

提供了一种编码用于在通信信道上从源传送到目标的数据的方法。该方法在输入码元的有序集上运算，并包括从输入码元产生多个冗余码元。该方法还包括从包含输入码元和冗余码元的码元的组合集中产生多个输出码元，其中可能的输出码元的数量比码元的组合集中码元的数量多得多，其中至少一个输出码元是从码元的组合集中的一个以上码元、并从码元的组合集中的少于全部码元的码元中产生的，从而输入码元的有序集可从任何预定数量的输出码元中以期望准确度再生。多个冗余码元从输入码元的有序集中产生以以下确定过程传送，即使用第一输入码元计算的第一静态码元集与使用不同于第一输入码元的第二输入码元计算的第二静态码元集具有较少的共同成员。

【技术实现步骤摘要】
文件下载和流系统本专利技术专利申请是国际申请号为PCT/US2005/016334，国际申请日为2005年5月9日，进入中国国家阶段的申请号为200580001026.7，名称为“文件下载和流系统”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请本申请要求对共同待批的于2004年5月7日提交的题为“FileDownloadandStreamingSystem”的美国临时专利申请60/569,127的优先权，该申请如在本文档中完全陈述地那样通过引用结合于此。
本专利技术涉及在通信系统中编码和解码数据，尤其涉及编码和解码数据以说明传送的数据中的差错和间隔的通信系统。在各实施例中，数据通过广播和/或多点传送无线网络被传送给接收器。
技术介绍
发送器和接收器之间文件和流在通信信道上的传送已经成为许多著作的主题。较佳地，接收器想要有一定确定性地接收发送器在信道上传送的数据的准确副本。在信道不具有完美保真度时(包括大多数可全部物理实现的系统)，所关心的一方面是如何处理传输中丢失或出错的数据。丢失的数据(删除)常常比遭破坏的数据(差错)更易于处理，因为接收器常常无法分清何时遭破坏的数据是错误接收的数据。已经开发了许多纠错码，用来校正删除和/或差错。通常，所使用的特定代码是基于有关传送数据的信道的失真和所传送的数据的性质的一些信息来选择的。例如，当已知信道具有较长时段的失真时，则突发差错码(bursterrorcode)可能最为适合该应用。在预期到仅仅较短、较少发生的差错的情况下，简单的奇偶检验码可能是最好的。在传送器和接收器具有通信所需的全部计算能力和电能，且传送器和接收器之间的信道足够干净以供相对无差错的通信使用时，数据传送是直接的。数据传送的问题在信道处于不利环境或者传送器和/或接收器具有有限能力时变得更加困难。一种方案是使用前向纠错(FEC)技术，其中数据在传送器上编码从而接收器能从传送删除和差错中恢复。在可行时，从接收器到传送器的反向信道供接收器用于与传送器进行有关差错的通信，后者可相应地调整其传送过程。然而，反向信道常常并不可用或可行。例如，当传送器向大量接收器传送时，传送器可能不能处理来自全部这些接收器的反向信道。结果，通信协议常常需要被设计成没有反向信道，从而传送器可能不得不在没有那些信道条件的全视图的情况下广泛地改变信道条件。传送器和接收器之间的数据传送问题在接收器需要是低功率、可便携或移动的小设备并需要以高带宽接收数据时，变得更加困难。例如，无线网络可设置成从一固定传送器向大量或不确定数量的便携式或移动接收器按照广播或者多点传送来传送文件或流，这些接收器受限于其计算能力、存储器大小、可用电功率、天线大小、设备大小和其它设计约束。在这种系统中，要作的考虑包括几乎没有或没有反向信道、有限的存储器、有限的计算周期、移动性和定时。较好地，设计应当最小化将数据传送给可能极多接收器所需的传送时间量，其中各个接收器可在不可预期的时间上打开和关闭、移入和移出范围、因链接错误而导致损失、单元(cell)改变、单元中的拥塞，从而使低优先级的文件或流分组暂时中断等。在用于数据传送的分组协议的情形中，要在分组网络上传送的文件、流、或其它数据块被分成相等大小的输入码元，且输入码元被置入连续的分组中。输入码元的“大小”可用比特来度量，而不管输入码元是否实际上被分成比特流，其中当在从2M个码元的字母表中选择输入码元时，输入码元具有M比特的大小。在这种基于分组的通信系统中，面向分组的编码方案可能是适当的。如果允许预期的接收者即使在面对网络中的删除时也能恢复原始文件的准确副本，则文件传输被称为是可靠的。如果允许预期的接收者即使在面对网络中的删除时也能及时地恢复流的每一部分的准确副本，则流传输被称为是可靠的。在文件或流的一部分不可恢复，或者对于流而言如果流的某些部分不能及时恢复的意义上，文件传输或流传输也可以是有几分不可靠的。因为零星的拥塞使路由器中的缓存机制达到其容量限度从而迫使它丢弃输入的分组，所以常常发生分组丢失。对传输期间免遭删除的保护已是许多研究的主题。众所周知的是，使用连锁反应码来供从文件或流的输入码元中产生任意数量的输出码元。这具有许多用途，包括用与信息复制方法相反的信息附加方法产生输出码元，其中信息复制方法是接收器接收复制接收器已知数据的附加数据。用于产生、使用和操作连锁反应码的各种新技术在例如以下专利(或专利申请)中示出：颁发给Luby的题为“InformationAdditiveCodeGeneratorandDecoderforCommunicationSystems”(用于通信系统的信息附加码发生器和解码器)的美国专利6,307,487(“LubyI”)，颁发给Luby等人的题为“InformationAdditiveGroupCodeGeneratorandDecoderforCommunicationSystems”(用于通信系统的信息附加组码发生器和解码器)的美国专利6,320,520(下文中称为“LubyII”)，以及Shokrollahi等人的于2003年3月27日公布的题为“Multi-stageCodeGeneratorandDecoderforCommunicationSystems”(用于通信系统的多级码发生器和解码器)的申请号为2003/0058958的美国已公布的专利申请(下文中称为“Shokrollahi”)。在所许可的范围内，其全部揭示内容通过引用结合于此。连锁反应编码器所产生的输出码元的一个属性是：一接收到足够的输出码元，接收器就能恢复原始文件或原始流的块。具体地，为了较大可能地恢复原始的K个输入码元，接收器需要约K+A个输出码元。比例A/K称为“相对接收开销”。相对接收开销取决于输入码元的数量K，并取决于解码器的可靠性。例如，在一个特定实施例中，且当K等于60,000时，5％的相对接收开销确保解码器以至少1-10-8的概率成功解码所输入的文件或流块，且当K等于10,000时，15％的相对接收开销确保解码器相同的成功概率。在一实施例中，连锁反应码的相对接收开销按照(13*sqrt(K)+200)/K来计算，其中sqrt(K)是输入码元数量K的平方根。在该实施例中，对较小值K，连锁反应码的相对接收开销倾向于较大。LubyI,LubyII和Shokrollahi提供了可在根据本专利技术的某些实施例中采用的系统和方法的教示。然而，可以理解，这些系统和方法并非是本专利技术所必需的，并可使用许多其它变体、更改或替换。还众所周知的是使用多级连锁反应(“MSCR”)码，诸如在Shokrollahi中描述的和由DigitalFountainInc.开发的商品名为“Raptor”的码。多级连锁反应码用于例如从源文件或源流中接收输入码元、从中产生中间码元、并使用连锁反应码编码中间码元的编码器。更特别地，从输入码元的有序集中产生要传送的多个冗余码元。多个输出码元从包括输入码元和冗余码元的码元的组合集中产生，其中可能的输出码元的数量比码元的组合集中码元的数量多得多，其中至少一个输出码元是从码元的组合集中的一个以上的码元、以及少于码元的组合集的全部码元的码元中产生的，从而输入码元的有序集可从任何预定数量N的输出码元中以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种编码用于在通信信道上从源传送到目标的数据的方法，其中所述用于传送的数据是由输入码元的有序集表示的，所述方法包括：从所述输入码元的有序集中生成多个冗余码元，其中所述多个冗余码元中的每个冗余码元使用所述输入码元的有序集的一个或多个来计算；以及从包含所述输入码元和所述冗余码元的码元的组合集中生成多个输出码元，其中可能的输出码元的数量比所述码元的组合集中的码元的数量大得多，其中至少一个输出码元是从所述码元的组合集中的一个以上码元、并从所述码元的组合集中的少于全部码元的码元中生成的，其中生成所述多个冗余码元是使用确保冗余码元中较少共同成员的确定性过程来完成的，其中两个冗余码元之间的共同成员是冗余码元两者依赖的输入码元的集合且其中两个冗余码元之间的较少共同成员在冗余码元两者所依赖的输入码元的数量小于由所述过程所给出的阈值时出现，以及其中对于每个输入码元，存在取决于所述输入码元的预定数量的冗余码元。

【技术特征摘要】
2004.05.07 US 60/569,1271.一种编码用于在通信信道上从源传送到目标的数据的方法，其中所述用于传送的数据是由输入码元的有序集表示的，所述方法包括：从所述输入码元的有序集中生成多个冗余码元，其中所述多个冗余码元中的每个冗余码元使用所述输入码元的有序集的一个或多个来计算；以及从包含所述输入码元和所述冗余码元的码元的组合集中生成多个输出码元，其中可能的输出码元的数量比所述码元的组合集中的码元的数量大得多，其中至少一个输出码元是从所述码元的组合集中的一个以上码元、并从所述码元的组合集中的少于全部码元的码元中生成的，其中生成所述多个冗余码元是使用确保冗余码元中较少共同成员的确定性过程来完成的，以及其中对于每个输入码元，存在取决于所述输入码元的预定数量的冗余码元，其中使用所述输入码元的有序集的一个或多个输入码元生成所述多个冗余码元包括：初始化矩阵C[K],…C[K+S-1]，使得每个矩阵元素为零，其中K是输入码元的数量而S是将产生的冗余码元的数量，C[0],…C[K-1]对应于前K个中间码元，其中所述中间码元是使用逆编码过程从源码元中产生的码元；执行以下步骤，使计数器i＝0，其中a和b是中间变量，“％”表示模运算，floor()是表示小于或等于函数自变量的最高正整数值的函数，而“^”表示逐位的异或运算：(1)a＝1+(floor(i/S)％(S-1))(2)b＝i％S(3)C[K+b]＝C[K+b]^C[i](4)b＝(b+a)％S(5)C[K+b]＝C[K+b]^C[i](6)b＝(b+a)％S(7)C[K+b]＝C[K+b]^C[i]对计数器i从1到K-1的每个值重复这些步骤；以及至少输出结果产生的矩阵C[K],…C[K+S-1]，作为所述S个冗余码元，其中S是使得使S≥ceil(0.01·K)+X的最小质数，其中X是使得X·(X-1)＝2·K的最小正整数。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述通信信道上传送所述多个输出码元。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在存储介质上存储所述多个输出码元。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个冗余码元是根据LDPC码生成的。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，输出码元使得所述输入码元的有序集能从任何预定数量N的所述输出码元中再生，其中N稍大于所述输入码元的数量。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出码元使得所述输入码元的有序集能以高概率从N个输出码元中再生，其中N至少和所述输入码元的数量一样大。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出码元使得所述输入码元的有序集的G个输入码元能从K个输出码元中再生，其中K是输入码元的数量，而G小于K。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至多G个输入码元可从任意数量的输出码元中再生，其中G比输入码元的有序集中的输入码元的数量少。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，生成多个冗余码元包括，对于每个冗余码元：根据权重分布确定t个不同的输入码元；以及按照t个不同输入码元的异或来计算每个冗余码元。10.如权利要求1所述的方法，还包括在所述通信信道上传送所述多个输出码元，其中生成所述多个输出码元的步骤与传送所述多个输出码元的步骤实质上并发地进行。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个冗余码元包括静态码元、汉明码元和填充码元，其中码元数量之和被选为质数。12.一种编码用于在通信信道上从源传送到目标的数据的系统，其中所述用于传送的数据是由输入码元的有序集表示的，所述系统包括：静态编码器，配置成从所述输入码元的有序集中生成多个冗余码元，其中所述多个冗余码元中的每个冗余码元使用所述输入码元的有序集的一个或多个来计算；以及动态编码器，可通信地耦合至所述静态编码器并配置成从包含所述输入码元和所述冗余码元的码元的组合集中生成多个输出码元，其中可能的输出码元的数量比所述码元的组合集中的码元的数量大得多，其中至少一个输出码元是从所述码元的组合集中的一个以上码元、并从所述码元的组合集中的少于全部码元的码元中生成的，其中所述静态编码器配置成使用确保冗余码元中较少共同成员的确定性过程来生成所述多个冗余码元，以及其中对于每个输入码元，存在取决于所述输入码元的预定数量的冗余码元，其中所述静态编码器配置成使用所述输入码元的有序集的一个或多个输入码元生成所述多个冗余码元包括：初始化矩阵C[K],…C[K+S-1]，使得每个矩阵元素为零，其中K是输入码元的数量而S是将产生的冗余码元的数量，C[0],…C[K-1]对应于前K个中间码元，其中所述中间码元是使用逆编码过程从源码元中产生的码元；执行以下步骤，使计数器i＝0，其中a和b是中间变量，“％”表示模运算，floor()是表示小于或等于函数自变量的最高正整数值的函数，而“^”表示逐位的异或运算：(1)a＝1+(floor(i/S)％(S-1))(2)b＝i％S(3)C[K+b]＝C[K+b]^C[i](4)b＝(b+a)％S(5)C[K+b]＝C[K+b]^C[i](6)b＝(b+a)％S(7)C[K+b]＝C[K+b]^C[i]对计数器i从1到K-1的每个值重复这些步骤；以及至少输出结果产生的矩阵C[K],…C[K+S-1]，作为所述S个冗余码元，其中S是使得使S≥ceil(0.01·K)+X的最小质数，其中X是使得X·(X-1)＝2·K的最小正整数。13...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·G·路比，M·A·肖克罗拉希，M·华生，
申请(专利权)人：数字方敦股份有限公司，
类型：发明
国别省市：