本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種解決DTMB系統(tǒng)中3種不同碼率QC-LDPC碼編碼的方案，其特征在于，所述系統(tǒng)的QC-LDPC碼的編碼器是基于寄存器共享機(jī)制，主要由共享寄存器、多功能移位器、并行濾波器、線性反饋移位寄存器和并行循環(huán)左移累加器五部分組成。后四個功能模塊共用62個b位寄存器。本發(fā)明專利技術(shù)提供的QC-LDPC編碼器無需存儲器，兼容多碼率，編碼時間與碼率無關(guān)，能在明顯提高編碼速度的同時有效減少邏輯資源需求，具有編碼速度快、資源消耗少、功耗小、成本低等優(yōu)點。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種數(shù)字地面電視廣播技術(shù)，特別涉及一種DTMB系統(tǒng)中QC-LDPC碼編碼器的高效實現(xiàn)方法。
技術(shù)介紹
由于在傳輸信道中存在的各種失真和噪聲會對發(fā)送信號產(chǎn)生干擾，接收端不可避免地會出現(xiàn)數(shù)字信號產(chǎn)生誤碼的情況。為了降低誤碼率，需要采用信道編碼技術(shù)。低密度奇偶校驗(Low-Density Parity-Check, LDPC)碼以其逼近Shannon限的優(yōu)異性能成為信道編碼領(lǐng)域的研究熱點。準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼(Quasic-LDPC，QC-LDPC)碼是一種特殊的LDPC碼,其編碼可采用移位寄存器加累加器(Shift-Register-Adder-Accumulator，SRAA)加以實現(xiàn)。目前，QC-LDPC碼已廣泛應(yīng)用于IEEE 802. lln，802. 16e和中國的數(shù)字地 面電視廣播DTMB等標(biāo)準(zhǔn)。SRAA法是利用生成矩陣G進(jìn)行編碼。QC-LDPC碼的生成矩陣G是由aXt個bXb階循環(huán)矩陣Gi,」(I彡i彡a, I彡j彡t)構(gòu)成的陣列，t=a+c。與信息向量對應(yīng)的一部分生成矩陣是單位矩陣，與校驗向量對應(yīng)的其余部分生成矩陣是高密度矩陣。串行SRAA法完成一次編碼需要ab+t個時鐘周期,需要(c+t)b個寄存器、cb個二輸入與門和cb個二輸入異或門。此外，還需要acb比特ROM存儲循環(huán)矩陣的首行。DTMB標(biāo)準(zhǔn)采用了 3種不同碼率的QC-LDPC碼。對于這3種QC-LDPC碼，均有t=59和b=127。圖I給出了不同碼率η下的參數(shù)a和C。DTMB標(biāo)準(zhǔn)中QC-LDPC編碼的現(xiàn)有解決方案是采用串行SRAA法，3種碼率所需的編碼時間分別是3107、4631和6155個時鐘周期。邏輯資源需要11938個寄存器、4445個二輸入與門和4445個二輸入異或門，這是由碼率η =0.4對應(yīng)的參數(shù)c=35決定的。此外，3種碼率共需278，892比特ROM存儲循環(huán)矩陣的首行。當(dāng)采用硬件實現(xiàn)時，如此大的存儲需求會增加設(shè)備成本，且編碼時間較長。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對DTMB系統(tǒng)多碼率QC-LDPC編碼的現(xiàn)有實現(xiàn)方案中存在的需要大容量存儲器和編碼速度慢缺點，本專利技術(shù)提供了一種基于共享寄存器的高效編碼方法，無需存儲器，能有效提高編碼速度。如圖3所示，基于共享寄存器的DTMB標(biāo)準(zhǔn)中多碼率QC-LDPC碼的編碼器主要由5部分組成共享寄存器、多功能移位器、并行濾波器、線性反饋移位寄存器(LFSR)和并行循環(huán)左移累加器(并行CLSA)。共享寄存器由62個b位寄存器R1, R2,…，R62構(gòu)成，其它四個功能模塊共用這些寄存器。整個編碼過程分9步完成 第I步，清零寄存器R61和R62 ;第2步，使用多功能移位器輸入信息向量s ;第3步，使用并行濾波器計算向量f和m ;第4步，使用LFSR計算向量q ;第5步，使用并行CLSA計算部分校驗向量Px ;第6步，使用多功能移位器調(diào)整重復(fù)運算之前的寄存器內(nèi)容；第7步，重復(fù)第3步，計算向量f ;第8步，重復(fù)第4步，計算部分校驗向量Py ;第9步，使用多功能移位器輸出碼字V。本專利技術(shù)提供的QC-LDPC編碼器無需存儲器，兼容多碼率，編碼時間與碼率無關(guān)，能在明顯提高編碼速度的同時有效減少邏輯資源需求，從而達(dá)到降低硬件成本和功耗的目的。關(guān)于本專利技術(shù)的優(yōu)點與精神可通過接下來的專利技術(shù)詳述及附圖得到進(jìn)一步的了解。附圖說明圖I給出了不同碼率η下的參數(shù)a、c和U ;圖2是行列交換后近似下三角校驗矩陣Hau的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是DTMB標(biāo)準(zhǔn)中兼容3種碼率的QC-LDPC碼編碼器整體結(jié)構(gòu)；圖4是多功能移位器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是并行濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6給出了碼率η=0. 4時各個多輸入異或門與寄存器及其抽頭的連接關(guān)系；圖7給出了碼率η=0. 6時各個多輸入異或門與寄存器及其抽頭的連接關(guān)系；圖8給出了碼率η=0. 8時各個多輸入異或門與寄存器及其抽頭的連接關(guān)系；圖9是LFSR的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是并行CLSA的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是編碼器各組成部分以及整個電路的硬件資源消耗；圖12是各編碼步驟以及整個編碼過程所需的處理時間；圖13比較了傳統(tǒng)的串行SRAA法與本專利技術(shù)的編碼速度和資源消耗。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明，但不作為對本專利技術(shù)的限定。QC-LDPC碼是一類特殊的LDPC碼，它的生成矩陣G和校驗矩陣H都是由循環(huán)矩陣構(gòu)成的陣列，具有分段循環(huán)特點，故被稱為準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼。從行的角度看，循環(huán)矩陣的每一行都是上一行(首行是末行)循環(huán)右移一位的結(jié)果；從列的角度看，循環(huán)矩陣的每一列都是前一列(首列是末列)循環(huán)下移一位的結(jié)果。循環(huán)矩陣的行向量構(gòu)成的集合與列向量構(gòu)成的集合完全相同，因此，循環(huán)矩陣完全可由它的首行或首列來表征。循環(huán)矩陣的行重和列重相同，記作W。如果《=0，那么該循環(huán)矩陣是全零矩陣。如果《=1，那么該循環(huán)矩陣是可置換的，稱為置換矩陣，它可通過對單位矩陣I循環(huán)右移若干位得到。QC-LDPC碼的校驗矩陣H是由cXt個bXb階循環(huán)矩陣Hiij (I彡i彡C，I彡j彡t)構(gòu)成的如下陣列 Hh2 …HhtH、, ，…H、,'1 :2'2 ·.(I)Hcl H Hct校驗矩陣H的連續(xù)b行和b列分別被稱為塊行和塊列。對于DTMB標(biāo)準(zhǔn)，校驗矩陣H對應(yīng)的碼字v= (p，s)，H的前c塊列對應(yīng)的是校驗向量P，后a塊列對應(yīng)的是信息向量S。以b比特為一段，校驗向量P被等分為c段，SPP= (P1, P2,…，P。)；信息向量S被等分為a段,即S=G1, S2,…，Sa)。DTMB標(biāo)準(zhǔn)采用了 3種不同碼率的QC-LDPC碼，圖I給出了不同碼率η下的參數(shù)a和C。對于這3種QC-LDPC碼，校驗矩陣H中的所有循環(huán)矩陣要么是全零矩陣(W=O)要么是置換矩陣(w=l)，且t=59和b=127。對校驗矩陣H進(jìn)行預(yù)處理，通過行列交換操作將其變換成近似下三角形狀Hau，如圖2所示。在圖2中，所有子矩陣的單位都是b比特而不是I比特。T是下三角矩陣，u反映了校驗矩陣Hau與下三角矩陣的接近程度，圖I給出了 3種碼率下的參數(shù)U。行列交換的過程如下首先，對于任一碼率，將H第塊行中的所有置換矩陣循環(huán)右移126位；然后，對于η=0. 4,0. 6和O. 8，將H首塊行中的所有置換矩陣分別循環(huán)右移60、79和20位，并將該行移至H的最下方作為末塊行；最后，對于η =0. 4，將H首塊列移至第35塊列之后作為 新的第35塊列。在圖2所示的校驗矩陣Hau對應(yīng)的碼字Vau= (pALT, s) = (py, px, s)中，矩陣A和C對應(yīng)信息向量S，矩陣B和D對應(yīng)一部分校驗向量px，矩陣T和E則對應(yīng)余下的校驗向量PyO 對于 rI =0. 4，Px= (Pd, Pc, P1)，Py= (P2, P3, ...，Pc-2);對于 η =0. 6 和 O. 8，px= (p。—” pc)，Py= (Pi, P2.…，Pm)。上述矩陣和向量滿足如下關(guān)系ρχτ= Φ (EjT1As^Cst)(2)ρ/ζΓ1 (AsT+BpxT)⑶其中，ΦΜΕΤ + Γ1，上標(biāo)If1分別表示轉(zhuǎn)置和逆。眾所周知，循環(huán)矩陣的逆、乘積、和仍然是循環(huán)矩陣。因此，Φ也是由循環(huán)矩陣構(gòu)成的陣列。然而，雖然矩陣E、T、B和D都是稀疏矩陣，但Φ不再稀疏而是高密度的。根據(jù)式⑵和(3)，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種適合于DTMB標(biāo)準(zhǔn)采用的3種不同碼率QC？LDPC碼的編碼器，QC？LDPC碼的校驗矩陣H是由c×t個b×b階循環(huán)矩陣構(gòu)成的陣列，通過行列交換變換成近似下三角形狀HALT，u反映了HALT與下三角矩陣的接近程度，其中，c、t、b和u皆為正整數(shù)，t=a+c，3種不同碼率η分別是0.4、0.6、0.8，對于這3種不同碼率QC？LDPC碼，均有t=59和b=127，3種不同碼率對應(yīng)的參數(shù)a分別是24、36、48，3種不同碼率對應(yīng)的參數(shù)c分別是35、23、11，3種不同碼率對應(yīng)的參數(shù)u分別是3、2、2，校驗矩陣H對應(yīng)碼字v=(p,s)，H的前c塊列對應(yīng)的是校驗向量p，后a塊列對應(yīng)的是信息向量s，以b比特為一段，校驗向量p被等分為c段，即p=(p1,p2,…,pc)，信息向量s被等分為a段，即s=(s1,s2,…,sa)，HALT對應(yīng)碼字vALT=(pALT，s)，pALT=(py,px)，對于η=0.4，px=(pc？1,pc,p1)，py=(p2,p3,…,pc？2)，對于η=0.6和0.8，px=(pc？1,pc)，py=(p1,p2,…,pc？2)，其特征在于，所述編碼器包括以下部件：寄存器R1～R62，其余四個部件共享這62個b位寄存器；多功能移位器，主要由寄存器R4～R62和復(fù)用器組成，進(jìn)行b位并行移位，用于信息向量s的輸入、重復(fù)運算之前的調(diào)整和碼字v的輸出；并行濾波器，主要由寄存器R1～R62和多輸入異或門Aη，1～Aη，c組成，用于計算向量f和m，每個多輸入異或門對應(yīng)HALT的子矩陣[A？B]或D中的一個塊行，每個輸入端對應(yīng)一個置換矩陣，該置換矩陣所在塊列號加3等于寄存器的下標(biāo)，其循環(huán)右移位數(shù)加1等于寄存器的抽頭位；線性反饋移位寄存器，主要由寄存器R1～R62和b位二輸入異或門A1～A3組成，用于計算向量q和部分校驗向量py；并行循環(huán)左移累加器，主要由寄存器R1～R5、R30、b位二輸入與門Mi，j和b位二輸入異或門Ai，j組成，用于計算部分校驗向量px，其中，1≤i,j≤3。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張鵬，蔡超時，萬欣，
申請(專利權(quán))人：蘇州威士達(dá)信息科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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