專利名稱：具有至少兩個平行編碼步驟以及改進(jìn)的置換方式的編碼方法及設(shè)備,以及對應(yīng)的解碼方 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼和對所傳送的編碼數(shù)據(jù)解碼的技術(shù)領(lǐng)域，所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)屬于將被傳送或廣播的一個或多個源數(shù)據(jù)序列，特別是在有電路瞬態(tài)的情況下，對所傳送的編碼數(shù)據(jù)解碼的技術(shù)領(lǐng)域。
更準(zhǔn)確的說，本發(fā)明涉及公知的，特別是稱為“渦輪碼”(turbocodes)(注冊商標(biāo))的編碼方案的一種改進(jìn)，以及因此而特別執(zhí)行的置換。
背景技術(shù)：
在名為“Procédé de codage correcteur d’erreurs àau moinsdeux convolutifs systématiques parallèles，procédé de décodage itératif，module de décodage et décodeur correspondants”的法國專利FR-9105280中，以及由C.Berrou和A.Glavieux所著的文章“接近最佳的糾錯編碼和解碼渦輪碼(turbo codes)”(IEEE Transactionson Communications，第44卷，第10期，第1261-1271頁，1996年10月)中介紹了這種編碼的一般原理。
根據(jù)該技術(shù)，基于使用至少兩個基本編碼器，實現(xiàn)了“平行連接”編碼。當(dāng)解碼時，就使得可以有來自兩個不同編碼器的兩個冗余符號。在這兩個基本編碼器之間，提供了一個置換裝置，因此，這些基本編碼器中的每一個都被提供有同樣的數(shù)字源數(shù)據(jù)，但是其順序不同。
對于塊編碼(乘積碼)，在名為“Turbo décodage des codesproduits”的法國專利FR-9313858中，以及由O.Aitsab和R.Pyndiah所著的文章“Performance of Reed Solomon block turbo code”(IEEEGlobecom’96 Conference，1/3卷，121-125頁，倫敦，1996年11月)中描述了這項技術(shù)的一種改進(jìn)。
在相當(dāng)大的程度上，平行連接卷積的“渦輪碼”(turbo codes)的性能依賴于所執(zhí)行的置換功能。實際上，似乎該功能的非優(yōu)化選擇會導(dǎo)致“渦輪碼”(turbo code)的降級，尤其是，在誤碼率曲線上出現(xiàn)的傾斜度變化低于10-5和10-6。
這一現(xiàn)象更加強調(diào)說明了，如果所考慮的“渦輪碼”(turbocodes)的效率越高，則被編碼的信息塊越短。
在引證的各種文件中都已經(jīng)提出了允許建立具有良好性能的“渦輪碼”(turbo codes)的置換功能。
在法國專利FR-9105280中，所述基本卷積碼是二進(jìn)制的，因此置換直接發(fā)生在二進(jìn)制碼元上。更普遍地說，用于在平行連接的“渦輪碼”(turbo code)上執(zhí)行置換功能以實現(xiàn)二進(jìn)制卷積碼的多種方案已被建議作為第三代移動電話(UMTS)的一部分。
法國專利FR-9313858以及由C.Berrou和M.Jezequel所著的文章“用于“渦輪碼”編碼的非二進(jìn)制卷積碼”(Electronics Letters，第35卷，第1期，39-40頁，1999年1月)中也提出使用非二進(jìn)制卷積碼用于建立“渦輪碼”(turbo codes)。在該情形下，置換功能適用于二進(jìn)制字(位組，例如對，或更為普遍地n-對)。
一般而言，置換功能當(dāng)然必須允許提供來自所述信息源的碼元的良好分散，并輸送給各種平行解碼器，以便造成強隨機效果。因此，合成解碼器的距離屬性必須優(yōu)化，特別是其最小距離須達(dá)到最大值。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個具體目的是提供一種從非二進(jìn)制卷積碼建立的、并且比公知的“渦輪碼”(turbo codes)具有更好的置換特性的平行連接編碼方案(“turbo codes”)。
更準(zhǔn)確的說，本發(fā)明的一個目的是提供一種優(yōu)化合成編碼器(“turbo code”)的距離屬性，即特別是最大化合成解碼器的最小距離的平行連接編碼方案。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣一種編碼方案，它使得在供給各種基本編碼器的數(shù)據(jù)上產(chǎn)生強隨機效果，當(dāng)然并不改變分散效果。
本發(fā)明的再一個目的是提供這樣一種編碼方案，它使得易于以低成本，例如一集成電路來實際地實施這個方案。
本發(fā)明的又一個目的是提供這樣一種編碼方案，它使得易于實施大量的應(yīng)用類型。
這些以及其它目的在下文的描述中將更為清晰，它們是由根據(jù)本發(fā)明的依賴于數(shù)字源數(shù)據(jù)的編碼方案來實現(xiàn)的，該方案平行執(zhí)行至少兩個基本編碼步驟，其中的每個步驟都考慮全部的所述源數(shù)據(jù)，并且包括一個置換步驟，用于更改在所述基本編碼步驟之間的所述源數(shù)據(jù)的要考慮的順序，其中所述源數(shù)據(jù)被編制為源碼字，每個源碼字包括n個二進(jìn)制源碼元，n大于或等于2。根據(jù)本發(fā)明，所述置換步驟包括；-可逆地更改至少某些所述源碼字的內(nèi)容，輸送更改的碼字的步驟；-對所述源或更改的碼字的順序的置換步驟。
換言之，本發(fā)明計劃在在置換步驟中分兩級實施，(這里繼續(xù)使用形象的術(shù)語“置換”，但是更合理的是使用術(shù)語“排列”或“處理”，因為，從下文中將更加清楚，有必要更改某些二進(jìn)制碼元的值)。實際上，一方面，對碼字(或n的倍數(shù))的順序，以及在另一方面，對后者的內(nèi)容(字內(nèi)更改)也起作用。
必須指出，字置換也可以在這種對字進(jìn)行處理之前或之后執(zhí)行。
根據(jù)一個優(yōu)選的實施例，所述置換碼字順序的步驟執(zhí)行適用于一個N個連續(xù)碼字塊的均勻置換。
這項技術(shù)很容易實施，并且能達(dá)到幾乎是最佳的效率。
可以使用一個包含從0至N-1順序輸入的N個碼字的存儲器并按照從j＝P.i，i從0至N-1不等，P和N互為質(zhì)數(shù)的順序重讀，方便地實施該項技術(shù)。
通常，在此情形下，P接近于√N。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述內(nèi)容更改僅適用于某些所述碼字。例如，所述內(nèi)容更改適用于每隔一個碼字。
最好，所述內(nèi)容更改包括置換所考慮的碼字內(nèi)的二進(jìn)制碼元的順序。
根據(jù)另一個優(yōu)選方案，所述內(nèi)容更改包括用至少兩個所述二進(jìn)制源碼元的組合取代考慮中的碼字的至少一個二進(jìn)制源碼元。
具體的說，所述碼字可以是成對的。盡管如此，它們當(dāng)然可以更普遍地是n的倍數(shù)，而n的值大于或等于2。
在成對的情形下，所述組合使源對{a，b}與下列已更改對中的至少一個有關(guān)-(a，b)-(b，a)-(a+b，b)-(b，a+b)-(a，a+b)-(a+b，a)根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，至少一個所述基本編碼步驟執(zhí)行一系統(tǒng)的遞歸卷積碼，自然地產(chǎn)生n/(n+m)，把n+m個二進(jìn)制輸出與n個二進(jìn)制輸入聯(lián)系起來，其中n＞2，m＞1。
最好，上述方案把n+m1+m2個二進(jìn)制輸出與n個二進(jìn)制輸入的一個碼字聯(lián)系起來，包括-n個二進(jìn)制輸入；-由第一基本編碼步驟輸送的m1個二進(jìn)制輸出；-由第二基本編碼步驟輸送的m2個二進(jìn)制輸出。
可以提供一個印記(stamping)步驟。
當(dāng)然，本發(fā)明也涉及到相應(yīng)的解碼設(shè)備。這樣的設(shè)備提供了一個置換裝置，該裝置包括-用于可逆地更改至少某些所述源碼字的內(nèi)容，輸送更改的碼字的裝置；-用于置換所述源或更改的碼字的順序的裝置。
本發(fā)明還涉及用于發(fā)出或傳輸按照上述方案編碼的數(shù)據(jù)的設(shè)備。
根據(jù)另一個方面，本發(fā)明涉及相應(yīng)的解碼方案及設(shè)備。對應(yīng)于編碼，解碼方案包括以下步驟更改至少某些接收的碼字的內(nèi)容，所述更改與進(jìn)行編碼時執(zhí)行的更改相反；置換接收的碼字的順序，以便將它們放回到初始序列中。


圖1是本發(fā)明的一個實施例的框圖。
具體實施例方式
通過閱讀下面對本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將更為清楚，給出的優(yōu)選實施例僅作為一個示例而不是為了限制本發(fā)明，并且-唯一的一幅

了本發(fā)明的編碼器的一般概念。
因此，本發(fā)明提供了一種新的用于一基本代碼平行連接編碼器的置換功能，它與非二進(jìn)制系統(tǒng)遞歸卷積基本碼一起，自然地產(chǎn)生n/(n+m)，(n-2及n-1)，從而使性能接近于理論限度，而不管所考慮的“渦輪碼”(turbo code)的效率，以及要被編碼的信息塊的長度如何。
需要提醒的是，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，考慮中的基本碼必定是非二進(jìn)制的，也就是說，它們具有n-2個二進(jìn)制輸入以及n+m(m-1)個二進(jìn)制輸出。
圖1表示本發(fā)明的一個采樣編碼設(shè)備。從中可直接得出相應(yīng)的編碼方案。
在該例中，考慮由兩個基本代碼C1和C2的平行連接(圖中的標(biāo)號為11和12)所建立的代碼，C1與C2是相同的、卷積的、遞歸的、系統(tǒng)的、非二進(jìn)制的，產(chǎn)生被一置換功能13分隔的2/3(n＝2個二進(jìn)制輸入碼字是成對的)。
此外，假設(shè)被編碼的數(shù)據(jù)塊由p個二進(jìn)制數(shù)據(jù)組成，其中p為偶數(shù)或者，同樣，N＝p/2個二進(jìn)制對。
如果合成編碼器沒有作印記，那么它的編碼功效等于1/2。當(dāng)然，印記14可以按照常規(guī)實現(xiàn)。
如先前所提到的，根據(jù)本發(fā)明，置換功能13以一雙重操作為基礎(chǔ)-131置換碼字的順序(此例中為成對的，但更普遍地可以是n的任何倍數(shù))；-132處理至少某些數(shù)據(jù)塊。
來自信息源15的N對供給基本編碼器C1，然后，經(jīng)過置換13后供給編碼器C2。
置換功能必須能提供來自信息源15的所述對(更普遍地是n的倍數(shù))的良好分散，并產(chǎn)生強隨機效果。實際上是通過優(yōu)化組合編碼器的距離屬性，以及特別是取合成編碼器之間最小距離的最大值來實現(xiàn)本發(fā)明的一個目的。
考慮到分散標(biāo)準(zhǔn)，在置換13之后，在信息源15的輸出上的相鄰對(更普遍地是n的倍數(shù))必須盡可能地分隔開。該目的可以，幾乎是最理想的，通過在對層(pair level)(更普遍地是n的倍數(shù)的層)上使用均勻置換131來實現(xiàn)。
該均勻置換131可以通過均勻地將N個二進(jìn)制對(更普遍地是n的倍數(shù))寫入到存儲器1311的N個位置上(所述的位置為0至N-1)并通過連續(xù)地讀取(1312)在地址j上的這些N個對，其中j遵循下述規(guī)則J＝pi mod N i＝0，1…(N-1) (1)來執(zhí)行。
為了通過所述存儲器1311的N個位置處一次并且僅此一次，P與N必須互為質(zhì)數(shù)(即，它們必須除1之外沒有其它的公約數(shù))。此外，為了在信息源15的輸出上提供相鄰對(更普遍地是n的倍數(shù))之間的最佳間隔，參數(shù)P最好接近于÷N。
為了說明這一點，例如考慮編碼一個N＝9個二進(jìn)制對的塊。P被設(shè)置為4(4接近于÷9＝3)。所得的結(jié)果如下列表格所示

這樣，由編碼器C2編碼的所述N個對分別在地址0，4，8，3，7，2，6，1，5上被讀取。
為了產(chǎn)生這一隨機效果，同時不改變分散效果，(至少)某些對(更普遍地是某些n的倍數(shù))的二進(jìn)制數(shù)據(jù)經(jīng)由一處理操作132，或是一適當(dāng)?shù)男薷摹?br> 一種簡單而十分有效的處理操作132在于在將一個對中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)送交給基本編碼器C2之前，周期性地例如按照下述規(guī)則置換這些數(shù)據(jù)使{ak，bk}為存儲在存儲器內(nèi)k位置處，k＝0，1，…(N-1)的二進(jìn)制對。對于變量i的奇數(shù)值，按照規(guī)則(1)在地址j讀取的所述對的二進(jìn)制數(shù)據(jù)在被送交給編碼器C2之前被置換。
再回到先前的例子，被編碼器C2編碼的所述N＝9個對按照下述順序提供{a0，b0}，{b4，a4}，{a8，b8}，{b3，a3}，{a7，b7}，{b2，a2}，{a6，b6}，{b1，a1}，{a5，b5}經(jīng)歷排序的對用粗體字印刷。
當(dāng)然，除了對所述對的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行置換之外的其它操作也是可行的，例如{ak，bk}-{ak+bk，bk}或{ak，bk}-{bk，ak+bk} mod 2或{ak，bk}-{ak，ak+bk}或{ak，bk}-{ak+bk，ak} mod 2當(dāng)然，在每個對的二進(jìn)制數(shù)據(jù)上執(zhí)行的操作可能相反。實際上，例如，已知{ak+bk，bk}，可以通過計算{ak+bk}與{bk}兩部分的和來得到ak。
有可能，多個操作可以累積地和/或交替地使用。
在圖1所示的例子中，數(shù)據(jù)塊處理132是在對這些相同塊的置換131之后執(zhí)行。顯然，這些操作的順序可以顛倒?？梢允紫葓?zhí)行碼字(n的倍數(shù))的處理操作，然后再執(zhí)行置換。
因此該置換方法允許從系統(tǒng)可逆卷積碼的并行連接建立“渦輪碼”(turbo codes)，自然地產(chǎn)生n/(n+m)；n-2；m-1。
這些“渦輪碼”(turbo codes)的距離，并且特別是，最小距離屬性優(yōu)于那些公知的卷積“渦輪碼”(turbo codes)的距離，特別是最小距離屬性。這一結(jié)果更加清楚表明了“渦輪碼”(turbo codes)的編碼效率越高，要被編碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的塊就越短。
因此該置換操作特別設(shè)計用于建立卷積塊“渦輪碼”(turbocodes)，用于傳輸其中數(shù)據(jù)被建立在較短的幀(例如，ATM)內(nèi)的編碼。
解碼執(zhí)行與編碼期間所執(zhí)行的操作相反的操作，即-更改接收的碼字的內(nèi)容(相反更改)，以便恢復(fù)原始碼字(除了傳輸通道的干擾之外)；-置換接收的碼字的順序，以便將它們放回到初始序列中。
完成解碼的一般概念與已提到的FR-9105280專利中所描述的有利地相似。由基本解碼器交換的基本信息(稱作外部信息)當(dāng)然不再是二進(jìn)制值而是碼字或n的倍數(shù)。
因此外部信息由2n個值攜帶，對應(yīng)于2n情形也可以是n的倍數(shù)。對于多個對，如上所述，基本解碼器每次交換4個數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種用于編碼數(shù)字源數(shù)據(jù)的方案，該方案平行執(zhí)行至少兩個基本編碼步驟(11，12)，其中的每個步驟都考慮所有所述源數(shù)據(jù)(25)，并且包括一個更改在所述基本編碼步驟(11，12)之間所考慮的所述源數(shù)據(jù)順序的置換步驟，其特征是所述源數(shù)據(jù)(15)被編制為源碼字，每個源碼字包括n個二進(jìn)制源碼元，n大于或等于2，并且在所述置換步驟(13)中包括-可逆地更改至少某些所述源碼字的內(nèi)容，輸送更改的碼字的步驟(132)；-置換所述源或更改的碼字的順序的步驟(131)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼方案，其特征是所述置換碼字的順序的步驟(131)執(zhí)行適用于一塊N個連續(xù)碼字的均勻置換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的編碼方案，其特征是所述均勻置換使用一個包含從0至N-1順序輸入的N個碼字的存儲器(1311)，并且按照從j＝P.i，i從0至N-1不等，P和N互為質(zhì)數(shù)的順序重讀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的編碼方案，其特征是P接近于÷N。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的編碼方案，其特征是所述內(nèi)容更改(132)僅適用于某些所述的碼字。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的編碼方案，其特征是所述內(nèi)容更改(132)適用于每隔一個碼字。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的編碼方案，其特征是所述內(nèi)容更改(132)包括在考慮的碼字內(nèi)的二進(jìn)制碼元的順序的置換。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的編碼方案，其特征是所述內(nèi)容更改(132)包括用至少兩個所述二進(jìn)制源碼元的組合取代所考慮的碼字的至少一個二進(jìn)制源碼元。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一權(quán)利要求所述的編碼方案，其特征是所述碼字是二進(jìn)制碼元的對。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的編碼方案，其特征是所述內(nèi)容更改步驟(132)與源對{a，b}的下列更改的對中的至少一個有關(guān)-(a，b)-(b，a)-(a+b，b)-(b，a+b)-(a，a+b)-(a+b，a)
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一權(quán)利要求所述的編碼方案，其特征是所述基本編碼步驟(13，12)中的一個執(zhí)行系統(tǒng)可逆卷積碼，自然地產(chǎn)生n/(n+m)，將n+m個二進(jìn)制輸出與n個二進(jìn)制輸入聯(lián)系起來，其中n＞2且m＞1。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一權(quán)利要求所述的編碼方案，其特征是它將n+m1+m2個二進(jìn)制輸出與n個二進(jìn)制輸入的一個碼字聯(lián)系起來，包括-n個二進(jìn)制輸入；-由第一基本編碼步驟輸送的m1個二進(jìn)制輸出；-由第二基本編碼步驟輸送的m2個二進(jìn)制輸出。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一權(quán)利要求所述的編碼方案，其特征是它執(zhí)行一個標(biāo)記步驟(14)。
14.一種用于編碼數(shù)字源數(shù)據(jù)的設(shè)備，包括其中的每個都考慮所有的所述源數(shù)據(jù)(15)的至少兩個基本編碼器(11，12)，以及一個用于更改各個所述基本編碼器所用的所述源數(shù)據(jù)的重要順序的置換裝置(13)，其特征是所述源數(shù)據(jù)(15)被編制為源碼字，每個源碼字包括n個二進(jìn)制源碼元，n大于或等于2，并且所述置換裝置(13)包括-用于可逆地更改至少某些所述源碼字的內(nèi)容，輸送更改的碼字的裝置(132)；-用于置換所述源或更改的碼字的順序的裝置(131)。
15.一種用于解碼按照權(quán)利要求1至13中任一權(quán)利要求所述的編碼方案編碼的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的方案，其特征是它包括一個包含下述步驟的置換步驟-更改至少某些接收的碼字的內(nèi)容的步驟，所述更改與編碼期間所執(zhí)行的更改相反；-置換接收的碼字的順序的步驟，以便將它們放回到初始序列中。
16.一種用于解碼按照權(quán)利要求1至13中任一權(quán)利要求所述的編碼方案編碼的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的設(shè)備，其特征是它包括一個包含下述裝置的置換裝置-用于更改至少某些接收的碼字的內(nèi)容的裝置，所述更改與編碼期間所執(zhí)行的更改相反；-用于置換接收的碼字的順序的裝置，以便將它們放回到初始序列中。
17.一種用于發(fā)送和/或接收按照權(quán)利要求1至13中任一權(quán)利要求所述的編碼方案編碼或者按照權(quán)利要求15的解碼方案解碼的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種源數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法和設(shè)備,它并行地使用至少兩個基本編碼步驟(11,12),其中每個基本編碼步驟含有源數(shù)據(jù)(15)的全部集合,并且還包括一個用于更改在所述基本編碼步驟(11,23)之間的所述源數(shù)據(jù)的包含順序的置換步驟(13)。本發(fā)明的特征在于所述源數(shù)據(jù)(15)被編制為源碼字,其中每個源碼字含有n個(n不小于2)二進(jìn)制源碼元,并且所述置換步驟(13)包括一個至少部分源碼字的內(nèi)容的可逆更改步驟(132),輸送更改的碼字;置換所述更改的或源碼字順序步驟(131)。
文檔編號H03M13/41GK1375130SQ00813049
公開日2002年10月16日 申請日期2000年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月21日
發(fā)明者克勞德·貝羅, 阿蘭·格拉維克斯 申請人:法國電信, 布列塔尼國家電信學(xué)院電信研究所