一種系統(tǒng)不等差錯(cuò)保護(hù)的Raptor碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種系統(tǒng)不等差錯(cuò)保護(hù)的Raptor碼方法。現(xiàn)有系統(tǒng)不等差錯(cuò)保護(hù)的Raptor碼方法，要么對標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor碼的度分布和結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，損害了碼字性能；要么用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor編碼器對不同重要數(shù)據(jù)分配不同數(shù)量的冗余(碼率)，造成冗余數(shù)據(jù)分配的困難和浪費(fèi)。本發(fā)明提出的方法，編碼基于標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor編碼算法，采用對中間符號進(jìn)行類似擴(kuò)展窗的算法，實(shí)現(xiàn)了對源符號的不等差錯(cuò)保護(hù)；解碼僅對生成矩陣稍作修改，仍然采用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor解碼器。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是完全由標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor碼分步編解碼實(shí)現(xiàn)，尤其是解碼可以按源符號受保護(hù)程度的分類進(jìn)行增量解碼，同時(shí)保持了標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor編解碼器原有度分布以及編解碼的高效性等優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高效率的不等差錯(cuò)保護(hù)。
【專利說明】-種系統(tǒng)不等差錯(cuò)保護(hù)的Raptor碼方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及一種系統(tǒng)不等差錯(cuò)保護(hù)的Raptor碼方法，該方法可廣泛用于數(shù)字通 信、音視頻通信、多播或單播通信系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] Raptor碼作為最成熟和最先進(jìn)的噴泉碼技術(shù),Luby和Shokrollahi等人提出并形 成了國際標(biāo)準(zhǔn)RFC5053 (后稱"標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor碼"或"標(biāo)準(zhǔn)Raptor碼"），被十幾個(gè)數(shù)字 通信標(biāo)準(zhǔn)（如3GPP MBMS和DVB-H)采納作為上層的AL-FEC方案，可以顯著提高整個(gè)通信 系統(tǒng)的抗差錯(cuò)性能和魯棒性。系統(tǒng)碼能夠在解碼失敗的情況下，最大限度的恢復(fù)源端數(shù)據(jù)， 因此系統(tǒng)碼是FEC編碼的重要形式。標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor碼精心設(shè)計(jì)了度分布，保證了解碼極 高的成功率，同時(shí)還提供了一種改進(jìn)高斯消元算法，使其編解碼方法成為目前公認(rèn)的最高 效的方案之一。
[0003] 標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor碼由內(nèi)碼（LT編碼)和2層外碼（LDPC和Half編碼)組成。為 了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)碼，標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor碼由編碼器對所謂的中間符號編碼得到校驗(yàn)符號再和源 符號構(gòu)成。中間符號和源符號之間通過LT、LDPC和Half編碼形成約束關(guān)系，編碼過程可以 看作是編碼生成矩陣（由外碼LT子矩陣和內(nèi)碼LDPC、Half子矩陣構(gòu)成）與中間符號矩陣 相乘得到源符號矩陣的過程。因此標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor碼的編解碼過程一般是通過對生成矩 陣進(jìn)行求逆運(yùn)算，得出中間符號（矩陣），再對中間符號LT編碼得出相應(yīng)的校驗(yàn)符號（矩 陣）。標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor碼編碼過程類似，簡單說來就是對中間符號進(jìn)行LT編碼，如圖1所 示，其編碼的結(jié)果，恰好是源符號和校驗(yàn)符號組成的系統(tǒng)碼。因此對于標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor碼， 無論編碼還是解碼，中間符號的求解是最為關(guān)鍵的步驟。
[0004] 標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor碼的編碼方法如下：
[0005] (1)根據(jù)信源符號長度K，計(jì)算出LDPC編碼符號個(gè)數(shù)S，Half編碼符號個(gè)數(shù)H以及 中間符號C的長度L = S+H+K。將K個(gè)信源符號賦值到D[l]，D[2]，…，D[L]中的后K個(gè) 值中，前面S+H個(gè)值為0。

【權(quán)利要求】
1. 一種系統(tǒng)不等差錯(cuò)保護(hù)的Raptor碼方法，包括編碼方法和解碼方法，其特征在于： 所述編碼方法為： 步驟1:將信源符號數(shù)量為K的源符號序列，按照符號受保護(hù)程度從高到低分為r類 (分類序號從1到r，第1類受保護(hù)程度最高），第i(I<i<r)類的符號數(shù)量為Ki，源符 號序列（XpX2, "·，ΧΚ)經(jīng)分類后表不為（X11, ".,Xki^X12, "·，ΧΚ22，".，XJ, ".,Xk/),其 r 中XniQ彡i彡r，l彡η彡Ki)表示第i類第η個(gè)源符號，K=lKi。 /=1 步驟2:對第1類源符號序列（Χ/,ΧΛ-,Xki1)用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)raptor編碼器進(jìn)行系統(tǒng)碼 編碼，編碼輸出長度為N(N彡κ)的系統(tǒng)碼符號序列JE1SE21, -,EkiSEki+/,…士 1)，其中 前1個(gè)符號為第1類的源符號（X/，一,Xki1K 步驟3 :將第2類源符號序列（X12,X22,…，Xk22)與第1次的編碼符號序列（Εκ1+Λ ΕΚ1+Λ…，Ekm21)對應(yīng)逐一異或得（￥12，￥ 22，?422)，其作為待編碼序列。用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)1^七證 編碼器對（ΥΛΥ22,…，Yk22)進(jìn)行系統(tǒng)碼編碼，編碼輸出長度為（N-K1)的系統(tǒng)碼符號序列： (E12, "·，ΕΝ_Κ12)，其中前1(2個(gè)符號為（ΥΛΥ22, "·，ΥΚ22)。如果r= 2,則跳至步驟5處理，否 貝丨J(即r彡3)順序執(zhí)行步驟4. 步驟4:將第i(3彡i彡r)類源符號序列（Χ/，ΧΛ-,Xk/)分別與前（i-1)次的編碼 付可序列（Εκ1+...κ(η)+1，…，EK1+...K(i_1)+Ki )、…、（EK(i_1)+1，…，EK(i_1)+Ki )對應(yīng)逐一異或得 (Υ/，ΥΛ…乂/)，其作為待編碼序列。用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)raptor編碼器對（Υ/，ΥΛ…，YKi〇進(jìn) 行系統(tǒng)碼編碼，編碼輸出長度為（N-IV··-!^^)的系統(tǒng)碼符號序列：(E/，…， En-KI-----K(i-1))， 其中前1個(gè)符號為（Υ/，ΥΛ-,YliiiK以此類推，i=i+l，如果r彡i，重復(fù)步驟4,否則 順序執(zhí)行步驟5。 少驟 5 :將（Εκ+1，…，En )、（Εκ-K1+1，…，EN-K1 )、（EK-jQ-Κ2+1，…，En-Jq-K2 )、…、（Εκ-jQ-Κ2-…K(r-1)+1，*··，Εν-κι-K2-…K(r-1) )全部對應(yīng)異或，得校驗(yàn)符號序列（Εκ+1，…，En)。最終輸出長度為 N的（X1,X2，…，ΧΚ，ΕΚ+1，…，En)系統(tǒng)碼編碼符號序列。 所述解碼方法為： 步驟1:獲取接收到的具有r個(gè)分類的系統(tǒng)碼編碼符號序列（后稱接收序列/符號）中 第i= 1類的符號序列X1 ; 步驟2:對X1用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor解碼器解碼，解得中間符號序列C1，其中尚未求解的中 間符號賦值為0。對C1按接收序列序號的度分布進(jìn)行LT編碼，生成一個(gè)編碼序列。接收序 列與該編碼序列按序號對應(yīng)異或，更新接收序列。刪除LT編碼矩陣中與C1已解中間符號 對應(yīng)的列，得到殘余子陣Gm。 步驟3:i=i+1，如果r=i，全部剩余的接收序列（更新后）作為待解碼序列，否則待 解碼序列為第i類接收序列Xi (更新后）； 步驟4 :對待解碼序列創(chuàng)建Raptor解碼生成矩陣為Ai，其中LT子陣為Gm，待解中間符 號序列為Ci。將前面所有未解中間符號賦值為0并入Ci,構(gòu)成新的待解中間符號序列C1'。 前面所有經(jīng)過刪除處理的殘余LT子陣，按處理先后順序從左到右排列，排列在Ai的左下 方，與Gm子陣對齊，構(gòu)成新的LT編碼子陣。殘余子陣的上方填充0子陣，如此可構(gòu)成本次 解碼的新生成矩陣Ai'。新LT子陣每一行都對應(yīng)同一個(gè)待解碼符號。對Ai'和C1'采用標(biāo) 準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor碼中改進(jìn)的高斯消元算法進(jìn)行解碼，解得部分或全部中間符號C1'。 步驟5:如果r=i，轉(zhuǎn)至步驟6。否測，對求解出的中間符號用所在分類的LT編碼矩 陣進(jìn)行編碼，編碼結(jié)果與接收序列異或，再次更新接收序列。刪除所有LT編碼矩陣中與已 解中間符號對應(yīng)的列，更新殘余LT子陣。 步驟6 :如果r>i，轉(zhuǎn)至步驟3。否則可以做最后的解碼處理：如果所有中間符號都解 得，用中間符號進(jìn)行LT編碼即可恢復(fù)全部源符號；否則，僅對已解中間符號進(jìn)行LT編碼，只 能恢復(fù)部分源符號，仍有部分保護(hù)程度低的源符號未解出，恢復(fù)出的源符號高概的屬于保 護(hù)程度高的數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種系統(tǒng)不等差錯(cuò)保護(hù)的Raptor碼方法，其特征在于，所述 編碼方法采用r(r為源符號序列受保護(hù)程度的分類數(shù)）次標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor碼編碼器，分別 對每一分類源符號對應(yīng)的中間符號用LT編碼，每次編碼結(jié)果對后續(xù)源符號序列異或更新， 后續(xù)分類源符號編碼實(shí)際采用更新后的符號序列進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor碼的編碼，最終的 校驗(yàn)符號將前述每次對中間符號LT編碼的結(jié)果進(jìn)行異或得到。如此，可以實(shí)現(xiàn)對保護(hù)程度 高的源符號序列對應(yīng)中間符號序列的多次編碼，間接達(dá)到對源符號不等差錯(cuò)保護(hù)的目的， 并最終生成系統(tǒng)碼。相對于傳統(tǒng)的直接對源符號操作的擴(kuò)展窗算法，該算法是對中間符號 采取的擴(kuò)展窗算法。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種系統(tǒng)不等差錯(cuò)保護(hù)的Raptor碼方法，其特征在于， 所述解碼方法將上一次的解碼結(jié)果的中間符號和殘余LT子陣修正本次解碼的中間符號和 LT子陣后（第一次除外），采用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)Raptor碼解碼算法的改進(jìn)高斯消元算法對更新后 的序列進(jìn)行求解，能夠按保護(hù)程度的分類實(shí)現(xiàn)增量解碼，保證解碼的高效率和兼容性。
【文檔編號】H03M13/37GK104320147SQ201410581856
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】石東新, 王非非, 張遠(yuǎn), 楊占昕, 趙艷明, 史萍 申請人:中國傳媒大學(xué)