快速解碼器的標樁的有損壓縮的製作方法
2023-07-20 13:12:21 2
專利名稱：快速解碼器的標樁的有損壓縮的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種迭代解碼器，它使用一種滑動窗口算法對輸入的具有一定信噪比的編碼信號進行解碼，其中存儲標樁(stake)的狀態度量是為了用作未來迭代中的反向遞歸的起始點。
本發明更進一步涉及一種解碼方法，它使用一種滑動窗口算法對輸入的具有一定信噪比的編碼信號進行解碼，其中存儲標樁的狀態度量是為了用作未來迭代中的反向遞歸的起始點。
這樣的迭代解碼器是由如下文件中被公開the document′Organisation de la memoire dans un turbo decodeur utilisantl′algorithme SUB-MAP ′by Adod Dingninou，Fathi Raouafi and ClaudeBen-on，Departement d′electronique，BNST Bretagne，BP 832，29285Brest Cedex，France.
該文件公開了一種使用滑動窗口的迭代快速解碼器。為了使用滑動窗口算法來對數據塊解碼，解碼器在數據塊之前和/或之後開始對格狀籬笆(trellis)步驟作一定數量的解碼，以使得到達數據塊的第一個和最後一個狀態度量矢量的較好的預估狀態度量，這是可行的，因為格狀籬笆碼的狀態度量具有收斂特性。若不考慮假設的起始狀態度量，狀態度量將在幾個格狀步驟之後朝著正確的解答收斂，從而得到用於對數據字節編碼的碼的結果。這樣在一個系統中，其中2u個狀態都在一個格狀步驟可能中以組成一個狀態度量矢量，快速解碼器在數據塊之前和/或之後啟動大約5u個格狀籬笆步驟，以確信該狀態度量已經充分地收斂，在需要解碼的數據塊的開始和結束生成了一個合理的狀態度量的預測值。數據塊的開始和結束的狀態度量矢量就稱為標樁，在滑動窗口算法中，數據塊之前和/或之後的5u個格狀步驟將在每個迭代中被計算。
作為對滑動窗口算法的改進，下列文件′Organisation de lamemoire clans un turbo decodeur utilisant l′algorithme SUB-MAP′公開了對於迭代解碼器存儲用於下一次迭代的標樁是有利的。
這增加了存儲器的用處，在減少用於開始數據塊之外的格狀6u步驟的同時，導致處理的減少，這是因為從前一個迭代中獲取的標樁已經相當準確地預測到數據塊的起始和終止處的狀態，並且啟動于格狀之外5u的一個重複的前向和後向遞歸將不會產生明顯更多的關於數據塊的起始和終止狀態度量的準確預測。只有標樁的狀態度量需要被存儲。
在每個度量中具有6個狀態和10個比特的系統中，這將帶來每個標樁80比特的存儲要求。
對總共有5000個格狀度量，一個標樁有40個格狀步驟的，存儲需求則有125*8*10＝10Kbit。
有關這個解碼器的一個問題是，與常規滑動窗口算法比較起來，附加存儲器需求是不合適宜的。
本發明通過提供一個解碼器解決了這個問題，該解碼器的特徵在於具有標樁的狀態度量通過有損壓縮而被壓縮。
通過壓縮標樁的狀態度量，存儲需求的數量便進一步的減少。
這是基於這樣的認識，經過使用有損壓縮，標樁中的狀態度量的一些信息丟失了，但是如果這個結果誤差可以與啟動於數據外5u的反向遞歸的誤差相比，則反向遞歸不會從這個丟失中受損。因此，沒有必要存儲無損標樁的狀態度量。
一個本發明的實例具有這樣的特徵，迭代解碼器可以通過選擇一個具體的狀態並只存儲標樁內的這個具體狀態的位置來壓縮狀態度量。
在一個格狀籬笆步驟中，不同的狀態只有相對的重量是相關的，它表明到達一個特定狀態的代價。通過只存儲最相關狀態的位置，存儲需求便極大地減少了。在以上例子中，存儲最相關狀態的位置只需要3比特，將存儲量從10Kbit減少到125*3＝375bit。
本發明的更進一步的實例的特徵是，特定狀態是標樁的所有狀態中具有最低代價的狀態。
一個標樁最可能的狀態與反映最低代價的度量相關。通過只存儲具有最低代價的度量的狀態的標樁的位置，度量值丟失了，留下的僅有的信息就是格狀中哪個狀態是最可能的。上述例子中，存儲量從4Kbit減少到125*3＝375bit，而信息中最有用的部分——最可能狀態的位置則保留了下來。這表明了存儲量有極大的減少而又為反向遞歸提供了適當的起始點。
而本發明的更進一步的實例的特徵在於，迭代解碼器通過對已存儲的特定狀態所指示的標樁狀態賦予0值來重建標樁，並且對標樁的所有其它狀態賦予相等的、非零的代價值。
標樁的重建是基於已有的信息的，即在具有代表最低代價的度量的狀態的標樁中的位置，其它狀態的狀態度量都被設置為相同的值，然後這個重建的標樁就在下一個迭代中用作反向遞歸的起始點。
而本發明更進一步的實例的特徵在於，預設的不相同的代價由對已編碼碼字確定，已編碼碼字是無噪聲的，並且用一個等於0的狀態度量來選擇第一個狀態度量矢量，用作重建標樁的第一個解碼狀態，該標樁具有一個等於0的狀態度量，被所存儲的特定狀態度量位置所指示。
重建標樁的最佳狀態度量通過編碼碼字和對該碼字解碼來確定，同時確定該碼字仍然是任意無噪聲的。當編碼器通過一個狀態，比如說位於x的狀態2，在對數據字編碼時，解碼器將發現在同樣的位置，如果編碼碼字是無噪聲的，狀態2將具有最低代價。該實例中，該狀態度量矢量將會發現關聯於常數，並被認為是常數，例如存儲於一個固定的存儲器。當一個解碼器在由上一次迭代存儲的位置指示的某個狀態重建一個標樁時，該存儲於固定存儲器中的狀態矢量便被選擇為與同樣狀態相關聯。
而本發明更進一步的實例的特徵在於，代價與輸入信號的信噪比成正比。
格狀狀態的狀態度量的絕對值反映了到達該狀態的代價，因此，如果該信號具有高的信噪比則可能的狀態將更加不同於低信噪比的時候。所以，到達一個狀態的代價，它由狀態度量反映出來，在一個具有高信噪比的系統的狀態矢量中會更加不同，在高信噪比的情形下處於某個狀態的可能性會明顯地比較大，並且到達其它可能狀態的代價會較高。
在低信噪比的情形，沒有哪個狀態表現出更大的可能性，到達任何一個狀態的的代價都是相似的。因此，本發明為應用於標樁的所有狀態的所有度量的代價提供了一個比例因子，來反映信號的信噪比。
本發明將採用圖示來解釋。
圖1顯示了滑動窗口算法的概念。
圖2顯示了存儲標樁的概念，用來在存儲器使用方面減少計算量。
圖3顯示了有損壓縮和標樁重建。
圖4顯示了用來重建標樁的狀態度量矢量的判定。
圖5顯示了一個具有4個狀態的系統的格狀籬笆，以及用在標樁重建過程中的狀態度量矢量的判定。
圖1顯示了在一個數據字中一個解碼器執行的用於兩個連續迭代的滑動窗口算法的概念。
一個窗口內被放置於數據字7的數據塊1將被解碼，為此，解碼器將在距離數據塊的起始和/或終止3個、5個5u距離上開始解碼。當遞歸在數據塊1的其實和/或終止位置到達狀態度量矢量9、11時，狀態度量矢量9、11的預測將是相當準確的，狀態9、11可以用來作為對數據塊1解碼的起始點。
在下一個迭代將重複這樣的處理，解碼器將在距離數據塊19的起始和/或終止位置5u的距離上開始解碼。當格狀籬笆在數據塊在數據塊19的起始和/或終止位置到達狀態度量矢量15、17，那麼狀態度量矢量15、17的預測會是相當準確的，因為作為前一次迭代的結果數據字13的精確性已經被改進了，而作為狀態度量矢量15的結果，在當前迭代中發現的17′與上次迭代相比在一定程度上有所不同，狀態度量矢量9、11、15、17不被存儲，但在每次需要時被計算，這就導致計算量的增加，而同時在迭代之間存儲狀態度量矢量不需要附加的存儲器。
圖2顯示了存儲標樁以減少在存儲器使用方面的計算量，使用基本的滑動窗口算法，將第一個迭代中的數據字25解碼，為此，解碼器在距離數據塊27的起始和/或終止29、31個5u的位置開始解碼，當迭代在數據塊27的起始和或終止位置到達狀態矢量33、35，則狀態矢量的估測將會非常準確。到此為止，數據塊被解碼了，通過數據塊27的前向和反向迭代使得狀態矢量33和35的準確度進一步增加了。狀態矢量33和35被稱作標樁，標樁狀態矢量33和/或35存儲為標樁以用於下一次迭代，在數據塊27的起始位置的狀態矢量33被用作狀態度量矢量37，作為在數據塊39中下一次迭代的起始點，在數據塊27終止位置的狀態度量矢量35被用作狀態度量矢量38以在數據塊39中開始下一次反向迭代。
因此沒有更多的必要來在距離數據塊開始和/或終止位置5u距離來開始解碼，在增加的存儲量方面減少計算量。
圖3顯示了標樁的有損壓縮和重建。
圖2中解釋了在迭代中發現的標樁43被存儲用於下一次迭代。為減少存儲量，不是標樁43的所有的狀態度量45、47、49、51都要存儲，只有特定狀態度量45、47、49、51被存儲，這意味著這個處理過程中所有狀態度量45、47、49、51的值都丟失了。圖3顯示了一個具有4個可能狀態的系統的一個標樁43，如果狀態度量45被選擇來作為特定狀態，比如由於它只與到達該狀態的最低代價相關，只將標樁43中的狀態度量45的位置存儲到存儲器53，此例中，位置是位置0，而且只需存儲0值。在一個具有4個狀態的系統中，為每個標樁存儲一個位置只需2比特，對8狀態的系統則只需3比特。
在下一個迭代，解碼器從存儲器53取出位置，以及重建裝置63基於從存儲器53和65取出的信息來重建標樁67，存儲器65中，為系統中的每個可能狀態狀態度量矢量55、57、59、61，重建裝置63從存儲器65選擇狀態度量矢量55、57、59、61，該存儲器與由存儲器53中取出的位置指示的系統狀態相關聯，並且通過將從所選擇的狀態度量矢量55、57、59、61的適當的狀態度量0、A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、、L拷貝到將被重建的標樁67。
這種方式將使存儲量大大增加，而又保留滑動窗口算法的優越性，並且減少圖2中的概念提供的計算量。
圖4顯示了用於重建標樁的狀態度量矢量的判定。
圖4中，編碼器42在對一個數據字編碼時在時刻T傳輸了狀態48，這意味著當數據字被解碼器46解碼時，在通過無噪聲信道44之後，解碼器將會發現狀態58在時刻T具有最低的代價，與之相關的狀態矢量52可以被認為是狀態58的典型，通過確信編碼器42通過所有狀態62、48、64，可以為每個狀態56、58、60獲得典型狀態度量矢量50、52、54，這樣的操作只需執行一次並且存儲所得的狀態度量矢量50、51、54以供將來使用。對一個有4個可能狀態的系統來說，可獲得4個典型的狀態度量矢量，這些狀態度量矢量有效地成為圖3中的存儲於存儲器65的狀態度量矢量55、57、59、61，當解碼器46在迭代之前重建標樁時，存儲於前一次迭代的位置為標樁指示狀態以重建，然後，解碼器46通過將選擇狀態度量矢量的狀態度量矢量拷貝到需重建的標樁。
圖5顯示了一個具有4狀態的系統的格狀籬笆，以及將要用於標樁重建的狀態度量矢量的判定。
對具有4個可能狀態的系統來講，解碼器用來計算狀態度量矢量50、51、52、83的MAX-OG-MAP型的公式為S0(k+1)＝min(SO(k)+0，51+2A)S1(k+1)＝min(52+A，S3+A)＝A+min(52，S3)52(k+1)＝min(S0+2A，51+0)53(k+1)＝min(S2+A，53+A)＝A+min(52，S3)解這些方程就可得到0碼字的狀態度量矢量SMV0＝(0，3A，2A，3A)。
如圖4所示，其餘3個狀態度量矢量SMV1，SMV2，SMV3可以從狀態度量矢量SMV0中推導出來。
開始於狀態度量矢量SMV0，與在格狀籬笆中從一個狀態到另一個狀態相關聯的代價根據在格狀籬笆中轉換的位置被指示為0、A及2A，例如，狀態0 SMV0的狀態矢量是(S0，S1，S2，S3)，其值為(0，3A，2A，3A)。從狀態0轉換到狀態2，格狀籬笆的代價將被加到狀態度量矢量SMV0的狀態度量中，這就得到一個新的狀態度量矢量SMY2，其狀態度量為(2A，3A，0，3A)。用同樣的方式可以成功地得到狀態3的狀態度量矢量SMV3和狀態1的狀態度量矢量SMV1，當狀態度量指示出到達有關存儲於前次迭代中的狀態，比如說狀態2是具有最低的代價(由0表示)，那麼，所選擇的用來重建標樁的狀態度量矢量便是具有狀態度量(2A，3A，0，3A)的狀態度量矢量SMV2。在圖5的例子中，開始於一個狀態度量矢量SMV0，當從狀態0轉到狀態2時，解碼器生成碼比特『11』，使得解碼器從狀態度量矢量SMV0變到狀態度量矢量SMV2。
狀態度量矢量SMV2、SMV3和SMV1是這樣計算出來的SMV2＝(2A，3A，0，3A)SMV3＝(3A，2A，3A，0)SMV1＝(3A，0，3A，2A)這些狀態度量矢量50、51、52和53可以在標樁重建期間，被重建裝置63作為狀態度量矢量55、57、59、61存儲於圖3中的存儲器65，由於它們可以事先被確定，這些狀態度量50、51、52和83可以永久地存儲於存儲器65。
權利要求
1.用迭代方式對輸入編碼信號解碼的解碼器，它採用滑動窗口算法，其中標樁的狀態度量矢量用來作為下一次迭代的前向或後向遞歸的起始點，標樁的狀態度量被存儲於積存器中特徵在於，標樁的狀態度量以有損壓縮形式存儲。
2.根據權利要求1的解碼器，其特徵在於，解碼器通過選擇特定狀態度量並僅存儲該特定狀態度量在標樁中的位置。
3.根據權利要求2的解碼器，其特徵在於，特定狀態度量是代表所有標樁的狀態度量中的最低代價的狀態度量
4.根據權利要求3的解碼器，其特徵在於，解碼器通過為標樁的狀態度量設置代表代價為0的狀態度量，該狀態度量由所存儲的特定狀態度量的位置所指示，並且為標樁的所有其它狀態度量設置預定的、相同的、非零的代價值來重建標樁。
5.根據權利要求3的解碼器，其特徵在於，解碼器通過為標樁的狀態度量設置代表代價為0的狀態度量，該狀態度量由所存儲的特定狀態度量的位置所指示，並且為標樁的所有其它狀態度量設置預定的、相同的、非零的代價值來重建標樁。
6.根據權利要求5的解碼器，其特徵在於，通過對一個關聯的碼字作反向遞歸來預設不相同的代價，使得在幾次反向遞歸之後，相對於在遞歸步驟中和兩個連續遞歸步驟中的其它狀態，每個狀態的代價保持相同，該反向遞歸便導致該狀態的最低可能的代價。
7.根據權利要求5的解碼器，其特徵在於，通過對編碼碼字解碼來確定不等的代價，其中編碼碼字通過第一個狀態並且該編碼碼字是無噪聲的，並且用一個等於0的狀態度量來選擇第一個狀態度量矢量，找到第一個解碼狀態，通過所存儲的特定狀態度量的位置所指示的等於0的狀態度量來重建標樁。
8.根據權利要求4、5、6、及7的解碼器，其特徵在於，代價正比於輸入信號的信噪比。
9.根據權利要求4、5、6、7及8的解碼器，其特徵在於，預設的代價存儲於永久存儲器。
10.包括一個根據權利要求1至9的解碼器的通信接收器。
11.包括一個根據權利要求10的通信接收器的行動電話。
12.包括一個根據權利要求10的通信接收器的多媒體設備。
全文摘要
一種利用滑動窗口算法的快速解碼器可以進行快速的計算,最近的發展已經通過在迭代運算之間存儲標樁的辦法,在增加的存儲器使用開銷同時減少了迭代解碼器的計算量,用於改進的滑動窗口算法的標樁是可以被壓縮的,使得解碼器具有最小的附加存儲量,而通過在迭代之間存儲標樁的辦法保留計算量方面的優勢。優選地,狀態度量的位置代表了存儲標樁內的最低代價。
文檔編號H03M13/29GK1389021SQ01802684
公開日2003年1月1日 申請日期2001年8月30日 優先權日2000年9月4日
發明者J·T·M·H·迪利森 申請人:皇家菲利浦電子有限公司