具有至少兩個平行編碼步驟以及改進的置換方式的編碼方法及設備,以及對應的解碼方...的製作方法

2023-04-25 19:24:01

專利名稱：具有至少兩個平行編碼步驟以及改進的置換方式的編碼方法及設備,以及對應的解碼方 ...的製作方法
技術領域：
本發明屬於對數字數據編碼和對所傳送的編碼數據解碼的技術領域，所述數字數據屬於將被傳送或廣播的一個或多個源數據序列，特別是在有電路瞬態的情況下，對所傳送的編碼數據解碼的技術領域。
更準確的說，本發明涉及公知的，特別是稱為「渦輪碼」(turbocodes)(註冊商標)的編碼方案的一種改進，以及因此而特別執行的置換。
背景技術：
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。
根據該技術，基於使用至少兩個基本編碼器，實現了「平行連接」編碼。當解碼時，就使得可以有來自兩個不同編碼器的兩個冗餘符號。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字源數據，但是其順序不同。
對於塊編碼(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)中描述了這項技術的一種改進。
在相當大的程度上，平行連接卷積的「渦輪碼」(turbo codes)的性能依賴於所執行的置換功能。實際上，似乎該功能的非優化選擇會導致「渦輪碼」(turbo code)的降級，尤其是，在誤碼率曲線上出現的傾斜度變化低於10-5和10-6。
這一現象更加強調說明了，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位的，因此置換直接發生在二進位碼元上。更普遍地說，用於在平行連接的「渦輪碼」(turbo code)上執行置換功能以實現二進位卷積碼的多種方案已被建議作為第三代行動電話(UMTS)的一部分。
法國專利FR-9313858以及由C.Berrou和M.Jezequel所著的文章「用於「渦輪碼」編碼的非二進位卷積碼」(Electronics Letters，第35卷，第1期，39-40頁，1999年1月)中也提出使用非二進位卷積碼用於建立「渦輪碼」(turbo codes)。在該情形下，置換功能適用於二進位字(位組，例如對，或更為普遍地n-對)。
一般而言，置換功能當然必須允許提供來自所述信息源的碼元的良好分散，並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化，特別是其最小距離須達到最大值。

發明內容
因此，本發明的一個具體目的是提供一種從非二進位卷積碼建立的、並且比公知的「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」)。
更準確的說，本發明的一個目的是提供一種優化合成編碼器(「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據上產生強隨機效果，當然並不改變分散效果。
本發明的再一個目的是提供這樣一種編碼方案，它使得易於以低成本，例如一集成電路來實際地實施這個方案。
本發明的又一個目的是提供這樣一種編碼方案，它使得易於實施大量的應用類型。
這些以及其它目的在下文的描述中將更為清晰，它們是由根據本發明的依賴於數字源數據的編碼方案來實現的，該方案平行執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據，並且包括一個置換步驟，用於更改在所述基本編碼步驟之間的所述源數據的要考慮的順序，其中所述源數據被編制為源碼字，每個源碼字包括n個二進位源碼元，n大於或等於2。根據本發明，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，本發明計劃在在置換步驟中分兩級實施，(這裡繼續使用形象的術語「置換」，但是更合理的是使用術語「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位碼元的值)。實際上，一方面，對碼字(或n的倍數)的順序，以及在另一方面，對後者的內容(字內更改)也起作用。
必須指出，字置換也可以在這種對字進行處理之前或之後執行。
根據一個優選的實施例，所述置換碼字順序的步驟執行適用於一個N個連續碼字塊的均勻置換。
這項技術很容易實施，並且能達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個碼字的存儲器並按照從j＝P.i，i從0至N-1不等，P和N互為質數的順序重讀，方便地實施該項技術。
通常，在此情形下，P接近於√N。
根據本發明的一個優選方案，所述內容更改僅適用於某些所述碼字。例如，所述內容更改適用於每隔一個碼字。
最好，所述內容更改包括置換所考慮的碼字內的二進位碼元的順序。
根據另一個優選方案，所述內容更改包括用至少兩個所述二進位源碼元的組合取代考慮中的碼字的至少一個二進位源碼元。
具體的說，所述碼字可以是成對的。儘管如此，它們當然可以更普遍地是n的倍數，而n的值大於或等於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-(a，b)-(b，a)-(a+b，b)-(b，a+b)-(a，a+b)-(a+b，a)根據本發明的一個實施例，至少一個所述基本編碼步驟執行一系統的遞歸卷積碼，自然地產生n/(n+m)，把n+m個二進位輸出與n個二進位輸入聯繫起來，其中n＞2，m＞1。
最好，上述方案把n+m1+m2個二進位輸出與n個二進位輸入的一個碼字聯繫起來，包括-n個二進位輸入；-由第一基本編碼步驟輸送的m1個二進位輸出；-由第二基本編碼步驟輸送的m2個二進位輸出。
可以提供一個印記(stamping)步驟。
當然，本發明也涉及到相應的解碼設備。這樣的設備提供了一個置換裝置，該裝置包括-用於可逆地更改至少某些所述源碼字的內容，輸送更改的碼字的裝置；-用於置換所述源或更改的碼字的順序的裝置。
本發明還涉及用於發出或傳輸按照上述方案編碼的數據的設備。
根據另一個方面，本發明涉及相應的解碼方案及設備。對應於編碼，解碼方案包括以下步驟更改至少某些接收的碼字的內容，所述更改與進行編碼時執行的更改相反；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明優選實施例的描述，本發明的其它特徵和優點將更為清楚，給出的優選實施例僅作為一個示例而不是為了限制本發明，並且-唯一的一幅

了本發明的編碼器的一般概念。
因此，本發明提供了一種新的用於一基本代碼平行連接編碼器的置換功能，它與非二進位系統遞歸卷積基本碼一起，自然地產生n/(n+m)，(n-2及n-1)，從而使性能接近於理論限度，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，在本發明的範圍內，考慮中的基本碼必定是非二進位的，也就是說，它們具有n-2個二進位輸入以及n+m(m-1)個二進位輸出。
圖1表示本發明的一個採樣編碼設備。從中可直接得出相應的編碼方案。
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、系統的、非二進位的，產生被一置換功能13分隔的2/3(n＝2個二進位輸入碼字是成對的)。
此外，假設被編碼的數據塊由p個二進位數據組成，其中p為偶數或者，同樣，N＝p/2個二進位對。
如果合成編碼器沒有作印記，那麼它的編碼功效等於1/2。當然，印記14可以按照常規實現。
如先前所提到的，根據本發明，置換功能13以一雙重操作為基礎-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)；-132處理至少某些數據塊。
來自信息源15的N對供給基本編碼器C1，然後，經過置換13後供給編碼器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)的良好分散，並產生強隨機效果。實際上是通過優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本發明的一個目的。
考慮到分散標準，在置換13之後，在信息源15的輸出上的相鄰對(更普遍地是n的倍數)必須儘可能地分隔開。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的倍數的層)上使用均勻置換131來實現。
該均勻置換131可以通過均勻地將N個二進位對(更普遍地是n的倍數)寫入到存儲器1311的N個位置上(所述的位置為0至N-1)並通過連續地讀取(1312)在地址j上的這些N個對，其中j遵循下述規則J＝pi mod N i＝0，1…(N-1) (1)來執行。
為了通過所述存儲器1311的N個位置處一次並且僅此一次，P與N必須互為質數(即，它們必須除1之外沒有其它的公約數)。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)之間的最佳間隔，參數P最好接近於÷N。
為了說明這一點，例如考慮編碼一個N＝9個二進位對的塊。P被設置為4(4接近於÷9＝3)。所得的結果如下列表格所示

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)的二進位數據經由一處理操作132，或是一適當的修改。
一種簡單而十分有效的處理操作132在於在將一個對中的二進位數據送交給基本編碼器C2之前，周期性地例如按照下述規則置換這些數據使{ak，bk}為存儲在存儲器內k位置處，k＝0，1，…(N-1)的二進位對。對於變量i的奇數值，按照規則(1)在地址j讀取的所述對的二進位數據在被送交給編碼器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}經歷排序的對用粗體字印刷。
當然，除了對所述對的二進位數據進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當然，在每個對的二進位數據上執行的操作可能相反。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，數據塊處理132是在對這些相同塊的置換131之後執行。顯然，這些操作的順序可以顛倒。可以首先執行碼字(n的倍數)的處理操作，然後再執行置換。
因此該置換方法允許從系統可逆卷積碼的並行連接建立「渦輪碼」(turbo codes)，自然地產生n/(n+m)；n-2；m-1。
這些「渦輪碼」(turbo codes)的距離，並且特別是，最小距離屬性優於那些公知的卷積「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，要被編碼的二進位數據的塊就越短。
因此該置換操作特別設計用於建立卷積塊「渦輪碼」(turbocodes)，用於傳輸其中數據被建立在較短的幀(例如，ATM)內的編碼。
解碼執行與編碼期間所執行的操作相反的操作，即-更改接收的碼字的內容(相反更改)，以便恢復原始碼字(除了傳輸通道的幹擾之外)；-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)當然不再是二進位值而是碼字或n的倍數。
因此外部信息由2n個值攜帶，對應於2n情形也可以是n的倍數。對於多個對，如上所述，基本解碼器每次交換4個數據。
權利要求
1.一種用於編碼數字源數據的方案，該方案平行執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據(25)，並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據順序的置換步驟，其特徵是所述源數據(15)被編制為源碼字，每個源碼字包括n個二進位源碼元，n大於或等於2，並且在所述置換步驟(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.根據權利要求1所述的編碼方案，其特徵是所述置換碼字的順序的步驟(131)執行適用於一塊N個連續碼字的均勻置換。
3.根據權利要求2所述的編碼方案，其特徵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)，並且按照從j＝P.i，i從0至N-1不等，P和N互為質數的順序重讀。
4.根據權利要求3所述的編碼方案，其特徵是P接近於÷N。
5.根據權利要求1至4中任一權利要求所述的編碼方案，其特徵是所述內容更改(132)僅適用於某些所述的碼字。
6.根據權利要求5所述的編碼方案，其特徵是所述內容更改(132)適用於每隔一個碼字。
7.根據權利要求1至6中任一權利要求所述的編碼方案，其特徵是所述內容更改(132)包括在考慮的碼字內的二進位碼元的順序的置換。
8.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的編碼方案，其特徵是所述內容更改(132)包括用至少兩個所述二進位源碼元的組合取代所考慮的碼字的至少一個二進位源碼元。
9.根據權利要求1至8中任一權利要求所述的編碼方案，其特徵是所述碼字是二進位碼元的對。
10.根據權利要求9所述的編碼方案，其特徵是所述內容更改步驟(132)與源對{a，b}的下列更改的對中的至少一個有關-(a，b)-(b，a)-(a+b，b)-(b，a+b)-(a，a+b)-(a+b，a)
11.根據權利要求1至10中任一權利要求所述的編碼方案，其特徵是所述基本編碼步驟(13，12)中的一個執行系統可逆卷積碼，自然地產生n/(n+m)，將n+m個二進位輸出與n個二進位輸入聯繫起來，其中n＞2且m＞1。
12.根據權利要求1至11中任一權利要求所述的編碼方案，其特徵是它將n+m1+m2個二進位輸出與n個二進位輸入的一個碼字聯繫起來，包括-n個二進位輸入；-由第一基本編碼步驟輸送的m1個二進位輸出；-由第二基本編碼步驟輸送的m2個二進位輸出。
13.根據權利要求1至12中任一權利要求所述的編碼方案，其特徵是它執行一個標記步驟(14)。
14.一種用於編碼數字源數據的設備，包括其中的每個都考慮所有的所述源數據(15)的至少兩個基本編碼器(11，12)，以及一個用於更改各個所述基本編碼器所用的所述源數據的重要順序的置換裝置(13)，其特徵是所述源數據(15)被編制為源碼字，每個源碼字包括n個二進位源碼元，n大於或等於2，並且所述置換裝置(13)包括-用於可逆地更改至少某些所述源碼字的內容，輸送更改的碼字的裝置(132)；-用於置換所述源或更改的碼字的順序的裝置(131)。
15.一種用於解碼按照權利要求1至13中任一權利要求所述的編碼方案編碼的數字數據的方案，其特徵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容的步驟，所述更改與編碼期間所執行的更改相反；-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。
16.一種用於解碼按照權利要求1至13中任一權利要求所述的編碼方案編碼的數字數據的設備，其特徵是它包括一個包含下述裝置的置換裝置-用於更改至少某些接收的碼字的內容的裝置，所述更改與編碼期間所執行的更改相反；-用於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。
17.一種用於發送和/或接收按照權利要求1至13中任一權利要求所述的編碼方案編碼或者按照權利要求15的解碼方案解碼的數字數據的設備。
全文摘要
本發明涉及一種源數字數據的編碼方法和設備,它並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據(15)的全部集合,並且還包括一個用於更改在所述基本編碼步驟(11,23)之間的所述源數據的包含順序的置換步驟(13)。本發明的特徵在於所述源數據(15)被編制為源碼字,其中每個源碼字含有n個(n不小於2)二進位源碼元,並且所述置換步驟(13)包括一個至少部分源碼字的內容的可逆更改步驟(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 優先權日1999年7月21日
發明者克勞德·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院電信研究所