CN100588144C - 移动多媒体广播中的信道编码和交织及解码和解交织方法 - Google Patents

Abstract

一种移动数字多媒体广播中的信道编码和交织及解码和解交织方法，包括：进行信道编码和交织时，对输入的数据流按RS(240，M)截短码进行外编码和外交织，外交织时只对检验字节进行交织，进行LDPC编码和内交织，完成信道编码和交织处理，其中M为选定的信息字节的长度；进行信道解码和解交织时，如果解内交织和LDPC解码后，没发现错误的比特或已纠正了所有错误比特时，则直接完成信道解码和解交织过程，否则继续解外交织恢复出校验字节，再进行RS解码纠错，以完成信道解码过程；或者进行信道解码和解交织时，只进行解内交织和LDPC解码即结束。本发明能满足移动数字多媒体广播中同时传送多种业务的需要和低功率消耗的要求。

Description

移动多媒体广播中的信道编码和交织及解码和解交织方法

技术领域

本发明涉及移动数字多媒体广播领域，尤其涉及一种移动数字多媒体广播中的信道编码和交织及解码和解交织的方法。

背景技术

信号在信道的传输中，传输媒质会对信号引入一系列的影响，比如衰落、畸变、干扰和噪声等，从而导致接收端产生误码。通过信道编码、交织等环节，对数码流进行相应的处理，可极大地减少误码率。

移动多媒体广播是针对手持终端的移动传输系统，图1示出了传统多媒体广播系统中信道编码和交织装置10的结构，包括有外编码器101、外交织器102、内编码器103和内交织器104。输入的数据流，如视频数据流，依次进行外编码、外交织、内编码和内交织处理后输出到星座映射器。相应地，图2示出了移动多媒体广播系统中信道解码和解交织装置20的结构，包括有解内交织器201、内解码器202、解外交织器203和外解码器204，对从星座映射器输出的编码数据依次进行解内交织、内解码、解外交织、外解码处理后输出解码后的数据流，外解码过程中可以纠正内解码无法纠正的一些错误。

以DVB-S2(数字视频广播-卫星版本2)标准为例，其使用两个二进制线性码串行连接来实现其信道编码，即外层使用BCH编码，内层使用LDPC编码。外交织和内交织均采用比特交织。其中LDPC(Low Density ParityCheck)码是Gallager最早于1962年提出的一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码，亦称Gallager码。它具有非常好的特点：逼近香农限的性能，且描述和实现简单，易于进行理论分析和研究，译码简单且可实行并行操作，适合硬件实现。

Reed_Solomen码(简称RS码)是一种多进制的BCH码，在线性分组码中它的纠错能力和编码效率是很高的。如果选择它作为外码，LDPC码为内码，将会具有很好的性能。但是，由于移动数字多媒体广播可在一个信道中同时传送多种业务，不同业务必须分配给不同时隙。相应的，接收机只对相关时隙的数据进行处理和解码，从而保证移动多媒体接收机的低功率消耗。因此，在RS码的设计中，必须结合前端信源传送流尺寸和LDPC码选择，保证其后信道编码及发射过程中数据流的完整性。

另一方面，现有技术在编码端进行外交织时均对信息字节进行了交织，因此在解码端完成解内交织和内解码后，无论解码结果是否出现误码，都需要进行解交织。这样在内解码无误时，就会增加额外的解外交织和外解码的过程，在一定程度上增大了处理延迟，浪费了系统资源。

另外，现有多媒体广播标准为简化组帧只采用一种(例如DVB-T，DVB-S)或不采用外码。这样，当接收机所处环境信号不好的时候只能通过增大接收机功耗的途径来解决多媒体数据譬如图像的质量问题，而且不能根据不同的服务需求来提供不同质量等级的数据传输，难以取得传输速率、误码率和放射功耗间的最佳选择。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种移动数字多媒体广播中的信道编码和交织及解码和解交织的方法，以RS码为外码，块交织为外交织和LDPC码为内码，并能满足移动数字多媒体广播中同时传送多种业务的需要和低功率消耗的要求，并可简化解码和解交织。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种移动多媒体广播中的信道编码和交织以及解码和解交织的方法，包括以下步骤：

(a)进行信道编码和交织时，对输入的数据流按RS(240，M)截短码进行外编码和外交织，进行外交织时，不对信息字节进行交织，只对校验字节进行交织，然后将外编码和外交织后的数据进行LDPC编码和内交织，完成信道编码和交织处理，其中M为选定的信息字节的长度；

(b)进行信道解码和解交织时，如果进行解内交织和LDPC解码后，没有发现错误的比特或已经纠正了所有错误比特时，则直接完成信道解码和解交织过程，否则继续解外交织恢复出校验字节，再进行RS解码纠错，以完成信道解码过程；或者

进行信道解码和解交织时，只进行解内交织和LDPC解码即结束。

进一步地，上述方法还具有以下特点：

采用的所述RS(240，M)截短码可以从以下四种中选择一种：RS(240，240)，RS(240，224)，RS(240，192)和RS(240，176)。

进一步地，上述方法还具有以下特点：

所述步骤(a)进行外编码和外交织时进一步分为以下步骤：

(a1)将外交织器的缓存按列划分为信息区和校验区，信息区为第0列至第(M-1)列，用于存放信息字节，校验区为第M至239列，存储校验字节，缓存的行数为交织深度M_I；

(a2)将数据流输入字节按列依次写入信息区的第0列到第M-1列，每列以字节为单位，按序从第0行写到M_I-1行；

(a3)将外交织器信息区中第r行中的字节组成一个长度为M的信息序列，作为RS(240，M)码的输入，编码得到RS(240，M)码的输出码字，再将输出码字中的校验字节按行填充至外交织器相应行的最后240-M个字节，0≤r＜M_I-1，如此逐行处理完所有M_I行；

(a4)将完成RS编码和字节交织的数据从外交织器缓存中按列读出，按照固定的顺序，如低位比特优先发送的原则，将每字节映射为8位比特流，送入LDPC编码器和内交织器。

本发明还提供了一种移动多媒体广播中的信道编码和交织方法，包括以下步骤：

(a)对输入的数据流按RS(240，M)截短码进行外编码和外交织，然后将外编码和外交织后的数据送入LDPC编码器，其中M为选定的信息字节的长度；

(b)对外编码和外交织后的数据进行LDPC编码和内交织，完成信道编码和交织处理。

进一步地，上述信道编码和交织方法还可具有以下特点：

采用的所述RS(240，M)截短码可以从以下四种中选择一种：RS(240，240)，RS(240，224)，RS(240，192)和RS(240，176)。

进一步地，上述信道编码和交织方法还可具有以下特点：

所述步骤(b)中采用的LDPC码的码率为1/2，其信息比特长度为4608比特；相应的，当带宽B_f＝8MHz时，采用的外交织深度为72，144或288，当带宽B_f＝2MHz时，采用的外交织深度为36，72或144；或者

所述步骤(b)中采用的LDPC码的码率为3/4，其信息比特长度为6912比特；相应的，当带宽B_f＝8MHz时，采用的外交织深度为108，216或432，当带宽B_f＝2MHz时，采用的外交织深度为54，108或216。

进一步地，上述信道编码和交织方法还可具有以下特点：

所述步骤(a)进行外交织时，不对信息字节进行交织，只对校验字节进行交织。

进一步地，上述信道编码和交织方法还可具有以下特点：

所述步骤(a)进行外编码和外交织时进一步分为以下步骤：

(a1)将外交织器的缓存按列划分为信息区和校验区，信息区为第0列至第(M-1)列，用于存放信息字节，校验区为第M至239列，存储校验字节，缓存的行数为交织深度M_I；

(a2)将数据流输入字节按列依次写入信息区的第0列到第M-1列，每列以字节为单位，按序从第0行写到M_I-1行；

(a3)将所述信息区中第r行中的字节组成一个长度为M的信息序列，作为RS(240，M)码的输入，编码得到RS(240，M)码的输出码字，再将输出码字中的校验字节按行填充至外交织器校验区的相应行，0≤r＜M_I-1，如此逐行处理完所有M_I行；

(a4)将外交织器缓存中的数据按列读出，按照固定的顺序，如低位比特优先发送的原则，将每字节映射为8位比特流，送入LDPC编码器和内交织器。

本发明提供的移动多媒体广播中的信道编码和交织装置，包括采用LDPC编码方式的内编码器和采用比特交织的内交织器，以及外编码和交织器，该外编码和交织器用于对输入的数据流按RS(240，M)截短码进行外编码和外交织，然后将外编码和外交织后的数据送入LDPC编码器，其中M为选定的信息字节的长度。

进一步地，上述信道编码和交织装置还可具有以下特点：

所述外编码和交织器采用的所述RS(240，M)截短码可从以下四种中选取的一种：RS(240，240)，RS(240，224)，RS(240，192)和RS(240，176)。

进一步地，上述信道编码和交织装置还可具有以下特点：

所述LDPC编码器采用的LDPC码的码率为1/2，其信息比特长度为4608比特；相应的，所述外编码和交织器在带宽B_f＝8MHz时，采用的外交织深度为72，144或288，在带宽B_f＝2MHz时，采用的外交织深度为36，72或144；或者

所述LDPC编码器采用的LDPC码的码率为3/4，其信息比特长度为6912比特；相应的，所述外编码和交织器在带宽B_f＝8MHz时，采用的外交织深度为108，216或432，在带宽B_f＝8MHz时，采用的外交织深度为54，108或216。

进一步地，上述信道编码和交织装置还可具有以下特点：

所述外编码和交织器进一步包括：

缓存器，按列划分为信息区和校验区，信息区为第0列至第(M-1)列，用于存放信息字节，校验区为第M至239列，存储校验字节，缓存的行数为交织深度M_I；

第一数据写入单元，用于将数据流输入字节按列依次写入信息区的第0列到第M-1列，每列以字节为单位，按序从第0行写到M_I-1行；

RS编码单元，用于将所述信息区中第r行中的字节组成一个长度为M的信息序列，作为RS(240，M)码的输入，编码得到RS(240，M)码的输出码字，如此逐行处理完所有M_I行，0≤r＜M_I-1；

第二数据写入单元，用于将输出码字中的校验字节按行填充至外交织器校验区的相应行；

数据读出单元，用于将外交织器缓存中的数据按列读出，按照固定的顺序将每字节映射为8位比特流，送入所述LDPC编码器和内交织器。

综上所述，本发明设计的RS码和LDPC码信道编码和解码方案可以满足移动数字多媒体广播的要求。进一步地，通过设置多个RS码，可根据应用环境选用相应的外码选项，以取得传输速率、误码率和放射功耗间的最佳折中选择。另外，在外交织时不对信息字节进行交织，可以提高解码时的处理速度和效率。

附图说明

图1是传统多媒体广播发送端的信道编码和交织装置的结构图。

图2是传统多媒体广播接收端的信道解码和解交织装置的结构图。

图3是本发明实施例移动多媒体广播发送端的信道编码和交织器的结构图。

图4是本发明实施例移动多媒体广播接收端的信道解码和解交织器的结构图。

图5是本发明实施例外编码和交织器缓存分区示意图。

具体实施方式

第一实施例

因为RS码具有很强的纠突发错误和随机错误的能力，本发明的外编码采用RS编码。

RS码是基于有限域GF(256)的循环码。其中，集合GF(256)包含以下元素：

GF(256)＝0，α⁰，α¹，α²，…，α²⁵⁴。

其中，α是下述多项式的根：p(x)＝x⁸+x⁴+x³+x²+1。

对于RS码(n，k)来说，其生成多项式为：

$g\left(x\right)=(x-\mathrm{\α})(x-{\mathrm{\α}}^2)...(x-{\mathrm{\α}}^{2t})=\underset{i=0}{\overset{2t}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i{x}^i=g_0+g_{1}x+\·\·\·+g_{2t-1}{x}^{2t-1}+x^{2t}$

其中，n为码长，K是一个码字中信息序列的字节数，t为能纠正的错误数目。

在时域编码时，待编码的信息矢量为：(m_n-2t-1，m_n-2t-2，...，m₀)，构成信息多项式：

m(x)＝m_n-2t-1x_n-2t-1+m_n-2t-2x_n-2t-2+...+m₁x+m₀

编码后得到码多项式：

C(x)＝m(x)×x^2t+R(x)，

其中，R(x)＝m(x)×x^2tmod G(x)，即R(x)是信息多项式m(x)乘以x^2t除以g(x)的剩余多项式。

设R(x)＝R(0)+R(1)×x¹+R(2)×x²+...+R(2t-1)×x^2t-1

它的系数R(0)，R(1)，R(2)，...，R(2t-1)就是所要的校验字。即编织后得到的RS码包括n-K个字节的信息位和K个字节的校验位。

为了在不同环境取得传输速率、误码率和放射功耗间的最佳折中选择，本实施例设计了一组具有不同纠错能力的RS码，共有4种，分别为：RS(255，255)，RS(255，239)，RS(255，207)和RS(255，191)，括号中前一数字为码字长度，后一数字为其中信息字节的长度。

RS(255，255)即为不进行编码的情况，其它的三种RS码生成多项式系数g_i分别见以下表1、表2和表3，需保存在外编码器中：

表1：RS(255，239，8)的系数g_i

表2：RS(255，207，24)的系数g_i

表3：RS(255，191，32)的系数g_i

由于移动数字多媒体广播可在一个信道中同时传送多种业务，不同业务必须分配给不同时隙。因此，在外编码器和外交织器设计时，如RS码字的长度和外交织深度，必须结合前端信源传送流尺寸和内部编码模式选择。

本实施例需适配的信源信息尺寸是188字节(MPEG2数据包长度)和144字节。同时需考虑其后LDPC编码的完整性，即保证整数个信源信息包能够编码生成整数个RS码及外交织器，而外交织器为块处理器件，本发明提出应适当选择外交织器交织深度以能够在整数次LDPC编码中处理完成，不出现数据碎片。

本实施例选用的是以下两种LDPC码：

表61 LDPC编码选项

码率	信息比特长度K	码字长度N
			1/2	4608比特	9216比特
3/4	6912比特	9216比特

为了满足以上要求，本实施例选用码长为240的RS码，即一种RS截短码，相应得到的RS截短码为RS(240，240)，RS(240，224)，RS(240，192)和RS(240，176)。

从以下等式可以看出其满足与LDPC编码的匹配问题：

240×8×72＝4608×30

240×8×54＝6912×15

类似地，有：

224×72＝(188+4)×84＝144×112

192×72＝(188+4)×72＝144×96

176×72＝(188+4)×66＝144×88

其中对188字节的MPEG2数据包在编码前的处理中需加上4个字节的校验位。从以上等式看出该几种RS截短码可以与前端信源传送流尺寸相适配。

在进行外交织，即字节交织时，也必须设定合适的交织深度以保证数据处理完整性的要求。本实施例中，字节交织的列数固定为240，与RS截短码的码长相同，交织深度为行数M_I，其值根据以上等式确定，如下表：

表5：字节交织的选项

已知的字节交织器对信息字节和校验字节都进行交织，对数据流的信息字节是按行逐一填充到缓存中，然后再按列取出。这样在接收端就必须进行解交织。本实施例为了使接收端在不必要时可以不进行解交织，对信息字节是按列写入按列取出，不进行交织。

本发明的信道编码和交织的结构见图3所示，包括外编码和交织器301、内编码器302和内交织器303。相应的解码和解交织的结构见图4所示，包括解内交织器401、内解码器402、解外编码和交织器403。其中解外编码和交织器是可选的，即在解码和解交织过程中可以跳过。

请参见图5，本实施例实现外编码和外交织的具体流程包括以下步骤：

步骤110，将外编码和交织器的缓存按列划分为信息区(图5左边部分)和校验区(图5右边部分)。字节交织分区与RS(240，M)码匹配，第0列至第(M-1)列存放信息字节，第M至239列存储校验字节，缓存空间的行数即为交织深度M_I；

当前使用的RS码可以由系统配置决定。

步骤120，将数据流输入字节以按列写入的方式，从第0列到第M-1列逐列按序写入外交织器缓存的信息区，每列则以字节为单位，从第0行逐一写到M_I-1行，以下将位于外交织器中第s行第t列的字节记为B_s，t；

具体地，填充第m列时，m＝0，1，2......，(M-1)，首先填充B_0，m字节，再填充B_1，m，......依次填充直至字节，第m列填充完成后，下一字节填充至第m+1列的第一行，依此类推，直至第(M-1)列的第(M_I-1)个字节。

步骤130，将外编码和交织器信息区中第r行中(0≤r＜M_I-1)的字节组成一个长度为M的信息序列，作为RS(240，M)码的输入，编码得到RS(240，M)码的输出码字；

假定输入的信息序列为(B_r，0，B_r，1，…，B_r，M-1)，先在M个输入信息字节前添加15个全“0”字节，构造出原始的RS(255，M+15)系统码的输入序列(0，…，0，B_r，0，B_r，1，…，B_r，M-1，p₀，p₁，…，p_255-M-1)；然后对构造出的输入序列进行RS码编码，生成码字(0，…0，B_r，0，B_r，1，…，B_r，M-1，p_r，0，p_r，1，…，p_r，239-M)；再从码字中删去前15个全0字节，得到RS(240，M)码输出码字(B_r，0，B_r，1，…，B_r，M-1，p_r，0，p_r，1，…，p_r，239-M)。

步骤140，将输出码字中的校验字节(p_r，0，p_r，1，…，p_r，239-M)按行填充至外交织器校验区相应行的B_r，M至B_r，239字节，如此逐行处理直到第M_I-1行；

步骤150，将完成RS编码和字节交织的数据从外交织器缓存中按列读出，按照固定的顺序，如低位比特优先发送的原则将每字节映射为8位比特流，即数据没有交织，只对校验位进行交织，送入LDPC编码器和内交织器，完成LDPC编码和内交织后，即完成了整个信道编码和交织过程。

这样在发送时，字节交织器中的全部字节(M_I×240字节)总是可以映射在整数个完整时隙上发送，其中字节交织器的B_0，0字节总是在时隙的起姥点发送。

可以看出，上述实施例方法是先写入交织器再RS编码，编码和交织构成一个统一的器件，且数据没有交织，实现更为简单快捷。而传统做法为先RS编码再写入交织器。

相应地，在解码时，当LDPC解码器没有发现错误的比特或已经纠正了所有错误比特时，可以直接跳过额外的解外交织和外解码处理。因为信息字节在编码端并没有进行交织，可以直接取出做后续处理。而当需要借助外解码来纠错时，再解外交织恢复出校验字节，然后进行外解码纠错。这样就可以在信道情况良好时提高解码的速度，避免不必要的延迟。

在另一实施例中，也可以不管LDPC解码的结果，在LDPC解码后都不进行外解码纠错，而是直接取出做后续处理。这样实现的系统和器件可以大量节省用于RS解码和外交织过程的逻辑单元和内存。从而极大地简化接收机成本和功率消耗。

相应地，图3中的信道编码和交织装置包括：采用LDPC编码方式的内编码器、进行比特交织的内交织器；以及外编码和交织器。其中：

外编码和交织器用于对输入的数据流按RS(240，M)截短码进行外编码和外交织，然后将外编码和外交织后的数据送入LDPC编码器，其中M为选定的信息字节的长度。所采用的RS(240，M)截短码可以从以下四种中选取的一种：RS(240，240)，RS(240，224)，RS(240，192)和RS(240，176)。该外编码和交织器进一步包括：

缓存器，按列划分为信息区和校验区，信息区为第0列至第(M-1)列，用于存放信息字节，校验区为第M至239列，存储校验字节，缓存的行数为交织深度M_I；

第一数据写入单元，用于将数据流输入字节按列依次写入信息区的第0列到第M-1列，每列以字节为单位，按序从第0行写到M_I-1行；

RS编码单元，用于将所述信息区中第r行中的字节组成一个长度为M的信息序列，作为RS(240，M)码的输入，编码得到RS(240，M)码的输出码字，如此逐行处理完所有M_I行，0≤r＜M_I-1；

第二数据写入单元，用于将输出码字中的校验字节按行填充至外交织器校验区的相应行；

数据读出单元，用于将外交织器缓存中的数据按列读出，按照低位比特优先发送的原则将每字节映射为8位比特流，送入所述LDPC编码器和内交织器。

LDPC编码器采用的LDPC码的码率为1/2，其信息比特长度为4608比特；相应的，所述外编码和交织器在带宽B_f＝8MHz时，采用的外交织深度为72，144或288，在带宽B_f＝2MHz时，采用的外交织深度为36，72或144；或者，LDPC编码器采用的LDPC码的码率为3/4，其信息比特长度为6912比特；相应的，所述外编码和交织器在带宽B_f＝8MHz时，采用的外交织深度为108，216或432，在带宽B_f＝8MHz时，采用的外交织深度为54，108或216。

需要说明的是，本发明的方法和装置并不局限于上述实施例的具体方案。仍有各种变换的可能。

例如：本发明在采用上述RS码的前提下，也可以采用常规的交织方式，即对信息字节也进行交织。或者，本发明也可以只提供一种RS码用于外编码。

Claims (3)

1、一种移动多媒体广播中的信道编码和交织以及解码和解交织的方法，包括以下步骤：

(a)进行信道编码和交织时，对输入的数据流按RS(240，M)截短码进行外编码和外交织，进行外交织时，不对信息字节进行交织，只对校验字节进行交织，然后将外编码和外交织后的数据进行LDPC编码和内交织，完成信道编码和交织处理，其中M为选定的信息字节的长度；

(b)进行信道解码和解交织时，如果进行解内交织和LDPC解码后，没有发现错误的比特或已经纠正了所有错误比特时，则直接完成信道解码和解交织过程，否则继续解外交织恢复出校验字节，再进行RS解码纠错，以完成信道解码过程；或者

进行信道解码和解交织时，只进行解内交织和LDPC解码即结束。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

采用的所述RS(240，M)截短码从以下四种中选择一种：RS(240，240)，RS(240，224)，RS(240，192)和RS(240，176)。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

所述步骤(a)进行外编码和外交织时进一步分为以下步骤：

(a1)将外交织器的缓存按列划分为信息区和校验区，信息区为第0列至第(M-1)列，用于存放信息字节，校验区为第M至239列，存储校验字节，缓存的行数为交织深度M_I；

(a2)将数据流输入字节按列依次写入信息区的第0列到第M-1列，每列以字节为单位，按序从第0行写到M_I-1行；

(a3)将外交织器信息区中第r行中的字节组成一个长度为M的信息序列，作为RS(240，M)码的输入，编码得到RS(240，M)码的输出码字，再将输出码字中的校验字节按行填充至外交织器相应行的最后240-M个字节，0≤r＜M_I-1，如此逐行处理完所有M_I行；

(a4)将完成RS编码和字节交织的数据从外交织器缓存中按列读出，按照固定的顺序将每字节映射为8位比特流，送入LDPC编码器和内交织器。

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