CN103347202A - 一种无线通信系统中的ewf码译码方法 - Google Patents

Abstract

一种无线通信系统中的EWF码译码方法,其流程为：多媒体信源分层编码、EWF码应用层编码、循环冗余校验及物理层信道编码，组成物理帧、调制及无线传输、解调及物理层信道译码，循环冗余校验、编码分组筛选、译码处理、信源译码；所述编码分组筛选和译码处理通过EWF混合删除软译码器进行筛选和处理。本发明提供的EWF码混合删除软译码算法，能应用于无线通信系统中，相比于传统译码算法，由于本发明充分利用了错误译码的EWF编码分组的软信息，从而能进一步提高恢复出的信源分组的数目，达到改善图像视频传输可靠性的目的。

Description

一种无线通信系统中的EWF码译码方法

技术领域

本发明涉及一种在无线通信网络中实现可靠图像视频传输的新方法，属于通信编码技术领域。

背景技术

在多媒体数据广播中，通常采用对数据进行分层编码的方式来减少信道错误对接收数据完整性的破坏，如可伸缩性视频编码（Svalable Video Coding, SVC）方案，（见“Overview of Scalable Video Coding Extension of the H.264/AVC Standard”, IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology，Vol.17, No.9, September 2007）。该编码方案将数据分成若干层进行传输，基本层（Base Layer）数据提供一个基本的图像质量，增强层（Enhancement Layer）数据在基本层数据基础上通过增量的方式对图像质量进行改善。这样，接收机就可根据信道质量接收不同层数的数据。

喷泉码是一种应用于删除信道的纠删码技术。喷泉码的典型应用包括组播和广播业务、分布式网络存储等。喷泉码的基本思想是，在发送端使用无比率编码方法将K个信源分组编成半无穷编码分组序列进行发送。每一个接收点正确接收到K个编码分组（或者略大于K个编码分组）即可解出原发送的K个信源分组。接收机正确译出所发送的K个信源分组后，即向发送端发送单次确认信号，结束此次通信。喷泉码最初是针对有线网络设计的，目前也已被扩展到了无线通信中，如3GPP组织的MBMS标准，见“Reliable Multimedia Download Delivery in Cellular Broadcast Networks”, IEEE Transactions on Broadcasting，Vol.53, No.1, March 2007。

在采用MPEG和H.264等编码格式的视频文件传输中，部分数据需要更高的可靠性；在视频点播（Video-on-Demand, VOD）系统中，部分数据需要更快的恢复能力。在这些应用场景中，传统的喷泉码已不能满足传输需求，这时需要研究具有不等差错保护（Unequal Error Protection, UEP）特性的喷泉码。Rahnavard等人在文章“Rateless codes with unequal error protection property”（IEEE Transactions on Information Theory, Vol.53, No.4, April 2007）中提出了加权类UEP喷泉码。随后Sejdinovic等人又提出了一种更加灵活新颖的UEP喷泉码设计方法，这种码被命名为扩展窗喷泉（Expanding Window Fountain, EWF）码（见“Expanding Window Fountain Codes for Unequal Error Protection”，IEEE Transactions on Communications, Vol.57, No.9, September 2009）。

分层编码和UEP喷泉码都可应用于多播系统提高无线网络的多媒体数据传输能力，UEP喷泉编译码算法目前主要针对有线网络设计，在无线衰落环境下研究UEP喷泉码的译码算法是有必要的。

发明内容

本发明的目的在于将EWF码应用于无线通信系统中，提供了一种新颖的EWF码混合删除软译码算法，能够改善图像视频传输的可靠性。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种无线通信系统中的EWF码译码方法,其流程为：多媒体信源分层编码、EWF码应用层编码、循环冗余校验及物理层信道编码，组成物理帧、调制及无线传输、解调及物理层信道译码，循环冗余校验、编码分组筛选、译码处理、信源译码；所述编码分组筛选和译码处理通过EWF混合删除软译码器进行筛选和处理。

所述编码分组筛选为：正确译码的EWF编码分组传递给EWF混合删除软译码器，错误译码的EWF编码分组的处理为：对EWF混合删除软译码器设定门限，对于重要等级高于设定门限的错误译码的EWF编码分组不再丢弃，而是将物理层译码LLR值提交给EWF混合删除软译码器，重要等级低于设定门限的错误译码的EWF编码分组丢弃；

所述译码处理为：EWF混合删除软译码器先在正确译码的EWF编码分组间执行传统的BP删除译码算法，恢复部分信源分组；然后将未处理完的正确译码的EWF编码分组根据其值是0或1将其软信息值设定为正负无穷大；对于错误译码的EWF编码分组，其软信息值为物理层译码得到的LLR值，再进行EWF码的软BP译码算法。

本发明提供的EWF码混合删除软译码算法，能应用于无线通信系统中，相比于传统译码算法，由于本发明充分利用了错误译码的EWF编码分组的软信息，从而能进一步提高恢复出的信源分组的数目，达到改善图像视频传输可靠性的目的。

附图说明

图1为EWF码的图示；

图2为本发明的整个传输系统框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种无线通信系统中的EWF码译码方法，具体步骤如下：

步骤一、对一段视频进行分层编码如MPEG-4编码，产生一个基本层数据的的D₁比特和  N-1个增强层数据D₂，…,D_N比特。

步骤二、对基本层和增强层数据采用EWF码编码产生应用层编码分组

将每m个比特组成一个信源分组，基本层数据组成K₁个信源分组（即D₁=m K₁），同理，N-1个增强层数据得到K₂, …,K_N个信源分组，然后根据需要将这K= K₁+ K₂+…+K_N个信源分组分成L个重要等级，接着产生E个EWF编码分组。

步骤三、对每个编码分组添加CRC16校验码，再进行物理层信道编码（如Turbo码、卷积码等），组成物理帧。

步骤四、物理帧调制及在无线信道中传输。

步骤五、接收机解调物理帧并进行物理层信道软译码，通过CRC16码验证译码是否成功。

步骤六、传统译码方法为正确译码的应用层编码分组传递给EWF译码器，译码错误的应用层编码分组丢弃，本发明不同于传统方法在于对待错误应用层编码分组上，根据接收机可以承受的译码复杂度和译码性能的要求，设定某个门限为G，对于重要等级高于译码门限G（即L个重要等级中的1到G等级）的错误EWF编码分组不再丢弃，而是将物理层译码软信息，即对数似然比值LLR提交给EWF译码器，重要等级低于译码门限G的应用层编码分组丢弃，不再传递给EWF译码器。

步骤七、对物理层译码器传递过来的应用层编码分组执行EWF混合删除软译码算法恢复原始的信源分组，具体为：

对于正确译码的应用层编码分组，首先执行传统的EWF删除BP译码算法(见“Expanding Window Fountain Codes for Unequal Error Protection”，IEEE Transactions on Communications, Vol.57, No.9, September 2009)，恢复部分信源分组，删除部分二部图的边，降低软译码算法复杂度。然后将未处理完的正确译码的应用层编码分组根据其值是0或1将其软信息值设定为正负无穷大（实际实现时无穷大可以设定为一个很大的值如1000），对于物理层传递过来的含有错误的应用层编码分组，其软信息值为物理层译码得到的LLR值，再进行EWF码的软译码，其具体软译码公式如下，

用m表示在译码器中传递的消息，译码迭代次数用上标                                                

表示。从编码分组

到信源分组

的LLR值消息表示为

表示从信源分组

到编码分组

的LLR值消息。那么，

为

，N_i表示与第i个编码分组连接的信源分组的下标集合。 LLR值消息

只取决于传递到信源分组的信息。因此，表示为

表示与第i个信源分组相连接的编码分组的下标集合。

步骤八、对信源分组执行信源译码（如MPEG-4译码）恢复原始多媒体信息。

实施例

步骤一、对一段视频进行MPEG-4编码，产生一个基本层数据25600比特和一个增强层数据230400比特。

步骤二、对基本层和增强层数据采用EWF码编码产生应用层编码数据

将每256个比特组成一个信源分组，基本层数据组成100个信源分组，同理，增强层数据得到900个信源分组，然后根据需要将这1000个信源分组分成2个重要等级，接着产生1500个EWF编码分组，EWF编码中，参数

取值为0.1，度分布函数都为

步骤三、对每个编码分组添加CRC16校验码，再进行物理层Turbo编码，采用3GPP组织的MBMS标准中的Turbo码，码率为0.5，组成物理帧。

步骤四、物理帧采用BPSK调制在快瑞利衰落信道中传输，信噪比SNR=1dB。

步骤五、接收机解调,物理层信道软译码算法采用BCJR算法，译码迭代次数8次，通过CRC16码验证译码是否成功。

步骤六、正确译码的EWF编码分组传递给EWF混合删除软译码器，设定门限为1，即对应基本层的错误EWF编码分组不再丢弃，而是将物理层译码LLR值提交给EWF混合删除软译码器。

步骤七、EWF混合删除软译码器先在正确译码的编码分组间执行传统的BP删除译码算法，恢复部分信源分组。然后将未处理完的正确译码的编码分组根据其值是0或1将其软信息值设定为正负1000，对于物理层传递过来的含有错误的编码分组，其软信息值为物理层译码得到的LLR值，再进行EWF码的软BP译码算法，译码迭代次数为50次。

步骤八、对信源分组执行如MPEG-4译码恢复原始视频信息。

按照实施例的过程我们进行了100次仿真，传统译码算法平均恢复74个基本层信源分组，445个增强层信源分组，混合删除软译码算法平均恢复93个基本层信源分组，634个增强层信源分组。由此可见，本发明的译码算法性能优于传统译码算法。

Claims (2)

1.一种无线通信系统中的EWF码译码方法,其流程为：多媒体信源分层编码、EWF码应用层编码、循环冗余校验及物理层信道编码，组成物理帧、调制及无线传输、解调及物理层信道译码，循环冗余校验、编码分组筛选、译码处理、信源译码；其特征在于：所述编码分组筛选和译码处理通过EWF混合删除软译码器进行筛选和处理。

2.根据权利要求1所述的一种无线通信系统中的EWF码译码方法, 其特征在于：所述编码分组筛选为：正确译码的EWF编码分组传递给EWF混合删除软译码器，错误译码的EWF编码分组的处理为：对EWF混合删除软译码器设定门限，对于重要等级高于设定门限的错误译码的EWF编码分组不再丢弃，而是将物理层译码LLR值提交给EWF混合删除软译码器，重要等级低于设定门限的错误译码的EWF编码分组丢弃；

所述译码处理为：EWF混合删除软译码器先在正确译码的EWF编码分组间执行传统的BP删除译码算法，恢复部分信源分组；然后将未处理完的正确译码的EWF编码分组根据其值是0或1将其软信息值设定为正负无穷大；对于错误译码的EWF编码分组，其软信息值为物理层译码得到的LLR值，再进行EWF码的软BP译码算法。

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