CN105634509A - 一种维特比译码方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种维特比译码方法及装置，用于对卷积码进行译码，方法首先对卷积码的每条支路进行度量，得到支路度量矢量，然后对支路度量矢量进行前向度量，得到前向度量矢量最小值索引，最后对前向度量矢量最小值索引进行回溯，得到译码。本发明能在处理器上并行执行高速的维特比译码的矢量译码指令，实现基于处理器的软件矢量维特比译码，解决了现有处理器均采用串行的译码方法的译码速率较慢问题。

Description

一种维特比译码方法及装置

技术领域

本发明属于编解码领域，尤其涉及一种维特比(Viterbi)译码方法及装置

背景技术

目前，CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA、DVT-T\C\S、DAB、ATSC、ISDB等标准相继采用卷积码，作为其信道编码标准。同时，LTE等第四代移动通信标准也建议采用卷积码，作为其候选信道编码标准之一。

卷积码是由Elias等人在1955年首次提出的。稍后，Wozencraft提出了一种卷积码的有效译码算法—序列译码。1963年，梅西提出了一种有效性稍差，但比较容易实现的门限译码算法。而后在1967年，Viterbi提出了一种最佳最大似然译码算法。

卷积码的Viterbi译码算法，以其优异的性能，得到广泛的应用。各种Viterbi译码的专用硬件，大量的出现。同时，基于软件译码的专用viterbi译码单元“加比选”也成为各类DSP处理器的重点模块。然而，这些处理器，均采用串行的译码方法进行viterbi译码，译码速率较慢。如何在处理器上并行的实现高速的viterbi译码的矢量译码指令，实现基于处理器的软件矢量viterbi译码，仍然是一个亟待解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供一种低复杂度矢量化的维特比译码方法及装置。

(二)技术方案

本发明提供一种维特比译码方法，用于对卷积码进行译码，方法包括：

S1，对卷积码的每条支路进行度量，得到支路度量矢量；

S2，对支路度量矢量进行前向度量，得到前向度量矢量最小值索引；

S3，对前向度量矢量最小值索引进行回溯，得到译码。

本发明还提供一种维特比译码装置，用于对卷积码进行译码，包括：

支路度量单元，用于对卷积码的每条支路进行度量，得到支路度量矢量；

前向度量单元，用于对支路度量矢量进行前向度量，得到前向度量矢量最小值索引；

反向回溯单元，用于对前向度量矢量最小值索引进行回溯，得到译码。

(三)有益效果

采用本发明提供的维特比译码方法，能在处理器上并行执行高速的维特比译码的矢量译码指令，实现基于处理器的软件矢量维特比译码，解决了现有处理器均采用串行的译码方法的译码速率较慢问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的维特比译码方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的维特比译码装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种维特比译码方法及装置，用于对卷积码进行译码，方法首先对卷积码的每条支路进行度量，得到支路度量矢量，然后对支路度量矢量进行前向度量，得到前向度量矢量最小值索引，最后对前向度量矢量最小值索引进行回溯，得到译码。本发明能在处理器上并行执行高速的维特比译码的矢量译码指令，实现基于处理器的软件矢量维特比译码，解决了现有处理器均采用串行的译码方法的译码速率较慢问题。

根据本发明的一种实施方式，维特比译码方法包括：

S1，对卷积码的每条支路进行度量，得到支路度量矢量；

S2，对支路度量矢量进行前向度量，得到前向度量矢量最小值索引；

S3，对前向度量矢量最小值索引进行回溯，得到译码。

根据本发明的一种实施方式，步骤S1中，支路度量的表达式为：

其中，当等于0时，等于否则，等于 为所述卷积码第k个符号在编码输入为s时的支路度量矢量，是所述卷积码第k个符号的第i个输入分量构成的矢量，是卷积码的输入为s时各个状态编码第i个编码输出比特构成的整数。

根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，前向度量的表达式为：

其中，是第k个符号在编码输入为s时的支路度量矢量，初始值为0，d_k是前向度量最小值索引，表示：

取和之间的最小值，并且，当时，d_k的值不变，否则，d_k等于s。

根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，反向回溯的的表达式为：

[b_k-1,s_k-1]＝sback(Fs,d_k,s_k)，

其中，b_k-1为译码，Fs是前向状态矢量， $Fs=\[f_{s_0}^{\left(s\right)},f_{s_1}^{\left(s\right)},...,f_{s_{P-1}}^{\left(s\right)}\],$ s_k是第k个符号的最小路径的状态，sback(Fs,d_k,s_k)表示：

在d_k为s时，选择Fs的第s个元素作为输出，即同时，b_k-1等于d_k的第s_k个元素。

根据本发明的一种实施方式，维特比译码装置包括：

支路度量单元，用于对所述卷积码的每条支路进行度量，得到支路度量矢量；

前向度量单元，用于对所述支路度量矢量进行前向度量，得到前向度量矢量最小值索引；

反向回溯单元，用于对所述前向度量矢量最小值索引进行回溯，得到译码。

根据本发明的一种实施方式，支路度量单元执行支路度量的表达式为：

其中，当等于0时，等于否则，等于 为所述卷积码第k个符号在编码输入为s时的支路度量矢量，是所述卷积码第k个符号的第i个输入分量构成的矢量，是卷积码的输入为s时各个状态编码第i个编码输出比特构成的整数。

根据本发明的一种实施方式，前向度量单元执行前向度量的表达式为：

其中，是第k个符号在编码输入为s时的支路度量矢量，初始值为0，d_k是前向度量最小值索引，表示：

取和之间的最小值，并且，当时，d_k的值不变，否则，d_k等于s。

根据本发明的一种实施方式，反向回溯单元执行反向回溯的的表达式为：

[b_k-1,s_k-1]＝sback(Fs,d_k,s_k)，

其中，b_k-1为译码，Fs是前向状态矢量，s_k是第k个符号的最小路径的状态，sback(Fs,d_k,s_k)表示：

在d_k为s时，选择Fs的第s个元素作为输出，即同时，b_k-1等于d_k的第s_k个元素。

根据本发明的一种实施方式，本发明还提供指令集，用于进行矢量处理，通过执行相应的指令，以实现支路度量过程、前向度量过程和反向回溯过程，其中，指令集包括：矢量定向加减指令(caddsub)，矢量含索引最小值指令(idmin)，矢量状态回溯指令(sback)，交织指令(intlv)，循环指令(loop)和矢量赋值指令(mov)。

具体地，矢量定向加减指令，根据矢量和矢量实现其中c_i＝(d_i＝＝0)？a_i+b_i:a_i-b_i，即整数d为定向整数，其第i比特为0，则c_i为a_i和b_i的和，否则的c_i为a_i和b_i的差。

具体地，矢量含索引最小值指令idmin，根据矢量和矢量实现其中s_A和s_B为状态矢量和的索引，它的第i位s_A,i＝(a_i<b_i+c_i)？s_A,i:s_B,i，即当矢量的第i个变量a_i小于矢量的第i个变量b_i和矢量的第i个变量c_i时，s_A,i保持不变，否则更新为s_B的第i位s_B,i；矢量的第i个变量a_i为a_i和b_i+c_i的最小值，即a_i＝(a_i<b_i+c_i)？a_i:b_i+c_i。

具体地，状态回溯指令，执行[b_k-1,s_k-1]＝sback(Fs,d_k,s_k)，其根据其状态在选择位比特d_k为s时，选择Fs的第s个元素作为输出，即同时输出d_k的第s_k个元素。

具体地，交织指令，执行其根据其状态s＝[s₀,s₁,...,s_s,...,s_S-1]，将矢量交织为矢量

具体地，循环指令，执行loopnextN，times，对其后的nextN条指令进行times次循环执行。

具体地，矢量赋值指令，执行将int赋值给矢量

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1是本发明实施例提供的维特比译码方法的流程图，如图1所示方法包括：

S1：对卷积码的每条支路进行度量，得到支路度量矢量。

k从0到K-1计数(fork＝0…K-1)，每次执行然后，k从K到K+L-1计数，每次执行G_k(u,s)＝0，其中G_k(u,s)为第k个符号在输入为u状态为s时的支路度量，是接收到的第k个符号的第i个分量，x⁽ⁱ⁾(u,s)在输入为u状态为s时的编码输出的第i个分量，K为编码长度，L为编码约束长度。

S2：对支路度量矢量进行前向度量，得到前向度量矢量最小值索引。

k从K+L-1到K-1计数(fork＝K+L-1…K-1)，每次执行

k从K+L-1到K-1计数(fork＝K+L-1…K-1)，每次执行：

其中，M_k(s)是第k个符号的状态为s的前向度量，它是其前一个符号的状态度量M_k-1(s′)和其对应的支路度量G_k(u,s)之和的最小值；d_k(s)是第k个符号到达状态s的最小路径的输入u。

S3：对前向度量矢量最小值索引进行回溯，得到译码。

k从K+L-1到0计数(fork＝K+L-1…0)，每次执行并且，s_K-1+L＝0，

b_k-1＝d_k(s_k)

由于最后一个状态s_K-1+L＝0，可知状态s_k的最小路径输入为d_k(s)，可知其前一个状态s_k-1，译码输出为c_k＝d_k(s_k)。

本实施例采用矢量指令执行的方法如下：

S1：对卷积码的每条支路进行度量，得到支路度量矢量。

其中为G_k(u,s)输入u时转移到任意状态s的支路度量矢量， $x_u^{\left(i\right)}=\&lsqb;x^{\left(i\right)}(u,0),x^{\left(i\right)}(u,1),...,x^{\left(i\right)}(u,s),...x^{\left(i\right)}(u,S-1)\&rsqb;$ 为x⁽ⁱ⁾(u,s)输入u且转移到任意状态s的编码输出的第i个分量。通过将初始化为0，通过矢量定向加减指令caddsub实现G_k(u,s)支路度量的计算。

S2：对支路度量矢量进行前向度量，得到前向度量矢量最小值索引。

其中为M_k(s)任意状态s的前向度量矢量，为使k符号状态转移到s的前一个符号的前向度量 为使k符号状态转移到s的前一个符号的状态s′的索引。通过intlv交织操作，得到通过矢量含索引最小值指令idmin，实现前向度量的计算。使 $x_u^{\left(i\right)}=\&lsqb;x^{\left(i\right)}(u,0),x^{\left(i\right)}(u,1),...,x^{\left(i\right)}(u,s),...x^{\left(i\right)}(u,S-1)\&rsqb;$ 为x⁽ⁱ⁾(u,s)输入u且转移到任意状态s的编码输出的第i个分量。通过将初始化为0。

S3：对前向度量矢量最小值索引进行回溯，得到译码。

执行s_K-1+L＝mov(0)，

[b_k-1,s_k-1]＝sback(Fs,d_k,s_k),fork＝K+L-1…0，s_K-1+L＝0

其中，由于最后一个状态s_K-1+L＝0，可知状态sk的最小路径输入为d_k(s)，可知其前一个状态s_k-1，译码输出为c_k＝d_k(s_k)。

图2是本发明实施例提供的维特比译码装置的结构示意图，如图2所示，装置包含指令存储单元、取指单元、指令译码单元、矢量计算单元和数据存储单元。指令存储单元存储指令流，取指单元从指令存储单元取出指令，交给指令译码单元；指令译码单元将取出的指令进行译码，分配给不同的指令执行单元；矢量计算单元根据指令进行矢量计算，执行支路度量过程、前向度量过程和反向回溯过程，实现译码。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种维特比译码方法，用于对卷积码进行译码，其特征在于，包括：

S1，对所述卷积码的每条支路进行度量，得到支路度量矢量；

S2，对所述支路度量矢量进行前向度量，得到前向度量矢量最小值索引；

S3，对所述前向度量矢量最小值索引进行回溯，得到译码。

2.根据权利要求1所述的维特比译码方法，其特征在于，所述步骤S1中，支路度量的表达式为：

其中，当等于0时，等于否则，等于为所述卷积码第k个符号在编码输入为s时的支路度量矢量，是所述卷积码第k个符号的第i个输入分量构成的矢量，是卷积码的输入为s时各个状态编码第i个编码输出比特构成的整数。

3.根据权利要求2所述的维特比译码方法，其特征在于，所述步骤S2中，前向度量的表达式为：

其中，是第k个符号在编码输入为s时的支路度量矢量，初始值为0，d_k是前向度量最小值索引，表示：

取和之间的最小值，并且，当时，d_k的值不变，否则，d_k等于s。

4.根据权利要求2所述的维特比译码方法，其特征在于，所述步骤S3中，反向回溯的的表达式为：

[b_k-1,s_k-1]＝sback(Fs,d_k,s_k)，

其中，b_k-1为译码，Fs是前向状态矢量，s_k是第k个符号的最小路径的状态，sback(Fs,d_k,s_k)表示：

在d_k为s时，选择Fs的第s个元素作为输出，即同时，b_k-1等于d_k的第s_k个元素。

5.一种维特比译码装置，用于对卷积码进行译码，其特征在于，包括：

支路度量单元，用于对所述卷积码的每条支路进行度量，得到支路度量矢量；

前向度量单元，用于对所述支路度量矢量进行前向度量，得到前向度量矢量最小值索引；

反向回溯单元，用于对所述前向度量矢量最小值索引进行回溯，得到译码。

6.根据权利要求5所述的维特比译码装置，其特征在于，所述支路度量单元执行支路度量的表达式为：

其中，当等于0时，等于否则，等于为所述卷积码第k个符号在编码输入为s时的支路度量矢量，是所述卷积码第k个符号的第i个输入分量构成的矢量，是卷积码的输入为s时各个状态编码第i个编码输出比特构成的整数。

7.根据权利要求6所述的维特比译码装置，其特征在于，所述前向度量单元执行前向度量的表达式为：

其中，是第k个符号在编码输入为s时的支路度量矢量，初始值为0，d_k是前向度量最小值索引，表示：

取和之间的最小值，并且，当时，d_k的值不变，否则，d_k等于s。

8.根据权利要求7所述的维特比译码装置，其特征在于，所述反向回溯单元执行反向回溯的的表达式为：

[b_k-1,s_k-1]＝sback(Fs,d_k,s_k)，

其中，b_k-1为译码，Fs是前向状态矢量，s_k是第k个符号的最小路径的状态，sback(Fs,d_k,s_k)表示：

在d_k为s时，选择Fs的第s个元素作为输出，即同时，b_k-1等于d_k的第s_k个元素。