JP4081875B2 - 符号化装置および方法、復号装置および方法、並びに提供媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は符号化装置および方法、復号装置および方法、並びに提供媒体に関し、特に、ターボ符号の符号化や復号を行う際に適用して好適な符号化装置および方法、復号装置および方法、並びに提供媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
符号性能の理論的限界であるシャノンリミットに近い性能を示す符号として、ターボ符号が知られている。このターボ符号は、複数の畳み込み符号化回路とインターリーバ(インターリーブ回路)を組み合わせた構成によって符号化を行うと共に、復号側では複数のソフトアウトプットを出力する復号回路の間で入力データに関する情報をやり取りして最終的な復号結果を得るものである。
【0003】
図10は、従来のターボ符号化装置10の構成を示している。このターボ符号化装置10は、入力データに対して畳み込み符号化を行って符号化データを得る畳み込み符号化回路1−1と、この入力データに対して順次インターリーブを行うインターリーバ2−1乃至2−(N−1)(以下、インターリーバ2−1乃至2−(N−1)を個々に区別する必要がない場合、単にインターリーバ2と記述する。その他の装置についても同様である)と、これらのインターリーバ2の出力データに対して、それぞれ畳み込み符号化を行って符号化データを得る畳み込み符号化回路1−2乃至1−Nとを有している。
【0004】
ここで、畳み込み符号化回路1は、入力されたデータに対して畳み込み演算を行い、演算結果をそれぞれ符号化データとして出力するものである。また、インターリーバ2は、入力されたデータの順序を交錯して出力するものである。
【0005】
図11は、畳み込み符号化回路1の一例を示している。図11に示す畳み込み符号化回路1は、拘束長3のフィードバック型畳み込み符号化回路である。この畳み込み符号化回路1は、ターミネーション回路21、3個のエクスクルーシブオア回路(以下、「EXOR回路」という)22−1乃至22−3、および2個のシフトレジスタ23−1,23−2を有しており、入力データから符号化データを生成するものである。
【0006】
ここで、シフトレジスタ23は入力されたデータを1単位時間遅延させる遅延素子として機能し、またEXOR回路22は入力されたデータの排他的論理和を出力する。また、ターミネーション回路21は、入力データの全てを符号化し終わるまでは、入力データを出力し、符号化し終わった時点から2単位時間(シフトレジスタ数に対応した時間)だけフィードバックデータを出力する。入力データが全て符号化された後の処理は、ターミネーションと呼ばれるシフトレジスタ23の内容を全て0に戻すためのもので、復号側ではこの処理を前提に復号がなされる。
【0007】
図12は、インターリーバ2の一例を示している。インターリーバ2に入力された入力データは、入力データ保持メモリ31に一旦格納された後、データ置換回路32によって順序が並び変えられる。このデータの順序の並べ変えは、置換データROM(Read Only Memory)34の内容(置換位置情報)に基づいて行われる。そして、順序が並び変えられたデータは出力データ保持メモリ33に格納され、その後出力データとして出力される。
【0008】
図12では、インターリーバ2のサイズは5で、置換データROM34の内容が図13に示すものであるときのインターリーバ2の動作例を示している。すなわち、入力データが“11010”であるとき、置換データROM34に記憶されているデータに従って、データ置換回路32が入力データの置換処理を行うことにより、出力データとして“00111”が出力される。
【0009】
図10に示したターボ符号化装置10の動作を説明する。入力データは畳み込み符号化回路1−1に供給される。そして、この畳み込み符号化回路1−1では入力データに対して畳み込み演算が行われ、続いてターミネーションが行われ、ターミネーションを含む符号化処理による符号化データが出力される。
【0010】
また、入力データは、インターリーバ2−1乃至2−(N−1)の直列回路に供給され、順次入力されたデータの順序が交錯されて出力される。これら、インターリーバ2−1乃至2−(N−1)の出力データは、それぞれ対応する畳み込み符号化回路1−2乃至1−Nに供給される。そして、これら畳み込み符号化回路1−2乃至1−Nでは、それぞれ対応するインターリーバ2−1乃至2−(N−1)の出力データに対して畳み込み演算が行われ、続いてターミネーションが行われ、ターミネーションを含む符号化処理による符号化データが出力される。
【0011】
図14は、ターボ符号化装置10の入力データと符号化データとのビット数の関係を表したものである。入力されたkビットの入力データは、各畳み込み符号化回路1−1によってn1ビットの符号に変換された後、さらにt1ビットのターミネーション符号が付加されるので、合計(n1+t1)ビットの符号となる。同様に、畳み込み符号化回路1−2乃至1−Nより(n2+t2)乃至(nm+tm)ビットの符号化データが出力される。
【0012】
図15は、従来のターボ復号装置40の構成を示している。このターボ復号装置40は、ターボ符号化装置10より出力される符号化データ(受信データ)の個数に対応した複数のソフトアウトプット復号回路51−1乃至51−Nを有している。ソフトアウトプット復号回路51−1乃至51−Nは、MAP(Maximum Aposteriori Probability)デコーダおよびSOVA(Soft Output Viterbi Algorithm)デコーダ等の、符号化側での入力データが0または1である確率を算出する機能を持つ、いわゆるソフトアウトプット復号方式を用いて構成される。
【0013】
図15に示したターボ復号装置40の動作を説明する。受信データ(符号化データ)は、それぞれソフトアウトプット復号回路51−1乃至51−Nに供給される。各復号回路51−1乃至51−Nでは、それぞれ符号化側でのターミネーションビットを除いた入力データに対する推定確率値データを互いに利用し、数回および数10回の反復復号動作が行われる。そして、任意の復号回路(図15では復号回路51−1)より、最終的な復号データが出力される。
【0014】
図16は、ターボ復号装置40の受信データ、推定確率値データ、および復号データのビット数の関係を表したものであり、図10のターボ符号化装置10における各ビット数の関係と対応している。ソフトアウトプット復号回路51−1乃至51−Nは、それぞれ(n1+t1)乃至(nm+tm)ビットの受信データより、ターミネーションビットを除いた入力データのkビットの推定確率値データを算出する。そして、そのkビットの推定確率値データは、各復号回路間でやり取りされ、最終的にkビットの復号データが出力される。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ターボ符号化装置と復号装置において高い誤り訂正能力を得る為には、一般的に、インターリーバ2は下記の2つの条件を同時に満たすことが必要である。
[条件 1] 置換後の任意の2点間の距離の和が、置換前より充分大きくなる。
[条件 2] 置換位置を数列として見た場合、その数列は、k次均等分布性と呼ばれる数学的性質を満たす。
【0016】
上記2条件は、符号の最小距離、及び最小距離符号の多重度と呼ばれる、誤り訂正符号に対して定義される性能指標値に関するものである。これら2条件は、誤り訂正符号が良い性能を出すために必要とされる。条件1は、最小距離が大きくなること、条件2は最小距離符号の多重度が小さくなることに、それぞれ対応している。
【0017】
しかしながら、上述したターボ符号化装置10のインターリーバ2においては、置換位置を決定するためのデータとして、置換データROM34に記憶されている、乱数を用いて発生されたデータが用いられており、このような乱数が用いられて発生された置換位置では、条件2のk次均等分布は満たすことができるが、置換前後の任意の2点間の距離の和が小さくなる場合が生じるため、条件1を満たすことができない。
【0018】
また、乱数を用いて置換位置を決定するインターリーバの他に、アフィンインターリーバがある。このアフィンインターリーバは、条件1を満たすインターリーバとしては適しているが、条件2を満たすことができない。
【0019】
このように、従来用いられているインターリーバにおいては、上述した条件1と条件2を、同時に満たすことができないといった課題があった。
【0020】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、上述した条件1と条件2を同時に満たすインターリーバを提供するものである。
【0021】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の符号化装置のインターリーブ手段は、置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であるアフィンインターリーバを用いて入力データの置換を行う置換手段と、置換手段により置換された入力データを、さらにランダマイズするランダマイズ手段とを備えることを特徴とする。
【0022】
請求項6に記載の符号化方法は、インターリーブ手段が、置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であるアフィンインターリーバを用いて入力データの置換を行う置換ステップと、置換ステップで置換された入力データを、さらにランダマイズするランダマイズステップとを含むことを特徴とする。
【0023】
請求項7に記載の提供媒体は、インターリーブ手段に、置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であるアフィンインターリーバを用いて入力データの置換を行う置換ステップと、置換ステップで置換された入力データを、さらにランダマイズするランダマイズステップとを含む処理を実行させるコンピュータが読み取り可能なプログラムを提供することを特徴とする。
【0024】
請求項9に記載の復号装置は、符号化装置が行うインターリーブ処理と逆の処理を行うデインターリーブ手段を備えることを特徴とする。
【0025】
請求項10に記載の復号装置は、符号化装置が行うインターリーブ処理と逆の処理を行うデインターリーブステップを含むことを特徴とする。
【0026】
請求項11に記載の提供媒体は、符号化装置が行うインターリーブ処理と逆の処理を行うデインターリーブステップを含む処理を復号装置に実行させることを特徴とする。
【0027】
請求項1に記載の符号化装置、請求項6に記載の符号化方法、および請求項7に記載の提供媒体においては、置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であるアフィンインターリーバを用いて入力データが置換され、さらにランダマイズされることにより、インターリーブが行われる。
【0028】
請求項9に記載の復号装置、請求項10に記載の復号方法、および請求項11に記載の提供媒体においては、符号化装置が行うインターリーブ処理と逆の処理によりデインターリーブが行われる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、特許請求の範囲に記載の発明の各手段と以下の実施の形態との対応関係を明らかにするために、各手段の後の括弧内に、対応する実施の形態(但し一例)を付加して本発明の特徴を記述すると、次のようになる。但し勿論この記載は、各手段を記載したものに限定することを意味するものではない。また、従来の場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【0030】
請求項1に記載の符号化装置のインターリーブ手段(例えば、図1のインターリーバ71)は、置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であるアフィンインターリーバを用いて入力データの置換を行う置換手段(例えば、図3のステップS1)と、置換手段により置換された入力データを、さらにランダマイズするランダマイズ手段(例えば、図3のステップS4)とを備えることを特徴とする。
【0031】
請求項9に記載の復号装置は、符号化装置が行うインターリーブ処理と逆の処理を行うデインターリーブ手段(例えば、図9のソフトアウトプット復号回路131)を備えることを特徴とする。
【0032】
図1は、本発明を適用したターボ符号化装置60の構成を示している。このターボ符号化装置60は、入力データに対して畳み込み符号化を行って符号化データを得る畳み込み符号化回路1−1、この入力データに対して順次インターリーブを行うインターリーバ71−1乃至71−(N−1)、およびこれらインターリーバ71−1乃至71−(N−1)の出力データに対して、それぞれ畳み込み符号化を行って符号化データを得る畳み込み符号化回路1−2乃至1−Nを有している。
【0033】
ここで、畳み込み符号化回路1は、入力されたデータに対して畳み込み演算を行い、演算結果をそれぞれ符号化データとして出力するものであり、上述した場合と同様に、図11に示すように構成されている。また、インターリーバ71は、入力されたデータの順序を交錯して出力するものである。
【0034】
図2は、インターリーバ71の構成例を示している。インターリーバ71に入力された入力データは、入力データ保持メモリ81に一旦格納された後、データ置換回路82によって順序が並び変えられる。この入力データの順序の並び変えは、置換データROM84の内容(置換位置情報)に基づいて行われる。そして、順序が並び変えられたデータは出力データ保持メモリ83に格納され、その後出力データとして出力される。
【0035】
以下に、図2に示したインターリーバ71が行う入力データの順序の交錯(置換)について説明する。この交錯は、以下の2条件を満たすように行われる。
[条件 1] 置換前後の任意の2点間の距離の和が、充分大きくなる(所定の値より大きくなる)。
[条件 2] 置換位置を数列として見た場合、その数列は、k次均等分布性と呼ばれる数学的性質を満たす。
【0036】
条件1を満たすインターリーバとして、アフィンインターリーブを用いたものがある。アフィンインターリーブは、入力された信号の位置iに応じ、インターリーバのサイズNと互いに素な予め決められた定数a、及び任意の定数bを用い、i番目の位置の入力信号を、位置(a×i+b) mod Nにインターリーブする。特に、N=2m^2,a=2m±1とされたときに、任意の定数bに対して、置換前後の任意の2点間の距離の和が必ず2m以上にされる。この場合の置換前後の任意の2点間の距離の和の最小値2mは、サイズが同じあらゆるインターリーバの中で最大の値であることが証明されている。すなわち、このようなパラメータを持つアフィンインターリーブを用いたインターリーバは、上述した条件1を満たす。ただし、アフィンインターリーバは、条件2を満たさないことが知られている。
【0037】
条件2で述べたk次均等分布性とは、サイズNのインターリーバに対して、クラス数C、及び、次元Kを定め、まず、i番目の置換位置 π(i)(i=0乃至N−1)に対して決定される値c={c|(c×s)≦π(i)<(c×(s+1)),s=N/C,0≦c<C}を、その置換位置の属するクラスとするものである。次に、i番目、i+1番目,...,i+(K−1)番目の入力の属するクラスが、1つのベクトルとされ、0≦i≦(N−K)の全てのiに対して定まるベクトルの出現頻度がカウントされる。最後に、数列(π(i)に、i=0乃至(N−1)の値を代入したもの)が均等分布しているとした場合の、それぞれのベクトルの出現頻度の期待値E=(N−K)/(C^K)と、実際の(C^K)種類のベクトルの出現頻度F0,F1,..,FC^K-1より、(χ^2)値と呼ばれる値V=Σ(Fj−E)^2/E(j=0乃至(C^k)−1)が算出される。
【0038】
k次均等分布性を満たすというのは、所定の設定された基準値Tに対して、上記のように算出された(χ^2)値Vが、V<Tとなることを言う。
【0039】
例えば、サイズNが6で、0番目乃至5番目までの入力の置換位置が、それぞれ4,2,0,3,1,5となるインターリーバに対してクラス数Cが3、次元Kが2のk次均等分布性を、基準値Tを2として判定する場合を考える。まず、それぞれの置換位置の属するクラスは、置換位置π(i)が0≦π(i)<2の場合、クラス0であり、2≦π(i)<4の場合、クラス1であり、4≦π(i)<6の場合、クラス2となるので、それぞれクラス分けすると、置換位置の属するクラスは、順番に2,1,0,1,0,2となる。隣接するクラスを次元K(=2)個ずつまとめて作成したベクトルは、(2,1),(1,0),(0,1),(1,0),(0,2)となる。
【0040】
ベクトルは全部で(0,0),(0,1),(0,2),(1,0),(1,1),(1,2),(2,0),(2,1)、および(2,2)の9種類あるが、それぞれのベクトルの出現頻度F0乃至F8は、F0=0,F1=1,F2=1,F3=2,F4=0,F5=0,F6=0,F7=1,F8=0となる。数列が均等分布しているとした場合の、それぞれのベクトルの出現頻度の期待値Eは、E=(N−K)/(C^K)=(6−2)/(3^2)=4/9となるので、これを用いて(χ^2)値Vを次式により算出する。
V=Σ(Fj−E)^2/E
(j=0乃至(C^K)−1)
【0041】
(χ^2)値V=39/4となり、最初に設定した基準値T=2に対してV>Tという関係になるため、k次均等分布性を満たさない。説明の便宜上、クラス数Cと次元Kに対してサイズNの値を小いものとしたため、k次均等分布性が満足されなかったが、実際には期待値Eが10以上になるようにして(サイズNの値を充分大きくして)判定すれば、k均等分布性が満足される。
【0042】
インターリーバ71の置換データROM84に記憶される置換位置データの作成について、図3のフローチャートを参照して説明する。以下に、置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であることが保証されている、サイズの等しい(p^n)個のインターリーバを、ガロア体GF(p^n)の元を係数とするM系列によって組み合わせ、その結果得られるインターリーブ位置に入力信号をインターリーブするような置換位置データを生成する場合を説明する。
【0043】
上述したように、まずここでは、置換前後の任意の2点間の距離の和がある一定値以上であることが保証されている、サイズの等しい(p^n)個のインターリーバとして、上述したサイズがNのアフィンインターリーバを用いる。
【0044】
ステップS1において、j番目(0≦j<p^n)のアフィンインターリーバに対するi番目の入力信号の置換位置が、以下に示す置換関数πj(i)によって定められる。
πj(i)=aj×i+bjmod N
N=2×(m^2)
aj=2m±1
0≦j<(P^n)
bjは任意
また、M系列の次数dを、以下の等式を満たす整数dとする。
(p^n)^d=(p^n)×N
【0045】
図4は、M系列の発生を回路によって実現した場合の一例を示すブロック図である。図4に示すM系列発生回路90は、シフトレジスタ101−1乃至101−4、GF(p^n)の加算回路102−1乃至102−3、及びGF(p^n)の乗算回路103−1乃至103−4を備えており、置換位置信号を順次生成する。乗算回路103−1乃至103−4に予め設定される係数a1乃至a4は、多項式a4×4+a3×3+a2×2+a1×1+1が、GF(p^n)におけるd次の原始既約多項式になるように選択される。
【0046】
シフトレジスタ101−1乃至101−4は、入力データを1単位時間遅延させた後、それぞれ後段のシフトレジスタ101−2乃至101−4、または乗算回路103−4に出力する。GF(p^n)の加算回路102−1乃至102−3は、対応する乗算回路103−1乃至103−3からの入力と、後段の加算回路102−2,102−3からの入力、または乗算回路103−4からの入力を加算し、それぞれ対応するシフトレジスタ101−1または加算回路102−1,102−2に出力する。GF(p^n)の乗算回路103−1乃至103−4は対応するシフトレジスタ101−1乃至101−4からの入力と、対応する係数a1乃至a4の積を、それぞれ対応する加算回路102−1乃至102−3に出力する。シフトレジスタ101−1乃至101−4には、時刻0においては、値として全て0がセットされているので、その結果、0が出力される。そして、時刻1においては、全てが0ではないように初期値が設定された後、1単位時間毎に置換位置信号が出力される。
【0047】
ステップS2において、M系列発生回路90により時刻0乃至(p^n−1)までのM系列が発生され、その発生されたM系列が、配列m[i]に格納される。ステップS3において、格納された配列m[i]を、i=0からi=N×(P^n−1)まで順次見ていき、値t(0≦t<p^n)が、u(0≦u<N)番目に出てきた位置を表す、以下に示す関数を得る。
L(t,u) (0≦L(t,u)<(p^n×N))
【0048】
そして、最終的にステップS4において、このM系列から得られた関数L(t,u)を用いて、目的のi番目の入力の置換位置を表す関数π(i)が得られる。以下に、その関数π(i)を示す。
【数1】
(0≦i<(p^n)×N)
【0049】
この式の関数によって得られる置換位置を置換データROM84に格納することにより実現されるインターリーバは、置換前後の任意の2点間の距離の和が2m/(p^n)以上になり、クラス数(p^n)、次元(1+logp^nN)のk次均等分布性を非常に小さな基準値Tに対して満たすことが証明されている。これにより、条件1と条件2を満足する、サイズ(p^n×N)のインターリーバを構成することが可能となる。例として、サイズN=8の、2つのアフィンインターリーバを、GF(2)の4次のM系列で組み合わせる場合を例にあげて説明する。
【0050】
ステップS1における処理として、それぞれのアフィンインターリーバの置換関数が以下のように定められる。
π0(i)=(3×i)mod 8 (0≦i<8)
π1(i)=(5×i)mod 8 (0≦i<8)
入力信号の位置iと置換先の位置πj(i)からは、上の置換関数を用いて算出することにより、以下の関係が得られる。
【0051】
ここで、GF(2)の4次のM系列を図4に示したM系列発生回路90によって発生させた場合、時刻0乃至15までの出力は以下に示すようになる。
M系列発生回路の出力 : 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1
これから、関数L(u,t),(0≦u<2,0≦t<8)が以下のように定められる。
【0052】
最終的な置換関数π(i)は以下のようになり、その演算結果により得られる置換データROM84に格納する値は、表5に示すようになる。
【数2】
【0053】
次に、図5のフローチャートを参照して、他の置換位置の決定の方法について説明する。この実施の形態では、置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であることが保証されているインターリーバの置換位置を、一定の範囲±aで変動させた結果得られるインターリーブ位置に入力信号をインターリーブするように置換位置データを生成する場合を説明する。
【0054】
置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であることが保証されているインターリーバとして、サイズがNのアフィンインターリーバを用いる。まずステップS11において、元となるアフィンインターリーバの置換位置の配列p[i]が、次式により設定される。
p[i]=a×i+bmod N
N=2m^2,a=2m±1,bは任意,0≦i<N
【0055】
ステップS12において、位置変動の為に使用する配列q[i]が、q[i]=i(0≦i<N)として設定される。次に、ステップS13において、置換位置の変動範囲を定めるパラメータAが設定され、ステップS14において、パラメータPOSが0に初期化される。
【0056】
ステップS15において、新たな置換配列を得るためのインデックスとなる配列q[i]が、その結果得られる置換位置が一定の変動範囲Aでおさまるように入れ替えられる。すなわち、|POS−q[i]|≦A、かつ、|POS+A−q[i]|≦Aとなるq[i]のPOS≦i≦POS+Aの内容がランダムに入れ替えられる。
【0057】
ステップS16において、POSの値が1だけインクリメントされ、ステップS17に進む。ステップS17において、POSの値が(N−A)以上になったか否かが判断され、NOと判断された場合、ステップS15に戻り、それ以降の処理が繰り返され、YESと判断された場合、ステップS18に進む。
【0058】
ステップS18の処理において、置換配列r[i]が以下の式により得られ、その得られた置換配列r[i]の内容が、置換データROM84に格納される。
r[i]=p[q[i]] (0≦i<N)
【0059】
このようにして実現されるインターリーバは、置換前後の任意の2点間の距離の和が2m−2A以上になり、かつ、k次均等分布性を満たす。これにより、条件1と条件2を満足する、サイズNのインターリーバを構成することが可能となる。
【0060】
ここで、サイズN=8のアフィンインターリーバの置換位置を、シフト範囲を2として変動させる場合を例に挙げて説明する。まず、ステップS11において、アフィンインターリーバの置換関数が以下のように定められる。
p(i)=(3×i)mod 8 ,(0 i<8)
入力データの位置iと置換先の位置p[i]は、上の置換関数p[i]より、以下のように求まる。
【0061】
次に、ステップS12において、配列q[i]が以下のように設定される。
ステップS13において、シフト範囲Aが2に設定される。ステップS14において、POSの値が初期値の0とされる。以下、ステップS15乃至S17の処理が繰り返えされる。ここで、POSが0乃至5(=N−A−1)まで変化する場合の、ステップS15で行われる配列q[i]に対して行われる処理について説明する。
【0062】
|POS−q[i]|≦A、かつ、|POS+A−q[i]|≦Aを満たすq[i],(POS≦i≦POS+A)、すなわち、|0−q[i]|≦2、かつ|2−q[i]|≦2を満たすq[i],(0≦i≦2)は、q[0],q[1]およびq[2]の3つであり、これらの内容がランダムに入れ替えられる。
【0063】
|POS−q[i]|≦A、かつ、|POS+A−q[i]|≦Aを満たすq[i],(POS≦i≦POS+A)、すなわち、|1−q[i]|≦2、かつ|3−q[i]|≦2を満たすq[i],(1≦i≦3)は、q[1]とq[3]の2つであるので、これらの内容がランダムに入れ替えられる。
【0064】
|POS−q[i]|≦A、かつ、|POS+A−q[i]|≦Aを満たすq[i],(POS≦i≦POS+A)、すなわち、|2−q[i]|≦2、かつ|4−q[i]|≦2を満たすq[i],(2≦i≦4)は、q[3]とq[4]の2つであるので、これらの内容がランダムに入れ替えられる。
【0065】
|POS−q[i]|≦A、かつ、|POS+A−q[i]|≦Aを満たすq[i],(POS≦i≦POS+A)、すなわち、|3−q[i]|≦2、かつ|5−q[i]|≦2を満たすq[i],(3≦i≦5)は、q[3]とq[5]の2つであるので、これらの内容がランダムに入れ替えられる。
【0066】
|POS−q[i]|≦A、かつ、|POS+A−q[i]|≦Aを満たすq[i],(POS≦i≦POS+A)、すなわち、|4−q[i]|≦2、かつ|6−q[i]|≦2を満たすq[i],(4≦i≦6)は、q[5]とq[6]の2つであるので、これらの内容がランダムに入れ替えられる。
【0067】
|POS−q[i]|≦A、かつ、|POS+A−q[i]|≦Aを満たすq[i],(POS≦i≦POS+A)、すなわち、|5−q[i]|≦2、かつ|7−q[i]|≦2を満たすq[i],(5≦i≦7)は、q[5]とq[7]の2つであるので、これらの内容がランダムに入れ替えられる。その結果、以下に示すq[i]が得られる。
【0068】
ステップS17において、上述した各処理によって得られたp[i](表6)とq[i](表14)により、最終的な置換配列r[i]が、r[i]=p[q[i]]の関係によって得られる。
最終的に、このようにして得られた置換配列r[i]の結果(表15)が置換データROM84に格納される。
【0069】
次に、図6のフローチャートを参照して、他の置換位置の決定の仕方について説明する。この実施の形態では、置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であることが保証されているインターリーバの置換位置を、所定の範囲で区切り、その内部を任意のアルゴリズムで攪拌した結果得られるインターリーブ位置に入力信号をインターリーブするような置換位置データを生成する場合を説明する。
【0070】
置換前後の任意の2点間の距離の和が、所定値以上であることが保証されているインターリーバとして、サイズがNのアフィンインターリーバを用いる。まず、ステップS21において、元となるアフィンインターリーバの置換位置の配列p[i]が、次式に従って算出される。
p[i]=a×i+bmod N
ステップS22において攪拌の為に使用する配列q[i]が、q[i]=iとして設定される。
【0071】
次に、ステップS23において、攪拌区間を決定するための境界値ajが、以下の条件を満たすように設定される。
aj<aj+1,a0=0,ak-1=N,0≦j<k
ステップS24において、所定のj(0≦j<k)に対して、aj≦i<aj+1を満たすq[i]同士の内容がランダムに入れ替えられる。最終的にステップS25の処理により、置換配列r[i]が次式に従って得られる。
r[i]=p[q[i]]
得られた置換配列r[i](0≦i<N)の内容は、置換データROM84に格納される。
【0072】
このようにして実現されるインターリーバは、置換前後の任意の2点間の距離の和が2m−max{a(j+1)−a(j-1)}以上になり、かつ、k次均等分布性を満たす。これにより、条件1と条件2を満足するサイズNのインターリーバを構成することが可能となる。
【0073】
ここで、サイズN=8のアフィンインターリーバを用いて、置換位置を攪拌する場合を例にあげて説明する。まず、ステップS21において、アフィンインターリーバの置換関数p[i]の内容が、以式に従って定められる。
p[i]=(3×i)mod 8 ,(0≦i<8)
入力されたデータの位置iと置換先の位置p[i]からは、上の置換関数より、以下のような関係が求められる。
【0074】
次に、ステップS22において、q[i]が以下のように設定される。
ステップS23において、攪拌区間を決定するための、境界値が以下のように設定される。
境界値:a0=0,a1=2,a2=4,a3=6,a4=8
【0075】
次に、ステップS24において、所定のj(0≦j<5)に対して、aj≦i<aj+1を満たすq[i]同士の内容がランダムに入れ替えられる。この例の場合、q[0]とq[1],q[2]とq[3],q[4]とq[5]、およびq[6]とq[7]同士の内容がランダムに入れ替えられ、表18に示すように、新たなq[i]が得られる。
【0076】
最後に、ステップS25において、最終的な置換配列r[i]が、上述した処理により得られたp[i](表16)とq[i](表18)を用い、r[i]=p[q[i]]の関係により表19に示すように得られる。
このようにして得られた置換配列r[i]の内容は、置換データROM84に格納される。
【0077】
次に、図7と図8のフローチャートを参照して、他の置換位置の決定の仕方について説明する。この実施の形態では、置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であることが保証されているインターリーバの置換位置を、一定の範囲±aで変動させた後、さらに置換位置を、所定範囲で区切り、その内部を任意のアルゴリズムで攪拌した結果得られるインターリーブ位置に入力信号をインターリーブするような置換位置を生成するか、または、置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であることが保証されているインターリーバの置換位置を、所定範囲で区切り、その内部を任意のアルゴリズムで攪拌した後、さらに、置換位置を、一定の範囲aで変動させた結果得られるインターリーブ位置に入力信号をインターリーブするような置換位置データを生成する場合を説明する。すなわち、この例は、図5で説明した実施の形態と図6で説明した実施の形態とを組み合わせたものである。
【0078】
置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であることが保証されているインターリーバとして、サイズがNのアフィンインターリーバを用いる。ステップS31乃至S38の処理は、図5のステップS11乃至S18の処理と同様の処理なので、その説明は省略する。
【0079】
ステップS31乃至S38の処理により得られた配列r[i]の内容は、ステップS39(図8)において、配列p[i]にコピーされる。このコピーされた配列p[i]を用いて、ステップS40以降の処理が行われる。ステップS40乃至S43の処理は、図6のステップS22乃至S25の処理と同様の処理なので、その説明は省略する。
【0080】
ここで、サイズN=8のアフィンインターリーバの置換位置をシフト範囲を2として変動させた後、さらに、置換位置を所定の範囲で区切り、その内部を攪拌する場合について説明する。まず、ステップS31において、アフィンインターリーバの置換関数p[i]を以下のように定める。
p[i]=(3×i)mod 8 (0≦i<8)
入力データの位置iと置換先の位置p[i]からは、上の置換関数p[i]より、表20に示すような関係が求められる。
【0081】
次に、ステップS32において、q[i]が以下のように設定される。
【0082】
ステップS33において、シフト範囲A=2に設定され、ステップS34において、POS=0とされる。ステップS35乃至S37の処理が、POS=0乃至5(=N−A−1)まで行われることにより得られるq[i]の例を、表22に示す。
【0083】
このようにして得られたp[i](表20)とq[i](表22)から、ステップS37において生成されるr[i]を以下に示す。
【0084】
ステップS39おいて、r[i]の内容がp[i]にコピーされる。その結果を以下に示す。
さらにステップS40において、q[i]が以下のように設定される。
【0085】
ステップS41において、攪拌範囲を決定するための、境界値が以下のように決定される。
境界値:a0=0,a1=2,a2=4,a3=6,a4=8
次に、ステップS42において、所定のj(0≦j<5)に対して、aj≦i<aj+1を満たすq[i]同士の内容が、ランダムに入れ替えられる。この場合、q[0]とq[1],q[2]とq[3],q[4]とq[5]、およびq[6]とq[7]同士の内容が、それぞれランダムに入れ替えられ、以下に示す関係が得られる。
【0086】
最後にステップS43おいて、最終的な置換配列r[i]が、上述した処理により得られたp[i](表24)とq[i](表26)が用いられ、r[i]=p[q[i]]の関係により得られる。その得られる結果を表27に示す。
このようにして得られた結果は、置換データROM84に格納される。
【0087】
図9は、ターボ復号装置120の構成を示している。このターボ復号装置120は、図1に示したターボ符号化装置60より出力される符号化データを復号し、復号データを得るものである。このターボ復号装置120は、ターボ符号化装置60より出力される符号化データ(受信データ)の個数に対応した複数のソフトアウトプット復号回路131−1乃至131−Nを有している。ソフトアウトプット復号回路131は、MAPデコーダおよびSOVAデコーダ等の符号化側での入力データが0または1である確率を算出する機能を持つ、いわゆるソフトアウトプット復号方式を用いて構成される。また、各ソフトアップ復号回路131は、図1のターボ複合化装置10のインターリーバ2が行う処理とは逆の処理を行うデインターリーバを備えている。
【0088】
図9に示すターボ復号装置120の動作を説明する。受信データ(符号化データ)は、それぞれソフトアウトプット復号回路131−1乃至131−Nに供給される。そして、各ソフトアップ復号回路131では、それぞれ符号化側での入力データに対する推定確率値データを互いに利用し、数回および数10回の反復復号動作が行われる。そして、任意の復号回路(図9ではソフトアウトプット復号回路131−1)より最終的な復号データが出力される。
【0089】
このように、本実施の形態においては、複数の、置換前後の任意の2点間の距離の和が保証された、条件1を満たすインターリーバ、例えば、上述したアフィンインターリーバを乱数系列の発生方法であるM系列を用いて組み合わせることにより、または、置換前後の任意の2点間の距離の和が保証された条件1を満たすインターリーバを、特定のランダム化アルゴリズムでランダマイゼーションを行うことによって、下記の2条件、
[条件1] 置換前後の任意の2点間の距離の和が、充分大きくなる
[条件2] 置換位置を数列として見た場合、その数列はk次均等分布性と呼ばれる数学的性質を満たす
を満たすインターリーバを構成することを可能とし、高い誤り訂正能力を備えるターボ符号化・復号装置を実現することが可能となる。
【0090】
なお、上述した実施の形態では、本発明をターボ符号化装置、ターボ復号装置に適用したが、他の符号化装置、復号装置に適用しても良いし、アフィンインターリーバ以外のインターリーバを用いても良い。
【0091】
また、本明細書中において、上記処理を実行するコンピュータプログラムをユーザに提供する提供媒体には、磁気ディスク、CD-ROMなどの情報記録媒体の他、インターネット、デジタル衛星などのネットワークによる伝送媒体も含まれる。
【0092】
【発明の効果】
以上の如く請求項1に記載の符号化装置、請求項6に記載の符号化方法、および請求項7に記載の提供媒体によれば、置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であるアフィンインターリーバを用いて入力データを置換し、さらにランダマイズすることによりインターリーブを行うようにしたので、置換前後の任意の2点間の距離の和が大きくなり、かつ、置換位置を数列として見た場合に、その数列がk次均等分布を満たすようにインターリーブを行うことが可能となる。
【0093】
請求項9に記載の復号装置、請求項10に記載の復号方法、および請求項11に記載の提供媒体によれば、符号化装置が行うインターリーブ処理と逆の処理によりデインターリーブを行うようにしたので、置換前後の任意の2点間の距離の和が大きくなり、かつ、置換位置を数列として見た場合に、その数列がk次均等分布を満たすようにインターリーブされた符号化データを復号することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したターボ符号化装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図2】インターリーブの構成を示すブロック図である。
【図3】置換位置を決定する処理を説明するフローチャートである。
【図4】M系列発生回路の構成を示すブロック図である。
【図5】置換位置を決定する他の処理を説明するフローチャートである。
【図6】置換位置を決定するさらに他の処理を説明するフローチャートである。
【図7】置換位置を決定するさらに他の処理を説明するフローチャートである。
【図8】図7に続くフローチャートである。
【図9】ターボ復号装置の構成を示すブロック図である。
【図10】従来のターボ符号化装置の一例の構成を示すブロック図である。
【図11】畳み込み符号化回路の構成を示すブロック図である。
【図12】インターリーバの構成を示すブロック図である。
【図13】置換ROMに記憶されているデータを説明する図である。
【図14】ターボ符号化装置の入力データと符号化データのビット数の関係を示す図である。
【図15】ターボ復号装置の構成を示すブロック図である。
【図16】ターボ復号装置における受信データ、推定確率値データおよび復号データのビット数の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 畳み込み符号化回路, 60 ターボ符号化装置, 71 インターリーバ, 81 入力データ保持メモリ, 82 データ置換回路, 83 出力データ保持メモリ, 84 置換データROM, 120 ターボ復号装置
Claims (10)
- 入力データに対して畳み込み符号化を行う畳み込み手段と、
前記入力データに対して順次インターリーブを行うインターリーブ手段と
を備える符号化装置において、
前記インターリーブ手段は、
置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であるアフィンインターリーバを用いて前記入力データの置換を行う置換手段と、
前記置換手段により置換された前記入力データを、さらにランダマイズするランダマイズ手段と
を備えることを特徴とする符号化装置。 - 前記ランダマイズ手段は、発生される1と0の数が等しいK次均等分布を満たす乱数を用いる
ことを特徴とする請求項1に記載の符号化装置。 - 前記ランダマイズ手段は、ランダマイズするデータの範囲を±a(aは整数)の範囲で変動しながらランダマイズを繰り返す
ことを特徴とする請求項1に記載の符号化装置。 - 前記ランダマイズ手段は、所定の範囲を設定し、その範囲内のデータに所定のアルゴリズムを適用してランダマイズする
ことを特徴とする請求項1に記載の符号化装置。 - 前記ランダマイズ手段は、ランダマイズするデータの範囲を±aの範囲で変動した後、所定の範囲内に所定のアルゴリズムを適用してランダマイズする、または、所定の範囲を設定し、その範囲内に所定のアルゴリズムを適用してランダマイズした後に、さらに±aの範囲でランダマイズしながら変動する
ことを特徴とする請求項1に記載の符号化装置。 - 入力データに対して畳み込み符号化を行う畳み込み手段と、
前記入力データに対して順次インターリーブを行うインターリーブ手段と
を備える符号化装置の符号化方法において、
前記インターリーブ手段は、
置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であるアフィンインターリーバを用いて前記入力データの置換を行う置換ステップと、
前記置換ステップで置換された前記入力データを、さらにランダマイズするランダマイズステップと
を含むことを特徴とする符号化方法。 - 入力データに対して畳み込み符号化を行う畳み込み手段と、
前記入力データに対して順次インターリーブを行うインターリーブ手段と
を備える符号化装置の前記インターリーブ手段に、
置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であるアフィンインターリーバを用いて前記入力データの置換を行う置換ステップと、
前記置換ステップで置換された前記入力データを、さらにランダマイズするランダマイズステップと
を含む処理を実行させるコンピュータが読み取り可能なプログラムを提供することを特徴とする提供媒体。 - 置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であるアフィンインターリーバを用いて入力データの置換を行う置換手段と、
前記置換手段により置換されたデータを、さらにランダマイズするランダマイズ手段と
の組み合わせにより、前記入力データをインターリーブ処理しながら符号化する符号化装置から出力された符号化データを復号する復号装置において、
前記符号化装置が行うインターリーブ処理と逆の処理を行うデインターリーブ手段
を備えることを特徴とする復号装置。 - 置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であるアフィンインターリーバを用いて入力データの置換を行う置換手段と、
前記置換手段により置換されたデータを、さらにランダマイズするランダマイズ手段と
の組み合わせにより、前記入力データをインターリーブ処理しながら符号化する符号化装置から出力された符号化データを復号する復号装置の復号方法において、
前記符号化装置が行うインターリーブ処理と逆の処理を行うデインターリーブステップ
を含むことを特徴とする復号方法。 - 置換前後の任意の2点間の距離の和が所定値以上であるアフィンインターリーバを用いて入力データの置換を行う置換手段と、
前記置換手段により置換されたデータを、さらにランダマイズするランダマイズ手段と
の組み合わせにより、前記入力データをインターリーブ処理しながら符号化する符号化装置から出力された符号化データを復号する復号装置に、
前記符号化装置が行うインターリーブ処理と逆の処理を行うデインターリーブステップ
を含む処理を実行させるコンピュータが読み取り可能なプログラムを提供することを特徴とする提供媒体。
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