專利名稱：快速譯碼器的標樁的有損壓縮的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種迭代譯碼器，它使用一種滑動窗口算法對輸入的具有一定信噪比的編碼信號進行譯碼，其中存儲標樁(stake)的狀態(tài)度量是為了用作未來迭代中的反向遞歸的起始點。
本發(fā)明更進一步涉及一種譯碼方法，它使用一種滑動窗口算法對輸入的具有一定信噪比的編碼信號進行譯碼，其中存儲標樁的狀態(tài)度量是為了用作未來迭代中的反向遞歸的起始點。
這樣的迭代譯碼器是由如下文件中被公開the document′Organisation de la memoire dans un turbo decodeur utilisantl′algorithme SUB-MAP ′by Adod Dingninou，F(xiàn)athi Raouafi and ClaudeBen-on，Departement d′electronique，BNST Bretagne，BP 832，29285Brest Cedex，F(xiàn)rance.
該文件公開了一種使用滑動窗口的迭代快速譯碼器。為了使用滑動窗口算法來對數(shù)據(jù)塊譯碼，譯碼器在數(shù)據(jù)塊之前和/或之后開始對格狀籬笆(trellis)步驟作一定數(shù)量的譯碼，以使得到達數(shù)據(jù)塊的第一個和最后一個狀態(tài)度量矢量的較好的預估狀態(tài)度量，這是可行的，因為格狀籬笆碼的狀態(tài)度量具有收斂特性。若不考慮假設的起始狀態(tài)度量，狀態(tài)度量將在幾個格狀步驟之后朝著正確的解答收斂，從而得到用于對數(shù)據(jù)字節(jié)編碼的碼的結(jié)果。這樣在一個系統(tǒng)中，其中2u個狀態(tài)都在一個格狀步驟可能中以組成一個狀態(tài)度量矢量，快速譯碼器在數(shù)據(jù)塊之前和/或之后啟動大約5u個格狀籬笆步驟，以確信該狀態(tài)度量已經(jīng)充分地收斂，在需要解碼的數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束生成了一個合理的狀態(tài)度量的預測值。數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束的狀態(tài)度量矢量就稱為標樁，在滑動窗口算法中，數(shù)據(jù)塊之前和/或之后的5u個格狀步驟將在每個迭代中被計算。
作為對滑動窗口算法的改進，下列文件′Organisation de lamemoire clans un turbo decodeur utilisant l′algorithme SUB-MAP′公開了對于迭代譯碼器存儲用于下一次迭代的標樁是有利的。
這增加了存儲器的用處，在減少用于開始數(shù)據(jù)塊之外的格狀6u步驟的同時，導致處理的減少，這是因為從前一個迭代中獲取的標樁已經(jīng)相當準確地預測到數(shù)據(jù)塊的起始和終止處的狀態(tài)，并且啟動于格狀之外5u的一個重復的前向和后向遞歸將不會產(chǎn)生明顯更多的關于數(shù)據(jù)塊的起始和終止狀態(tài)度量的準確預測。只有標樁的狀態(tài)度量需要被存儲。
在每個度量中具有6個狀態(tài)和10個比特的系統(tǒng)中，這將帶來每個標樁80比特的存儲要求。
對總共有5000個格狀度量，一個標樁有40個格狀步驟的，存儲需求則有125*8*10＝10Kbit。
有關這個譯碼器的一個問題是，與常規(guī)滑動窗口算法比較起來，附加存儲器需求是不合適宜的。
本發(fā)明通過提供一個解碼器解決了這個問題，該解碼器的特征在于具有標樁的狀態(tài)度量通過有損壓縮而被壓縮。
通過壓縮標樁的狀態(tài)度量，存儲需求的數(shù)量便進一步的減少。
這是基于這樣的認識，經(jīng)過使用有損壓縮，標樁中的狀態(tài)度量的一些信息丟失了，但是如果這個結(jié)果誤差可以與啟動于數(shù)據(jù)外5u的反向遞歸的誤差相比，則反向遞歸不會從這個丟失中受損。因此，沒有必要存儲無損標樁的狀態(tài)度量。
一個本發(fā)明的實例具有這樣的特征，迭代譯碼器可以通過選擇一個具體的狀態(tài)并只存儲標樁內(nèi)的這個具體狀態(tài)的位置來壓縮狀態(tài)度量。
在一個格狀籬笆步驟中，不同的狀態(tài)只有相對的重量是相關的，它表明到達一個特定狀態(tài)的代價。通過只存儲最相關狀態(tài)的位置，存儲需求便極大地減少了。在以上例子中，存儲最相關狀態(tài)的位置只需要3比特，將存儲量從10Kbit減少到125*3＝375bit。
本發(fā)明的更進一步的實例的特征是，特定狀態(tài)是標樁的所有狀態(tài)中具有最低代價的狀態(tài)。
一個標樁最可能的狀態(tài)與反映最低代價的度量相關。通過只存儲具有最低代價的度量的狀態(tài)的標樁的位置，度量值丟失了，留下的僅有的信息就是格狀中哪個狀態(tài)是最可能的。上述例子中，存儲量從4Kbit減少到125*3＝375bit，而信息中最有用的部分——最可能狀態(tài)的位置則保留了下來。這表明了存儲量有極大的減少而又為反向遞歸提供了適當?shù)钠鹗键c。
而本發(fā)明的更進一步的實例的特征在于，迭代譯碼器通過對已存儲的特定狀態(tài)所指示的標樁狀態(tài)賦予0值來重建標樁，并且對標樁的所有其它狀態(tài)賦予相等的、非零的代價值。
標樁的重建是基于已有的信息的，即在具有代表最低代價的度量的狀態(tài)的標樁中的位置，其它狀態(tài)的狀態(tài)度量都被設置為相同的值，然后這個重建的標樁就在下一個迭代中用作反向遞歸的起始點。
而本發(fā)明更進一步的實例的特征在于，預設的不相同的代價由對已編碼碼字確定，已編碼碼字是無噪聲的，并且用一個等于0的狀態(tài)度量來選擇第一個狀態(tài)度量矢量，用作重建標樁的第一個譯碼狀態(tài)，該標樁具有一個等于0的狀態(tài)度量，被所存儲的特定狀態(tài)度量位置所指示。
重建標樁的最佳狀態(tài)度量通過編碼碼字和對該碼字譯碼來確定，同時確定該碼字仍然是任意無噪聲的。當編碼器通過一個狀態(tài)，比如說位于x的狀態(tài)2，在對數(shù)據(jù)字編碼時，譯碼器將發(fā)現(xiàn)在同樣的位置，如果編碼碼字是無噪聲的，狀態(tài)2將具有最低代價。該實例中，該狀態(tài)度量矢量將會發(fā)現(xiàn)關聯(lián)于常數(shù)，并被認為是常數(shù)，例如存儲于一個固定的存儲器。當一個譯碼器在由上一次迭代存儲的位置指示的某個狀態(tài)重建一個標樁時，該存儲于固定存儲器中的狀態(tài)矢量便被選擇為與同樣狀態(tài)相關聯(lián)。
而本發(fā)明更進一步的實例的特征在于，代價與輸入信號的信噪比成正比。
格狀狀態(tài)的狀態(tài)度量的絕對值反映了到達該狀態(tài)的代價，因此，如果該信號具有高的信噪比則可能的狀態(tài)將更加不同于低信噪比的時候。所以，到達一個狀態(tài)的代價，它由狀態(tài)度量反映出來，在一個具有高信噪比的系統(tǒng)的狀態(tài)矢量中會更加不同，在高信噪比的情形下處于某個狀態(tài)的可能性會明顯地比較大，并且到達其它可能狀態(tài)的代價會較高。
在低信噪比的情形，沒有哪個狀態(tài)表現(xiàn)出更大的可能性，到達任何一個狀態(tài)的的代價都是相似的。因此，本發(fā)明為應用于標樁的所有狀態(tài)的所有度量的代價提供了一個比例因子，來反映信號的信噪比。
本發(fā)明將采用圖示來解釋。


圖1顯示了滑動窗口算法的概念。
圖2顯示了存儲標樁的概念，用來在存儲器使用方面減少計算量。
圖3顯示了有損壓縮和標樁重建。
圖4顯示了用來重建標樁的狀態(tài)度量矢量的判定。
圖5顯示了一個具有4個狀態(tài)的系統(tǒng)的格狀籬笆，以及用在標樁重建過程中的狀態(tài)度量矢量的判定。
圖1顯示了在一個數(shù)據(jù)字中一個解碼器執(zhí)行的用于兩個連續(xù)迭代的滑動窗口算法的概念。
一個窗口內(nèi)被放置于數(shù)據(jù)字7的數(shù)據(jù)塊1將被譯碼，為此，解碼器將在距離數(shù)據(jù)塊的起始和/或終止3個、5個5u距離上開始譯碼。當遞歸在數(shù)據(jù)塊1的其實和/或終止位置到達狀態(tài)度量矢量9、11時，狀態(tài)度量矢量9、11的預測將是相當準確的，狀態(tài)9、11可以用來作為對數(shù)據(jù)塊1譯碼的起始點。
在下一個迭代將重復這樣的處理，譯碼器將在距離數(shù)據(jù)塊19的起始和/或終止位置5u的距離上開始譯碼。當格狀籬笆在數(shù)據(jù)塊在數(shù)據(jù)塊19的起始和/或終止位置到達狀態(tài)度量矢量15、17，那么狀態(tài)度量矢量15、17的預測會是相當準確的，因為作為前一次迭代的結(jié)果數(shù)據(jù)字13的精確性已經(jīng)被改進了，而作為狀態(tài)度量矢量15的結(jié)果，在當前迭代中發(fā)現(xiàn)的17′與上次迭代相比在一定程度上有所不同，狀態(tài)度量矢量9、11、15、17不被存儲，但在每次需要時被計算，這就導致計算量的增加，而同時在迭代之間存儲狀態(tài)度量矢量不需要附加的存儲器。
圖2顯示了存儲標樁以減少在存儲器使用方面的計算量，使用基本的滑動窗口算法，將第一個迭代中的數(shù)據(jù)字25譯碼，為此，譯碼器在距離數(shù)據(jù)塊27的起始和/或終止29、31個5u的位置開始譯碼，當?shù)跀?shù)據(jù)塊27的起始和或終止位置到達狀態(tài)矢量33、35，則狀態(tài)矢量的估測將會非常準確。到此為止，數(shù)據(jù)塊被譯碼了，通過數(shù)據(jù)塊27的前向和反向迭代使得狀態(tài)矢量33和35的準確度進一步增加了。狀態(tài)矢量33和35被稱作標樁，標樁狀態(tài)矢量33和/或35存儲為標樁以用于下一次迭代，在數(shù)據(jù)塊27的起始位置的狀態(tài)矢量33被用作狀態(tài)度量矢量37，作為在數(shù)據(jù)塊39中下一次迭代的起始點，在數(shù)據(jù)塊27終止位置的狀態(tài)度量矢量35被用作狀態(tài)度量矢量38以在數(shù)據(jù)塊39中開始下一次反向迭代。
因此沒有更多的必要來在距離數(shù)據(jù)塊開始和/或終止位置5u距離來開始譯碼，在增加的存儲量方面減少計算量。
圖3顯示了標樁的有損壓縮和重建。
圖2中解釋了在迭代中發(fā)現(xiàn)的標樁43被存儲用于下一次迭代。為減少存儲量，不是標樁43的所有的狀態(tài)度量45、47、49、51都要存儲，只有特定狀態(tài)度量45、47、49、51被存儲，這意味著這個處理過程中所有狀態(tài)度量45、47、49、51的值都丟失了。圖3顯示了一個具有4個可能狀態(tài)的系統(tǒng)的一個標樁43，如果狀態(tài)度量45被選擇來作為特定狀態(tài)，比如由于它只與到達該狀態(tài)的最低代價相關，只將標樁43中的狀態(tài)度量45的位置存儲到存儲器53，此例中，位置是位置0，而且只需存儲0值。在一個具有4個狀態(tài)的系統(tǒng)中，為每個標樁存儲一個位置只需2比特，對8狀態(tài)的系統(tǒng)則只需3比特。
在下一個迭代，譯碼器從存儲器53取出位置，以及重建裝置63基于從存儲器53和65取出的信息來重建標樁67，存儲器65中，為系統(tǒng)中的每個可能狀態(tài)狀態(tài)度量矢量55、57、59、61，重建裝置63從存儲器65選擇狀態(tài)度量矢量55、57、59、61，該存儲器與由存儲器53中取出的位置指示的系統(tǒng)狀態(tài)相關聯(lián)，并且通過將從所選擇的狀態(tài)度量矢量55、57、59、61的適當?shù)臓顟B(tài)度量0、A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、、L拷貝到將被重建的標樁67。
這種方式將使存儲量大大增加，而又保留滑動窗口算法的優(yōu)越性，并且減少圖2中的概念提供的計算量。
圖4顯示了用于重建標樁的狀態(tài)度量矢量的判定。
圖4中，編碼器42在對一個數(shù)據(jù)字編碼時在時刻T傳輸了狀態(tài)48，這意味著當數(shù)據(jù)字被譯碼器46譯碼時，在通過無噪聲信道44之后，譯碼器將會發(fā)現(xiàn)狀態(tài)58在時刻T具有最低的代價，與之相關的狀態(tài)矢量52可以被認為是狀態(tài)58的典型，通過確信編碼器42通過所有狀態(tài)62、48、64，可以為每個狀態(tài)56、58、60獲得典型狀態(tài)度量矢量50、52、54，這樣的操作只需執(zhí)行一次并且存儲所得的狀態(tài)度量矢量50、51、54以供將來使用。對一個有4個可能狀態(tài)的系統(tǒng)來說，可獲得4個典型的狀態(tài)度量矢量，這些狀態(tài)度量矢量有效地成為圖3中的存儲于存儲器65的狀態(tài)度量矢量55、57、59、61，當譯碼器46在迭代之前重建標樁時，存儲于前一次迭代的位置為標樁指示狀態(tài)以重建，然后，譯碼器46通過將選擇狀態(tài)度量矢量的狀態(tài)度量矢量拷貝到需重建的標樁。
圖5顯示了一個具有4狀態(tài)的系統(tǒng)的格狀籬笆，以及將要用于標樁重建的狀態(tài)度量矢量的判定。
對具有4個可能狀態(tài)的系統(tǒng)來講，譯碼器用來計算狀態(tài)度量矢量50、51、52、83的MAX-OG-MAP型的公式為S0(k+1)＝min(SO(k)+0，51+2A)S1(k+1)＝min(52+A，S3+A)＝A+min(52，S3)52(k+1)＝min(S0+2A，51+0)53(k+1)＝min(S2+A，53+A)＝A+min(52，S3)解這些方程就可得到0碼字的狀態(tài)度量矢量SMV0＝(0，3A，2A，3A)。
如圖4所示，其余3個狀態(tài)度量矢量SMV1，SMV2，SMV3可以從狀態(tài)度量矢量SMV0中推導出來。
開始于狀態(tài)度量矢量SMV0，與在格狀籬笆中從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)相關聯(lián)的代價根據(jù)在格狀籬笆中轉(zhuǎn)換的位置被指示為0、A及2A，例如，狀態(tài)0 SMV0的狀態(tài)矢量是(S0，S1，S2，S3)，其值為(0，3A，2A，3A)。從狀態(tài)0轉(zhuǎn)換到狀態(tài)2，格狀籬笆的代價將被加到狀態(tài)度量矢量SMV0的狀態(tài)度量中，這就得到一個新的狀態(tài)度量矢量SMY2，其狀態(tài)度量為(2A，3A，0，3A)。用同樣的方式可以成功地得到狀態(tài)3的狀態(tài)度量矢量SMV3和狀態(tài)1的狀態(tài)度量矢量SMV1，當狀態(tài)度量指示出到達有關存儲于前次迭代中的狀態(tài)，比如說狀態(tài)2是具有最低的代價(由0表示)，那么，所選擇的用來重建標樁的狀態(tài)度量矢量便是具有狀態(tài)度量(2A，3A，0，3A)的狀態(tài)度量矢量SMV2。在圖5的例子中，開始于一個狀態(tài)度量矢量SMV0，當從狀態(tài)0轉(zhuǎn)到狀態(tài)2時，譯碼器生成碼比特‘11’，使得譯碼器從狀態(tài)度量矢量SMV0變到狀態(tài)度量矢量SMV2。
狀態(tài)度量矢量SMV2、SMV3和SMV1是這樣計算出來的SMV2＝(2A，3A，0，3A)SMV3＝(3A，2A，3A，0)SMV1＝(3A，0，3A，2A)這些狀態(tài)度量矢量50、51、52和53可以在標樁重建期間，被重建裝置63作為狀態(tài)度量矢量55、57、59、61存儲于圖3中的存儲器65，由于它們可以事先被確定，這些狀態(tài)度量50、51、52和83可以永久地存儲于存儲器65。
權利要求
1.用迭代方式對輸入編碼信號譯碼的譯碼器，它采用滑動窗口算法，其中標樁的狀態(tài)度量矢量用來作為下一次迭代的前向或后向遞歸的起始點，標樁的狀態(tài)度量被存儲于積存器中特征在于，標樁的狀態(tài)度量以有損壓縮形式存儲。
2.根據(jù)權利要求1的解碼器，其特征在于，解碼器通過選擇特定狀態(tài)度量并僅存儲該特定狀態(tài)度量在標樁中的位置。
3.根據(jù)權利要求2的解碼器，其特征在于，特定狀態(tài)度量是代表所有標樁的狀態(tài)度量中的最低代價的狀態(tài)度量
4.根據(jù)權利要求3的解碼器，其特征在于，譯碼器通過為標樁的狀態(tài)度量設置代表代價為0的狀態(tài)度量，該狀態(tài)度量由所存儲的特定狀態(tài)度量的位置所指示，并且為標樁的所有其它狀態(tài)度量設置預定的、相同的、非零的代價值來重建標樁。
5.根據(jù)權利要求3的解碼器，其特征在于，譯碼器通過為標樁的狀態(tài)度量設置代表代價為0的狀態(tài)度量，該狀態(tài)度量由所存儲的特定狀態(tài)度量的位置所指示，并且為標樁的所有其它狀態(tài)度量設置預定的、相同的、非零的代價值來重建標樁。
6.根據(jù)權利要求5的譯碼器，其特征在于，通過對一個關聯(lián)的碼字作反向遞歸來預設不相同的代價，使得在幾次反向遞歸之后，相對于在遞歸步驟中和兩個連續(xù)遞歸步驟中的其它狀態(tài)，每個狀態(tài)的代價保持相同，該反向遞歸便導致該狀態(tài)的最低可能的代價。
7.根據(jù)權利要求5的譯碼器，其特征在于，通過對編碼碼字譯碼來確定不等的代價，其中編碼碼字通過第一個狀態(tài)并且該編碼碼字是無噪聲的，并且用一個等于0的狀態(tài)度量來選擇第一個狀態(tài)度量矢量，找到第一個譯碼狀態(tài)，通過所存儲的特定狀態(tài)度量的位置所指示的等于0的狀態(tài)度量來重建標樁。
8.根據(jù)權利要求4、5、6、及7的譯碼器，其特征在于，代價正比于輸入信號的信噪比。
9.根據(jù)權利要求4、5、6、7及8的譯碼器，其特征在于，預設的代價存儲于永久存儲器。
10.包括一個根據(jù)權利要求1至9的譯碼器的通信接收器。
11.包括一個根據(jù)權利要求10的通信接收器的移動電話。
12.包括一個根據(jù)權利要求10的通信接收器的多媒體設備。
全文摘要
一種利用滑動窗口算法的快速譯碼器可以進行快速的計算,最近的發(fā)展已經(jīng)通過在迭代運算之間存儲標樁的辦法,在增加的存儲器使用開銷同時減少了迭代譯碼器的計算量,用于改進的滑動窗口算法的標樁是可以被壓縮的,使得譯碼器具有最小的附加存儲量,而通過在迭代之間存儲標樁的辦法保留計算量方面的優(yōu)勢。優(yōu)選地,狀態(tài)度量的位置代表了存儲標樁內(nèi)的最低代價。
文檔編號H03M13/29GK1389021SQ01802684
公開日2003年1月1日 申請日期2001年8月30日 優(yōu)先權日2000年9月4日
發(fā)明者J·T·M·H·迪利森 申請人:皇家菲利浦電子有限公司