改進(jìn)的不等差錯(cuò)保護(hù)噴泉碼構(gòu)造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)可靠多媒體傳輸?shù)男路椒?，屬于通信編碼技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在多媒體數(shù)據(jù)廣播中，通常采用對數(shù)據(jù)進(jìn)行分層編碼的方式來減少信道錯(cuò)誤對接收數(shù)據(jù)完整性的破壞，如可伸縮性視頻編碼(Svalable Video Coding, SVC)方案，(見“Overview of Scalable Video Coding Extens1n of the H.264/AVCStandard，，，IEEE Transact1ns on Circuits and Systems for Video Technology,Vol.17，N0.9，September 2007)。該編碼方案將數(shù)據(jù)分成若干層進(jìn)行傳輸，基本層(BaseLayer)數(shù)據(jù)提供一個(gè)基本的圖像質(zhì)量，增強(qiáng)層(Enhancement Layer)數(shù)據(jù)在基本層數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上通過增量的方式對圖像質(zhì)量進(jìn)行改善。這樣，接收機(jī)就可根據(jù)信道質(zhì)量接收不同層數(shù)的數(shù)據(jù)。
[0003]噴泉碼是一種應(yīng)用于刪除信道的糾刪碼技術(shù)。噴泉碼的典型應(yīng)用包括組播和廣播業(yè)務(wù)、分布式網(wǎng)絡(luò)存儲等。噴泉碼的基本思想是，在發(fā)送端使用無比率編碼方法將K個(gè)信源分組編成半無窮編碼分組序列進(jìn)行發(fā)送。每一個(gè)接收點(diǎn)正確接收到K個(gè)編碼分組(或者略大于K個(gè)編碼分組)即可解出原發(fā)送的K個(gè)信源分組。接收機(jī)正確譯出所發(fā)送的K個(gè)信源分組后，即向發(fā)送端發(fā)送單次確認(rèn)信號，結(jié)束此次通信。目前，一種系統(tǒng)Raptor碼已被3GPP組織的MBMS標(biāo)準(zhǔn)所采納。
[0004]在采用SVC方案的視頻文件傳輸中，部分?jǐn)?shù)據(jù)需要更高的可靠性，傳統(tǒng)的噴泉碼只能提供等差錯(cuò)保護(hù)(EqualError Protect1n, EEP)特性，其已不能滿足SVC方案的視頻傳輸需求，這時(shí)需要研宄具有不等差錯(cuò)保護(hù)(Unequal Error Protect1n, UEP)特性的噴泉碼。Rahnavard 等人在文章 “Rateless codes with unequal error protect1nproperty，，(IEEE Transact1ns on Informat1n Theory, Vol.53, N0.4, April 2007)中提出了加權(quán)類UEP噴泉碼。隨后Sejdinovic等人又提出了一種更加靈活新穎的UEP噴泉碼設(shè)計(jì)方法，這種碼被命名為擴(kuò)展窗噴泉(Expanding Window Fountain, EffF)碼(見 “Expanding Window Fountain Codes for Unequal Error Protect1n，，，IEEETransact1ns on Communicat1ns, Vol.57, N0.9, September 2009)。2011 年，Ahmad等人提出了一種虛擬擴(kuò)展噴泉碼(見“Unequal Error Protect1n Using FountainCodes With Applicat1ns to Video Communicat1n，，，IEEE Transact1ns onMultimedia, Vol.13, N0.1, February 2011)來實(shí)現(xiàn)UEP的性能，仿真結(jié)果顯示此種碼性能優(yōu)于加權(quán)類UEP噴泉碼和EWF碼，但是其編譯碼復(fù)雜度高于其他兩種方案。
[0005]傳統(tǒng)的虛擬擴(kuò)展噴泉碼方法為假定有K個(gè)信源分組要在刪除信道中傳輸，信源分組根據(jù)要求的保護(hù)級別被劃分成了 r類，其大小分別為Sl，S2, L, 其中Sl+S2+L+\= K。最前面的81個(gè)信源分組代表最重要的信息，緊接著的s 2個(gè)信源分組代表第二級別重要信息，依次類推得到r類，即如果i > j的話，則Si的重要性高于s jo對每個(gè)^安排一個(gè)虛擬擴(kuò)展因子RFi,如果i > j，則RFi> RF]來實(shí)現(xiàn)UEP，在獲得虛擬擴(kuò)展源后，再通過另一個(gè)整數(shù)擴(kuò)展因子EF對前面得到的虛擬擴(kuò)展源進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)展，從而達(dá)到改善整個(gè)碼性能的目的，最后，其編碼過程按照原始的LT碼過程進(jìn)行編碼，其度分布為魯棒孤波(Robust Soliton)分布。附圖1展示了一個(gè)r = 2、RF1= 2、RF 2= I和EF = 2的虛擬擴(kuò)展噴泉碼示例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的不等差錯(cuò)保護(hù)噴泉碼構(gòu)造方法，通過改進(jìn)傳統(tǒng)的虛擬擴(kuò)展噴泉碼構(gòu)造方法而減少編譯碼復(fù)雜度的同時(shí)能夠取得很好的譯碼性能。
[0007]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，
[0008]一種改進(jìn)的不等差錯(cuò)保護(hù)噴泉碼構(gòu)造方法，具體步驟如下:
[0009]步驟一、對多媒體信源進(jìn)行分層編碼；
[0010]如對一段視頻信號采用SVC方案進(jìn)行編碼，產(chǎn)生一個(gè)基本層數(shù)據(jù)和若干個(gè)增強(qiáng)層數(shù)據(jù)；
[0011]步驟二、對基本層和增強(qiáng)層數(shù)據(jù)采用不同碼率的低率LDPC碼進(jìn)行編碼產(chǎn)生相應(yīng)的虛擬擴(kuò)展分組；數(shù)據(jù)重要性越高，其對應(yīng)的LDPC碼率越低；
[0012]步驟三、直接對步驟二得到的虛擬擴(kuò)展分組采用ISRR度分布進(jìn)行LT編碼，得到編碼分組，完成編碼過程。
[0013]傳統(tǒng)虛擬擴(kuò)展噴泉碼的虛擬擴(kuò)展因子RFi只能是整數(shù)，而且由于虛擬擴(kuò)展過程相當(dāng)于重復(fù)編碼，其編碼性能較差，本發(fā)明采用LDPC碼進(jìn)行虛擬擴(kuò)展，其性能優(yōu)于重復(fù)碼，并且本發(fā)明采用LDPC碼進(jìn)行虛擬擴(kuò)展能夠使得RFiS任意實(shí)數(shù)值，顯然本發(fā)明設(shè)計(jì)更加靈活方便。如果信源分組Si的重要性高于s j,則Si對應(yīng)的LDPC碼率R 須低于s 對應(yīng)的LDPC碼率R」，Si對應(yīng)的LDPC碼率R $ 1/RF —
[0014]不同于傳統(tǒng)虛擬擴(kuò)展噴泉碼，本發(fā)明不再進(jìn)行整數(shù)擴(kuò)展因子EF的二次擴(kuò)展。不同于傳統(tǒng)虛擬擴(kuò)展噴泉碼，本發(fā)明進(jìn)行LT編碼時(shí)，不再采用Robust Soliton度分布，而是米用了 Talari 等人在文章 “On the Intermediate Symbol Recovery Rate of RatelessCodes，，(IEEE Transact1ns onCommunicat1ns, Vol.60, N0.5, May 2012)中提出的具有很好的中間分組恢復(fù)能力的ISRR度分布。本發(fā)明之所以不采用整數(shù)擴(kuò)展因子EF進(jìn)行二次擴(kuò)展的原因?yàn)?通過理論分析和仿真發(fā)現(xiàn)如果采用固定度分布進(jìn)行LT編碼，整數(shù)擴(kuò)展因子EF > I將會惡化整個(gè)碼的性能，而ISRR度分布正是一種固定度分布，所以整數(shù)擴(kuò)展因子EF> I導(dǎo)致譯碼性能惡化。圖2通過仿真驗(yàn)證了 EF = 2時(shí)傳統(tǒng)EEPLT碼性能差于EF = I時(shí)的EEP LT碼，其中橫坐標(biāo)表示接收機(jī)收到(1+ ε )K(其中，K = 4000信源分組)個(gè)編碼分組，ε稱為譯碼開銷，縱坐標(biāo)表示譯碼后的比特錯(cuò)誤率(Bit ErrorRate，BER)，ISRR度分布SD1(X) = 0.1452x+0.8548x2。由于ISRR度分布是一種固定度分布，其平均度值遠(yuǎn)小于Robust Soliton度分布的平均度值，所以本發(fā)明的編譯碼復(fù)雜度遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)虛擬擴(kuò)展噴泉碼，能實(shí)現(xiàn)線性時(shí)間編譯碼。
[0015]本發(fā)明有益效果:
[0016]附圖3 展示了一個(gè) r = 2、R1= !/RF1= 1/2、R2= 1/RF2= I 的改進(jìn) UEP 噴泉碼構(gòu)造方法示例。經(jīng)此方法處理，與傳統(tǒng)虛擬擴(kuò)展噴泉碼相比，本方法不僅能降低編譯碼復(fù)雜度，而且能夠獲得更好的譯碼性能。傳統(tǒng)虛擬擴(kuò)展噴泉碼采用Robust Soliton度分布，其編譯碼復(fù)雜度不是隨著信源分組數(shù)目K線性增大，而采用ISRR度分布，由于其是一種最大度值較小，且其最大度值不隨信源分組數(shù)目K變化的固定度分布，從而能夠?qū)崿F(xiàn)線性時(shí)間編譯碼。本發(fā)明也未米用文章 “Raptor Codes”(IEEE Transact1ns onlnformat1nTheory, Vol.52, N0.6, June 2006)中給出的固定度分布，此種固定度分布雖然能夠?qū)崿F(xiàn)線性時(shí)間編譯碼，但是不具有很好的中間分組恢復(fù)能力，從而使得其在本發(fā)明提出的方法中具有比較差的性能，見圖4所示。圖4中的RaptorCodes度分布Ω2(χ)為:
[0017]Ω 2 (X) = 0.007969X+0.49357χ2+0.16622χ3+0.072646χ4+0.082558x5
[0018]。
[0019]+0.056058x8+0.037229x9+0.05