適用于數(shù)字多媒體廣播系統(tǒng)的前向糾錯(cuò)碼解碼器原理與VLSI實(shí)現(xiàn)研究.pdf

1、自從Shannon在1948年開創(chuàng)了“信息論與編碼理論”以來，經(jīng)過近60年年的發(fā)展，信道編碼技術(shù)已經(jīng)成為通信領(lǐng)域中一個(gè)重要而獨(dú)特的分支。從早期的Cable Modem到現(xiàn)在的多媒體廣播，從光盤、硬盤存儲(chǔ)器到以太網(wǎng)芯片，隨處可見前向糾錯(cuò)(Forward Error Correction)技術(shù)的應(yīng)用。但是由于Shannon的理論只是指出了可靠通信的一個(gè)理論上限，幾十年來業(yè)界的大部分努力都是在尋找復(fù)雜度上適合硬件實(shí)現(xiàn)，性能上逼近理論極限的信道

2、編解碼技術(shù)。 目前，多媒體數(shù)字視頻的熱潮正在席卷全球，成為電視傳播領(lǐng)域自從從黑白電視到彩色電視變革后的第二次徹底的變革。美國(guó)從2006年起開始強(qiáng)制實(shí)施數(shù)字電視一體機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)；中國(guó)預(yù)期在2015年徹底關(guān)閉全國(guó)模擬電視廣播而實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視廣播的全面覆蓋。目前，作為數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的核心技術(shù)的解調(diào)芯片已經(jīng)成為眾多機(jī)構(gòu)的研發(fā)重點(diǎn)，而在各式各樣的多媒體數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)中，F(xiàn)EC無一例外的成為了重要組成部分。 本文在對(duì)當(dāng)前數(shù)字電視發(fā)

3、展情況進(jìn)行深入調(diào)研及分析后，針對(duì)數(shù)字視頻廣播多種方案并存的現(xiàn)狀，選取了具有代表性的兩種地面廣播方案：歐洲D(zhuǎn)VB-C標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)DMB-T 標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)檫@兩種視頻廣播方案所采用的FEC方案具有相當(dāng)?shù)牡湫托院痛硇?。DVB-C采用的信道編碼方案是經(jīng)典的帶交織的Reed-Solomon碼方案，而DMB-T標(biāo)準(zhǔn)采用的是最新的LDPC(Low DensityParitv Check)碼與BCH碼的級(jí)聯(lián)方案。筆者在對(duì)RS，LDPC，BCH等編碼進(jìn)行系統(tǒng)

4、的理論分析和研究之后，結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用情況，提出了適用于DVB-C標(biāo)準(zhǔn)的RS解碼器VLSI方案和適用于DMB-T標(biāo)準(zhǔn)的LDPC碼解碼器VLSI方案。 在研究解碼器VLSI實(shí)現(xiàn)的過程中，本文提出了以下的算法和結(jié)構(gòu)來優(yōu)化解碼器的硬件實(shí)現(xiàn)：(1)針對(duì)DVB-T標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)格為(204，188)截短RS碼，本文采用改進(jìn)歐拉迭代算法來求解關(guān)鍵多項(xiàng)式，具有硬件規(guī)整易調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，并且充分利用了DVB-T 系統(tǒng)中的多倍率時(shí)鐘系統(tǒng)，通過讓RS譯碼器各模

5、塊工作在不同的時(shí)鐘節(jié)拍下以優(yōu)化其流水線結(jié)構(gòu)。(2)提出了基于帶選主元三角分解法的LDPC編碼算法，并提供了基于該算法的編碼器VLsI架構(gòu)，該編碼器適用于滿足一定條件的隨機(jī)構(gòu)造的LDPC碼。(3)針對(duì)DMB-T 標(biāo)準(zhǔn)中的LDPC碼，提出了基于部分最小項(xiàng)的譯碼算法，該算法可以有效的降低LDPC譯碼器節(jié)點(diǎn)處理單元的復(fù)雜度，并且大大減小存儲(chǔ)器的消耗量。(4)針對(duì)DMB-T標(biāo)準(zhǔn)中的LDPC碼，設(shè)計(jì)了并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可商用的緊湊高效的解碼器，采用了置信

6、度交迭處理、置信度半廣播傳遞等技術(shù)以優(yōu)化LDPC譯碼器的復(fù)雜度。 針對(duì)歐洲D(zhuǎn)VB-C和中國(guó)DMB-T這兩種視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)的不同應(yīng)用場(chǎng)合與具體情況，本文給出了上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中信道解碼模塊，即RS碼和LDPC碼的詳細(xì)算法和硬件實(shí)現(xiàn)方案。給出的算法包括常規(guī)的解碼方案和作者改進(jìn)優(yōu)化的解碼算法，對(duì)于每種算法均給出了詳細(xì)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)性能仿真結(jié)果和復(fù)雜度評(píng)估。本文提供的硬件方案包括了具體的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，各子模塊的設(shè)計(jì)，信號(hào)流分析與流水線優(yōu)化，并且與文