專利名稱：基于度2和度3編碼包的噴泉碼解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴泉碼解碼方法，尤其涉及一種在具有傳輸時延大、丟包率大、鏈路易斷等特點(diǎn)的應(yīng)用背景下的噴泉碼解碼方法。
背景技術(shù)：
標(biāo)準(zhǔn)的文件傳輸協(xié)議中，將一個文件簡單的分成k個等大小的數(shù)據(jù)包，然后重復(fù)發(fā)送每一個數(shù)據(jù)包，知道接收端成功接收每一個數(shù)據(jù)包，通常需要有一個反饋信道來通知發(fā)送端那些信息還收到，需要重發(fā)。在Luby提出的噴泉碼中，每個發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)包隨機(jī)地包含了全局信息，發(fā)送端只需發(fā)送數(shù)據(jù)包，而不需要知道那些數(shù)據(jù)包丟失，而收端只需收集齊一定數(shù)量的編碼數(shù)據(jù)包，設(shè)為N，只需N略大于源文件的分組k，收端就能以一定的概率還原源文件。最早提出的噴泉碼只使用于刪除信道，如網(wǎng)絡(luò)通信中，經(jīng)過眾人的研究，有學(xué)者提出了噴泉碼在非刪除信道中的使用方式，使噴泉碼的有用更廣泛，如今噴泉碼已被應(yīng)用于數(shù)據(jù)廣播、多元下載、分布式存儲、協(xié)同通信等多個方面。Digital Fountain公司設(shè)計(jì)的系統(tǒng)Raptor碼已經(jīng)被3GPP MBMS標(biāo)準(zhǔn)采用。隨著噴泉碼的發(fā)展，將噴泉碼引入了具有傳輸時延大、丟包率大、鏈路易斷等特點(diǎn)的應(yīng)用背景，并提出將LDPC碼與噴泉碼級聯(lián)的方案。在這些應(yīng)用背景中使用噴泉碼既不需要握手過程，也不需要反饋信道，簡化了通信協(xié)議，只要保證收端接收到一定數(shù)量的編碼數(shù)據(jù)包，就能高概率還原原始文件。然而現(xiàn)有噴泉碼解碼技術(shù)面臨的問題是由于鏈路易斷， 通常接收不到足夠的編碼包，從接收端的角度考慮，如果鏈路斷開，又無法接收到足夠冗余的數(shù)據(jù)包，這樣就就無法完成譯碼，導(dǎo)致通信失敗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種噴泉碼解碼方法，克服現(xiàn)有噴泉碼解碼技術(shù)在具有傳輸時延大、丟包率大、鏈路易斷等特點(diǎn)的應(yīng)用背景中接收不到足夠的編碼包的技術(shù)問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種基于度2和度3編碼包的噴泉碼解碼方法，包括如下步驟
步驟A 解碼準(zhǔn)備，即初始化解碼數(shù)據(jù)包的個數(shù)X1=0，接收噴泉碼編碼包，當(dāng)接收的編碼包大于需要解碼的編碼包數(shù)量時準(zhǔn)備解碼；
步驟B 解碼度為1的編碼包，即查找度為1的編碼包，根據(jù)異或運(yùn)算還原度為1的編碼包；
步驟C 解碼度為2的編碼包，即對于度為2的編碼包，根據(jù)編碼包的位數(shù)，假設(shè)編碼包中的任意一個原始數(shù)據(jù)包的每一位假設(shè)為1或0，解出度為2的編碼包中的原始數(shù)據(jù)包； 對求解的原始數(shù)據(jù)包歸為一類；
步驟D 解碼度為3的編碼包，即對于含有兩個原始數(shù)據(jù)包在步驟B分組中的度為3的編碼包，根據(jù)步驟解碼度為2的編碼包的結(jié)果獲取度為3的編碼包的第三個原始數(shù)據(jù)包。步驟E 循環(huán)解碼，S卩記錄步驟B、步驟C、步驟D中解碼數(shù)據(jù)包的數(shù)量X2，當(dāng)Xl不等于X2時，則令xl=x2，將解碼后的數(shù)據(jù)包代入編碼包，進(jìn)行降度，對降度后的編碼包重復(fù)步驟B、步驟C、步驟D的過程，反復(fù)更新xl，x2的值，直到xl=x2，譯碼結(jié)束。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是還包括匹配校正對步驟C中求解的原始數(shù)據(jù)包與解碼度為2的編碼包中假設(shè)的值進(jìn)行匹配校正，獲得該分類中的所有正確的原始數(shù)據(jù)包。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是在步驟E中，將解碼后的數(shù)據(jù)包代入編碼包進(jìn)行降度的過程為將獲解的原始數(shù)據(jù)包與其參與的編碼包進(jìn)行異或運(yùn)算后，求解相關(guān)的原始數(shù)據(jù)包。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是還包括降度大于3的編碼包對于含有偶數(shù)個原始數(shù)據(jù)包在步驟B的分組中的度大于2的編碼包，根據(jù)步驟C的結(jié)果解出編碼包中每個分組中偶數(shù)個原始數(shù)據(jù)包的異或結(jié)果，然后根據(jù)這個解出的結(jié)果進(jìn)行降度操作。本發(fā)明的技術(shù)效果是本發(fā)明一種基于度2和度3編碼包的噴泉碼解碼方法，采用傳統(tǒng)解碼與求解多度編碼包相結(jié)合的方法，針對具有傳輸時延大、丟包率大、鏈路易斷等特點(diǎn)的應(yīng)用環(huán)境，提出改進(jìn)的噴泉編譯碼技術(shù)，相比傳統(tǒng)噴泉碼只有在出現(xiàn)度為1的編碼符號后才能解碼的方法，利用度2分組與度3編碼符號之間關(guān)系的解碼方案，提前了解碼的時間，并且可以在傳統(tǒng)譯碼出現(xiàn)死鎖狀態(tài)停止譯碼的情況下利用冗余信息進(jìn)行再解碼，而不需要接收更多的編碼符號，提高了譯碼的效率。


圖1為本發(fā)明的譯碼過程圖。圖2為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說明。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
是對于噴泉碼，假設(shè)要發(fā)送的文件大小為llcbit，將該文
件分為k個數(shù)據(jù)包
Δ· — Δ·ι，Δ·之
其中每個Α， = Χ2，…，1是數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚挝?，這里為lbit。噴泉碼并不直接發(fā)送J，而是選取其中的ilirfil)個作為鄰居做異或運(yùn)算后發(fā)送，相當(dāng)于每次發(fā)送一個關(guān)于ι的線性方程，發(fā)送靈次后相當(dāng)于發(fā)送了一個線性方程組
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由矩陣的相關(guān)知識可知，要想正確獲知每ι
只需矩陣β的秩為夏，設(shè)
4靈為接收的信息。 當(dāng)I < f時,矩陣β的秩N<K,不能還原原信息$當(dāng)f=f時,若矩陣編可逆，則可還原原信息,但1階矩陣可逆的概率為
當(dāng)R > iO吋，上式約等于 O. 289,還原原
信息的概率較小。當(dāng)· >f時，設(shè)|=· |，則不能還原出原信息的上限概率為
即原信息被還原的概率隨著多余的I的增加而遞加。噴泉碼的優(yōu)點(diǎn)在于無論在傳輸過程中丟失多少的信息，只要接收端收到f>f條信息就能以一定的概率恢復(fù)原信息而不用考慮收到的是那條信息，或丟失了那些信息。隨機(jī)線性噴泉碼中，隨機(jī)地選取rffrfUT)個Si做異或運(yùn)算進(jìn)行傳輸。隨著￡和Jf
的增加，它的性能能任意接近香農(nóng)極限，缺點(diǎn)是編譯碼的運(yùn)算量大，分別為·
噴泉碼通過限制度(選取的鄰居的個數(shù)rf)的分布實(shí)現(xiàn)稀疏矩陣的編碼，其中定義了理想孤波分布為
權(quán)利要求
1.一種基于度2和度3編碼包的噴泉碼解碼方法，包括如下步驟步驟A 解碼準(zhǔn)備，即初始化解碼數(shù)據(jù)包的個數(shù)X1=0，接收噴泉碼編碼包，當(dāng)接收的編碼包大于需要解碼的編碼包數(shù)量時準(zhǔn)備解碼；步驟B 解碼度為1的編碼包，即查找度為1的編碼包，根據(jù)異或運(yùn)算還原度為1的編碼包；步驟C 解碼度為2的編碼包，即對于度為2的編碼包，根據(jù)編碼包的位數(shù)，假設(shè)編碼包中的任意一個原始數(shù)據(jù)包的每一位假設(shè)為1或0，解出度為2的編碼包中的原始數(shù)據(jù)包； 對求解的原始數(shù)據(jù)包歸為一類；步驟D 解碼度為3的編碼包，即對于含有兩個原始數(shù)據(jù)包在步驟B分組中的度為3的編碼包，根據(jù)步驟解碼度為2的編碼包的結(jié)果獲取度為3的編碼包的第三個原始數(shù)據(jù)包；步驟E 循環(huán)解碼，即記錄步驟B、步驟C、步驟D中解碼數(shù)據(jù)包的數(shù)量X2，當(dāng)Xl不等于X2時，則令xl=x2，將解碼后的數(shù)據(jù)包代入編碼包，進(jìn)行降度，對降度后的編碼包重復(fù)步驟B、步驟C、步驟D的過程，反復(fù)更新xl，x2的值，直到xl=x2，譯碼結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于度2和度3編碼包的噴泉碼解碼方法，其特征在于，還包括匹配校正對步驟C中求解的原始數(shù)據(jù)包與解碼度為2的編碼包中假設(shè)的值進(jìn)行匹配校正，獲得該分類中的所有正確的原始數(shù)據(jù)包。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于度2和度3編碼包的噴泉碼解碼方法，其特征在于，在步驟E中，將解碼后的數(shù)據(jù)包代入編碼包進(jìn)行降度的過程為將獲解的原始數(shù)據(jù)包與其參與的編碼包進(jìn)行異或運(yùn)算后，求解相關(guān)的原始數(shù)據(jù)包。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于度2和度3編碼包的噴泉碼解碼方法，其特征在于，還包括降度大于3的編碼包對于含有偶數(shù)個原始數(shù)據(jù)包在步驟B的分組中的度大于2的編碼包， 根據(jù)步驟C的結(jié)果解出編碼包中每個分組中偶數(shù)個原始數(shù)據(jù)包的異或結(jié)果，然后根據(jù)這個解出的結(jié)果進(jìn)行降度操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于度2和度3編碼包的噴泉碼解碼方法，采用傳統(tǒng)解碼與求解多度編碼包相結(jié)合的方法，針對具有傳輸時延大、丟包率大、鏈路易斷等特點(diǎn)的應(yīng)用背景提出改進(jìn)的噴泉編譯碼技術(shù)。相比傳統(tǒng)噴泉碼只有在出現(xiàn)度為1的編碼符號后才能解碼的方法，利用度2分組與度3編碼符號之間關(guān)系的解碼方案，提前了解碼的時間，并且可以在傳統(tǒng)譯碼出現(xiàn)死鎖狀態(tài)停止譯碼的情況下利用冗余信息進(jìn)行再解碼，而不需要接收更多的編碼符號，提高了譯碼的效率。
文檔編號H04L1/00GK102255690SQ20111019285
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者丁麗琴, 張繼良, 張欽宇, 汪洋, 王海蓮 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院