RS編碼原理及其在移動(dòng)多媒體廣播中的應(yīng)用

醐跑TV匚二1VIDEOENGINEERINGNo.S1Vol.342010(SumNo.3411RS碼概述RS碼是以組為單位進(jìn)行校正的分組校正碼,適用于多進(jìn)制，具有較強(qiáng)的糾正突發(fā)誤碼的能力。在(n,kRS碼中，輸入信號(hào)被分為每組k個(gè)符號(hào)，每個(gè)符號(hào)mbit，每組kmbit。糾正t個(gè)符號(hào)錯(cuò)誤的RS碼的參數(shù)如表1所示。數(shù)字電視數(shù)據(jù)流的信道編碼中,采用了(204,188,t=8的RS碼，即一個(gè)數(shù)據(jù)包的長度為204byte，其中信息位188byte，監(jiān)督位16byte，糾錯(cuò)能力為8byte，即這種RS碼總共能糾正204byte中發(fā)生的8byte有誤碼的差錯(cuò)字節(jié)，不論每個(gè)字節(jié)中發(fā)生1位誤碼還是8位全誤碼。2伽羅華域伽羅華域是由2m個(gè)符號(hào)及相應(yīng)的加法、乘法運(yùn)算組成的域，記為GF(2m，在這個(gè)域中，任何運(yùn)算的結(jié)果仍是這個(gè)域中的元素。本原多項(xiàng)式指能除盡xw+1且w=2m-1的m次既約多項(xiàng)式，對(duì)不同的m，都對(duì)應(yīng)一個(gè)本原多項(xiàng)式,從本原多項(xiàng)式就可以得到GF(2m域的所有元素。GF(23域的加法和乘法運(yùn)算分別如表2、表3所示,GF(23域元素對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制表示如表4所示。其中a是GF(2m域的本原元素，也是本原多項(xiàng)式的根，伽羅華域的計(jì)算方法是以本原多項(xiàng)式的根為前提的模二加和模二乘運(yùn)算。RS碼的所有元素均定義在GF(2m域,其運(yùn)算方式遵循伽羅華域內(nèi)的運(yùn)算法則。文章編號(hào):1002-8692(2010Sl-0015-03RS編碼原理及其在移動(dòng)多媒體廣播中的應(yīng)用楊鳳霞1,王亞男2(1.中國傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院,北京100024;2.國家廣電總局廣播科學(xué)研究院信息技術(shù)研究所,北京100053【摘要】結(jié)合RS碼編碼框圖，通過公式詳細(xì)地解釋了RS碼的編碼、糾錯(cuò)原理，同時(shí)介紹了移動(dòng)多媒體廣播(CMMB技術(shù)中RS編碼原理在其信道編碼上的應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】伽羅華域;RS碼;編碼原理;糾錯(cuò)原理;CMMB【中圖分類號(hào)】TN911.22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】APrinciplesofRSCodingandItsApplicationsinCMMBYANGFeng-xia1,WANGYa-nan2(1.SchoolofInformationEngineering,CommunicationUniversityofChina,Beijing100024,China;2.InformationTechnologyResearchInstitute,AcademyofBroadcastingScience,Beijing100053,China【Abstract】Inthispaper,principlesofRScodinganderrorcorrectingareexplainedindetailthroughformulascombinedwiththediagram.ApplicationofRSinchannelcodingofCMMBtechnologyisalsointroduced.【Keywords】Galoisfields;RScode;codingprinciple;errorcorrectingprinciple;CMMB?實(shí)用設(shè)計(jì)?參數(shù)符號(hào)數(shù)/個(gè)比特?cái)?shù)/bit碼長S2m-1<(2m-1m信息段kkm監(jiān)督段n-k=2t(n-km最小碼距2t+1(2t+1m表1糾正t個(gè)符號(hào)錯(cuò)誤的RS碼的參數(shù)1aa2a3a4a5a610a3a6aa5a4a2aa30a41a2a6a5a2a6a40a5aa31a3a1a50a6a2a4a4a5a2aa601a3a5a4a6a3a210aa6a2a51a4a3a0表2GF(23域內(nèi)的加法計(jì)算1aa2a3a4a5a611aa2a3a4a5a6aaa2a3a4a5a61a2a2a3a4a5a61aa3a3a4a5a61aa2a4a4a5a61aa2a3a5a5a61aa2a3a4a6a61aa2a3a4a5表3GF(23域內(nèi)的乘法計(jì)算GF(23元素二進(jìn)制表示a0100a1010a2001a3110a4011a5111a6101表4GF(23域元素的二進(jìn)制表示15~數(shù)字電視2010年第34卷第S1期(總第341期n3RS碼編碼原理設(shè)信息組為A1,A2,...,當(dāng)生成多項(xiàng)式的根為a時(shí),RS碼可表示為A1+A2+...+An+Q0+Q1=0aA1+a2A2+.+anAn+an+1Q0+an+2Q1=(1編碼的關(guān)鍵是產(chǎn)生監(jiān)督碼元，下面結(jié)合RS(7,5碼的編碼框圖(如圖1,通過運(yùn)算具體闡述一下RS碼的監(jiān)督符號(hào)的生成過程。由圖1可知，輸入碼流為每組5個(gè)符號(hào):B4,B3,B2,B1,B0。其生成多項(xiàng)式G(x=(x+l(x+a且G(a=0,故其RS碼可表示為(Q1,Q0為監(jiān)督符號(hào)B0+Bl+B2+B3+B4+Q0+Ql=0aB0+a2B1+a3B2+a4B3+a5B4+a6Q0+a7Q1=0(2由式(2可得a6B0+a6B1+a6B2+a6B3+a6B4+a6Q0+a6Q1=0aB0+a2B1+a3B2+a4B3+a5B4+a6Q0+a7Q1=(3式(3中兩方程相加得(a6+aB0+(a6+a2B1+(a6+a3B2+(a6+a4B3+(a6+a5B4+(a6+a7Q1=0(4由表1、表2可解得(其中a7=1a5B0+B1+a4B2+a3B3+aB4+a2Q1=0Q1=a3B0+a5B1+a2B2+aB3+a6B4(5同理,Q0=aB0+a4B1+a6B2+a3B3+a2B4(6RS碼的編碼過程如下:1起始時(shí)，全部寄存器置0,K1閉合,K2連接輸出端;2B4,B3,B2,B1,B0連續(xù)進(jìn)入電路,同時(shí)送往輸出端;3一旦5個(gè)符號(hào)全部進(jìn)入電路，開關(guān)K2連接到監(jiān)督字符的位置,K1斷開；4每個(gè)信息符號(hào)分別在不同的乘法單元中進(jìn)行伽羅華域乘法運(yùn)算后進(jìn)行模二加,產(chǎn)生監(jiān)督符號(hào)Q1,Q0,緊隨著信息位送往輸出。4RS碼糾錯(cuò)原理接收端收到RS碼后,通過信息位和2個(gè)監(jiān)督碼字構(gòu)成的校正子S1,S2可進(jìn)行糾錯(cuò)。若S1=O,S2=0則表示無誤碼，若S片0,S2丸,則表示有誤碼。若傳輸中有且僅有一組錯(cuò)誤，假設(shè)僅B0組有錯(cuò)，這時(shí)B0=B0+BO',則校正子方程為S1=BO'+BO+B1+B2+B3+B4+QO+Q1=BO'S2=a(BO+BO'+a2B1+a3B2+a4B3+a5B4+a6QO+a7Q1=aBO(7即S2=aS1。同理，若B1組有錯(cuò)，則S2=a2S1;若B2組有錯(cuò)，則S2=a3S1;若B3組有錯(cuò)，則S2=a4S1;若B4組有錯(cuò)，則S2=a5S1。由上式可見若一組符號(hào)有錯(cuò)則均能進(jìn)行糾錯(cuò)，若S1,S2不滿足上述關(guān)系，且S1,S2均不為0,則只能檢錯(cuò)2組,另外,當(dāng)B4,B3,B2,B1,B0各自有自檢錯(cuò)能力時(shí),通過解校正子方程,能糾錯(cuò)兩組誤碼。例如,B1,B0兩組誤碼，則校正子方程為S1=BO'+B0+Bl'+B1+B2+B3+B4+Q0+Q1=BO'+Bl'S2=a(B0+BO'+a2(B1+Bl'+a3B2+a4B3+a5B4+a6Q0+a7Q1=aB0'+a2B耳#'(8解得B0'=a5S1+a3S2(9B1'=a4S1+a3S2(10若B0,B1均有自檢錯(cuò)能力，根據(jù)上式即可進(jìn)行糾錯(cuò)。5RS碼在CMMB中的應(yīng)用RS碼在信道編碼中經(jīng)常作為外碼使用，因其具有較強(qiáng)的糾正突發(fā)錯(cuò)誤的能力，再結(jié)合其他糾正隨機(jī)誤碼能力較強(qiáng)的內(nèi)碼使得信道編碼具有十分優(yōu)異的性能。例如在DVB-T中，由于是無線信道且存在多徑干擾和其他的干擾，所以其信道編碼方式為RS碼+外交織+卷積碼+內(nèi)交織。在DVB-C中，由于是有線信道，信道干擾較小，所以其信道編碼為RS+交織。在DVB-S中，它的信道編碼是RS+交織+卷積碼。在CMMB中則采用RS(外碼+字節(jié)交織+LDPC(內(nèi)碼+比特交織的方式。其RS碼是碼長為240byte的RS(240，k截短碼，在編碼時(shí)首先在把信息碼前面補(bǔ)15個(gè)0,再進(jìn)行編碼,生成監(jiān)督位,然后去掉信息位前面加的15個(gè)0,構(gòu)成長度為240位,信息位為k位的RS碼，其中k可以取240,224,192或176。在CMMB中,RS編碼和交織器采用按列輸入輸出，按行編碼的方式，如圖2所示,字節(jié)交織器共240列,前K列與信息位對(duì)應(yīng)，后240-k列與監(jiān)督位對(duì)應(yīng)。共MI行，代表交織深度,交織深度越大對(duì)于糾正突發(fā)差錯(cuò)的能力越強(qiáng)。數(shù)據(jù)進(jìn)入交織器時(shí),首先進(jìn)入交織器的第0列的第B4B3B2B1B0GF乘a3(aGF乘a5(a4GF乘a2(a6GF乘a(a3GF乘a6(a2DK2輸出注:D為1個(gè)碼字的移存器;K1為前5個(gè)碼字閉合，后2個(gè)碼字?jǐn)嚅_。圖1RS(7,5碼編碼電路方框圖16VIDEOENGINEERINGNo.S1Vol.342010(SumNo.341音頻解析的流程如圖11所示。首先分析音頻段頭，得到音頻段頭長度及各音頻單元的參數(shù)，然后根據(jù)子幀頭中對(duì)封裝模式的標(biāo)識(shí)，決定采用哪種方式來抽取音頻數(shù)據(jù)。若采用模式1，則直接按照音頻單元的長度將數(shù)據(jù)讀入緩存或?qū)懭胛募?若采用模式2,則先尋找復(fù)用塊的起始碼0x55分析復(fù)用塊頭，如果復(fù)用塊承載的是音頻數(shù)據(jù)，就抽取出來寫入緩存或文件。4小結(jié)結(jié)合CMMB的復(fù)用標(biāo)準(zhǔn),論述了CMMB復(fù)用碼流結(jié)構(gòu)及封裝模式,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了軟件解復(fù)用器。該解復(fù)用器可抽取出碼流中的控制信息并能正確解碼所解析出的視音頻數(shù)據(jù)。該軟件解復(fù)用器已包裝成動(dòng)態(tài)庫的形式,可以嵌入到其他應(yīng)用程序中使用。參考文獻(xiàn):[1]GY/T220.1-2006,移動(dòng)多媒體廣播第1部分:廣播信道幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制[S].2OO6.[2]GY/T220.2-2006,移動(dòng)多媒體廣播第2部分:復(fù)用[S].2006.[3]GY/Z234-200&移動(dòng)多媒體廣播復(fù)用實(shí)施指南[S].2008.⑷解偉，李嘉?移動(dòng)多媒體廣播（CMMB 復(fù)用J].廣播電視信息，2008（8:29-33.[5]解偉.移動(dòng)多媒體廣播（CMMB技術(shù)與發(fā)展[J].電視技術(shù),2008,32（4:4-7.筧作者簡(jiǎn)介:劉波（1970-,高級(jí)工程師,國家廣電總局無線電臺(tái)管理局節(jié)目傳輸中心副主任,主要從事全國CMMB網(wǎng)絡(luò)覆蓋工程建設(shè)；徐桂忠（1983-,碩士生,主研視頻通信;張遠(yuǎn)（1973-,女,副教授,主要研究方向?yàn)橐曨l處理與通信。責(zé)任編輯:丁雪收稿日期:2010-01-05分析音頻段頭，獲得單元數(shù)N判斷封裝標(biāo)記位分析復(fù)用塊頭抽取單元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)類型是否為01?抽取視頻數(shù)據(jù)音頻單元是否結(jié)束?N--=0?返回N--=0?1YNNNNYYY圖11視頻單元解析流程0行,每進(jìn)入一個(gè)數(shù)據(jù)就下移一位,直到第MI-1行,然后再填充下一列。當(dāng)kMI個(gè)數(shù)據(jù)都進(jìn)入后,寄存器就滿了,碼流就轉(zhuǎn)向第二個(gè)類似的移位寄存器,并對(duì)第一個(gè)寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理。在編碼中,對(duì)每一行的信息碼元進(jìn)行編碼,產(chǎn)生監(jiān)督碼元。編碼完成后,按列進(jìn)行傳送。6小結(jié)信道編碼技術(shù)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中迅速地發(fā)展起來,目前已經(jīng)出現(xiàn)了多種信道編