4.3 信道编码的意义
信道编码的实质是在信息码中增加一定数量的多余码元(称为监督码元),使它们满足一定的约束关系,这样,由信息码元和监督码元共同组成一个由信道传输的码字。一旦传输过程中发生错误,则信息码元和监督码元间的约束关系被破坏。在接收端按照既定的规则校验这种约束关系,从而达到发现和纠正错误的目的。
为什么要进行信道编码?信息通过信道传输,由于物理介质的干扰和无法避免噪声,信道的输入和输出之间仅具有统计意义上的关系,在做出唯一判决的情况下将无法避免差错,其差错概率完全取决于信道特性。因此,一个完整、实用的通信系统通常包括信道编译码模块。视频信号在传输前都会经过高度压缩以降低码率,传输错误会对最后的图像恢复产生极大的影响,因此信道编码尤为重要。
信道编码的作用一是使码流的频谱特性适应通道的频谱特性,从而使传输过程中能量损失最小,提高信号能量与噪声能量的比例,减小发生差错的可能性;二是增加纠错能力,使得即便出现差错也能得到纠正。
4.4 卷积码的编码
MATLAB中的卷积码编码器对二进制输入序列进行卷积编码,得到相应的二进制输出序列。如果卷积码编码器的输入信号的数目为k,输出信号的数目为n,则这个卷积编码器的码率为k/n。其编码器及参数对话框如图3-9所示
图3-9 卷积编码器模块及其参数对话框
主要参数:
(1)Trellis structure: 卷积编码器的Trellis结构。通常在MATLAB工作区中设置一个Trellis结构的变量,在工作区中设置Trellis结构的各种参数,然后再卷积编码器模块的Trellis structure参数中填上反馈连接多项式转换成Trellis结构的形式。
(2)Reset:用于确定卷积编码器的复位方式,卷积编码器中的各种寄存器的初始状态都是0,当复位方式设置为None时,卷积编码器在整个仿真过程中不对寄存器复位,这时候一般原始数据中包含了足够多的0,这些0序列能够实现对寄存器复位。当复位方式设置为On each frame时,卷积编码器在每帧数据开始之前自动对寄存器复位。当复位方式设置为On nonzero Rst input时,卷积编码器增加一个输入端口Rst,用于输入复位信号,并且在复位信号不等于零时对寄存器复位。
4.5 卷积码的译码
当前较为常用的卷积码译码算法主要有三种:文持比译码算法、序列译码算法和门限译码算法。在这三种译码算法中,文特比译码算法具有最佳的性能,但算法复杂度最大;门限译码算法负责度最低,但性能也最差;序列译码算法的性能和复杂度处于以上两种算法之间。近年来,随着数字信号处理水平的飞速提高,集成电路处理能力的提升和处理器价格的下降,对于中等约束长度(K<1l)的卷积码,文特比译码算法复杂度己经不再成为制约其应用的关键因素,文特比译码算法当前的应用最为广泛。
图3-10为卷积码译码器模块及其参数对话框
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