數(shù)字視頻廣播中rs編碼器的應(yīng)用

1、數(shù)字視頻廣播的編碼sr糾正碼是一種具有高糾正率的線性分組代碼。廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信、數(shù)字視頻廣播、磁盤、光刻機(jī)等領(lǐng)域。有線數(shù)字視頻廣播(DVB-C)、衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播(DVB-S)與地面數(shù)字視頻廣播(DVB-T)中的外編碼器都采用了RS(204,188)糾錯(cuò)編碼。數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)中RS(204,188)碼是RS(255,239)的縮短碼,是在GF(22、rs碼的生成RS糾錯(cuò)編碼是在有限域基礎(chǔ)上得到的。有限域又稱伽羅華域(GaloisField),是由q=2RS碼是q進(jìn)制BCH碼的特殊子集,其碼字的符號(hào)取值域與g(x)的根所在域相同,均在GF(q)上。長(zhǎng)為n=q-1,最小碼距為δ的RS碼的生成多項(xiàng)式為:若取i=0,則:由此生成一個(gè)q進(jìn)制的(q-1,q-δ)RS碼,它的最小碼距為δ。其中α為GF(q)上的本原元素。在(n,k)RS碼中,輸入信號(hào)每k·m比特為一碼字,每個(gè)碼元由m比特組成,因此一個(gè)碼字共包括k個(gè)碼元。一個(gè)能糾正t個(gè)碼元錯(cuò)誤的RS碼的主要參數(shù)為:字長(zhǎng)n=2RS碼能夠糾正t個(gè)m位二進(jìn)制錯(cuò)誤碼組。至于一個(gè)m位二進(jìn)制碼組中到底有1位錯(cuò)誤,還是m位全錯(cuò)了,并不會(huì)影響到它的糾錯(cuò)能力。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō),RS碼特別適合于糾正突發(fā)錯(cuò)誤,如果與交織技術(shù)相結(jié)合,它糾正突發(fā)錯(cuò)誤的能力則會(huì)更強(qiáng)。因此RS碼廣泛應(yīng)用于既存在隨機(jī)錯(cuò)誤又存在突發(fā)錯(cuò)誤的信道上。3、rs碼的形成和作用在數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)中,一個(gè)符號(hào)是一個(gè)8位的字節(jié),共有256種符號(hào),這256種符號(hào)組成伽羅華域GF(2RS編碼電路與一般循環(huán)碼的編碼電路類似。循環(huán)碼的編碼電路可采用乘法電路或除法電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。若采用乘法電路,編碼后的碼字為非系統(tǒng)碼;若采用除法電路,則可得到系統(tǒng)碼。由于系統(tǒng)碼的解碼比非系統(tǒng)碼簡(jiǎn)單,為了降低解碼的復(fù)雜性,宜采用除法電路實(shí)現(xiàn)編碼。除法型編碼電路的主要部分是由一系列的移位寄存器、多項(xiàng)式加法器及伽羅華域乘法器組成。DVB數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)中RS編碼器的電路框圖如圖1所示。圖中的編碼器為r級(jí)編碼器,這里r=n-k=204-188=16,即含有16個(gè)反饋系數(shù)。根據(jù)式(2)和多項(xiàng)式p(x)=x圖1中的加法器是模256的多項(xiàng)式加法器,乘法器是模256的伽羅華乘法器,移位寄存器采用8位并入并出的移位寄存器。對(duì)于每一個(gè)RS碼c=(c每一個(gè)碼字多項(xiàng)式c(x)都是g(x)的倍式,即其中,m(x)是最高為238次的多項(xiàng)式。要生成RS(255,239),可得式中:q(x)是用g(x)除x若將m(x)作為由239個(gè)信息字節(jié)組成的信息多項(xiàng)式,將r(x)作為由16個(gè)校驗(yàn)字節(jié)組成的校驗(yàn)多項(xiàng)式,則由上式可見,信息字節(jié)和校驗(yàn)字節(jié)在RS(255,239)碼中前后分開,不相混淆,形成系統(tǒng)RS碼。RS編碼器就是要用多項(xiàng)式除法找到用g(x)除x16m(x)所得的余式r(x),從而確定校驗(yàn)字節(jié)。對(duì)于截短的RS(204,188)碼,由于附加的51個(gè)0字節(jié)位于m(x)的高位,在做除法時(shí)可不予考據(jù),就用188個(gè)信息字節(jié)組成信息多項(xiàng)式作為m(x)即可。電路的工作過(guò)程如下:電路開始工作時(shí),16級(jí)移位寄存器全部清零,輸入數(shù)據(jù)直接傳送到輸出端。同時(shí)輸入數(shù)據(jù)跟最后一級(jí)移位寄存器的輸出異或后反饋到各級(jí)移位寄存器中。反饋數(shù)據(jù)跟反饋系數(shù)進(jìn)行伽羅華乘運(yùn)算,再跟前一級(jí)移位寄存器的輸出異或后進(jìn)入后一級(jí)移位寄存器。經(jīng)過(guò)188次移位后,輸出開關(guān)切換到最后一級(jí)移位寄存器的輸出端,同時(shí)反饋網(wǎng)絡(luò)開關(guān)切斷反饋數(shù)據(jù),電路準(zhǔn)備輸出校驗(yàn)字符。經(jīng)過(guò)16次移位后,輸出全部校驗(yàn)數(shù)據(jù),同時(shí)整個(gè)電路復(fù)位,回到初始狀態(tài)。這樣共經(jīng)過(guò)204次移位后,得到了204字節(jié)的碼字,從而完成了編碼。4、fpga器件的選擇隨著微電子制造工藝的發(fā)展,可編程邏輯器件取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。今天已經(jīng)發(fā)展成為可以完成超大規(guī)模組合邏輯與時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件(FPGA)和復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)。FPGA具有設(shè)計(jì)靈活、開發(fā)周期短、投資少、集成度高、可靠性好、可反復(fù)編程的優(yōu)點(diǎn),逐步成為復(fù)雜數(shù)字硬件電路設(shè)計(jì)的理想首選。用FPGA試制功能樣機(jī),能以最快的速度占領(lǐng)市場(chǎng)。本設(shè)計(jì)選用FPGA器件進(jìn)行編譯,采用VHDL(VHSICHardwareDescriptionLanguage)語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入。具有以下優(yōu)點(diǎn):作為一種標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語(yǔ)言,VHDL語(yǔ)言利于由頂向下設(shè)計(jì),利于模塊的劃分與復(fù)用,有良好的可移植性和通用性,對(duì)電路參數(shù)的修改和電路性能的模擬也較為方便,在描述復(fù)雜的數(shù)字電路時(shí)比原理圖輸入法具有更大的優(yōu)越性。經(jīng)過(guò)模擬驗(yàn)證后的設(shè)計(jì)文件轉(zhuǎn)換成比特流文件或可編程只讀存儲(chǔ)器格式文件后,就可以對(duì)FPGA器件進(jìn)行配置了。伽羅華域乘法器是RS編碼器中的關(guān)鍵電路,它完成兩個(gè)m比特?cái)?shù)在有限域GF(2m)中的乘法運(yùn)算。以下是GF(28)乘法器的VHDL程序。數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)中的RS編碼器使用了16個(gè)常系數(shù)伽羅華域乘法器,其邏輯表達(dá)式可以由上面的乘法器化簡(jiǎn)得出。常系數(shù)伽羅華域乘法器也可以使用查找表結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。在某些情況下,使用查找表結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的乘法器速度可能更快。查找表是一個(gè)只讀的存儲(chǔ)器件,本文RS編碼器中伽羅華域乘法器所使用查找表的輸入是一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù),作為256個(gè)存儲(chǔ)單元的尋址地址,其輸出是一個(gè)查找得出的8位二進(jìn)制數(shù)。5、硬件環(huán)境及編碼電路用FPGA實(shí)現(xiàn)RS編碼電路,具有設(shè)計(jì)靈活、性能可靠、成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn),便于修改編碼電路的參數(shù),且便于與其它電路的集成,可應(yīng)用于多類通信和廣播電視設(shè)備中。本設(shè)計(jì)使用Altera公司QuartusII8.0版軟件進(jìn)行編譯,設(shè)計(jì)輸入采用VHDL語(yǔ)言,選用StratixII系列的EP2S60F484C3ES器件。資源分配情況為使用195個(gè)ALUTs,151個(gè)