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《复旦大学》 2007年
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适用于数字多媒体广播系统的前向纠错码解码器原理与VLSI实现研究

苏佳宁  
【摘要】: 自从Shannon在1948年开创了“信息论与编码理论”以来,经过近60年年的发展,信道编码技术已经成为通信领域中一个重要而独特的分支。从早期的Cable Modem到现在的多媒体广播,从光盘、硬盘存储器到以太网芯片,随处可见前向纠错(Forward Error Correction)技术的应用。但是由于Shannon的理论只是指出了可靠通信的一个理论上限,几十年来业界的大部分努力都是在寻找复杂度上适合硬件实现,性能上逼近理论极限的信道编解码技术。 目前,多媒体数字视频的热潮正在席卷全球,成为电视传播领域自从从黑白电视到彩色电视变革后的第二次彻底的变革。美国从2006年起开始强制实施数字电视一体机的标准;中国预期在2015年彻底关闭全国模拟电视广播而实现数字电视广播的全面覆盖。目前,作为数字电视地面广播系统的核心技术的解调芯片已经成为众多机构的研发重点,而在各式各样的多媒体数字视频广播标准中,FEC无一例外的成为了重要组成部分。 本文在对当前数字电视发展情况进行深入调研及分析后,针对数字视频广播多种方案并存的现状,选取了具有代表性的两种地面广播方案:欧洲DVB-C标准和中国DMB-T标准,因为这两种视频广播方案所采用的FEC方案具有相当的典型性和代表性。DVB-C采用的信道编码方案是经典的带交织的Reed-Solomon码方案,而DMB-T标准采用的是最新的LDPC(Low DensityParity Check)码与BCH码的级联方案。笔者在对RS,LDPC,BCH等编码进行系统的理论分析和研究之后,结合实际的应用情况,提出了适用于DVB-C标准的RS解码器VLSI方案和适用于DMB-T标准的LDPC码解码器VLSI方案。 在研究解码器VLSI实现的过程中,本文提出了以下的算法和结构来优化解码器的硬件实现:(1)针对DVB-T标准中规格为(204,188)截短RS码,本文采用改进欧拉迭代算法来求解关键多项式,具有硬件规整易调试的优点,并且充分利用了DVB-T系统中的多倍率时钟系统,通过让RS译码器各模块工作在不同的时钟节拍下以优化其流水线结构。(2)提出了基于带选主元三角分解法的LDPC编码算法,并提供了基于该算法的编码器VLSI架构,该编码器适用于满足一定条件的随机构造的LDPC码。(3)针对DMB-T标准中的LDPC码,提出了基于部分最小项的译码算法,该算法可以有效的降低LDPC译码器节点处理单元的复杂度,并且大大减小存储器的消耗量。(4)针对DMB-T标准中的LDPC码,设计了并实现了一个可商用的紧凑高效的解码器,采用了置信度交迭处理、置信度半广播传递等技术以优化LDPC译码器的复杂度。 针对欧洲DVB-C和中国DMB-T这两种视频广播标准的不同应用场合与具体情况,本文给出了上述两个标准中信道解码模块,即RS码和LDPC码的详细算法和硬件实现方案。给出的算法包括常规的解码方案和作者改进优化的解码算法,对于每种算法均给出了详细的定点与浮点性能仿真结果和复杂度评估。本文提供的硬件方案包括了具体的实现架构,各子模块的设计,信号流分析与流水线优化,并且与文献上的结果做了比较。 最后,本文在综合前面论述的不同算法和模块电路结构的基础上,完整地给出了DVB-C和DMB-T信道解码IP的FPGA实现结果与ASIC实现结果,并且进行了实验室测试,现场测试。结果表明本文提供的算法和VLSI实现方案都达到了预期的设计要求,具有良好的应用价值。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN934.3

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