用FPGA在数字电视系统中进行级联编码

文章摘要：FPGA设计在数字电视地面传输系统中，所用的级联码是外码为RS(204，188)线性分组码，内码为码率可变的(2，1，6)卷积码，交织为卷积交织。这里只介绍编码器端设计，至于译码端电路，由于译码方法比较多，电路设计不同，不同方案译码性能也有很大差距，这里就不作介绍了。Reed_Solomen码(简称RS码)是一种多进制的BCH码，在线性分组码中它的纠错能力和编码效率是最高的，所以选择它作为外码。本方案中的RS(204，188，T=16)是RS(255，239，T=16)的截断码。将188字节的数据传送包随机化后，输入编码器，通过RS编码生成16字节的监督元，最后和188字节信息元组成RS码。其

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FPGA设计

　　在数字电视地面传输系统中，所用的级联码是外码为RS(204，188)线性分组码，内码为码率可变的(2，1，6)卷积码，交织为卷积交织。

　　这里只介绍编码器端设计，至于译码端电路，由于译码方法比较多，电路设计不同，不同方案译码性能也有很大差距，这里就不作介绍了。

　　Reed_Solomen码(简称RS码)是一种多进制的BCH码，在线性分组码中它的纠错能力和编码效率是最高的，所以选择它作为外码。本方案中的RS(204，188，T=16)是RS(255，239，T=16)的截断码。将188字节的数据传送包随机化后，输入编码器，通过RS编码生成16字节的监督元，最后和188字节信息元组成RS码。其码长204字节，可纠8字节长的随机错误或突发错误，每个码元都是有限域GF(256)上的元素。若设m(x)是信息多项式，g(x)是码生成多项式，C(x)是码多项式，整个编码步骤如下。

　　(1)先用X乘m(x)，实际上是把信息码后附加(n-k)个“0”。
　　(2)再用g(x)除X，得到商Q(x)和余式r(x)，即
　　Xm(x)/g(x)=Q(x)+r(x)/g(x)
　　(3)编出码多项式C(x)
　　C(x)=Xm(x)+r(x)

　　根据其编码步骤，采用有限域除法电路即可实现RS编码，如图2所示。

　　编码电路的工作过程是，首先对所有寄存器置零，开关接至数据处，此时门连通；然后数据依次送入电路，同时送到输出端；当188字节信息输入完毕后，开关切换至校验端，此时门断开，b0，b1，…，b15里寄存的数据就是所需的校验码元，顺序输出后就得到全部204字节的RS编码码字。

　　卷积码是一种有记忆的编码，在任意给定的时间单元，编码器的n个输出码字不仅与此时间单元的k个输入有关，而且也与前m个输入有关。目前国际上很多通信系统中首选的标准卷积码为(2，1，6)码，该码能使误码率达到最小，且能克服相位误差。所以在本方案中内码采用(2，1，6)码，子生成元为(171，133)均为8进制。若通过一个凿孔单元对(2，1，6)码删余，还可实现高码率传输，且在提高码率的情况下不增加译码器的复杂性。所以整个电路主要由主卷积编码电路、控制电路和凿孔单元电路构成。主卷积编码实现码率R=1/2的卷积编码，然后用一个凿孔电路按规则要求对输出码字中的特定位置予以删除，以产生较高码率，例如2/3，3/4等码率的卷积码。主卷积码(1/2码率)的实现由6个移位寄存器构成，如图3示。

　　在两级编码之间，还进行了数据交织，以进一步提高编码抗干扰性能。可以采用分组交织器，通过一个读写地址产生器控制数据按照不同的顺序写入和读出存储器，从而达到数据乱序的目的，交织深度M=102，可以满足使用要求。

结论

　　在现代通信系统中，信道编码技术已经得到了广泛的应用。编码问题就是在一定的抗干扰能力要求下，合理设计和选择多余度最小码字的问题，也就是如何使可靠性和有效性能够合理兼顾的问题。串型级联编码很好地解决了组合信道错误，使通信系统具有良好的抗干扰能力，短码的利用也提高了传输码率(相对同样纠错效果的长码)，串型级联码还有效地控制了信道编码设备的复杂性。

参考文献

1 王新梅，肖国镇.《纠错码原理与方法》.西安电子科技大学出版社，1996
2 Digital Video Broadcasting (DVB)，1997
3 张鸣瑞，邹世开.《编码理论》.北京航空航天大学出版社，1990
4 邹翊匡镜明，利用FPGA技术实现数字通信中的交织器和解交织器，《电子技术应用》

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