RS编码原理及其在移动多媒体广播中的应用

醐跑TV匚二1VIDEOENGINEERINGNo.S1Vol.342010(SumNo.3411RS码概述RS码是以组为单位进行校正的分组校正码,适用于多进制，具有较强的纠正突发误码的能力。在(n,kRS码中，输入信号被分为每组k个符号，每个符号mbit，每组kmbit。纠正t个符号错误的RS码的参数如表1所示。数字电视数据流的信道编码中,采用了(204,188,t=8的RS码，即一个数据包的长度为204byte，其中信息位188byte，监督位16byte，纠错能力为8byte，即这种RS码总共能纠正204byte中发生的8byte有误码的差错字节，不论每个字节中发生1位误码还是8位全误码。2伽罗华域伽罗华域是由2m个符号及相应的加法、乘法运算组成的域，记为GF(2m，在这个域中，任何运算的结果仍是这个域中的元素。本原多项式指能除尽xw+1且w=2m-1的m次既约多项式，对不同的m，都对应一个本原多项式,从本原多项式就可以得到GF(2m域的所有元素。GF(23域的加法和乘法运算分别如表2、表3所示,GF(23域元素对应的二进制表示如表4所示。其中a是GF(2m域的本原元素，也是本原多项式的根，伽罗华域的计算方法是以本原多项式的根为前提的模二加和模二乘运算。RS码的所有元素均定义在GF(2m域,其运算方式遵循伽罗华域内的运算法则。文章编号:1002-8692(2010Sl-0015-03RS编码原理及其在移动多媒体广播中的应用杨凤霞1,王亚男2(1.中国传媒大学信息工程学院,北京100024;2.国家广电总局广播科学研究院信息技术研究所,北京100053【摘要】结合RS码编码框图，通过公式详细地解释了RS码的编码、纠错原理，同时介绍了移动多媒体广播(CMMB技术中RS编码原理在其信道编码上的应用。【关键词】伽罗华域;RS码;编码原理;纠错原理;CMMB【中图分类号】TN911.22文献标识码】APrinciplesofRSCodingandItsApplicationsinCMMBYANGFeng-xia1,WANGYa-nan2(1.SchoolofInformationEngineering,CommunicationUniversityofChina,Beijing100024,China;2.InformationTechnologyResearchInstitute,AcademyofBroadcastingScience,Beijing100053,China【Abstract】Inthispaper,principlesofRScodinganderrorcorrectingareexplainedindetailthroughformulascombinedwiththediagram.ApplicationofRSinchannelcodingofCMMBtechnologyisalsointroduced.【Keywords】Galoisfields;RScode;codingprinciple;errorcorrectingprinciple;CMMB•实用设计・参数符号数/个比特数/bit码长S2m-1<(2m-1m信息段kkm监督段n-k=2t(n-km最小码距2t+1(2t+1m表1纠正t个符号错误的RS码的参数1aa2a3a4a5a610a3a6aa5a4a2aa30a41a2a6a5a2a6a40a5aa31a3a1a50a6a2a4a4a5a2aa601a3a5a4a6a3a210aa6a2a51a4a3a0表2GF(23域内的加法计算1aa2a3a4a5a611aa2a3a4a5a6aaa2a3a4a5a61a2a2a3a4a5a61aa3a3a4a5a61aa2a4a4a5a61aa2a3a5a5a61aa2a3a4a6a61aa2a3a4a5表3GF(23域内的乘法计算GF(23元素二进制表示a0100a1010a2001a3110a4011a5111a6101表4GF(23域元素的二进制表示15~数字电视2010年第34卷第S1期(总第341期n3RS码编码原理设信息组为A1,A2,...,当生成多项式的根为a时,RS码可表示为A1+A2+...+An+Q0+Q1=0aA1+a2A2+.+anAn+an+1Q0+an+2Q1=(1编码的关键是产生监督码元，下面结合RS(7,5码的编码框图(如图1,通过运算具体阐述一下RS码的监督符号的生成过程。由图1可知，输入码流为每组5个符号:B4,B3,B2,B1,B0。其生成多项式G(x=(x+l(x+a且G(a=0,故其RS码可表示为(Q1,Q0为监督符号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中两方程相加得(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码的编码过程如下:1起始时，全部寄存器置0,K1闭合,K2连接输出端;2B4,B3,B2,B1,B0连续进入电路,同时送往输出端;3一旦5个符号全部进入电路，开关K2连接到监督字符的位置,K1断开；4每个信息符号分别在不同的乘法单元中进行伽罗华域乘法运算后进行模二加,产生监督符号Q1,Q0,紧随着信息位送往输出。4RS码纠错原理接收端收到RS码后,通过信息位和2个监督码字构成的校正子S1,S2可进行纠错。若S1=O,S2=0则表示无误码，若S片0,S2丸,则表示有误码。若传输中有且仅有一组错误，假设仅B0组有错，这时B0=B0+BO',则校正子方程为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组有错，则S2=a2S1;若B2组有错，则S2=a3S1;若B3组有错，则S2=a4S1;若B4组有错，则S2=a5S1。由上式可见若一组符号有错则均能进行纠错，若S1,S2不满足上述关系，且S1,S2均不为0,则只能检错2组,另外,当B4,B3,B2,B1,B0各自有自检错能力时,通过解校正子方程,能纠错两组误码。例如,B1,B0两组误码，则校正子方程为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均有自检错能力，根据上式即可进行纠错。5RS码在CMMB中的应用RS码在信道编码中经常作为外码使用，因其具有较强的纠正突发错误的能力，再结合其他纠正随机误码能力较强的内码使得信道编码具有十分优异的性能。例如在DVB-T中，由于是无线信道且存在多径干扰和其他的干扰，所以其信道编码方式为RS码+外交织+卷积码+内交织。在DVB-C中，由于是有线信道，信道干扰较小，所以其信道编码为RS+交织。在DVB-S中，它的信道编码是RS+交织+卷积码。在CMMB中则采用RS(外码+字节交织+LDPC(内码+比特交织的方式。其RS码是码长为240byte的RS(240，k截短码，在编码时首先在把信息码前面补15个0,再进行编码,生成监督位,然后去掉信息位前面加的15个0,构成长度为240位,信息位为k位的RS码，其中k可以取240,224,192或176。在CMMB中,RS编码和交织器采用按列输入输出，按行编码的方式，如图2所示,字节交织器共240列,前K列与信息位对应，后240-k列与监督位对应。共MI行，代表交织深度,交织深度越大对于纠正突发差错的能力越强。数据进入交织器时,首先进入交织器的第0列的第B4B3B2B1B0GF乘a3(aGF乘a5(a4GF乘a2(a6GF乘a(a3GF乘a6(a2DK2输出注:D为1个码字的移存器;K1为前5个码字闭合，后2个码字断开。图1RS(7,5码编码电路方框图16VIDEOENGINEERINGNo.S1Vol.342010(SumNo.341音频解析的流程如图11所示。首先分析音频段头，得到音频段头长度及各音频单元的参数，然后根据子帧头中对封装模式的标识，决定采用哪种方式来抽取音频数据。若采用模式1，则直接按照音频单元的长度将数据读入缓存或写入文件;若采用模式2,则先寻找复用块的起始码0x55分析复用块头，如果复用块承载的是音频数据，就抽取出来写入缓存或文件。4小结结合CMMB的复用标准,论述了CMMB复用码流结构及封装模式,在此基础上设计并实现了软件解复用器。该解复用器可抽取出码流中的控制信息并能正确解码所解析出的视音频数据。该软件解复用器已包装成动态库的形式,可以嵌入到其他应用程序中使用。参考文献:[1]GY/T220.1-2006,移动多媒体广播第1部分:广播信道帧结构、信道编码和调制[S].2OO6.[2]GY/T220.2-2006,移动多媒体广播第2部分:复用[S].2006.[3]GY/Z234-200&移动多媒体广播复用实施指南[S].2008.⑷解伟，李嘉•移动多媒体广播（CMMB 复用J].广播电视信息，2008（8:29-33.[5]解伟.移动多媒体广播（CMMB技术与发展[J].电视技术,2008,32（4:4-7.笕作者简介:刘波（1970-,高级工程师,国家广电总局无线电台管理局节目传输中心副主任,主要从事全国CMMB网络覆盖工程建设；徐桂忠（1983-,硕士生,主研视频通信;张远（1973-,女,副教授,主要研究方向为视频处理与通信。责任编辑:丁雪收稿日期:2010-01-05分析音频段头，获得单元数N判断封装标记位分析复用块头抽取单元数据数据类型是否为01?抽取视频数据音频单元是否结束?N--=0?返回N--=0?1YNNNNYYY图11视频单元解析流程0行,每进入一个数据就下移一位,直到第MI-1行,然后再填充下一列。当kMI个数据都进入后,寄存器就满了,码流就转向第二个类似的移位寄存器,并对第一个寄存器中的数据进行编码处理。在编码中,对每一行的信息码元进行编码,产生监督码元。编码完成后,按列进行传送。6小结信道编码技术在现代通信系统中迅速地发展起来,目前已经出现了多种信道编