《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于極化碼的分布式信源編解碼系統(tǒng)的FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全 10期
周峻輝，楊 紅，卿粼波，吳曉紅，趙祥偉
(四川大學(xué) 電子信息學(xué)院，四川 成都610065)
摘要： 為解決在終端資源受限的場景下難以進(jìn)行壓縮編碼的問題，在FPGA平臺(tái)上設(shè)計(jì)了一種基于極化碼的分布式信源編解碼系統(tǒng)。系統(tǒng)在反饋機(jī)制下通過刪除部分極化碼校驗(yàn)比特實(shí)現(xiàn)了碼率自適應(yīng)傳輸。最后采用Verilog硬件描述語言在Xilinx公司的Virtex-7系列開發(fā)板上進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。測試結(jié)果表明，采用時(shí)鐘頻率為200 MHz的情況下，系統(tǒng)的吞吐率可達(dá)到919 kb/s。
中圖分類號(hào)： TN911.2
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2021.10.010
引用格式： 周峻輝，楊紅，卿粼波，等. 基于極化碼的分布式信源編解碼系統(tǒng)的FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全，2021，40(10)：61-66.
Design and implementation on FPGA of distributed source coding system based on polar codes
Zhou Junhui，Yang Hong，Qing Linbo，Wu Xiaohong，Zhao Xiangwei
(School of Electronics and Information Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China)
Abstract： To solve the problem that it is hard to do compression coding in the situation that the resources are constrained at the terminal devices, a distributed source coding system based on polar codes is designed on FPGA. The system realizes the rate-adaption tranmission by puncturing some check bits under the feedback scheme. Finally, this system is designed by Verilog hardware description language and carried out on Xilinx Virtex-7 evaluation platform. The test results show that the throughput of the system can reach 919 kb/s when the clock frequency is 200 MHz.
Key words : distributed source coding；polar codes；FPGA

0 引言

隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[1-2]、監(jiān)控技術(shù)[3]、衛(wèi)星通信[4]等技術(shù)的發(fā)展，資源受限終端的應(yīng)用場景日漸普遍。但這類終端因特定場景對(duì)其低功耗、小型化的要求而面臨資源限制，所以在對(duì)其數(shù)據(jù)壓縮編碼的過程中必須要考慮計(jì)算的復(fù)雜度。傳統(tǒng)的信源編碼方案采用聯(lián)合編碼的方式對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，在編碼端進(jìn)行大量的計(jì)算，所以不再適用于這些資源受限的終端設(shè)備。而分布式信源編碼(Distributed Source Coding，DSC)方案則是通過各編碼端獨(dú)立編碼，在解碼端充分考慮信源間相關(guān)性來實(shí)現(xiàn)聯(lián)合解碼，從而將大量的計(jì)算過程從對(duì)復(fù)雜度敏感的編碼端轉(zhuǎn)移到了資源相對(duì)豐富的解碼端，因此分布式信源編碼更適合應(yīng)用于編碼端資源受限的場合。

現(xiàn)在分布式信源編碼得到了日漸深入的研究，同時(shí)對(duì)信道碼的研究更是科研人員關(guān)注的重點(diǎn)?，F(xiàn)在的分布式信源編解碼系統(tǒng)一般采用應(yīng)用廣泛的LDPC碼[5]或Turbo碼[6-7]。此外2009年Arikan教授提出的極化碼[8]作為第一個(gè)被嚴(yán)格證明可以達(dá)到香農(nóng)極限的信道編碼方法，其具備更優(yōu)良的檢錯(cuò)能力、更好的碼率兼容性和更低的編譯碼計(jì)算復(fù)雜度，所以有學(xué)者開始研究將極化碼應(yīng)用在分布式信源編碼中。文獻(xiàn)[9-10]分別實(shí)現(xiàn)了一種基于極化碼的分布式信源編碼系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)均按固定碼率進(jìn)行傳輸，所以不能獲得最佳的信源壓縮性能。


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作者信息：

周峻輝，楊  紅，卿粼波，吳曉紅，趙祥偉

(四川大學(xué) 電子信息學(xué)院，四川 成都610065)


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