基于LDPC碼的聯(lián)合信源信道譯碼算法研究及其應(yīng)用

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1、摘要摘要低密度奇偶校驗(yàn)碼(Low-Densit)，P撕ty．Checkcodes，LDPC碼)是由Gallager在1962年提出的一種基于稀疏校驗(yàn)矩陣的線性分組糾錯(cuò)碼，因其具有逼近香農(nóng)限的優(yōu)秀性能，而成為了當(dāng)前信道編碼領(lǐng)域最受矚目的熱點(diǎn)之一。信源信道聯(lián)合編譯碼是由M．C．Elience于1977年首先提出來，被用于提高通信系統(tǒng)的整體優(yōu)化，取得了預(yù)期效果。本文采用理論分析和計(jì)算機(jī)仿真相結(jié)合的方法，對(duì)基于LDPC碼的聯(lián)合信源信道譯碼算法及其在數(shù)字水印系統(tǒng)中的應(yīng)用展開研究。論文主要工作包括：(1)系統(tǒng)地論述了LDPC碼的基本原理，LDPC碼的結(jié)構(gòu)和校驗(yàn)矩陣的構(gòu)造方法。詳細(xì)分

2、析了LDPC碼的編譯碼原理和影響LDPC碼性能的幾個(gè)因素，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行了LDPC碼編譯碼器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。(2)研究了基于隱馬爾可夫信源估計(jì)和LDPC碼的聯(lián)合信源信道譯碼算法。從隱馬爾可夫信源估計(jì)算法入手，利用它與LDPC碼進(jìn)行聯(lián)合譯碼，對(duì)該聯(lián)合譯碼算法進(jìn)行了改進(jìn)，并對(duì)信源模型的階數(shù)進(jìn)行了更新，對(duì)各種譯碼算法的性能進(jìn)行了全面的仿真分析。，(3)將基于LDPC碼的聯(lián)合譯碼算法應(yīng)用到數(shù)字圖像水印系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中先對(duì)數(shù)字水印進(jìn)行LDPC糾錯(cuò)編碼，然后在DCT域?qū)⒕幋a后的序列嵌入到原始圖像中，提取水印時(shí)，用隱馬爾可夫模型來描述水印圖像，利用信源信道聯(lián)合迭代譯碼算法進(jìn)行提取，從而

3、降低了水印在傳輸過程中的誤碼率。‘AWGN信道的仿真結(jié)果表明，采用聯(lián)合的信源信道譯碼算法能夠改善LDPC碼的譯碼性能。將此聯(lián)合算法應(yīng)用到圖像數(shù)字水印系統(tǒng)中，可以提高水印傳輸?shù)目煽啃裕鰪?qiáng)水印的抗攻擊能力。關(guān)鍵詞：LDPC碼；置信傳播算法；隱馬爾可夫模型；信源信道聯(lián)合譯碼；數(shù)字水印AbstractLow·DensityParity-Checkcode，innDduCedbyGallagerin1962，isoneoflinearblocke仃or．correctingcodesbaSedont11eSparSep撕夠一checkmatrixanditspe疵-玨nance

4、isclosetOShaIlllonlimit．DuetosuchgoodperfomaIlce，LDPChaSbecomemoreaIldmoreaC缸．a(chǎn)ctiVeinchannelencodingfield．Jointsource·channelencodinganddecodingwasfirstlyintroducedbyMcEliencein1977andthenusedi110ptimizillgconlIllullicationsystem．Int王lisp印er’wefocusonjointsource—channeldecodmgalgoritIml

5、sbaSedonLDPCcodesarldt11eirapplicationstodigitalwate撇砌(systems．nlemajnworkisaSfollowS：(1)TllispapergiVesasystematicinVeStigationofLDPCcodes．FirStly，howt0constmctnleLDPCcheckmatrixismtroduced；andnlentheenCodingaIlddecodingtlleo巧ofLDPCcodesisdes嘶bledindetailed．Besides，severalfactorsinnueIl

6、c噸LDPCcodesaregiven．Onnlebasis，t11eencoderanddecoderofLDPCaredesigned．(2)R．esearchonjointsou】倫e-ch鋤eldecodingbasedonHiddenM破oVSourceModel鋤dLDPCcodes．Staning謝tllre-estimatedalgorithmofHiddenMarkoVModel，廿lisp印erdescribesmejointdecodingaJgorithm，t11eimpr0VedalgoritllmaIldtlle甜gorimm州mchange

7、dstepsofsource，aIsogiVestheshulationresultsofeachalgoritllIll．(3)Thejointsource—channeldecodingalgorithmbasedonLDPCisappliedt0digitalwatemIarksystem．mthesystem，me、Vate肌arkisfirstlycoded，andtllenembeddedintotlleDCTfieldofthe硫age．IIl也edecoder，也ewatenn酞caIlbedesc曲ledasHidden