基于極化碼的分布式信源編解碼系統的FPGA設計與實現
信息技術與網絡安全 10期
周峻輝，楊 紅，卿粼波，吳曉紅，趙祥偉
(四川大學 電子信息學院，四川 成都610065)
摘要： 為解決在終端資源受限的場景下難以進行壓縮編碼的問題，在FPGA平臺上設計了一種基于極化碼的分布式信源編解碼系統。系統在反饋機制下通過刪除部分極化碼校驗比特實現了碼率自適應傳輸。最后采用Verilog硬件描述語言在Xilinx公司的Virtex-7系列開發板上進行硬件設計及系統實現。測試結果表明，采用時鐘頻率為200 MHz的情況下，系統的吞吐率可達到919 kb/s。
中圖分類號： TN911.2
文獻標識碼： 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的FPGA設計與實現[J].信息技術與網絡安全，2021，40(10)：61-66.
文獻標識碼： 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的FPGA設計與實現[J].信息技術與網絡安全，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
隨著無線傳感器網絡[1-2]、監控技術[3]、衛星通信[4]等技術的發展，資源受限終端的應用場景日漸普遍。但這類終端因特定場景對其低功耗、小型化的要求而面臨資源限制，所以在對其數據壓縮編碼的過程中必須要考慮計算的復雜度。傳統的信源編碼方案采用聯合編碼的方式對傳輸數據進行壓縮，在編碼端進行大量的計算，所以不再適用于這些資源受限的終端設備。而分布式信源編碼(Distributed Source Coding，DSC)方案則是通過各編碼端獨立編碼，在解碼端充分考慮信源間相關性來實現聯合解碼，從而將大量的計算過程從對復雜度敏感的編碼端轉移到了資源相對豐富的解碼端，因此分布式信源編碼更適合應用于編碼端資源受限的場合。
現在分布式信源編碼得到了日漸深入的研究，同時對信道碼的研究更是科研人員關注的重點。現在的分布式信源編解碼系統一般采用應用廣泛的LDPC碼[5]或Turbo碼[6-7]。此外2009年Arikan教授提出的極化碼[8]作為第一個被嚴格證明可以達到香農極限的信道編碼方法，其具備更優良的檢錯能力、更好的碼率兼容性和更低的編譯碼計算復雜度，所以有學者開始研究將極化碼應用在分布式信源編碼中。文獻[9-10]分別實現了一種基于極化碼的分布式信源編碼系統，但這些系統均按固定碼率進行傳輸，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 電子信息學院，四川 成都610065)
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