Dtmb中的全对角线准循环矩阵乘法器的制造方法
【技术领域】
[00011本发明涉及信道编码领域，特别涉及一种DTMB标准中QC-LDPC码的全对角线准循 环矩阵乘法器。
【背景技术】
[0002] 低密度奇偶校验(Low-DensityParity-Check，LDPC)码是高效的信道编码技术之 一，而准循环LDPC(Quasic-LDPC，QC-LDPC)码是一种特殊的LDPC码。QC-LDPC码的生成矩阵G 和校验矩阵Η都是由循环矩阵构成的阵列，具有分块循环的特点，故被称为准循环LDPC码。 循环矩阵的首行是末行循环右移1位的结果，其余各行都是其上一行循环右移1位的结果， 因此，循环矩阵完全由其首行来表征。通常，循环矩阵的首行被称为它的生成多项式。
[0003] 循环矩阵的行重和列重相同，记作w。如果w=0,那么该循环矩阵是全零矩阵。如果 w=l，那么该循环矩阵是可置换的，称为置换矩阵，它可通过对单位矩阵I循环右移若干位 得到。QC-LDPC码的校验矩阵Η是由cXt个bXb阶循环矩阵<i<c，l<j<t，t=e+c) 构成的如下阵列：
[0005]通常，Η中的所有循环矩阵要么是全零矩阵(w= 0)要么是置换矩阵(《=1)。!1的连 续b行和b列分别被称为块行和块列。由式(1)可知，Η有c块行和t块列。
[0006] Η的前e块列对应的是信息向量a，后c块列对应的是校验向量p。码字v=(a,p)。以b 比特为一段，信息向量a被等分为e段，S卩a= (ai，a2,…，ae);校验向量p被等分为c段，S卩p= (pi，P2，···，pc)〇
[0007]将Η的前e块列和后c块列构成的矩阵分别记作E和C，则式(1)变为
[0008] H=[EC] (2)
[0009]既然QC-LDPC码是一种特殊的线性分组码，那么它满足
[0010] HvT=0 (3)
[0011] 其中，上标7表示向量(或矩阵)的转置。将式(2)和v=(a，p)代入式(3)，整理可得
[0012] pT=C_1EaT (4)
[0013] 其中，上标1表示矩阵的逆。
[0014]由式(4)可知，当利用Η对QC-LDPC码进行编码时，需要先计算向量mT =EaT，再计算 向量口1' = (^-11111'。以13比特为一段，向量1]1被等分为(3段，8卩111=(1]11，1]12，~，111。）。作为!1的一部分4 也是准循环矩阵，计算m需要使用准循环矩阵乘法器。
[0015] 对于一般的QC-LDPC码，准循环矩阵乘法器主要由R0M、桶形移位器和累加器组成。 计算m所需的时钟周期数等于E中置换矩阵的个数KR0M存储每个置换矩阵相对I的循环右 移位数及其所在的块行号和块列号，需要iK[l0g2b] + [l0g2e] + [l0g2C])比特的存储器，其 中，符号[X]表示不小于X的最小整数。
[0016] DTMB是中国数字电视地面广播标准的英文简称，英文全称是DigitalTelevision TerrestrialMultimediaBroadcastingeDTMB标准米用了3种不同码率的QC-LDPC码。对于 这3种QC-LDPC码，均有t= 59和b= 127。图1给出了不同码率η下的参数e、c和β。
[0017] 对于3种不同码率，DTMB标准中QC-LDPC码的现有准循环矩阵乘法器所需的计算时 间分别是166、227和261个时钟周期。3种码率共需12426比特ROM。
【发明内容】
[0018] DTMB标准采用的QC-LDPC码的校验矩阵具有全对角线结构，本发明针对该QC-LDPC 码提供了一种高效的准循环矩阵乘法器。
[0019] 如图5所示，全对角线准循环矩阵乘法器由4部分组成:t-Ι个循环左移器&~(^、t-2个b比特异或门Χχ-Χμ、t-1个复用器Μχ-Μμ、t-1个b比特寄存器办~心^和1个查找表 ROM。整个校验过程分6步完成:第1步，清零所有的b比特寄存器办~!?^;第2步，输入信息段 aj，查找表ROM根据码率η和列号j输出码率是η的Ee的第j列t-Ι比特，其中，1 <j<e;第3步， 当0 <Sk〈b时，循环左移器Ck对信息段aj循环左移別位，而当sk=⑴时，循环左移器Ck不对信 息段^循环左移而是把它直接输出，当k=t-l时，循环左移器&的输出与复用器Mk相连，而 当1 <k〈t-l时，循环左移器Ck的输出与b比特异或门Xk相连，其中，1 t-l，ske{〇〇,0， 1，…，b-1};第4步，b比特异或门Xk对循环左移器Ck的输出结果和b比特寄存器1^+1的内容进 行模2加，并送入复用器Mk;第5步，复用器Mk根据查找表ROM输出的第k比特对2个输入二选 一，选择结果送入b比特寄存器Rk，当k=t-l时，若查找表ROM输出的第k比特是0,则复用器Mk 选择全零向量，否则，复用器Mk选择循环左移器Ck的输出结果，当l<k〈t-l时，若查找表ROM 输出的第k比特是0，则复用器Mk选择b比特寄存器Rk+1的内容，否则，复用器Mk选择b比特异或 门Xk的输出结果;第6步，以1为步长递增改变j的取值，重复第2~5步e-Ι次，直到整个信息 向量a输入完毕，此时，b比特寄存器心~心的内容是向量mzUiim，···，!!!。）。
[0020] 本发明充分利用了DTMB标准中QC-LDPC码校验矩阵的全对角线结构，提供的全对 角线准循环矩阵乘法器兼容3种码率，具有结构简单、计算速度快、存储器需求量少等优点。
[0021] 关于本发明的优势与方法可通过下面的发明详述及附图得到进一步的了解。
【附图说明】
[0022]图1给出了不同码率η下的参数e、c和β;
[0023] 图2是DTMB标准中η= 〇. 8码率QC-LDPC码的矩阵Ε示意图；
[0024] 图3是DTMB标准中η= 〇· 8码率QC-LDPC码的基矩阵Ebase示意图；
[0025] 图4是DTMB标准中n= 〇. 8码率QC-LDPC码的扩展矩阵Ee示意图；
[0026]图5是DTMB标准中QC-LDPC码的准循环矩阵乘法器功能框图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明的较佳实施例作详细阐述，以使本发明的优点和特征能更 易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。
[0028] 对于DTMB标准中任一码率的QC-LDPC码，校验矩阵Η中的任一循环矩阵Hi,j(l<i< c，l<j<t)要么是全零矩阵要么是置换矩阵。当是置换矩阵时，它可视为对单位矩阵I循环右移Si,j位的结果，其中，0<Si,j〈b。为便于描述，当Hi,j是全零矩阵时，将它记作对单位 矩阵I循环右移Si,j= °°位的结果，即1°°=0。综上，Si,jE{〇〇,0，1，…，b-Ι}。
[0029] 因为DTMB标准中任一码率QC-LDPC码都具有全对角线校验矩阵H，所以子矩阵E和C 也具有全对角线结构，但(Γ1通常不再具有全对角线结构。图2是DTMB标准中n=〇.8码率QC-LDPC码的E示意图，图中的数字表示循环矩阵相对于单位矩阵I的循环右移位数su。图2共 有t-Ι条对角线，每条对角线上都是循环矩阵。对于任一对角线上的循环矩阵，可能全部是 全零矩阵(如图2中的第56条对角线所示，89,1 = 810,2 = 811,3 = °〇)，也可能全部是相同的置换 矩阵(如图沖的第3条对角线所示，81,46=82,47=83,48 = 65)，还可能一部分是全零矩阵、其 余部分是相同的置换矩阵（如图2中的第11条对角线所示，Sl,38=°°，而S2,39 =S3,4Q=…= sn,48 =34)。若第k条对角线上的循环矩阵全部都是全零矩阵，则它们都是对单位矩阵I循环 右移Sk=m位的结果；否则，该对角线上的置换矩阵都是对单位矩阵I循环右移Ske{〇， 1，···，b_l}位的结果，其中，1<k<t+c-1。综上，skE{〇〇，〇, 1，…，b-l}。在图2中，S56=°°，S3 = 65，sii= 34〇
[0030] 如果用"0"标识E中的全零矩阵，用"Γ标识置换矩阵，那么E就可表示成基矩阵 Ebase。图3是图2中E对应的EbaseAbase是cXe阶的二进制矩阵。
[0031]接下来，对Ebase进行扩展并循环移位。首先，在Ebase的上方增加一个(e-1)Xe阶的 全零矩阵，将其扩展成一个(t-l)Xe阶的二进制矩阵。然后，对扩展后的Ebase的第j列循环 上移j-Ι位，其中，2 <j<e。根据上述操作，图3中的Ebase变为图4所示的扩展矩阵Ee。
[0032]对于DTMB标准中任一码率QC-LDPC码，Ee的si~sss分别是114、79、65、68、23、117、 28、13、92、84、34、12、29、102、62、3、8、122、78、115、17、70、110、53、74、21、41、67、66、42、81、 60、126、31、2、63、16、116、24、57、40、22、69、18、89、48、113、120、124、5、83、93、105、47、90、 101、30和0。
[0033] 针对DTMB标准中的QC-LDPC码，图5给出了其准循环矩阵乘法器，兼容3种码率，以 便高效计算向量m。该全对角线准循环矩阵乘法器由t-Ι个循环左移器个b比特 异或门Χι~Xt-2、t-Ι个复用器施~編―!、t-Ι个b比特寄存器RcRt-!和1个查找表ROM组成。 [0034] 查找表ROM逐列存储（t-l)Xe阶扩展矩阵Ee中的二进制数据，3种码率QC-LDPC码 共享该查找表R0M，其宽度是t-Ι比特，深度是108。查找表ROM根据码率η和列号j输出码率是η的Ee的第j列t-ι比特，其中，1幻· "。
[0035] 当0<Sk〈b时，循环左移器Ck对信息段aj循环左移Sk位；当sk=⑴时，循环左移器Ck 不对信息段％循环左移而是把它直接输出，其中，1 <j<e，1 <k<t-1，ske卜，〇，1，…，b_ 1}。当k=t_l时，循环左移器Ck的输出与复用器Mk相连；当l<k〈t-l时，循环左移器Ck的输出 与b比特异或门Xk相连。
[0036] b比特异或门Xk对循环左移器Ck的输出结果和b比特寄存器Rk+1的内容进行模2加， 并送入复用器Mk，其中，1 <k<t-2。
[0037] 复用器Mk，根据查找表ROM输出的第k比特对2个输入二选一，选择结果送入b比特 寄存器Rk，其中，1<k<t-Ι。当k=t-Ι时，若查找表ROM输出的第k比特是0，则复用器Mk选择 全零向量;否则，复用器Mk选择循环左移器Ck的输出结果。当1<k〈t-l时，若查找表