一种DNA数据存储译码方法及装置

本技术涉及信息，尤其涉及一种dna数据存储译码方法及装置。

背景技术：

1、随着信息技术技术和互联网应用的不断升级，产生的大量数据如何存储成为一个不可避免的问题。为了缓解爆炸性数据生产与当前存储能力之间日益增长的差距，对新存储介质的需求变得越来越迫切。考虑到其超高密度的存储容量及其稳定性，脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid，dna)被认为是一种适合长期存储数据的存储介质。

2、dna存储技术是指利用人工合成的dna存储文本文档、图片和声音文件等数据，随后完整读取的技术，具有高效、存储量大、存储时间长、易获取且免维护的优点。dna存储是由四种含氮碱基组成，分别叫做腺嘌呤(a)、胸腺嘧啶(t)、胞嘧啶(c)以及鸟嘌呤(g)，又称它们为碱基。这四种碱基通过不同的排列方式组合成寡核苷酸(oligonucleotides,oligs)，即dna链。通过a与t、c与g碱基互补配体的原则，可形成双螺旋的dna双链分子结构，每个碱基可代表一定数量的比特数据。

3、当前的数据存储基本都会用到纠错码技术以得到更进一步的数据保护能力，主要流程是为信息序列添加一些冗余，信息序列和冗余一起组成码字，当要恢复信息序列时可以通过对码字进行译码得到。现有的基于接收符号直接计算出来的初始llr值不准确，直接将此llr输入译码器，容易导致dna信道的译码性能降低，造成误码率高的技术问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种dna数据存储译码方法及装置，用于解决现有的dna数据存储译码技术误码率高的技术问题。

2、为解决上述的技术问题，本技术第一方面提供了一种dna数据存储译码方法，包括：

3、获取dna序列，并计算所述dna序列中每一组比特对的两个初始llr值；

4、利用基于改进归一化最小和算法的节点更新方程，对所述dna序列进行变量节点和校验节点的更新处理；

5、根据更新后的变量节点、校验节点和所述初始llr值，对所述dna序列进行变量节点判决处理，得到本次译码周期的码字数据；

6、循环执行变量节点更新处理、校验节点更新处理以及变量节点判决处理，当满足预设的循环终止条件时，终止迭代译码过程，并将最新的码字数据作为译码输出结果；

7、根据预设的译码结果判定条件，对所述译码输出结果进行校验，若所述译码输出结果的校验结果为译码未成功，则更新所述初始llr值，并基于更新后的初始llr值重新译码，以获得新的译码输出结果。

8、优选地，所述节点更新方程具体为：

9、

10、

11、式中，n(j)是指一组连接到变量节点j的所有校验节点构成的集合，chj为变量节点j的初始llr值，为在第iter次迭代中从变量节点j向校验节点i传递的外部信息，为在第iter次迭代中从校验节点i向变量节点j传递的外部信息，δ为补偿因子，为在第iter-1次迭代中从变量节点j向校验节点i传递的外部信息，n(i)是指一组连接到校验节点i的所有变量节点构成的集合，j’用于指代n(i)集合中除变量节点j以外的所有变量节点。

12、优选地，所述根据更新后的变量节点、校验节点和所述初始llr值，对所述dna序列进行变量节点判决处理，得到本次译码周期的码字数据具体包括：

13、根据更新后的变量节点、校验节点和所述初始llr值，从判决值计算公式中，得到变量节点的判决值，以根据所述判决值与预设的判决阈值比较，以确定本次译码周期的码字数据。

14、优选地，所述判决值计算公式具体为：

15、

16、式中，为变量节点j的判决值，n(j)是指一组连接到变量节点j的所有校验节点构成的集合，chj为变量节点j的初始llr值，是变量节点j的总外部信息。

17、优选地，所述若所述译码输出结果的校验结果为译码未成功，则更新所述初始llr值具体包括：

18、若所述译码输出结果的校验结果为译码未成功，则根据当前的dna序列中各组比特对的总外部信息绝对值与所述比特对的比特翻转阈值进行比较，若所述总外部信息绝对值小于所述比特翻转阈值，则将所述比特对对应的比特进行翻转，若否，则所述比特对维持不变，其中，所述比特翻转阈值为根据所述比特对的初始llr绝对值乘以与该比特相关联的校验方程数量计算得到的。

19、同时，本技术第二方面提供了一种dna数据存储译码装置，包括：

20、dna序列预处理单元，用于获取dna序列，并计算所述dna序列中每一组比特对的两个初始llr值；

21、节点处理单元，用于利用基于改进归一化最小和算法的节点更新方程，对所述dna序列进行变量节点和校验节点的更新处理；

22、码字数据获取单元，用于根据更新后的变量节点、校验节点和所述初始llr值，对所述dna序列进行变量节点判决处理，得到本次译码周期的码字数据；

23、循环控制单元，用于循环执行变量节点更新处理、校验节点更新处理以及变量节点判决处理，当满足预设的循环终止条件时，终止迭代译码过程，并将最新的码字数据作为译码输出结果；

24、译码结果校验单元，用于根据预设的译码结果判定条件，对所述译码输出结果进行校验，若所述译码输出结果的校验结果为译码未成功，则更新所述初始llr值，并基于更新后的初始llr值重新译码，以获得新的译码输出结果。

25、优选地，所述节点更新方程具体为：

26、

27、

28、式中，n(j)是指一组连接到变量节点j的所有校验节点构成的集合，chj为变量节点j的初始llr值，为在第iter次迭代中从变量节点j向校验节点i传递的外部信息，为在第iter次迭代中从校验节点i向变量节点j传递的外部信息，δ为补偿因子，为在第iter-1次迭代中从变量节点j向校验节点i传递的外部信息，n(i)是指一组连接到校验节点i的所有变量节点构成的集合，j’用于指代n(i)集合中除变量节点j以外的所有变量节点。

29、优选地，所述码字数据获取单元具体用于：

30、根据更新后的变量节点、校验节点和所述初始llr值，从判决值计算公式中，得到变量节点的判决值，以根据所述判决值与预设的判决阈值比较，以确定本次译码周期的码字数据。

31、优选地，所述判决值计算公式具体为：

32、

33、式中，为变量节点j的判决值，n(j)是指一组连接到变量节点j的所有校验节点构成的集合，chj为变量节点j的初始llr值，是变量节点j的总外部信息。

34、优选地，所述若所述译码输出结果的校验结果为译码未成功，则更新所述初始llr值具体包括：

35、若所述译码输出结果的校验结果为译码未成功，则根据当前的dna序列中各组比特对的总外部信息绝对值与所述比特对的比特翻转阈值进行比较，若所述总外部信息绝对值小于所述比特翻转阈值，则将所述比特对对应的比特进行翻转，若否，则所述比特对维持不变，其中，所述比特翻转阈值为根据所述比特对的初始llr绝对值乘以与该比特相关联的校验方程数量计算得到的。

36、从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：

37、本技术提供的技术方案通过在变量节点更新阶段采用改进归一化最小和译码逻辑，在完成第一轮译码且判断译码未成功时，再利用第一轮译码结果得到的有用信息，去重新更新初始llr值，再使用这个llr值进行新一轮译码，从而降低误比特率，使整体误码率性能提升，解决了现有的dna数据存储译码技术误码率高的技术问题。