基于LDPC码的联合信源信道译码算法研究及其应用

摘要

低密度奇偶校验码(Low—Density Padty—Check codes，LDPC码)是由Gallager在1962年提出的一种基于稀疏校验矩阵的线性分组纠错码，因其具有逼近香农限的优秀性能，而成为了当前信道编码领域最受瞩目的热点之一。信源信道联合编译码是由M．C．Elience于1977年首先提出来，被用于提高通信系统的整体优化，取得了预期效果。本文采用理论分析和计算机仿真相结合的方法，对基于LDPC码的联合信源信道译码算法及其在数字水印系统中的应用展开研究。论文主要工作包括：
　　 (1)系统地论述了LDPC码的基本原理，LDPC码的结构和校验矩阵的构造方法。详细分析了LDPC码的编译码原理和影响LDPC码性能的几个因素，在此基础之上进行了LDPC码编译码器的结构设计。
　　 (2)研究了基于隐马尔可夫信源估计和LDPC码的联合信源信道译码算法。从隐马尔可夫信源估计算法入手，利用它与LDPC码进行联合译码，对该联合译码算法进行了改进，并对信源模型的阶数进行了更新，对各种译码算法的性能进行了全面的仿真分析。
　　 (3)将基于LDPC码的联合译码算法应用到数字图像水印系统。在该系统中先对数字水印进行LDPC纠错编码，然后在DCT域将编码后的序列嵌入到原始图像中，提取水印时，用隐马尔可夫模型来描述水印图像，利用信源信道联合迭代译码算法进行提取，从而降低了水印在传输过程中的误码率。
　　 AWGN信道的仿真结果表明，采用联合的信源信道译码算法能够改善LDPC码的译码性能。将此联合算法应用到图像数字水印系统中，可以提高水印传输的可靠性，增强水印的抗攻击能力。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1纠错编码的发展

1.2研究LDPC码的意义

1.3 LDPC码的研究现状与进展

1.4本文主要工作及论文安排

第2章 LDPC码的基础知识

2.1 LDPC码的定义及二分图表示

2.1.1线性分组码

2.1.2 LDPC码定义

2.1.3二分图(Tanner)表示

2.2 LDPC码的结构

2.2.1正则与非正则的LDPC码

2.2.2二元域与多元域的LDPC码

2.3校验矩阵的构造

2.3.1 Gallager的构造方法

2.3.2 Mackay的构造方法

2.3.3 Davey的构造方法

2.3.4几何构造法

2.3.5图论方法构造

2.3.6群论方法

2.4本章小结

第3章 LDPC码的编译码算法及性能仿真

3.1 LDPC码的编码

3.1.1 LDPC码的直接编码

3.1.2 LDPC码的简化编码

3.1.3基于π旋转矩阵的LDPC编码设计

3.2编码器实现方案

3.3 LDPC码的置信传播Belief Propagation(BP)译码算法

3.3.1概率域上的BP译码算法

3.3.2对数域上的BP译码算法

3.3.3 BP算法的性能仿真与结果讨论

3.4译码器的结构设计

3.5本章小结

第4章 基于隐马尔可夫信源估计和LDPC码的联合信源信道译码算法

4.1通信系统的优化理论

4.2信源信道联合编译码的基本构思

4.3隐马尔可夫模型(HMM)概述

4.3.1 Markov链

4.3.2 HMM基本思想

4.3.3 HMM的定义

4.4基于HMM的信源—信道联合迭代译码

4.4.1基于HMM估计和LDPC码的联合信源信道译码

4.4.2改进的基于HMM估计和LDPC码的联合信源信道译码

4.4.3更新信源模型阶数的信源信道联合译码

4.4.4仿真结果

4.5本章小结

第5章 基于LDPC码的数字水印研究

5.1数字水印技术概述

5.1.1数字水印的分类

5.1.2数字水印系统的基本要求

5.2数字图像水印技术概述

5.2.1数字图像水印系统与通信系统的相似性

5.2.2数字图像水印系统

5.3基于DCT变换和LDPC码的数字水印算法

5.3.1水印嵌入

5.3.2水印提取

5.4 LDPC码联合译码算法在数字图像水印系统中的应用

5.4.1水印性能评测

5.4.2联合信源信道译码算法应用于图像水印系统的性能分析

5.4.3受水印攻击时的性能分析

5.5本章小结

第6章 总结及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢