基于极化码的分布式信源编解码系统的FPGA设计与实现
信息技术与网络安全 10期
周峻辉，杨 红，卿粼波，吴晓红，赵祥伟
(四川大学 电子信息学院，四川 成都610065)
摘要：为解决在终端资源受限的场景下难以进行压缩编码的问题，在FPGA平台上设计了一种基于极化码的分布式信源编解码系统。系统在反馈机制下通过删除部分极化码校验比特实现了码率自适应传输。最后采用Verilog硬件描述语言在Xilinx公司的Virtex-7系列开发板上进行硬件设计及系统实现。测试结果表明，采用时钟频率为200 MHz的情况下，系统的吞吐率可达到919 kb/s。
中图分类号：TN911.2
文献标识码：A
DOI：10.19358/j.issn.2096-5133.2021.10.010
引用格式： 周峻辉，杨红，卿粼波，等. 基于极化码的分布式信源编解码系统的FPGA设计与实现[J].信息技术与网络安全，2021，40(10)：61-66.
文献标识码：A
DOI：10.19358/j.issn.2096-5133.2021.10.010
引用格式： 周峻辉，杨红，卿粼波，等. 基于极化码的分布式信源编解码系统的FPGA设计与实现[J].信息技术与网络安全，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
随着无线传感器网络[1-2]、监控技术[3]、卫星通信[4]等技术的发展，资源受限终端的应用场景日渐普遍。但这类终端因特定场景对其低功耗、小型化的要求而面临资源限制，所以在对其数据压缩编码的过程中必须要考虑计算的复杂度。传统的信源编码方案采用联合编码的方式对传输数据进行压缩，在编码端进行大量的计算，所以不再适用于这些资源受限的终端设备。而分布式信源编码(Distributed Source Coding，DSC)方案则是通过各编码端独立编码，在解码端充分考虑信源间相关性来实现联合解码，从而将大量的计算过程从对复杂度敏感的编码端转移到了资源相对丰富的解码端，因此分布式信源编码更适合应用于编码端资源受限的场合。
现在分布式信源编码得到了日渐深入的研究，同时对信道码的研究更是科研人员关注的重点。现在的分布式信源编解码系统一般采用应用广泛的LDPC码[5]或Turbo码[6-7]。此外2009年Arikan教授提出的极化码[8]作为第一个被严格证明可以达到香农极限的信道编码方法，其具备更优良的检错能力、更好的码率兼容性和更低的编译码计算复杂度，所以有学者开始研究将极化码应用在分布式信源编码中。文献[9-10]分别实现了一种基于极化码的分布式信源编码系统，但这些系统均按固定码率进行传输，所以不能获得最佳的信源压缩性能。
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作者信息：
周峻辉，杨 红，卿粼波，吴晓红，赵祥伟
(四川大学 电子信息学院，四川 成都610065)
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