基于LDPC码的自适应视频水印算法研究

根据视频水印系统和数字通信系统相似的特性,提出了一种基于LDPC码的自适应视频水印算法。水印信息经随机置换与LDPC编码,对经过二次整数变换之后的直流分量进行修改实现水印的嵌入。为了兼顾水印的不可见性与鲁棒性的要求,算法根据水印长度和变换之后系数的大小自适应地选择嵌入水印的组及系数的改变强度。实验结果表明:该算法能够保证很好的视频质量,较之基于DCT变换的水印算法嵌入速度更快,并实现了水印的盲提取。对于常见的视频攻击有较强的鲁棒性,在码率高于汉明界推导出的下限的情况下,算法鲁棒性随着码率的减小而增强。

GF(q)域上非规则LDPC码EXIT图分析方法研究

GF(q)域上非规则LDPC码是二进制非规则LDPC码在有限域GF(q=2p)上的扩展,在码长和码率相等的情况下,具有比二进制非规则LDPC码更优异的性能。如何分析GF(q)域上非规则LD-PC码的迭代译码性能是其能否有效应用的关键。基于迭代译码结构,本文研究了AWGN信道下GF(q)域上非规则LDPC码的EXIT图分析方法,推导了其计算表达式;提出了利用EXIT图变量节点与校验节点联合优化准则。仿真结果表明,相对密度进化方法,该方法计算出的收敛门限值的精度稍有下降,却极大地降低了计算复杂度;在相同通信条件下,通过联合优化准则设计的GF(q)域上的非规则LDPC性能优于二进制非规则LDPC码;得到的收敛门限对应的信噪比非常接近香农限,进一步验证了EXIT图分析工具的优越性。

AWGN信道下线性分组码的差错概率下界分析

提出了一种线性分组码的最大似然译码(ML-decoding)差错概率下界的计算方法。差错概率的下界优化实质上是对联合事件概率下界的优化,算法结合改进的Dawson-Sankoff界的优化准则,提出了AWGN信道下线性分组码差错冗余事件的判决准则,得到了误码率下界的计算表达式。该表达式只依赖码字的Hamming重量分布与信噪比,较之类deCaens界与类KAT界,本算法得到的下界更紧,计算量更低。针对LDPC等线性分组码的数值结果证明了算法的优越性能。

GF(q)域上LDPC码的改进扩展最小和译码算法

通过分析扩展最小和算法(EMS)存在的问题,提出了一种针对q元LDPC码的改进译码算法.不同司于EMS算法固定每次迭代中FHT的阶数,该算法根据每次迭代中变量节点的概率分布对的平均方差自适应选择FHT的阶数,并修改发生振荡的变量节点输出信息,使之同时包含上次迭代和当前迭代的信息,从而减少性能的损失与振荡的影响.仿真结果表明,在译码复杂度相当的情况下,该算法性能与收敛速度明显优于EMS算法.

基于LDPC码的盲视频水印算法研究(英文)

根据视频水印系统和数字通信系统相似的特性,提出了一种基于LDPC码的盲视频水印算法。水印信息经随机置换与LDPC编码,对经过二次整数变换之后的直流分量进行修改实现水印的嵌入。为了兼顾水印的不可见性与鲁棒性的要求,根据水印长度和变换之后系数的大小自适应地选择嵌入水印的组及系数的改变强度。实验结果表明,该算法能够保证很好的视频质量,视频帧的PSNR值高于50 dB,并实现了水印的盲提取。对于常见的视频攻击有较强的鲁棒性,在码率高于汉明界推导出的下限的情况下,算法鲁棒性随着码率的减小而增强。

基于有限域上乘法群与均衡不完全区组的准循环LDPC码构造

构造低编码复杂度的准循环LDPC码是其在高速数据传输系统中有效应用的关键技术之一。本文通过引入有限域上乘法群,提出了一种新的基于均衡不完全区组(BIBD)的准循环LDPC码的构造算法。算法将基于BIBD的传统构造算法中的加法群替换为乘法群,简化了相应元素位置向量的计算;同时通过校验矩阵扩展(dis-persion)构造出能够抵抗长突发删除错误的好码。仿真结果表明,本算法构造的准循环LDPC码的围长至少为6,能够采用反馈移位寄存器实现线性复杂度的编码;利用和积译码算法进行迭代译码,AWGN与BEC信道下译码性能与随机构造的LDPC码相当。

BSC信道下线性分组码的差错概率下界分析

针对BSC信道,提出了一种线性分组码的最大似然译码差错概率下界的计算方法。根据最大似然译码算法原理,首先将译码差错概率转化为差错事件的联合概率,基于改进的Dawson-Sankoff界的优化准则,推导出BSC信道下线性分组码差错冗余事件的判决准则,最后得到差错概率下界的计算表达式。该下界只依赖于码字的Hamming重量分布与信道的交叉概率。针对不同的LDPC码的仿真结果表明:较之常见的下界和sphere packing bound,本算法得到的下界性能更好、计算复杂度更低。

800Mbps准循环LDPC码译码器的FPGA实现

本文提出了一种适用于准循环低密度校验码的低复杂度的高并行度译码器架构。通常准循环低密度校验码不适于设计有效的高并行度高吞吐量译码器。我们通过利用准循环低密度校验码的奇偶校验矩阵的结构特点,将其转化为块准循环结构,从而能够并行化处理译码算法的行与列操作。使用这个架构,我们在Xilinx Virtex-5LX330FPGA上实现了(8176,7154)有限几何LDPC码的译码器,在15次迭代的条件下其译码吞吐量达到800Mbps。

一种基于整数变换DC分量的自适应视频水印算法

提出了一种基于直流分量的自适应视频水印算法。在对原始视频帧进行随机选择的基础上,对亮度分量作二维4×4整数变换,并提取直流分量分组进行一维整数变换;为了兼顾水印的不可见性与鲁棒性的要求,根据水印长度和变换之后系数的大小自适应地选择嵌入水印的组及系数的改变强度。水印嵌入之前进行随机置换与LDPC编码增强了水印抗攻击能力。实验结果表明,该算法能够保证很好的视频质量,视频帧的PSNR值高于50dB,并实现了水印的盲提取。对于常见的视频攻击有较强的鲁棒性,特别是在多种格式压缩的条件下能有效提取水印。

宽带跳频通信系统频域均衡算法

针对差分跳频通信系统跳频带宽宽、瞬时带宽窄的信号特点,提出了一种差分跳频均衡算法——基于最小均方算法的多跳联合频域均衡算法。分析了最小均方误差准则频域均衡与单符号最小均方频域均衡对宽带差分跳频通信系统的不适用性,从而提出适用于差分跳频通信系统的多跳联合最小均方频域均衡算法,给出了算法详细的设计过程和结构。对算法性能在频率选择性衰落信道条件下进行仿真评估,结果表明本算法对差分跳频通信系统的信道均衡性能具有显著的作用,能提高差分跳频系统的解调误码性能。

800Mbps准循环LDPC码编码器的FPGA实现

本文提出了一种准循环低密度奇偶校验码的低复杂度高速编码器结构。通过利用循环矩阵的结构特性,增加少量的硬件开销就可以提高编码器的并行度,得到一种基于并行SRAA结构的编码算法,提高了编码器的吞吐量。这种编码方法的主要优点是复杂度较低,且编码延时小。在Xilinx Virtex 4 FPGA上实现了(8176,7154)有限几何LDPC码的编码器,吞吐量达到800Mbps。

基于循环群的准循环LDPC码构造

随机LDPC码的编码相当复杂,相对随机LDPC码而言准循环LDPC码具有编码复杂度低的特点,它可以用移位寄存器来实现线性复杂度的编码器。LDPC码通常采用Tanner图上的和积算法进行迭代译码。对于无圈的Tanner图,即girth为无穷大的Tanner图,和积译码是一种最优译码算法。本文提出了一种基于行列约束的LDPC码代数构造方法,这种构造方法可以构造出一类二元的准循环LDPC码,它的girth不小于6。仿真结果表明,构造出来的LDPC码在AWGN信道下采用和积迭代译码就误块率与误码率等方面的性能可与标准码相当。

准循环低密度校验码的快速编码

探讨了准循环低密度奇偶校验码的快速编码问题。基于循环矩阵的一种特性,提出了一种基于并行SRAA结构的编码算法,能够提高编码器的吞吐量。这种编码方法的主要优点是复杂度较低,且编码延时小。在FPGA上实现了码长为8176而码率为0.875的有限几何LDPC码的编码器,吞吐量达到800 Mb/s。

信噪比失配对LDPC码译码影响的分析

在加性高斯白噪信道条件下,采用置信度传播算法对LDPC码进行译码,需要精确估计信道信噪比用于计算接收比特的后验概率消息作为译码器的输入。信噪比值的错误估计称为信噪比失配。本文研究加性高斯白噪信道条件下信噪比失配对LDPC码译码的影响。通过对置信度传播算法校验节点更新方程的近似得到一个以信噪比为自变量的校正因子函数,基于该函数得出信噪比欠估计对译码的影响比过估计更敏感的结论,计算机仿真验证了该结论。

基于FPGA的高速高斯随机数发生器

设计了一个基于FPGA的高速、高性能的高斯随机数发生器。首先简要介绍了以前的一些算法并指出其不足之处。然后阐明了本文的算法:对均匀随机数进行高效的变换以生成非常接近高斯分布的随机数,再依据中心极限定理把两个上述随机数相加得到高斯随机数。算法所需的运算只有RAM的读操作与乘法、加法运算。分析了算法的性能并与其他算法做了对比,证明了本文算法的高效性。最后给出了FPGA实现的系统结构,并分析了所需的硬件资源。

能效最大化准则下的星地融合网络的安全波束成形算法

未来通信系统存在功耗较大、频谱短缺与传输安全等问题,星地融合网络因其在功耗、频谱效率和总体部署设计等方面具有独特的优势,被认为是解决上述问题的可行架构方案.本文针对该网络中的能效最大化问题提出了一种安全波束成形算法.假设卫星下行链路存在多个窃听者且发送端仅知晓窃听统计信道状态信息,本文在发射功率受限、用户信干噪比限制和窃听信干噪比概率约束的情况下,研究了蜂窝用户的能效最大化问题,提出了一种鲁棒混合波束成形方案,分别运用S-procedure和Bernstein型不等式将非凸的概率约束限制转化为线性矩阵不等式和二次锥约束,然后采用Charnes-Cooper和罚函数法将原NP-hard问题转换为凸优化问题,并提出一种双层迭代算法计算出数字和模拟波束成形矢量.仿真结果表明,本文所提方案能显著地提升信息传输的安全性和能效性.

面向绿色认知无线电网络的物理层安全传输算法研究

绿色认知无线电网络因其能同时减轻频谱稀缺问题和提高能量效率,已受到国内外研究者的广泛关注。然而,由于无线传输的广播特性,认知传输存在被恶意用户非法窃听的威胁。针对上述问题,文中以安全能效(SEE)作为认知无线电网络性能的评价指标,提出了安全速率和信号发送功率约束下的安全能效最大化(SEEM)问题。由于该优化问题的非凸性,首先通过引入辅助变量对原问题进行等价转换。其次,采用连续凸近似(SCA)方法将该复杂的非凸优化问题转化为近似凸问题。最后,提出了一种基于SCA的迭代优化求解算法。计算机仿真验证了所提算法的有效性,并定量分析了窃听者数量和认知基站天线数对系统安全能效性能的影响。

面向卫星-地面协同通信系统的物理层安全传输设计

为增强多窃听者场景下的卫星-地面协同通信系统数据传输安全性,首先建立以卫星链路物理层安全传输速率最大化为优化准则、地面链路传输质量和信号发送功率为约束条件的卫星-地面协同传输优化问题。由于该优化问题的非凸性,随后通过引入辅助变量,将原问题分解为主、次两个子问题进行迭代求解,其中主问题为一维搜索问题,次问题则需进一步借助半正定松弛和矩阵变换方法转换为等价凸优化问题。最终,提出一种基于物理层安全的卫星-地面协同传输设计方案。计算机仿真结果表明,信号发射功率和卫星天线数的增加可提升系统安全速率,而窃听者数量的增加则会使得系统安全性降低。

基于无人机中继的星地认知网络波束成形算法

针对基于无人机中继的星地认知网络,提出了两种波束成形(beamforming,BF)算法,通过对各种干扰进行抑制,实现系统间的频谱共享。具体而言,在基于无人机中继的卫星网络作为次级网络、地面网络作为主网络的情况下,以无人机最大发射功率和主用户所受干扰为约束条件,建立次级用户信干噪比最大化准则的优化问题;接下来在已知次级用户统计信道状态信息的条件下,提出一种基于迭代的BF算法对优化问题进行求解;更进一步,为了降低迭代算法的实现复杂度,提出了一种基于迫零的BF算法。最后,计算机仿真验证了所提两种波束成形方案的正确性与有效性。

多关口站的卫星通信系统前向链路安全性能分析

针对卫星通信系统的前向链路,分析了基于选择合并(Selection Combining,SC)方案下的系统安全中断性能。首先,考虑路径损耗和天线增益,并假设卫星链路服从阴影莱斯(Shadowed-Rician,SR)分布的情况下,得到SC方案下系统的端到端输出信噪比(Signal-to-Noise ratio,SNR)表达式。然后,基于输出SNR表达式,推导出卫星通信系统前向链路的精确安全中断概率闭合表达式。最后,数值分析结果证明了安全性能评估的正确性,并分析了馈电链路中关口站数对卫星系统前向链路性能的影响,以及窃听者对系统性能的影响,从而为实际系统设计提供了参考和依据。