用于二进制源有损压缩的P-LDPC码的性能分析及优化

《IEEE Transactions on Communications》：Performance Analysis and Enhancement of P-LDPC Codes for Lossy Compression of Binary Sources

本文针对基于P-LDPC码的低损源编码系统，提出了一种新型架构及LC-PEXIT算法用于评估率失真性能，并预测了关键参数先验系数P与增强率R。实验表明，设计的P-LDPC码较传统码和最新超稀疏LDPC码性能提升达1.69-3.26 dB，编码效率提高约70%，显著优于基准系统。

　　

摘要：

由于源编码和信道编码之间的双重性，高性能的信道编码常被用于解决源编码问题。在本文中，我们研究了在失真源编码系统中原图低密度奇偶校验（P-LDPC）码的设计与分析。首先，我们提出了一种基于P-LDPC码的新型失真源编码架构，并通过实验证明，尽管高性能信道编码在其预定领域表现优异，但它们本身并不一定是失真压缩的最优选择。为了便于分析，我们引入了失真压缩原图外部信息传输（LC-PEXIT）算法，该算法有助于评估P-LDPC码的速率失真（RD）性能。此外，LC-PEXIT算法还能预测关键参数，如先验系数和增强率，这两个参数对系统性能有重要影响。我们进一步提出了失真P-LDPC码的设计算法，并提供了两组设计示例。实验结果表明，预测值与实际值之间存在高度一致性，所设计的P-LDPC码在速率失真性能上优于传统的P-LDPC码和最先进的超稀疏LDPC（US-LDPC）码。具体而言，与基准代码相比，所设计的P-LDPC码将系统编码效率提高了约70%，并实现了1.69至3.26分贝的性能提升，使其在失真压缩应用中非常有效。

引言

在现代通信网络（如以太网和无线传感器网络）中，二进制序列的高效压缩对于提高带宽利用率和降低数据传输延迟至关重要，这些因素对于实时通信应用尤为重要。在工业自动化系统中，可编程逻辑控制器（PLC）依赖二进制序列来表示控制逻辑和处理数据，有效的压缩可以显著减少内存使用，从而在PLC的有限内存资源内实现更高效的存储和操作。此外，在物联网（IoT）生态系统中，大量设备以二进制格式生成数据，在设备级别或网络边缘对这些序列进行压缩有助于减少传输到中央服务器或云端的数据量。这不仅降低了通信成本，还提高了IoT系统的整体效率和响应速度。因此，开发高效的二进制序列压缩技术在各个技术领域都具有重要意义。