申请/专利权人：天津大学

申请日：2019-11-09

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN110932736B

主分类号：H03M13/15

分类号：H03M13/15;H03M13/29;G06N3/123

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2020.04.21#实质审查的生效;2020.03.27#公开

摘要：本发明公开了一种基于Raptor码及四进制RS码的DNA信息存储方法，该方法包括基于Raptor码的DNA信息存储流程：步骤1、将需要存储的信息文件转为二进制码流；步骤2、对二进制码流用Raptor码编码为含A、T、C、G的碱基序列；步骤3、对碱基序列加入四进制RS纠错机制，保证信息存储的正确性，然后再在碱基序列两端加入合成DNA所需的引物段，并用生物技术将这些碱基序列合成为DNA链，即完成信息的存储；与现有技术相比，本发明所实现的DNA存储技术具有可延展性好、编解码效率高、复杂度小等有益效果。

主权项：1.一种基于Raptor码及四进制RS码的DNA信息存储方法，其特征在于，该方法包括基于Raptor码的DNA信息存储流程以及基于四进制RS码的纠错编码流程，这两个流程分别包括以下步骤：所述基于Raptor码的DNA信息存储流程进一步包括：步骤1、将需要存储的信息文件转为二进制码流；步骤2、对二进制码流用Raptor码编码为含A、T、C、G的碱基序列；Raptor码是一种以LDPC为内码，LT为外码的编解码算法，先用LDPC对信息源符号进行编码获得中间符号，再对中间符号进行LT编码生成编码符号，故Raptor编码主要包括两个步骤：LDPC编码和LT编码，具体编码过程如下：步骤2-1、进行LDPC编码：生成矩阵G，通过矩阵G将编码的信息符号u映射至分组码空间获得映射符号c，即：c＝u×G1假设εpre与δpre分别代表预编码的译码开销与译码失败概率上限，则预编码LDPC的码率表示为： 实验中设置εpre＝0.1，δpre＝0.0227，并采用规则LDPC码，则编码码率计算为R＝0.95；校验矩阵G选择度值为4，作为校验矩阵输入的信息符号数k为240，作为校验矩阵输出的中间符号数L为256，则本方法应用的是16,4,4LDPC码；然后将信息符号矩阵Dx1,x2,…,xk与LDPC码的校验矩阵G-1相乘，获得中间符号矩阵C＝[c0,c1,…,cL-1]T，表达式为：C＝G-1D3步骤2-2、LT编码：基于概率转移法对度分布函数进行改进即构建一个适用于短码长的弱LT度分布函数μd，表达式为： 对预编码获得的中间符号C进行LT编码：首先按度分布函数μd随机选择一个度值d，1≤d≤k，然后从L个中间符号中随机选择出d个，对这d个符号进行模二异或运算生成一个编码符号yi，不断重复异或运算产生无数个编码符号y1,y2,…，接收端收到编码符号后，解码出一定个数即LDPC码可纠错范围内的中间符号数的中间符号，再利用LDPC的性质对中间符号进行纠错及BP译码即可恢复原始符号信息；步骤3、在碱基序列两端加入合成DNA所需的引物段，再用生物技术将这些碱基序列合成为DNA链，即完成信息的存储；步骤4、当需读取DNA中的信息时，先应用PCR技术对DNA链进行扩增复制，获得多段相同的DNA副本链，再对DNA副本链应用DNA测试技术转换为碱基序列，对碱基序列进行解码恢复成二进制文件，将二进制文档放入转换器中即可获得存储的信息；所述基于四进制RS码的纠错编码流程包括以下步骤：将四进制信息序列两两分组，转换成βj形式，再对β进行分段，每段含k个符号；计算xn-k+imodgx的值，由于n-k＝2，故获得的值为C2x+C1，x2+igx相除余数为C2x+C1；将计算xn-k+imodgx的值与信息多项式的对应符号mi相乘；n,kRS码的编码算法是通过添加t＝n-k个冗余符号将k个信息符号扩展为n个，从信息空间到编码空间的映射满足：vx＝rx+xn-kmx5rx＝xn-kmxmodgx6式中：vx为编码序列，rx为余数，mx为信息序列，gx为n-k次生成多项式；已知生成多项式gx的根为1和β，如下式所示： 然后将每个信息符号的余数相加，获得整段信息的余数；然后代入式5、6计算vx；对每段信息多项式执行将计算xn-k+imodgx的值与信息多项式的对应符号mi相乘、然后将每个信息符号的余数相加，获得整段信息的余数；然后代入式5、6计算vx；直至编码完成，再将结果序列转换为四进制序列。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 天津大学 一种基于Raptor码及四进制RS码的DNA信息存储方法

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