CN1199450C - 数字电视中的通信系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种数字通信系统。发送系统包括：纠错编码器部分；多路复用器(MUX)部分；控制部分；信道编码部分，执行RS编码和TCM编码；VSB发送部分，用VSB方法调制信道编码数据，输出调制数据；其中当输入数据是通过第一路径输入的附加数据时，控制部分旁路随机化处理。接收机系统包括：调谐器部分，接收并调谐通过同一信道发送的附加数据和ATSC数据；TCM解码器；去交织器；多路分解器，根据去交织器输出的数据种类，沿第一路径(ATSC)或第二路径(附加数据)执行多路分解；限定器，对通过第一路径输出的数据执行硬判决；ATSC解码器部分；附加纠错解码器部分。

Description

数字电视中的通信系统
                           技术领域
本发明涉及一种用VSB(vestigital side band，残留边带)方法实现调制/解调的数字通信系统。
                        背景技术
一种用于地面波数字广播的8VSB发送系统1995年时曾被用作美国的标准系统，1998年下半年起开始进行试验性广播。这种试验广播也在韩国进行，它采用基于美国标准系统的地面波数字广播标准。
在这种数字广播系统中，发送的信号是由接收机通过地面信道来接收的。为了消除这种信道产生的噪声，以恢复接收机中的信号，要对信号进行各式各样的编码，以便发送这些信号。为了响应各种编码过程，接收机要完成相应的解码过程，以便恢复发送信号。申请人为Zenith公司的美国专利，例如USP5636251，USP5629958，USP5600677等，它们的特征是，每一非随机函数发生器(derandomizer)都通过接收一个硬输入(hard input)来进行非随机化处理。
近来，广播电台试图传送这样一种数字广播，即主要传送附有各种附加数据的音频和视频数据。这些附加数据包括证券市场信息、天气报告、节目导播信息、HTML、执行文件等。
与信道发送中一般音频/视频数据不同的是，附加数据在很大程度上要受信道噪声的影响。例如，遭到破坏的附加数据(其中信息本身就是有缺陷的)会将错误的信息报告给观看者，而遭到破坏的一般音频/视频数据只会产生轻微的图像/话音损失。具体地说，当附加数据包括数字或执行文件时，一个很小的数据错误就会产生整个操作系统出现故障这样一种破坏性结果。
                         发明内容
因此，本发明旨在提供一种数字通信系统，这种系统基本上能避免由于相关技术的局限性和不足点所产生的一个或更多的问题。
本发明的一个目的是提供一种VSB发送系统及其接收系统，它们均适用于附加数据的发送，并且对噪声体现出很强的鲁棒性(robust)。
本发明的另一个目的是提供一种VSB发送系统及其接收系统，它们能与传统的VSB系统兼容。
本发明的又一个目的是提供一种VSB发送系统及其接收系统，它们能通过接收一个关于附加纠错/恢复的软输入(soft input)，来使纠错的解码能力得到提高。
本发明的其它优点、目的及特性将在下面的说明中作部分描述。熟悉此技术的人只要认真阅读以下说明，就会对本发明的优点、目的及特性有一个全面的了解，同时也可以学习本发明的具体实施情况。本发明的种种目的和优点可通过这样一种具体结构来获得和达到，这种具体结构具体描述在本说明书和权利要求书以及附图中。
为了达到上述目的和其它优点，获得各种优点并与本发明的意图相一致，正如这里所实施并大致描述的，本发明的一种数字电视中的发送系统包括以下部分：一个纠错编码器部分，用来对通过第一路径输入的附加数据实行纠错编码；一个多路复用器(multiplexer，MUX)部分，用来对通过第二路径输入的ATSC数据和通过第一路径纠错编码的附加数据进行多路复用，以便输出串行数据；一个控制部分，用来控制是否要在通过第一和第二路径输入的路径中实施随机化处理；一个信道编码部分，用来对随机化处理的结果执行RS编码和TCM编码；以及VSB发送部分，用来用VSB方法来调制信道编码数据，并输出已调制的数据；其中当输入数据是通过第一路径输入的附加数据时，控制部分旁路随机化处理。
最好，当输入数据是通过第一路径输入的附加数据时，控制部分旁路这一随机化处理，从而使接收机的附加纠错解码器能接收要处理的软输入。在这种情况下，ATSC数据是用传统VSB方法发送的音频和视频数据。
根据本发明的另一种实施方案，一种数字电视中的接收机系统，包括以下部分：一个调谐器部分，用来接收并调谐通过同一信道发送的附加数据和ATSC数据；一个TCM解码器，用来解码并输出ATSC数据和附加数据；一个去交织器，用来对从TCM解码器输出的数据进行去交织处理；一个多路分解器，用来根据去交织器的输出数据的种类，沿第一路径(ATSC)或第二路径(附加数据)执行多路分解；一个限定器，用来对第一路径输出的数据进行硬判决(hard decision)；一个ATSC解码器部分，包括一个非随机函数发生器；以及一个附加纠错解码器部分，用来对通过第二路径输出的附加数据的附加错误编码数据进行解码。
根据本发明另外一种实施方案，一种数字电视中的接收机系统，包括以下部分：一个调谐器部分，用来接收并调谐通过同一信道发送的附加数据和ATSC数据；一个TCM解码器，用来解码并输出ATSC数据和附加数据；一个去交织器，用来对从TCM解码器输出的数据执行去交织处理；一个多路分解器，它根据去交织器输出的数据的种类，沿第一路径(ATSC)或第二路径(附加数据)执行多路分解；一个限定器，用来对第一路径输出的数据执行硬判决；ATSC解码器部分，包括一个非随机函数发生器；以及一个附加纠错解码器部分，用来对通过第二路径输出的附加数据的附加错误编码数据进行解码。
最好，所述接收机中的TCM解码器是这样一种解码器，它用一个软输入信号产生一个软输出信号。
很容易理解，对本发明此前的一般说明和此后的详细说明都是示范性和说明性的，其目的是为权利要求书所要求保护的发明提供进一步的说明。
                       附图的简要说明
作为本专利申请文件的组成部分之一，附图能帮助人们更好地理解本发明。这些附图图示了本发明的各个实施例，并与说明书一起，用来对本发明的原理进行阐述。其中：
图1是一个结构图，对本发明介绍的发送机部分作了具体说明；以及
图2是一个结构图，对本发明介绍的接收机部分作了具体说明。
                        具体实施方式
一般来说，接收机包括一个非随机函数发生器，它通过接收一个硬输入来实现硬输出，其中硬输入/输出分别指输入一个硬判决值和输出一个硬判决值。另一方面，软输入/输出则指的是输出一个确定值的概率值。本发明使用一个附加纠错编码器，因而也需要一个附加纠错解码器。然而，当输入为硬输入时，这种附加纠错解码器的解码性能是很差的。为了最大限度地提高解码性能，附加纠错解码器应接收一个软输入。
因此，在发送机中处理的附加数据不能通过随机函数发生器，以至旁路这一随机函数发生器，这样，接收机中附加纠错解码器的输入就能允许具有软输入。
下面我们将详细介绍本发明的优选实施例，其实例在附图中示出。
图1是本发明所介绍的发送机的基本框图；图2是与图1中的发送机相对应的接收机的结构图。
参照图1，附加数据由纠错编码器通过第一路径进行编码。编码器的种类可根据设计者的选择来决定。因此，编码器可以是一个卷积编码器、一个RS编码器、或卷积/RS编码器的组合等。作为程序的通用音频/视频数据都是通过第二路径输入的，它们是一些用通用MPEG方法压缩的音频/视频数据(下面简称ATSC数据)。通过第一和第二路径输入的数据由MUX进行多路复用，以便作为串行数据的序列来输出。通过第一路径输入的附加数据在不通过随机函数发生器的情况下进行旁路，其控制方法是，当进行多路复用时，响应于多路复用控制信号对随机函数发生器(randomizer)进行控制(附图中未示出)。旁路的附加数据以这样一种方式经历信道编码过程，即通行经过一个增添了奇偶性的RS编码器、一个能执行交织的交织器、以及一个用于TCM编码过程的TCM编码器，以便用VSB方法来进行调制。因此，旁路的附加数据被以这样一种方式发送。
此外，输入的ATSC数据用传统的地面波数字方法通过信道编码过程，然后用VSB调制方法进行调制，以便对它们进行发送。也就是说，ATSC数据经历了一个随机化处理过程，然后再输出到RS编码器。并且，通过VSB调制方法发送的数据将ATSC和附加数据都包含在一个信道内，以便对它们进行发送。当然，只在没有附加数据的情况下，才对ATSC数据进行发送。
图2是本发明介绍的接收机部分的结构图，其中响应于图1所示的过程而执行信道解调过程。
参照图2，调谐器根据经地面信道输入的发送数据来完成信道调谐过程。于是，已调谐的数据经历以下过程：定时恢复、载波恢复、信道均衡、相位校正等。最后，调谐器输出一个基带信号。这一信道解调信号通过一个TCM解码器变为解码信号，其输出值是一个软值，这个值不是解码之后确定的值，但它却对应于自己的概率值。如上述说明所述的，这种方法用来在附加纠错解码进行时，接收一个软输入。TCM解码的软值通过一个去交织器来进行去交织处理。然后，由去交织器输出的软值通过多路分解器(deMUX)分成ATSC和附加数据的两个路径(附图中未示出)，以便进行输出。
在ATSC数据的情况下，一个值作为硬值来输出，这个值是由判定部分(或限定器)为通过去交织器输出的软值限定的。这是因为RS解码器以及非随机函数发生器的输入和输出都应该是硬值。
于是，由RS解码器解码的数据通过非随机函数发生器进行非随机化处理。然后将经非随机化处理的数据输出到一个传输解码器。
在附加数据的情况下，对于由多路分解器输出的软值执行用于附加纠错的解码过程，在此之前，还包括一个奇偶清除部分清除与发送时增加的RS奇偶性对应的值的过程。奇偶清除部分与上述RS解码器的不同之处在于：是否用这一奇偶值来完成解码过程。也就是说，在ATSC数据的情况下，用这一奇偶性来完成RS解码过程，而在附加数据的情况下，则只需清除这一奇偶性。
对于由附加纠错解码器通过奇偶清除部分清除的附加数据数据执行纠错过程，该附加纠错解码器被设计成与发送机的编码器相对应。通过纠错输出的数据最终输出到传输解码器。相反，从纠错解码器输出的数据在经历了附加处理器的处理之后显示给观看者，而不用通过传输过程。
将ATSC数据分解为视频和音频视频数据，分别用一个MPEG解码器和一个音频解码器来进行解码，最后输出到显示器/扬声器。
下面给出按照本发明的一种TCM解码算法，用来输出一个软值。
如上面的说明所提到的，为了最大限度地提高附加纠错解码器的性能，如果编码在内部进行，那么软输出必须由解码器来产生。SOVA(soft outputviterbi algorithm，软输出维特比算法)和MAP(maximum A posteriori，最大A后验)这两种算法用来为格栅编码的输入栏产生一个软输出。在符号错误方面，MAP算法要优于SOVA算法。然而，即使是最佳MAP算法也存在着以下一些缺点，比如在指数域进行的概率计算以及对发送信道噪声方差的假定。
此外，SSA(suboptimum soft output，亚最佳软输出算法)也是MAP算法的一种，在这种算法中，可在不降低接收机性能的情况下，在对数域中对概率进行计算，同时也不必对噪声方差进行假定。
因此，如果用SSA算法作为解码算法，那么要为编码器的输入比特d1和d0产生4种软输出，它们分别在下述计算公式1中示出：
[计算公式1]
L(00)∝_Log P(d1d0＝00|observation)
L(01)∝_Log P(d1d0＝01|observation)
L(10)∝_Log P(d1d0＝10|observation)
L(11)∝_Log P(d1d0＝11|observation).........(e1)
由SSA解码器产生的软输出是解码之后得到的“d1”和“d0”的4种类型组合的概率值的度量。同时，当用卷积码作为外部代码时，这些软输出可直接用作为分支度量。
如上面的说明所提到的，本发明的数字通信系统能通过接收机的附加纠错码改进性能，从而提高附加数据的准确性。
此外，本发明与接收ATSC数据的传统接收机相兼容。
上述实施例只用来作为示范，它们不构成对本发明的限制。本发明介绍的技术很容易用于其它类型的设备。我们对本发明的描述尽可能做到直观易理解，并非对权利要求的范围进行限制。各种可供选择的方案、修改及变化对本领域技术人员来说，是显而易见的。

Claims (6)

1.一种数字电视中的发送系统，包括：
一个纠错编码器部分，用来对通过第一路径输入的附加数据实行纠错编码；
一个多路复用器(MUX)部分，用来对通过第二路径输入的ATSC数据和通过第一路径进行纠错编码的附加数据实施多路复用，以便输出串行数据；
一个控制部分，用来控制是否要在通过第一和第二路径输入的路径中实施随机化处理；
一个信道编码部分，用来对随机化处理的结果执行RS编码和TCM编码；以及
一个VSB发送部分，用来用VSB方法来调制信道编码数据，并输出所调制的数据；
其中当输入数据是通过第一路径输入的附加数据时，控制部分旁路随机化处理。
2.一种数字电视中的接收机系统，包括：
一个调谐器部分，用来接收和调谐通过同一信道发送的附加数据和ATSC数据；
一个TCM解码器，用来解码并输出ATSC数据和附加数据；
一个去交织器，用来对从TCM解码器输出的数据进行去交织处理；
一个多路分解器，用来根据去交织器的输出数据的种类，沿第一路径或第二路径进行多路分解，所述第一和第二路径分别为发送ATSC数据和附加数据的路径；
一个限定器，用来对由第一路径输出的数据进行硬判决；
一个ATSC解码器部分，包括一个非随机函数发生器；以及
一个附加纠错解码器部分，用来对通过第二路径输出的附加数据的附加错误编码数据进行解码。
3.根据权利要求2所述的接收机系统，其中所述TCM解码器导致输出一个软值。
4.根据权利要求2所述的接收机系统，还包括一个奇偶清除部分，它只清除增加到由多路分解器分离为第二路径的附加数据的奇偶性，其中奇偶性是发送时增加的。
5.一种数字电视中的接收方法，包括：
一个信道分离步骤，用来仅通过接收并调谐附加数据和ATSC数据来选择所需的信道，所述附加数据和ATSC数据是以RF频率通过同一信道发送的；
一个解调步骤，用来把所选择的信道解调为一个基带频率；
一个TCM解码步骤，用来对解调的信号执行TCM解码，以便输出一个输出值，这个值是一个软值；
一个去交织步骤，用来对输出的软值执行去交织处理；
一个分离步骤，用来根据交织结果将输出值分离为分别沿第一路径和第二路径的ATSC数据和附加数据；
一个限定步骤，用来通过对沿第一路径输出的ATSC数据执行硬判决，来输出一个硬值；
一个RS解码和非随机化步骤，用来对输出的硬值执行RS解码和非随机化处理；以及
一个附加纠错解码步骤，用来对通过第二路径输出的附加数据执行附加纠错解码过程，以便对附加的错误编码数据进行解码。
6.根据权利要求5所述的接收方法，还包括一个步骤，用来清除增加到通过多路分解器分离为第二路径的附加数据中的奇偶性，其中奇偶性是在发送时增加的。
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