CN1383303A - 数字式残留边带传输系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种数字VSB传输系统。该系统与现有的ATSC 8T－VSB接收机兼容,并且可以发送附加增补数据和MPEG图象/声音数据,开始,它以1/2编码率对增补数据的信息位进行编码,以生成奇偶校验位,并将奇偶校验位与信息位一起发送。因此,即使是通过具有很高的重影和/或噪音中平的信道,也可以正确地发送MPEG图象/声音数据和增补数据。特别是它可以显著地提高VSB接收机的限制器预测器和网格解码器的性能。

Description

数字式残留边带传输系统

发明领域

本发明涉及数字通信系统，更具体地说，本发明涉及残留边带(VSB)传输系统。

背景技术

1995年，高级电视系统委员会(ATSC)选取8格-残留边带(8T-VSB)调制法作为美国数字地面电视广播的标准，从1998年下半年起，采用这种方法进行实际广播。图1显示了现有的ATSC 8T-VSB传输系统。它包括数据随机发生器1、Read-Solomon编码器2、数据交错器3、网格编码器4、多路复用器5、导频插入器6、残留边带(VSB)调制器7、射频(RF)转换器8，以及天线9。首先，数据随机发生器1将接收到的输入数据随机化，并将随机化的数据输出给Read-Solomon编码器2。然后Read-Solomon编码器2对随机化数据进行编码(Read-Solomon编码)，并加上20字节的奇偶校验码。接下来，数据交错器3对数据进行交错，以及网格编码器4将交错数据转换成码元，并进行网格编码。在多路复用器5对网格编码信号和同步信号进行多路复用之后，导频插入器6将导频信号加入到多路复用码元中。此后，VSB调制器7将码元调制为8T-VSB信号，并将它们输出给RF转换器8。最后，RF转换器8将8T-VSB信号转换为RF信号，然后将RF信号发送到接收系统。

图2显示了现有的ATSC 8T-VCB接收系统。它包括解调器11、梳状滤波器12、限制器预测器14、信道均衡器13、相位跟踪器15、网格解码器16、数据解交错器17、Read-Solomon解码器18，以及数据解随机化器19。开始，解调器11将通过天线10接收到的RF信号转换为基带信号。然后梳状滤波器12从基带信号中消除NTSC干扰信号，信道均衡器13利用限制器预测器14对失真的信道进行补偿。此后，相位跟踪器15跟踪接收信号的相位。接下来，网格解码器16对网格编码信号进行解码，以及数据解交错器17对网格解码器16的输出进行解交错。最后，Read-Solomon解码器18对解交错数据进行解码，并且解随机化器19对解码信号进行解随机化。

需要注意的是，ATSC 8T-VSB接收机只能接收MPEG(运动图象专家组)数据，不能接收任何其它的增补数据，如程序执行文件或认证信息。也就是说，ATSC 8T-VSB发送/接收系统只用于MPEG图象或声音数据。为了满足许多用户(观众)的不同需求，该系统还应该能够通过数字广播信道发送或接收不同的附加信息以及图象/声音数据。

另外，也可能有的用户使用便携式装置或附带有简单天线的个人计算机(PC)卡以便于接收增补数据。在系统房间内接收数据的情况下，由于噪音以及由反射波和许多其它因素引起的重影，数据接收效果一般都很差。需要注意的是，与图象/声音数据的传输相比，增补数据的传输必须有很低的误码率。这是因为即使是一个比特的误码也能造成非常严重的问题。因此，系统必须能够克服信道中产生的重影和噪音。

一般地，采用分时法将增补数据和MPEG图象/声音一起传输。但是，市场上已经有很多只能接收MPEG数据的ATSC VSB数字广播接收机。因此，要和MPEG数据一起传输的增补数据不能对接收MPEG数据的老的接收机产生任何影响。也就是说，增补数据广播系统应该与现存的ATSC VSB系统兼容。

发明综述

因此，本发明的方向是数字VSB传输系统，其基本上消除因现有技术的限制和缺点引起的一个或多个问题。

本发明的一个目的是提供一种能多路复用MPEG图象/声音数据和增补数据、并通过同一数字广播信道将它们发送的数字VSB传输系统。

本发明的另一个目的是提供一种能发送增补数据，并与现有的ATSC 8T-VSB接收系统兼容的数字VSB传输系统。

本发明的另一个目的是提供一种不受信道中产生的噪音和重影干扰的数字VSB传输系统。

本发明的其它优点、目的和特征一部分在以下的说明书中阐述，有一部分则对于本领域普通技术人员来说经过对以下内容的研究后会变得明了，或者通过本发明的实践而体会到。通过本说明书、权利要求书和附图所具体指出的结构，可以实现和达到本发明的目的和其它优点。

为了达到这些目的和其它优点，根据本发明的目的，在此作为实施例并详细说明，数字VSB传输系统包括：增补数据处理器，其处理输入的增补数据，该处理包括：编码、插入、空序列和插入MPEG报头；多路复用器，多路复用在所述增补数据处理器中处理的所述增补数据和MPEG数据；第一编码部件，其处理所述的多路复用数据，该处理包括数据随机化、添加第一奇偶校验、数据交错，以及字节-码元转换；以及第二编码部件，如果所述第一编码部件从所述多路复用器接收到所述的增补数据，则第二编码部件用1/N的编码率对所述第一编码部件处理的所述数据进行编码，其中N是一个自然数。

该系统还包括：解码部件，处理由所述第二编码部件编码的所述数据，该处理包括码元-字节转换、数据解交错，以及除去在所述第一编码部件中添加的第一奇偶校验；以及VSB发射机，处理由所述解码部件处理的所述数据，该处理包括网格编码、添加第二奇偶校验、数据交错、VSB调制，以及发送到接收元。

VSB传输系统的第二编码部件包括：第一选择单元，当接收到所述增补数据时，选取存储在第一寄存器里的第一寄存器值，否则选取存储在第二寄存器里的第二寄存器值；第一寄存器，在第一预定周期内存储所述第一选择单元中的所述选取值；加法器，将所述第一寄存器中的所述存储值和所述增补数据的信息位相加；第二选择单元，当接收到所述增补数据时选取所述的相加值，否则选取存储在所述第二寄存器中的所述第二寄存器值；第二寄存器，在第二预定周期内存储所述第二选择单元中的所述选取值；以及第三选择单元，当接收到所述增补数据时选取存储在所述第二寄存器中的所述值，否则选取较低的输入位。

需要理解的是，本发明的以上综述和以下的详细说明都是示例性和说明性的，旨在为本发明的权利要求提供进一步的解释。

附图说明

附图旨在帮助更好地理解本发明，在此结合并构成本说明书的一部分，附图说明本发明的实施例，并与说明书一起解释本发明的原理。附图中：

图1说明了根据现有技术的ATSC 8T-VSB发射机；

图2说明了根据现有技术的ATSC 8T-VSB接收机；

图3说明了根据本发明的数字VSB传输系统；

图4说明了空序列的插入；

图5说明了图3所示的VSB传输系统的网格编码器和预编码器；

图6说明了具有反馈结构的典型的1/2比率卷积编码器；

图7说明了根据本发明的VSB传输系统的1/2比率卷积编码器和网格编码器；

图8说明了根据本发明的VSB传输系统的1/2比率卷积编码器；

图9说明了根据本发明的VSB传输系统的增补数据码元指示器；

图10说明了根据本发明的数字VSB传输系统。

实施例详细说明

以下参照本发明的优选实施例详细说明本发明，附图中说明了本

发明的优选实施例。

图3说明了根据本发明的用于数字电视广播的VSB(残留边带)传输系统。Read-Solomon编码器20、数据交错器21、空序列插入器22和MPEG报头插入器23处理输入的增补数据，以使它们的结构与MPEG传输包一致。也就是说，Read-Solomon编码器20对增补数据进行编码，并加上20字节的奇偶校验码，数据交错器21交错数据，以使数据可抗噪音和重影干扰。然后空序列插入器22向数据中插入空序，从而即使在很差的信道环境中也能获得很好的数据接收性能。

图4说明了通过图3所示的空序列插入器22向增补数据中添加预定义序列的过程。如图4所示，每当输入增补数据的一个位，就插入一个零。因此，总共输出两个比特(位)。另一方面，MPEG报头插入器23插入3字节的MPEG报头，以使增补数据具有和MPEG传输包一样的格式。然后多路复用器24将增补数据和MPEG图象/声音时分多路复用，并将多路复用数据输出到8T-VSB传输系统25。图1显示了8T-VSB传输系统25的结构。

根据图3，经过Read-Solomon编码后，164字节的增补数据包转换成184字节的包。由空序列插入器22插入空序后，生成两个184字节的包。然后，报头插入器23向每个包加上3字节的MPEG传输报头之后，两个187字节的包输出到多路复用器24。然后在分段单元中，这些包与MPEG传输包被多路复用，并通过8T-VSB传输系统25发送。

在8T-VSB传输系统25中，插入到增补数据中的零被随机化并进行Read-Solomon编码。在编码的增补数据交错之后，它们作为d0输入到图1所示的VSB传输系统的网格编码器4中。为方便起见，输入到网格编码器中的零的行(线)数以下称为预定义序列。

图5说明了图3所示的ATSC 8T-VSB传输系统25中使用的网格编码器28和预编码器27。它们接收两个输入位d0和d1，并生成相应的输出位c0、c1和c2。8T-VSB调制器29在c0、c1和c2的基础上生成调制值(z)。在图5中，27a和28b是加法器，27b、28a和28c是寄存器。如图所示，输入位d1在预编码器27中预编码而变成c2，输入位d0变成c1。另外，输出位c0是根据寄存器值S0和S1而确定的。之后，在c0、c1和c2的基础上确定8T-VSB调制器29的调制值(z)。

不能接收增补数据的8T-VSB接收系统利用包含在传输包报头中的包识别(PID)只选择并接收MPEG传输包。它抛弃增补数据包。能够接收增补数据的接收系统则分离MPEG传输数据和增补数据，并仅处理增补数据包。

根据本发明，作为d1输入到网格编码器的增补数据由1/2比率编码器进行编码，并且相应的输出位作为d1和d0输入到网格编码器，而不发送预定义序列。这样做，系统可以具有更大的编码增益。也就是说，作为d1输入的信息位起初由1/2比率编码器进行编码。然后由该编码器生成的输出位中的一个作为d1发送到网格编码器，另一个输出位(奇偶校验位)作为d0发送。因为网格编码器对已经以1/2的比率编码过的奇偶校验位进行编码，所以可以用卷积编码器进行1/2比率编码。

因为在8T-VSB接收系统中，1/2编码码元的奇偶校验位不能用作引导序列，所以系统需要使用具有反馈结构的卷积编码器。现有的ATSC 8T-VSB接收系统通过估计图4所示的网格编码器的寄存器值s0来消除重影，并改善信道均衡器的限制器预测器的性能。如果本发明中使用了具有反馈结构的卷积编码器，则限制器预测器可以有更好的预测性能。

图6说明了具有M寄存器的典型的1/2比率卷积编码器。信息位u作为输出位d1直接输出，并且寄存器r1的值变成奇偶校验位d0。

图7说明了网格编码器和具有两个寄存器的1/2比率卷积编码器。当1/2比率卷积编码器对增补数据信息位u进行编码时，生成奇偶校验位。之后，将信息位u和奇偶校验位作为d1和d0输入到网格编码器。卷积编码器必须只对包含一个零位的增补数据码元进行编码。因此，图7所示的1/2比率卷积编码器应该具有图8所示的结构。在输入码元是包含预定义序列的增补数据码元的情况下，输入位变成d1，由卷积编码得到的奇偶校验位d1变成d0。否则，输入位变成d1和d0。另外，在系统中使用了12个卷积编码器，为每个网格编码器使用一个。

根据图8，每个卷积编码器包括：第一多路复用器36，用于选取反馈值中的一个；第一寄存器37，用于存储选取的值；加法器38，用于将d1和第一寄存器值s4相加；第二多路复用器39，用于选取加法器输出中的一个或反馈寄存器值s3；第二寄存器40，用于存储在第二多路复用器39中选取的值；以及第三多路复用器41，用于输出s3或d0。

如果输入码元不是增补数据，则存储在寄存器中的值不会根据输入的d1而改变。这意味着每个寄存器应该通过接收和再存入它自己的值来保持它的值。输入到多路复用器36、39、41的控制信号指示输入码元是否为增补数据码元。例如，我们假定，如果输入码元是增补数据则控制信号为1，否则为0。如果控制信号为1，则第一多路复用器36将存储在第二寄存器40中的值输出到第一寄存器37。否则，它将存储在第一寄存器37中的值输出。另外，如果控制信号为1，则第二多路复用器39将从加法器38接收到的值输出。否则，它将存储在第二寄存器40中的值输出。如果控制信号为1，则第三多路复用器41把存储在第二寄存器40中的值作为d0输出到网格编码器。如果控制信号为0，则它将输入位d0输出到网格编码器。

图9说明了根据本发明的增补数据码元指示器。它为每个输入数据字节分配一个位标志。增补数据的标志的值与非增补数据的不同。例如，如果输入数据是增补数据包，则对应于MPEG报头的3位标志变为0，而对于其它字节，包括零位，将标志设为1。另一方面，如果输入数据是MPEG传输包，则每个字节的标志设为0。因此，对于增补数据，三个标志设为0，并且所有的其它184个标志设为1。对于MPEG数据，所有的187个标志都设为0。然后，在这些标志值的基础上生成控制信号。

例如，因为图3所示的多路复用器24可以确定输入数据对应的是增补数据包还是MPEG数据包，所以可以在多路复用器24进行的多路复用步骤和字节-码元转换步骤之间生成控制信号。也就是说，如图9所示，在多路复用器42中多路复用的数据标志不经过数据随机发生器就输出到奇偶校验标志插入器43。在奇偶校验标志插入器43中，将所插入的20个奇偶校验字节的标志值设为0，并且这些标志在数据交错器44中被交错。最后，当标志转换成相应的码元后，生成对应于这些码元的控制信号。

因为增补数据码元的预定义序列转换成了奇偶校验位，所以在现有的ATSC 8T-VSB接收系统中，当增补数据包在Read-Solomon解码器中解码时会产生误码。为了避免这样的误码，必须重新计算对应于由1/2卷积编码器转换的数据的Read-Solomon奇偶校验字节。也就是说，必须删除添加在原始增补数据(1/2卷积编码之前)的Read-Solomon奇偶校验字节，并且必须将Read-Solomon奇偶校验字节添加到经过卷积编码的增补数据上。为此，在对1/2卷积编码器的输出进行码元-字节转换和数据去交错之后，必须删除初始的Read-Solomon奇偶校验。然后，未使用数据随机发生器的ATSC 8T-VSB传输系统通过Read-Solomon编码添加Read-Solomon奇偶校验。因为对应于经过卷积编码的数据以1/2的比率添加Read-Solomon奇偶校验，所以ATSC8T-VSB接收系统可以对数据进行Read-Solomon解码，而不会发生任何误码。图10显示了这个过程。

图10是一个框图，说明了根据本发明的数字VSB传输系统的各部分。根据图10，该系统包括：增补数据处理器46、多路复用器47、第一编码部件48、增补数据码元指示器49、卷积编码器50、第一解码部件51、以及现有的其中未使用数据随机发生器的8T-VSB传输系统。

增补数据处理器46对增补数据进行编码(Read-Solomon编码)，并插入空序列和MPEG报头。多路复用器47输出MPEG数据包或从增补数据处理器46接收到的增补数据包。第一编码部件48对从多路复用器47接收到的包进行处理操作，包括数据随机化、Read-Solomon编码、数据交错、以及字节-码元转换。增补数据码元指示器49指示由第一编码部件48输出的码元是否为增补数据码元。如果由指示器49生成的控制信号指示它们是增补数据码元，则卷积编码器50对这些码元进行1/2比率卷积编码操作。第一解码部件51对从卷积编码器50接收到的码元进行处理操作，包括码元-字节转换、数据解交错、以及Read-Solomon奇偶校验消除。8T-VSB传输系统52进行Read-Solomon编码、数据交错、以及网格编码。除了没有数据随机发生器之外，8T-VSB传输系统52和图1所示的系统一样。

相应地，经过Read-Solomon编码器46a、数据交错器46b(可以撤除)、空序列插入器46c、以及MPEG报头插入器46d的处理后，输入的增补数据转换为具有20字节Read-Solomon奇偶校验、空序和MPEG报头的增补数据包。多路复用器47选择增补数据包或MPEG图象/声音数据包，并将所选择的包输出到第一编码部件48。

系统中的第一编码部件48和第一解码部件51去除在卷积编码器50对增补数据进行编码之前插入的Read-Solomon奇偶校验。也就是说，第一编码部件48的数据随机发生器48a随机化从多路复用器47接收到的数据包，Read-Solomon编码器48b通过Read-Solomon编码添加20字节的奇偶校验。数据交错器48c对包含奇偶校验的数据进行数据交错，以及将交错后的数据输出到字节-码元转换器48d。字节-码元转换器48d将交错后的数据转换成两个比特的码元，并把它们输出到卷积编码器50。

在增补数据码元指示器49生成的控制信号的基础上，卷积编码器50进行1/2比率卷积编码。此前利用图6和图9详细地说明了这个部分。

将从1/2比率卷积编码器50输出的数据输入到码元-字节转换器51a，并转换成以字节为单位的数据。然后，数据解交错器51b对数据进行解交错，Read-Solomon奇偶校验消除器51c去除在Read-Solomon编码器48b中加入的Read-Solomon奇偶校验，并将数据输出到ATSC 8T-VSB发射机52。然后从Read-Solomon编码的步骤开始，8T-VSB发射机52进行图l所示的处理。

增补数据码元指示器49可以有它自己的部件，如多路复用器、Read-Solomon编码器、数据交错器、以及字节-码元转换器，也可以简单地利用多路复用器47和第一编码部件48。在这种情况下，必须在每个多路复用器47和第一编码部件48的每个块上添加标志的位线。

ATSC 8T-VSB接收系统对接收到的增补数据和MPEG数据进行逆处理。具体而言，接收系统可以估计卷积编码器的寄存器值，从而为下一个码元预测c1和c0的值，通过使用估计值，信道均衡器可以利用2电平限制器，其间距是8电平限制器的四倍。

由此，极大地提高了该接收系统对信道重影和噪音信号的抗干扰性，并且改善了该接收系统的限制器预测器和网格解码器的性能。也就是说，使用具有更大信号间距的限制器可以减少信号间的误码。这是因为信号电平间距增大使系统受重影和噪音信号的影响减少。

另外，除了增补数据外，该VSB传输系统也可以发送另一组MPEG图象/声音数据。这种情况下，即使在恶劣的环境中，接收机也可以充分地接收数据。信道应该被时分，以在信道环境良好时能通过信道传输具有更好质量的MPEG数据。

如上所述，根据本发明的数字VSB传输系统的优点如下。首先，该系统仍能与现有的ATSC 8T-VSB接收系统兼容。时传输多路复用后的增补数据和MPEG数据，第二，通过把增补数据的信息位和对信息位编码生成的奇偶校验位一起发送，即使在信道有很大的噪音或重影信号的情况下，MPEG图象/声音数据或增补数据也可以正确地发送。最后，通过以1/2比率对增补数据信息位进行编码而生成奇偶校验位，可以得到更大的编码增益。特别是可以大大提高限制器预测器和网格解码器的性能可以大大提高。

以上的实施例仅仅是示例性的，并不对本发明构成限制。本发明的技术可以容易地应用到其它类型的装置上。本发明的说明书旨在进行说明，而不是用来限制权利要求的范围。对于本领域的技术人员，很显然可以有多种替换、改进和变化。

Claims (6)

1.一种残留边带(VSB)传输系统，包括：

增补数据处理器，其处理输入的增补数据，该处理包括编码，插入空序列，以及插入MPEG报头；

多路复用器，将所述增补数据处理器中处理的所述增补数据和MPEG数据多路复用；

第一编码部件，处理所述的多路复用数据，该处理包括数据随机化，添加第一奇偶校验，数据交错，以及字节-码元转换；

第二编码部件，如果所述第一编码部件从所述多路复用器接收到所述的增补数据，则第二编码部件用1/N的编码率对所述第一编码部件处理的所述数据进行编码，其中N是一个自然数；

解码部件，处理在所述第二编码部件编码的所述数据，包括码元-字节转换，数据解交错，以及除去在所述第一编码部件中添加的所述第一奇偶校验；以及

VSB发射机，处理所述解码部件处理的所述数据，该处理包括网格编码，添加第二奇偶校验，数据交错，VSB调制，以及发送到接收方。

2.如权利要求1所述的VSB传输系统，其特征在于，所述第二编码部件是1/2比率卷积编码器。

3.如权利要求2所述的VSB传输系统，其特征在于，所述第二编码部件以1/2编码率对所述增补数据的信息位进行卷积编码，以生成奇偶校验位，并将未编码的信息位和所述的奇偶校验位作为高位和低位输入位，输出到所述VSB发射机的网格编码器。

4.如权利要求1所述的VSB传输系统，其特征在于，所述第二编码部件包括：

第一选择单元，当接收到所述增补数据时选取存储在第一寄存器里的第一寄存器值，否则选取存储在第二寄存器里的第二寄存器值；

第一寄存器，在第一预定周期内存储所述第一选择单元中的所述选取值；

加法器，将所述第一寄存器中的所述存储值和所述增补数据的信息位相加；

第二选择单元，当接收到所述增补数据时选取所述的加法值，否则选取存储在所述第二寄存器中的所述第二寄存器值；

第二寄存器，在第二预定周期内存储所述第二选择单元中的所述选取值；以及

第三选择单元，当接收到所述增补数据时选取存储在所述第二寄存器中的所述值，否则选取更低的输入位。

5.如权利要求1所述的VSB传输系统，还包括增补数据码元指示器，它确定所述的第一编码部件是否从所述多路复用器接收到所述的增补数据，并向所述第二编码部件提供相应的控制信号。

6.如权利要求5所述的VSB传输系统，其特征在于，所述增补数据码元指示器为从所述多路复用器接收到的数据的每个字节分配标志位，根据所述接收数据的类型设定标志值，插入每个奇偶校验标志，进行数据交错和字节-码元转换，以及生成相应的控制信号。

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