CN1679338B - 用于改进的先进电视制式委员会数字电视系统的参数编码 - Google Patents

用于改进的先进电视制式委员会数字电视系统的参数编码 Download PDF

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Abstract

数字电视信号的传输，传送了数据参数以及由接收机在均衡和译码所编码的数据时被利用的编码数据。通过对现有的数字电视标准数据格式化进行杠杆操控，参数在一帧交织信号的两个场之间被分割。扩频技术被利用来鲁棒地以编码的形式输送参数到接收机。

Description

用于改进的先进电视制式委员会数字电视系统的参数编码
相关申请的交叉引用
本发明要求2003年4月28日提交的、共同拥有的、共同待决的美国临时专利申请序列号60/466038的权益，以及涉及分别在04/22/02、04/09/02、02/19/02提交的美国专利公开号2002/0194570、2002/0191712、2002/0181581，以及涉及______提交的、题目为“Packetinsertion mechanism for an improved ATSC DTV system(用于改进的先进电视制式委员会数字电视系统的分组插入机制)”的、共同待决的、共同受让的专利申请，这些专利中的每一项的整个内容和公开如同在此充分阐述那样被并入以供参考。
发明背景
发明领域
本发明涉及数字信号传输系统，并且具体地涉及表示编码的数字数据的信号的传输。
现有技术讨论
通过地面广播信道的高清晰度电视(HDTV)传输的ATSC标准使用包括被调制为具有10.76MHz速率的8电平残余边带(VSB)码元流的、12个独立的时分多路复用的网格编码的数据流的序列的信号。这个信号被变换成相应于标准VHF或UHF地面电视频道的6MHz频带，在这个频带上信号以每秒19.39兆比特(Mbps)的数据速率广播。有关(ATSC)数字电视标准和最新的修订版A/53的细节可在http://www.atsc.org/上得到。
虽然现有的ATSC 8-VSB A/53数字电视标准完全能够发送信号，所述信号克服了多种信道有害分量，例如重影、噪声脉冲串、信号衰落和在地面装置中的干扰，但接收天线越来越多地放置在室内，增加了传送干净信号的问题。因此需要ATSC标准的灵活性，以使得可以适应优先级和数据速率变化的流。
为了解决这些问题，本发明人在美国专利公开号2002/0194570(此后称为“’570申请”)、2002/0191712(此后称为“’712申2002/0181581(此后称为“’581申请”)和“Packet insertion mechanismfor an improved ATSC DTV system(用于改进的ATSC DTV系统的分组插入机制)”(此后称为“分组插入申请”)中公开了对于A/53发射机的增强方案，这些专利的公开在此并入，以供参考。
本发明涉及有关信号传输质量的进一步改进和对现有的A/53基础结构进行有效地杠杆操控(leverage)。
发明概要
一方面，本发明涉及在用于传输的电视广播信号内要被体现的参数的编码。
另一方面，本发明涉及用于编码成要被发送的信号参数和由无线接收机正确地确定发送的信号和译码与信号中的参数相伴随的数据所需要的技术。
再一方面，本发明涉及对标准电视协议中的数据结构进行杠杆操控，以适应对保持与现有的接收机相兼容的标准的增强方案。
按照本发明的优选实施例，提供了一个包括标题与主体的前导比特串和一个包括标题与主体的结尾比特串的无线通信。例如，长度N的比特串可以具有标题X0、X1、…XK和主体XK+1、XK+2、…XN-1。数据被编码，以形成前导比特串的主体。结尾比特串的标题被形成为包括由接收机在译码所编码的数据时要使用的一个参数的至少一个比特。一个表示在接收机处的该前导比特串和该结尾比特串的无线信号被发送到接收机。
编码技术优选地包括应用固定的代码来逐个地编码一个比特流的比特，以产生编码的比特流。编码的比特流被调制，以产生一个其频率范围在任何给定的时间是与代码无关地预先确定的信号。这样调制的信号在该频率范围内被发送。
附图简述
下面借助于下面列出的附图描述这里公开的本发明的细节。
图1说明按照本发明的示例性电视通信系统的方框图；
图2是在图1上描绘的系统中用于编码参数的电路图；以及
图3是表示传输的数据在传输之前和接收之后在图1的系统中经历的处理的示例性流程图。
优选实施例的详细说明
图1描述了按照本发明的电视通信系统100的示例性实施例。通信系统100包括编码器104、发射机108、接收机112和数据译码器116。编码器104包括数据编码器120，它接收参数比特流124和数据比特流128；以及参数编码器132。发射机108通信地被连接到编码器104，并具有调制器136和天线140。接收机100具有天线144，其被配置用于无线接收来自天线140的信令。接收机100还包括解调器148、参数译码器152和均衡器156，并通信地连接到数据译码器116。
图2说明了一个用来按照本发明进行比特编码的序列生成器200的例子。序列生成器200包括四单元移位寄存器204，它具有诸如D触发器208、212、216、220那样的四个延时单元。异或门抽头224被放置在第三单元216与第四单元220之间。第四单元220具有输出端228，它反馈到第一单元208的输入端232和到抽头224。
如图2所示，触发器208-220中的每个具有预先加载的比特值并被连接到公共时钟(未示出)。利用第一时钟脉冲，例如在第四触发器220上的输出“0”反馈到第一触发器208。在该同一个脉冲上，第一触发器208的数值“1”向前移位到第二触发器212。同样地，在第二触发器212上的数值“0”向前移位到第三触发器216。再次地，在该同一个脉冲上，第三触发器216上的数值“0”与输出“0”进行异或，把结果“0”移位到第四触发器220。因此，在第一时钟脉冲后，寄存器内容已从“1000”改变到“0100”。每个以后的时钟脉冲改变寄存器内容，并且在15个时钟脉冲之后该序列开始重复。后面跟随14个时钟脉冲的预加载在输出端228处生成序列“000111101011001”，它对于每个以后的15个时钟脉冲重复。这个序列是线性递归序列，即由带有反馈的移位寄存器生成的周期性比特序列。以上的序列在本发明中被用作为固定代码。尤其是，固定代码被应用到要被编码的数据的每个比特，以产生相同的15比特固定代码，如果比特是0的话；或如果比特是1的话，出现代码的相反的情形，即0变为1和1变为0。这可以例如通过把输出端228和要被编码的比特连接到XOR门并把最终得到的输出和比特值“1”连接到另一个XOR门来完成。有利地，序列“000111101011001”可以在接收机处可靠地被检测，因为它与本身的移位的形式最小地相关。在替换实施方案中，序列生成器200可包括在第一单元208与第二单元212之间由输出228馈送的附加XOR门抽头。另外，可以使用不同于“1000”的预加载值。按照本发明的序列生成器也不限于四个延时单元。序列生成器200用在反馈路径上而不是嵌入在寄存器204内的一个或多个XOR门来实施，这也在本发明打算的范围内。
图3是显示在数字电视通信系统100中的参数和数据比特流124、128的处理的一个例子的示例性流程图。用于传输的信号的频率范围被确定(304)，并且替换地可以在用于传输的信号调制之前的任何点处被确定。信号的频率范围也可以例如按照要被处理的数据的类型改变或变化，虽然它是与固定代码无关而被预定的。在步骤308，确定了固定代码，虽然它可以在编码前的任何时间被确定。
如果没有用于传输的数据(312)，则处理过程进行等待。
否则，如果参数比特流124准备好由数据编码器120接收，则它被接收(316)。参数比特流124是与数据比特流128时间同步的，所以，它可能没有准备好接收，如果数据比特流没有准备好的话。另外，如果参数没有改变，则可能没有参数准备好接收，因为用于系统100的参数在任何特定的时期内不一定改变。如果接收到参数比特流，则它的比特通过参数编码器132使用固定代码被逐个比特地编码，一次一个比特(320)。预定数目的编码比特用来在新的比特串对被利用之前形成两个比特串的标题，每个比特串由两个部分组成，标题和主体。两个比特串之一是前导比特串，另一个比特串是结尾比特串。编码参数中的特定参数被分配给前导比特串标题，以及其它的参数被分配给结尾比特串标题(324)。
同时，如果数据比特流128准备好输入，则它被接收(328)和编码(332)。虽然参数比特流124优选地被逐个比特地编码，一次一个比特，但数据比特流的编码典型地没有受到此类限制。数据比特流128是视频交织信号，这样，它表示一个帧，该帧被划分成两个场，偶数场和奇数场。来自其中一个场的编码数据在形成前导比特串的主体时被使用。类似地，来自另一个场的编码数据在填充结尾比特串的主体时被使用(336)。数据和参数比特流124、128的处理被同步，以便这两种类型的比特串中的每种都接收它的各自的编码数据和相应于该数据的编码参数。在一个实施例中，虽然用于一帧的编码参数被划分成两个组，用于形成它们各自的场标题，但编码参数应用到整个帧的编码数据。
载波信号然后由调制器136使用编码的比特串对进行调制，用于无线发送表示在接收机处前导比特串和然后结尾比特串的信号(340)。
接收的信号由解调器148解调(344)，以及参数被参数译码器152译码(348)。
所述参数规定了输送比特流124、128的数字无线信号中离散的电平数目，所以，其在分解多径或反之在会聚信号时被均衡器156使用(352)。译码参数也在译码数据比特流128时被使用(356)。
本发明的电视通信系统100可被实施来增强由本发明人建议的和在分组插入申请中描述的A/53系统。
分组插入申请讨论以下参数在参数比特流中的使用。
表1：参数定义
  参数名称   定义   比特数
  模式   调制类型(2-VSB，E-VSB等)   2
  NRS   后向兼容奇偶校验字节生成器(BCPBG)的存在   1
  NRP   编码前鲁棒分组的数目   4
  TR   编码速率   1
参数输送发送信号中的电平数，因为这个信息被均衡器使用，所以必须在均衡之前译码该参数。因此，需要能经受得住恶劣信道条件的鲁棒方法。本发明扩展了以可靠的方式发送这些参数到接收机的’570技术。
按照A/53标准，每个场的标题包含特定格式的832比特“数据场同步”。该格式包括该标准建议用额外冗余度的重复信息填充的92比特保留区域(相应于码元数729-820)。
如上在表1中显示的，8个参数比特需要被发送。由图2的序列生成器进行的编码产生了8×15＝120比特，总数超过了92比特的保留空间。本发明的技术分割在一个帧的两个场之间的编码比特，例如，每场分配4比特。额外的奇偶校验比特被添加到4比特的每个组，用于错误检测的附加电平，使得总数为5比特，或每场5×15＝75编码比特。下面的表2规定对于奇数和偶数场的码元729-820。
表2：场同步中的码元定义
  码元号   偶数(奇数)场同步   奇数(偶数)场同步
  729-743   模式的LSB   NRP的比特0(LSB)
  744-758   模式的MSB   NRP的比特1
  759-773   NRS   NRP的比特2
  774-788   TR   NRP的比特3(MSB)
  789-803   奇偶校验比特   奇偶校验比特
  804-820   保留   保留
正如在分组插入申请中更全面阐述的，如果模式＝0，则不利用参数的其余部分。适于本发明人的增强方案的接收机可以译码模式参数，以识别接收的信号是否体现增强的比特流格式，并且如果是的话，它可以译码其他参数。
虽然显示和描述了被认为是本发明优选实施例的内容，但当然将会理解，可以在不背离本发明精神的条件下在形式或细节上容易地作出各种修正和改变。所以，不打算让本发明限于所描述和说明的确切的形式，而是应当使本发明覆盖属于所附权利要求的范围内的所有的修正。

Claims (22)

1.一种用于无线传送一个包括标题与主体的前导比特串和一个包括标题与主体的结尾比特串(340)的设备(100)，该设备包括：
一个编码器(104)，被配置来编码数据(332)以形成前导比特串的主体以及形成结尾比特串的标题(320)，以便包括由接收机(112)在译码所编码的数据(356)时要使用的参数的至少一个比特，其中，所述参数中的特定参数被分配给前导比特串标题，而其它的参数被分配给结尾比特串标题；以及
一个被配置成把在接收机(112)处表示前导比特串和结尾比特串的无线信号发送到接收机的发射机(108)。
2.权利要求1的设备，其中接收机(112)包括数字电视接收机。
3.权利要求1的设备，其中所述编码器(104)还被配置成产生所述比特串，以使得前导和结尾比特串标题中的至少一个的参数可被所述接收机(112)中的均衡器(256)利用来分解一个体现前导和结尾比特串中的至少一个的信号(352)。
4.权利要求1的设备，其中所述参数是多个具有比特的参数之一，多个比特被划分成两个比特组，每个比特组具有相等数目的比特，所述比特组之一在形成前导比特串标题时被利用(324)，另一个比特组在形成结尾比特串标题时被利用(324)，每个所述比特组还包括根据该组的相等数目的比特而生成的奇偶校验比特。
5.一种用于无线传送比特流的设备(100)包括：
一个被配置来应用固定代码逐个地编码该比特流的比特以产生编码的比特流(132，320)的编码器(104)；以及
一个被配置来调制(136)编码比特流以产生一个其频率范围在任何给定时间是与该代码(340)无关地被预先确定的信号的发射机(108)，以及用于无线发送(140)在该频率范围内的所述信号，
其中，所述编码器(104)还被配置成用来编码数据，以便形成包括标题和主体的一个前导比特串的主体(336)，以及用来形成包括标题和主体的一个结尾比特串的标题(324)，从而包括由接收机(112)在译码所编码的数据时要使用的参数的至少一个比特，其中，所述参数中的特定参数被分配给前导比特串标题，而其它的参数被分配给结尾比特串标题。
6.权利要求5的设备，其中固定代码(308)包括一个线性递归序列。
7.权利要求6的设备，其中固定代码(308)是“000111101011001”。
8.权利要求6的设备，其中所述编码器还包括一个序列生成器(200)，它包括：
一个四单元移位寄存器(204)，第一单元(208)具有输入端(232)和第四单元(220)具有输出端(228)；以及
一个异或(XOR)门抽头(224)，它被放置在第三(216)与第四(220)单元之间，其中所述输出端被连接以便反馈到第一单元和XOR门抽头。
9.权利要求5的设备，其中在编码之前的所述比特流是参数比特流(316)，并且所述比特规定了一个在包括标题和主体的比特串(324)的标题之中的参数，所述编码器还被配置成用来编码数据比特流(328)和用来在参数和数据比特流被编码后组合参数和数据比特流以便产生所述编码的比特流(324，336)，该编码的比特流被调制(136，340)以产生其频率范围在任何给定的时间是与代码无关地被预先确定的所述信号，所述参数被规定成可以由被配置来接收和分解所述信号的均衡器(136，352)利用，所述均衡器是被配置来译码来自所述主体的编码数据比特流(116，356)的接收机(112)的一部分。
10.权利要求5的设备，其中：
所述编码器还被配置成用来在形成要被调制的所述编码比特流(136，340)中组合(324，336)该编码数据和所述至少一个比特；以及
所述发射机(108)还被配置成借助于所述信号把前导比特串和结尾比特串(340)发送到接收机。
11.权利要求10的设备，其中所述逐个比特地编码所述比特是一次一个比特地执行(320)，在形成前导比特串的所述主体时要被编码的数据不是使用固定代码一次一个比特地进行编码的(332)。
12.一种用于无线传送一个包括标题与主体的前导比特串和一个包括标题与主体的结尾比特串的方法(300)，该方法包括以下步骤：
编码数据(120，332)；
从编码数据形成前导比特串的主体(336)；
形成结尾比特串的标题(320)，以便包括由接收机在译码所编码的数据时要使用的参数的至少一个比特(324)，其中，所述参数中的特定参数被分配给前导比特串标题，而其它的参数被分配给结尾比特串标题；以及
把在接收机处表示前导比特串和结尾比特串的无线信号发送到接收机(340)。
13.权利要求12的方法，其中所述接收机(112，334)包括数字电视接收机。
14.权利要求12的方法，还包括由所述接收机中的均衡器(156)利用在前导和结尾比特串中的至少一个中的参数来分解一个体现前导和结尾比特串中的至少一个的信号(340，352)的步骤。
15.权利要求12的方法，其中所述参数是多个具有比特的参数之一，所述形成步骤还包括以下步骤：
把多个比特划分成两个比特组，每个比特组具有相等数目的比特(324)；
生成用于每个组的奇偶校验比特，两个奇偶校验比特是根据组的相等数目的比特生成的；
在形成前导比特串标题时利用所述比特组之一(324)；以及
在形成结尾比特串标题时利用另一个比特组(324)。
16.一种用于无线发送比特流(140)的方法，所述方法包括以下步骤：
确定一个固定代码(308)；
应用所述固定代码逐个地编码比特流的比特，以产生编码比特流(320)；
调制该编码比特流以产生一个其频率范围在任何给定的时间是与代码无关地被预先确定的信号(340)；以及
无线发送在频率范围内的所述信号(140，344)，所述方法还包括步骤：
编码数据(332)以形成包括标题和主体的前导比特流的一个主体(336)；
形成包括标题和主体的一个结尾比特流的标题(324)，以便包括至少一个比特，表示由所述比特规定的并且在由接收机在译码被编码的数据以形成前导比特串主体(356)时使用的参数，其中，所述参数中的特定参数被分配给前导比特串标题，而其它的参数被分配给结尾比特串标题。
17.权利要求16的方法，其中所述固定代码(308)包括一个线性递归序列。
18.权利要求17的方法，其中所述固定代码(308)是“000111101011001”。
19.权利要求17的方法，还包括以下步骤：
提供四单元移位寄存器(204)，第一单元(208)具有输入端(232)和第四单元(220)具有输出端(228)；
把异或(XOR)门抽头(224)放置在第三(216)与第四(220)单元之间；以及
连接所述输出端以便反馈到第一单元和到XOR门抽头。
20.权利要求16的方法，其中在编码之前的所述比特流是参数比特流(316)，所述方法还包括以下步骤：
形成所述参数比特流以包含一个被所述比特规定的参数(316)；
在参数和数据比特流被编码后组合参数比特流与数据比特流(324，336)以产生所述编码比特流，该编码比特流被调制成产生其频率范围在任何给定的时间是与代码无关地被预先确定的所述信号；
把比特串配置成包括一个标题和一个主体，所述标题包含编码的参数以及所述主体包含编码的数据比特流(324，336)；以及
执行该形成、组合和配置步骤，以使得该参数可以被一个均衡器(352)利用，该均衡器(352)用来接收和分解所述信号以及该均衡器(352)是一个用于译码所编码的数据比特流(356)的接收机(112)的一部分。
21.权利要求16的方法，还包括以下步骤：
在形成要被调制的所述编码的比特流(340)时组合(324，336)编码数据和所述至少一个比特；以及
借助于所述信号把前导比特串和结尾比特串(140)发送到接收机。
22.权利要求21的方法，其中所述逐个比特地编码所述比特是一次一个比特地执行(320)，在形成前导比特流的所述主体时要被编码的数据不是使用固定代码一次一个比特地进行编码(332)的。
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