在數字廣播系統中的糾錯編碼/解碼的裝置及其方法
2023-06-11 09:40:16
專利名稱：在數字廣播系統中的糾錯編碼/解碼的裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在數字廣播系統中的糾錯編碼/解碼的裝置和方法，並且尤其涉及用於對要發射的廣播數據的糾錯編碼和/或解碼，使得特別在接收端處於差的接收環境中、像在接收端是移動的或者便攜的時候在接收端能夠穩定接收的一種裝置和方法。
背景技術：
一般地，能夠將高清晰度電視(HDTV)的廣播系統粗略地分為圖像編碼單元和圖像調製單元。所述圖像編碼單元將從高清晰度圖像源輸入的大約1吉比特/秒(Gbps)的數字數據壓縮到15至18兆比特/秒(Mbps)的數據。所述圖像調製單元通過大約6至8兆赫茲(MHz)的有限帶寬信道發射幾十兆比特/秒的數字數據到接收端。HDTV使用了一種利用為電視廣播目的分配的甚高頻/超高頻(VHF/UHF)的地面廣播方法。
在歐洲已經採納了作為數字調製方法之一的正交頻分復用(OFDM)方法，作為能夠獲得像增加每帶寬的傳輸率和抗幹擾的好處的數位電視地面廣播系統。
一般地，利用時域同步(TDS)發射OFDM信號的OFDM發射器將根據為預定頻帶提供一預定服務的頻譜產生的OFDM信號變換為時域中的數據。該OFDM發射器在形成於時域中的OFDM信號前面插入一保護間隔GI，以抑制在信號之間的幹擾，並且在該保護間隔GI之前插入同步信息，並且接著發射該OFDM信號。
糾錯編碼(ECC)校正在數字通信中的數據傳輸期間產生的錯誤。對於ECC主要存在塊編碼和卷積編碼兩種類型。
所述塊編碼以代碼塊執行數據編碼和解碼。所述卷積編碼通過利用寄存器鏈對先前和當前數據執行數據編碼。reed-solomon(裡德所羅門)(RS)碼是一般公知的塊編碼的編碼方法，它對突發錯誤具有非常的穩健性。RS碼由要發射的消息字和用於糾錯的奇偶校驗字組成。
同時，Viterbi(維特比)算法是最廣泛使用的卷積碼的解碼方法。根據Viterbi算法，複雜性根據約束長度K呈指數增加。並且關於K的值，7或者9是目前最廣泛使用的。
圖1是示出用於在數字廣播系統的發射器中使用的一種傳統糾錯編碼裝置的方框圖。
該糾錯編碼裝置包括擾頻器10、reed-solomon(RS)編碼器12、卷積交織器14、卷積編碼器16、內交織器18、符號映射器20和調製器22。
擾頻器10混合MPEG-2(運動圖像專家組-2)格式的傳送流與偽隨機二進位序列，以由此除去所述輸入信號的相關性。
RS編碼器12對在擾頻器10之後輸入到該RS編碼器的數據進行編碼以校正在傳輸中的錯誤。
卷積交織器14作為外交織器在所述數據在RS編碼器12處進行編碼之後根據預定的規則交織所述數據。
卷積編碼器16編碼來自卷積交織器14的交織數據。
為了擴散該突發錯誤，內交織器18重新交織所述數據。
符號映射器20在所述數據在內交織器18上進行重新交織之後對所述數據執行諸如64正交幅度調製(64-QAM)的正交幅度調製(QAM)的映射。
調製器22在所述數據在符號映射器20上進行映射之後執行像殘留邊帶(VSB)或者編碼正交頻分復用(COFDM)的數據調製。
問題在於，利用作為內編碼器的卷積編碼器16難以完全地恢復所接收的信號，尤其在接收端處於差的接收環境中時、像接收端是移動的或者便攜的時。
因為卷積編碼器16嚴重地不適於處理突發錯誤，如果被放置在差的接收環境中它甚至不能夠執行最小的糾錯。
發明內容
因而，本發明的目的是提供用於在數字廣播系統中的糾錯編碼和/或解碼的一種裝置和方法，使得特別在接收端處於差的接收環境中，如在接收端是移動的或者便攜的時候在接收端上能夠進行穩定和精確的數據接收。
上述目的是通過提供一種用於在數字廣播系統中用於校正在數字廣播數據的傳輸期間產生的錯誤的糾錯編碼裝置來實現的，所述糾錯編碼裝置包括擾頻器，用於通過在傳送流(TS)中混合偽隨機二進位序列而進行除去輸入數據的相關性的擾頻；第一reed-solomon(RS)編碼器，用於在所述數據被擾頻之後為糾錯編碼所述數據；卷積交織器，用於交織經過第一RS編碼器編碼的數據；基於塊的編碼器，用於基於塊為糾錯重新編碼所述交織數據；以及內交織器，用於重新交織所述基於塊的編碼數據。
優選地，本發明的糾錯編碼裝置還包括符號映射器，用於映射交織的數據，用於數據傳輸。
優選地，本發明的糾錯編碼裝置還包括調製器，用於對在符號映射器中映射的數據執行適於傳輸的調製。
優選地，根據本發明所述基於塊的編碼器是RS編碼器或者塊turbo(快速碼)編碼器。
根據本發明的第二方面，提供在數字廣播系統中使用糾錯編碼裝置的一種糾錯編碼方法，用於校正在數字廣播數據傳輸期間產生的錯誤，所述方法包括通過在傳送流(TS)中混合偽隨機二進位序列來除去輸入數據的相關性的擾頻步驟；在數據經過擾頻之後為糾錯編碼所述數據的第一reed-solomon(RS)編碼步驟；交織經過RS編碼的數據的卷積交織步驟；為糾錯基於塊重新編碼所述交織數據的基於塊的編碼步驟；以及重新交織所述重新編碼數據的內交織步驟。
優選地，根據本發明的糾錯編碼方法還包括映射交織的數據用於數據傳輸的符號映射步驟。
優選地，根據本發明的糾錯編碼方法還包括對已經在符號映射器中映射的數據執行適於傳輸的調製的調製步驟。
優選地，根據本發明的基於塊的編碼步驟執行RS編碼或者塊turbo編碼。
根據本發明的第三方面，提供一種在數字廣播系統中的糾錯解碼裝置，用於校正在數字廣播數據接收期間產生的錯誤，所述糾錯解碼裝置包括解調器，用於解調所接收信號；符號去映射器(demapper)，用於基於比特從解調信號中提取數據；內去交織器，用於將來自所述符號去映射器的數據重新安排為初始信號次序的流，以便擴散接收信號的突發錯誤；基於塊的解碼器，用於基於塊地解碼來自所述內去交織器的去交織數據；卷積去交織器，用於對來自所述基於塊的解碼器的基於塊的解碼數據執行卷積去交織；第二RS解碼器，用於RS解碼由所述卷積去交織器去交織的數據；以及去擾頻器，用於從來自所述第二RS解碼器的RS解碼數據中除去偽隨機二進位序列(PRBS)以恢復初始的TS流。
優選地，根據本發明的基於塊的解碼器是RS解碼器或者塊turbo解碼器。
根據本發明的第四方面，提供在數字廣播系統中使用糾錯解碼裝置的一種糾錯解碼方法，用於校正在數字廣播數據傳輸期間產生的錯誤，所述方法包括用於解調接收信號的解調步驟；基於比特從所述解調信號中提取數據的符號去映射步驟；將來自所述符號去映射步驟的去映射數據重新安排為初始信號次序的流，以便擴散接收信號的突發錯誤的內去交織步驟；基於塊地解碼在所述內去交織步驟中去交織的數據的基於塊的解碼步驟；對所述基於塊的解碼步驟中基於塊地解碼的數據執行卷積去交織的卷積去交織步驟；RS解碼在所述卷積去交織步驟中去交織的數據的第二RS解碼步驟；以及從在所述第二RS解碼步驟中的RS解碼數據中除去偽隨機二進位序列(PRBS)以恢復初始的TS流的去擾頻步驟。
優選地，根據本發明的所述基於塊的解碼步驟執行RS解碼或者塊turbo解碼。
通過參考附圖描述本發明的優選實施例，本發明的上述和其他目的和特點將會變得更加清楚，其中圖1是在數字廣播系統的發射器中使用的一種傳統糾錯編碼裝置的方框圖；圖2是根據本發明的一優選實施例的數字廣播系統的一種糾錯編碼裝置的方框圖；圖3是根據本發明的另一優選實施例的數字廣播系統的一種糾錯編碼裝置的方框圖；圖4是根據本發明的數字廣播系統的一種糾錯解碼裝置的方框圖；圖5是示出根據本發明的利用糾錯編碼裝置的一種糾錯方法的流程圖；圖6是示出根據本發明的利用糾錯解碼裝置的一種糾錯方法的流程圖。
具體實施例方式
在下文中，將參考附圖詳細描述本發明的優選實施例。
圖2是示出根據本發明的優選實施例的數字廣播系統的一種糾錯編碼裝置的方框圖。
該根據本發明的糾錯編碼裝置包括擾頻器100、第一RS編碼器120、卷積交織器140、第二RS編碼器160、內交織器180、符號映射器200以及調製器220。
擾頻器100混合MPEG-2格式的傳送流與偽隨機二進位序列，以由此除去所述輸入信號的相關性。
第一RS編碼器120在所述數據經過擾頻器100之後編碼所述數據以校正錯誤。
起外交織器功能的卷積交織器140交織來自第一RS編碼器120的數據。所述卷積交織器140能夠對超過第一RS編碼器120的糾錯能力的錯誤進行校正。
起起內交織器功能的第二RS編碼器160基於塊地重新編碼所述數據以校正在卷積交織器140處交織的數據的錯誤。
注意，與在數字廣播系統的發射器中採用的傳統糾錯編碼裝置相比較，使用了RS編碼器取代作為基於比特的編碼設備的卷積編碼器。如上所述，卷積編碼嚴重地不適於處理在移動通信環境中經常發生的突發錯誤。RS編碼方案是基於塊的編碼方案，它能夠對接收器提供糾錯能力，由此是對移動通信應用中的突發錯誤的穩健性(robust)。在卷積編碼的情形中，當在對傳輸數據的幾個比特上出現錯誤時校正解碼也許是不成功的。然而，利用基於塊的編碼，確保了甚至在一塊中幾個比特錯誤時也可連續數據傳輸。由此，基於塊的編碼的很大優點是對在移動通信環境中的接收端的解碼裝置提供了強大的突發糾錯能力。
內交織器180基於符號和/或逐位地重新交織來自第二RS編碼器160的RS編碼數據，以便擴散突發錯誤。
符號映射器200對於在內交織器180處交織的數據執行諸如正交幅度調製(QAM)、即16QAM、64QAM、以及256QAM、和四相相移鍵控(QPSK)的符號映射。
對於在符號映射器200處對每個符號映射的數據，調製器220執行適於在數字廣播中的數據傳輸的諸如殘留邊帶(VSB)和編碼正交頻分復用(COFDM)的調製。
圖3是示出根據本發明的另一優選實施例的數字廣播系統的一種糾錯編碼裝置的方框圖。在圖3的糾錯編碼裝置中，給予如在圖2中相同編號的部件執行參考圖2如上所述的相同功能。因而，將省略相同部件的描述。
如圖3所示，糾錯編碼裝置的RS編碼器120執行與圖2的第一RS編碼器120的功能相同的功能。
在圖3的糾錯編碼裝置中，用塊turbo編碼器240取代了圖2的第二RS編碼器160。這裡，塊turbo編碼器240還是一種基於塊的編碼器，它對突發錯誤具有穩健性。由此，利用圖3的塊turbo編碼器240取代圖2的第二RS編碼器160也能夠提供與圖2的優選實施例獲相同的效果。
因而，對於內編碼器，可選擇使用第二RS編碼器160或者塊turbo編碼器240，確保最大糾錯能力。相應地，即使在差的接收環境中，像當接收端是移動的或便攜的時，數字廣播信號的數據接收和糾錯也能夠可靠地執行。
圖4是示出根據本發明的優選實施例的數字廣播系統的糾錯解碼裝置的方框圖。
該根據本發明的優選實施例的糾錯解碼裝置包括解調器300、符號去映射器320、內去交織器340、第一RS解碼器360、卷積去交織器380、第二RS解碼器400以及去擾頻器420。
圖4所示的糾錯解碼裝置執行與圖2所示的糾錯編碼裝置所作的操作相反的解碼操作。為了更好地理解本發明的概念，將聯繫圖2描述圖4的糾錯解碼裝置。
解調器300解調在圖2的調製器220處調製的信號。
符號去映射器320從所述解調信號中逐位地提取數據，其操作對應於圖2的符號映射器200的逆操作。
內去交織器340通過反向執行圖2的基於符號的數據的重新交織，將數據重新安排為在內交織器180之前的初始信號次序的流。在此時，獲得了擴散接收信號的突發錯誤的好處。
作為基於塊的解碼器的第一RS解碼器360基於塊地解碼對應於圖2的第二RS編碼器160基於塊地編碼的數據的去交織數據。在該處理期間，所有在該解碼器的糾錯能力內的接收信號中的錯誤都得到校正。超出該解碼器的糾錯能力的錯誤不在該級校正，而傳送到下一塊。
卷積去交織器380反向執行在卷積交織器140處執行的數據交織。在該處理期間，在第一RS解碼器360處未得到校正的錯誤得到擴散。
第二RS解碼器400解碼由卷積去交織器380去交織的數據，該數據對應於在圖2的第一RS編碼器120處編碼的數據。
去擾頻器420從RS解碼數據中除去在圖2的擾頻器100處與TS流混合的偽隨機二進位序列(PRBS)以恢復初始TS流。
通過經由利用諸如RS解碼器或者塊turbo解碼器的內解碼器確保最小糾錯能力，廣播信號的接收和糾錯得以可靠地執行，並且由此，該信號即使在差的接收環境、諸如在接收端是移動的或者便攜的時也能夠得以恢復。
同時，第一RS解碼器360可以用塊turbo解碼器(它也是基於塊的解碼器)取代。以此方式，帶有塊turbo解碼器的糾錯解碼裝置也能夠處理圖3的編碼信號，以恢復初始TS流。並且即使在塊turbo解碼器起內解碼器的作用的情形中，也不存在在效率上的退化。
圖5是示出利用根據本發明的糾錯編碼裝置的一種糾錯方法的流程圖。
首先，擾頻器100通過在到來的MPEG-2格式的TS流中混合PRBS來除去輸入信號的相關性(步驟S100)，以便除去所述輸入信號之間的相關性。
第一RS編碼器120RS編碼已經通過擾頻器100的數據(步驟S120)。
卷積交織器140對經過第一RS編碼器處RS編碼的數據執行卷積交織(步驟S140)。通過卷積交織器140的卷積交織，超出第一RS編碼器120的解碼的糾錯能力的錯誤能夠得到校正，因為該錯誤被擴散了。
作為基於塊的編碼器的第二RS編碼器160為糾錯而RS編碼在卷積交織器140處交織的數據(步驟S160)。
為了擴散突發錯誤，內交織器180執行交織、重新交織在第二RS編碼器160處經過RS編碼的數據(步驟S180)。
對於在內交織器180處重新交織的數據，符號映射器200執行諸如正交幅度調製(QAM)，即，16QAM、64QAM、256QAM以及QPSK的符號映射(步驟S200)。
對於在符號映射器200處映射的數據，調製器220執行諸如由ATSC(美國高清晰度數位電視標準)或者DVB-T(歐洲數位電視標準)系統規範指定的VSB調製或者COFDM的調製用於數字廣播中的數據傳輸(步驟S220)。
這裡，作為另一例子，在步驟S160中，能夠使用塊turbo編碼器240取代第二RS編碼器160去執行基於塊的編碼，這同樣能夠獲得相同的效果。
圖6是示出利用根據本發明的糾錯解碼裝置的一種糾錯方法的流程圖。將參考圖4描述該糾錯解碼操作。
首先，解調器300解調在圖2的調製器220處調製的信號(步驟S300)。
接著，符號去映射器320從在步驟S300中解調的信號中逐位地提取數據(步驟S310)。
接著，內去交織器340通過符號和/或逐位地去交織來重新安排數據為在內交織器180之前的初始信號次序的流(步驟S320)。在此時，獲得了擴散接收信號的突發錯誤的好處。
接著，在步驟S320中，基於塊的解碼器，即，第一RS解碼器360或者塊turbo解碼器，基於塊地解碼去交織的數據(步驟S330)，使得所有在該解碼器的糾錯能力內的在接收信號中的錯誤得到校正。
接著，卷積去交織器380對來自步驟S330的基於塊的解碼數據執行卷積去交織(步驟S340)。通過這樣作，在步驟S330中未得到校正的錯誤得以擴散。
接著，第二RS解碼器400RS解碼在步驟S340中去交織的數據(步驟S350)。
最後，去擾頻器420從經過RS解碼的數據中除去偽隨機二進位序列(PRBS)以恢復在圖2的擾頻器100處與TS流混合的初始TS流(步驟S360)。
從以上，根據本發明，通過使用諸如RS編碼器或者塊turbo解碼器的內編碼器，確保了最小的糾錯能力。因而，即使在接收端處於差的接收環境中，例如，在接收端是移動的或便攜的時，數字廣播信號的接收和糾錯也得以可靠地執行。
另外，由於通過使用諸如RS編碼器或者塊turbo編碼器的內編碼器確保最小的糾錯能力，即使在接收端處於差的接收環境中，諸如在接收端是移動的或便攜的時候，數字廣播信號的接收和糾錯也能夠得以可靠地執行。
雖然已經描述了本發明的優選實施例，然而本領域的一般技術人員將應該理解，本發明不限於所描述的優選實施例，而且在如由所附權利要求定義的本發明的實質和範圍內能夠進行各種變化和修改。
權利要求
1.一種在數字廣播系統中的糾錯編碼裝置，用於校正在數字廣播數據的傳輸期間產生的錯誤，所述糾錯編碼裝置包括擾頻器，用於通過在傳送流(TS)中混合偽隨機二進位序列進行擾頻，用於除去輸入數據的相關性；第一reed-solomon(RS)編碼器，用於在所述數據經過擾頻之後為糾錯編碼所述數據；卷積交織器，用於交織經過所述第一RS編碼器編碼的所述數據；基於塊的編碼器，用於基於塊地重新編碼所述交織數據，用於糾錯；以及內交織器，用於基於符號和/或比特地重新交織所述基於塊的編碼數據。
2.根據權利要求1所述的糾錯編碼裝置，還包括符號映射器，用於映射交織的數據，用於數據傳輸。
3.根據權利要求2所述的糾錯編碼裝置，還包括調製器，用於對在所述符號映射器中映射的數據執行適於傳輸的調製。
4.根據在先權利要求中任一權利要求所述的糾錯編碼裝置，其中所述基於塊的編碼器是RS編碼器。
5.根據權利要求1至3中的任一權利要求所述的糾錯編碼裝置，其中所述基於塊的編碼器是塊turbo編碼器。
6.根據權利要求3所述的糾錯編碼裝置，其中在所述調製器處執行的調製至少包括殘留邊帶(VSB)調製和編碼正交頻分復用(COFDM)調製之一。
7.根據權利要求2所述的糾錯編碼裝置，其中在所述符號映射器處執行的所述符號映射包括16正交幅度調製(QAM)、64QAM、256QAM以及四相相移鍵控(QPSK)之一。
8.一種在數字廣播系統中利用糾錯編碼裝置的糾錯編碼方法，用於校正在數字廣播數據的傳輸期間產生的錯誤，所述方法包括通過在傳送流(TS)中混合偽隨機二進位序列來除去輸入數據的相關性的擾頻步驟；在數據經過擾頻之後為糾錯而編碼所述數據的第一reed-solomon(RS)編碼步驟；交織所述經過RS編碼的數據的卷積交織步驟；為糾錯基於塊地重新編碼所述交織數據的基於塊的編碼步驟；以及基於符號和/或比特地重新交織所述重新編碼數據的內交織步驟。
9.根據權利要求8所述的糾錯編碼方法，還包括基於符號和/或比特地映射所述交織數據的符號映射步驟。
10.根據權利要求9所述的糾錯編碼方法，還包括對在所述符號映射器中映射的數據執行適於傳輸的調製的調製步驟。
11.根據權利要求8至10中的任一權利要求所述的糾錯編碼方法，其中所述基於塊的編碼步驟執行RS編碼。
12.根據權利要求8至10中的任一權利要求所述的糾錯編碼方法，其中所述基於塊的編碼步驟執行塊turbo編碼。
13.根據權利要求10所述的糾錯編碼方法，其中在所述調製步驟中執行的所述調製至少包括殘留邊帶(VSB)調製和編碼正交頻分復用(COFDM)調製之一。
14.根據權利要求9所述的糾錯編碼方法，其中在所述符號映射步驟中執行的所述符號映射包括16正交幅度調製(QAM)、64QAM、256QAM以及四相相移鍵控(QPSK)之一。
15.一種在數字廣播系統中的糾錯解碼裝置，用於校正在數字廣播數據的傳輸期間產生的錯誤，所述糾錯解碼裝置包括解調器，用於解調所接收信號；符號去映射器，用於基於比特地從所述解調信號中提取數據；內去交織器，用於重新安排來自所述符號去映射器的數據為初始信號次序的流，以便擴散所述接收信號的突發錯誤；基於塊的解碼器，用於基於塊地解碼來自所述內去交織器的去交織數據；卷積去交織器，用於對來自所述基於塊的解碼器的基於塊的解碼數據執行卷積去交織；第二RS解碼器，用於RS解碼由所述卷積去交織器去交織的所述數據；以及去擾頻器，用於從來自所述第二RS解碼器的所述RS解碼數據中除去偽隨機二進位序列(PRBS)以恢復初始的TS流。
16.根據權利要求15所述的糾錯解碼裝置，其中所述基於塊的解碼器是RS解碼器。
17.根據權利要求16所述的糾錯解碼裝置，其中所述基於塊的解碼器是塊turbo解碼器。
18.一種在數字廣播系統中利用糾錯解碼裝置的糾錯解碼方法，用於校正在數字廣播數據的傳輸期間產生的錯誤，所述方法包括用於解調接收信號的解調步驟；基於比特地從所述解調信號中提取數據的符號去映射步驟；重新安排所述符號去映射步驟的去映射數據為初始信號次序的流、以便擴散所述接收信號的突發錯誤的內去交織步驟；基於塊地解碼在所述內去交織步驟中去交織的數據的基於塊的解碼步驟；對在所述基於塊的解碼步驟中基於塊地解碼的數據執行卷積去交織的卷積去交織步驟；RS解碼在所述卷積去交織步驟中去交織的數據的第二RS解碼步驟；以及從在所述第二RS解碼步驟中的RS解碼數據中除去偽隨機二進位序列(PRBS)以恢復初始的TS流的去擾頻步驟。
19.根據權利要求18所述的糾錯解碼方法，其中所述基於塊的解碼步驟執行RS解碼。
20.根據權利要求18所述的糾錯解碼方法，其中所述基於塊的解碼步驟執行塊turbo解碼。
全文摘要
一種在數字廣播系統中的糾錯編碼裝置，校正在數據傳輸期間產生的錯誤。所述糾錯編碼裝置包括擾頻器，用於通過在傳送(TS)流中混合偽隨機二進位序列除去輸入數據的相關性；第一裡德所羅門(RS)編碼器，用於在所述數據經過擾頻之後為糾錯編碼所述數據；卷積交織器，用於交織由RS編碼器編碼的數據；第二裡德所羅門(RS)編碼器，用於為糾錯重新編碼已交織的數據；以及內交織器，用於逐位地重新交織所述重新編碼數據。通過使用像RS編碼器的內編碼器，確保了最小的糾錯能力。因此，即使在接收端處於差的接收環境中，例如，在接收端是移動的或者便攜的時，數字廣播信號的糾錯也得以可靠地執行。
文檔編號H04N7/64GK1463162SQ0214405
公開日2003年12月24日 申請日期2002年9月29日 優先權日2002年5月30日
發明者權容植, 趙景翼, 金紀甫 申請人:三星電子株式會社