专利名称：利用增强编码方案的数字电视(dtv)传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字传输系统，确切地说是涉及一种增强的数字信号广播系统以及用于传输常规流和增强(强)位流的方法。对应于常规流所有分组的发射利用的是现有的8-VSB编码方案，以便不仅能用新接收器，而且还能用尚存的旧式接收器进行解码。对应于强流所有分组的发射利用的是一种以反向兼容方式的增强编码方案。
地面广播信道传输的高清晰度电视(HDTV)的ATSC标准采用的信号包括一系列十二(12)个独立的时间-多路复用的分区-编码数据流，该数据流被调制成一种速率为10.76MHz的八(8)单元码残留边带(VSB)符号流。将这种信号转换成为一种六(6)MHz频带以对应于地面电视信道的VHF或UHF标准，使该信号在这个信道以数据速率每秒19.39百万位(Mbps)播送。有关(ATSC)数字电视标准及其最新版本A/53可以从http://www.atsc.org/得到。
方框1对高清晰度电视(HDTV)发射机100现有技术的一个范例作了一般地阐明。MPEG兼容数据分组首先在数据随机化器105中被随机化，为进行向前纠错(FEC)，由Reed Solomon(RS)编码器部件110对每个分组进行编码。然后每个数据组相继信息段中的数据分组由数据交织器120进行交织，交织后的数据分组由分区编码器部件130进一步交织和编码。分区编码器部件130产生一种数据符号流，每个符号具有三(3)个位。三位中的一个位被预-编码，另两个位由一种四(4)态分区编码器产生。然后将这三(3)个位映射为一种八(8)单元码符号。
大家知道，在现有技术情况下，分区编码器部件130包括十二(12)个平行的分区编码器和预-编码器部件，以提供十二个交织编码数据序列。在多路复用器140中，每个分区编码器部件与来自同步部件(图中未示)的“信息段同步”和“信息组同步”的同步位序列150合并。再由引导插入部件160插入一个小的同相引导信号，并选择是否由过滤设备165进行预-均衡。然后将符号流送到VSB调制器170进行残留边带(VSB)抑制载波调制。最后，符号流由射频(RF)变换器180上变频到射频。
方框2阐明的是高清晰度电视(HDTV)接收机200现有技术的一个范例。调频器210把接收到的RF信号下变频成中频(IF)信号。该信号再由IF滤波器和检波器220进行过滤并变换成数字形式。从而使检测到的信号具有数字符号流的形式，每个符号表示八(8)单元码中的一个码。然后将信号提供给NTSC带阻滤波器230和同步部件240。接着将信号提供给NTSC带阻滤波器230。该信号由NTSC带阻滤波器230滤波后被送到均衡器和相位跟踪器250进行均衡和相位跟踪。恢复了的编码数据符号由分区解编器部件260进行解码。该解码数据符号又由数据去-交织器270进一步进行去-交织。然后把数据符号送到Reed Solomon解码器280进行Reed Solomon解码。这样就恢复了发射机100发射的MPEG兼容数据分组。
尽管现有的ATSC 8-VSB A/53数字电视标准有足够能力使传输的信号能克服各种各样的信道减损，比如幻象、噪声爆发、信号衰减以及地面设置的干扰，然而仍然需要使ATSC标准更具有灵活性，以便它能适应具有各种优先度的流和各种数据速率流。
因此，本发明的一个目的就是提供一种灵活的ATSC数字传输系统和方法，利用一种增强的编码方案进行编码以便能够传输更强的位流。
本发明进一步的目的是，为ATSC数字传输系统提供一种能用于共同传输新位-流和标准ATSC位-流的增强技术，其中新位-流的可见度阈(TOV)比ATSC流的低，从而能够被用于传输高优先度的信息位(强位-流)。
本发明还有一个目的是，在现有ATSC数字传输标准内纳入一种能用于共同传输新位-流和标准ATSC位-流的增强技术，其中新位-流包括高优先度信息位，这样的传输可与现有ATSC数字电视接收设备反向兼容。
本发明的另一个目的是提供一种灵活的ATSC数字传输系统和方法，它们可以提供能够与现有接收器设备反向兼容的奇偶校验-字节产生器机构。
根据本发明的优选实施方案，所提供的数字传输系统和方法能够改进现有的ATSC A/53 HDTV信号传输标准，它不仅只传输含有以常规位流传输常规分组的编码数据分组，此外，它还传输强分组，该强分组含有以强位流传输并可被接收器设备接收的信息。该系统包括-第一编码设备，用于对属于所说的各强位流和常规位流的分组进行编码；-控制工具，用于对属于这种强位流和常规位流的单个字节进行跟踪，并能指出编码模式；-格式化工具，用于对属于这种强位流的强分组被跟踪的字节进行格式化；-分区编码器工具，用于产生一种分区编码位的流，这些位与该常规流的位和强流的位相对应，该分区编码器采用能把该强分组和常规分组的分区编码位映射为符号的工具；-响应于该控制工具的第二编码设备，当该控制工具指出反向兼容模式时，能够对属于该强位流格式化了的分组应用非-系统的Reed-Solomon(RS)编码；-通过一个固定带宽的通讯信道向接收器设备发射强位流的发射器设备，可与常规位流分离发射或者共同发射。
为了确保能与各厂家现有的接收器反向兼容，利用了一种非-系统的Reed-Solomon编码器给强位-流分组添加奇偶校验字节。标准8-VSB位-流将利用ATSC PEC方案(A/53)编码。这种利用新位-流发射的分组将为现有接收器的传送层解码器所忽略。这样，由于插入了新的位-流，就降低了现有接收器能够解码的有效载荷。
方便的是，这种支持新DTV发射器所需的更改主要是在系统的调制解调器部分进行，在传送层上几乎不需要作什么改动。
现在借助下列各图来介绍本发明这里所公开的细节
图1是根据现有技术阐明高清晰度电视(HDTV)发射器一个范例的方框图；图2是根据现有技术阐明高清晰度电视(HDTV)接收器一个范例的方框图；图3是根据本发明，增强ATSC数字传输系统优选实施方案300的顶级示意图；图4(a)是强分组交织器/格式器处理单元115的详细方框图，该单元仅用于处理属于强位流的分组；图4(b)是在强处理器模块115中采用的交织器设备401的字节移位寄存器的图解；图5是阐明图3传输系统中实施分区编码方案330的方框图；图6是阐明按照本发明改进分区编码器330的上编码电路335的简化方框图；图7详细地阐明了按照本发明的非-系统Reed Solomon编码器和奇偶校验-字节产生器模块125；图8(a)和图8(b)分别对应NRS＝0(图8(a))和NRS＝1(图8(b))阐明基本格式器在MODE＝2或3时把一个分组的字节复制成为两个字节的功能；图9(a)和图9(b)分别对应NRS＝0(图9(a))和NRS＝1(图9(b))阐明基本格式器在MODE＝1时把一个输入分组的位重新安排到两个字节中的功能；图10举例阐明奇偶校验“占位符”的插入机构；以及图11是阐明控制部件214的顶级示意图。
在联合转让在案申请的，标题是增强ATSC数字电视系统的美国专利No.10/078933-US010173，Attorney Docket No.15062当中，已经描述了实现一个新的ATSC数字传输系统标准的途径，其包括的工具和方法能够用来共同传输标准ATSC(8-位)位-流和新的“强”位-流，其中新位-流的可见度阈(TOV)比标准8-VSB ATSC流的低，从而能够被用于传输高优先度的信息位，这里宣布，本文已将它们公开的全部内容作为参考资料合并进来。
与在案申请的美国专利No.10/078933-US010173，AttorneyDocket No.15062合并后，本文在这里描述了该ATSC数字传输系统和方法提案具备的新特点，所包括的机构显然能够把标准位-流数据率交换成为新的强位-流，这种新位-流可以使得新接收器设备对强分组毫无差错地进行解码，甚至在CNR和TOV降低，极端静态和动态的多-路干扰环境下也毫无差错，新特点还包括一种能够与现有数字接收器设备反向兼容的传输机构。确切地说，所描述的系统改进了当前的ATSC数字传输系统标准，使得强流和标准流的传输速率灵活多变，从而能适应大范围的载波-信噪比和各种信道条件。
图3是根据本发明增强ATSC标准一个优选实施方案300顶级示意图。如图3所示，按照优选实施方案，增强ATSC数字信号传输标准包括数据随机化单元105，它首先按照伪随机数产生器的已知模式对输入数据字节数值进行变换。例如，按照ATSC标准，数据随机化器将输入的具有16-位最大长度的伪随机二进制序列(PRBS)的全部数据字节进行异-或处理，在数据信息组的开始进行初始化。随机化数据的输出被输入到以187字节数据块运作的Reed Solomon(RS)编码器单元110，单元110添加上二十(20)个为了进行纠错的RS奇偶校验字节，以产生一种每个数据段总传输字节为207个的RS数据块。就是这些字节将被延后处理并用强构象发送出去。在RS编码后，该207字节数据段输入到一个新的模块115，该模块包括强交织器，分组格式器以及对强输入字节进一步处理/再格式化的分组多路复用器单元。这里将更加详细地描述该分组格式器模块单个单元运作的细节。总的来说，强交织器，分组格式器以及用于使进入字节再格式化的分组多路复用器单元115是响应于模式信号211a的，信号221a会指出进入的字节是否是处理过的(对强字节)或是未处理过的(对常规字节)。这样可以确保强分组交织器/格式器设备115只对强分组进行交织。这种模式信号由控制部件214产生，它产生出需要的位来控制分组的多路复用和编码方案。
虽然在图3上没有画出，但是字节在分组格式器115中被再格式化后，属于强分组的字节将与属于标准流的字节进行多路复用。接着，强字节和标准字节的多路复用流被输入到卷积交织器机构120中，在这里每个数据信息组相继信息段中的数据分组被进一步交织，按照ATSC A/53标准对数据流的顺序进行倒频。正如所提到过的，与每个强分组或标准分组相关的字节在同时进行处理和控制的模块214中被跟踪。图3还表示出，交织并RS编码且格式化了的数据字节117然后由新型的分区编码器设备330进行分区编码。确切地说，分区编码器部件330响应于模式信号211b，与反向兼容奇偶校验-字节产生器单元协同交互作用，该产生器单元在这里是指反向兼容(或者是可选的或者是“非-系统”RS编码器)模块125，以便产生并送出数据符号的分区编码输出流，每个符号具有能映射为8-单元码符号的三(3)个位，以后将更详细地描述这种协同交互作用的方式。接着，这种分区编码输出符号被传送到多路复用器部件140，在140这些符号与来自同步部件(图中未示)的“信息段同步”和“信息组同步”的同步位序列138合并。然后，如总模块190指示所进行的运作是，插入引导信号，把符号流送交VSB调制器进行残留边带(VSB)抑制载波调制，最后，由射频(RF)变换器将该符号流上变频为射频。
现在对图4(a)进行描述，该图是强分组交织器/格式器处理单元115的详细方框图，这种单元仅用于处理属于强位流的分组。处理单元115包括输入端403，用于接收以强流403进行通讯的MPEG数据分组400，交织器设备401，含有位填充单元的分组格式器模块413，分组标识(PID)插入器模块421，以及，插入“占位符”奇偶校验字节和使序列改变的插入设备431。常规/强多路复用器(N/R MUX)设备441用于把处理器模块输出的强分组与标准ATSC流402的常规分组进行最后的多路复用，以便最终输送出一种兼含常规分组和强分组两者的ATSC流445。优选地，常规流分组是按照预-定义的算法与强分组进行多路复用的，这里将详细描述一个算法实例。图4(a)还表示出，假如N/R指示器信号211a是0(N/R＝0)，则多路复用器441选择RS编码的常规流402；反之，假如N/R＝1而且输入参数NRS＝0(未采用非-系统RS编码)，则多路复用器441选择强流412。另外，假如N/R＝1和NRS＝1，则多路复用器441选择奇偶校验字节占位器单元431的输出432。
在图4(b)所示的一个实施方案中，强处理器模块115采用的交织器设备401是69数据信息段(段间)卷积字节交织器，仅仅用于对来自位流400的强字节403进行交织。该交织器与每个强分组的第一数据字节同步。可以理解，只要M和B的乘积是207的话，M和B的变化会导致强交织器结构的变更，这里M是存储器单元的长度，B是信息段的数目(即，行数)。在图4(b)说明的优选实施方案中，″M″的值是3个字节，″B″的值是69。
图4(a)中，当在强分组交织器中对强分组进行交织后，属于进入的强位-流的数据字节被延后处理并被送去进行位-填充，PID字节插入，“占位符”奇偶校验字节插入和字节序列改变操作。正如这里要详细描述的，有两种处理方式，取决于尚存的日式接收器是否采用“非-系统”RS(NRS)编码器125(图3)。
由图4(a)看出，在选择第一种处理方式中，当利用“非-系统”RS编码器125的时候，位-填充部件411从交织器读出184字节分组，并利用插入位把这些字节分裂成两个各为184-字节的数据块。一般来说，每个字节只有4个位，LSBs(6，4，2，0)，与进入流对应。每个字节的另外4个位，MSBs(7，5，3，1)，在初始化时被设置为任意值。分组分裂后，PID插入器411在这两个184-字节长数据每一个的开始插入3个零PID字节。然后还要给每个数据块添加20个“占位符”奇偶校验字节以创建两个207-字节的分组。在创建的207字节中，表示信息流的184个字节和20个“占位符”奇偶校验字节要被改变序列，改变的方法是，在标准8-VSB数据交织器120(图3)之后让这20个字节出现在包含信息位的184字节的末端。这里将详细描述图3的HDTV数字传输系统的分组格式器单元是怎样插入奇偶校验“占位符”的。然而，在这个阶段，可以把20个字节的数值设置为0。这个选择符合了确保与尚存的旧式接收器反向兼容的目的，由于必须给每个分组添加23个字节(即，20个奇偶校验字节和3个头标字节)，所以这种选择将使有效数据速率降低。
在选择的第二种方式中，当不采用“非-系统”RS编码器的时候，位-填充部件411从交织器读出207字节的分组，并利用插入位把这些字节分裂成两个207-字节的分组。一般来说，每个字节只有4个位，LSBs(6，4，2，0)，与进入流对应。每个字节的另外4个位，MSBs(7，5，3，1)，可被设置为任意值。如图4(a)上直线412所示，接下来的处理(PID和奇偶校验字节的插入)将被旁路。可以理解，在第一和第二两种选择情况下，强/常规分组MUX 405是一种分组(207字节)级的多路复用器。它使处理过的强分组和常规分组是在一包一包的基础上进行多路复用的。
为便于讨论，这里宣布，本文已经把普遍承认、在案申请的美国专利申请系列No.Attorney Docket No.US010278，D#15061全部公开的内容作为参考资料合并进来，如这些专利中所详细解释的，提供的控制机构214用于跟踪所传输分组的类型，即，常规流或强流。这样，如图4(a)所示，与每个字节相关将产生常规/强(″N/R″)信号211a和211b，其中每一个都包括一个位，用于跟踪该字节的级数，并且，在本发明的增强ATSC数字信号传输方案的各个阶段，用这个位对该字节进行识别。
一般来说，对于这里描述的增强ATSC系统的实施方案，强分组的传输需要了解强分组与常规分组在MPEG多路复用器单元441上进行多路复用的方式，该单元441由强分组交织器/处理器模块115所包括。分组的插入需要以一种使该分组能改进接收器设备动态和静态多路性能的方式进行。现在用表1来说明图3上给出的在强处理器模块115中一个管理强流分组与常规流分组进行多路复用算法的实例。这种分组插入算法能够利用强分组以有助于设计更好更强的接收器。
如表1所描述的，在MPEG信息组的开始，强分组的一个组群是相继安置的，该分组其余的组群则利用预先决定的算法进行插入。分组的第一个组群有有助于平衡器更快地获取静态信道和动态信道两者的情况。这种强分组插入算法在对每个信息组交织之前实施。首先对表1上强分组插入算法实例的各量和术语定义如下第一个量″NRP″表示每个信息组被强分组占用的强信息段数目(即，指出一个帧内强分组的数目)；量″M″表示紧随信息组同步的强位-流所占用相继分组位置的数目；字符″U″代表将两个置位进行合并，以及，″floor″代表将小数舍位以使其值舍入为一个整数值。如表1所示，为了确定强分组在位流中的布局，该算法包括执行以下求值过程
表1
这样，在实施M＝18的实例中，以上算法得到强分组布局的结果如下假如0＜NRP≤18，则强分组位置＝{0，1，...，NRP-1}假如18＜NRP≤91，则强分组位置＝{0，1，...，17}U{18+4i，i＝0，1，...，(NRP-19)}；假如91＜NRP≤164，则强分组位置＝{0，1，...，17}U{18+4i，i＝0，1，...，72}U{20+4i，i＝0，1，...，NRP-92}假如164＜NRP≤312，则强分组位置＝{0，1，...，17}U{18+4i，i＝0，1，...，72}U{20+4i，i＝0，1，...，72}U{19+2i，i＝0，1，...，NRP-165}回到图3，按照本发明原理修改的分区编码器330的顶级运作是由ATSC A/53传输标准4.2.5节中所描述的规则管理的。这个顶级运作与分区交织、符号映射、各分区编码器读进字节的方式等等有关。对常规8-VSB分组进行分区编码是不变更的。但是按照ATSC A/53传输标准，分区编码器模块是要变更的，目的是要完成下列功能1)假如字节属于强位-流，则旁路一个预-编码设备；2)假如字节属于强位流，则要推导出每个MSB位，再把新字节送到非-系统RS编码器中的“字节去-交织器”模块；3)从“字节去-交织器”模块读出奇偶校验字节，并利用它们(假如它们属于强流)去编码；以及4)应用更改的映射方案去映射属于该强位-流的符号。应该知道，优选奇偶校验字节映射为八(8)单元码。
现在就来描述图5和图6，如这两个更改的分区编码器示意图所表示的，有关旁路预-编码器和形成字节功能的过程将取决于模式。确切地说，图6公开的是分区编码器的上编码方案，其配置能为强流得到一种16-态的分区编码器。
确切地说，图5是阐述图3 HDTV数字信号传输系统中所实施的分区编码器方案330的方框图。对于增强的8-VSB(E-VSB)，或2-VSB流，每个分区编码器接收一个字节，该字节仅有4-位(LSBs)组成信息位。当一个属于强流的字节被分区编码器接收时，该信息位(LSBs，位(6，4，2，0))，(在对E-VSB模式编码之后)被安置在X1。然后再决定要安置在X2的位，以便得到确切的符号映射方案。一旦决定了X2和X1，就可以决定为了使“非-系统”RS编码顺序化，一个字节所有的位。然后这个字节通过数据线355通向反向兼容“非-系统”Reed-Solomon编码器125。“非-系统”Reed-Solomon编码器的奇偶校验字节和PID的字节总是利用8-VSB编码方案编码的。现在用图6来说明在分区编码器330的上分区编码模块335中，每个数字信号调制模式的运作。
图6所示的上分区编码模块335分别计算出标准分区编码器模块359中的预-编码器360和分区编码器370的输入X2和X1，以便得到映射方案或编码方案所期望的符号。例如，这些编码方案是用于标准8-VSB，(增强)E-VSB和2-VSB的，而″8/2″控制位353是为了指出正确的编码(符号映射方案)输入的。这个字块的输出位被分成与它们字节对应的组，并最后被馈入“非-系统”RS编码器模块以产生奇偶校验字节。图6中需要配置给多路复用器336a，...，336d的常规/强控制位211b由图3中的跟踪/控制机构模块214提供。
这样，对于常规(标准)8-VSB符号映射模式，从前面交织器模块120接收到的输入位X′2和X′1，以及送到分区编码器330的上编码器335的输入都毫无改变地通向包括预-编码器360和编码器370部件的常规分区编码器。为了达到这一点，选择N/R控制位211b的N作多路复用器的输入即可。当N/R位是″R″(强)的时候，8/2位353被设置成能进一步控制要应用的分区映射方案。
对于2-VSB模式符号映射模式，MSB不负载任何信息。为满足映射要求，首先计算出Z2位，然后计算出与预-编码器存储器内容363(图5)相加的模-2，以便推导出MSB X2。从计算的MSB和输入信息位X1形成一个新的位。此后，存储器单元要随Z2进行更新。这样，对于2-VSB模式，可以使得分区编码器的输出Z2和Z1等于信息位。就是说，输入X2的计算要使得在进行预-编码时，预-编码器的输出Z2等于信息位。这样的运作是在图6所示的上编码电路335中完成的。此外，还要使X1等于该信息位。这些运作与分区编码符号映射器380能够运作的现有符号映射方案合并，可以从字符(-7，-5，5，7)生成符号。从信息位作为该符号的标记来进行传输的意义上来说，这基本上是一种2-VSB信号。实际符号是一种能够由现有分区解码器解码的有效的分区编码4-位符号。例如，为得到2-VSB编码，设置N/R位211b时选择R输入，设置8/2开关353时选择多路复用器336a，...，336d的″2″输入。
对于增强8-VSB模式(E-VSB)模式，X2和X1相应于增强编码器(即，上编码器335)的输出。这些位必须代替实际输入用于字节的形成。因此在这个模式中，赋予X1一种信息位的分区-编码型式，以使Z2等于信息位。为此，X2的计算要使得在进行预-编码时能够生成这个信息位。该信息位也通过附加的分区编码器来生成X1。大体上，对于E8-VSB，外编码器335和常规分区编码器359将等效于一个更高态(例如，16-态)1/3速率分区编码器。产生的符号是一种8-单元码分区编码符号。为得到增强8-VSB编码，设置N/R位211b时选择R输入，设置8/2开关353时选择多路复用器336a，...，336d的″8″输入。
在各个模式中，每个符号到字节的变换都要引进12个字节的延迟。
上面提到过，对于如何利用现有接收器去处理新的分组有两种选择。第一种选择针对的情况是，现有接收器的Reed Solomon解码器对新分组进行的解码不正确。第二种选择针对的情况是，现有接收器的Reed Solomon解码器对新分组能正确解码。但是现有接收器不能够从这些分组中解码(显示)出信息。进行这个选择是为了提供一种灵活性，使所兼容的各制造厂家现有接收器的品种所覆盖的范围尽可能广(可能所有的)。但是，为了确保反向兼容性而利用附加的非-系统(NRS)编码器125将使每个分组的总有效载荷减少23个字节。
要知道，现有ATSC标准定义的Reed Solomon编码器在187-字节分组的末端增补奇偶校验字节来生成207-字节编码字。通常把该编码方案归为一种系统编码。然而并不需要给信息字增补奇偶校验字节。发出特定申请后，可以把奇偶校验字节放置在总207可用字节位置中的任何位置来进行编码。生成的字是一种有效的来自系统编码族的Reed Solomon编码字。Reed Solomon解码器不需要了解该奇偶校验字节位置的信息。这样，未经更改的，用于对系统编码进行解码的Reed Solomon解码器也能对这个编码进行解码。
图7详细地说明了按照本发明非-系统RS编码器和奇偶校验字节产生器模块125。在编码过程中，“非-系统”Reed Solomon编码器收集对应于强流的所有184通信字节和出现在这些通信字节当中由分区编码器330产生的PID字节。给定奇偶校验字节位置490后，ReedSolomon编码器生成对应于这个分组的20个奇偶校验字节480。然后将奇偶校验字节480合适地放置在数据交织器中对应于207-字节分组的奇偶校验字节的位置上。如图7所示，这种“非-系统”RS和奇偶校验字节产生器模决125包括，用于接收来自分区编码器模块330的X1和X2位的分区去-交织器模块470，奇偶校验字节产生器/插入器和去-交织器模块475，以及，“非-系统”RS编码器485。编码器485从字节去-交织器模块读入分组然后对它进行RS编码以产生奇偶校验字节。确切地说，字节去-交织器和奇偶校验字节产生器模块475，485完成的功能是积聚属于一个分组的通信字节；并对该通信字节进行RS编码以产生20个奇偶校验字节。字节去-交织器模块的输入是由分区编码符号产生的交织字节471。这些字节必须进行去-交织，以便“非-系统”RS编码器能够产生与通信字节每个分组对应的奇偶校验字节。它只对用于反向兼容的强流分组产生奇偶校验字节，并把这些奇偶校验字节输入到卷积字节交织器120中(图3)。现在用表2来提供一个用于执行字节缓冲，字节去-多路复用和去-交织的算法实例
表2对于有些分组(例如，1-7 mod 52)，需要有有关随机化头标字节先前的信息，因为对于这些分组在RS编码时，不是所有的头标字节都可利用。也就是说，对于分组的这种设置，情况是在卷积交织器120输出中，有些头标字节跟随在奇偶校验字节后面。所以，不再等候这些头标字节去计算20个奇偶校验字节，而是利用有关头标字节先前的信息(它们是确定的)来计算奇偶校验字节。
如同Arnold Michelson & Allen Levesque所著，John Wiley，NY.1984年版的“数字通讯的差错控制”一书所解释的，一种(N，K)RS解码器所能纠正的差错可达到(N-K)/2或者所能消除的填写记录可达到(N-K)，这里″N″表示编码字长，″K″表示通信字长。一般，假如在一个长度为N的编码字中，有Ea个消除记录和Eb个差错，则只要(Ea+2*Eb)小于或等于(N-K)，该解码器就能使该编码字完全还原，如下面公式(1)所示(Ea+2×Eb)≤(N-K)(1)其中，Ea和Eb分别是该编码字中的消除记录数和差错数。
RS编码的这个性质可用于产生这20个奇偶校验字节。然后再计算出这20个奇偶校验字节的存储单元以用作RS解码器消除记录的存储单元。计算奇偶校验字节存储单元的实施过程与分组格式器所采用的过程类似。属于分组(具有填零的奇偶校验字节存储单元)的字节作为输入编码字通到RS解码器。在消除填写记录的过程中，该解码器计算出消除记录存储单元的字节。这些字节与20个奇偶校验字节相对应。RS编码器模块也产生这20个奇偶校验字节存储单元的信息。奇偶校验字节和头标字节总是按标准8-VSB符号进行编码的。
然后把各分组的奇偶校验字节及其存储单元的信息送给更改了的分区编码器设备330以便按照新符号映射方案对强字节进行映射。
如图7所示，仅仅在NRS＝1(即，实施非-RS编码)的时候才执行从字节去-交织器读出奇偶校验字节的功能。这个功能部件的运作方式对各种模式都是一样的。分区编码器330从NRS编码器125获得每个分组的奇偶校验字节及其存储单元的信息。然后分区编码器330可以决定要编码的特定字节是否属于奇偶校验字节设置。假如该字节属于强流奇偶校验字节设置，则编码器330从字节去-交织器读出一个字节，并用这个字节代替分区编码。利用原来的编码方案和映射方案时，从奇偶校验字节产生的符号总是被映射成八(8)单元码。
如图4(a)提到过的，分组格式器的功能性取决于符号映射的参数MODE和NRS。如果NRS＝0，则分组格式器基本上执行字节复制或字节重排(模块413)的功能。如果NRS＝1，则它还将插入”占位符“以便添加头标字节和奇偶校验字节(模块421和431)。表3总结了在参数MODE和NRS各种组合情况下分组格式器的功能性
表3这里，参数″MODE″包括对强分组的说明，用来识别该强分组的格式；而参数″NRS″用于指出，如已提到过的，例如，(当NRS＝0时)是否不采用非-系统RS编码器来产生一个要由FEC模块编码成两个符号信息段的强分组，或者，(当NRS＝1时)是否要采用非-系统RS编码器来产生由FEC模块编码成九个分组信息段的一种四个分组组群。对于参数MODE，优选两个位来识别四种可能的模式例如，MODE 00指出要传输的是不带强分组的标准流；MODE 01指出的是H-VSB流；MODE10指出的是E-VSB流；MODE 11指出的是伪2-VSB流。如果MODE＝00，则其余参数皆可忽略。
更明确地说，从图4(a)可以看出，分组格式器模块411，421和431包括的功能部件为奇偶校验字节存储单元计算器和“占位符”插入器。当MODE＝2或3，以及如图8(a)和8(b)分别表示的，在NRS＝0(图8(a))和NRS＝1(图8(b))的情况下，基本格式器把分组411的字节复制成两个字节412a，412b。如果MODE＝1，如图9(a)和图9(b)分别表示的，在NRS＝0(图9(a))和NRS＝1(图9(b))的情况下，基本格式器将重新安排输入分组的位。位的重新安排以H-VSB模式执行，例如，以便确保属于“强流”的位415总能进入MSB位位置，而属于“嵌入流”的位417总能进入重新格式化的分组418a，418b的LSB位位置，如图9(a)和9(b)所示。
前面提到，图4(a)上的分组格式器部件115具有奇偶校验“占位符”插入器的功能。奇偶校验“占位符”插入器模块仅仅在NRS＝1的时候(即，当利用添加奇偶校验字节产生器时)才被应用。它明确地把八(8)分组转换为九(9)分组，办法是把三(3)个头标字节和二十(20)个用作奇偶校验字节的占位符插入到八个形成的分组中的各分组中去。头标字节总是放在各分组的位置0，1，和2上，并进行倒频。与奇偶校验字节存储单元对应的字节存储单元在形成时可以首先用0填写。其余全部字节存储单元可以用通信字节顺序填写。
图10用一个实例(NRS＝1)来阐明奇偶校验“占位符”的插入机构。基本格式器把207字节的一个数据分组450转换成414字节(即，等效于两(2)个数据分组)。每个分组的奇偶校验字节占位符存储单元460a，460b和460c可按下面方程式(2)求出m＝(52*n+(k mod 52))mod 207(2)这里m是输出字节数，n是输入字节数，例如，相应该分组的数n＝0～206和k＝1～311。为确保每个分组20个奇偶校验字节的存储单元总是对应于该分组的最后20个字节，奇偶校验字节存储单元的″m″值可以仅仅对n＝187～206(这些n值对应于分组最后的20个字节)进行计算。例如，把k＝0和n＝187～206代入，将给出分组0的奇偶校验字节存储单元为202，47，99，151，203，48，100，152，204，49，101，153，205，50，102，154，206，51，103，155。这便指出奇偶校验字节PB0应该放置在分组0的存储单元202，以便使它在交织器后的位置在分组0中的187。与此类似，奇偶校验字节PB1必须放置在47等等。
从有些分组观察到，奇偶校验字节可能会落入分组头标的位置(m＝0，1或/和2)，即，″m″不应该等于0，1或2，因为分组前面三个存储单元是为三个0头标字节保留的。为了避免这种情况，可以利用落入头标位置奇偶校验字节的数目(直到3)来增加″n″的范围。这样，当对各个分组数计算″m″的20个值时，可以观察到，当″k mod52″＝1-7的时候，这些″m″值中有些为0，1和/或2。例如，当″k mod52″＝0的时候，可以观察到，没有一个″m″值会落入头标字节的存储单元。这个情况下，20个″m″值全部被指派为奇偶校验占位符存储单元。当″k mod 52″＝1的时候，可以观察到，″m″的一个值为0(它是头标字节)。这个情况下，使″n″的范围延伸1，使得″n″变成186-206。这样，计算出21个″m″值，并丢弃那些落入头标字节存储单元的″m″值。剩余的20个″m″值被指派为奇偶校验占位符存储单元。当″k mod52″＝2的时候，可以观察到，计算的″m″值中可能有两个是0和1(是头标字节)。这个情况下，使″n″的范围延伸2，使得″n″成为185-206。这样，计算出22个″m″值(20+2个附加的)，并丢弃那些落入头标字节存储单元的″m″值。剩余的20个″m″值被指派为奇偶校验占位符存储单元。表4给出所有其它额外情况下的分组数。表4还给出要计算的附加″m″的数值。
表4更确切地说，如图10所示，因为每个分组450包括207个字节，基本格式器将把该分组分裂成两个新的分组451，452，其中每个都包括207个字节。由分组格式器执行的奇偶校验占位符插入机构对新分组451，452进行特殊处理，以便把20个奇偶校验字节和3个头标字节454纳入在交织存储单元460a，460b，...等上面。这样，分组格式器将从新分组451，452产生出新分组451′，452′，以便纳入全部奇偶校验位和头标位。如此，207字节的新分组451′包括451的184个字节，20个奇偶校验占位符和3个零头标字节454。如图10所示，这意味着一个原始数据分组450将映射成三个新的分组451′，452′和453′，其中前两个全部填满，而第3个453′仅部分填写。在将一个数据字节插入新分组451′，452′和453′之前，要对存储单元进行检查，看它是否属于奇偶校验字节。如果该存储单元与任何一个奇偶校验字节的存储单元都不对应，则把该数据字节放入那个存储单元中。如果该存储单元属于一个奇偶校验字节，则跳过那个字节存储单元，并对下一个存储单元进行检查。重复这个过程直到全部字节放入新分组中。这种转换过程的结果是，9个输出分组中的每一个都从输入分组(例如，输入分组450)括入92个字节。在一个实施方案中，当NRS＝1时，对NRP选择的最小粒度为9个信息段。当随机化器读入数据时，9-分组块中的4个分组将含有信息字节，而其余的5个将不含有任何信息。分组格式器通过上述过程把4个分组里的信息展开成9个分组。这便确保不会使载荷数据率低于所需值。
利用本发明提议的新技术，必须要向接收器设备传输几个位，使得该接收器设备能对正确的传输模式进行解码。这种模式通常包括强分组的数目，调制类型以及为进行分区编码插入的冗余水平。这种信息可以用信息组同步信息段138的保留位部分进行传输。
表5指出为了正确识别一台接收器上强分组所必须定义的参数。由于必须在该接收器的平衡器上对这些参数进行译码，所以采用强纠错编码对它们予以严密保护。编了码的编码-字优先插入数据信息组同步信息段的保留符号信息组内。
表5表5确切地指出了为识别强分组所利用的4个参数(以及它们相应的位数)。第一个参数″MODE″包含对强分组的说明，该参数用于识别强分组的格式。用2个位来识别4种可能的模式，如表6所示
表6
例如，如表6所示，MODE 00指出要传输的是不带强分组的标准流；MODE 01指出的是H-VSB流；MODE 10指出的是E-VSB流；而MODE11指出要传输的是伪2-VSB流。如果MODE＝00，则其余参数皆可忽略。
回到表5，第二个参数″NRS″(非-系统Reed Solomon编码器)指出是否要用非-系统RS编码器对强分组进行编码。利用一个位去识别如表7所说明的两个可能的NRS模式
表7例如，NRS＝0，指出不采用非-系统RS编码器，所以一个强分组将由FEC模块编码成为两个符号信息段。如果NRS＝1，则指出采用非-系统RS编码器，所以含四个强分组的一个信息组群将由FEC模块编码成为九个符号信息段。表8和表9分别对应NRS＝0和NRS＝1的位-率举例阐明每个帧强分组数目占的比例(即，每个帧(混合)强分组数与标准分组数相比)。
表8表8确切指出在NRS＝0时，各种混合值中相应的强位-流的位-率和标准位-流的位-率。应该注意到，表4指出的混合百分比是在截止值左右。
表9表9确切指出在NRS＝1时，各种混合值中相应的强位-流的位-率和标准位-流的位-率。
再回到表5，第三个参数″NRP″指出的是在一个帧内强分组的数目。表10给出把这4个位数映射为一个帧内强分组的数目。这样，比方，如果NRP＝0110且NRS＝0，则强分组在编码后的数目等于2*12＝24。如果NRP＝1000且NRS＝1，则强分组在编码后的数目等于9*32/4＝72。
表10再回到表5，第四个参数″RPP″指出的是强分组在一个帧内的位置。强分组可以在帧内均匀分布或者在帧内从一个初始位置开始相继排列。要注意对所有NRP值都均匀分布是不可能的。表11给出强分组在一个帧内分布的各种形式。从表11可以知道，对于RPP＝0，两个相继的强分组之间的最大距离被限制为四(4)。
表11
如这里所描述的，为获得实施新强位-流的好处，要应用强符号映射技术。因而必须要有一种控制机构通过发射器的FEC部分去跟踪属于强位-流和标准位-流的字节。
图11是阐明控制部件214的一个顶级示意图，提供了为控制分组的多路复用以及编码方案所需要的位。有关该控制部件指定单元的细节可以在，已经合并入本申请，普遍承认的美国专利在案申请系列No.Attorney Docket No.US010278，D#15061中找到。如图11所示，确切地说，首先产生“常规/强位”的模块501根据参数MODE，NRP，NRS和RPP产生分组级别的控制信息。如果分组属于新强流(RS)，这个模块的输出等于“1”，如果分组属于标准流(NS)，这个模块的输出等于“0”。卷积位交织器模块510类似于在ATSC HDTV标准中有详细说明的卷积字节交织器模块120，只是前者存储器单元不是1个字节而是一个位。这个模块通过卷积交织器来跟踪字节。分区交织器模块525执行12-符号分区交织器。例如，当分区编码器输出符号属于强流的时候，它的位输出等于“1”；又如，当分区编码器输出符号属于常规流，并给强流增加了23-字节(PID和奇偶校验字节)的时候，它的位输出等于“0”。分区编码器在编码过程中要利用这种信息。由于接收器需要MODE，NRP，NRS和RPP信息以便把这两种位-流完全解码出来，所以必须对这些参数进行强化编码，以便即使是在极端多-路信道中也能对它们进行解码。一种编码同步头标模块(图中未示)执行这个功能并把编了码的编码-字置入信息组同步信息段138的一个固定的存储单元中(保留位)。
虽然这里对本发明优选实施方案所考虑的内容进行了说明和介绍，但是，对于不背离本发明精神，在形式和细节上所进行的各种改进和变更当然是可以理解的。本文无意把本发明严格限制在这里所介绍和阐述的形式之内，而是认为本发明应该由能涵盖符合所附权利要求范围内的所有修正组成。
权利要求
1.一种数字信号传输系统(300)，用于传输包括常规分组和强分组的编码数据分组，常规分组用于传输常规位流，强分组含有用于传输使接收器设备接收强位流的信息，所说的系统包括-第一编码设备(110)，用于对属于所说的强位流和常规位流的各分组进行编码；-控制工具(214)，用于对属于强位流和常规位流的单个字节进行跟踪，并指出一种编码模式；-格式化工具(115)，用于对属于强位流的强分组已跟踪的字节进行格式化；-分区编码器工具(330)，用于产生分区编码位的流，这些位与所说的常规流的位和强流的位相对应，该分区编码器采用能把该强分组和常规分组的分区编码位映射为符号的工具；-响应于该控制工具的第二编码设备(125)，当该控制工具指出反向兼容编码模式时，能够对属于该强位流格式化了的分组应用非-系统Reed-Solomon(RS)编码；以及，-通过一个固定带宽的通讯信道向接收器设备发射强位流的发射器设备(190)，可与常规位流分离发射或者共同发射。
2.如权利要求1的数字信号传输系统，其中，当应用所说的反向兼容模式时，采用第一接收器设备对强位流的分组作为零分组进行接收和处理，该模式确保与第一接收器设备反向兼容。
3.如权利要求1的数字信号传输系统，其中不论是否指出了这种反向兼容模式，采用第二接收器设备以比常规位-流低的TOV对强位流的分组进行接收和处理。
4.如权利要求1的数字信号传输系统，其中控制工具(214)进一步指出一种为分区编码位采用的符号映射方案(211b)，该分区编码器(330)按照这种符号映射方案利用工具将强分组和常规分组全部的分区编码位映射为符号。
5.如权利要求4的数字信号传输系统，其中格式化工具包括-工具(401)，响应于控制工具的字节跟踪指示(211a)，用于只对强位流的强编码字节进行交织；以及，-工具(413)，用于从强交织器工具接收交织强字节(411)，并对应于每个强分组生成两个或更多的数据块(412a，412b)，以便于分区编码。
6.如权利要求5的数字信号传输系统，其中用于生成两个或更多数据块的工具(413)进一步把每个强字节的信息位安排到这两个或更多数据块的最低有效位(LSB)位置上，以便在分区编码器部件中进行强编码，该分区编码器(330)又根据指出的符号映射方案，决定该字节在最高有效位(MSB)位置中位的数值。
7.如权利要求6的数字信号传输系统，其中格式化工具进一步包括在这两个或更多数据块各数据块中的不同存储单元上插入多个占位符字节的工具(431)，该占位符存储单元用于最后接收添加的字节，这些添加的字节是在指出反向兼容模式后对该格式化分组进行非-系统RS编码而产生的。
8.如权利要求7的数字信号传输系统，其中格式化工具进一步包括将3个头标字节插入每个数据块中的工具(421)，用于识别接收器设备上的分组，其中占位符字节包括在这两个或更多数据块的每个数据块中预先规定好用于最后接收的这3个头标字节的存储单元。
9.如权利要求7的数字信号传输系统，其中应用非-系统RS编码的第二编码设备包括-分区去-交织器工具(470)，用于接收来自分区编码器工具的位(335)并再次产生强字节，这种强字节含有强字节在最高有效位(MSB)位置中的位，这些位的数值是按照指出的符号映射方案得到的；以及，-奇偶校验字节产生器/插入器工具(485)，用于在占位符存储单元(490)上产生要插入的添加字节。
10.如权利要求9的数字信号传输系统，其中第二编码设备(125)进一步包括字节去-交织器工具(475)，用于接受从分区编码符号生成的交织字节，并对那些包括含有上述插入添加字节的强字节进行去-交织。
11.如权利要求10的数字信号传输系统，其中第一编码工具(110)用于对属于各强位流和常规位流的分组进行编码，该工具(110)包括执行正向纠错(FEC)的系统RS编码设备，对属于各强位流和常规位流的分组进行编码，工具(110)还包括含有非-系统RS编码设备的奇偶校验字节产生器/插入器工具(485)，该非-系统RS编码设备用于对来自字节去-交织器工具(475)的去-交织字节先执行(FEC)编码再进行RS编码来产生奇偶校验字节，其中添加的字节包括所产生的奇偶校验字节。
12.如权利要求1的数字信号传输系统，进一步包括多路复用器设备(140)，用于使常规流分组与强流分组进行多路复用。
13.如权利要求1的数字信号传输系统，其中所说的一种或多种符号映射方案是从一组含有伪2-VSB符号映射方案以及增强的(E)-VSB符号映射方案中选出的一种。
14.如权利要求5的数字信号传输系统，其中响应于字节跟踪指示的工具是一种形式为M*B＝207的强交织器结构(401)，这里M是存储器单元的长度，B是信息段的数目，该字节跟踪指示表示仅对强位流的强编码字节进行交织。
15.如权利要求14的数字信号传输系统，其中强交织器结构(401)包括的值为M＝3和B＝69。
16.一种用于传输包含编码数据分组的数字信号方法，编码数据分组包括常规分组和强分组，常规分组用于传输常规位流，强分组含有用于传输使接收器设备接收强位流的信息，该方法包括的步骤是a)对属于所说的强位流和常规位流的分组进行编码(110)；b)对属于该强位流和常规位流的单个字节进行跟踪(214)，并指出一种编码模式；c)对属于该强位流的强分组已被跟踪的字节进行格式化(115)；d)产生分区编码位的流(330)，这些位与常规流的位和强流的位相对应，该分区编码器进一步把强分组和常规分组的分区编码位映射为符号；e)当指出反向兼容模式时，对属于强位流格式化的分组应用非-系统Reed-Solomon(RS)编码(115)；以及，f)通过一个固定带宽通讯信道向接收器设备发射(190)强位流，可与常规位流分离发射或者共同发射。
17.如权利要求16的方法，其中当应用所说的反向兼容模式时，采用第一接收器设备对强位流的分组作为零分组进行接收和处理，该模式确保与第一接收器设备反向兼容。
18.如权利要求16的方法，其中不论是否指出了这种反向兼容模式，采用第二接收器设备以比常规位-流低的TOV对强位流的分组进行接收和处理。
19.如权利要求16的方法，进一步包括的步骤为-指出(211b)一种要为分区编码位采用的符号映射方案；并且-按照指出的这种符号映射方案把强分组和常规分组全部的位，分区编码(330)为符号。
20.如权利要求19的方法，其中格式化步骤包括-仅对强位流的强编码字节进行交织(401)；以及，-接收(413)交织的强字节，并对应于各强分组生成两个或更多的数据块，以便于分区编码。
21.如权利要求20的方法，其中生成两个或更多数据块的步骤进一步包括-为在分区编码器部件(330)进行强编码，把各强字节的信息位安排到这两个或更多数据块(412a，412b)的最低有效位(LSB)位置上；以及，-根据指出的符号映射方案，决定该字节在最高有效位(MSB)位置中位的数值。
22.如权利要求21的方法，其中格式化步骤进一步包括的步骤是在上述两个或更多数据块每个字组中的不同存储单元上插入(431)多个占位符字节，该占位符存储单元用于最后接收添加的字节，这些添加的字节是在指出反向兼容模式后对该格式化分组进行非-系统RS编码而产生的。
23.如权利要求22的方法，其中格式化步骤进一步包括的步骤是-在上述两个或更多数据块中预先规定好每个数据块用于最后接收3个头标字节的存储单元；以及-将3个头标字节插入(421)每个数据块中，用于识别接收器设备上的分组。
24.如权利要求22的方法，其中应用非-系统RS编码的步骤包括的步骤是-接收来自分区编码器(330)的位并再次产生强字节，这种强字节含有强字节在最高有效位(MSB)位置中的位，这些位的数值是按照指出的符号映射方案得到的；以及，-产生(431)要在该占位符存储单元插入的添加字节。
25.如权利要求24的方法，进一步包括接受产生自分区编码符号的交织字节的步骤，并对那些包括含有插入添加字节的强字节进行去-交织(475)。
26.如权利要求25的方法，其中编码步骤a)包括采用系统RS编码设备(110)对属于各强位流和常规位流的分组执行正向纠错(FEC)编码。
27.如权利要求26的方法，其中要在占位符存储单元插入添加字节的步骤包括采用非-系统RS编码设备(485)对去-交织字节执行(FEC)编码，再对它进行RS编码以产生奇偶校验字节，其中添加的字节包括所产生的奇偶校验字节。
28.如权利要求16的方法，进一步包括使常规流分组与强分组进行多路复用(140)，以便把它们传输给接收器设备。
29.如权利要求16的方法，其中所说的一种或多种符号映射方案是从一组含有伪2-VSB符号映射方案以及增强的(E)-VSB符号映射方案中选出的一种。
30.如权利要求20的方法，其中仅对强位流的强编码字节进行交织的步骤是由一种形式为M*B＝207的强交织器结构(401)执行的，这里M是存储器单元的长度，B是信息段的数目。
全文摘要
一种数字信号传输系统传MPEG数据分组，这种数据分组包括用于传输常规位流的常规信息包以及用于传输强位流的强信息包，该强信息包含有能被接收器设备接收的信息。所提供的第一编码设备用于对属于各强位流和常规位流的信息包进行编码。控制设备对属于强位流和常规位流的但单个字节进行跟踪。格式器设备对属于强位流的强信息包已跟踪的字节进行格式化，而分区编码器设备生成一种与常规流和强流对应的分区编码位的流。该分区编码器还把强字节和常规字节两者的分区编码位都映射为符号。当指出反向兼容模式时，与控制设备响应的第二编码设备对属于强位流和常规位流的格式化信息包进行非－系统Reed Solomon编码。发射器设备通过一个固定带宽的通讯信道向接收器设备发射增强的编码强位流，可与常规位流分离发射或者共同发射。
文档编号H04N5/00GK1582580SQ02813060
公开日2005年2月16日 申请日期2002年6月20日 优先权日2001年6月28日
发明者D·比鲁, V·R·加达姆 申请人:皇家菲利浦电子有限公司