专利名称：数字电视系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字传输系统，具体涉及到Advanced TelevisionSystems Committee(ATSC)Digital Television(DTV)标准(A/53)。本发明描述了一种方法，用ATSC标准以反向兼容方式和标准比特流一起发送一种健壮比特流。
用于地面广播频道上的高清晰度电视(HDTV)传输的ATSC标准采用的信号包括一序列十二(12)个独立的时分复用格形编码的数据流，用10.76MHz的速率按八(8)级残余边带(VSB)符号流调制。这种信号被变换成对应着标准VHF或UHF地面电视频道的六(6)MHz频带，在上面按照19.39百万比特每秒(Mbps)的数据速率广播信号。要了解有关(ATSC)Digital Television Standard和最新修订版A/53的细节可以访问http//www.atsc.org/。
图1的框图总体上表示一例现有技术的高清晰度电视(HDTV)发射机100。用一个Reed Solomon(RS)编码器单元110按前向纠错(FEC)对MPEG兼容数据分组进行编码。然后用数据交错器120交错各数据场的连续区段中的数据分组。然后进一步交错交错的数据分组，并且用格形编码器单元130编码。格形编码器单元130产生各具有三(3)比特的数据符号流。三比特之一是预编码的，而其它两比特是由一个四(4)态格形编码器产生的。然后将这三(3)比特映射成(图3)单元134中所示的一种8级符号。
公知的格形编码器单元130包括十二(12)个平行格形编码器和预编码单元，提供十二个交错的编码数据序列。在多路复用器140中将各个格形编码器单元的符号与来自同步单元150的“区段同步”和“场同步”同步比特序列加以组合。然后用导频插入单元160插入导频信号。然后用VSB调制器170对符号流执行残余边带(VSB)抑制载波调制。最终用射频(RF)变换器180将符号流上变换到射频。
尽管现有的ATSC8-VSB A/53数字电视标准在传输信号时足以克服诸如重像，噪涌，信号衰落及地面设施的干扰等各种信道减损，在ATSC标准中仍然需要有一种灵活性，以便能采纳可变优先权和数据速率的信号流。
这样就非常需要提供一种灵活的ATSC数字传输系统和方法，能够使标准比特流的数据速率迎合新比特流健壮度。
还非常需要在ATSC数字传输系统中提供一种改进的技术，以便和标准ATSC比特流一起传输一种新的比特流，这其中新的比特流与ATSC比特流相比具有比较低的Threshold of Visibility(TOV)，因此可以用来发送高优先权信息比特(健壮比特流)。
还非常需要提供一种地面广播系统，能在一个6MHz频道中按照灵活的载波-噪声比(CNR)支持一种灵活的有效负载数据速率。
进而还非常需要在现有的ATSC数字传输标准内部纳入一种改进的技术，和标准ATSC比特流一起传输一种新的比特流，这其中新的比特流包括高优先权信息比特，并且这种传输应该是与现存的数字电视接收机设备反向兼容的。
为此，本发明的一个目的是提供一种灵活的ATSC数字传输系统和方法，能够使标准比特流的数据速率迎合新比特流健壮度。
本发明的另一个目的是在ATSC数字传输系统中提供一种改进的技术，以便和标准ATSC比特流一起传输一种新的健壮比特流，这其中新的比特流与ATSC比特流相比具有比较低的可见度阈值(TOV)，因此可以用来发送高优先权信息比特(健壮比特流)。也就是说，健壮比特流可以按较低的TOV并且在恶劣的多径信道中解码，这样就能用更多的接收机接收信号(有效扩大覆盖面积)。
本发明的再一个目的是提供一种地面广播系统，能在一个6MHz频道中按照灵活的CNR支持一种灵活的有效负载数据速率。
本发明的又一个目的是在现有的ATSC数字传输标准内部纳入一种改进的技术，和标准ATSC比特流一起传输一种新的比特流，这其中新的比特流包括高优先权信息比特，并且这种传输应该是与现存的数字电视接收机设备反向兼容的。
本发明进一步的目的是提供一种ATSC数字传输系统和方法，能够使标准比特流的数据速率迎合健壮的新比特流，在其中将属于标准比特流和新比特流的符号多路复用，并且按照广播电台规定的比特率比例用发射机在地面信道上传输。
按照本发明的最佳实施例所提供的一种数字信号传输系统和方法包括产生第一比特流例如是ATSC标准8-VSB比特流的装置；产生一个能够发送高优先权信息比特的新比特流的装置，上述新比特流和上述标准比特流能够通过一个固定带宽通信信道同时发送给能够接收上述标准和新比特流的接收设备，其中标准比特流的数据速率与构成新比特流的信息比特的健壮程度成反比。
按照这一最佳实施例，两个比特流在分组级上多路复用。新比特流采用健壮符号映射方案每一符号发送一比特(健壮)信息。所描述的三种方法包括伪2-VSB，4-VSB和分级-VSB(H-VSB)。在伪2-VSB和H-VSB模式下，符号的记号代表健壮信息比特。在4-VSB模式下，用现存的格形编码器对信息比特执行格形编码。
用伪2-VSB，4-VSB和分级-VSB(H-VSB)符号映射技术和标准ATSC比特率一起传输新比特率分别需要从字母(7，5，-5，-7)，(7，3，-3，-7)和(7，5，3，-3，-5，-7)映射符号。
为了确保与各种厂家出产的现存接收机的反向兼容性，可以用一种“非系统”Reed Solomon编码器为健壮比特流分组添加奇偶校验字节。对标准8-VSB比特流采用ATSC FEC方案(A/53)编码。用新比特流发送的分组会被现存接收机的传输层解码器忽略。这样，能够用现存接收机解码的实际有效负载就会因插入了新比特流而减少。
以下要借助于下列附图描述本发明的细节，在附图中图1表示一例高清晰度电视(HDTV)发射机的框图；图2是按照本发明为伪2-VSB和4-VSB改进的数字广播系统300的一个简化的顶级示意图；图3是一例现有技术的格形编码器和预编码器单元(图2中所示的十二个这种单元之一)以及一个八(8)级符号映射器的框图；以及图4表示按照本发明的原理用于HDTV400的H-VSB系统模式的一个简化示意图。
图5是按照本发明用于分级模式的经改动的格形编码器和改动的映射方案的一种简化框图。
已知有一种系统能够用数字发射机传输额外的健壮ATSC8-VSB也就是分级VSB或H-VSB数据流。按照这种方式所提供的新ATSC8-VSB比特流(“新数据流”)的各个比特中每一比特的前一部分(例如是半个比特)是健壮的(“Robust Stream”)。健壮比特流中各比特的纠错能力比标准ATSC8-VSB比特流中各比特的纠错能力要高。本发明在此处按照图2描述一种对公知数字传输系统的改进，为适应大范围的载波-噪声比和信道条件能够改变健壮和标准数据流的传输速率。
以下要参照图2描述按照本发明用于伪2-VSB和4-VSB的改进的数字传输系统300的一个代表性功能框图。如图2所示，系统300包括两个分组数据流路径第一路径303对应着现有ATSC标准比特流302的接收和处理，而第二路径306对应着新(健壮)比特流307。系统的标准数据和健壮数据流输入302，307应该由MPEG兼容分组构成。
通过第一路径传送的所有分组(即标准或8-VSB数据流302)是用现有的8-VSB编码方案传送的。这样，如图2所示，规则的ATSC8-VSB比特流(标准数据流)被输入到Reed Solomon(RS)编码器单元110。RS编码器110的输出310被输入到一个分组多路复用器(MUX)320，多路复用分别来自第一和第二路径的标准数据流和健壮分组。
如上所述，通过健壮路径306传送的所有分组都是按反向兼容方式用伪2-VSB或4-VSB编码方案传送的。特别是第二路径306包括一个新数据流处理框350，它包括Reed Solomon编码器设备330和一个分组格式器340，用来按下文要具体描述的方式处理输入的健壮数据流。
来自Reed Solomon(RS)编码器110的标准数据流和来自新数据流处理框350的新数据流325在多路复用器(MUX)320上以分组为单位被多路复用。多路复用的标准数据流和新数据流通过卷积数据交错器360到格形编码器单元130中执行格形编码。数据交错器360在交错处理过程中重组在交错处理过程中被多路复用的标准数据流和新数据流中的字节。格形编码器130对属于多路复用的标准数据流310和新数据流325的字节编码，并且如下所述在格形编码器符号映射器单元中映射由标准数据流字节和新数据流字节产生的符号。另外，如图2所示还提供了一个“非系统”Reed Solomon(RS)编码器单元370，它是一个用来满足现存ATSC DTV接收机的反向兼容性要求的设备。在2001年2月12日提交的名为“System and Methed for Sending Low Rate Data on a PacketBasis in an 8-VSB Standard Data Packet Stream”的美国专利申请09/781,486号中描述了Reed Solomon(RS)编码器330的一种最佳实施例。美国专利申请09/781,486号的说明书全文可以作为本专利申请的参考资料。按照本发明，“非系统”RS编码器370确保了现存的接收机能够将健壮数据流分组识别为有效的RS代码-字，特别是允许对应着(用于现存接收机的)健壮数据流分组的分组标识符(PID)能包括一种Null分组字头。
以下要描述本发明的符号映射方案。如图2所示的典型VSB接收机设备都是利用格形编码器来协助信道均衡。格形解码器必须要连续工作并且按可靠的精度为对应着新数据流的符号解码，这样才不会在发送新的健壮数据流时降低现存接收机的性能。建议原封不动采用现存的格形编码方案将来自数据交错器360的字节读入格形编码器。在为对应着标准数据流的分组编码时也不变。
图3表示一例现有技术的格形编码器130的具体功能性框图。如图3所示，格形编码器133和预编码器单元132将它们的输出提供给一个八(8)级符号映射器134。在图3中没有表示用来将格形编码器133和预编码器单元132耦合到八(8)级符号映射器134的多路复用器。按照本发明的传输方案，需要编码的每个数据符号包括两个比特X1和X2。对比特X2预编码的预编码器132包括获得预编码比特Y2的一比特寄存器136。格形编码器130不再改变比特Y2并将其作为比特Z2输出。另一输入比特X1不经过预编码器132而是作为比特Y1通过格形编码器133。格形编码器133按照1/2速率卷积码利用一比特数据寄存器138，139对比特X1编码。结果作为比特Z0和比特Z1被输出。这样就能从格形编码器130向八(8)级符号映射器134输出三个比特(即比特Z0，比特Z1和比特Z2)。八(8)级符号映射器134将这三个比特Z0，Z1和Z2变换成八(8)级许可码值星座中的一个值“R”。R的许可码值是-7，-5，-3，-1，+1，+3，+5和+7。这些值对应着八(8)级符号映射器134中的三比特组合。
按照本发明，对于健壮数据流325，格形编码器130接收的一字节中仅有4比特(LSB)包含有效信息。当格形编码器130接收到属于健壮数据流的一个字节时，信息比特(即LSB比特(6，4，2，0))被放在X1上，随后确定X2以便获得特定的符号映射方案。一旦确定了X2，该字节的4-MSBs例如是比特(7，5，3，1)就会被这些值替代。如果一个字节的所有比特都确定了，就形成了包含LSBs和MSBs的一个新字节。然后让这一字节通过图2的“非系统”Reed Solomon(RS)编码器370。如下文所述，“非系统”Reed Solomon(RS)编码器370的奇偶校验字节和PID字节(未示出)却是按8-VSB编码方案编码的。以下要描述对各种模式的符号映射技术
-伪2-VSB模式参见图3，2-VSB模式是令Z2和Z1等于信息比特X1(即LSB比特(6，4，2，0))而获得的。然后计算X2，其预编码的结果是Z2。这种操作无异于X2＝X1+Y2d mod2，Y2d是预编码器132的寄存器136的内容。这一操作与现存的符号映射方案组合，从字母{-7，-5，5，7}中产生符号。从按照符号的记号发送信息比特来看，基本上就是伪2-VBS信号。实际符号是一种能够用现存的格形解码器设备解码的有效4-级符号。
-4-VSB模式参见图3，4-VSB模式是令Z1等于信息比特。然后计算X2，在预编码时Z2等于Z0。这种操作无异于X2＝Z0+Y2d mod2，Y2d是预编码器寄存器136的内容。这些操作加上使用现存的符号映射从字母{-7，-3，3，7}中产生符号，基本上就是格形编码的4-VBS符号。实际的4-级符号是一种能够用现存的格形解码器解码的有效格形编码符号。
参见图2，新数据流处理器框350主要由Reed Solomon编码器330和分组格式器340组成。Reed Solomon编码器330按照与标准数据流的Reed Solomon编码器110相同的方式为健壮分组添加奇偶校验字节。为输入的187字节分组(例如是一个输入的MPEG-II分组)加上20个奇偶校验字节得到207字节。然后对这些字节执行预处理并且用健壮星座传送。分组格式器340主要是缓冲并将输入比特流编组成207字节的组。一般来说分组格式器输出的每个字节中仅有4比特即LSB(6，4，2，0)对应着输入数据流。每字节中其它4比特即MSBs(7，5，3，1)可以设置成任意值。
参见图2，如果采用“非系统”Reed Solomon编码器，为了传送4*187比特的健壮数据流，按这种方式仅需产生187字节。剩下的20字节是在这187字节按具体方式执行格形编码获得了(伪)2-VSB和4-VSB符号之后确定的。在产生的207字节中，包含信息流的187字节和其它20字节的具体值在这一处理阶段仍有待确定，可以这样来置换，基座数据交错器之后让这20字节出现在187字节后面。在这一新数据流处理阶段，可以将这20字节的值设置在任意值。然而，如果不使用“非系统”ReedSolomon编码器，207字节的所有LSBs就对应着来自输入健壮比特流的207*4比特。在这种情况下要用828*2个符号发送187字节MPEG兼容分组。
除上述之外，分组格式器340还可以添加一个选择的PID例如是3字节，让现存的接收机能够将包含健壮数据流的分组作为空白分组来处理。这一PID通常被设置在“空白分组”。在插入PID字节时，健壮数据流的信息比特仅仅包括184字节。这种模式依赖于“非系统”ReedSolomon编码器的使用。将这种模式用于改善反向兼容性的目的会降低有效数据速率，因为分组格式器需要为每个分组添加23字节(20个奇偶校验字节和3个PID字节)。
参见图2，本发明为现存的接收机如何处理新的分组提供了各种选择。按照第一种选择，现存接收机的Reed Solomon解码器不能对新分组正确地解码。按照第二种选择，现存接收机的Reed Solomon解码器能够对新分组正确地解码。然而，现存的接收机不能对来自这些分组的信息解码。提出这种选择是为了提供一种灵活性，要覆盖来自不同厂商的尽可能多的现存接收机。使用额外的“非系统”Reed Solomon编码器能确保反向兼容性，然而能按奇偶校验字节的同等数量减少总有效负载。当所有现存的接收机都被淘汰时，广播电台可不必采用这种选择，这样能增加健壮数据流的有效负载。
现存的ATSC A/53标准中定义的Reed Solomon编码器在187字节分组的结尾添加奇偶校验字节产生一个207字节码字。这种编码方案被称为系统码。然而，Reed Solomon码不需要系统性。对于具体的应用可以这样来执行编码，将奇偶校验字节安置在总共207字节有效字节位置中的任意位置。产生的码字是来自系统码体系的一种有效的ReedSolomon码。Reed Solomon解码器不需要知道奇偶校验字节位置。这样，对系统码解码的一个未经改动的Reed Solomon解码器就能额外对这种码解码。
在编码过程中，“非系统”Reed Solomon编码器收集对应着健壮数据流的所有187字节。格形编码器如上所述产生这些字节。一旦确定奇偶校验字节的位置，Reed Solomon编码器就产生对应这一分组的20个奇偶校验字节。然后在数据交错器中将这些奇偶校验字节适当安置在207字节分组中对应着最后20字节的位置。
分级VSB(H-VSB)模式按不同程度的奇偶校验每符号发送2-比特的信息。按照与DVB-T分级模式类似的方式，符号的记号对应着高级优先权比特，而符号内的级对应着低级优先权比特。
按照这种H-VSB模式，系统的总有效负载不会象伪2-VSB和4-VSB模式那样有明显的降低。广播电台能够发送三种比特流一种比特流是标准ATSC比特流(标准数据流SS)，另外两种新比特流是(新数据流NS，包括“健壮”数据流(高级优先权比特流)和“嵌入式”数据流(低级优先权比特流))。新型接收机能够对所有比特流解码，而现存接收机能够对SS分组解码并转储NS分组。广播电台有能力按照不同的健壮级别发送不同业务。
图4表示H-VSB系统传输模式400的一个简化示意图。如图4所示，分组多路复用器320在FEC框(未示出)的输入端以分组为单位对两个比特流SS302和NS308，309多路复用。多路复用的比特流随后在由格形编码器380执行编码之前通过卷积交错器360。分级框350′处理属于高级优先权数据流308和嵌入式低级优先权数据流309的两个数据流。各个Reed Solomon编码器设备330，331各自为对应着各个数据流308，309的分组编码。分组格式器340则组合这些数据流，也就是对应着高级优先权数据流的一个字节的MSBs(即7，5，3，1比特)和对应着嵌入式数据流一个字节的LSB比特(6，4，2，0)。一般来说，在Reed Solomon编码之后会由两个187字节MPEG兼容的输入分组形成两个207字节合成分组。
按照这种模式，格形编码器380对属于这两个比特流的字节编码，并且用图5所示的映射表分别按α＝0和α＝2映射标准数据流字节和新数据流字节产生的符号。由于比特X2可以从接收到的符号的记号信息获得，增大了+1和-1两级之间的距离，在解码器上改善这一比特的可靠性。采用这种新式系统，新数据流的高级优先权比特可以传送到X2输入端，而NS的低级优先权比特可以传送到格形编码器的X1输入端。按照与伪2-VSB类似的方式，可以另外计算X2，让预编码器的输出Z2等于高级优先权比特。这样就能用“非系统”Reed Solomon编码器370添加20个奇偶校验字节。如果有足够的SNR，这些操作能确保新的分组不会因现存接收机的Reed Solomon解码器的差错被溢出。
图5是按照本发明用于分级模式的经改动的格形编码器380和改动的映射方案的一种简化框图；当标准数据字节出现在符号映射器单元134′中时，用一个控制框(未示出)产生为在符号映射器单元中设置α＝0的值所需的适当的控制信号；并且在新数据流字节出现在符号映射器单元134′中时设置α＝2的值。如图5所示，如果将α值设置在等于一(1)，则比特组合零一一(011)的R值就是负二(-2)，而比特组合一零零(100)的R值就是正二(+2)。由于X2比特可以由接收符号的记号信息中获得，增大了-1和+1两级之间的距离，在解码器上改善了X2比特的可靠性。如果将α值设置在等于零(0)，-1和+1两级之间的距离就是二(2)单位。如果将α值设置在等于二(2)，-3和+3两级之间的距离就是六(6)单位。在本发明的这一变更实施例中，Z2Z1Z0比特“010”和Z2Z1Z0比特“011”都能给出相同的R值负三(-3)。这不会成为问题，因为对健壮数据流仅仅需要接收符号的记号。因此，对“010”和“011”的记号就是负，而解码的比特X2是零(0)。同样，Z2Z1Z0比特“100”和Z2Z1Z0比特“101”都能给出相同的R值正三(+3)。对“100”和“101”的记号是正，而解码的比特X1是一(1)。采用本发明的装置和方法，新数据流(即健壮数据流)中的高级优先权比特可以传送到格形编码器630的X2输入，而新数据流(即嵌入式数据流)的低级优先权比特可以传送到格形编码器380的X1输入。分组多路复用器320能确保格形编码器380的X2输入接收健壮数据流比特，而格形编码器380的X1输入接收嵌入式数据流比特。
在另一个实施例中，在符号映射器单元134′中为伪2-VSB，4-VSB和H-VSB模式设置α值的控制信息是在分组级上通信的。
指定的接收机根据其状态(本地，移动等等)可以对高级优先权信息(健壮数据流)解码，并且如果有足够的SNR还可以对低级优先权信息(标准和嵌入式数据流)解码。在现存的接收机中，新数据流在格形编码处理过程中会造成一些误差。因此，接收机使用其某种纠错能力来校正这些误差。这样会造成TOV有少量增加。在利用FEC校正完所有分组时，传输层(或是MPEG解码器)会放弃属于新数据流NS的分组而仅仅使用属于标准数据流的分组执行源解码。
按照本发明，发射机在数据场的基础上(313个片段)规定新健壮分组在一个场中的位置。为了简化接收机功能，一场中规定片段的第一符号可以对应着健壮分组的第一符号。在场同步片段的保留比特中规定健壮分组的数量和模式。在保留比特中规定对健壮分组解码所需的所有信息。这种信息包括1)模式(即伪2-VSB，4-VSB，H-VSB)；2)是否使用了选择的“非系统”RS编码器；以及3)在后续场中开始的健壮分组的数量。
本发明改进的数字传输系统包括内置的灵活性，能够适应不同类型的信道，同时又在总体上为有效负载分布提供了灵活性。它能够在不同的信道恶化环境即Gaussian，Ricean和Rayleigh环境中按低CNR操作。系统能够承受强烈的(甚至达0dB)长时间静态多径干扰和动态多径干扰。
系统进一步的特征是许多可选择的参数，能够应付大范围的载波-噪声比和许多条件。对健壮的数据速率采用折衷可以实现固定，便携和/或移动接收。宽范围的参数允许广播电台选择适合当前应用或是预期的未来应用的模式。例如，为了确保用简单的机顶盒天线可靠地便携接收，需要一种适度的健壮模式(采用相应的低数据速率)。健壮模式越少就能采用更高的数据速率，可以按比较高的TOV接收业务。健壮模式越少对固定接收可以采用的有效负载就越大，而具有较小有效负载的健壮模式可以用于移动和便携接收。
表1表示用于新数据流与标准8-VSB数据流的不同的比特率比例的有代表性的有效负载(Mb/s)和性能参数。理想的代表性接收机具备所有这些性能参数。
表1
表2表示用于指定的(新)接收机的AWGN信道的伪2-VSB，4-VSB，H-VBS和8-VSB的T0V(dB)，在Reed Solomon解码器输入端的比特差错率是2×10-3。
表2
新接收机应该能够对健壮分组解码，按照降低的CNR，即使在严重的静态和动态多径干扰环境中也没有差错。可以看出，TOV(和附加的白噪声)也被降低到了很小的8.5dB。性能的这种明显改进是用现存的8-VSB标准对分组执行编码，以很小的性能代价获得的。另外，该系统不需要改变功率限制。以不同模式发送比特流所需的平均功率对现存等级几乎是相等的。
表3表示用于采用代表性接收机的Ricean信道的伪2-VSB，4-VSB，H-VBS和8-VSB的TOV(dB)。这是在Reed Solomon解码器输入端的比特差错率为2×10-3时获得的。采用的信道是(10000.7)/sqrt(1.5)。
表3
表4表示用于采用代表性接收机的Rayleigh信道的伪2-VSB，4-VSB，H-VBS和8-VSB的TOV(dB)。这是在Reed Solomon解码器输入端的比特差错率为2×10-3时获得的。采用的信道是(10001)/sqrt(2)。
表4
以下要描述例举的伪2-VSB和4-VSB系统操作模式。如表1-4中所示，用同一该物理信道可以发送两个不同的比特流(标准比特流和健壮比特流)。例如按照表2，在伪2-VSB模式下，对于一个20/80(大约)混合健壮比特流，所具有的TOV是8.6dB，而标准比特流所具有的TOV是15.3dB(在AWGN环境中)。按照4-VBS模式，对于一个20/80(大约)混合健壮比特流，所具有的TOV是14.0dB，而标准比特流所具有的TOV是14.6dB(在AWGN环境中)。由于8-VSB符号的有效功率在伪2-VSB模式下降低，标准比特流的性能受影响，而4-VSB模式不会明显影响标准比特流的性能。应该理解比特率比例可以采用任意值，然而，增大健壮比特流的百分比就会降低标准比特流的数据速率。如果象图2那样采用“非系统”RS编码器，系统直到传输层都是反向兼容的，但是健壮比特流可用的数据速率会下降。如果不采用“非系统”RS编码器，现存接收机中的RS解码器就会对新分组设置误差标志。按照2/4-VSB系统，对ATSC FEC框的修改包括提供一个预处理器，它包括一个RS编码器和一个分组格式器。可以选择FEC框内部使用“非系统”RS编码器。
还建议提供一种灵活的方案，能够在采用两个数据流传送的有效负载数据速率之间达成一种折衷。例如，采用伪2-VSB模式可以和15.3Mb/s标准比特流一起发送一个2Mbps健壮比特流。按照这种模式，对于健壮比特流和标准比特流的(附加白高斯噪声)AWGN CNR(TOV)分别是8.5dB和15.1dB。
以下要描述H-VSB系统模式的例子。如表1-4中所示，可以用同一物理信道发送两个不同比特流(标准比特流和健壮比特流)。然而，新比特流又可能包括健壮比特流和嵌入式低级优先权比特流。H-VSB模式的操作从不同比特具有不同等级纠错能力的角度来看实现了一种分级系统。新数据流的高级优先权比特比标准8-VSB数据流更健全。可以对新数据流分组和标准分组采用时分多路复用，对高/低优先权有效负载采取折衷。系统的总有效负载要高于2/4-VSB系统。象2/4-VSB系统中一样，对ATSC FEC框的修改额外包括一个RS编码器和一个分组格式器构成的预处理器。可以选择FEC框内部使用“非系统”RS编码器。根据控制信息改变符号等级。
采用H-VSB模式，可以和15.3Mb/s标准比特流和一个2Mb/s嵌入式比特流一起发送一个2Mbps健壮比特流。这种模式下的TOV对于健壮比特流和标准比特流分别是12dB和15.4dB。
由于不同厂商提供了各种接收机，要预测它们对非标准比特流分组的性能是极为困难的。因此提出了一种灵活的建议，能够由广播电台调整系统参数以获得最大可能的覆盖面。这其中包括使用选择的Reed-Solomon编码器来确保新比特流分组不会被现存接收机的Reed-Solomon解码器标志成差错分组。使用这种选择的编码器会使健壮比特流的数据速率降低到每个分组4×20个比特，但是在初始过渡过程中可能是有用的。
如本文所述，改动系统中的调制解调器部分就能支持本发明的2/4-VSB和H-VSB模式。只需在传输层上做很小的改动，然而在传输层一级上需要某种控制来确保调制解调器能够为各个数据流路径提供所需的分组速率。这种操作在理论上与在传输层一级上操作的公知系统没什么不同。
尽管已经揭示并描述了本发明被认为是最佳的实施例，当然可以理解，在不脱离本发明的范围内还很容易对其形式或细节作出各种各样的修改和变更。因此，本发明不应被局限于所述的具体形式，而是应该构成对落入所附的权利要求书范围内的所有变更的覆盖。
权利要求
1.一种数字信号传输系统，包括a)产生第一比特流例如是Advanced Television SystemsCommittee(ATSC)标准8-VSB比特流的装置(303)；b)产生一个能够发送高级优先权信息比特的新比特流的装置(306，350)，上述新比特流和上述第一比特流能够通过一个固定带宽通信信道同时发送给一个接收机设备，其中上述标准比特流的数据速率与构成上述新比特流的信息比特的健壮程度成反比。
2.按照权利要求1的数字信号传输系统，其特征是上述新比特流的符号(307)是按照从伪2-VSB符号映射方案和4-VSB符号映射方案中选择的一种映射方案(134’)发送的。
3.按照权利要求1的数字信号传输系统，其特征是按照伪2-VSB符号映射方案和4-VSB符号映射方案之一映射的上述新比特流的符号(307)是按反向兼容方式(370)发送的。
4.按照权利要求1的数字信号传输系统，其特征是第一比特流和能够发送高级优先权信息比特的新比特流是按照规定的比特率比例发送的。
5.按照权利要求1的数字信号传输系统，其特征是上述新比特流比上述第一比特流具有较低的可见度阈值(TOV)。
6.按照权利要求3的数字信号传输系统，其特征是进一步包括-第一Reed Solomon编码器装置(110)，能够接收标准的比特流(302)并且按照ATSC8-VSB标准对上述比特流编码；-第二Reed Solomon编码器装置(330)，能够接收高级优先权信息比特流并且对上述高级优先权信息比特流编码产生上述新比特流；以及-用来多路复用传输上述标准8-VSB比特流和新比特流的多路复用装置(320)。
7.按照权利要求6的数字信号传输系统，其特征是上述第二ReedSolomon编码器装置进一步包括用来缓冲并输入高级优先权信息比特流并将上述比特流编组成预定数量字节的一个分组格式器装置(340)。
8.按照权利要求6的数字信号传输系统，其特征是进一步包括-数据交错器装置(360)，在一个交错程序中能够将多路复用的标准8-VSB比特流和新比特流的字节重组；以及-耦合到上述数据交错器装置一个输出端上的格形编码器装置(130，133)，用于为上述标准和新比特流的字节编码；以及-耦合到上述格形编码器的符号映射装置(134)，按照关联的映射方案将编码的比特映射到一个关联的符号等级。
9.按照权利要求8的数字信号传输系统，其特征是仅有上述新比特流(307)的各个上述字节中的信息比特需要由上述格形编码器装置编码。
10.按照权利要求9的数字信号传输系统，其特征是上述新比特流的各个上述字节中的上述信息比特至少是对应着比特6，4，2和0的最低有效位(LSB)比特。
11.按照权利要求9的数字信号传输系统，其特征是上述符号映射装置(134)产生的输出R对应着三个比特Z0，Z1和Z2的一种组合，上述伪2-VSB符号映射技术包括令Z1和Z2比特等于信息比特，产生一个具有由字母{-7，-5，5，7}构成的四种可能的符号值之一的输出R，用上述符号(R)的记号表示一个健壮信息比特。
12.按照权利要求9的数字信号传输系统，其特征是上述符号映射装置(134’)产生的输出R对应着三个比特Z0，Z1和Z2的一种组合，上述4-VSB符号映射技术包括令Z1等于信息比特，而Z2等于Z0，产生一个具有由字母{-7，-3，3，7}构成的四种可能的符号值之一的输出R。
13.按照权利要求9的数字信号传输系统，其特征是进一步包括耦合到上述数据交错器装置(360)和上述格形编码器装置(380)的一个“非系统”Reed Solomon编码器装置(370)，上述“非系统”ReedSolomon编码器装置能够为上述装置提供对现存ATSC8-VSB接收机的反向兼容性。
14.按照权利要求13的数字信号传输系统，其特征是上述分组格式器装置(340)进一步包括为上述新比特流添加分组标识符(PID)的装置，让上述系统在处理上述新比特流时能够使用上述“非系统”ReedSolomon编码器装置。
15.按照权利要求1的数字信号传输系统，其特征是上述新比特流的符号(307)是按照分级-VSB(H-VSB)符号映射技术发送的，上述数字传输系统包括-第一Reed Solomon编码器装置(110)，能够接收标准的比特流(302)并且按照ATSC8-VSB标准对上述比特流编码；-一个分级处理装置(350’)，能够对高级优先权信息比特的第二比特流编码，上述第二比特流包括要按照健壮ATSC比特流(308)编码的第一部分比特和要按照低级优先权嵌入式比特流(309)编码的第二部分比特；-一个分组多路复用器装置(320)，其第一输入端耦合到上述第一Reed Solomon编码器装置(110)，而第二输入端耦合到上述分级处理装置(350’)的一个输出，上述多路复用器(320)能够多路复用上述标准比特流(302)和上述第二比特流(308，309)。
16.按照权利要求15的数字信号传输系统，其特征是进一步包括-第二Reed Solomon编码器装置(330)，能够接收要按照健壮ATSC比特流编码的上述第一部分比特；-第三Reed Solomon编码器装置(331)，能够接收要按照低级优先权8-VSB嵌入式比特流编码的上述第二部分比特；以及-一个分组格式器装置(340)，用来组合输入到上述分组多路复用装置(320)的上述第二输入端的上述健壮ATSC比特流和上述低级优先权8-VSB嵌入式比特流。
17.按照权利要求16的数字信号传输系统，其特征是上述分组格式器装置(340)包括产生字节的装置，每个字节在比特(7，5，3，1)上具有对应着高级优先权比特的最高有效位(MSB)，并且在比特(6，4，2，0)上具有对应着嵌入式比特流的最低有效位(LSB)。
18.按照权利要求16的数字信号传输系统，其特征是进一步包括-数据交错器装置(360)，在一个交错程序中能够将多路复用的标准8-VSB比特流和新比特流的字节重组；以及-耦合到上述数据交错器装置(360)一个输出端上的格形编码器装置(380，133)，用于为上述标准或新比特流的字节编码；以及-耦合到上述格形编码器(133)的符号映射装置(134’)，按照关联的映射方案将编码的比特映射到一个关联的符号等级，其中由上述符号映射装置产生的输出符号R对应着三个比特Z0，Z1和Z2的一种组合，由分配给Z2，Z1和Z0的一种组合(-1-α)构成的一个R值等于(011)，而由分配给Z2，Z1和Z0的一种组合(1+α)构成的一个R值等于(100)，其中的α具有可变的值。
19.一种数字信号传输方法，包括以下步骤a)接收一个标准比特流(302)并且按照ATSC8-VSB标准对上述比特流执行Reed Solomon编码(110)；b)接收一个高级优先权信息比特流(307)并且对上述高级优先权信息比特流执行Reed Solomon编码(330)产生一个新比特流；以及c)多路复用(320)上述标准比特流和上述新比特流，通过一个固定带宽通信信道同时发送给一个能够接收上述标准和新比特流的接收机设备，其中上述标准比特流的数据速率与构成上述新比特流的信息比特的健壮程度成反比。
20.按照权利要求19的数字信号传输方法，其特征是上述新比特流(307)的符号是按照从伪2-VSB符号映射方案和4-VSB符号映射方案中选择的一种映射方案发送的。
21.按照权利要求20的数字信号传输方法，其特征是上述新比特流的符号是按照一种分级VSB(H-VSB)符号映射技术发送的，上述方法包括-接收标准的比特流(302)并且按照ATSC8-VSB标准对上述比特流执行Reed Solomon编码；-接收高级优先权信息比特的第二比特流(308)，上述第二比特流包括要按照健壮ATSC比特流编码的第一部分比特和要按照低级优先权嵌入式比特流(309)编码的第二部分比特；以及-为上述同时发送而多路复用(320)上述标准比特流和上述第二比特流。
22.一种灵活的数字传输系统包括数字电视信号发射机和数字电视信号接收机，上述发射机包括-产生第一比特流例如是Advanced Television SystemsCommittee(ATSC)标准8-VSB比特流(302)的装置；-产生一个能够发送高级优先权信息比特(307)的编码的新比特流的装置，上述新比特流的符号能够按照从以下组中选择的一种传输模式发送伪2-VSB模式，4-VSB模式和分级-VSB(H-VSB)传输模式，各种模式的特征在于具有按照各自的符号映射方案(134，134’)映射的符号；以及-多路复用装置(320)，用于多路复用代表上述第一比特流和上述新比特流的符号，按照广播电台规定的比特率比例通过一个地面信道同时传输。
23.按照权利要求22的包括数字电视信号发射机和数字电视接收机的灵活的数字传输系统，其特征是上述第一标准比特流的数据速率与构成上述新比特流的信息比特的健壮程度成反比例关系。
全文摘要
本发明公开了一种对ATSC A/53 HDTV信号传输标准作出改进的灵活的数字传输系统。该系统包括一个数字电视信号发射机，用来产生第一Advanced Television Systems Committee(ATSC)标准8－VSB比特流，并且产生一个能够发送高级优先权信息比特的编码的新比特流，上述新比特流的符号能够按照从以下组中选择的一种传输模式发送伪2－VSB模式，4－VSB模式和分级－VSB(H－VSB)传输模式。2－VSB，4－VSB和分级－VSB(H－VSB)模式各自的特征在于具有按照各自包括字母{－7，－5，5，7}，{7，3，－3，－7}和{7，5，3，－3，－5，－7}的可能符号值映射的符号。可以按照广播电台规定的比特率比例通过一个地面信道同时传输标准8－VSB比特流和新比特流。
文档编号H04N7/081GK1460379SQ02801016
公开日2003年12月3日 申请日期2002年3月28日 优先权日2001年4月2日
发明者D·比鲁, V·R·加达姆, M·戈斯 申请人:皇家菲利浦电子有限公司