用于视频的未压缩无线传输的装置和方法

专利名称：用于视频的未压缩无线传输的装置和方法
技术领域：
本发明涉及未压縮视频经由无线链路的传输。更具体而言，本发明涉
及利用将图像变换系数直接映射到传输符号而实现的未压縮HDTV视频经 由无线链路的低延迟及低缓冲的传输。
背景技术：
许多家庭中，通过在屋里固定位置的机顶盒上的电缆或卫星链路来接 收电视和/或视频信号。在很多情况下，希望将显示屏放在一个距离机顶盒 有几米远的位置上。当使用等离子的平板显示器或者液晶显示器(LCD)电视 被挂在墙上时，这一趋势越来越普遍。基于审美原因和/或安装方便，通常 不希望通过电缆将显示屏连接到机顶盒。因此，最好是从机顶盒到显示屏 进行视频信号的无线传输。类似的，可能希望将计算机、游戏控制器、VCR、 DVD或用于生成在显示屏上显示的图像的其他视频源远离显示屏。
通常，在机顶盒接收的数据根据例如运动图像专家组(MPEG)格式压 縮，并由机顶盒解压为高质量原始视频信号。原始视频信号可以是模拟格 式或数字格式的，如数字视频接口(DVI)格式或高清晰多媒体接口(HDMI) 格式。这些数字格式通常具有高达约每条1.5G比特(Gbps)的高清晰电视 (HDTV)数据速率。
在家庭中的无线近距离传输可以在2.4GHz左右或5GHz左右免授权频 带(例如，在美国为5.15-5.85GHz波段)上实现。这些频带目前被无线局域网 (WLAN)使用，在无线局域网中，802.11 WiFi标准允许的最大数据速率为 11Mbps (802.11b)，或54Mbps(对于20MHz带宽和802.11g/802.11a标准)。 使用新兴的多路输入多路输出技术，新兴的802.11n标准的数据速率在使用 20MHz频带时能增加到超过200Mbps，在使用40MHz频带时能翻倍。另一 选择是使用超宽带(UWB)，其声称可提供100-400Mbps。因为现有数据速率低于未压縮HDTV视频必需的1.5Gbps，因此必要 时，通常需要对视频进行再压縮以无线传输。已知的高效视频压縮方法， 例如那些压縮因子超过1:30的方法需要非常复杂的硬件来实现压縮。这在 家庭应用中通常不太实用。这些压縮方法通常使用例如小波、离散余弦变 换(DCT)或傅立叶变换，将图像变换到一个不同的域，然后在该域中执行压 縮。这些变换通常对数据进行去相关以便有效地压縮。转让给共同申请人 并以引用的方式全部并入此文的、题为"奶'"/^s 7Vamm/M/ow o/77^// 2皿/^^/eo"的PCT申请IL/2004/000779，示出了一种传输视频图像的方 法。该方法包括提供高清晰视频；使用图像域压縮方法来压縮视频，在 该方法中，基于像素相邻性对每个像素进行编码；并且经由衰减传输信道 传输经压縮的视频。
在Obrador的美国专利公开2003/002582中，描述了一种使用联合信源 信道编码(JSCC)进行编码的图像无线传输。所传输的图像被分解为多个不 同频率的子频带。首先发送具有最低分辨率的图像和相应的边界系数，然 后传输具有较高分辨率的图像和边界系数。 一种典型的JSCC将信道编码技 术应用到信源编码系数，为比较重要的(即低频的)系数提供更多保障，给不 太重要的(即高频的)系数提供较少保障。另一种JSCC技术由Ramstad提出， 拥P威科技大学(2003年7月)的"7T e wam'age 。/Sw^a"c/ Co&"g OFZ)Af rra似顯'w/o"",该技术将信源(如图像)的子频带编码与OFDM调制相结合。
在数字传输方法中，以符号的形式传输信号。每个符号能够具有预定 数量的可能值之一。每个符号的可能值的集合被称作一个星座 (constellation),每个可能值被称作一个星座点。邻近点之间的距离影响对噪 声的抗干扰性。噪声造成接收的不是预期的点而是其他点，因此符号可能 被错误解释。在正交频分复用(OFDM)通信方案中，符号由多个块(bin)，如 64,128或256个块组成，在频率域中，每个符号的每个块由二维星座组成。 众所周知，在现有技术中不推荐使用一些可用的块。通常，这是一些位于 传输频带末端的块。通常，例如在802.11a/g中，不使用64个可用信道中 的约16个，因此降低了频带的效率。
由Loheit等人提交的申请号为2004/0196920和2004/0196404的美国专 利申请中，提出了另一种经由无线链路传输HDTV的方案。该讨论方案经
16由无线RF链路发送和接收未压縮的HDTV信号，该无线RF链路包括一个 时钟用来提供同步于未压縮HDTV信号的时钟信号。这个方案还包括连接 到该时钟的数据再生模块，其提供来自未压縮HDTV信号的再生数据流。 解复用器利用时钟信号将再生数据流解复用为I数据流和Q数据流。连接 到解复用器的调制器用I数据流和Q数据流对载波进行调制。根据Lohdt 等人的申请，该RF链路工作在从18 GHz —直到110 GHz的各种频带上， 因此需要复杂且更为昂贵的发射机和接收机。
由于现有技术的各种限制，将会有益的是，提供一种方案，其能够进 行可靠的HDTV流无线传输，同时了避免对于过分的或复杂的压縮或者复 杂的硬件实现的需求。尤其是，这将有益于避免这种压縮即，其依赖于 具有用于达到传输应用中所需的巨大数据量所必需的压縮等级的帧缓冲 器，所述应用例如为HDTV数据流的无线传输。将更为有益于的是，避免 使用超高频来实现HDTV数据流的无线传输的目的。如果上述系统不在视 频传输中插入延迟，将会是更为有益的。如果实现对传输频带的更有效利 用从而允许更多信息的传输，将会是更为有益的。

发明内容
一种用于未压縮HDTV视频的无线传输的装置和方法，克服了经由无 线链路发送大量信息的困难。这是通过将视频分量(如Y-Cr-Cb分量)的变换 系数直接映射到诸如OFDM符号之类的通信符号上来实现的。使用例如 QPSK或QAM，以粗略的数字表示的形式发送重要变换系数的主要部分， 例如表示每个视频分量较低频率的系数的最高有效位，^P别是其DC和近 DC分量的量化值。将表示每个视频分量较高频率的系数以及DC和近DC 分量的量化误差值或者其一些可能的非线性变换，作为复数的实部和虚部 对来发送，其中该复数包括在精细粒度星座中的点。因此本发明提供了一 种对发射机和接收机对的低延迟和低缓冲的实J见。


图1是根据本发明的编码系统的结构图；图2是根据本发明，示出了 8x8像素去相关变换、系数的分组、以及 映射到粗略符号表示和精细符号表示上的操作的原理图。
图3是根据本发明中所述的实施例，示出了从8x8像素转换的每个变 换的Y、 Cr和Cb中所选出的系数数量的表格。
图4是描述本发明原理的流程图。
图5是示出了根据本发明，处理HDTV视频以利用OFDM方案进行无 线传输。
图6是根据本发明的编码系统的详细结构图。
图7是根据本发明的编码系统的位处理单元的结构图。
图8是根据本发明的能够接收所发送的视频流的接收机的结构图。
具体实施例方式
本发明试图克服现有技术方案的不足，其提供一方案允许使用诸如 OFDM方案的符号之类的传输符号经由无线链路来传输诸如高清晰电视 (HDTV)视频之类的视频。具体而言，发明人意识到可以将像素块的系数或 者其中一部分，在去相关变换之后直接映射到传输符号上。执行去相关的 目的是最小化系数能量，但是不会损害可用的自由度数量。例如，对视频 的每一个Y、 Cr和Cb分量的像素块执行离散余弦变换(DCT)。 Y分量提供 了像素的亮度，而Cr和Cb分量了提供色差信息，或者称为色度。在优选 实施例中，根据本发明传输所有的系数。在本发明的另一实施例中，仅有 一部分系数是用于传输目的，因此避开了特高空间频率系数并保留了较低 空间频率系数。值得注意的，为了无线传输而保留的Y相关系数多于其他 两个分量的系数，因为与色度相比，人眼对亮度更敏感。不限于而仅出于 举例的目的， 一种比率是对于每个Cr和Cb分量使用关于Y分量的至少3 个系数，如3:1:1的比率。然而，不背离本发明精神的情况下，也可以使用 其他比率。因此，根据本发明，将重点放在DC和近DC系数而不是表示较 高频率的系数，而且与关于色度的系数相比，关于亮度的系数接受优选处 理。与JPEG和MPEG这样的压缩技术不同，本发明还经由传输信道发送 量化误差信息，从而实现了视频帧的重建，并且提供对视频尤其是高清晰 视频的经由有线或无线传输信道的基本上未压縮的传输。根据本发明，以粗略方式(有时被称作数字方式)来表示具有较大值的
DC系数或DC邻近系数，艮卩，一部分DC值被表示为符号的多个星座点之 一。根据本发明，这是通过这些值执行量化并映射经量化的值来实现的。 将较高频率系数以及主要部分被粗略表示的DC和DC邻近成分的量化误差 分组为多个对，将每个对定位在一个点上，作为复数的实值和虚值，这提 供了精细粒度的(几乎模拟的)值，其在极端精细度的情况下提供了对这些值 的连续表示。
可任选地，对包括所述复数在内的这些值中任何一个执行非线性变换， 其被称为压縮扩展(companding)。压縮扩展是对一个值进行的非线性变换。 公用的压縮扩展函数是对数的，例如A律和p律。在表示相应的值时，使 用这些技术有效地提供了较好的动态范围和较好的信噪比。在优选实施例 中，可使用如下压縮扩展函数
/o)=a *牟(x) * 7i^]
其中，x是系数的值，ct是一个因子，其被设计为保持f(x)的能量与x 的能量相同。
另一种可能的映射允许将多个数值映射到较少数量的值上，因而可以 节约传输带宽。例如，将两个数映射到一个数上，或者将三个数映射到两 个数上，等等。虽然在重建原始值时插入了特定失真，但是其优点在于能 够在有限的可用带宽上同样发送较低重要性的数据。因此，在一个示例中，
两个数，如X,和X2，会被一个函数所变换，生成单个值f(X,， X2)， f(Xl， X2)
进而与一个因子a相乘，该因子a被设计为保持映射之后的能量与映射之 前相同，如示
a2E(f^x,，X2:)"E(x'2) + E(X22)
其中，a是设计为保持f(Xp X2)的能量与Xi和X2的混合能量相同的因
子。在本发明的一个实施例中，可以对所传输的数据进行加密。
与MPEG等不同，此处公开的本发明允许保留去相关变换的所有系数。 因此，在接收机端的重建更精确，因为有更多的信息可用于该重建。此外， 根据本发明，可能使用传输信道的子信道(通常是避免的)，以提供必要的边 缘或避免干扰问题，从而实现了传输那些接收较小表示的系数值的目的。 通过经由通常不使用的子信道或子频带传输根据本发明所确定的较低重要性的值，有效地增加了可用传输带宽。此外，使用上文所述的方法可以将 一些值压縮在一起。
如上所述生成的所有粗略和精细星座的星座点被排列为一系列复数， 其被调制用于传输。在无线通信的优选实施例中，使用正交频分调制
(OFDM)，但本发明并不局限于此。在OFDM通信方案中，符号由多个区(bin) 组成，在频域中，每个符号的每个区由一个二维星座(复数)组成。带宽为W 的通信系统具有2W的自由度。如果频谱效率p低于100%，则自由度数量 为每秒2Wp。因为每个复数包含两个自由度，因此能够传输的复数的数量 为pW。通过使用多个传输天线，提高了特定带宽的传输速率，其中，多个 传输天线需要多个接收天线，艮卩，多路输入多路输出(MIMO)系统。
以下详细描述了本发明的原理。尽管所描述的发明是关于牛寺定实施例 以及相应附图的，但是这并非意欲限制本发明的范围，其目的仅仅是为了 提供示例。
图1示出了根据本发明的、用于直接符号编码的系统100的一个典型 的和非限定性的结构图。系统100接收视频信号(如HDTV视频信号)的红-绿-蓝(RGB)分量。在颜色转换单元110中，将该RGB流转换为亮度分量Y 和两个色差分量Cr和Cb。对本领域普通技术人员而言，这种转换是公知 的。在本发明的一个实施例中，视频从Y-Cr-Cb视频信号开始，在这种情 况下，不需要颜色转换单元110。提供Y-Cr-Cb分量至变换单元120，在变 换单元120中对关于三个分量中每一个的像素块执行去相关变换。在本发 明的一个实施例中，单元120对像素块执行DCT。 一个像素块可包含64个 像素，排列成8x8格式，如图2所示。变换单元120可包含单个子单元， 用以执行所希望的变换，例如DCT，处理对于每个Y-Cr-Cb分量的整个视 频帧所有像素块的转换。在另一实施例中，对每一个Y-Cr-Cb分量使用专 门的变换子单元，从而提高了系统性能。在再另一实施例中，使用多个子 单元，从而对每一个Y-Cr-Cb分量使用能够对像素块执行所希望的变换的 两个或更多这种子单元，从而进一步提高了系统性能。变换单元120的输 出为一系列系数，其被提供给映射器130。映射器130从每个Y-Cr-Cb分量 中选出要经由无线链路传输的那些系数。映射器30还将要发送的系数映射 到传输符号，例如，正交频分复用(OFDM)方案的符号，根据图4对过程进
20行了详细描述。然后，用改进的OFDM发射机140发送所述符号，该发射 机140处理具有混合的粗略和精细星座值的符号的混合特性，如根据图2 所作的详细说明。在本发明的一个实施例中，改进的OFDM发射机140连 接至多个天线，目的是支持多路输入多路输出(MIMO)传输方案，从而提高 了有效带宽和传输可靠性。本领域技术人员进一步意识到，用于接收包含 有根据本发明而发送的符号的无线信号的接收机，例如图8所示的接收机， 必须能够检测所发送符号的粗略表示和精细表示，重建各个系数，并执行 逆变换以重建Y-Cr-Cb分量。然而，因为没有帧到帧的压縮，所以系统中 不需要帧缓存器。因为所述映射和变换是快速的且是对较小的块进行处理， 而不必考虑图像中的较大局域的相关性和帧与帧之间的相关性，所以在实 际中几乎没有与此处所述的操作相关的延迟，此外，在帧处理中仅需保持 有限数量的线。接下来详细讨论接收机的组成。
根据本发明，对视频的每个Y-Cr-Cb分量的像素块(如8x8像素)执行去 相关变换，例如DCT。作为对块(如图2所示的块210)进行变换的结果，生 成了二维系数矩阵220。区域222中靠近原点的系数通常是每个Y-Cr-Cb分 量的低频和DC部分，如系数222-i。较高频率的系数可在区域224中找到， 如系数224-i、 224-j和224-k,通常其量级比DC分量小很多，例如比DC 分量的幅度的一半还小。在标为226的区域中，甚至可以找到更高的频率。 发明人指出，为了保持必要的未压縮视频，可以对于每一个Y-O-Cb分量 去除区域226中的高频系数。根据特定实现中所能够发送的系数数量，区 域226可以大一些或小一些。优选地，将DC系数的主要部分(如系数222-i 的最高有效位)映射到多个星座点之一，例如在星座图230所示。星座图可 以是4QAM(QPSK)、 16QAM或其他适当的类型。因为星座图230中示出了 四个星座点231到234，因此在这个实施例中讲解4QAM实现，并且将每 一个星座点分别映射到从00到11的数字值上。系数222-i的量化值根据其 具体的值而被映射到一个这样的星座点上。这种映射被看作是数字值映射。
然而，这个粗略表示同样可能包含量化误差，或换句话说，是与原始 值和该粗略表示所表示的值之间的差相对应的值。该误差主要是与被量化 的较高重要性的系数值的最低有效位相对应。可以将量化误差值以及未以 粗略方式表示的系数(即与区域224的较高频率相关的系数)映射为星座点240-i的一部分，例如作为组成符号240-i的复数的实部。对所述较高频率 的系数进行配对，并且将每一个对映射到星座点上，作为复数的实部和虚 部。例如，可以将系数224-i和224-j映射到星座点240-j的虚部和实部上。 这使得可以利用星座映射中的任何可用点进行有效的连续表示，或者提供 精细的星座。这种映射被看作是连续值映射。
如上所述，能够接收此处公开的符号流的接收机，诸如图8所示的接 收机，应当能够根据所发送符号重新组成所述系数，这在后面会详细讨论。 与现有技术相比，采用连续表示的MIMO和连续表示的OFDM的发明提供 了多个优势。具体而言，接收所发送视频流的精细值只需要简单明了的代 数计算。即使是出现一些误差，对视频流质量的影响也是有限的，且通常 不易察觉。通过对比，发送纯数据(包括以数据形式而不是以本发明所公开 的方式所发送的视频)的MIMO和/或OFDM系统需要大的多的计算能力和 更多的带宽，通常不易实现，并且视频质量对误差更敏感。
图3给出了一个典型参考，其中，假设了一个8x8的系数矩阵，并且 因此每个Y-Cr-Cb分量都具有64个系数。然而，由于上述原因，通常经由 无线链路发送Y分量的28-64个系数和每个Cr与Cb分量的12-64个系数。 系数的准确数量可以基于OFDM符号的可用数量来确定，其中，OFDM符 号的每个区具有两个自由度，可用于无线传输且具有期望的无线传输可靠 性等级。20MHz的OFDM信道允许每秒最多20M个复数，20M个实部和 20M个虚部，即每秒40M个自由度。在有效地扩展了可用带宽的MMO中， 可以利用具有四个传输天线、四个这种20 MHz OFDM信道的系统，因此 理论上，最高可达每秒160M的数或自由度。在实际中，全频谱效率是无法 实现的。由于此处所披露的技术，所述解决方案的频谱效率通常为~75%， 因此，在所讨论的实例中，每个传输信道可以每秒传送大约30M的自由度 或者总共120M的自由度。根据本发明，其中一些信道用作传输粗略表示， 其余的传输精细表示。对比较重要的系数提供更多的自由度，而对不太重 要的系数甚至其量化误差提供较少的自由度。在一个典型的HDTV视频传 输中，单个帧包含在大约1200个与256个区相对应的OFDM符号中，并且 其包含的信息大约为14,400个8x8的像素块。使用40 MHz带宽的信道将 可以发送两倍数量的系数，因此系数越多则越准确，例如，通过在传输过程中对具有较高重要性的粗略信息进行重复，能够以更加鲁棒的方式发送
该信息。
图4显示了用于描述本发明的核心原理的总流程图400。在S410中， 对视频流进行去相关变换。作为结果，提供了描述原始视频流的各个分量 的多个系数。在S420中，为根据本发明的传输中的粗略表示选择DC和 DC邻近系数。在S430中，执行对粗略表示的量化，在S440中，根据本发 明，将经量化的粗略表示映射到符号上。在S450中，根据本发明，准备精 细表示，其包括来自S430中量化操作的量化误差值以及S420中未选择的 剩余系数，从而形成了传输中的精细表示。在本发明的一个实施例中，对 于精细表示流，仅选择较高频率系数中的一部分来使用。而在本发明的另 一实施例中，对精细表示数据或其中一部分执行非线性变换，正如上面所 详细阐述的。在S460中，将精细表示值映射到符号的实部和虚部的对上。 最后，在S470中，根据本发明发送所生成的符号。
图5显示了一个典型的和非限定性的流程图500，其根据本发明处理 HDTV视频以使用OFDM方案进行无线传输。在S510中，接收RGB视频。 在S520中，将RGB转换为Y-Cr-Cb视频数据流。在本发明的一个实施例 中，提供了 Y-Cr-Cb视频，因此针对S510和S520而讨论的转换是不必要 的。在S530中，对该视频的每一个Y-Cr-Cb分量的多个像素块(如8xg像素 块)中的每一个执行去相关变换，例如DCT。作为结果，为每一个块生成 多个系数，例如在8x8块的情况下生成64个系数。可任选地，在S540中， 对于每一个Y-Cr-Cb分量，选择要发送的系数的数量。本领域技术人员会 意识到，在这种情况下会发生某种意义上的压縮。然而，如果执行该压縮， 则是对较低的系数值进行压縮。
S550至S570提供了关于以上图1、 2和4所讨论的映射过程的更详细 地描述。在S550中，处理DC和DC邻近范围的数据。通常，它们的幅度 远远高于其他系数的幅度，即，他们的最高有效位(MSB)是所要发送信息的 素材，因此其形成了粗略表示。因此，对这些系数的MSB分别进行映射， 并且该映射操作不同于它们各自的最低有效位(LSB)，与之不同，LSB被称 为是DC系数的量化误差。例如，如果用ll位来表示系数，则将3个MSB 作为粗略表示与其他比特分离开，并作为其自己的符号发送。在一个实施例中，粗略表示在几个符号中进行重复，以实现确保正确和鲁棒接收的目 的，这是因为该信息的丢失对于所重建图像的质量是有很大影响的。具体
而言，按照上述图2详细阐述的，来发送粗略表示。在另一实施例中，使 用纠错码来确保对这些位的鲁棒接收。此外，该纠错还可是一种不等纠错 (unequal error correction)技术，在转让纟合共同申i青人的、题为"An Apparatus and Method for Unequal Error Protection of Wireless Video Transmission"美国 临时专利申请号60/752,155中详细描述了这种技术，通过引用方式将其可 能包含的全部有用信息并入此文。在另一实施例中，较重要的系数使用较 多的MSB表示，而其它系数则使用较少的MSB表示。具有由LSB所描述 的幅度的DC分量的LSB(如上所述)(例如ll-位的值中的8个LSB)以及其 他较高频率系数，构成了对系数的精细表示并且可以根据S560和S570进 行映射，正如参考以上图2所进一步讨论的。可以将每一对精细表示值看 作是一个复数值的实部和虚部，该复数值建立了 OFDM方案的符号。因此， 如果在一特定的时隙中有230个可用符号可以传输，则就有可能会发送最 多460对的复数值的实部和虚部。然而，如上所述，约60个符号用来发送 粗略值。在S580中，使用OFDM方案经由无线链路发送所述符号。使用 此处描述的步骤的全部结果是为了提供视频信息的非常高的帧速率，例如 每秒45帧以上或者每秒0.6G比特以上，因此，实现了HDTV视频的高质 量传输，并且其中，视频实质上不压縮。
能够按照如下，分离被称作粗略表示的量化值和被称作精细表示的量 化误差，以描述DC和其他重要变换系数。这些系数可以传递通过量化器， 该量化器能够采用几个值，比如M-2An。量化值的规格由n个位表示，其 用作MSB或上述的粗略值，而量化误差或精细表示是原始值减去量化器所 表示的值的结果，其用作上述LSB。
本发明的一个实施例利用了导频。 一般而言，导频作为先验已知信号 而在OFDM符号的一些区中发送，优选地是来自QPSK星座中的值。这些 导频，单独地或者与其他导频相结合地，在标准调制解调器中用于进行同 步、频率、相位修正等等。导频还帮助进行信道估计和均衡。在标准数字 调制解调器中，这些导频与数字信息值一起实现了鲁棒的信道估计和跟踪， 其中，所述数字信息值是通过判定反馈而使用的，因为这些值在解码后对
24于本领域技术人员而言是公知的。在此处所公开的本发明中，采用上述更 详细讨论的方式发送的模拟数据使得不可能利用判定反馈。因此，根据本 发明的该实施例，发送额外的导频以确保稳定的信道估计和跟踪。这些导 频现在被用以发送以上详细讨论的数字数据，即，通过这些导频发送一些 变换系数的粗略值。由于发送额外的导频信号，因此就为粗略表示的数据
提供了更多的空间。这使得精细表示数据具有改进的信噪比(SNR)，因为现 在要发送变换系数(如DCT系数)的更多的部分。作为替换，较高重要性系 数现在能够不止一次的被发送，因而提高了这种高重要性系数的抗干扰性。 图6示出了一个系统的典型的和非限定性的结构图600，该系统被设计 为处理根据本发明的编码。根据每个单元的功能和工作范围，将基带调制 器划分为五个基本单元。调制器输入包括四个信号 一个是精细数据的符 号流，其是针对处理较高重要性系数的量化误差值与那些确定具有较低重 要性的系数而进行以上详细讨论的变换的结果。另一个是比特流，其表示 例如Y、 Cr和Cb分量的DC值的粗略部分，并且还可能是表示如以上针对 以上系数的MSB所详细描述的一些其他分量的粗略部分。这些流由视频编 码器610提供。此外，还可能有音频信号和来自调制解调控制器670的命 令信号。来自调制解调控制器670的信号包括多个控制命令以及用于控制 调制器的其他控制信号，所述多个控制命令将被传送到接收机，例如图8 所示的接收机。在系统600的一个实施例中，调制器的输出包括多个信号， 例如四个信号，其传递信息至数模转换器660。这就实现了如上讨论的 MIMO传输。
图7示出了系统600的位处理单元(BMU)620的一个典型和非限定性的 结构图。BMU620能够对数据位自身执行所有的位处理。BMU620并不处 理量化误差，并且所有的运算都是逐位执行的。首先，位排列单元622按 照预定顺序排列音频和粗略表示比特流并且创建单个比特流。在可任选编 码单元624进行可任选编码之后，B2S映射器626将该单个比特流的位映 射到所期望的星座上，并将其传送到成帧单元630。成帧单元630接收该单 个比特流和精细比特流作为多个采样流，将其组织为具有合适的报头、导 频等的四个采样流。将两个不同的数据流用导频填充，而且可任选地，在 认为必要时使用一些其他数据，然后进行交织。在MIMO实现中，将该流划分为多个流，例如四个流，每一个对应一个MIMO发射机。频域单元(FDU) 640从成帧单元530得到其输入。根据本发明，成帧单元630创建符号流， 从而使得每个符号都是一个复数，如上文所述，该复数表示二维空间中的 一个点。成帧单元630还包括快速傅立叶反变换(IFFT)操作，将所得到的信 号馈送至时域单元(TDU) 650，其对该信号进行特定整形，然后在数模转换 器(DAC)660中将该信号转换为模拟信号。
在本发明的一个实施例中，DAC 660可以工作在40 MHz的采样速率 上，或者甚至更高的频率，例如80或160MHz。所期望的位数可以使用下 述假设来估计大约每比特6dB的量化噪声，信号的峰均比(PAR) 14dB， 所期望的误码率(BER)和特定星座的符号SNR 22dB，安全边界 6dB。总的 来说，至少需要七位，然而，为求保险，根据现有技术的限制，推荐使用 IO位或甚至12位的DAC。
图8示出了一个典型的和非限定性的接收机800，其适于接收根据本发 明而传输的信号。解调器810适于接收根据本发明而传输的符号，如OFDM 符号。例如，通过接收从多个天线815所接收的无线传输，来执行所述接 收。通常，在MIMO系统中，接收机至少具有超过发射机所使用的信道或 天线数量一个以上的天线。解调器810接收来自天线815并且被单元812 根据线性滤波理论的原理所处理的信号，并且还将所接收的流分离成相应 的粗略流和精细流。作为替换，利用诸如球形解码之类的MIMO解码方法 直接对粗略数据进行解码，而根据线性滤波理论来处理精细数据。利用解 压縮扩展单元814来处理精细流，解压縮扩展单元814使所接收的数据线 性化，并产生精细流数据。根据标准数字调制技术工作的数字解调器816 处理粗略流，生成粗略流数据。解调器提供所检测OFDM符号的粗略流和 精细流，然后单元820通过适当地对其进行重建而将其转换为系数。具体 而言，将量化误差信息加到各个粗略值上，以重建DC和近DC分量。其他 精细值构建了高频系数。现在将重建的系数提供给逆变换单元830，逆变换 单元830生成视频传输的Y、 Cr和Cb分量。如有必要，颜色转换单元840 进一步将亮度和色度输入转换为标准的RGB输出。为了简化起见，并未示 出诸如用于克服信道失真并实现准确接收的判定反馈均衡化、信道跟踪、 定时和载波跟踪以及其他组件之类的元件，然而，这是任何可运转的OFDM接收机的部件，在现有技术中是公知的，因此看作是接收机的部件。此外，
接收机800还能够接收导频信号，并将它们解释为包含数据。在转让给共 同申请人的题为"Use of Pilot Symbols for Data Transmission in Uncompressed, Wireless Transmission of Video "美国临时专禾ll申请号 60/758060中详细描述了这种能力，因此通过引用其可能包含的全部有用信 息将其并入此文。
尽管此处参考包括优选实施例在内的几个实施例描述了本发明，但是 本领域技术人员很容易意识到，在不脱离本申请的精神和范围的情况下， 其他应用可以替代在此所述的实施例，包括但不限于在有线介质上的根据 本发明的传输。此外，本发明还可以采用硬件、软件、固件或其任何结合 来实现。因此，本发明应该仅由附带的权利要求来限定。实施例可以包括 包含多个指令的计算机软件产品，所述指令在被执fi^时包含了本发明的内 容。
权利要求
1. 用于在基本上无延迟的情况下传输基本上未压缩的高清晰视频信号的装置，包括用于接收未压缩视频信号分量的单元；用于对所述未压缩视频信号分量执行去相关变换以提供多个系数的单元；以及用于将每个所述系数映射到传输符号上的单元。
2.如权利要求1所述的装置，所述传输包括无线传输
3.如权利要求l所述的装置，进一步包括 用于去除所述变换的系数中的一部分的单元。
4. 如权利要求3所述的装置，所述用于去除所述变换的系数中的一部 分的单元进一步包括用于不依赖于所述高清晰视频信号的先前帧而执行 所述去除的单元。
5. 如权利要求l所述的装置，所述高清晰视频信号的所述传输包括低 缓冲的传输。
6. 如权利要求1所述的装置，所述去相关变换包括: 离散余弦变换(DCT)。
7. 如权利要求1所述的装置，所述传输符号包括 正交频分复用(OFDM)传输方案的符号。
8. 如权利要求7所述的装置，进一步包括 OFDM发射机，用于发送所述变换的系数。
9. 如权利要求8所述的装置，所述OFDM发射机包括用于经由多路输 入多路输出(MIMO)链路进行发送的单元。
10. 如权利要求1所述的装置，所述未压縮分量包括包含有亮度信号 和色差信号的分量数字格式。
11. 如权利要求10所述的装置，进一步包括用于将所述高清晰视频信号的颜色空间转换为所述分量数字格式的单元。
12. 如权利要求3所述的装置，所述用于去除所述变换的系数中的一部分的单元包括用于仅去除一定数量的所述系数的单元，所述去除足以维持所述高清晰视频信号的基本上未压縮的无线传^r。
13. 如权利要求12所述的装置，所述用于去除所述变换的系数的单元 将关于所述高清晰视频信号的亮度信号的总共64个系数剩下45至64个。
14. 如权利要求12所述的装置，所述用于去除所述变换的系数中的一 部分的单元将关于所述高清晰视频信号的色差信号的总共64个系数剩下12 至64个。
15. 如权利要求l所述的装置，所述用于映射的单元进一步包括 用于将所述多个系数分离为包含表示低频的系数的第一组和包含表示高频的系数的第二组的单元。
16. 如权利要求15所述的装置，进一步包括量化单元，用于从所述第一组生成粗略值。
17. 如权利要求16所述的装置，进一步包括用于将粗略值映射到符号的多个星座点之一上的单元。
18. 如权利要求17所述的装置，进一步包括 用于生成除标准导频信号之外的额外导频信号的单元；以及用于使用至少一个所述额外导频信号来发送所述粗略值之一 的单元。
19. 如权利要求15所述的装置，进一步包括 用于从所述第一组生成量化误差值的单元；用于将所述量化误差值和所述表示高频的系数表示为符号的多个复数 值的单元，其中，每个复数值包括第一值和第二值两者，所述第一值和第 二值都来自所述量化误差值和所述表示高频的系数，其中，所述第一值被 表示为复数值的实部，所述第二值被表示为所述复数值的虚部。
20. 如权利要求1所述的装置，其中，所述高清晰视频信号具有至少 每秒45帧的传输速率。
21. 如权利要求1所述的装置，所述高清晰视频信号具有每秒100M比 特以上的未压縮数据速率。
22. 如权利要求1所述的装置，所述高清晰视频信号具有的未压縮数 据速率高于每秒0.6G比特。
23. 如权利要求l所述的装置，所述用于执行去相关变换的单元包括: 用于处理所述高清晰视频信号的像素块的单元。
24. 如权利要求23所述的装置，所述像素块包括8x8像素矩阵。
25. 如权利要求23所述的装置，所述用于执行去相关变换的单元包括: 用于并行处理所述高清晰视频信号的多个像素块的单元。
26. 如权利要求l所述的装置，包括用于对视频信号的帧中所有t个像素执行所述去相关变换的单元。
27. 如权利要求1所述的装置，进一步包括 用于对至少一个所述系数执行非线性变换的单元。
28. 如权利要求28所述的装置，所述用于执行非线性变换的单元包括:用于将系数的非线性函数的能量调整为在所述非线性变换之前所述系数的 能量的单元。
29. —种用于传输基本上未压縮的高清晰视频信号的方法，包括以下步骤接收所述高清晰视频信号的未压縮分量；对所述未压縮视频信号分量执行去相关变换，以提供多个系数；并且 将每个所述系数映射到传输符号上。
30. 如权利要求29所述的方法，进一步包括步骤经由无线链路和有线链路中的任一种链路来发送所述传输符号。
31. 如权利要求29所述的方法，所述去除所述系数中一部分的步骤的 执行不依赖于所述高清晰视频信号的先前帧。
32. 如权利要求29所述的方法，所述去相关变换包括离散余弦变换 (DCT)。
33. 如权利要求29所述的方法，所述传输符号包括正交频分复用 (OFDM)传输方案的符号。
34.如权利要求29所述的方法，进一步包括步骤 将所述高清晰视频信号的颜色空间转换为分量数字格式。34. 如权利要求29所述的方法，进一步包括步骤 使用OFDM发射机来发送符号流。
35. 如权利要求34所述的方法，所述发送所述符号流的步骤进一步包 括步骤经由多路输入多路输出(MIMO)链路进行发送。
36. 如权利要求29所述的方法，进一步包括步骤 去除所述变换的系数中的一部分。
37. 如权利要求36所述的方法，所述去除所述变换的系数中的一部分 的步骤进一步包括步骤仅去除一定数量的所述系数，所述去除足以维持所述高清晰视频信号 的基本上未压縮的无线传输。
38. 如权利要求37所述的方法，所述去除所述系数的步骤进一步包括 步骤将关于所述高清晰视频信号的亮度信号的总共64个系数剩下45至64个。
39. 如权利要求37所述的方法，所述去除所述系数的步骤进一步包括 步骤将关于所述高清晰视频信号的色差信号的总共64个系数剩下12至64个。
40. 如权利要求29所述的方法，所述映射步骤进一步包括步骤 将所述多个系数分离成包含低频系数的第一组和包含高频系数的第二组。
41. 如权利要求40所述的方法，所述映射步骤进一步包括步骤-通过量化所述第一组的值，生成粗略值。
42. 如权利要求41所述的方法，进一步包括步骤将粗略值映射到符号的多个星座点之一上。
43. 如权利要求42所述的方法，进一步包括步骤 生成除标准导频之外的额外导频；以及 使用所述额外导频中的至少一个来发送所述粗略值之一。
44. 如权利要求41所述的方法，所述映射步骤进一步包括步骤 从所述第一组生成量化误差值；并且将所述量化误差值和所述高频系数表示为符号的多个复数值，其中， 每个复数值包括第一值和第二值两者，所述第一值和第二值都来自所述量 化误差值和所述 表示高频的系数，其中，所述第一值被表示为所述复数值 的实部，所述第二值被表示为所述复数值的虚部。
45. 如权利要求29所述的方法，所述执行所述去相关变换的步骤进一 步包括步骤处理所述高清晰视频信号的像素块。
46. 如权利要求45所述的方法，所述像素块包括8x8像素矩阵。
47. 如权利要求29所述的方法，所述未压縮分量包括包含有亮度信号 和色差信号的分量数字格式。
48. 如权利要求29所述的方法，其中，所述执行去相关变换的步骤包 括对视频信号的帧中所有像素执行所述变换。
49. 如权利要求29所述的方法，进一步包括步骤 对至少一个所述系数执行非线性变换。
50.如权利要求49所述的方法，所述执行非线性变换的步骤包括步骤: 将系数的非线性函数的能量调整为在所述非线性变换之前的所述系数的能
51. —种用于发送和接收基本上未压縮的高清晰视频信号的系统，包括发射机，其包括用于接收所述高清晰视频信号的未压縮分量的单元； 用于对所述未压縮分量执行去相关变换以提供多个系数的单元；以及用于将每个剩余系数映射到传输符号上的单元；以及 用于经由通信链路发送符号流的单元，所述符号流至少包括所述 传输符号；以及接收机，用于经由通信链路从所述发射机接收所述符号流，并且从所 述符号流重建所述多个系数；其中，所述发射机和所述接收机提供对所述高清晰视频信号的基本上 无延迟的传输。
52. 如权利要求51所述的系统，所述通信链路包括无线链路和有线链 路中的任一种链路。
53. 如权利要求51所述的系统，进一步包括用于去除所述变换的系数中的一部分的单元，所述用于去除所述变换 的系数中的一部分的单元在不依赖于所述高清晰视频信号的先前帧的情况 下执行所述去除。
54. 如权利要求53所述的系统，所述发射机和所述接收机包括用于 实现对所述高清晰视频信号的低缓冲的发送和接收的单元。
55. 如权利要求51所述的系统，所述传输符号包括正交频分复用 (OFDM)传输方案的符号。
56. 如权利要求51所述的系统，所述发射机进一步包括 用于经由多路输入多路输出MIMO链路发送包含所述高清晰视频信号的数据的单元。
57. 如权利要求56所述的系统，所述接收机进一步包括 用于从多路输入多路输出MIMO链路接收包含所述高清晰视频信号的数据的单元。
58. 如权利要求51所述的系统，进一步包括 用于生成额外导频的单元；以及 用于接收所述额外导频的单元；其中，至少一个所述额外导频包含从执行所述去相关变换中舍弃的最 高有效位的数字值。
59. 如权利要求51所述的系统，所述用于映射的单元进一步包括 用于将所述多个系数分离成包含表示低频的系数的第一组和包含表示高频的系数的第二组的单元。
60. 如权利要求59所述的系统，进一步包括 量化单元，用于从所述第一组生成粗略值。
61. 如权利要求60所述的系统，进一步包括 用于将粗略值映射到符号的多个星座点之一上的单元。
62. 如权利要求61所述的系统，进一步包括 用于生成除标准导频信号之外的额外导频信号的单元；以及 用于使用至少一个所述额外导频信号来发送所述粗略值之一的单元。
63. 如权利要求59所述的系统，进一步包括 用于从所述第一组生成量化误差值的单元；用于将所述量化误差值和所述表示高频的系数表示为符号的多个复数 值的单元，其中，每个复数值包括第一值和第二值两者，所述第一值和第 二值都来自所述量化误差值和所述表示高频的系数，其中，所述第一值被 表示为复数值的实部，所述第二值被表示为所述复数值的虚部。
64. —种基于符号的传输方法，至少包括以下步骤 接收数据采样的输入流；以及基于与所述输入流的至少一部分相对应的采样值，生成位于精细表示 的星座中的第一符号。
65. 如权利要求64所述的方法，其中，所述输入流包括高重要性部分 和低重要性部分。
66. 如权利要求65所述的方法，进一步包括基于所述输入流的至少一部分，生成位于粗略表示的星座中的第二符号。
67. 如权利要求66所述的方法，其中，所述生成第二符号的步骤包括 步骤将所述输入流的所述高重要性部分量化为粗略值；以及 将粗略值映射到所述第二符号上。
68. 如权利要求67所述的方法，进一步包括步骤将由所述量化所述输入流的高重要性部分的步骤所产生的量化误差值 映射到所述第一符号上。
69. 如权利要求65所述的方法，进一步包括步骤将所述输入流的低重要性部分映射到所述第一符号上。
70. 如权利要求64所述的方法，所述生成所述第一符号的步骤包括步骤将第一值映射到复数的实值上； 将第二值映射到所述复数的虚值上。
71. 如权利要求70所述的方法，进一步包括步骤根据以下任何一个提供所述第一值的内容所述输入流的至少一部分 和所述输入流的经量化的高重要性部分的量化误差值；以及根据以下之一提供所述第二值的内容所述输入流的所述至少一部分，所述输入流的经量化的高重要性部分的量化误差值。
72. 如权利要求70所述的方法，进一步包括步骤在低传输质量的子信道上发送所述第一符号。
73. 如权利要求64所述的方法，进一步包括步骤对所述输入流的至少一部分执行非线性映射。
74. 如权利要求64所述的方法，进一步包括步骤将通过对所述输入流的至少一部分执行所述非线性映射而得到的结果 的能量，调整为在所述非线性映射之前所述输入流的所述部分的能量。
75. 如权利要求64所述的方法，进一步包括步骤经由无线链路和有线链路中的任一种链路发送所述符号。
76. 如权利要求75所述的方法，所述传输是经由包括多路输入多路输 出链路的无线链路的。
77. 如权利要求64所述的方法，其中，所述符号包括OFDM符号。
78. 如权利要求64所述的方法，进一步包括步骤-生成多个导频符号。
79. 如权利要求78所述的方法，进一步包括步骤 至少生成额外导频符号，用以传输高重要性的值。
80. 如权利要求64所述的方法，其中，所述输入流与视频帧变换的系 数相对应。
81. 如权利要求80所述的方法，其中，所述系数与视频帧的亮度分量 和所述视频帧的色度分量中任何一个的去相关变换相对应。
82. 如权利要求80所述的方法，其中，所述低重要性部分与视频帧的 系数的量化误差值和对应于高频的系数中任一个相对应。
83. —种正交频分复用(OFDM)通信系统，包括 用于接收数据值的单元，所述数据值按重要性分等级； 用于将不是高重要性数据值的数据值映射为精细OFDM符号星座的虚值与实值的对的单元；以及用于将OFDM符号映射到传输信道的子信道上的单元。
84. 如权利要求83所述的OFDM通信系统，进一步包括 用于将所述高重要性数据值的量化值作为粗略表示直接映射到OFDM符号上的单元；以及用于将所述高重要性数据的所述量化值的量化误差值映射为精细 OFDM符号星座的虚值与实值的对的单元。
85. 如权利要求83所述的OFDM通信系统，进一步包括用于经由最低质量的子信道发送与最低等级的数据值相对应的OFDM 符号的单元。
86. 如权利要求83所述的OFDM通信系统，进一步包括 用于经由无线链路和有线链路中的任一种链路发送所述OFDM符号的单元。
87. 如权利要求86所述的OFDM通信系统，所述无线链路包括多路输 入多路输出链路。
88. 如权利要求83所述的OFDM通信系统，进一步包括 用于至少生成额外导频符号用以传输所述粗略表示的单元。
89. 如权利要求83所述的OFDM通信系统，进一步包括 用于对至少所述数据值的一部分进行压縮扩展的单元。
90. 如权利要求83所述的OFDM通信系统，进一步包括 用于对至少所述数据值的一部分进行非线性映射的单元。
91. 如权利要求83所述的OFDM通信系统，进一步包括-用于在低传输质量的子信道上发送精细OFDM符号的单元。
92. 如权利要求83所述的OFDM通信系统，其中，所述数据值与视频 帧变换的系数相对应。
93. 如权利要求92所述的OFDM通信系统，其中，所述系数与视频帧 的亮度分量和所述视频帧的色度分量的去相关变换相对应。
94. 如权利要求92所述的OFDM通信系统，其中，所述低重要性部分 与视频帧的系数的量化误差值以及对应于高频的系数中任一个相对应。
95. 如权利要求92所述的OFDM通信系统，其中，视频帧变换的所述 系数的所述低重要性数据值与DC和近DC系数相对应。
96. 如权利要求91所述的OFDM通信系统，其中，作为视频帧变换的 系数而言重要性不高的数据值与高频系数相对应。
全文摘要
一种用于未压缩HDTV视频的无线传输的装置和方法，克服了经由无线链路发送大量信息的困难。这是通过将视频分量的变换系数直接映射到诸如OFDM符号之类的通信符号上来实现的。使用例如QPSK或QAM以粗略表示的方式来发送重要变换系数的主要部分，例如表示每个视频分量较低频率的系数的MSB，尤其是较低频率成分的量化值。将表示视频分量较高频率的系数以及较低频率成分的量化误差值或者其一些可能的非线性变换，作为复数的实部和虚部对来发送，其中该复数包括在精细粒度星座中的点。本发明还提供了一种对发射机和接收机对的低延迟和低缓冲的实现。
文档编号H04B1/66GK101536329SQ200680048149
公开日2009年9月16日 申请日期2006年10月23日 优先权日2005年10月21日
发明者M·费德, N·埃尔纳坦, S·弗罗因德利希, Z·雷兹尼克 申请人:阿密蒙有限公司