专利名称：正交调幅信号编码/解码系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及对加到正交调幅器(QAM)的信息数据比特流进行编码的编码器。特别是，本发明涉及可以应用于一个高清晰度电视系统的这样一个编码器及相关的解码器。
现已提出将用于标准(NTSC)模拟模式和高清晰度电视(HDTV)数字模式二者的6MHz通道带宽的电视信号同时广播。该HDTV模式要求(1)将电视数据处理成数据压缩形式以便适于在一个标准6MHz通道之内，和(2)将HDTV模式选择为对在相同通道上进行同时广播的一个NTSC模式信号干扰最小作为一个HDTV模式信号。设计成应用QAM并满足前述两项要求的、用来进行同时广播的一个HDTV发射机和接收机系统公开于共同未决美国专利申请07/650，329，该专利申请是1991年2月4日申请的，并与本专利申请一样转让给相同的受让人。
在这种已公开的HDTV系统中，在发射机中，数字QAM通道信号在通过空中发射到接收机之前转换成模拟形式，而在接收机中又转换回数字形式。这是因为诸如噪声，误差等传输因数可能产生从而使所接收的QAM信号不能准确地与所发射的QAM信号相符。
本发明涉及对一个QAM信号进行编码的设备，以便根据所检测的、在多数情况下在接收机中进行校正的允许传输误差，提供一个高抗误差度。这种编码的技术可以有利地应用于一个HDTV系统。
根据本发明的抗误差编码方案在由I、Q正交轴确定的一个平面内的2n-1+1和2n点之间提供一给定的旋转对称构象，此处n是一个至少为4的整数。该构象被分成第一和第二分离的、可识别的分段(Partition)，其安排是使得在I，Q平面中与第一分段的任何构象点距离最近的那些构象点属于第二分段，而与第二分段的任何构象点距离最近的那些构象点属于第一分段。
更准确地说，本发明涉及一种对包含数字装置的视频信号发射机设备的编码器进行编码的改进方案，所说数字装置包括一个正交调幅器(QAM)以及为此的编码器。该QAM响应于由编码器根据一个n-比特数据段码选择的特定点，在I，Q平面的2n-1+1和2n点之间的一个给定的旋转对称构象中得到任何特定点，此处n是一个其值至少为4的整数。编码器将一个具有唯一二进制值的n-比特数据段分配给构象中的每个特定点，其中n-比特数据段包括(1)2个相位比特，用于根据由该2个相位比特确定的4个二进制值的不同值，识别分别位于I，Q平面的四象限中每一个内的2n-1+1和2n-2构象点之间的四个旋转对称组中的每一个，和(2)n-2个不变量比特，用于根据由该n-2个不变量比特确定的不同的二进制值，识别在一个旋转对称组中的每个构象点，从而使其不受由该构象的旋转所产生的影响。
由本发明的编码方案提供的比特分配是这样的，即构象点被分成第一和第二单独的分段，其安排是使得在I，Q平面中与第一分段的任何构象点最近的构象点属于第二分段，而在I，Q平面中与第二分段的任何构象点最近的构象点属于第一分段。第一和第二分段由属于具有确定的二进制值的第一分段的所有n-比特数据段，以及属于具有与该确定的二进制值相反的一个二进制值的第二分段的所有n-比特数据段中的最低有效相位比特相互识别。
在一个QAM接收机中的解码器包括根据一个给定程序进行解码的数字装置，而不管接收机连续接收的在I，Q平面中的第一和第二构象点的第一对是第一分段构象点，或者相反，是第二分段构象点。
图1表示一个HDTV系统的6MHz通道带宽频谱。
图2是由一个HDTV系统使用的QAM发射机框图。
图3是由一个HDTV系统使用的QAM接收机框图。
图4a说明由图2所示的QAM发射机的编码器使用的16点构象点的比特分配。
图4b说明一种方法，其中作为一个输入加到图2所示的QAM发射机的编码器的正在进行的信息数据比特流被分成相继的4比特数据组，用以选择被相继发射的图4a16点构象的特定点。
图5a和5b说明一种方法是，由图2所示的QAM发射机的改型编码器使用的一个32点QAM构象的比特分配，按照本发明的编码原理被安排成16构象点的各个分离的第一和第二分段。
图5c说明一种方法，其中作为一个输入加到图2所示的QAM发射机的改型编码器的信息数据比特流，按照本发明的编码原理被分成相继的9比特数据组，用以选择被相继发射的图5a和5b32点构象的一对连续点。
参看图1，其中示出了由申请号为07/650，329的前述美国专利申请中提出的HDTV系统所使用的、相对于带外基准频率的一个TV通道的6MHz带宽频谱。如图所示，该6MHz带宽包括一个中心位于基准频率0.96MHz上的较高幅度抑制的窄带QAM分量，该分量用于输送低频视频，音频和同步信息(即高优先信息)。一个中心位于基准频率的3.84MHz上的较低幅度抑制宽带QAM分量用于输送高频视频(即低优选信息)。正如以下将详细进行讨论的，一个正在进行的每秒3.84兆比特(Mbps)数据流的每个连续4比特数据组用于从窄带QAM分量所用的一个第一同相(I)，正交(Q)平面中的16个预定点的构象中选择一个。以相同的方式，一个正在进行的每秒15.36兆比特(Mbps)数据流的每个连续4比特数据组用于从宽带QAM分量所用的一个第二同相(I)，正交(Q)平面中的16个预定点的构象中选择一个。
图2是公开于前述第07/650，329专利申请中建议的HDTV系统采用的发射机框图。图2示出用于产生具有如图1所示幅-频频谱的一个双QAM信号的电视发射机设备。从数据源10和30以与标准NTSC通道的6MHz带宽兼容的时轴压缩数字模式提供高优先和低优先HDTV数据。为此，数据源10和30包含有数字数据压缩和编码设备，例如包括霍夫曼编码，扫描宽度编码，量化及离散余弦变换网络的设备。
从数据源10输出的信号加到一个编码器12，该编码器12作为用于从数据源10接收的连续比特流信号的比特变换器。编码器12将来自数据源10的信号分裂成顺序的4比特(符号)数据组。利用一个查寻表与占据每个象限指定区域的四个4比特值一起，将一个16值，4比特数据组变换为一个四象限信号构象。图4a图解说明了相对于具有实(I)和虚(Q)象限轴的一个四象限栅格的16比特QAM信号构象所用的这样一种比特分配。这种变换的比特数据段出现于编码器12的I和Q输出端(例如，在I输出端出现第一个两比特，而在Q输出端出现下一个两比特)。下一个值，即4比特数据组类似地进行变换。为了使一个接收机对于一个所接收的信号构象的相位旋转不敏感，则在发射机使用一种差分的编码形式，从而每个四比特数据段的第一个两比特是相位比特，该相位比特选择一个特定的四比特数据段所处的构象象限。而最后两比特为不变量比特，对于四个象限的每个象限来说它们都是相同的，并用于选择由相位比特选定的那个象限中的特定点。编码器32以相同的方式对从低优先数据源30接收的信号进行操作。
从编码器12和32输出的信号加到传统设计的各QAM调制器14和34。来自调制器14的一个窄带QAM输出信号在通过一个1.5MHz水平低通滤波器16加到一个加法组合器18的一个输入端之前，由一个数/模变换器15变换为模拟形式。滤波器16除去不希望的高频分量，该高频分量包括由窄带通路中的在先数字处理和数/模变换电路产生的谐波。来自调制器34的一个宽带QAM输出信号在通过一个6.0MHz水平低通滤波器36和一个衰减器38加到组合器18的另一个输入端之前，由一个数/模变换器35变换为模拟形式。滤波器36基本与滤波器16用于相同的目的。衰减器38倍乘宽带QAM分量的幅度，以便使之比高优先窄带QAM分量的幅度低-6db，如图1所示。在组合器18的输出端产生一个复合双QAM信号。这个双QAM信号在调制器(混频器)20中乘以基准信号REF以在调制器20的输出端产生用较高和较低双QAM边带调制的信号REF双边带。6MHzTV通道带通滤波器22排除低边带，但保留了用于通过包括天线25的设备进行传输的高边带(图1)。
QAM调制器14包含相同的平方根上升余弦、有限冲激响应(FIR)数字滤波器41和42，这两个数字滤波器分别从编码器12接收I和Q输出信号。滤波器41位于一个通常的同相位通路中并标作一个“I”相位滤波器，而滤波器42位于一个通常的正交相位通路中并标作“Q”相位滤波器。滤波器41和42具有示于图1的窄带和宽带QAM分量的非线性带边过滤区域的形状。从滤波器41和42输出的信号分别在乘法器44和45中用余弦和正弦基准信号进行调制。信号源46提供的信号如以每个周期四个90°间隔，即90°，180°，270°和360°产生正弦和余弦值的一个查寻表。正弦和余弦基准信号对应于在0.96MHz即3.84Mbps/4频率处的窄带QAM抑制的正交载波。从乘法器44和45输出的正交调相输出信号由加法器48进行组合以产生高优先窄带QAM信号。宽带QAM调制器34的构成与操作类似于调制器14，只是有关的正弦和余弦正交载波信号频率为3.84MHz。
利用2的补码的8比特数字信号处理的图2所示系统的定时是由数字数据时钟信号控制的，该数字数据时钟信号由响应于系统时钟发生器55产生的主时钟信号的频率合成器52和54提供。来自合成器52的一个15.36MHz时钟信号作为数据源30、编码器32和宽带QAM调制器34的数据时钟。时钟CLK由一个四分频器58将频率分成3.84MHz之后也用作数据源10、编码器12和窄带QAM调制器14的数据时钟，这是由于窄带数据的数据率(3.84Mbps)是宽带数据的数据率(15.36Mbps)的四分之一。合成器54提供一个基准信号REF，用于将复合双QAM信号通过混频器20转换成电视频带信号。
虽然使用抑制的载波使能量节约并阻止了在一个显示图象中的一定类型的干扰，但该窄带和宽带QAM载波不需要抑制。小幅度非抑制载波可用来提供改进的符号率时钟恢复。以非对称边带调制的QAM载波也是可能的。
参看图3，其中示出了由公开于前述的美国专利申请07/650，329中建议的HDTV系统采用的接收机框图。如图所示，图3表示电视接收机设备，其中由天线110接收的一个广播双QAM信号与一个基准信号REF一起加到一个混频器112，该基准信号REF通常具有发射机所用的信号REF的频率。从混频器112输出的一个信号包括和及差分量。较高频率的和分量由一个低通滤波器114滤除，该低通滤波器使差分量通过并到达一个模/数变换器116。通过的差分量呈现出图1所示的复合调制频率频谱，即具有中心大致在0.96MHz的窄带QAM调制频谱，和中心大致在3.84MHz的宽带QAM调制频谱。来自单元116的数字取样输出信号加到解调器118，解调器118与其后相连的单元120，122，124，126和128一起形成一个窄带QAM信号处理器。
解调器118包括多个输入FIR滤波器，用以选通窄带QAM分量，而滤除宽带QAM分量。具体讲，窄带QAM解调器118包括一个滤波器，该滤波器具有一个基本与图1所示的已调窄带QAM分量的幅一频特性曲线的形状相符的幅一频响应特性曲线。在一个包括单元119，121，123，125，127和129的宽带QAM信号处理网络中的解调器119有选择地通过宽带QAM分量，而滤除窄带QAM分量。宽带QAM解调器119包括一个滤波器，该滤波器具有一个基本与图1所示的已调宽带QAM分量的幅-频特性曲线形状相符的响应。因此，该接收机系统在与标准清晰度电视信号中的高能量信息相关的频率处呈现出信号衰减陷波。宽带QAM处理器的单元与将要在下面进行讨论的窄带处理器的对应标号的单元类似，只是解调器118和119的特性曲线与上面提到的不同。解调器118和119执行与发射机(图2)中的调制器14和34所执行的操作的逆操作。
传统设计的自适应均衡器120从解调器118中接收已解调的正交相位I和Q分量。均衡器120利用一个自适应数字FIR滤波器对由传输通道产生的包括如重影的幅度和相位不规则性进行补偿。从单元120输出的均衡器I和Q信号加到产生输出I，Q分量的一个估算器网络126，该输出I，Q分量代表现与发射的I和Q分量值非常相象的估算。例如，在估算器126输出端的I和Q分量的值在需要对传输过程中带来的噪音失真影响进行补偿时被校正。估算器126基本执行一个对取样分配值的翻译功能，由于诸如噪音的影响，这些取样不能精确地固定于在16点四象限信号构象中的给定位置。从估算器126输出的信号加到一个解码器122，该解码器122基本呈现一个在发射机中的编码器所执行的变换操作的逆操作。利用查寻表将四象限信号构象“上变换”成顺序的4比特(符号)分段，该4比特分段为二进制数字形式，在发射机中由单元12(图2)编码之前就存在于发射机中。
一个误差检测器124监测估算器126的I，Q输入和输出信号，用以产生一个具有幅度正比于估算器126的I，Q输入和输出信号之间的相位误差的输出信号。该相位误差可能由于噪音影响所致，在该情况下相位误差实际上将是随机的。该相位误差也可能由于信号REF的频率基本不等于发射机中所用的对应信号REF的频率所致，在该情况下相位误差实际上将不是随机的。从误差检测器124输出的ERROR信号主要用于对偏离一个所期望值的信号REF频率进行补偿，所期望的值即在发射机中的对应信号REF的频率值。尤其是，该ERROR信号加到一个也包括一个低通滤波器的压控振荡器(VCO)网络128，用于修正加到正交解调器上的正交调相正弦和余弦基准信号的值。已修正的正弦和余弦基准信号改变着解调过程，直到从检测器124的输出信号表示的误差幅度显示出信号REF从所希望的值的任何频率偏移都已进行了补偿为止。与单元128相关的低通滤波器滤除该ERROR信号，以便来自VCO128的基准信号值以及解调器118借此的操作都响应于诸如所述的频率偏移的一个非随机性质的误差而进行调整，而且不被诸如噪音的随机影响所影响。包括宽带QAM处理器的单元119，121，127，123和129的控制环路以与上面所讨论的窄带QAM处理器的单元118，120，126，124和128相同的方式进行操作。涉及包括有估算器126、检测器124、VCO128和解调器118类型的一个控制环路操作的附加信息可以在Lee和Messerschmitt的“数字通信”正文中找到(KluwerAcademicPublishers，Boston，MA，USA，1988)。
一个直接数字频率合成器126响应于来自系统时钟发生器130的一个主时钟信号产生一个时钟信号CLK，系统时钟发生器130也向频率合成器135提供一个时钟信号，用以获得混频器基准信号REF。信号REF的频率通常与发射机中使用的信号REF一致。信号REF的频率从所希望的频率的任何偏移都按如上所述予以补偿。从信号源126输出的信号CLK是时钟信号，用于宽带处理器的单元119，121，125和127。窄带处理器处理一个具有宽带信号四分之一带宽的信号。因此，窄带处理器单元与具有时钟信号CLK四分之一频率的一个时钟信号CLK/4响应，时钟信号CLK/4由分频器136提供。接收机中的时钟信号CLK的频率与发射机(图2)中采用的时钟信号CLK的频率相符。通过从包含在更可靠地接收的高能量窄带QAM分量中的信息获得接收机时钟信号，使得确立合适的接收机时钟频率变得更为方便。特别地，将LPF114输出的复合QAM信号加到一个非线性信号发生器133，例如一个N次方幂发生器，此处N可以是2或4。单元133以窄带QAM分量的符号率产生一个单一频率分量。在这种情况下，该符号率是0.96MHz，即比特率的四分之一。单元133也以低能量宽带QAM分量的符号率产生一个高衰减的输出信号，其输出信号被随后的信号处理单元略去。相位检测器137响应于从单元133来的0.96MHz输出分量，并与一个低通滤波器138，合成器126和16分频器139一起共同形成一个锁相环。滤波器138除去包括由非线性信号发生器133的操作而产生的噪音的寄生频率。分频器139接收来自合成器126的一个15.36MHz信号，并向相位检测器137的一个控制输入端提供一个0.96MHz输出信号。合成器126包括一个寄存器，该寄存器以来自时钟发生器130的信号频率确定的速率累积由滤波器138加到单元126的一个控制输入端的信号所确定的相位增量。该累积的相位值对一个ROM寻址，该ROM包含合成来自单元126输出信号的正弦值。单元126的功能可以由商业化应用的Q2334型集成电路(由QualcommCorporationofSanDiego，California制造)实现。
信号处理器140组合来自解码器122的已解调高优先数据信号和来自解码器125的已解调低优先数据信号。处理器140可以包括诸如霍夫曼解码器和反量化器的数据去压缩网络，误差校正网络，以及多路分解和信号组合网络，以提供分离的音频和视频电视信号分量。音频分量在加到声音再生装置146之前由一个音频信号处理器142进行处理。视频分量由单元144进行处理以产生加到图象显示装置148的一个图象显示信号。
由本发明设想的HDTV发射机的QAM编码器采用一个32点构象(如图5a所示)，而不是图2所示的HDTV发射机的QAM编码器12所采用的16点构象(如图4a所示)，以便显著地增加接收机检测和校正发射机误差的能力。在另一方面，由本发明设想的发射机基本类似于图2所示的上述发射机。但是，在对32点构象(如图5a所示)进行比特分配采用的原理与对16点构象(如图4a所示)进行比特分配采用的原理是完全不同的。
如上所述，图4a的16点构象采用的比特分配原理使一个接收机对所接收的信号构象的相位旋转不敏感。特别地，如图4a所示，由16点标示的4比特数据段的每一个中的2个最有效比特(相位比特)确定的4个二进制值的每一个值确定I，Q平面的4个象限中的一个不同的象限。因此，将I，Q平面旋转90°，180°或270°将相应地改变4个象限的位置。然而，如图4a所示，由16点标示的4比特数据段的每一个中的2个最低有效比特(不变量比特)确定的4个二进制值的每一个值，确定一组4构象点中的一组不同的构象点，该4构象点对4象限的每一个都是相同的。另外，4组构象点的每一组的不变量比特的二进制值进行对称安排，以便他们在与I，Q平面旋转90°，180°或270°响应的一个象限中的相对位置不发生变化。因此，这就是用于区别4象限中的每一个的相位比特分配，用于使所接收的信号构象对相位旋转90°，180°或270°不敏感。
通过利用包括2个相位比特和3个不变量比特的5比特数据段能够将所应用的比特分配原理扩展到32点构象是清楚的。在这种情况下，2个相位比特仍将用作区别4个象限的每一个，而3个不变量比特的8个二进制值的每一个将确定一组8构象点中的不同的一组构象点，该8构象点对4个象限的每一个都是相同的。
传输噪音及其它现象可能使所接收的I，Q平面中的构象点的I和Q值从与所发射的I，Q平面中的构象点相对应的I和Q值有些偏离，从而引入误差。正由于这个原因，如图3所示的上述HDTV接收机包括对于解调器118的输出信号进行误差校正的单元120，124，126和128。在接收机中的这种误差校正单元是在以下假定情况下操作的，该假定情况是在I，Q平面中具有与所接收的构象点的I，Q值最接近的I，Q值的16构象点中的特定的一个点是对应于所发射的构象点中的一个点。然而，若传输噪音将足以使所接收的图4a的16构象点中的构象点I，Q值最接近于正确的对应于所发射的构象点相邻的构象点的I，Q值，而不是正确的、对应于所发射的构象点本身的I，Q值，则用于解调器118的诸如单元120，124，126和128等误差校正装置将不能校正此类误差。
通过对图5a和5b所示的32点构象使用一种新颖的比特分配，本发明使得足以使所接收的I，Q平面中的构象I和Q值最接近于和所发射的构象点对应的相邻构象点I和Q值的传输误差校正成为可能。
图5a和5b表示出在I，Q平面中包括有32点的一个构象，I，Q平面安排在由一个在-3和+3之间的I值和一个在-3和+3之间的Q值的阵列限定的一个6×6方形格栅中。没有构象点占据该方形格栅的四个角的I，Q点+3，+3;+3，-3;-3，-3和-3，+3。图5a和5b的32点构象被分成16分段A构象点(由图5a中的白圈表示)和16分段B构象点(由图5a中的黑点表示)。该32点构象的每个分离点由包括2个相位比特和3个不变量比特的一个唯一的5比特数据段确定，其中，其中，属于分段A的所有16构象点的较低有效相位比特(每个5比特数据左边第二比特)具有二进制值0，而属于分段B的所有16构象点的较低有效相位比特具有二进制值1。如图5b所示，分段A和B的相应构象点被安排在相间的对象线上，以便使I，Q平面中距离最接近于A分段的任意构象点的那些构象点属于B分段，而在I，Q平面中距离最接近于B分段的任意构象点的那些构象点属于A分段。以这种方式，在I，Q平面中两个相邻的A分段构象点间的距离和在I，Q平面中两个相邻的B分段构象点间的距离都是最大的。
现在参看图4b，它表示的方法是一个正在进行的信息比特数据流的每个连续的4比特数据组作为一个输入相继地加到图2的发射机编码器12，而图5C表示的方法是一个正在进行的信息比特数据流的每个连续的9比特数据作为一个输入相继地加到使用本发明的编码方案的发射机编码器。
在图4b中所示的是一个正在进行的数据比特流的一对连续的数据组，分别标示为4比特数据组1和4比特数据组2。采用差分编码的图2中的编码器12响应于包括数据组1和2中的每一个数据组的2△相位比特和2个不变量比特，用以选择图4a和16点构象的4比特数据段之一，图4a与由QAM发射的构象点相关。更确切地说，与每个4比特数据组相关的信息确定4比特数据段间的I，Q平面中的I，Q矢量距离。4比特数据段与由QAM在先发射的构象点和当前所发射的构象点有关。编码器12包括有合适的存贮装置，查寻表和能够将数据组的2△相位比特及2不变量比特相加的模4相加装置，数据组与发射到与存贮的4比特数据段相关的当前构象点有关，而4比特数据段与在先发射的构象点有关，从而选择出与所发射的当前构象点有关的4比特数据段。图3中的接收机的解码器122利用模4减法装置，用于从与当前所接收的构象点有关的4比特数据段中减去与在先接收的构象点有关的已存贮4比特数据段，以在接收机中恢复正在进行的数据比特流的2△相位比特和2个不变量比特。
从上述的图4b的差分编码方案中可以明白，与数据比特流中的每个连续数据组有关的信息完全相互独立。因此，这种编码方案没有提供在接收机中检测或校正一个传输误差的方法，在传输误差中，噪音使一个所接收的I，Q平面中的I，Q点对于在邻近所发射的构象点的16点构象中的一个点比对于所发射的构象点本身更接近。
本发明的一个发射机编码器响应于一个正在进行的数据比特流的9比特数据组的每一个连续对，连续对分别标示为9比特A1和A2数据组及9比特B1和B2数据组。这个也采用差分编码方法的编码器通常与图2的编码器12和32类似，但在某些的细节方面不同。特别地，本发明的编码器利用三个A1不变量比特，并与三个△相位比特中的第一和第三比特一起来选择与特定的A分段构象点有关的5比特数据段，如图5a所示，该A分段构象点是被第一发射的。然后，该编码器利用三个A2不变量比特，并与三个△相位比特中的第二和第三比特一起来选择与被第二发送的特定的A分段构象点相关的5比特数据段。三个△相位比特中的第一和第二比特分别对应于与第一和第二发射的A分段构象点有关的5比特数据段的较高有效相位比特，而三个△相位比特中的第三个比特对应于与第一和第二发射的A分段构象点都有关的5比特数据段的较低有效相位比特。因此，与第一和第二发射的A分段构象点都有关的三个△相位比特中的第三个比特具有二进制值0。
以类似的方法，本发明的编码器利用三个B1不变量比特，并与三个△相位中的第一和第三比特一起共同来选择与特定的B分段构象点有关的5比特数据段，该B分段构象点是被第三发射的。然后，该编码器利用三个B2不变量比特，并与三个△相位比特中的第二和第三比特一起共同来选择与B分段构象点有关的特定的5比特数据段，该B分段构象点是被第四发射的。三个△相位比特的第一和第二比特分别对应于与第三和第四发射的B分段构象点有关的5比特数据段的较高有效相位比特，而三个△相位比特中的第三个比特对应于与第三和第四发射的B分段构象点都有关的5比特数据段的较低有效相位比特。因此，与第三和第四发射的B分段构象点都有关的三个△相位比特中的第三个比特具有一个二进制值1。
从前边对图5C的描述将明白，示于图5a和5b的32点构象中的选定的分段A和分段B构象点的正在进行传输的冗余序列是系列…A，A，B，B，A，A，B，B，A，A，B…，这个在接收机中就事先已知的正在进行的传输冗余序列使得在接收机中的QAM解码器对以下情况成为可能，即(1)开始使接收机与发射机同步，(2)在误差可能发生之后检测和校正传输误差。
假设接收机开始时没有办法知道以下情况，即相继接收的传输中的每一个所接收的传输是否为第一，第二，第三或第四发射的传输，另外还假设以下情况，即由于传输噪音，所接收的I，Q平面中的传输值与所有的32构象点都不同。那么，问题是要在接收机中确定两个连续传输的任何给定对的第一传输更可能是一个A分段传输或都更可能是一个B分段传输。接收机内的解码器按照以下的分步过程做出这个决定，它可以以一个微处理器程序的形式实现。
1.将最近的分段A构象点的I和Q值找到并存贮到给定对的第一接收的传输中的I，Q平面内接收点的I和Q值上。然后将互连该接收点矢量的I和Q距离及相位值进行计算并存贮到最近的分段A构象点。
2.将最近的分段B构象点的I和Q值找到并存贮到给定对的第一接收传输中的I，Q平面内接收点的I和Q值上。然后将互连该接收点矢量的I和Q距离及相位值进行计算并存贮到最近的分段B构象点。
3.将最近的分段A构象点的I和Q值找到并存贮到给定对的第二接收传输中的I，Q平面内接收点的I和Q值上。然后将互连该接收点矢量的I和Q距离及相位值进行计算并存贮到最近的分段A构象点。
4.将最近的分段B构象点的I和Q值找到并存贮到给定对的第二接收传输中的I，Q平面内接收点的I和Q值上。然后将互连该接收点矢量的I和Q距离及相位值进行计算并存贮到最近的分段B构象点。
5.计算在步骤1和3中得到的分段A矢量的矢量和。
6.计算在步骤2和4中得到的分段B矢量的矢量和。
7.如果分段A矢量和小于分段B矢量和，则给定对的第一接收的传输分段就是分段A;如果分段A矢量和大于分段B矢量和，则给定对的第一接收的传输分段就是分段B。
将这个程序加到连续的初始传输的每个相继对上，就将确定所接收的传输系列是否构成一系列重复的AABB数据组;重复的ABBA数据组;重复的BBAA数据组或重复的BAAB数据组。如果该重复的数据组不是AABB数据组(它表示正确的同步)，则所接收的系列可以被跳过从而获得(或者，若已失去同步，重新获得)正确的同步。显然，在所接收的传输系列的事先已知的序列中的任何中断都表示在一个给定传输中的传输误差，它将在确定这个给定传输中发射的特定构象点中被略去。
在图4b所示的，利用两个连续的4比特数据组(即总数为8比特)，可以发射的不同对构象点的总数是28，即256。在图5c中所示的，利用一个单一的9比特A1和A2数据组或者一个单一的9比特B1和B2数据组可以发射的不同对构象点的总数也是28，即256。然而，在本发明的编码方案中该一个附加比特的应用提供了具有一个大量抗传输误差的QAM发射机和接收机。
本发明的原理并不局限于由两个B分段构象点跟随着两个A分段构象点的重复系列的传输，而可以扩展到由三个或更多B分段构象点跟随着三个或更多A分段构象点的重复系列。另外，本发明的原理也不局限于图5a和5b所示的32点构象，而可以扩展到包括有2n-1+1和2n之间的构象点的其它的旋转对称构象，此处n是一个具有至少为4的值的整数。然而，在所有的情况中，最低有效相位比特的二进制值被用于在属于A分段的构象点和属于B分段的构象点之间进行区别。
权利要求
1.用于一个QAM发射机系统的抗传输误差编码设备，其特征在于装置(12)用于提供在由I和Q正交轴限定的平面中的2n-1+1和2n点间的一个旋转对称构象，此处n是一个值至少为4的整数；和装置(12)用于将所说的构象分成第一和第二分段，其安排是使得在所说的I，Q平面中距离所说的第一分段的任何构象点最近的那些构象点属于所说的第二分段，而在所说的I，Q平面中距离所说的第二分段的任何构象点最近的那些构象点属于所说的第一分段。
2.在一个视频信号处理系统中，编码器设备，其特征在于装置(10)用于提供一个表示视频数据的符号比特流，所说的每一个符号表示多个比特;和调制装置(14)响应于所说的符号比特流，用以产生用所说的符号调制的一个载波正交调幅(QAM)，所说的符号被分配到一个格栅状构象的规定位置上的对应点，该格栅状构象位于由正交的I，Q轴确定的一个平面中;其中所说的构象被分成(12)第一和第二分离的分段，其安排是(a)距离所说的第一分段的某个点最近的那些点属于所说的第二分段，和(b)距离所说的第二分段的某个点最近的那些点属于第一分段。
3.按照权利要求2的设备，其特征在于一个具有唯一的二进制值的n比特数据段被分配到所说的构象的每个特定点;所说的n比特数据段包括(1)相位比特，用于识别四组旋转对称构象点中的每一组，其每组构象点分别位于所说平面的四象限中的每个象限，和(2)不变量比特，用于识别一个旋转对称组中的所说构象点的每个点;和利用属于具有一个确定二进制值的第一分段的所有n-比特数据段，和属于具有一个与所说确定的二进制值相反的二进制值的第二分段的所有n-比特数据段的最低有效相位比特，所说的第一和第二分段可以相互识别。
4.按照权利要求3的设备，其特征在于每个所说的n比特数据段包括两个相位比特和n-2个不变量比特。
5.按照权利要求4的设备，其特征在于n是一个值至少为4的整数。
6.按照权利要求2的设备，其特征在于所说的第一和第二分段是交替的并呈现一个相对于所说轴的对角线形取向。
7.按照权利要求2的设备，其特征在于n具有一个值为5，而且所说的构象在所说平面中包括32个点。
8.按照权利要求2的设备，其特征在于所说的调制装置响应于由编码器根据一个n-比特数据码选择的特定点，在同相(I)，正交(Q)平面中的2n-1+1和2n点之间的一个给定旋转对称构象中获得任何特定点，此处n-是一个值至少为4的整数;其中所说的编码器将一个具有唯一二进制值的n-比特数据段分配给所说的构象中的每个特定点，所说的n-比特数据段包括(1)二个相位比特，用于根据由该两个相位比特确定的四个二进制值的不同值，识别分别位于所说的I，Q平面的四个象限中每一个内的2n-3+1和2n-2构象点之间的四个旋转对称组中的每一个，和(2)n-2个不变量比特，用于根据由该n-2个不变量比特确定的二进制值的不同值，识别在一个旋转对称组中的每个构象点，从而提供对该构象的旋转的不灵敏性;而且其中该编码器比特分配是这样的，即所说的构象点被分成第一和第二分离的分段，其安排是使得在所说的I，Q平面中距离所说的第一分段的任何构象点最近的构象点属于所说的第二分段，而在所说的I，Q平面中距离所说的第二分段的任何构象点最近的构象点属于所说的第一分段，所说的第一和第二分段由属于具有一个确定的二进制值的第一分段的所有n-比特数据段，以及属于具有一个与该确定的二进制值相反的二进制值的第二分段的所有n-比特数据段的最低有效相位比特相互识别。
9.按照权利要求8的设备，其特征在于n具有一个值为5，而且所说的构象包括在I，Q平面中的32个点，该I，Q平面安排在由在-3和+3之间的I值和在-3和+3之间的Q值的一个阵列限定的一个6×6方形格栅中，该方形格栅的四个角的I，Q点+3，+3;+3，-3;-3，-3;和-3，+3没有构象点占据，从而所说的第一分段包括16个构象点，而且所说的第二分段也包括16个构象点。
10.按照权利要求9的设备，其特征在于编码器比特分配是这样的，即属于第一或第二分段二者任一分段的所有的5比特数据段位于具有第一分段的对角线用第二分段对角线隔开的方形格栅的一条对角线上。
11.按照权利要求10的设备，其特征在于所说的编码器将加到其上的一个信息比特数据流分成所说的信息比特的连续的9比特数据组，其中每个9比特数据组包括一个单个的最低有效相位比特;所说的编码器响应于加到其上的每个连续的9比特数据组，将所加的9比特数据组变换成两个已分配的5比特数据段的每一个，该5比特数据段按照所加的9比特数据组的所有9比特的对应二进制值，选择由所说的两个已分配的5比特数据段的每一个确定的特定构象点;所说的比特分配是这样的，即所说的第一分段的已分配5比特数据段的所有最低有效比特具有一个确定的二进制值，而所说的第二分段的已分配5比特数据段的所有最低有效位比特具有与所说的确定的二进制值相反的一个二进制值;从而两个选定的构象点都属于由所说的单个最低有效相位比特的二进制值确定的第一和第二分段的那一个。
12.按照权利要求11的设备，其特征在于所说的编码器在将所加的信息比特的9比特数据变换成所说的两个已分配的5比特数据段的每一个的过程中，应用差分编码。
13.按照权利要求11的设备，其特征在于所说的连续的9比特数据组的每个相继对的每个已加9比特数据组的所述单个最低有效相位比特的各二进制值彼此相反。
14.按照权利要求13的设备，其特征在于所述的编码器在将信息比特的连续9比特数据组的每个相继对的每个已加9比特数据组变换成所加的9比特数据组的两个已分配5比特数据段的每一个的过程中，应用差分编码。
15.一个视频信号接收机设备，用于接收利用表示多个数据比特的符号进行正交调幅(QAM)的一个发射信号，该信号被编码以占据由正交轴确定的一个平面中的格栅形构象的给定位置上的相应点;所说的已编码的构象呈现第一和第二分离的分段，分段的安排是(a)距离第一分段的一个点最近的那些点属于第二分段，和(b)距离第二分段的一个点最近的那些点属于第一分段，该设备特征在于数字解调器装置(118)，用于解调所说的QAM信号以提供相互正交调相的输出信号;处理装置(124-128)，响应于来自所说的解调器的输出信号，用于维持一个所希望的构象旋转方位;和解码器装置(122)，响应于来自处理装置的输出信号，用于将所说的符号从所说的构象位置反变换成一个顺序的符号比特流。
16.按照权利要求15的视频信号接收机设备，用于接收在所说信号的发射机中经一个正交调幅器(QAM)按照一个给定码进行了编码的发射信号;所说的接收机特征在于数字装置用于解调和解码所接收的发射至其上的信号;其中在由同相位(I)和正交相位(Q)轴确定的一个平面中的2n-1+1和2n(此处n是一个值至少为4的整数)点之间的一个给定旋转对称构象中的第一和第二特定点的每个给定时，在发射机中按照所说的给定码被分别地选择为至所说接收机的连续的第一和第二传输;其中所说的构象点按照所说的给定码被分成分离的第一分段点和第二分段点，其安排是使得在所说的I，Q平面中距离第一分段的任何构象点最近的那些构象点属于所说的第二分段，而在所说的I，Q平面中距离第二分段的任何构象点最近的那些构象点属于所说的第一分段;而且其中所说的解码装置包括用于按照以下过程进行解码的数字装置，由所说接收机连续接收的I，Q平面中的第一和第二构象点的一对中的第一个是一个第一分段构象点还是一个第二分段构象点1.将最近的第一分段构象点的I和Q值存贮到给定对的第一接收的传输中的I，Q平面内接收点的I和Q值上;将相互连接接收点的矢量的I和Q距离及相位值进行计算并存贮到最近的第一分段构象点上;2.将最近的第二分段构象点的I和Q值存贮到给定对的第一接收的传输中的I，Q平面内接收点的I和Q值上;将相互连接接收点的矢量的I和Q距离及相位值进行计算并存贮到最近的第二分段构象点上;3.将最近的第一分段构象点的I和Q值存贮到给定对的第二接收的传输中的I，Q平面内接收点的I和Q值上;将相互连接接收点的矢量的I和Q距离及相位值进行计算并存贮到最近的第一分段构象点上;4.将最近的第二分段构象点的I和Q值存贮到给定对的第二接收的传输中的I，Q平面内接收点的I和Q值上;将相互连接接收点的矢量的I和Q距离及相位值进行并存贮到最近的第二分段构象点上;5.计算在步骤1和3中得到的第一分段矢量的矢量和;6.计算在步骤2和4中得到的第二分段矢量的矢量和;7.将第一分段矢量和与第二分段矢量和进行比较以进行(A)若第一分段矢量和小于第二分段矢量和，从而确定给定对的第一接收的传输的分段是第一分段，或者(B)若第一分段矢量和大于第二分段矢量和，从而确定给定对的第一接收的传输的分段是在第二分段内。
17.按照权利要求16的接收机，其特征在于所述的给定码将来自所说发射机的相继传输分成由给定的多个第二分段构象点跟随的一个给定的多个第一分段构象点的重复系列;和在所说的接收机中的解码器包括数字装置，该数字装置响应于由所说过程决定的、相继从所说发射机接收的传输中的第一和第二分段构象点序列，用以检测所接收的重复系列中的传输误差。
18.按照权利要求17的接收机，其特征在于在所说接收机中的解码器包括数字装置，该数字装置响应于所接收的重复系列中的传输误差的检测，用以校正所说的传输误差。
19.按照权利要求17或18的一个接收机，其特征在于所说的给定的多个是2。
全文摘要
一种抗传输误差的编码方案对用于一个高清晰度电视系统中的正交调幅器的一个数据比特流进行编码。该抗误差编码提供由I，Q正交轴确定的一个平面上的旋转对称32点构象。该构象被分成第一和第二分段，使得距离第一分段的任何构象点最近的那些构象点属于第二分段，而距离第二分段的任何构象点最近的那些构象点属于第一分段。这就使接收机解码器能够决定所接收的每个构象点属于第一还是第二构象，从而能够检测传输误差，并校正该传输误差。
文档编号H04N5/40GK1080104SQ9310656
公开日1993年12月29日 申请日期1993年5月28日 优先权日1992年5月29日
发明者A·A·盖达, K·琼纳拉加达 申请人:通用电气公司