专利名称：层级结构数字信号传输的方法、编码器和解码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法、一个编码器和一个解码器，用于传输分层构成多个部分的数字信号，特别用于数字电视信号的分层地表传输。
数字传输方法有一个突变的响应，尤其是在地表信道中。实际上只要接收到的场强允许对数字化数据流进行无差错解码，就会产生一个稳定高质量的数字信号。然而，如果场强小于一个最小值，那么，结果是误码率突然增加，极限情况将导致节目的接收完全失败。为了避免这种情况，对重要的信号部分，例如一个图像的粗框架，提供较高的出错保护，即引入一个数据层级结构。包含重要和次要图像成分的视频信号就是以这种方式产生的，结果是，一旦发生次要的成分被丢失的情况，至少图像仍能被解码并以较低的质量显示。
在德国联合工程项目“分层数字电视传输(HDTVT)”的结构中，这样的分层源编码就被用于HDTV节目以及相关的音频信号和补充信息项，实现了视频信号的三层编码。只有TV定义的视频信号在具有最佳保护的子信道1中传输，一个HDTV信号(HD1)以较低的质量在子信道2中传输，最后，余下的信息在最弱保护的子信道3中传输，当所有三个信号被解码时，这些信息给出完整质量的HDTV信号(HD2)。这就保证了一旦传输信号变弱，对HDTV信号的接收并不突然中断，而是首先在两个层上变差。尽管如此，即使各子信道误码率很低，但由于在视频编码中通常采用的预测产生较长时间的明显错误，在视频信号中丢失特别重要的信息项仍会导致图像的失败。
本发明的一个目的是，确定一个用于分层传输数字信号的方法，该方法对视频信号中的特别重要的信息项要提供较高的出错保护，以便减少特别是在地面接收信号时对错误的敏感性和图像的失败。此目的通过权利要求1中确定的方法得以实现。
本发明的另一目的是，设计采用本发明方法一个编码器和一个解码器，这一目的通过采用权利要求7中指定的编码器和权利要求9中指定的解码器得以实现。
一个视频信号中的序列和图像标题信息项的丢失，会导致后续图像不能被解码。即使误码率很低也会产生很大的干扰，这是因为由于在视频解码中瞬态预测实施了，例如MPEG2标准，故而这样一个错误可以一直可视直到下一个帧内编码图像，即最长大约1/2秒。特别保护所述的标题信息项，可以消除这些较长时间内可视的错误。
因此，根据本发明，在多个信道中分层传输的结构中，一个视频子信道中最重要的信息项，特别是各标题信息项在一个具有较高出错保护的子信道中传输。
就原理来说，本发明的方法用于在相关子信道中传输数字信号，这些数字信号被分层构成多个部分，高级信道比次于它们的子信道具有更高的出错保护，本发明方法的特征在于，逻辑上属于其中一个次级子信道的数字信号的部分，在至少一个高级子信道中传输。
在这种情况下，就可能在具有最高出错保护的子信道中传输数字视频信号，它保证一定的图像质量，并可能在次级子信道中传输辅助数据，这些辅助数据在各种情况下都使图像质量有所改善，视频数据的标题在安排在最高等级的子信道中传输，通过在同一子信道中传输几次以利于进行较好的出错保护。
不在相应的子信道中却在一个高级信道中传输的数字信号的各部分，有利地包含这个信号部分的视频数据的标题。
这里特别有利的是，在各情况下，直接在高级子信道中传输的数字信号的各部分而不是在相应的子信道中传输。
如果根据MPEG2系统多路复合完成传输，那么通过设定一个优先权位来标记包含有标题信息项的传输包将更加有利。
就原理来说，本发明编码器的特征在于，在源编码器中进行分层编码形成多个部分信号，这些部分信号的数据在一个多路复合器中被组合形成一个数据流，在信道接口处，这个数据流在多个具有不同出错保护的子信道间被分开，依此方式，逻辑上属于其中一个次级子信道的数字信号的部分至少在一个高级子信道中传输。
这里，其中传输标题信息项的传输包在多路复合器中被有利地识别。
就原理来讲，本发明解码器的特征在于，多个具有不同出错保护的子信道信号，在一个信道接口处被组合形成一个数据流。该数据随后又在一个信号分离器中被分成多个部分信号，逻辑上属于其中一个次级子信道的数字信号的部分，至少从一个高级子信道中传输回上述的次级子信道，并在源解码器中被解码形成视频信号。
传输标题信息项的传输包的编码器方标记在信号分离器中被有利地判定。
参照附图对本发明的示范实施例进行描述，其中
图1示出根据本发明用三个视频子信道进行的分层传输；图2示出了传输包的结构；图3示出根据本发明用于传输的发射机框图；图4示出根据本发明用于接收传输信号的接收机框图。
图1示出本发明如何在(假设)三个具有不同出错保护的子信道间分割视频数据(信道1最高出错保护，信道2中等出错保护，信道3最低出错保护)。传输信道3仅用于HD2数据流的视频信号HD2。在较好保护的传输信道2中，HD2数据流的标题信息项HD2P和HD1数据流的视频信号HD1一起被传输。在最高保护的信道1中，HD1数据流的标题信息项HD1P依次被传输。在这个子信道(子信道1)中，完成对视频信号的传输，该视频信号仅具有正常的TV定义的TV，并且精确地说，在HDTVT方式下还包括相应的标题信息项TVP。对这些标题信息项的附加保护，一方面可通过提供另外的具有较好出错保护的子信道来实现，另一方面，譬如在MPEG2系统规范的结构中，还可通过对传输包一个接另一个地重复传输来实现，如图1所示。
所述分层传输确保当HD2数据流的其余部分几乎完全失效时，HD2数据流的标题仅出现差错。类似地，这点适用于HD1数据流，如果适当，也可用于TV数据流。
在所述的传输包中，可有利地实现数字视频数据的实际传输。图2示出这种传输包的结构，这种传输包用MPEG2系统规范定义并将用于HDTVT。传输包有188字节的固定长度，4个字节分配给传输包的标题H，其余184个字节可根据需要分成两个区，一个区用于有用信息P(有效负载)的传输，另一个区用于传输辅助的检验和控制信息项A(适配区)。
这种情况下，标题包含下面的位，由MPEG规范给出各自的功能一个同步位SB，一个传输错误指示位TE，一个有效负载单元起始指示位PS，一个传输优先权位TP，包标记位ID，传输加扰控制位TS，适配区控制位AC以及连续计数器位CC。
已经提到的修改区可用于其它控制信息项，但它并非必须使用。在修改区长度位AL中传输适配区的长度，其后是另外一个位FL，它包含8个单独的检测位，分别为DI、RA、ES、PC、OP、SP、TP、AE。在这些之后，传输实际的信息数据IN，必要时还有填充位ST。
视频数据流的重要标题信息项(序列或图像标题)，正如按MPEG2视频规范所估计的那样，最多包含近180字节。因此，这大致对应一个传输包的有效负载，由此用传输包的有效负载传输标题信息项是可能的。
通过设定在传输包的标题中传输的传输优先权位TP，可以识别那些传输包，即包含来自于一个或多个子信道的标题信息项作为有用信息的那些传输包。在传输期间，用这个位可以给传输包赋不同的优先权，但到目前，在MPEG2和HDTVT规范中尚未提供设定方法。
就平均情况而言，在帧频为25Hz时，每秒识别的传输包的数目为大致每秒(25+2)×2个(大致81,000位/秒)，因为每秒传输大致两个序列标题以及视频数据流，两个序列标题中包含用于随机存取数据流的信息项。因此，在传输信道1中，大致13％的数据率用于TV部分的数据流，这些数据流分配给HD1流的优先包，这使TV信号稍有衰减。这一明显的不足被这样的事实弥补，即在信道2中已经存在一定误码率(如10-3)的接收条件下，由标题丢失造成的在HD1信号中较长较大范围的图像干扰不再发生。
图3示出了本发明的一个用于传输的发射机的框图。以两个被传输的节目为例，视频和音频信号V1，A1，V2，A2分别被送进各自的源编码器VE1，AE1和VE2，AE2。通过源编码的视频和音频信号以及分别在DE1和DE2中生成的辅助数据，在节目多路复合器MUX1和MUX2中分别生成一个公共的节目数据流。然后，在传输多路复合器MMUX中根据MPEG2系统规范，各种节目数据流(在图3中2个)被组合形成一个传输数据流，同时传输包根据包标记被识别。在多路复合操作过程中优先权位也得到设定，因为，在此时已经知道标题在多个传输包间的相应分布。根据由包标记和优先权位进行的识别，单个的部分数据流由信道接口SP(在HDTVT系统下称作信号分离器)在三个子信道间进行了分配，以便根据它们的重要性，在具有不同误码率的信道中传输被编码的数据。这种情况下，信道接口SP以如下方式把包分配给三个子信道
包标记优先权位传输信道TV 设定1TV 不设定 1HD1 设定1HD1 不设定 2HD2 设定2HD2 不设定 3然后，通过在编码器ERS中采用里德-索罗门(Reed-Solomon)编码，对信号提供外部出错保护。在接下来的编码器单元MOD中，完成卷积编码及数字调制，卷积编码的目的在于内部出错保护。最后，在后面的调制器BBRF中，基带信号被转换成适于传输(通过卫星，通过电缆，地面上)的形式。
图4举例示出了本发明的用于接收的一个接收机的框图。再次以传输两个节目为例，处理步骤与编码器的步骤相反。接收到的信号首先在解调器REBB中转换回基带信号。在下面的解码器单元DEMOD中，实现数字解调以及卷积解码，例如维特比(Viterbi)解码，之后是Reed-Solomon解码器DRS。在信道接口ME(在HDTVT中称作合并器)处，依照MPEG2产生一个传输数据流，这个传输数据流又被信号分离器MDEMUX分成各种节目数据流。信号分离器DEMUX1和DEMUX2又依各自情况把节目数据流分成视频、音频和其它数据，被分开的数据随后分别在解码器单元VD1，AD1，VD22，AD2和DD1，DD2进一步处理，并且输出视频数据V1，V2和音频数据A1，A2。
因为HDTVT解码器规范不基于一个固定视频数据流的子信道分配，所以，本发明的传输数据流通过判断优先权位可以容易地被解码。
本发明可用于，例如，数字电视系统如DVB或HDTV，或用在数字数据的磁记录中。
权利要求
1.用于在相应的子信道(1，2，3)中传输数字信号(TV，HD1，HD2)的方法，这些数字信号分层构成多个部分，高级信道比次于它们的子信道具有更高的出错保护，其特征在于，逻辑上属于其中一个次级子信道的数字信号的部分至少在一个高级子信道中传输。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，确保特定图像质量的数字视频信号(TV)在具有最高出错保护的子信道(1)中传输，并且用于改善图像质量的辅助数据(HD2，HD2)分别在次级子信道(2，3)中传输。
3.根据权利要求1和2的任一要求的方法，其特征在于，不在相关子信道中而在高级信道中传输的数字信号的各部分，包含这个信号部分的视频数据的标题。
4.根据权利要求1和3的其中一个要求的方法，其特征在于，不在相关子信道中传输(HD1P，HD2P)而在高级信道中传输的数字信号的各部分，分别直接在高级子信道(1，2)中传输。
5.根据权利要求1和4的其中一个要求的方法，其特征在于，在被分配在最高等级的子信道(1)中传输的视频数据的标题在同一子信道(1)中传输几次。
6.根据权利要求1和5的其中一个要求的方法，其特征在于，根据MPEG2系统多路复合实现传输，传输包(TVP，HD1P，HD2P)包含标题信息项，该标题信息项通过设定一个优先权位(TP)来标记。
7.根据权利要求1和6的其中一个要求，用来实现在多个子信道(1，2，3)中数字信号分层传输方法的编码器，高级子信道比次于它们的子信道有更高的出错保护，其特征在于，在源编码器(VE1，VE2)中实现分层编码形成多个部分信号，在多路复合器(EMUX)中，各部分信号的数据被组合形成一个数据流，在信道接口(SP)中，把数据流在多个具有不同出错保护的子信道间进行分割，以此方式，逻辑上属于其中一个次级子信道的数字信号的部分在至少一个高级子信道中被传输。
8.根据权利要求7的编码器，其特征在于，传输标题信息项的传输包在多路复合器(EMUX)中被识别。
9.根据权利要求1和6的其中一个要求，用来实现在多个子信道(1，2，3)中数字信号分层传输方法的解码器，高级子信道比次于它们的子信道具有更高的出错保护，其特征在于，具有不同出错保护的多个子信道的信号，在信道接口(ME)被结合成一个数据流，随后，该数据在信号分离器(DMUX)中再被分成多个部分信号，逻辑上属于其中一个次级子信道的数字信号的部分，至少从一个高级子信道中传回到所述的次级子信道，并在源解码器(VE1，VE2)中被解码形成视频信号。
10.根据权利要求9的解码器，其特征在于，传输标题信息项的传输包的一个编码器方标记在信号分离器(DEMUX)中被判定。
全文摘要
一种数字电视信号分层传输方法，在多个子信道中分层传输的结构中，一个视频子信道中的最重要的信息项，特别是各自的标题信息项一个具有较高出错保护的子信道中传输。照此方式，实现所述的标题信息项的特定保护，由此可以消除因标题信息项的丢失造成的较长时间可视错误。
文档编号H04N7/24GK1160321SQ9612323
公开日1997年9月24日 申请日期1996年12月19日 优先权日1995年12月20日
发明者德克·阿道夫, 卡斯顿·赫普尔 申请人:德国汤姆逊-布朗特公司