数字广播系统的纠错编码装置和方法 技术领域
本发明一般地涉及一种在数字广播系统中用于纠错编码的装置和方法，并且尤其涉及在数字广播系统中为在动态和静态两种接收环境中的接收器处的稳定接收对广播数据执行纠错编码的一种纠错编码装置和方法。
背景技术
一般地，能够将数字电视(DTV)的广播系统粗略地分为图像编码单元和图像调制单元。所述图像编码单元将从高清晰度图像源输入的大约1吉比特/秒(Gbps)的数字数据压缩到15至18兆比特/秒(Mbps)的数据。所述图像调制单元通过大约6至8兆赫兹(MHz)的有限带宽信道发射几十兆比特/秒的数字数据到接收端。DTV使用了一种利用为电视广播目的分配的甚高频/超高频(VHF/UHF)的地面同时广播方法。
在欧洲已经采纳了作为数字调制方法之一的正交频分复用(OFDM)方法，作为能够获得像增加每带宽的传输率和抗干扰的好处的数字电视地面广播系统。在美国采用残留边带(VSB)调制用于所述数字电视地面广播系统。
一般地，纠错编码(ECC)校正在数字通信中地数据传输期间产生的错误。ECC被大概的分类为块码和卷编码。
所述块码以块为单位编码数据。所述卷积码经由一定容量的存储器对先前和当前数据执行编码。Reed-Solomon(里德所罗门)(RS)编码是块编码的代表例子。RS编码对突发错误具有稳健性(robust)。RS编码由要发射的消息和用于纠错的奇偶校验字组成。
通常使用Viterbi(维特比)算法来解码所述卷积码。在Viterbi算法中，复杂性随约束长度K呈指数增加。 K＝7或K＝9是目前最广泛使用的。
图1是在数字广播系统的发射器中使用的一种传统纠错编码装置的方框图。
该数字广播系统的发射器的纠错编码装置包括：外编码器10、外交织器12、内编码器14以及内交织器16。
外编码器10以块为单位为纠错编码MPEG-2(运动图像专家组-2)格式的传送流(TS)。对于所述外编码器10，通常使用RS编码器。
外交织器12根据预定的规则改变来自所述外编码器10的RS编码数据的次序。因而，可能在传输期间产生的突发错误得以扩散。对于所述外交织器12，最广泛使用的是卷积交织器。
内编码器14编码由所述外交织器12以规则方式混合的数据。对于所述内编码器14，通常使用卷积编码器或者turbo(快速)编码器。
内交织器16逐位地交织来自所述内编码器14的编码数据，以便扩散所述突发错误。对于所述内交织器16，通常使用比特和/或符号交织器。
在这样的纠错编码装置中，所述编码数据是根据由所述数字广播系统的调制单元18以预定调制方法调制的，并且接着经由一射频信道发射。换言之，所述调制单元18根据或者残留边带(VSB)调制或者编码正交频分复用(COFDM)调制来调制来自所述纠错编码装置的编码数据。
图2是在所述数字广播系统的接收器中使用的一种传统纠错编码装置的方框图。
该数字广播系统的纠错编码装置包括：内去交织器22、内解码器24、外去交织器26、外解码器28。
内去交织器22基于符号和/或比特交织来自所述数字广播系统的接收器的解调单元20的解调数据，以便扩散可能在所述解调数据中发生的突发错误。与图1的发射器的内交织器16相反，所述数据被去交织为在它们被输入到该发射器的内交织器16之前的初始数据流。对于所述内去交织器22，通常使用比特和/或符号去交织器。
内解码器24解码由所述内去交织器22去交织的所述数据。对于所述内解码器24，最广泛使用的是维特比解码器或者turbo解码器。
外去交织器26去交织来自所述内解码器24的所述解调数据，其中与图1的发射器的所述外交织器12相反，所述数据被去交织为在它们被输入到图1的所述外交织器12之前的信号的初始流。对于所述外去交织器26，通常使用卷积交织器。
外解码器28以块为单位解码来自所述外去交织器26的所述去交织数据。当输入到所述外解码器28的所述数据是逐块地被解码时，所述数据会转换为MPEG-2格式的TS。对于所述外解码器28，通常使用RS解码器。
当前推荐的所述数字广播系统被设计为不仅在静态接收环境中而且在移动接收环境中都能够提供服务。
在静态接收环境中，所述数字广播系统的接收器能够相对可靠地接收和恢复所接收的广播信号。然而，在移动接收环境中，当信道环境随时间变化时，所述数字广播系统的接收器在恢复所接收广播信号的精度和可靠性上退化了。因而，当通过利用在所述传统数字广播系统的发射器和接收器中配置的所述纠错编码装置校正所述广播信号的错误时，在广播信号中发生错误的机会是高的。
发明内容
因而，本发明的一个目的是提供用于在数字广播系统中的一种纠错编码装置及其方法，能够为在差的接收环境中、像在移动或者便携接收环境中的接收器执行纠错编码以更可靠地接收和恢复所传输的广播信号。
本方面的另一是目的是提供一种数字广播系统中的纠错编码装置，使得不管接收器的接收环境如何，即，不管接收环境是移动的还是静态的，接收器能够可靠的接收。
上述目的是由用于根据本发明的一种用于数字广播系统的发射器的纠错编码装置实现的，该纠错编码装置包括：第一外编码单元，用于外编码第一传送流(TS1)以提供第一外编码数据；第二外编码单元，用于外编码第二传送流(TS2)以提供第二外编码数据；第二外交织单元，用于外交织从所述第二外编码单元输出的所述第二外编码数据，以根据预定规则改变所述外编码数据的次序；第三外编码单元，用于外编码从所述第二外交织单元输出的所述次序已改变的数据，以输出第三外编码数据；合并单元，用于将所述第一外编码数据与所述第三外编码数据合并，以形成一合并数据；第一外交织单元，用于外交织所述合并数据；内编码单元，用于内编码从所述第一外交织单元输出的所述交织数据；以及内交织单元，用于内交织从所述内编码单元输出的所述内编码数据，其中所述第一传送流(TS1)具有比所述第二传送流(TS2)相对高的传输率。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于数字广播系统的发射器的纠错编码方法。所述纠错编码方法包括步骤：(a)外编码第一传送流(TS1)以提供第一外编码数据；(b)外编码第二传送流(TS2)以提供第二外编码数据；(c)外交织在步骤(b)中产生的所述第二外编码数据以根据预定规则改变所述外编码数据的次序；(d)外编码在步骤(c)中产生的所述次序已改变的数据，以输出第三外编码数据；(e)将所述第一外编码数据与所述第三外编码数据合并，以形成一合并数据；(f)外交织所述合并数据；(g)内编码在所述步骤(f)中产生的所述交织数据；以及(h)内交织在所述步骤(g)中产生的所述内编码数据，其中所述第一传送流(TS1)具有比所述第二传送流(TS2)相对高的传输率。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于数字广播系统的接收器的纠错解码装置。所述装置包括：解码单元，用于根据预定规则解调接收信号以输出一解调数据；内去交织单元，用于内去交织从所述解调单元输出的所述解调数据，以扩散在所述解调数据中发生的突发错误；内解码单元，用于内解码从所述内去交织单元输出的内去交织数据；第一外去交织单元，用于外去交织从所述内解码单元输出的内解码数据；分离单元，用于将从所述第一外去交织单元输出的所述外去交织数据分离为第一数据流(TS1’)和第二数据流(TS2’)，其中所述第一数据流(TS1’)具有比所述第二数据流(TS2’)相对高的传输率；第一外解码单元，用于外解码所述第一数据流(TS1’)以输出第一外解码数据流(TS1)；第二外解码单元，用于外解码所述第二数据流(TS2’)以输出第二外解码数据流；第二外去交织单元，用于外去交织所述第二外解码数据流以输出第二外去交织数据流；以及第三外解码单元，用于外解码所述第二外去交织数据流以输出第三外解码数据流(TS2)。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于数字广播系统的接收器的纠错解码方法。所述方法包括步骤：(a)限据预定规则解调接收信号以输出一解调数据；(b)内去交织在所述步骤(a)中产生的所述解调数据，以扩散在所述解调数据中发生的突发错误；(c)内解码在所述步骤(b)中产生的所述内去交织数据，以产生一内解码数据；(d)外去交织在所述步骤(c)中产生的所述内解码数据，以产生第一外去交织数据；(e)将在所述步骤(d)中产生的所述第一外去交织数据分离为第一数据流(TS1’)和第二数据流(TS2’)，其中所述第一数据流(TS1’)具有比所述第二数据流(TS2’)相对高的传输率；(f)外解码所述第一数据流(TS1’)以输出第一外解码数据流(TS1)；(g)外解码所述第二数据流(TS2’)以输出第二外解码数据流；(h)外去交织所述第二外解码数据流以输出第二外去交织数据流；以及(i)外解码所述第二外去交织数据流以输出第三外解码数据流(TS2)。
根据本发明，信号是考虑了接收器的移动和静态接收环境得到纠错的。相应地，在移动接收环境中的接收器能够可靠地接收所述信号，而在静态接收环境中的接收器能够接收较大容量的数据。因而，在作为所接收的纠错编码数据的TS1和TS2之间，能够选择更适于接收环境的数据。
附图说明
通过参考附图描述本发明的优选实例，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1是在数字广播系统的发射器中使用的一种传统纠错编码装置的方框图；
图2是在数字广播系统的接收器中使用的一种传统纠错解码装置的方框图；
图3是根据本发明的优选实例在数字广播系统的发射器中使用的一种纠错编码装置的方框图；
图4是根据本发明的优选实例在数字广播系统的接收器中使用的一种纠错编码装置的方框图；
图5示出根据本发明的优选实例说明一种纠错编码方法的流程图；
图6示出根据本发明的优选实例说明一种纠错解码方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实例。
图3是根据本发明的优选实例在数字广播系统的发射器中使用的一种纠错编码装置的方框图。
所述数字广播系统的发射器的纠错编码装置包括：第一外编码器500、合并器510、第一外交织器520、第二外编码器540、第二外交织器560、第三外编码器580、内编码器600以及内交织器620。
第一外编码器500为纠错基于块地编码输入的MPEG-2格式的第一传送流TS1。
第二外编码器540为纠错基于块地编码输入的MPEG-2格式的第二传送流TS2。
第二外交织器560执行外交织以根据预定规则改变来自所述第二外编码器540的基于块的编码数据的次序。相应地，能够扩散在所述数据中可能发生的突发错误。
第三外编码器580为纠错基于块地编码来自所述第二外交织器560的所述次序已改变数据。
合并器510将从所述第一外编码器500输出的所述编码传送流TS1与从所述第三外编码器58输出的次序已改变的传送流TS2合并以形成以合并流。
同时，第一外交织器520交织来自所述合并器510的合并流，以扩散可能在所述数据流中发生的突发错误。通过这样做，所述第一外交织器520根据预定规则改变来自所述合并器510的所述合并流的次序。相应地，能够扩散所述突发错误。
众所周知，根据MPEG规范，HDTV信号是由标准清晰度(SD)信号和辅助信息(SI)信号组成的。参见图3，具有相对高传输率和低纠错能力的数据流TS1对应于SI，并且具有比TS1更高的纠错能力的数据流TS2对应于SD。亦即，在HDTV的情形中，合并器510合并SD和SI以形成包括SD和SI的合并数据流，提供该合并流到第一外交织器以扩散在所述数据流中的突发错误。内编码器600编码已交织并且从第一外交织器520输出的数据流。
内交织器620基于符号和/或比特交织地由所述内编码器600编码的所述数据流，以扩散可能在所述数据中发生的突发错误。
在如上所述的纠错编码之后，所述数据由调制单元640以预定的调制方法进行调制，并且接着经由射频信道发射。换言之，调制单元640通过残留边带(VSB)调制或者编码正交频分复用(COFDM)调制来调制来自所述纠错编码装置的纠错编码数据。
相应地，通过为编码TS2在所述纠错编码装置中添加第三外编码器580，即，数据流TS2会经受两次编码，TS2的纠错能够得到更精确地执行。用于传输到预定接收器的广播信号、或者低分辨率的广播信号可能对应于TS2。
对于第一外编码器500、第二外编码器540以及第三外编码器580，使用RS编码器，但使用的相应码规范是不同的。另外，对于第一外交织器520和第二外交织器560，可使用卷积交织器。对于内编码器600，可使用卷积编码器或者Turbo编码器。同时，对于内交织器620，可使用块交织器、比特交织器、以及符号交织器中的任何一种。
在另一方面，图3所示的纠错编码装置能够对接收端提供由SD信号和SI信号组成的纠错信号。由此，固定接收器方便地接收SD信号和SI信号以形成HDTV信号，使得固定用户能够观看HDTV节目。对于移动用户，他或她能够从接收的编码信号中分离SD(对应于TS2)信号，以便利用他/她的移动终端接收标准清晰度的运动图像数据；另外，在无错误SI(对应于无错误TS1)的情形中，他或她在他/她的移动终端的显示器上能够观看HDTV节目。
图4是根据本发明的优选实例在数字广播系统的接收器中使用的一种纠错编码装置的方框图。
所述数字广播系统的接收器的纠错编码装置包括：解调单元700、内去交织器720、内解码器740、第一外去交织器760、分离器770、第一外解码器780、第二外解码器800、第二外去交织器820以及第三外解码器840。
内去交织器720基于符号和/或比特地去交织由所述解调单元700解调的数据，以扩散在所述解调数据中可能发生的突发错误。即，来自内交织器620的数据被去交织为在输入数据到内交织器620之前的数据的初始流。例如，解调单元700根据发射端的调制型式采纳残留边带(VSB)调制或者编码正交频分复用(COFDM)调制。
内解码器740解码来自内去交织器720的去交织数据。
第一外去交织器760去交织来自内解码器740的解码数据。其中，与由图3的第一外交织器520进行的交织相反，所述数据被去交织为在信号输入到第一外交织器520之前的信号的初始流。
分离器770将分离所述交织数据为两个数据流TS1′和TS2′，切换并且接着输出它们。
第一外解码器780为纠错基于块地解码在从分离器770输出的数据中的TS1′。输入到第一外解码器780的TS1′基于块地被解码为MPEG-2格式的TS1。
第二外解码器800为纠错基于块解码在从分离器770输出的数据中的TS2。
第二外去交织器820去交织来自第二外解码器800的解码数据流。这里，与所述第二外交织器560的交织相反，所述数据被去交织在信号输入到第二外交织器560之前的信号的初始流。
第三外解码器840为纠错以块为单位解码来自第二外去交织器820的外去交织数据流。相应地，所述数据流TS2′被基于块地解码为MPEG-2格式的TS2。
对于内去交织器720，使用符号去交织器。对于内解码器740，使用或者Viterbi解码器或者turbo解码器。对于第一和第二外去交织器760、820，使用卷积去交织器。对于第一、第二和第三外解码器780、800和840，使用RS解码器。
根据该优选实例，通过为TS2的纠错添加第三外解码器840，保证了比为TS1更精确的纠错。用于传输到移动接收器的低分辨率的广播信号能够优选地对应于TS2。
在HDTV的情形中，由接收器接收的信号是由SD和SI组成的，并且从分离器770输出的数据流TS1′和TS2′分别对应于具有比SI流更高的纠错能力的SD流和具有相对高的传输率和低纠错能力的SI流。在固定接收的情形中，如果SI流是无错误的，则从第一外解码器780输出的外解码的SI流和从第三外解码器840输出的外解码的SD会输入到随后的MPEG解码器(未示出)以形成HDTV数据流。对于移动用户，一般地用户仅使用SD信号以便利用他/她的移动终端接收标准清晰度的运动图像数据。另外，在无错误的SI(对应于无错误TS2)的情形中，用户能够通过在移动终端中添加一MPEG解码器在他/她的显示器上观看HDTV节目。
在下文中，将描述根据本发明的纠错编码和解码方法。
图5示出说明根据本发明的优选实例在用于数字广播系统的发射器的纠错编码装置中使用的一种纠错编码方法的流程图。为简化起见，将参考图3描述该纠错编码操作。
如图5所示，在步骤S100，该纠错编码装置接收均为MPEG-2格式的第一传送流TS1和第二传送流TS2。
当接收所述传送流时，在步骤S110，第一外编码器500例如基于块编码输入的第一传送流TS1，以提供第一外编码数据。
同时，在步骤S120，第二外编码器540例如基于块地编码输入的第二传送流TS2，以提供第二外编码数据(即，基于块的编码数据)。
在步骤S130，第二外交织器560对在步骤S120中产生的第二外编码数据执行外交织，以根据预定规则改变所述数据的次序。相应地，能够扩散可能在所述数据中发生的突发错误。
接着在步骤S140中，第三外编码器580为纠错基于块地编码来自第二外交织器560的所述次序已改变的数据。
作为一例子，步骤S130和步骤S140分别执行卷积交织和RS编码。
接着，在步骤S150中，合并器510将所述第一外编码数据(即，从第一外编码器500中输出的编码传送流TS1)与从第三外编码器580中输出的次序已改变的传送流TS2合并以形成一合并流。
在步骤S160中，第一外交织器520通过使用例如一种卷积交织方法交织在步骤S150中产生(即，从合并器510中输出)的合并流，以扩散在所述数据流中可能发生的突发脉冲。通过这样做，第一外交织器520根据预定规则改变来自合并器510的所述合并数据流。相应地，能够扩散所述突发错误。
在步骤S170中，内编码器600编码在步骤S160中产生的数据流，即，从第一外交织器520中交织和输出的数据流。这里，所述内编码器600采用卷积编码方法或者turbo编码方法。
接着，在步骤S180中，通过使用块交织、比特交织以及符号交织中任何一种，内交织器620基于符号和/或比特地交织在步骤S160中由内编码器600编码的所述数据流，以扩散在所述数据中可能发生的突发错误。
在如上所述的纠错编码之后，在步骤S190中，在调制单元640中通过或者残留边带(VSB)调制或者编码正交频分复用(COFDM)调制这样的预定调制方法来调制所述数据，并且接着在步骤S200中经由射频信道输出。
应该注意到，如图5所示的处理过程对应于图3的纠错编码装置。在由对应于具有相对高的传输率和低纠错能力的数据流TS1的SI信号和对应于具有比TS1更高的纠错能力的数据流TS2的SD信号组成的HDTV信号的情形中，包括SD和SI的合并数据流形成于步骤S150并且交织于步骤S160，以扩散在所述数据流中的突发错误。
亦即，由SD信号和SI信号组成的纠错信号能够得到处理并且提供到接收端。由此，固定接收器便于接收所述SD和SI信号以形成HDTV信号，以便用户能够观看HDTV节目。另外，对于移动用户，他或她能够从接收的编码信号中分离SD(对应于TS2)信号，以便利用他/她的移动终端接收标准清晰度的运动图像数据；另外，在无错误SI(对应于无错误TS1)的情形中，他或她能够在他/她的移动终端的显示器上观看HDTV节目。
图6示出根据本发明的优选实例说明在用于数字广播系统的发射器的纠错解码装置中使用的一种纠错解码方法的流程图。为简化起见，将参考图4描述所述纠错解码操作。
首先，在步骤S300中，解调单元700根据残留边带(VSB)解调或者编码正交频分复用(COFDM)解调这样的预定规则解调接收信号，这取决于所述接收数据，以输出一解调数据。
接着，在步骤S310中，内去交织器720基于符号和/或比特地去交织在步骤S300中产生的解调数据，以扩散可能在所述解调数据中发生的突发错误。即，来自内交织器620的数据会被去交织为在所述数据输入到内交织器620之前的数据的初始流。作为一例子，在步骤S310中执行了块解调、比特解调以及符号解调中任何一个。
接着，在步骤S320中，内解码器740通过viterbi解码或者turbo解码来解码步骤S310的所述去交织数据，以产生第一内解码数据。
在步骤S330中，利用例如一卷积去交织型式，第一外去交织器760去交织第一内解码数据，以产生第一外去交织数据。
在步骤S340中，分离器770将第一外去交织数据分离为两个数据流TS1′和TS2′，切换并且接着输出它们。这里，第一数据流TS1′具有比所述第二数据流TS2′相对高的传输率。
接着，在步骤S350中，第一外解码器780为纠错基于块地解码从分离器770中输出的数据中的第一数据流TS1′。输入到第一外解码器780的TS1′被基于块地解码为MPEG-2格式的TS1。并且在步骤S360中，所产生的数据流TS1会输出到下一级用于进一步处理。
同时，在步骤S370中，第二外解码器800基于块地解码从分离器770中输出的数据中的第二数据流TS2′，以输出第二外解码数据流。
接着，在步骤S380中，第二外去交织器820去交织第二外解码数据流，以产生第二外去交织数据流。这里，所述数据被去交织为在所述信号输入到图3的第二外交织器560之前的信号的初始流。这里，第二外去交织器820执行例如卷积去交织。
在步骤S390中，第三外解码器840为纠错以块为单位解码第二外去交织数据流。相应地，输入到第三外解码器840的第二外去交织数据流被基于块地解码为MPEG-2格式的第三外解码数据流TS2。
作为一例子，步骤S350、步骤S370以及步骤S390执行RS解码。
在HDTV的情形中，所述接收信号是由SD和SI信号组成的，并且在步骤S340中产生的数据流TS1′和TS2′分别对应于具有比SI流更高的纠错能力的SD流和具有相对高的传输率和低的纠错能力的SI流。在固定接收的情形中，如果SI流是无错误的，则外解码的SI流和外解码的SD流会输入到随后的MPEG解码器(未示出)以形成HDTV数据流。对于移动用户，一般地用户仅使用SD信号以便利用他/她的移动终端接收标准清晰度的运动图像数据。另外，在无错误的SI(对应于无错误的TS2)的情形中，用户能够通过在移动终端中添加一MPEG解码器在他/她的移动终端的显示器上观看HDTV节目。
总之，根据本发明，信号是考虑了接收器的移动和静态接收环境得到纠错的。相应地，在移动接收环境的接收器能够可靠地接收所述信号，而在静态接收环境中的接收器能够接收较大容量的数据。因而，在作为所接收的纠错编码数据的TS1和TS2之间，能够选择更适于接收环境的数据。
虽然已经描述了本发明的优选实例，然而本领域的一般技术人员将应该理解，本发明不限于所描述的优选实例，而且在如由所附权利要求定义的本发明的实质和范围内能够进行各种变化和修改。