專利名稱：用于壓縮域信號反向兼容多數據流傳輸的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓縮域傳輸和接收的方法和系統(tǒng)，更具體而言，涉及將第二路壓縮數字數據流信號與第一路壓縮數字數據流信號組合的改進方法，該方法不降低系統(tǒng)對第一路壓縮數字數據流信號傳輸和接收的性能。
先進電視制式委員會數字電視標準(ATSC DTV)描述了使用一個6MHz信道提供高質量音頻、視頻和輔助數據傳輸和接收的系統(tǒng)設計標準。符合ATSC DTV標準的系統(tǒng)可以在一個6MHz地面(8VSB)廣播信道中可靠地傳送約19M比特/秒的數據，在一個6MHz電纜電視(16VSB)信道中可靠地傳送約38M比特/秒的數據。
可以預計，隨著DTV系統(tǒng)的日益普及，對所分配帶寬的更有效使用及更高可靠性的需求也日益增長。因此，需要更有效地利用ATSC系統(tǒng)中一個ATSC DTV信號所分配的全部帶寬。
一種用于產生適于傳輸的壓縮域數字信號的方法和系統(tǒng)，該方法包括提供包含第一批數據比特的第一路數字數據流信號和包含第二批數據比特的第二路數字數據流信號；確定第一路數字數據流信號的閾值；根據該閾值找出第一批數據中的一些比特；并且用第二批中的數據比特替換第一批數據中所選擇的比特，以產生一路合成的數字數據流信號；其中合成的數字數據流信號適于由適合接收第一路數字數據流信號的接收機和適合接收合成數字數據流信號的接收機接收并解碼。


圖1是一個常規(guī)的ATSC發(fā)射機和接收機對中某些基本部件的框圖。
圖2是依照本發(fā)明優(yōu)選實施方案的發(fā)射機和常規(guī)的接收機與依照本發(fā)明優(yōu)選實施方案的發(fā)送機框圖；并且，圖3示出一個常規(guī)的卷積編碼器。
本發(fā)明將以其涉及的8VSB地面廣播模式ATSC DTV系統(tǒng)進行闡述。但不言而喻，本發(fā)明也同樣適用于其它類型的壓縮域信號傳輸/接收系統(tǒng)。
如圖所示，同樣的數字標識發(fā)明中的相同的元件。圖1是一個用來發(fā)送和接收單一數字數據流信號90的常規(guī)ATSC發(fā)射機10和接收機20對的基本部件的部分框圖。使用里德-所羅門(R/S)編碼器40，交織器60和卷積編碼器80對要發(fā)送的包含符合MPEG標準的188字節(jié)分組的輸入數據流信號30進行處理，從而提供前向糾錯(FEC)。更具體而言，信號30送到R/S編碼器40后產生信號50，其中對每個188字節(jié)包含20個奇偶檢驗字節(jié)。信號50隨即送入交織器60，其輸出的已交織信號70具有1/12的比特交織特性。已交織信號70再送到卷積編碼器80，對信號70進行碼率為2/3的網格編碼，產生熟知的編碼信號90。使用常規(guī)的步驟和器件(未示出)將編碼信號90格式化成數據幀，并加入同步信息。已格式化信號90隨后被發(fā)送，由接收機20接收，在本實施方案中使用8VSB地面廣播模式，由于此過程涉及所討論的ATSC DTV標準，所以應為本領域中普通技術人員所理解。同樣易知，接收到的信號90由網格解碼器100、去交織器120和R/S解碼器140處理，產生解碼后的信號150。
通常，本發(fā)明的方法將第二路數據流和一路ATSC數據流信號90組合，隨后調制并發(fā)送合成后的數據流。第二路數據流的比特率比ATSC數據流的低。根據發(fā)明的優(yōu)選實施方案，第二路數據流的比特率可高至2.152Mbps，并可使用2VSB處理技術與ATSC數據流合成，而不降低ATSC DTV系統(tǒng)的性能。甚而，第二路數據流可用作連續(xù)的訓練序列或作為第二路低比特率的內容提供者數據流，如通常用來提供數據廣播股票信息。
為確保本系統(tǒng)反向兼容，當第二路流與第一路流(常規(guī)的ATSC流)合成時，對第一路流保持足夠低的誤碼率以滿足適當的需求很重要。就ATSC流而言，適當的需求可能指可視門限(TOV)。ATSC信號的可視門限(TOV)由主觀測試確定為R/S解碼器140輸出端達到1.93×10-4的分段誤差概率。因此，依照本發(fā)明的接收機應能解碼第一路和第二路流，而常規(guī)的接收機仍能解碼第一路流，且第二路流不會影響整個系統(tǒng)的性能。
為便于解釋，假定第一路數據流(數據流1)是常規(guī)的ATSC流，數據率為19.28Mbps。還假定傳輸信道是理想的，經研究發(fā)現(xiàn)數據流1中在某些時間，某些要發(fā)送的符號可以替換為數據流2(附加數據流)中的符號，從而形成一路合成的數據流。
第一種實施方案中，在R/S編碼前(例如，先于由R/S編碼器40的處理)數據流中的比特替換為數據2中的比特。在這種情形下，為滿足ATSC信號的TOV需求，R/S解碼器140輸出端(信號150)和R/S解碼器140輸入端(信號130)的分段誤差概率經實驗測定約為1.93×10-4。假定R/S解碼器140對每段可解碼10個符號錯誤，則TOV相當于RS解碼器輸出端的最大SER 其中假定R/S解碼器對每段可解碼10個符號錯誤，則每段的長度為828個數據符號。SER最大值為0.012。這意味著在R/S編碼器40的輸入端，數據流1中83個符號中的一個可以替換為數據流2中的符號，而對于所有ATSC接收機還仍然保持數據流1高于TOV。因而，數據流#2的最大數據率可定義為R2＝最大SER×19.28Mbps，此處19.28Mbps是編碼前的有效載荷數據率，導致作為數據流2的0.23Mbps的8-VSB信號。結果是在ATSC DTV信號1中，數據流2基本上以0.23Mbps 8VSB信號傳輸。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，第一路和第二路數據流被傳統(tǒng)地給出。在卷積編碼后，第一路數據流(ATSC數據流)中的比特替換為第二路數據流中的比特。在這種情況下，為滿足ATSC系統(tǒng)的TOV需求，網格解碼器100輸入(信號90)和卷積編碼器80輸出的SER已證實大約為0.2。這意味著每5個符號中有一個可能是錯誤，而仍然滿足TOV需求。因此，在卷積編碼器80輸出端(信號90)中每5個符號中有一個可來自第二路數據流，而仍能確保常規(guī)的ATSC接收機繼續(xù)以滿足TOV需求的數據率接收第一路數據流。結果是在ATSC DTV信號(32.28MHz/5)中第二路數據流便于以6Mbps 8VSB信號傳輸。發(fā)明將結合此優(yōu)選實施方案進行更深入的討論。
現(xiàn)在再參看圖2，圖中示出依照本發(fā)明的發(fā)射機10’、如圖1所示的常規(guī)ATSC接收機20和依照本發(fā)明的ATSC接收機20’。發(fā)射機10’包括串聯(lián)耦合的常規(guī)R/S編碼器40、交織器60和卷積編碼器80，為數據流1(標準ATSC流)提供FEC。按照發(fā)明的優(yōu)選構成，發(fā)射機10還包括串聯(lián)耦合的第二R/S編碼器40’、第二交織器60’和第二卷積編碼器80’，為數據流2(與ATSC數據流合成的第二路附加數據流)提供FEC。因此，數據流1和2各自獨立地編碼和交織，形成信號150和150’。響應于控制器170使用開關160以選定間隔將數據流1(信號150)中的符號替換為數據流2(信號150’)中的符號，信號150和150’被組合，形成一個合成數據流。
同樣為便于解釋，假定通過一個理想信道的最大傳輸率為10.76MHz，這導致流2以2.152MHz(10.76/5)的速率傳輸。不言而喻，對于非理想信道，數據流1中符號替換為數據流2中符號的速率應被調整。例如，如果由于類似信道噪聲的干擾而使網格解碼器100輸入(信號90)的SER為0.15，則數據流1(信號150)中每20個符號中的一個可替換為數據流2(信號150’)中的一個符號，因此數據流2的傳輸數據率為0.538MHz(10.76/20)。
圖2中的接收機20按常規(guī)對所接收到的信號90’接收、解碼并去交織，而ATSC DTV信號1的TOV并沒有劣化，從數據流2中插入的符號只被標識為數據流1中的錯誤，并進行校正。接收機20’包含常規(guī)的網格解碼器100、去交織器120和R/S解碼器140，對代表ATSCDTV數據流的數據流1進行常規(guī)的解碼和去交織。依照優(yōu)選實施方案，接收機20’包括網格解碼器100’、去交織器120’和R/S解碼器140’，用于根據優(yōu)選實施方案對數據流2(與ATSC DTV數據流1組合的第二路數據流)進行解碼和去交織。
發(fā)射機10’和接收機20’還各自優(yōu)選包含開關160、180和控制器170、190。開關160、180分別對使用傳統(tǒng)ATSC DTV方法進行同步的控制器170、190響應。操作開關160來接收信號150、150’，以預定間隔在二者間選擇切換，實現(xiàn)將數據流1(信號150)中選擇的符號替換為數據流2(信號150’)中的符號。例如，如果數據流1(信號150)中每5個符號中的一個替換為數據流2(信號150’)中的一個符號，則控制器170促使開關160將信號150的每四個符號送出作為輸出信號90’，然后切換送出信號150’的一個符號。然后再返回送出信號150的四個符號，依次類推。類似地，接收機20’的開關180接收信號90’并由控制器190控制，有選擇地將其提供給網格解碼器100和100’。此外，假定按所討論的每5個樣值輸出一個，則接收到的頭四個符號送到網格解碼器100，第五個符號送到網格解碼器100和100’，然后下四個送到網格解碼器100，依次類推。在發(fā)明特定優(yōu)選實施方案中，控制器170、190包含分別跟蹤通過符號數的計數器，以便實現(xiàn)開關160和180的正確動作。此切換可以使用傳統(tǒng)的開關或本領域內眾所周知的軟件開關算法實施。
ATSC 8VSB系統(tǒng)使用2/3碼率網格編碼，一個輸入比特編碼為2個比特輸出，另一個輸入比特進行預編碼，并使用了12個相同的網格編碼器。同樣參照圖3，這是一個適于用作卷積編碼器80的常規(guī)2/3碼率卷積編碼器框圖。編碼器80接收2個比特X1、X2，產生3個輸出比特Z0、Z1和Z2，應知此處延時D為12。假定比特X1、X2作為數據流1的一部分提供，已經證實根據本發(fā)明實施方法的SER對比特Z1、Z2被數據流2中比特替換敏感。不僅如此，還證明將數據流1信號150中的Z0比特替換為2VSB(以及1比特)數據流2信號150’，不會降低數據流1的SER。表1示出數據流1為數據率10.76MHz的一路8VSB和數據流2為符號率2.152MHz的一路2VSB，其中數據流1每第5個符號中標識的比特替換為數據流2中一個比特時的仿真結果。
表1
這些結果清楚地表明比特Z1、Z2沒有很好地被保護，但比特Z0得到保護。還發(fā)現(xiàn)對每X個符號可將數據流2中的比特插入，這里X為奇數且不是12的因子(由于卷積編碼器的延時為12)。正如所討論過的，對于ATSC標識的樣值，X最好等于或大于5。這些預防措施確保數據流2(信號150’)中的插入數據遍及所有12個網格解碼器，且不會妨礙接收機20對數據流1的繼續(xù)常規(guī)接收和解碼。
因此，根據本發(fā)明的優(yōu)選構成，數據流2能夠在Z0位置以2.125Mbps比特率的2VSB信號進行傳輸，而不會降低ATSC DTV系統(tǒng)的性能。數據流1中每第5個Z0比特替換為流2中的數據，同時保持數據流1的SER低于TOV。在常規(guī)接收機20中，網格編碼器100、去交織器120和R/S解碼器140對這些錯誤進行常規(guī)校正。
應當理解，當傳輸信道的質量劣化時，可降低數據流2的比特率以保持數據流1的SER低于TOV，并因此不會妨礙常規(guī)的ATSC DTV系統(tǒng)操作。數據流2(信號150’)在例如好的傳輸和接收環(huán)境下，可用作為諸如數據廣播股票信息的低比特率內容提供商；在惡劣接收環(huán)境下，可以用作連續(xù)的訓練信號以提高ATSC DTV系統(tǒng)的整體可靠性。
盡管本發(fā)明在優(yōu)選構成中在某種程度上以優(yōu)選構成加以描述并圖解，但應知優(yōu)選構成僅通過實例公開，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的條件下，可以對各部分構建、合成和安排細節(jié)進行大量改變。這意味著本專利將通過隨后權利聲明的適當表述來包含所公開發(fā)明中可取得專利的新穎性特征。
權利要求
1.一種產生適于傳輸的壓縮域數字信號的方法，所述方法包括提供包含第一批數據比特的第一路數字數據流信號(150)和包含第二批數據比特的第二路數字數據流信號(150’)；確定上述第一路數字數據流信號(150)的閾值；根據上述閾值確定所述第一批比特中的某些比特；且用上述第二批中的數據比特替換上述第一批數據中所選擇的比特，產生一路合成的數字數據流信號(90’)；其中上述合成數字數據流信號(90’)適于由適合接收上述第一路數字數據流信號(150)的接收機(20)和適合接收上述合成數字數據流信號(90’)的接收機(20’)接收并解碼。
2.如權利要求1的方法，其中上述閾值可指示上述第一批數據比特(150)的百分比。
3.如權利要求2的方法，其中上述第一路數字流信號(150)是一路ATSC DTV數據流信號。
4.如權利要求2的方法，其中上述閾值是上述第一路數字數據流信號(150)的可見度值的閾值。
5.如權利要求4的方法，其中上述第二路數字數據流信號(150’)的比特率比上述第一路數字數據流信號(150)的低。
6.如權利要求1的方法，還包含步驟對上述第一批數據比特對進行卷積編碼對以產生大量Z0、Z1和Z2數據比特，其中所述第一路數據比特中選擇的比特即上述Z0比特中所選擇的那些比特。
7.一種設備(10’)，用于產生包含來自第一路數字數據流信號(150)和第二路數字數據流信號(150’)數據比特的壓縮域合成數字信號(90’)，并且適于傳輸到第一接收機(20)和第二接收機(20’)并由這兩個接收機接收該第一接收機適用于接收上述第一路數字數據流信號(150)并且該第二接收機適合接收上述合成數字數據流信號(90’)，上述設備包括第一前向糾錯設備(40、60、80)，其包括適合接收上述第一路數字數據流信號(150)的一個輸入端以及一個輸出端，其中上述第一路數字數據流信號(150)包含第一批數字數據比特；第二前向糾錯設備(40’、60’、80’)，其包括適合接收上述第二路數字數據流信號(150’)的一個輸入端以及一個輸出端，其中上述第二路數字數據流信號(150’)包含第二批數字數據比特；且，用于有選擇性地將上述第一批數據中所選擇比特替換為上述第二批數據中的比特，以產生上述合成信號(90’)的裝置(160)；其中，用于有選擇地替換上述所選擇數據比特(90’)的上述裝置與上述第一(40、60、80)和第二(40’、60’、80’)前向糾錯設備耦合，且上述第一批數據比特中所選比特被選擇，以便至少在上述合成信號(90’)中包含至少上述第一批數據中指定百分比的比特。
8.如權利要求7的設備，其中上述第一組糾錯設備(40、60、80)包括第一里德-所羅門編碼器(40)，包含上述第一個輸入端和一個輸出端；第一交織器(6)，包含耦合到上述第一個里德-所羅門編碼器(40)的所述輸出端的一個輸入端和一個輸出端；以及，第一卷積編碼器(80)，包含連接到上述第一交織器(60)的上述輸出端的一個輸入端和上述第一糾錯設備的輸出。
9.如權利要求8的設備，其中上述第二組糾錯設備包括第二里德-所羅門編碼器(40’)，其包含上述第二個輸入端和一個輸出端；第二交織器(40’)，其包含耦合到上述第二里德-所羅門編碼器(40’)的輸出端的一個輸入端和一個輸出端；以及，第二卷積編碼器(80’)，其包含耦合到上述第二交織器(60’)的上述輸出端的一個輸入端和上述第二錯誤校正設備的輸出。
10.如權利要求9的設備，其中用于替換的上述裝置(160)耦合到上述第一和第二卷積編碼器(80，80’)的上述輸出端。
11.如權利要求10的設備，還包括用于識別上述第一路數據流信號(150)中上述所選擇比特并耦合到用于替換(160)的上述裝置的控制器(170)。
12.如權利要求11的設備，其中用于替換(160)的上述裝置包含一個輸出端和一個開關(160)，用來有選擇性地將上述第一和第二路數據流(150，150’)中的比特送到用于替換(160)的上述裝置輸出。
13.一種接收機(20’)，適于接收壓縮域數字信號(90’)，所述接收機包括第一糾錯設備(100，120，140)，用于校正第一信號(150)中的錯誤；第二糾錯設備(100’，120’，140’)，用于校正第二路信號(150’)中的錯誤；以及，裝置(180)，用于接收一路包含上述第一路信號(150)中數據比特和第二路信號(150’)中數據比特的合成信號(90’)，將上述第一路和第二路信號(150，150’)中上述比特送到上述第一糾錯設備(100，120，140)，上述第二路信號(150’)中的上述數據比特送到上述第二糾錯設備(100’，120’，140’)；其中上述第一路信號(150)適于由第一種類型的接收機(20)接收。
14.如權利要求13的接收機，其中上述第一糾錯設備(100，120，140)包括第一網格解碼器(100)、第一去交織器(120)和第一里德所羅門解碼器(140)。
15.如權利要求13的接收機，其中上述合成信號(90’)包括大量第一種類型的數據比特(Z0)、大量第二種類型的數據比特(Z1)和大量第三種類型的數據比特(Z2)，其中上述選擇數據比特是上述第一種類型數據比特(Z0)中所選擇的比特。
16.一種用于接收一路合成的壓縮域數字信號(90’)的方法包括接收一路包含對應第一路信號(150)的數據比特和對應第二路信號(150’)的數據比特的合成信號(90’)，其中上述合成信號(90’)適于由適合接收上述第一路信號(15)的一種接收機(20)接收；且，將與上述第一路信號(150)對應的上述數據比特和與上述第二路信號(150’)對應的數據比特送到第一電路(100，120，140)，與上述第二路信號(150’)對應的數據比特送到第二電路(100’，120’，140’)。
全文摘要
一種產生用于傳輸的壓縮域數字信號的方法和系統(tǒng),該方法包括:提供包含第一批數據比特的第一路數字數據流信號和包含第二批數據比特的第二路數字數據流信號;確定第一路數字數據流信號的閾值;根據閾值識別第一批數據中的選擇的某些比特;然后,用第二批中的數據比特替換第一批數據中所選擇的比特,以產生一路合成的數字數據流信號;其中合成的數字數據流信號適于由適合接收第一路數字數據流信號的接收機和適合接收合成數字數據流信號的接收機接收并解碼。
文檔編號H04N7/081GK1383683SQ01801530
公開日2002年12月4日 申請日期2001年3月29日 優(yōu)先權日2000年3月30日
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