CN100347979C - Atsc系统中标准8－vsb和稳健2－vsb(4－vsb)码元的同时发送 - Google Patents

Atsc系统中标准8－vsb和稳健2－vsb(4－vsb)码元的同时发送 Download PDF

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Abstract

改进ATSC A/53 HDTV信号发射标准的一种灵活的数字发射系统。该系统包括一个数字信号发射机，用于产生第一个高级电视系统委员会(ATSC)标准编码8-VSB比特流，以及产生新的坚固比特流用来发射高优先级的信息比特，能够按照包括以下模式的一种发射模式发射其中新比特流的码元：2-VSB模式和4-VSB发射模式(模式，NRP，RPP)。标准8-VSB比特流被合并和格式化(330)，通过广播上定义的比特率比率同时在陆地信道上发射(380)。该发射系统包括一个控制机制，用来产生在发射机装置那里对坚固数据包进行编码所需要的信息。它还包括一个机制，用来对控制参数(360)进行编码，将产生的信息与标准和坚固比特流(365)进行多路复用供发射。还提供一种接收机结构，用来对发射机装置发射的标准和坚固比特流进行译码。

Description

ATSC系统中标准8-VSB和稳健2-VSB(4-VSB)码元的同时发送
技术领域
本发明涉及数字发送系统，具体而言，涉及高级电视系统委员会(ATSC)数字电视(DTV)标准(A/53)。本发明介绍一种方法，用于与符合ATSC标准的标准比特流一起发送稳健比特流，还介绍一种方法，用于在接收机装置中识别稳健数据包。
技术背景
通过陆地广播信道发送高清晰度电视(HDTV)的ATSC标准利用了包括12个独立时分多路发送栅格编码数据流序列的信号，它以10.76MHz的速率调制成8级残留边带(VSB)码元流。这个信号被映射成6MHz的带宽，对应于标准VHF或者UHF陆地电视信道，通过这些信道以19.39Mbps的数据率广播这一信号。ATSC数字电视标准和最新版本A/53的细节可以在http://www.atsc.org/获得。
图1中的框图笼统地说明现有技术中示例性的高清晰度电视(HDTV)发送机100。兼容MPEG的数据包首先在数据随机化器105中随机化，每个数据包都在Reed-Solomon(RS)编码器单元110中进行前向纠错(FEC)编码。然后，每个数据字段连续段中的数据包被数据交织器120交织，并且在栅格编码器单元130中进行编码。栅格编码器单元120产生一个数据码元流，每个码元都有3个比特。这3个比特中的一个被预先编码，其它两个比特由一个4态栅格编码器产生。这3个比特被随后映射成一个8级码元。
众所周知，现有技术中的栅格编码器单元130包括12个并列的栅格编码器和一些预编码器单元，来提供12个交织编码数据序列。在多路复用器140中，每个栅格编码器单元的码元都与同步单元(图中没有画出)输出的“段同步”和“字段同步”同步比特序列150结合。然后由导引码元插入单元160插入一个小的同相导引码元信号，并且由滤波器装置165有选择地进行预均衡。然后用VSB调制器170将码元流进行残留边带(VSB)载波抑制调制。最终用射频(RF)映射器180将这个码元流上变频到射频。
图2是现有技术中一个实例性高分辨率电视(HDTV)接收机200的一个框图。用调谐器210将收到的RF信号下变频到中频(IF)。然后对这个信号进行滤波，接下来由中频滤波器和检测器220映射到数字形式。此时检测到的信号是数据码元流的形式，每一个都表示8级星座中的一级。然后将各个信号提供给NTSC抑制滤波器230和同步单元240。然后用均衡器和相位跟踪器250对这个信号进行均衡处理和相位跟踪。接下来用栅格译码单元260对恢复出来的编码数据码元进行栅格译码。随后用数据去交织器270对译码得到的数据码元进行去交织。然后用Reed-Solomon译码器280对这些数据码元进行Reed-Solomon译码。这样就能够恢复发送机100发送的MPEG兼容数据包。
尽管完全能够用现有的ATSC 8-VSB A/53数字电视标准在发送信号的时候避免许多信道损伤，比方说陆地情形中的重影、突发噪声、信号衰落和干扰，但是ATSC标准仍然需要灵活性，从而能够适应各种优先级和数据率的流。
因此，在ATSC数字发送系统中特别需要一种技术，用来与标准ATSC 8-VSB比特流一起发送新的稳健比特流，与标准ATSC流相比，其中新的比特流有一个较低的可见度门限(TOV)。
还特别需要一种灵活的ATSC数字发送系统和方法，可以将它们用来发送在接收机装置那里正确地表明稳健数据包的给定参数。
还特别需要一种灵活的ATSC数字发送系统和方法，利用它们能够在新比特流的稳健性和标准比特流的数据率之间取得一种折中，并且这种发送还能够向后与现有的数字电视接收机装置兼容。
因此本发明的一个目的是在ATSC数字发送系统中提供一种技术，用来与标准的ATSC比特流一起发送新的稳健比特流。
本发明的另一个目的是提供一种灵活的ATSC数字发送系统和方法，它能够提供一种机制用来为接收机装置正确地识别稳健数据包产生和发送给定参数。
发明内容
本发明的再一个目的是提供一种灵活的ATSC数字发送系统，它向后与现有的数字电视接收机装置兼容。
在本发明的一个方面，提供了一种数字信号发送系统，包括：
用于编码数据包以作为8-VSB调制的比特流码元发送或者编码稳健数据包以作为稳健比特流码元发送的装置；
用于通过固定带宽通信信道单独地或者与包括8-VSB调制的比特流码元的标准比特流一起地发送包括所述稳健比特流码元的稳健比特流以供由接收机装置接收的发送机装置；和
用于编码标识稳健数据包的参数并且产生在所述接收机装置处对稳健数据包进行译码所需要的信息的装置，所述发送机装置包括用来将所产生的信息与所述稳健比特流和标准比特流进行多路复用从而能够在所述接收机装置处进行码元译码的装置。
在本发明的另一个方面，提供了一种用于发送数字信号的方法，包括以下步骤：
a)编码数据包以作为8-VSB调制的比特流码元发送，或者编码稳健数据包以作为稳健比特流码元发送；
b)通过固定带宽通信信道单独地或者与包括所述8-VSB调制的比特流码元的标准比特流一起地发送包括所述稳健比特流码元的稳健比特流以供接收机装置接收；和
c)编码标识稳健数据包的参数并且产生在所述接收机装置处对稳健数据包进行译码所需要的信息，并且将所述产生的信息与所述稳健比特流和所述标准流进行多路复用，从而能够在所述接收机装置处进行码元译码。
在本发明的再一个方面，提供了一种通信系统，包括：
用于编码数据包以作为8-VSB调制的比特流码元发送或者编码稳健数据包以作为稳健比特流码元发送的装置；
用于单独地或者与包括所述8-VSB调制的比特流码元的标准比特流一起地发送包括所述稳健比特流码元的稳健比特流的发送机装置；
用于通过固定带宽通信信道接收所述标准比特流或者稳健比特流中的一个或者多个的接收机装置；
用于编码标识稳健数据包的参数并且产生在所述接收机装置处对标准和稳健数据包进行译码所需要的信息的装置，所述发送机装置将所述产生的信息与所述稳健比特流一起发送，从而能够在所述接收机装置处进行码元译码；和
在所述接收机装置处的控制装置，用于检测所述产生的译码信息和产生用以跟踪属于所述标准和稳健比特流的单个字节的跟踪控制信息，从而能够在所述接收机处对标准和稳健数据包进行正确译码。
为了确保向后与各制造商的现有接收机相兼容，给出一种可选的非系统化Reed-Solomon编码器，为稳健比特流数据包增加奇偶校验字节。将利用ATSC FEC方案(A/53)对标准8-VSB比特流进行编码。用插入的新比特流发送的数据包将被现有接收机的发送层译码器忽略，从而减少现有接收机的译码有效载荷。
附图说明
下面将参考附图描述本发明，在这些附图中：
图1是现有技术中示例性高清晰度电视(HDTV)的一个框图；
图2是现有技术中示例性高清晰度电视(HDTV)的一个框图；
图3是本发明中用于稳健(伪2-VSB和4-VSB)和标准比特流的改进型数字发送系统300的一个功能框图；
图4画出了一个数据段，它包括本发明中改进型数字发送系统300发送的FEC编码比特流；
图5(a)画出的是现有技术中采用栅格码段内交织技术的栅格编码器块350；
图5(b)是现有技术栅格编码器和预编码器单元的一个框图，它是图5(a)所示12个单元中的一个和一个8级码元映射器；和
图6说明稳健流数据包格式化器装置中数据包复制过程的结果；
图7(a)说明按照控制参数模式＝2，3和NRS＝0对格式化过的数据包进行数据包复制的过程，图7(b)说明按照控制参数模式＝2，3和NRS＝1对格式化过的数据包进行数据包复制的过程；
图8(a)和8(b)说明的是数据包格式化器按照控制参数模式＝1和NRS＝0(图8(a))和NRS＝1(图8(b))执行的比特重新排列过程；
图9(a)说明包括312个数举包的单独一个MPEG字段400；
图9(b)说明控制参数信息包括NRP＝“1101”和RPP＝“00”的情况下的一个示例性MPEG字段402；图9(c)说明控制参数NRP＝“1100”和RPP＝“01”的情况下的一个示例性MPEG字段；和
图10是能够对标准和新(稳健)比特流都进行译码的一种新ATSC接收机500的一个框图。
具体实施方式
本发明涉及一种系统，它能够利用数字发送机发送更加稳健的ATSC比特流，例如定义为伪2-VSB和4-VSB以及分级VSB也就是H-VSB调制比特流的那些，或者在标准ATSC 8-VSB比特流中嵌入稳健的比特流。给出的新ATSC比特流中每一个都是稳健的(“稳健流”)的含义是稳健流中比特的纠错能力比标准ATSC 8-VSB比特流中比特的纠错能力强。
图3中描述的本发明说明的是一种新的数字发送系统300，它能够灵活地将MPEG兼容数据包作为稳健和标准数据比特流进行发送和接收，以适应大范围的载噪比和信道条件。此外，这里描述的本发明涉及一种数字发送系统，它采用了一些新的方法，用于保证向后与现有数字接收机装置的兼容，特别给出一种机制，用于发送接收机装置正确地识别稳健MPEG数据包所需要的给定参数。
下面参考图3介绍本发明中用于发送稳健伪2-VSB或者4-VSB比特流(除了标准比特流以外)改进数字发送系统300的一个代表性功能框图。如图3所示，系统300包括一条输入路径303，用于按照现有的ATSC 8-VSB标准接收数据包307以及产生数字比特流，或者作为新的(稳健)伪2-VSB、4-VSB或者H-VSB调制比特流。最好是由系统300以向后兼容的方式处理和发送所有稳健数据包，例如伪2-VSB或者4-VSB调制的，它意味着现有接收机将能够把稳健流数据包识别为有效的RS(Reed-Solomon)码字。例如，(对于现有的接收机)它可以通过让对应于稳健流数据包的数据包标识符(PID)包括一个空数据包报头。
新ATSC编码系统的几个特征点包括但不限于：1)新稳健流的可见度门限(TOV)可以低到8.5dB；2)在存在很强静态多径和动态多径的情况下新稳健流的性能显著提高；3)允许在数据率和稳健性之间有一个折中；4)三种不同的系统模式：伪2-VSB、4-VSB和分层VSB(H-VSB)；5)一种可选的Reed-Solomon编码器，以满足向后兼容要求；6)广播方可以选择稳健流和标准流的混合量。混合百分比可以从0％(只有标准流)到100％(只有稳健流)之间变化；和7)在帧内放置稳健数据包有几个选项。
这样，为了实现这一改进了的ATSC数字发送系统，首先必须选择多个能够选择的参数，发送给接收机装置。下面介绍传递这一信息给接收机装置一种有效的方法。具体而言，按照A/53ATSC标准定义的一些保留帧同步比特可以被用于这一目的。如图4所示，根据这一ATSCA/53标准修正版B(2001年8月7日)，一种VSB发送机将发送的对象组织成一系列的数据帧(没有画出)，每个数据帧都包括两个数据字段，每个数据字段都包括313个数据段。每个数据字段都是周期性的(近似为24.2ms)，并且以叫做数据字段同步信号(没有画出)的一个完整的数据段开始，它是一个独一无二的同步信号。剩下的312个数据段中每一个都有188字节发送数据包加上它有关的前向纠错(FEC)系统开销中相同数量的数据(由RS编码器和栅格编码器产生)。数据字段同步段20在图4中画出，它包括832个码元，包括一个数据段同步25信号，其中有二进制形式发送的4个码元，并且提供段同步。按照ATSC A/53标准，数据段20中剩下的828个码元包括几个码元字段，包括长度不同的伪噪声序列26a、…、26d，以及包括104个码元的一个保留码元字段27。根据本发明，就是在这个保留的码元字段27内传递用来识别数字比特流类型的那一组参数，包括标准的和向后兼容方式的新的稳健(伪2-VSB、4-VSB和H-VSB)比特流。
表1说明已经进行了定义以便在接收机那里正确地识别稳健数据包的那些参数。由于必须在接收机的一个均衡器装置那里解释这些参数，因此用稳健的纠错码对它们进行严密保护。最好将编码码字插入数据字段同步段20的104个保留码元字段27。
                    表1
  模式(2)   NRS(1)   NRP(4)   RPP(2)
表1说明如何用四个参数(以及它们的比特数)来识别稳健数据包。第一个参数“模式”包括稳健数据包的说明，用于识别稳健数据包的格式。用两个比特来识别四个可能的模式，就像下面将参考表2所描述的一样：
             表2
  模式   说明
  00   标准。字段中没有任何稳健数据包
  01   H-VSB模式
  10   4-VSB模式
  11   伪2-VSB模式
例如，如表2所示，模式00说明它是没有稳健数据包要发送的一个标准流；模式01说明它是一个H-VSB流；模式10说明它是一个4-VSB流；模式11说明要发送一个伪2-VSB流。如果模式＝00，那就可以忽略其余参数。
再参考表1，第二个“NRS”(非系统的Reed-Solomon编码器)参数说明是否将非系统RS编码器用于对稳健数据包进行编码。将单个比特用于识别两个可能的NRS模式，如同下面参考表3所描述的一样：
          表3
  NRS   说明
  0   没有使用非系统RS编码器
  1   使用非系统RS编码器
例如，NRS＝0说明没有使用非系统RS编码器，因此要用FEC功能块将一个稳健数据包编码成两个码元字段。如果NRS＝1，它就说明使用了系统RS编码器，因此要用FEC功能块将一组四个稳健数据包编码成九个码元段。表4和5分别说明每一帧稳健数据包的数量比(也就是每一(混合)帧中稳健数据包的数量)与标准数据包数量的比，以及分别对应于NRS＝0和NRS＝1的比特率实例。
                       表4
  每一(混合)帧中稳健数据包的数量/标准数据包的数量   比特率
  稳健   标准
  0/312(0％)   0   19.28
  2/308   123.589Kbps   19.033Mbps
  3/306(2％)   185.385Kbps   18.909Mbps
  4/304   247.179Kbps   18.785Mbps
  6/300   370.769Kbps   18.538Mbps
  8/296(5％)   484.359Kbps   18.291Mbps
  12/288   741.538Kbps   17.797Mbps
  16/280(10％)   988.718Kbps   17.302Mbps
  20/272(13％)   1.236Mbps   16.808Mbps
  26/260(16％)   1.606Mbps   16.067Mbps
  32/248(20％)   1.977Mbps   15.325Mbps
  39/234(25％)   2.410Mbps   14.460Mbps
  52/208(33％)   3.213Mbps   12.853Mbps
  78/156(50％)   4.820Mbps   9.640Mbps
  104/104(66％)   6.427Mbps   6.427Mbps
  156/0(100％)   9.640Mbps   0
                          表4
表4说明当NRS＝0的时候，不同混合值的情况下有关稳健数据包和标准比特流的比特率。应该指出，表4所示的混合百分比是舍入了以后的值。
                    表5
  每一帧中稳健数据包的数量/标准数据包的数量   比特率
  稳健   标准
  0/312   0   19.28Mbps
  4/303   247.179Kbps   18.724Mbps
  8/294   484.359Kbps   18.168Mbps
  12/285   741.538Kbps   17.612Mbps
  16/276   988.718Kbps   17.055Mbps
  20/267   1.236Mbps   l6.499Mbps
  24/258   1.483Mbps   15.943Mbps
  28/249   1.730Mbps   15.387Mbps
  32/240   1.977Mbps   14.831Mbps
  40/222   2.472Mbps   13.718Mbps
  52/195   3.213Mbps   12.050Mbps
  64/168   3.955Mbps   10.382Mbps
  72/150   4.449Mbps   9.269Mbps
  76/141   4.696Mbps   8.713Mbps
  96/96   5.932Mbps   5.932Mbps
  120/42   7.415Mbps   2.595Mbps
表5说明NRS＝1的时候不同混合值的情况下，稳健和标准比特流的比特率。
回到表1，第三个“NRP”参数说明一帧中稳健数据包的数量。可以利用表6将这个4比特数字映射成一帧中稳健数据包的数量。
                            表6
  NRP   编码前坚固数据包的数量
  NRS＝0   NRS＝1
  0000   0   0
  0001   2   4
  0010   3   8
  0011   4   12
  0100   6   16
  0101   8   20
  0110   12   24
  0111   16   28
  1000   20   32
  1001   26   40
  1010   32   52
  1011   39   64
  1100   52   72
  1101   78   76
  1110   104   96
  1111   156   120
回到表1，第四个“RPP”参数说明一帧中稳健数据包的位置。稳健数据包可以在一帧中均匀分布，也可以在从开始位置开始的一帧中连续分布。注意，不可能是对于所有的NRP值都采用均匀分布。表7说明一帧中的各种稳健数据包如何分布。
            表7
  RPP   稳健数据包的位置
  00   以粒度1均匀分布在一帧内
  01   以粒度2均匀分布在一帧内
  10   以粒度4均匀分布在一帧内
  11  在一帧中从位置1开始连续分布
如上所述，稳健码元映射技术被用来获得新稳健比特流性能上的优势。这就要求有一种控制机制来跟踪属于通过发送机FEC部分稳健比特流和标准比特流的字节。发送机还利用数据路径中的“数据包格式化器”功能块330对属于稳健比特流的数据字节重新格式化，下面将对此作详细说明。
图3是描述本发明中发送稳健比特流的ATSC发送机300的框图。为了进行说明，将ATSC发送机300描述成没有非系统RS编码器(也就是NRS＝0)。显然，对包括可选非系统RS编码器(也就是NRS＝1)的ATSC发送机的另一个实施方案进行改进，将另外的复杂性考虑在内。如图3所示，本发明中的ATSC发送机300采用一个随机化单元310，按照伪随机数的已知产生模式首先改变输入数据比特。按照ATSC标准，数据随机化器将输入的所有数据字节与数据字段开始的时候初始化过的16比特最大长度伪随机二进制序列(PRBS)进行异或操作。输出的随机化数据被随后输入给一个Reed-Solomon(RS)编码器单元320，它对大小是187字节的一个数据块进行处理，增加20个RS奇偶校验字节用于纠错，以获得每个数据段发送总共207字节的一个RS块。就是这些字节将被随后进行处理，然后用稳健星座进行发送。RS编码以后，这207个字节的数据段被随后输入给数据包格式化器330，按照稳健比特流对这些数据字节重新格式化。这个数据包格式化器330主要是对进来的稳健比特流进行缓存，并且将它们编排成207字节大小的组，而对标准比特流仅仅进行转发，不进行任何修改。总之，在数据包格式化器输出端每个字节只有4个比特，也就是最低几位(6，4，2，0)，对应于进来的流。每个字节的其它4个比特，也就是最高几位(7，5，3，1)，则可以设置成任意值，将在这里详细说明其原因。在数据包格式化器330中对字节进行重新格式化以后，这些数据被输入给传统的交织器340，按照ATSC A/53标准加扰这一数据流的顺序。如同下面将详细介绍的一样，与每个稳健数据包或者标准数据包有关的字节的跟踪是在图3所示的同时处理控制路径304中进行的。如图3所示，栅格编码器装置350随后对交织以后的RS编码数据字节进行栅格编码，它采用2/3的栅格码和一个预编码的未编码比特，也就是用1/2卷积码将一个输入比特编码成两个输出比特而另一个比特则被预编码。如图5(a)所示，栅格编码器350采用栅格码段内交织和码元映射，并且包括例如12个相同的栅格编码器和预编码器3511～35112，对交织的数据码元进行操作。
与被跟踪正常(标准)码元所采用的标准8-VSB码元映射方案相比，对于被跟踪稳健码元，最好用更加稳健的栅格编码映射方案(伪2-VSB或者4-VSB)系统。应该明白，对于稳健码元的栅格编码，采用1/3的栅格编码，从而使一个比特的输入被映射成3个比特，映射成稳健流的一个码元。对于标准流，按照传统的标准数据包8级码元映射技术将2个比特映射成3个比特。对于属于标准流(SS)的传统字节，每个字节的所有8个比特都携带信息。对于稳健流(NS)，每个字节应该只有4个比特携带信息。具体而言，如图5(b)所示，根据本发明，对于稳健的比特流，栅格编码器350接收一个字节，其中只有4个比特(最低几位)包括有效信息。当栅格编码器350收到属于稳健流的一个字节的时候，将信息比特(例如最低几位的比特(6，4，2，0))放在X1上，随后确定X2，以获得需要的特定码元映射方案，例如伪2-VSB。一旦确定了X2，字节的最高4位(4-MSB)，例如比特(7，5，3，1)将被这些值替换。确定了一个字节的所有比特以后，将形成包括最高几位和最低几位的一个新字节。当NRS＝1的时候，将这个字节传递给“非系统”Reed-Solomon编码器375。但是“非系统”Reed-Solomon编码器的奇偶校验字节和PID字节却要用8-VSB编码方式进行编码。现在按照以下方式描述每种模式的码元映射技术：
伪2-VSB模式
2-VSB模式是通过在图5(b)所示的栅格编码器单元352中让Z2和Z1等于信息比特X1(也就是最低几位(6，4，2，0))而获得的。然后计算X2，从而在已经预编码的情况下得到Z2。这一操作就是X2＝X1+Y2d mod 2，其中Y2d是图5(b)所示预编码器单元353中寄存器356的内容。这一操作与8级码元映射器354中采用的现有码元映射方案结合起来，得到{-7，-5，5，7}中的码元。从这一信息是作为这一码元的符号发送的意义上讲，它基本上是一个伪2-VSB信号。实际码元是一个有效的栅格编码4级码元，可以用现有的栅格译码器装置进行译码。
4-VSB模式
参考图5(b)，通过让Z1等于栅格编码器单元352中的信息比特来获得4-VSB模式。然后计算X2，从而在预编码的情况下，Z2等于Z0。这一计算也就是X2＝Z0+Y2d mod 2，其中Y2d是预编码器寄存器356的内容。这些操作和使用现有码元映射得到的{-7，-3，3，7}中的码元，它们基本上是栅格编码的4-VSB码元。实际的4级码元是有效的栅格编码码元，能够用现有的栅格译码器进行译码。
这样，按照本发明，对数据包进行格式化，从而只将信息放在适合于栅格编码器处理的比特位置上。对于稳健流，只需要将这一信息比特放置在稳健字节中稳健栅格编码和码元映射需要的比特位置上。更具体地说，在MPEG数据包级上，对于携带信息的每一个稳健数据包，会产生两个数据包：一个是携带信息的数据包，另一个作为占位符数据包。在这个数据包格式化器330中，只处理携带信息的数据包(不是占位符数据包)。具体而言如图6所示，这个数据包格式化器为稳健流中收到的每个数据包的每个字节331产生两个稳健字节(数据包)332a、332b。这个数据包格式化器330将产生两个相同的比特，例如比特333、334对应于处理过的每个输入字节的每个信息比特335。也就是说，每个字节332a、332b的每两个比特333、334对应于携带信息的比特335，作为X1和X2比特输入栅格编码器，例如按照图5(b)采用伪2-VSB映射(Z2＝Z1)。
这样，稳健数据包格式化器能够确保在需要的比特位置X1、X2提供信息比特供栅格编码器352进行适当的稳健映射，按照采用的稳健码元映射方案形成Z0～Z2输入。
回过来参考图3，如果使用“非系统”Reed-Solomon编码器375，就只产生187个字节，携带稳健流的4×187个比特。在这187个字节进行了栅格编码，获得(伪)2-VSB和4-VSB码元以后，将确定剩下的20个字节。在产生这207个字节的时候，包含信息流的这187个字节和其它20个字节，在这个处理阶段它们的具体值还没有确定，被交换位置，从而在经过了数据交织器340以后，这20个字节将出现在187个字节的后面。在这个新的流处理阶段，这20个字节的值可以被设置成任意值。但是如果使用“非系统”Reed-Solomon编码器375，那么207个字节的所有最低几位都将对应于输入稳健比特流的207×4比特。在这种情况下，这187字节的MPEG兼容数据包将用828×2个码元发送。
表8概述对于模式和NRS参数的不同组合，数据包格式化器330的功能。
                     表8
  NRS   模式   输入数据包数   输出数据包数   功能
  0   2，3   1   2   字节复制
  0   1   2   2   重排比特
  1   2，3   4   9   字节复制，插入“占位符”
  1   1   8   9   重排比特，插入“占位符”
如表8所示，数据包格式化器330包括3个功能单元：基本格式化器单元，奇偶校验字节位置计算器单元和“占位符”插入器单元。例如，当NRS＝0的时候，它将每个稳健信息字节331变换成2个字节332a、332b。这一点在图7(a)中说明，当NRS＝0的时候，其中输入的稳健信息数据包被变换成2个数据包。数据包格式化器的功能依赖于模式和NRS控制参数。如果NRS＝0，那么数据包格式化器基本上就执行字节复制或者字节重排功能，如图7(a)所示。但是如果NRS＝1(也就是为了向后与现有的接收机装置兼容采用非系统RS编码)，那么数据包格式化器就为另外的报头和奇偶校验字节另外插入“占位符”。
如上所述，基本数据包格式化器功能复制数据包的字节，如图7(a)所示，如果模式＝2或者3(4-VSB，伪2-VSB)，NRS＝0，以及在图7(b)中，对于模式＝2或者3(4-VSB，伪2-VSB)和NRS＝1的情形。如果模式＝1(采用H-VSB调制)，按照图8(a)和8(b)所示的方式重新排列输入数据包的比特。
如图8(a)和8(b)所示，在H-VSB模式(模式＝1)中进行比特重排，以保证稳健数据包338出来的“稳健流”嵌入的数据包339中的“嵌入流”总是分别进入重新格式化以后数据包336、337的最高几位比特位置和最低几位比特位置。图8(a)和8(b)具体说明为了向后兼容采用非系统RS编码的时候，数据包格式化器为控制参数模式＝1和NRS＝0(图8(a))以及模式＝1和NRS＝1(图8(b))所进行的比特重排过程。
总之，从传输子系统到发送子系统的输入是包括188字节MPEG兼容数据包的19.39Mbps的串行数据流。这些MPEG数据包被组织成312字节的组，其中包括单个MPEG字段400，如图9(a)所示。每个数据包都被划分成属于标准或者稳健的比特流，具体情况取决于控制信息(模式，NRP和RPP)。例如，参数NRP和RPP决定了312个数据包的组(MPEG字段)中哪些数据包属于稳健比特流。表6中给出的NRP决定了MPEG字段中稳健数据包的个数，而RPP(表7)则给出这个字段中稳健数据包的位置。栅格编码器用这个模式参数对稳健数据包进行编码。应该明白，以上条件意味着只有每个312个数据包才能改变控制参数(也就是每个MPEG字段一次)。
给出发送机系统300的一个处理实例，如果收到模式参数NRP＝“1011”和RPP＝“00”并且NRS＝0，，那么从表6可以确定对于NRP的这个值，MPEG字段中有78个稳健数据包(编码以后39×2)。RPP＝“00”表明这些数据包在以第一个数据包开始的MPEG字段中均匀分布。稳健数据包之间的间隔由因子(312/78)确定。这样，对于这些组参数，从第一个数据包开始的MPEG字段中每隔三个数据包的那些个数据包都是稳健数据包。必须注意，由于对稳健数据包进行了额外处理，它们中只有一些(对于NRS＝0有50％)实际上携带了有效载荷，而剩下的稳健数据包都是占位符。图9(b)说明NRP＝“1101”和RPP＝“00”的情况下的一个MPEG字段402实例。
在另一个处理实例中，对于NRP＝“1100”和RPP＝“01”，从表6可以确定对于NRP的这个值，一组312个数据包中有52个稳健数据包。对于RPP等于“01”，它说明这些数据包以粒度2在MPEG字段中从第一个数据包开始均匀分布。稳健数据包对之间的间隔由因子(312/2×52)确定。因此，对于这组参数，从第一个数据包开始，MPEG字段404中的每6个数据包中的2个数据包都是稳健数据包。图9(c)给出NRP＝“1100”和RPP＝“01”的一个MPEG字段404实例。
如上所述，在当前的处理路径304中，与收到的MPEG字段中每一组12个数据包有关的模式、NRP和RPP参数都用于稳健数据包识别。同样，控制参数模式、NRP和RPP只能每隔312个数据包改变一次，也就是说每个MPEG字段改变一次。在系统工作过程中，这些参数被输入，以产生“hd_sd_in”处理块315，它在模式、NRP和RPP参数的基础之上在数据包这一级别上实现产生控制信息的逻辑。如上所述，这一块的输出325是一个比特值(例如“1”)，如果当前处理的数据包属于新的稳健流(NS)，或者是另一个比特值(例如“0”)，如果收到的数据包属于标准流(SS)。更加具体地说，产生“hd_sd_in”处理块315中的输出325，为当前MPEG字段的每个数据包中的每个字节产生一个比特，例如312个数据包。一旦hd_sd产生块315识别出每个数据包，它就为每个稳健字节输出一个“1”，为每个标准字节输出一个“0”。
按照这一方案，通过对属于不同比特流的字节应用不同的栅格编码方案就能够获得编码增益。但是，由于比特流的字节是由(图5(a)中)的数据交织器340和栅格交织器350重新排列的，块315产生的相应跟踪比特325在栅格编码器350对它们编码的时候，被卷积比特交织器341和栅格交织块345重新排列。卷积比特交织器块341在功能上类似于ATSC A/53标准中给出的卷积字节交织器340，只有存储器单元是一个比特而不是一个字节。这个块被用于通过卷积交织器340跟踪字节。也就是说，卷积交织器块340输出的每个交织字节被卷积比特交织器341以一种同步方式加以跟踪，因此控制路径304中对应于要发送的每个字节的跟踪比特的完整性得以保持。
如上所述，按照ATSC标准，另一个块，栅格编码器350用段内交织实现12个相同的栅格编码器，还要影响输出流中码元的顺序。为了继续识别栅格编码器350中的字节，提供一个栅格交织器控制块345，从而跟踪每个栅格编码器的每个输入。通过控制路径304中信息字节的跟踪产生与每个码元有关的“td_hd_sd”，这些码元在栅格编码器350那里表明码元的身份。根据这一比特，栅格编码器350按照下面将详细介绍的方式使用稳健编码或者标准编码方案。例如，当栅格编码器输出码元属于一个新(稳健)流(NS)的时候，控制块345的输出“td_hd_sd”355等于1，当输出码元属于标准流(SS)的时候等于0。栅格编码器在码元映射的时候利用这一信息。具体而言，每个“td_hd_sd”输出355对应于12个栅格编码器中产生的每一个码元。栅格交织器块345就这样跟踪栅格编码器输出的对应码元(稳健或者标准)，而不跟踪处理路径304中另一个控制块的字节。应该明白，在图3中，按照“td_hd_sd”输出355，它说明码元属于稳健还是正常(标准)数据包，栅格编码器350按照有关的调制方案映射这些码元。
再回到图3，接收机按顺序需要模式、NRS、NRP和RPP信息，以便正确地对这两个比特流进行译码，这些参数本身也必须进行稳健编码，从而是即使有7条多径信道的情况下它们也能够进行译码。编码同步报头块360执行这一功能，编码以后，编码同步报头块360将编码以后的码字放到帧同步段370中的一个固定位置(保留比特)上。在接收机装置那里从帧同步信号中提取出这些控制参数。栅格编码器350的输出和包括编码控制参数的帧同步信号370被多路复用器单元365进行多路复用，形成一个多路复用信号380，进行导引插入和射频上变频(图1)。
图10画出了能够对标准和新(稳健)比特流都进行译码的新的ATSC接收机500的一个框图。图10所示接收机500的这个实施方案说明的是不是用非系统RS编码器的情形，也就是控制参数NRS＝0。在图3所示的发送系统中，用接收机装置500对比特流的两个字节进行译码，特别是采用一个扩展的控制机制550来正确地跟踪属于这两个码元流的码元(字节)。它还实现了数据包格式化器，用来对新(稳健)NS数据包进行重新格式化。
如图10所示，进行了载波解调和接收信号均衡502以后，同步检测块505检测接收信号370’中的帧同步信号，它包括与接收到的数据包有关的编码控制参数信息。用译码同步报头块510对帧同步报头信息进行译码，并提取模式、NRS、NRP和RPP控制参数。这些参数被随后发送给“产生hd_sd_in”块515和“产生ps_hd_sd”块520。具体而言，如图10所示，产生“hd_sd_in”块515在模式、NRP和RPP参数的基础之上在数据包这一级上产生控制信息。例如，这个块的输出等于“1”，如果这个数据包属于新流；它等于“0”，如果这个数据包属于标准流。这个块只是在获得后端锁(图中没有画出)的时候开始。产生“ps_hd_sd”块520类似于产生“hd_sd_in”块515，只有它与去交织器输出同步信号同步，并且在去交织器输出开始信号(图中没有画出)的时候变成高电平这一点除外。卷积比特交织器块520类似于ATSC标准指定的卷积字节交织器，只有存储器单元是1比特而不是一个字节例外。块520被用于通过卷积去交织器540跟踪字节。同样，栅格交织器块525实现12码元栅格交织器。当栅格译码器输入码元(或者均衡器输出码元)390属于NS的时候，这个块“td_hd_sd”信号526的输出将大于0(例如对于H-VSB为1，对于4-VSB为2，对于伪2-VSB为3)，当栅格译码器输入码元390属于SS的时候等于0。从功能上讲，接收集中的块515、520和525类似于发送机中对应的块315、341和345。均衡器502另外利用这一信号526来获得码元的更好估计，栅格译码器530利用度量计算中的这个信号。数据包格式化器块555对稳健比特流数据包进行重新格式化。当NRS＝0的时候，它将两个NS数据包变换成一个数据包，输入给RS译码器块560。
虽然这里给出了本发明的优选实施方案，但是应该明白当然可以有各种改进和改变而不会偏离本发明的范围和实质。因此本发明不限于这里描述的具体形式，而是应该被理解为包括后面的权利要求范围内的所有改进。

Claims (24)

1.一种数字信号发送系统，包括：
用于编码数据包(307)以作为8-VSB调制的比特流码元发送或者编码稳健数据包以作为稳健比特流码元(380)发送的装置；
用于通过固定带宽通信信道单独地或者与包括8-VSB调制的比特流码元的标准比特流一起地发送包括所述稳健比特流码元的稳健比特流以供由接收机装置(500)接收的发送机装置(300)；和
用于编码标识稳健数据包的参数并且产生在所述接收机装置(500)处对稳健数据包进行译码所需要的数据包译码信息(370)的装置(360)，所述产生的数据包译码信息包括编码的码字，所述发送机装置(300)包括用来将所述编码的码字与所述稳健比特流和标准比特流进行多路复用从而能够在所述接收机装置(500)处进行码元译码的装置(365)。
2.权利要求1的数字信号发送系统，其中所述稳健比特流的稳健码元是按照以下方式之一发送的：伪2-VSB码元调制方案和4-VSB码元调制方案，所述用于产生数据包译码信息的装置(360)提供第一参数，用以向接收机装置(500)表明实现所述稳健数据包的稳健码元调制方案类型。
3.权利要求2的数字信号发送系统，其中所述用于编码作为稳健数据包发送的数据包以供作为稳健比特流码元发送的装置包括：
用于将奇偶校验字节添加到稳健数据包上去的前向纠错编码器装置(320)；和
用于对输入比特流的字节(331，335)进行重新排列和分组以启用稳健码元调制类型的数据包格式化器(330)，所述数据包格式化器(330)包括基本格式化器单元、奇偶字节位置计算器单元和占位符插入器单元。
4.权利要求3的数字信号发送系统，还包括用于在整个数据包编码操作中跟踪属于标准流数据包和稳健数据包的输入字节的控制装置(315)，所述跟踪使标准和稳健数据包的正确编码能够实现。
5.权利要求4的数字信号发送系统，还包括：
数字交织器装置(340)，能够在交织过程中重新排列标准8-VSB调制的比特流和稳健比特流的字节；和
栅格编码器装置(350)，耦合到所述数据交织器装置的输出，用于对所述标准或者所述稳健比特流的字节进行进一步的编码；和
码元映射器装置(354)，耦合到所述栅格编码器(350)，用于按照稳健码元调制方案将编码的比特映射成标准8-VSB或者稳健码元级。
6.权利要求5的数字信号发送系统，其中所述前向纠错编码器装置(320)包括Reed-Solomon编码器装置，用于将奇偶校验字节添加到稳健数据包上去，该系统还包括：与所述数据交织器装置和栅格编码器装置耦合的可选非系统Reed-Solomon编码器装置(375)，所述非系统Reed-Solomon编码器装置用于让所述发送系统向后与ATSC 8-VSB接收机装置(200)兼容。
7.权利要求5的数字信号发送系统，其中所述产生数据包译码信息的装置(360)提供第二参数，用于向接收机装置表明在编码稳健字节的过程中是否使用了非系统RS编码器(375)。
8.权利要求7的数字信号发送系统，其中对所述要编码的数据包进行编码以供按照包括规定数量的数据包的帧(20)发送，所述用于产生数据包译码信息的装置(360)提供第三参数，用于向接收机装置表明一帧之内稳健数据包的数量。
9.权利要求8的数字信号发送系统，其中所述用于产生信息的装置(360)提供第四参数，用于向接收机装置表明稳健数据包在一帧之内的位置。
10.权利要求1的数字信号发送系统，其中所述编码的码字被在数字信号发送的保留码元字段部分(27)中传送。
11.一种用于发送数字信号的方法，包括以下步骤：
a)编码数据包(307)以作为8-VSB调制的比特流码元发送，或者编码稳健数据包以作为稳健比特流码元发送；
b)通过固定带宽通信信道单独地或者与包括所述8-VSB调制的比特流码元的标准比特流一起地发送包括所述稳健比特流码元的稳健比特流以供接收机装置(500)接收；和
c)编码标识稳健数据包的参数并且产生在所述接收机装置(500)处对稳健数据包进行译码所需要的数据包译码信息(370)，所述产生的数据包译码信息包括编码的码字，并且将所述编码的码字与所述稳健比特流和所述标准流进行多路复用，从而能够在所述接收机装置(500)处进行码元译码。
12.权利要求11的方法，其中所述稳健比特流的稳健码元是按照以下方式之一进行发送的：伪2-VSB码元调制方案和4-VSB码元调制方案，所述产生数据包译码信息的方法步骤包括：提供第一参数，用以向接收机装置(500)表明实现所述稳健数据包的稳健码元调制方案类型。
13.权利要求12的方法，其中所述用于编码作为稳健数据包发送的数据包(307)以供作为稳健比特流码元发送的编码步骤包括以下步骤：
通过给稳健数据包添加奇偶校验字节来提供前向纠错编码；和
重排和分组输入稳健比特流的字节(331，335)，以启用稳健码元调制方案类型。
14.权利要求13的方法，还包括在整个数据包编码操作中跟踪属于标准流数据包和稳健数据包的输入字节，所述跟踪使标准和稳健数据包的正确编码能够实现。
15.权利要求14的方法，还包括以下步骤：
在交织过程中重排标准8-VSB调制的比特流和稳健比特流的字节；和
还对所述标准或者所述稳健比特流的字节进行栅格编码；和
按照稳健码元调制方案类型来将编码的比特映射成标准8-VSB或者稳健码元级。
16.权利要求15的方法，其中所述前向纠错编码步骤包括：提供Reed-Solomon编码器装置，用于给稳健数据包添加奇偶校验字节，该方法还包括提供非系统Reed-Solomon编码器装置(375)用来使如权利要求1-10中任一项所述的发送系统向后与ATSC 8-VSB接收机装置(200)兼容的步骤。
17.权利要求15的方法，其中所述产生数据包译码信息的步骤包括：提供第二参数，用于向接收机装置表明在编码稳健字节的过程中是否已经使用了非系统RS编码器(375)。
18.权利要求17的方法，其中对所述要编码的数据包进行编码以供按照包括规定数量的数据包的帧(20)进行发送，所述产生数据包译码信息(370)的步骤包括：提供第三参数，用于向接收机装置(500)表明在一帧之内的稳健数据包的数量。
19.权利要求18的方法，其中所述用于产生数据包译码信息的步骤包括：提供第四参数，用于向接收机装置表明稳健数据包在一帧(20)之内的位置。
20.权利要求11的方法，还包括在数字信号发送的保留码元字段部分(27)中发送所述编码的码字的步骤。
21.一种通信系统，包括：
用于编码数据包(307)以作为8-VSB调制的比特流码元发送或者编码稳健数据包以作为稳健比特流码元发送的装置；
用于单独地或者与包括所述8-VSB调制的比特流码元的标准比特流一起地发送包括所述稳健比特流码元的稳健比特流的发送机装置(300)；
用于通过固定带宽通信信道接收所述标准比特流或者稳健比特流中的一个或者多个的接收机装置(500)；
用于编码标识稳健数据包的参数并且产生在所述接收机装置(500)处对标准和稳健数据包进行译码所需要的数据包译码信息(370)的装置(360)，所述产生的数据包译码信息包括编码的码字，所述发送机装置(300)将所述编码的码字与所述稳健比特流一起发送，从而能够在所述接收机装置(500)处进行码元译码；和
在所述接收机装置(500)处的控制装置(550)，用于检测所述编码的码字和产生用以跟踪属于所述标准和稳健比特流的单个字节的跟踪控制信息，从而能够在所述接收机装置(500)处对标准和稳健数据包进行正确译码。
22.权利要求21的通信系统，其中在所述接收机装置(500)处的控制装置(550)包括：用来产生数据包级的跟踪控制信息的装置(510)，所述装置按照数据包是否属于稳健流而产生第一输出，或者按照数据包是否属于标准流而产生第二输出。
23.权利要求22的通信系统，其中所述接收机装置(500)还包括：
去交织装置(540)，用于对属于所述稳健和标准比特流的字节解扰；和
数据包格式化器装置(555)，用于对从所述稳健比特流收到的稳健数据包进行重新格式化。
24.权利要求23的通信系统，其中所述接收机装置(500)还包括用来使跟踪控制信息的使用与在所述数据包格式化器装置(555)处执行的数据包重新格式化相同步的装置(520)。
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