CN100553330C - 数字广播系统和数字广播发射与接收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种数字广播系统，用于通过网络发射和接收从广播源产生的广播流。这种数字广播系统包括：分层编码单元(2)，它根据广播源的特性对广播源编码，从编码后的广播源生成能够分别用于广播源再现的第一层编码和第二层编码；合成单元(5)，它生成数据脉冲串，每个数据脉冲串包括生成的第一层编码和第二层编码；多路复用单元(7)，它通过多路复用生成的数据脉冲串产生广播流；发射单元(9)，它将产生的广播流发射到网络上；调谐/解调单元(301)，它接收发射的广播流；同步单元(302)，它从接收到的广播流中提取第一层编码和第二层编码中的至少一个；以及TS解码器(303)，它利用提取的编码再现广播源。

Description

数字广播系统和数字广播发射与接收方法
技术领域
本发明涉及数字广播系统，具体涉及适合于由电池驱动的移动终端发射与接收数字广播和数字数据广播的方法，以及数字广播系统中的发射设备和接收设备。
背景技术
在欧洲，数字陆地广播是发射给符合标准(DVB-T EN 300477)的固定接收终端的，所述标准是由欧洲技术标准协会(ETSI)开发的。为了在移动终端上接收数字陆地广播，将广播电波预先分成若干频段然后再发射，如日本国内标准(ARIB STD-B31)所规定的那样。在这种情况下，普通的电视接收机能接收到所有的频段，在大尺寸屏幕上再现它们，而移动终端只能接收一个或少量频段，在小屏幕上再现它们。
与日本标准不同，欧洲标准没有规定频段的这种部分接收，所以为了在移动终端上接收广播业务，它必须串行接收广播电波所有的频带，这样做会导致在高频前端模块里明显消耗大量功率。因此，在用电池驱动的移动终端里电池消耗得如此之快，以至于用终端连续接收长时间的广播业务是困难的。这是个实际问题。
与此相反，已经提出了一种方案，如图1所示，其中包含业务A到D的数字广播流作为数据脉冲串在短时间内被发射出去，这种发射是通过每个业务上专有的这些业务数据的时分多路复用实现的，只在目标业务的数据脉冲串到达接收机的高频前端模块期间提供功率(也就是，在其它业务的数据脉冲串到达期间高频前端模块是断电的)(见欧洲公开的专利申请第1337071号)。利用了用户选择的目标业务的数据脉冲串到达期间与其它业务的数据脉冲串到达期间相比是足够短的这样一个特点，这个方案能够降低平均功率消耗。这个方案称为“时间切片”。
但是，上述时间切片方案有如下问题。一旦在由于糟糕的无线电波接收造成的低载波信号/噪声比(以下称为“C/N”)条件下，接收机丢失数据脉冲串，在恢复同步前一直就不能正常地获得数据脉冲串，因此业务的再现会中断。另外，由于为了恢复同步，调谐/解调单元需要连续加电，因此要消耗很多的功率。
发明内容
为了解决上面的传统问题设计了本发明，因此本发明的一个目的就是提供数字广播系统等，即使在低C/N等条件下它们也不会中断业务的再现。
为了解决上述传统问题，本发明是一种数字广播系统，用于通过网络发射和接收从广播源产生的广播流，该广播源包括图像和音频数据并且用于广播，所述数字广播系统包括：编码单元，用于根据广播源的特性对广播源进行编码，并且从编码后的广播源生成第一层编码和第二层编码，所述第一层编码和所述第二层编码分别能够用于所述广播源的再现；合成单元，用于生成数据脉冲串，每个数据脉冲串包括所述生成的第一层编码和第二层编码；多路复用单元，用于通过多路复用所述生成的数据脉冲串产生广播流；发射单元，用于将所述产生的广播流发射给所述网络；接收单元，用于接收所述发射的广播流；解码单元，用于从接收到的广播流里提取所述第一层编码和第二层编码中的至少一个；以及再现单元，用于利用提取的编码再现所述广播源。
根据上述结构，即使在低C/N等条件下丢失了数据脉冲串的同步，得到较小编码尺寸的下层编码(第二层编码)的可能性也是高的。因此，对下层解码是可能的，从而能够继续再现业务而不会发生中断。
在上述数字广播系统中，所述广播源包括每个业务的内容数据，所述数字广播系统还包括：计时单元，用于保持时间；以及预测窗口生成单元，用于生成预测窗口信号，该信号表明要接收的目标数据脉冲串在广播流中出现的时间，这个时间是由所述计时单元指定的，以及所述接收单元只在所述预测窗口信号为活动状态时，用于只接收所述广播流中与多个业务之一的内容数据相对应的数据脉冲串。
根据上述结构，即使在较低C/N下丢失了数据脉冲串的同步，当数据脉冲串出现在广播流中时，计时单元和预测窗口生成单元也会打开预测窗口，使得只在预测窗口打开时能够获得流。因此，能够防止由于丢失同步而中断业务再现。
在上述数字广播系统中，所述接收单元还用于为了接收所述数据脉冲串控制电力供应，以便只有在所述预测窗口信号处于活动状态时所述电力供应才增大。
根据上述结构，即使在较低C/N下丢失了数据脉冲串的同步，电源也是受控的，使得只在预测窗口打开时接收数据脉冲串。因此，即使是在同步恢复期间降低功率消耗也是可能的，并且降低是电源的电池的消耗。
在上述数字广播系统中，所述合成单元还用于向每个数据脉冲串加入脉冲串时间信息，所述脉冲串时间信息表明要接收的下一个数据脉冲串在所述广播流中出现的时间，以及所述预测窗口生成单元用于根据加入到所述数据脉冲串的所述脉冲串时间信息，确定所述预测窗口信号变为活动状态的时序和所述预测窗口信号的窗口宽度。
在上述数字广播系统中，所述接收单元包括时间保持单元，用于保持所述数字广播系统的参考时间，以及所述时间保持单元用于根据所述脉冲串时间信息校准所述参考时间。
在上述数字广播系统中，所述预测窗口生成单元还用于在所述接收单元不能接收到所述目标数据脉冲串的全部信号的情况下，扩展所述预测窗口信号的窗口宽度一段预定长度的时间。
在上述数字广播系统中，所述合成单元还用于向每个数据脉冲串加入至少一个纠错码，用于纠正在发射所述广播流时发生的编码错误。
在上述数字广播系统中，所述纠错码被分别加到所述第一层编码和所述第二层编码中，以及加到所述第二层编码中的纠错码的纠错能力比加到所述第一层编码中的纠错码的纠错能力高。
另一方面，本发明是一种数字广播系统中使用的发射设备，该数字广播系统用于通过网络发射和接收从广播源产生的广播流，该广播源包括图像和音频数据并且用于广播，所述发射设备包括：编码单元，用于根据广播源的特性对广播源进行编码，从所述编码后的广播源生成第一层编码和第二层编码，所述第一层编码和第二层编码分别用于所述广播源的再现；合成单元，用于生成数据脉冲串，每个数据脉冲串包括生成的第一层编码和第二层编码；多路复用单元，用于通过多路复用所述生成的数据脉冲串来产生广播流；发射单元，用于将所述形成的广播流发射到所述网络上。
再一方面，本发明是一种数字广播系统中使用的接收设备，该数字广播系统用于通过网络发射和接收从广播源产生的广播流，该广播源包括图像和音频数据并且用于广播，所述接收设备包括：接收单元，用于通过所述网络接收广播流；解码单元，用于从接收到的广播流里提取第一层编码和第二层编码中的至少一个，这些编码是从已经根据所述广播源的特性进行编码的广播源生成的，分别用于所述广播源的再现；以及再现单元，用于利用所述提取的编码再现所述广播源。
注意本发明不仅可以实现为数字广播发射和接收方法，所述方法包括上述数字广播系统中包括的特性单元，还可以实现为让个人计算机程序执行这些步骤的程序。不用说，这些程序能够通过象DVD(注册商标)这样的存储介质或者象因特网这样的传输介质发布。
根据本发明，在低C/N等条件下丢失数据脉冲串同步的情况下，计时单元预测数据脉冲串出现在流中的时间并打开预测窗口。因此，只在预测窗口打开时是可能获得流的。另外，即使是在预测窗口的位置偏离了数据脉冲串的实际位置的情况下，也能对小编码尺寸的下层编码(第二层编码)进行解码，从而防止业务的再现被中断。
作为这个申请的技术背景的其它信息，将2004年5月31日提交的2004-161007号日本专利申请公开的内容，包括说明、附图和权利要求，全部结合在这里作为参考。
附图说明
通过以下详细说明，同时结合本发明实施例的附图，本发明的这些和其它特征、功能和优点将变得显而易见。在这些附图中：
图1是传统数字广播系统中发射方案的示意图；
图2是符合本发明第一实施例的数字广播系统的示意图；
图3是一个框图，示出了符合本发明第一实施例的发射设备的功能；
图4是一个框图，示出了符合本发明第一实施例的移动接收设备的功能结构；
图5A示出了本发明的第一实施例中，数据脉冲串和功率控制信号之间的时序；
图5B示出了本发明的第一实施例中，数据脉冲串和数据脉冲串保存到缓冲存储器中的存储时间之间的时序；
图6是一个框图，示出了符合本发明第一实施例的同步单元的功能结构；
图7示出了符合本发明第一实施例的数据脉冲串和ΔT信息的结构；
图8是一个框图，示出了符合本发明第一实施例的脉冲串预测单元的功能结构；
图9示出了本发明的第一实施例中，利用预测窗口信号捕获数据脉冲串的时序；
图10是一个流程图，示出了本发明第一实施例中移动接收设备中执行处理的流程；
图11是一个框图，示出了本发明的第一实施例中没有功率控制单元的移动接收设备的功能结构；
图12是一个框图，示出了符合本发明第二实施例的脉冲串预测单元的功能结构；
图13示出了本发明第二实施例中利用预测窗口信号捕获数据脉冲串的时序；
图14是一个流程图，示出了符合本发明第二实施例的移动接收设备中执行处理的流程；
图15是一个框图，示出了符合本发明第三实施例的移动接收设备的功能结构；
图16是一个框图，示出了符合本发明第三实施例的VCO单元和相位比较单元的功能结构；
图17是一个框图，示出了符合本发明第四实施例的分层编码单元的功能结构；
图18是一个框图，示出了符合本发明第五实施例的移动接收设备的功能结构；
图19是一个框图，示出了符合本发明第五实施例的同步单元的功能结构。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的实施例。注意下面说明的只是本发明的一些结合附图的实施例例子，本发明不只限于这些实施例。
按照本发明进行的以下处理可以用软件实现，软件程序可以保存在存储媒介中。
(第一实施例)
图2是符合本实施例的数字广播系统10的示意图。如图2所示，数字广播系统10包括发射设备100和至少一个移动接收设备200，这些设备通过网络300互相连接。
发射设备100通过对源进行多路复用(也叫做内容)生成广播流，向用户(也叫做观众)提供各种业务，并向网络30发射广播流。
移动接收设备200是移动电话，例如包括数字广播调谐器，液晶屏和扬声器。这个移动接收设备200通过网络30接收广播流，对流解码，将用户选择的业务内容显示在液晶屏等等上。
图3是一个框图，示出了符合本实施例的发射设备100的功能。
如图3所示，发射设备100是通过发射天线向网络30发射广播流8的设备。这个广播流8通过对三种业务A、B和C的源1、11和21进行编码与多路复用生成。发射设备100包括分别用于这些业务的分层编码单元2、12和22，合成单元5、15和25，以及共用的多路复用单元7和发射单元9。
业务A的源1是包括图像和音频数据(例如，电影或音乐活动内容数据)的内容。注意业务B的源11和业务C的源21也是与业务A的源1的内容相似的内容。
分层编码单元2根据包括在源1中的图像和音频数据的频率(比如空间频率和音频频率)，将输入的源1分离成高频成分数据和低频成分数据，并且针对相应的数据进行高效编码(例如，符合MPEG-4的编码)。更具体地说，分层编码单元2分别输出上层编码3(第一层编码)和下层编码4(第二层编码)，上层编码3是通过对高频成分进行高效编码得到的，而下层编码4是通过对低频成分进行高效编码得到的。注意分层编码单元12和分层编码单元22也具有与上述分层编码单元2相同的功能。
合成单元5将分层编码单元2输出的上层编码3和下层编码4进行合成，输出用于业务A的源1的数据脉冲串6。在输出数据脉冲串6时，如果必要，在对合成编码进行交织之后，合成单元5计算出纠错码，加入到数据脉冲串6中。换句话说，合成单元5也充当纠错码生成器。这些编码在数据脉冲串6中串联起来，使得下层编码4跟随在上层编码3之后。
类似地，合成单元15对业务B的源11的上层和下层编码进行合成，输出数据脉冲串16，而合成单元25则对业务C的源21的上层和下层编码进行合成，输出数据脉冲串26。
多路复用单元7对相应源的数据脉冲串6、16和26进行时分多路复用，这样就生成广播流8。更具体地说，多路复用单元7生成单个广播流8，广播流8是相应源的一系列数据脉冲串，这些数据脉冲串以这样的方式排列：数据脉冲串6、16、26、6、16、26...(见图3)。
发射单元9向网络30发射多路复用单元7生成的广播流8。
所以，广播流8是一系列多路复用的数据脉冲串，其中的每一个都包括每个源的上层和下层分层编码，也就是，用于提供各种业务的一系列数据的重复。
注意上述高效编码方案不限于MPEG-4，它可以是能够进行分层编码的另一种编码方案，比如MPEG-2和H.264/AVC。
在源是带有音频数据的视频(移动图像)的情况下，也能够对音频数据实现分层编码，生成上层和下层编码，并将它们分别与视频数据的上层和下层编码串联或多路复用，或者将没有分层的音频数据，与视频数据的下层编码串联或多路复用。
例如，这里假设上层编码是依据MPEG-4以350千比特每秒的速率压缩音频和视频数据得到的编码，而下层编码是依据MPEG-4以64千比特每秒的速率压缩音频和视频数据得到的编码。还假设将这些编码依据因特网协议(IP)转换成数据包，然后多路复用到按MPEG-2定义的单个传输流(TS)中。由于在实际的广播系统中的传输速率是大约15兆比特每秒，所以在按上述方式配置的本系统中能够传送36种业务。
注意上述数值只是为了便于理解而举的例子，本发明不限于这些数值。另外，本发明还可以应用于静止图像数据、图形数据、文本数据或者这些数据的组合。此外，对于音频数据，本发明可以应用于符合MIDI等标准的音阶数据。或者可以将它应用于只包括图像数据或者只包括音频数据的业务。
图4是一个框图，示出了符合本实施例的移动接收设备200的功能结构。
如图4所示，移动接收设备200包括调谐/解调单元301、同步单元302、TS解码器303、IP解码器304、脉冲串预测单元305、系统时钟306、频道选择单元307、缓冲存储器308、MPEG-4解码器309、功率控制单元801和系统控制单元802。
调谐/解调单元301对通过接收天线接收到的广播电波的频率进行调谐和解调，以便获得广播流8，并输出给下一级的同步单元302。
在C/N高和传输线差错率低的情况下，同步单元302从广播流8中提取出用户通过频道选择单元307指定的业务的数据脉冲串，将它输出给TS解码器303。同时，同步单元302检测附着于数据脉冲串开头的同步码，以这个同步码为线索得到数据脉冲串的时间位置。同步单元302还向脉冲串预测单元305输出脉冲串同步信号S1，S1表明这个数据脉冲串的时间位置。提取的这个数据脉冲串是按MPEG-2定义的TS格式的数据包，其中组成业务的音频数据、视频数据、控制数据等是多路复用的。另外，数据脉冲串由通过分层编码得到的上层编码和下层编码组成，如图3所示。
TS解码器303对从同步单元302接收来的数据脉冲串进行编码纠错，通过对TS数据包解码提取是数据体的有效载荷数据，并且输出给IP解码器304。也就是说，TS解码器303也有纠错单元的功能。解码是针对包括上层编码的TS数据包和包括下层编码的TS数据包这两者进行的，所以这些TS数据包的编码数据是分别提取的。
同时，TS解码器303从属于多路复用在TS上的控制数据的节目专用信息(PSI)中提取节目信息，比如业务节目的频率信息，节目号和数据包ID号。
频道选择单元307根据节目信息输出对应于用户选择的业务(节目)的频道选择信息。
TS解码器303根据频道选择信息，选择性地提取分配了目标数据包ID号的TS数据包。提取的TS数据包包含一个IP数据包(或一些IP数据包)，其中作为有效载荷，IP数据包包括业务节目的编码的音频和视频数据，并且将这个IP数据包封装成TS数据包并发射出去。另外，将信息嵌入IP数据包的MAC地址字段中，这个信息表明直到同一业务的下一个数据脉冲串出现时的相对持续时间(下面称为“ΔT信息”)。
IP解码器304对TS解码器303提取的IP数据包解码，提取作为IP数据包有效载荷发射的音频和视频数据的上层编码与下层编码这二者的编码数据，以及ΔT信息。由于编码的音频和视频数据是脉冲串形式的，因此在一次保存到缓冲存储器308之后，通过以固定速率读出来转换其速率。之后，在下一步通过MPEG-4解码器对上层编码和下层编码二者的编码数据进行解码，作为对应于这一业务的音频和视频输出。由于在这种情况下对分层上层和下层编码都进行解码，因此能够得到覆盖从低频到高频整个频带的高质量的再现信号。
电源控制单元801根据由脉冲串预测单元305生成的预测窗口信号S3的时序，生成电源控制信号S5，来打开/关闭调谐/解调单元301的电源。由于考虑到启动调谐/解调单元301需要的时间，电源控制信号S5需要早于数据脉冲串出现的时间输出，如同后面要说明的图5A所示，所以直到“打开”的持续时间里包括其启动时间。
在这里，“预测窗口(或预测窗口信号)”指的是时序信号，用于从数据流中提取目标业务的数据脉冲串，这个数据流中以时分方式多路复用了各种业务的数据脉冲串。具体而言，预测窗口信号是接收机自己打开的门信号。接收机预测包括在数据流中的目标业务的数据脉冲串出现的时间位置(时序)，根据预测结果，它比预测的时序稍微提前一些打开门信号。换句话说，如果接收的数据流是由预测窗口信号选通的，就有可能搜寻出数据流中比数据脉冲串出现的稍微早一些的目标数据脉冲串的前同步，检测并捕获跟随在数据脉冲串前同步之后的同步码，因而，有可能缩短同步码检测单元容易出现数据错误的时间周期。结果，能够降低同步码检测错误出现的概率，提高检测的准确率。特别是在由于传输线路很糟糕的C/N造成数据流中包括大量错误的情况下，预测窗口显著提高了同步检测的正确率。注意生成预测窗口的预测单元保存同步间隔信息，该信息是在因为传输线路的C/N良好而能正常检测同步时得到的，当它预测时序时利用保存的同步间隔信息生成预测窗口。
根据上述结构，只在必要时向调谐/解调单元301提供了电源，才能够捕获数据脉冲串。因此，在高C/N和低C/N时都能够接收业务节目，同时降低功率消耗。
从系统控制单元802接收到的使能信号S6的时候，电源控制单元801产生电源控制信号S5，当使能信号S6是开时，根据预测窗口信号S3用S5反复打开或关闭电源，当使能信号S6是关时它保持电源控制信号S5为开状态。
注意，调谐/解调单元实现打开/关闭电源功能，但是本发明不把这样的功能块限于调谐/解调单元。如果能够对它的电源线路实现时序控制，任何其它功能块都可以实现打开/关闭电源的功能。
系统控制单元802是例如微型计算机，包括ROM、RAM等，控制移动接收设备200的所有操作。
按上述方式构造的移动接收设备200使系统控制单元能够在任何时候控制调谐/解调单元301的电源打开/关闭。因此，它能够支持这种情况，即调谐/解调单元301需要连续供电，以便在例如接收机的电源打开之后，以及广播频率的频道改变之后，立即建立脉冲串的初始同步。
图5A示出了本实施例中，在接收广播流8期间相应数据脉冲串和电源控制信号S5之间的时序。图5A示出了在用户选择业务A的情况下，如何利用电源控制信号S5捕获数据脉冲串6。
如图5A所示，移动接收设备200的调谐/解调单元301的电源在比开始接收数据脉冲串6的时刻之前250毫秒启动，因为启动调谐/解调单元301要花250毫秒的时间，这样就能够正常开始接收数据脉冲串6并捕获它。
图5B示出了本实施例中数据脉冲串的速率转换。
如图5B所示，一旦捕获到数据脉冲串6，就将接收到的已经按脉冲串形式发射的业务A的数据保存到缓冲存储器308中，在预定的存储时间之后再从缓冲存储器308中读出来。尽管在脉冲串发射完成后就关闭了调谐/解调单元301的电源，但是继续向MPEG-4解码器309提供电源，以便它能够以再现所要求的速率从缓冲存储器308中读出数据，再现内容。
如上所述，由于只在必要的时间周期里向调谐/解调单元301提供电源，所以能够降低功率消耗。
接下来，通过图4和图6到图9，给出由于低C/N等造成发射线路上差错率高时，移动接收设备200的接收操作说明。
图6是一个框图，示出了符合本实施例的移动接收设备200同步单元302的功能结构。如图6所示，同步单元302包括脉冲串门电路402和同步码检测器401。
低C/N增加了丢失分配给数据脉冲串开头的同步码的概率，不能检测到它，这样脉冲串同步信号S1就会中断。脉冲串预测单元305一直监测着脉冲串同步信号S1。IP解码器304一直获得ΔT信息S2，该信息是提取出的脉冲串时间保持装置。
在像高C/N这种良好接收条件下，直接根据前一个ΔT信息S2预测下一个脉冲串位置(时序)，但是如果脉冲串同步信号S1是从同步单元302输入进来的，那么优先选用它，并且预测窗口信号S3只输出受脉冲串同步信号S1支配的定时信号，而不管根据信息S2所预测的值。
另一方面，在像低C/N这样的坏接收条件下，脉冲串同步信号S1被中断，因此在根据刚得到的ΔT信息S2预测出的时间附近不能检测到脉冲串同步信号S1。所以，如果在预测时间附近不能检测到脉冲串同步信号S1，那么脉冲串预测单元305利用刚得到的ΔT信息S2预测数据脉冲串的位置，输出预测窗口信号S3，因而它与预测的时序一致。为了这个目的，脉冲串预测单元305将系统时钟306输出的计数时钟S4进行累加，得到对应于ΔT信息S2所表明的时间的计数器值，然后确定出预测窗口信号为开状态的时间。
即使在不能生成脉冲串同步信号S1的条件下，为了捕获数据脉冲串，同步单元302利用脉冲串预测单元305生成的预测窗口信号S3试图从广播流中捕获目标数据脉冲串。但是，由于脉冲串预测单元305在检测到脉冲串同步信号S1停止之后才生成预测窗口信号S3，所以在预测窗口信号S3的时序基础之上开始捕获数据脉冲串的时序，有可能比实际的数据脉冲串时序偏后。在这种情况下，尽管有可能捕获不到位于数据脉冲串较前部分的上层编码，但是位于数据脉冲串较后部分的下层编码还是有可能捕获到的。因此，在随后的步骤里，至少利用下层编码，MPEG-4解码器309是有可能继续再现业务节目的。
注意ΔT信息是嵌入数据脉冲串的，如图7所示(在图7中，ΔT(1)和ΔT(2)是ΔT信息，实际上它们嵌入在数据脉冲串6中)，它表明从它嵌入的位置(时间)到下一个数据脉冲串出现的位置(时间)这个相对时间周期。因此，严格说来，所表明的相对时间不是代表相同业务的数据脉冲串之间间隔本身的数值。但是，在实际执行时，可以忽略数据脉冲串开始处与ΔT信息嵌入位置之间的时间差别，因为每个数据脉冲串的宽度与相同业务的数据脉冲串之间的间隔相比是足够小的。这个差别是无关紧要的，因为它可以归入预测窗口的余量ΔT(M)中。
如图6所示，同步单元302包括同步码检测器401和脉冲串门电路402。为了选择带有与用户选择的，并且从频道选择单元307输出的业务相对应的脉冲串ID的数据脉冲串，同步码检测器401输出脉冲串同步信号S1，用于利用分配给数据脉冲串的开头的同步码作为线索，检测要接收的数据脉冲串的位置。脉冲串门电路402是用于从TS提取数据脉冲串的门电路，这个TS是根据脉冲串同步信号S1或预测窗口信号S3输入的。在脉冲串同步信号S1是有效的(asserted)并且门是打开的时候，即使预测信号S3是有效的，预测信号S3也被忽略，反之亦然。也就是在预测窗口信号S3是有效的并且门是打开的时候，即使脉冲串同步信号S1是有效的，脉冲串同步信号S 1也被忽略。
如上所述，脉冲串同步信号S1和预测窗口信号S3彼此排它性地进行输入处理，以便维持连续的同步。
图7说明了本实施例中数据脉冲串6和ΔT信息的结构。(注意下面的说明也是适合于数据脉冲串16和数据脉冲串26的)。
数据脉冲串6由用于上层编码501的同步码、上层编码3、用于下层编码502的同步码和下层编码4组成。因此，同步码检测器401捕获用于上层编码501的同步码，以便得到包括在上层编码3中，表示数据脉冲串6的同步的ΔT信息(更具体地是ΔT(1))。同步码检测器401还捕获位于数据脉冲串6较后面的用于下层编码502的同步码，以便检测包括在下层编码4中，表示数据脉冲串6的同步的另一个ΔT信息(更具体地是ΔT(2))。
注意，ΔT信息是嵌入到IP数据包中的MAC地址字段里的，它表明从ΔT信息插入的时间位置到下一个数据脉冲串出现之间的相对时间周期。作为这个ΔT信息，将一个或多个ΔT(1)包括在上层编码3中，将一个或多个ΔT(2)包括在下层编码4中。即使是将上层编码3或下层编码4解码，这种结构也能够取得ΔT信息。
另外，ΔT(1)和ΔT(2)都有表明比下一个数据脉冲串的开头出现的时间提前ΔT(M)的时间的一个时间余量。这种结构在用于捕获同步的系统中产生一个余量，这样就能够可靠地捕获用于上层编码501的同步码和用于下层编码502的同步码。
图8是一个框图，示出了本实施例中脉冲串预测单元305的功能结构。
如图8所示，脉冲串预测单元305包括同步丢失判断器601、与电路602、预置寄存器603、计数器604、比较器605和脉冲发生器606。
同步丢失判断器601监测脉冲串同步信号S1的脉冲状态，根据脉冲串同步信号S1的脉冲状态输出ΔT门信号S7。具体而言，当在预定的时间周期内生成同步信号S1的脉冲信号时，同步丢失判断器601判断为“同步存在”，并输出“1”作为ΔT门信号S7，而在预定的时间周期内没有脉冲信号时，它判断为“同步丢失”，并输出“0”作为ΔT门信号S7。
预置寄存器603加载ΔT信息S2并输出它，同时保持加载的数值。当脉冲串同步信号S1是有效的并且ΔT门信号S7为“1”时，预置寄存器603加载ΔT信息S2，而当脉冲串同步信号S1是无效的并且ΔT门信号S7为“0”时，ΔT信息S2在与电路602里被中断，所以预置寄存器603保存着最后的ΔT信息S2的数值。
计数器604对从计数时钟S4输出的时钟信号计数，输出计数器值。比较器605对保存在预置寄存器603中的ΔT信息S2和计数器604输出的计数器值的数值进行比较，数值彼此相等时输出触发信号，利用这个触发信号清空计数器604。脉冲发生器606利用从比较器605输出的触发信号作为触发器，输出预测窗口信号S3。
上述结构允许得到与ΔT信息S2所表明的时间对应的计数器值，这样就能确定脉冲串预测时间。在低C/N情形里丢失脉冲串同步信号S1的情况下，脉冲发生器606输出预测窗口信号S3，同时保存最后的ΔT信息，这个ΔT信息允许进行不受干扰影响的惯性轮处理。
图9示出了用于利用预测窗口信号捕获数据脉冲串6的相应信号之间的时序。
下面利用图10的流程图说明图9的具体操作，图10示出了符合本实施例的移动接收设备200中的处理流程。
在移动接收设备200正在接收广播流8(S1000中的对)并且C/N低(S1001中的对)的情况下，利用ΔT信息(S1003)生成预测窗口信号S3，根据这个预测窗口信号S3(S1004)指定数据脉冲串6等的位置，并接收目标数据脉冲串6(S1005)。另一方面，当C/N高(S1001中的否)时，按照常规，移动接收设备200根据脉冲串同步信号S1(S1002)指定数据脉冲串6等的位置，并接收目标数据脉冲串6(S1005)。
注意在本实施例中，作为实例，已给出按MPEG-2定义的TS格式的数据脉冲串6的说明，但也可以是其它格式的数据脉冲串。对于分层编码，将编码数据分成两种编码，在本实施例中是上层编码和下层编码，但是只要能将分离的n部分分层编码表示为两层的一组，也就是相对的上层和相对的下层，本发明就不限于分成两种编码。
为了发射节目信息，使用其中以TS格式多路复用了控制数据的PSI，但是也可以通过独立系统的数据频道来发射而不使用PSI，或者可以选择在接收方预定的节目而不发射节目信息。
另外，在本实施例中，示出了一个例子，即业务节目的编码音频和视频数据是利用封装在TS数据包中的IP数据包数据的有效载荷发射的，但是本发明不限于这样的IP数据包格式。
在本实施例中，ΔT信息是从ΔT(1)等出现的时间到下一个数据脉冲串出现时间的相对时间周期，但是也可以用下一个数据脉冲串出现的绝对时间作为ΔT信息，然后计算出相对时间。
在本实施例中，速率转换是通过将编码音频和视频数据一次保存到缓冲存储区中，再以固定速率读出实现的。但是，如果MPEG-4解码器能够接受这种脉冲串形式的音频和视频编码，就不必总是将数据保存到缓冲存储区中。
在本实施例中，ΔT数据嵌在IP数据包的MAC地址字段中，但是它也可以嵌在其它字段中。
另外，在本实施例中，已经给出了数据脉冲串的说明，其中下层编码跟随在上层编码之后。但是，上层编码当然可以跟随在下层编码之后，因为可以只用上层编码再现业务。
注意，尽管本实施例中说明了包括电源控制单元801的移动接收设备200，但是它不必总是包括电源控制单元801(见图11)。
(第二实施例)
前面描述了第一实施例，其中预测窗口信号S3的窗口宽度是固定的。下面给出第二实施例的说明，其中如果接收条件没有改善，预测窗口信号S3的窗口宽度是逐渐扩展的。
图12是一个框图，示出了本实施例中脉冲串预测单元315的功能结构。
注意在图12中，将相同的标号分配给第一实施例的图8示出的相同组件，因此这里不再重复说明。
如图12所示，脉冲发生器901能够从外部设置预测窗口信号S3的预测窗口宽度，也就是脉冲宽度的值。计数器903对计数时钟S4的脉冲个数计数，将计数值输出到脉冲宽度寄存器902中。脉冲宽度寄存器902根据从计数器903输出的计数值计算脉冲宽度值，在ΔT门信号S7的控制下把它输出给脉冲发生器901。因此，在ΔT门信号S7为1，也就是检测到脉冲串同步信号S1的情况下，脉冲宽度寄存器902向脉冲发生器901输出预定的脉冲宽度值。
另一方面，在ΔT门信号S7为0，也就是没有检测到脉冲串同步信号S1的情况下，脉冲宽度寄存器902向脉冲发生器901输出脉冲宽度值，该脉冲宽度值是根据上述计数值计算出来的。
根据上述结构，如图13中的时序图所示，在高C/N下正常接收广播流8期间，脉冲发生器901生成具有预定窗口宽度的预测窗口信号S3。但是，在低C/N下丢失脉冲串同步之后，为了利用预测窗口信号S3捕获同步中的脉冲串，脉冲发生器生成窗口宽度逐渐扩展，直到建立起脉冲串同步的预测窗口信号。因此，能够吸收累加的窗口位置差错，这些窗口位置差错是随着符合ΔT信息S2的预测窗口信号的生成而产生的，因此提高了捕获脉冲串同步的概率。
图14是一个流程图，示出了符合本实施例的移动接收设备中的处理流程。注意，将相同的标号分配给第一实施例的流程图10示出的相同过程，这里不重复对它们的说明。
符合本实施例的移动接收设备判断它是否已经接收到脉冲串同步信号S1(S1400)，当没有接收到信号S1时，它扩展预测窗口信号S3的窗口宽度一个预定时间宽度，用于接收下一个数据脉冲串6(S1401)。
注意在本实施例中，窗口宽度是按照计数器和寄存器的结构来唯一地和单调地扩展的，但是为了这个目的也可以利用微型计算机等任意地扩展。
另外，在音频和视频节目的正常运行中，相同频道的数据脉冲串是按有规则的时间间隔发射的，但是也有ΔT的宽度在过渡状态不能保持不变的可能性，比如另一个频道的业务开始或结束的情况，或者有不规则的数据插入到同一个广播流中的情况。即使发生这样的情况而同时又是低C/N，通过逐渐扩展预测窗口的宽度仍然能提高捕获数据脉冲串的概率。
(第三实施例)
图15是一个框图，示出了符合本发明的本实施例的移动接收设备1100的功能结构。在图15中，将相同的标号分配给第一实施例的图4所示的相同组件，因此这里不对它们重复说明。
在图15中，移动接收设备1100包括VCO单元1101和相位比较单元1102。
VCO单元1101是压控振荡器，它通过根据输入的VCO控制信号控制电压来改变振荡频率，生成计数时钟S4。
相位比较单元1102对脉冲串同步信号S1的相位与计数时钟S4作比较，将相位差转换成电压值，作为VCO控制信号输出。比较相位的时候，通过ΔT信息S2调整计数时钟S4的环路增益，因此提高了相位比较的准确性。
图16是一个框图，示出了本实施例中VCO单元1101和相位比较单元1102的功能结构。
如图16所示，相位比较单元1102包括寄存器1201，除法器1202，相位比较器1203和低通滤波器1204。
寄存器1201保存ΔT信息S2的ΔT值，除法器1202用输入的计数时钟S4去除保存在寄存器1201中的ΔT值，并且以除法结果也就是商的时间间隔输出脉冲。相位比较器1203是对输入的两个脉冲信号作比较并输出相位差的单元，它对脉冲串同步信号S1的脉冲和以商时间间隔生成的脉冲作比较，输出相位差信号。低通滤波器1204对从相位比较器1203输出的相位差信号进行低通滤波，生成VCO控制信号。
根据上述结构，建立具有脉冲串同步信号S1的锁相环(PLL)作为基准周期，这样计数时钟S4和脉冲串同步信号S1在频率上总是同步的。因此，作为接收机时间保持单元的计数时钟S4由ΔT信息S2来校准，S2是脉冲串时间信息，结果是能够获得与广播台的系统时钟同步的计数时钟S4，提高接收系统的稳定性。
注意，在本实施例中，将脉冲串同步信号S1用作相位比较的参考时钟，但是如果与广播台的系统时钟同步，任何数据或信号也都可以用于相同效果。
(第四实施例)
图17是一个框图，示出了符合本发明的本实施例的发射设备中分层编码单元1300的功能结构。
如图17所示，分层编码单元1300包括预处理器1301、上层编码器1302、下层编码器1303、中间处理器1306、是纠错装置的上层纠错编码器1304、是纠错装置的下层纠错编码器1305。
预处理器1301对输入的视频源进行频率分析，例如，把它分成两种图像，也就是，由高频分量组成的高分辨率图像和由低频分量组成的低分辨率图像，并输出它们。
上层编码器1302对高分辨率图像编码，生成MPEG-4VOL1编码，例如TS数据包格式的。下层编码器1303对低分辨率图像编码，生成MPEG-4VOL0编码，例如TS数据包格式的。为了这个目的，上层编码器1302把在编码过程中由下层编码器1303再生的低分辨率图像通过中间处理器转换为预测图像，用预测图像进行编码处理。
上层纠错编码器1304对上层编码器1302生成的VOL1编码计算出上层纠错码，将它与VOL1串联，生成上层编码3并输出。下层纠错编码器1305对下层编码器1303生成的VOL0编码计算出下层纠错码，将它与VOL0串联，生成下层编码4并输出。为了这个目的，下层纠错码的纠错能力比上层纠错码的相对较高。例如，当使用Reed-Solomon RS(255，239)码作为上层纠错码，汉明距离为8的情况下，通过用RS(255，191)码作为下层纠错码，将汉明距离设置为32，使下层纠错码的纠错能力比上层纠错码的高。
根据上述结构，即使在低C/N等状态下只对下层解码，也能实现比较稳定的业务再现，从而继续再现业务。
注意在本实施例中，使用了Reed-Solomon码并且采用了特定的处理码长度，但即使使用其它的纠错码和其它的码长，也能获得同样的效果。为上层和下层分别提供纠错编码器，但这两个层也可以分时共用一个其中参数能够改变的纠错编码器。另外，在上层编码器和下层编码器中也能够生成和增加用软件处理的纠错码，在分层编码单元中不再包括纠错编码器。在每层编码交织之后也能增加纠错码。
此外，在本实施例中，预处理器根据源信号的频率分量将它分层分离，但是也可以根据其它的物理参数将源信号分层分离。另外，虽然在本实施例中使用了TS数据格式，但也可以使用其它的格式。
(第五实施例)
图18是一个框图，示出了符合本实施例的移动接收设备1400的功能结构。注意在图18中，将相同的标号分配给第一实施例的图4所示的相同组件，因此这里不再重复说明。
如图18所示，移动接收设备1400包括调谐/解调单元1401和同步单元1402。
调谐/解调单元1401具有对实时接收的无线电波测量其C/N状态，并且输出表示C/N状态的数据值作为C/N状态信号S8的功能。在C/N状态信号S8表明C/N下降的情况下，同步单元1402利用预测窗口信号S3捕获数据脉冲串，不使用TS中的同步码。
图19是一个框图，示出了本实施例中同步单元1402的功能结构。注意在图19中，将相同的标号分配给第一实施例的图6所示的相同组件，因此这里不再重复说明。
如图19所示，门电路1501具有在C/N状态信号S8的C/N数据值表明C/N值比预定值低时关闭门电路的功能。因此，当C/N下降时，门电路1501中断由同步码检测器401检测到的脉冲串同步信号S1，使得脉冲串门电路402利用预测窗口信号S3执行捕获数据脉冲串的操作。根据这个结构，能够检测到在C/N状态变得糟糕到不能检测到同步码的程度之前C/N状态的下降，然后将数据脉冲串的提取切换为利用预测窗口信号提取。因此，即使在由于移动接收设备的高速运动使得C/N状态动态改变的情况下，也能够稳定地接收和再现业务。
注意在本实施例中，C/N状态信号S8是从调谐/解调单元1401直接输入给同步单元1402中的门电路1501的，但是在调谐/解调单元1401和门电路1501之间，也能够通过提供的微型计算机用软件控制门电路1501。
另外，在第一到第五实施例中，通过对高频发射层使用象卷积码和turbo码这样的纠错码作为外部码，能够进一步提高业务再现的稳定性，这些编码方法对连续编码错误具有高纠错性能。
工业实用性
用于符合本发明的移动终端的广播发射和接收方法，能够应用在移动环境中发射与接收数字广播和数字数据广播的方法和设备上。

Claims (11)

1.一种数字广播系统，用于通过网络发射和接收从广播源产生的广播流，该广播源包括图像和音频数据并且用于广播，所述数字广播系统包括：
编码单元，用于根据广播源的特性将所述广播源分离成高频成分数据和低频成分数据，并对所分离成的高频成分数据和低频成分数据进行编码，以生成第一层编码和第二层编码，所述第一层编码和所述第二层编码分别能够用于所述广播源的再现；
合成单元，用于生成数据脉冲串，每个数据脉冲串包括所述生成的第一层编码和第二层编码；
多路复用单元，用于通过多路复用所述生成的数据脉冲串产生广播流；
发射单元，用于将所述产生的广播流发射给所述网络；
接收单元，用于接收所述发射的广播流；
解码单元，用于从所述接收到的广播流里提取所述第一层编码和所述第二层编码中的至少一个；以及
再现单元，用于利用所述提取的编码再现所述广播源。
2.如权利要求1所述的数字广播系统，
其中所述广播源包括多个业务中的每一个的内容数据，
所述数字广播系统还包括：
计时单元，用于保持时间；和
预测窗口生成单元，用于生成预测窗口信号，该信号表明要接收的目标数据脉冲串在所述广播流中出现的时间，这个时间是由所述计时单元指定的，以及
所述接收单元用于只在所述预测窗口信号为活动状态时，只接收所述广播流中与所述多个业务之一的内容数据相对应的数据脉冲串。
3.如权利要求2所述的数字广播系统，
其中所述接收单元还用于为了接收所述数据脉冲串控制电力供应，以便只有在所述预测窗口信号处于所述活动状态时所述电力供应才增大。
4.如权利要求2所述的数字广播系统，
其中所述合成单元还用于向每个数据脉冲串加入脉冲串时间信息，所述脉冲串时间信息表明要接收的下一个数据脉冲串在所述广播流中出现的时间，以及
所述预测窗口生成单元用于根据加入到所述数据脉冲串的所述脉冲串时间信息，确定所述预测窗口信号变为所述活动状态的时序和所述预测窗口信号的窗口宽度。
5.如权利要求4所述的数字广播系统，
其中所述接收单元包括
时间保持单元，用于保持所述数字广播系统的参考时间，和
所述时间保持单元用于根据所述脉冲串时间信息校准所述参考时间。
6.如权利要求2所述的数字广播系统，
其中所述预测窗口生成单元还用于在所述接收单元不能接收到所述目标数据脉冲串的全部信号的情况下，将所述预测窗口信号的窗口宽度扩展一段预定长度的时间。
7.如权利要求2所述的数字广播系统，
其中所述合成单元还用于向每个数据脉冲串加入至少一个纠错码，用于纠正在发射所述广播流时发生的编码错误。
8.如权利要求7所述的数字广播系统，
其中所述纠错码被分别加到所述第一层编码和所述第二层编码中，以及
加到所述第二层编码中的纠错码的纠错能力比加到所述第一层编码中的纠错码的纠错能力高。
9.一种数字广播系统中使用的发射设备，所述数字广播系统用于通过网络发射和接收从广播源产生的广播流，该广播源包括图像和音频数据并且用于广播，所述发射设备包括：
编码单元，用于根据广播源的特性将所述广播源分离成高频成分数据和低频成分数据，并对所分离成的高频成分数据和低频成分数据进行编码，以生成第一层编码和第二层编码，所述第一层编码和所述第二层编码分别用于所述广播源的再现；
合成单元，用于生成数据脉冲串，每个数据脉冲串包括所述生成的第一层编码和第二层编码；
多路复用单元，用于通过多路复用所述生成的数据脉冲串来产生广播流；
发射单元，用于将所形成的广播流发射到所述网络上。
10.一种数字广播系统中使用的接收设备，所述数字广播系统用于通过网络发射和接收从广播源产生的广播流，该广播源包括图像和音频数据并且用于广播，所述接收设备包括：
接收单元，用于通过所述网络接收广播流；
解码单元，用于从所述接收到的广播流里提取第一层编码和第二层编码中的至少一个，所述第一层编码和第二层编码是通过根据广播源的特性将所述广播源分离成高频成分数据和低频成分数据，并对所分离成的高频成分数据和低频成分数据进行编码而生成的，并且分别用于所述广播源的再现；以及
再现单元，用于利用所述提取的编码再现所述广播源。
11.一种数字广播系统中使用的发射和接收方法，所述数字广播系统用于通过网络发射和接收从广播源产生的广播流，该广播源包括图像和音频数据并且用来广播，所述发射和接收方法包括：
根据广播源的特性将所述广播源分离成高频成分数据和低频成分数据，并对所分离成的高频成分数据和低频成分数据进行编码，以生成第一层编码和第二层编码，所述第一层编码和所述第二层编码分别用于所述广播源的再现；
生成数据脉冲串，每个数据脉冲串都包括所述生成的第一层编码和第二层编码；
通过多路复用所述生成的数据脉冲串来产生广播流；
将所述产生的广播流发射到所述网络上；
接收所述发射的广播流；
从所述接收到的广播流中提取所述第一层编码和所述第二层编码中的至少一个；以及
利用所述提取的编码再现所述广播源。
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