CN100563323C - 使用16态格编码的数字电视发射器和接收器 - Google Patents

Abstract

提供一种基于高级电视系统委员会(ATSC)A/53的残余边带(VSB)数字电视(DTV)发射器和接收器及其方法。本发明提供8-VSB DTV发射器和接收器及其方法：其发射和接收包括常规数据和健壮数据的双信号流，当数据流包括健壮数据时通过包括用于对健壮数据执行16态格编码的编码单元，不管常规数据与健壮数据的比率如何都不增加平均功率等级，从而可以提高接收器的接收性能。

Description

使用16态格编码的数字电视发射器和接收器

技术领域

本发明涉及基于地面DTV标准-高级电视系统委员会(ATSC)的A/53的残余边带(VSB)数字电视(DTV)发射器和接收器及其方法。尤其涉及使用16态格编码的DTV发射器和接收器及其方法。

背景技术

高级电视系统委员会(ATSC)标准建议使用通过将12个独立数据流(它们被格编码和时分复用)调制成10.76MHz速率的8级残余边带(VSB))而获得的信号，，来通过地面广播信道传输高清晰电视(HDTV)广播。信号的频带被转换成对应于标准甚高频(VHF)或超高频(UHF)地面电视信道的6MHZ的频带。相应信道的信号以19.39Mbps数据率广播。关于ATSC DTV标准和A/53的详细技术可以在http://www.atsc.org/得到。

图1是显示传统DTV发射器的方框图。如图所示，输入发射器100的数据是包括188字节运动图像专家组(MPEG)兼容数据分组的串行数据流，每个数据分组包括一个同步字节和187字节净荷数据。在数据随机化器101中将输入数据随机化，并且每个分组被编码成包括用于前向误差校正(FEC)的20字节奇偶信息，FEC包括里德所罗门(RS)编码、1/6数据场交织和2/3格编码。即，根据ATSC标准，数据随机化器101对输入的净荷数据字节与具有16位最大长度的伪随机二进制序列执行XOR运算，该伪随机二进制序列在数据场的起始场被初始化。

在接收输出的随机化数据的RS编码器103中，通过将用于FEC的20个RS奇偶字节添加到187字节，为每个数据段产生具有总共207字节的数据。

对输入的分组数据当中对应于段同步信号的同步字节不执行随机化和FEC。

随后，在数据交织器105中交织包含在每个场的连续段中的数据分组，并且在格编码器107中再交织和编码所述交织的数据分组。格编码器107通过使用两比特输入，产生以三比特表示的数据符号符号的流。输入的两比特中的一比特被预编码，而另一比特被4态格编码成两比特。最后输出的三比特被映射到8级符号符号。格编码器107包括12个并行的格编码器和预编码器以便产生12个交织/编码的数据序列。

8级符号在复用器(MUX)109中与来自同步单元(未显示)的段和场同步比特序列117组合，以形成发射数据帧。随后，在导频添加器111中添加导频信号。符号流在VSB调制器113中经过VSB抑制载波调制。基带的8-VSB符号流最后在射频(RF)变频器115中被变换成RF信号并接着被发射。

图2是描述传统DTV接收器200的方框图。如图所示，在接收器200的调谐器201中选择用于从发射器100发射的RF信号的信道。接着，RF信号经过中频(IF)滤波器与检测器203中的IF滤波，并且检测出同步频率。同步和定时恢复块215检测同步信号并恢复时钟信号。

随后，通过国家电视系统委员会(NTSC)去除滤波器205中的梳状滤波器，从该信号中去除NTSC干扰信号，并在均衡器与相位跟踪器207中进行均衡和相位跟踪。

去除了多径干扰的编码数据符号在格译码器209中经过格译码。译码后的数据符号在数据去交织器211中去交织。随后，该数据符号在RS译码器213中被RS译码，并且在数据去随机化器(derandomizer)217中去随机化。这样，可以恢复从发射器100发射的MPEG兼容数据分组。

图3是例示图1发射器和图2接收器之间交换的发射数据帧的图表。如图所例示，发射数据帧包括两个数据场，并且每个数据场包括313个数据段。

每个数据场的第一个数据段是同步信号，即，数据场同步信号，其包括用于接收器200的训练数据序列。其他312个数据段分别包括188字节传输分组和用于FEC的20字节数据。由于数据交织，每个数据段由几个发射分组中所包含的数据构成。换句话说，每个数据段的数据对应于几个发射分组。

每个数据段包括832个符号。前四个符号是二进制的，并且它们提供数据段同步。数据段同步信号对应于同步字节，它是MPEG兼容数据分组的188个字节中的第一个字节。其他828个符号对应于MPEG兼容数据分组的187个字节和用于FEC的20个字节。828个符号以8级信号的形式发射，并且每个符号以三比特表示。因此，每数据段发射2484比特(＝828符号×3比特/符号)。

然而，由于可变信道和多径现象，传统8-VSB收发器的发射信号在室内和移动信道环境中发生畸变，并且这使接收器的接收性能降低。

换句话说，发射数据受到各种信道畸变因素影响。信道畸变因素包括多径现象、频率偏移、相位抖动等等。为补偿由信道畸变因素引起的信号畸变，每24.2ms发射一个训练数据序列，但即使是在发射训练数据序列的24.2ms时间间隔中，仍然存在多径特征和多普勒干扰的改变。由于接收器中的均衡器没有足够快收敛速度以补偿由多径特征和多普勒干扰的改变而引起的接收信号的畸变，因此接收器不能准确地执行均衡。

由于这个原因，8-VSB DTV广播的广播节目接收性能低于模拟广播的广播节目接收性能，并且在移动接收器中接收是不可能的。即使接收是可能的，也存在满足可视阈值(TOV)的信噪比(SNR)增加的问题。

为解决上述问题，国际公开号WO 02/080559和WO 02/100026以及美国专利公开号US2002/019470公开了用于通过4级符号(例如，{-7、-5、5、7}或{-7、-3、3、7})中任一个发射健壮数据的技术。由于健壮数据被映射到的符号在传统技术中受到限制，因此存在与传统8-VSB方法相比对应于健壮数据的符号的平均功率增加的问题。换句话说，当健壮数据用四级符号{-7、-5、5、7}中的任一个发射时，符号平均功率是37能量/符号，或者如果健壮数据用四级符号{-7、-3、3、7}中的任一个发射时，符号平均功率是29能量/符号，这意味着与传统8-VSB方法相比，对应于健壮数据的符号的平均功率增加。符号平均功率的增加导致整个平均功率的增加。当信号以有限发射功率发射时(在大多数情况下是这样的)，与传统8-VSB方法相比，常规数据的发射功率相对减少，因此，存在在相同信道环境中常规数据的接收性能比传统8-VSB方法差的问题。

由于当与常规数据混合的健壮数据比率增加时所述问题变得更严重，所以满足TOV的SNR也增加。因此，即使信道环境很好，接收性能也下降，并且有可能发生不能提供对8-VSB接收器的向后兼容性的情况。

发明内容

技术问题

因此，本发明的一个目的是提供一种数字电视(DTV)发射器和接收器以解决问题，通过发射和接收包括遵循8级残余边带(VSB)方法(其将在下文中简称为8-VSB方法)的常规数据和在16态格编码之后获得的健壮数据的双信号流，以便提高接收器的均衡器和格译码器的译码能力，并且提高接收健壮数据以及常规数据的接收性能，从而可以降低满足可视阈值(TOV)的信噪比(SNR)。

本领域的普通技术人员可以容易地从本说明书的附图、详细描述、和权利要求中理解本发明的其他目的和优点。

技术方案

依照本发明的一个方面，提供了一种数字电视发射器，其包括：输入单元，用于接收包括常规数据和健壮数据的数字视频数据流；编码单元，用于把数字视频数据流编码成数据符号；和发射单元，用于调制和发射编码单元的输出信号，其中编码单元对健壮数据执行16态格编码。

依照本发明的另一个方面，提供了一种DTV接收器，其包括：接收单元，用于接收包括常规数据和健壮数据的发射信号并把接收到的发射信号转化为基带信号；均衡单元，用于确定发射信号的符号级；格译码单元，用于对已经确定了级的符号执行格译码；和译码单元，用于输出关于格译码信号的数字视频数据流，其中格译码单元对健壮数据执行16态格译码。

依照本发明的另一个方面，提供了一种DTV发射方法，其包括步骤：a)输入包括常规数据和健壮数据的数字视频数据流；b)把数字视频数据流编码成数据符号；和c)调制和发射编码步骤b)的输出信号，其中在编码步骤b)中对健壮数据执行16态格编码。

依照本发明的另一个方面，提供了一种DTV接收方法，其包括步骤：a)接收包括常规数据和健壮数据的发射信号并把接收到的发射信号转化为基带信号；b)确定发射信号的符号级；c)在已经确定了级的符号上执行格编码；和d)输出关于格译码信号的数字视频数据流，其中在格译码步骤c)中对健壮数据执行16态格译码。

依照本发明的另一个方面，提供了一种DTV发射信号，其包括：常规数据，其被映射到{-7、-5、-3、-1、1、3、5、7}中的任何一个数据符号；健壮数据，其以16态格编码并被映射到{-7、-5、-3、-1、1、3、5、7}中的任何一个数据符号；和健壮数据标志，用于识别常规数据和健壮数据，其中发射信号是残余边带(VSB)调制信号。

依照本发明，常规数据以8-VSB方法发射，而健壮数据经过16态格编码。即，数据场的数据段的一部分312由健壮数据分组而不是常规数据分组替代，并且对应于健壮数据分组的健壮数据符号在格编码成16态之后发射。由于提高了用于对从接收器传输的健壮数据更新均衡器抽头系数的误差信号计算的精确度和格译码器的精确度，因此在提高健壮信号的SNR的同时也提高一般信号的接收性能。

下面描述只例示了本发明原理。即使在本说明书中没有清楚描述或例示，一个本领域的普通技术人员也可以实现本发明原理并发明在本发明概念和范围之内的各种装置。

在本说明书中提供的条件术语和实施例的使用只意欲使本发明概念能够被理解，并且他们不限于本说明书中提及的实施例和条件。

另外，关于本发明原理、观点和实施例和特定实施例的所有详细描述应该理解为包括其结构和功能等效物。所述等效物不仅包括目前已知的等效物，也包括将来要开发出的那些等效物，即，被发明用于执行相同功能的所有设备，而不管其结构如何。

例如，本发明的方框图应该理解为显示实现本发明原理的示范电路的概念性观点。类似地，所有流程图、状态转化图表、伪码等等可以主要在计算机可读媒介中表示，并且无论是否特别描述了计算机或处理器，他们应该理解为表示由计算机或处理机处理的各种处理。

在包括以处理器或类似概念表示的功能块的图中例示的各种设备的功能可以不仅通过使用专用于所述功能的硬件提供，也可以通过使用能够运行用于实现所述功能的适当软件的硬件提供。当功能是由处理器提供时，该功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器、或其一部分可以共享的多个单独处理器提供。

术语‘处理器’、‘控制’或类似概念的明显使用不应该理解为专指能运行软件的一种硬件，而是应该理解为隐含包括数字信号处理器(DSP)、硬件、以及用于存储软件的ROM、RAM和非易失性存储器。其他已知的和常用的硬件也可以包括在这里。

类似地，图中描述的开关可以只是概念上的表示。开关功能应该理解为手工或者通过控制程序逻辑或专用逻辑、或者通过专用逻辑的相互作用执行。设计者可以选择特定技术用作本说明书的更深入理解。

在本说明书的权利要求中，以装置形式表示的用于执行在详细描述中描述的功能的元件意欲包括用于执行包括所有软件格式功能的所有方法，譬如，用于执行期望功能的电路组合、固件/微码等等。

为了执行期望功能，元件与适当电路组合以便执行软件。通过权利要求定义的本发明包括用于执行特定功能的各种装置，并且所述装置以权利要求中要求的方法相互连接。因此，可以提供所述功能的任何装置应该理解为从本说明书中领会的装置的等效物。

有益效果

如上所述，本发明通过发射和接收包括遵循8残余边带(VSB)方法的常规数据和从基于16态格编码获得的健壮数据的双信号流，而不管混合率如何都不增加平均功率，从而可以降低满足可视阈值的信噪比(SNR)，并且提高健壮数据以及常规数据的接收性能。

附图描述

本发明的上述和其他目的和特性将在结合附图给出的优选实施例的下面描述中变得显而易见，其中：

图1是显示传统数字电视(DTV)发射器的方框图；

图2是例示传统DTV接收器的方框图；

图3是描述在图1发射器和图2接收器之间交换的发射数据帧的图表；

图4是显示依照本发明实施例的DTV发射器的方框图；

图5是描述图4的健壮交织器和分组格式化器的方框图；

图6是描述图5的健壮数据交织器的图表；

图7是例示图4的健壮编码器的图表；

图8是描述图4的健壮编码器和格编码器的图表；

图9是描述由菲利普公司提出的描述健壮数据的格编码方框图；

图10是例示依照本发明实施例的健壮数据的格编码方框图；

图11是例示依照本发明另一个实施例的健壮数据的格编码方框图；

图12是描述图4的健壮数据处理器的方框图；

图13是显示图4发射器发射的数据帧的场同步段的图表；

图14是例示依照本发明实施例的DTV接收器的方框图；

图15是显示图14控制器的方框图；

图16是描述图14的分组格式化器和健壮去交织器的方框图；和

图17是例示图16的健壮数据去交织器的图表。

具体实施方式

参照附图，其在下文中提出，本发明的其他目的和方面将从实施例的下面描述中变得显而易见。如果认为关于现有技术的进一步描述可能混淆本发明的观点，那么将不提供描述。下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。

图4是显示依照本发明实施例的数字电视(DTV)发射器的方框图。如图所示，发射器400包括：第一复用器401、数据随机化器403、里德所罗门(RS)编码器405、健壮交织器/分组格式化器407、数据交织器409、健壮编码器411、健壮数据处理器413、格编码器415、第二复用器417、和导频添加器/调制器/射频(RF)变频器419。

数据随机化器403、RS编码器405、数据交织器409、格编码器415、第二复用器417、和导频添加器/调制器/射频(RF)变频器419与传统数据随机化器101、RS编码器103、数据交织器105、格编码器107、第二复用器109、和导频添加器111、残余边带(VSB)调制器113、和RF变频器115相同，其已经参照图1描述。

第一复用器401在健壮数据标志信号425控制下，复用常规数据分组421和健壮数据分组423。

常规数据分组421和健壮数据分组423是包括188字节运动图像专家组(MPEG)兼容数据分组的串行数据流，并且它们具有相同属性，而健壮数据分组包括信息分组和空分组。空分组包括具有空分组头的任意数据，例如“0”，并且添加它以确保基于健壮数据的编码率扩展分组空间。在本说明书中，本发明将基于健壮数据编码率是1/2的实施例描述，但是本发明应该理解为不限于此。

基于一个场中健壮数据与常规数据的比率，即健壮数据分组(NRP)数目和健壮数据编码率(例如，1/2或1/4)，在外部设备(未显示)中产生健壮数据标志信号425。包括第一复用器401的发射器400的其他组成元件可以通过使用健壮数据标志信号425，检验当前处理的数据是否为健壮数据。

基于每个场的健壮数据分组数目，第一复用器401复用常规数据分组421、健壮数据分组423、和健壮数据标志信号425。依照实施例，根据健壮数据分组数目，健壮数据分组的位置可以被定义为式1。

0≤NRP/2≤39

{s|s＝4i，i＝0，1，...，NRP-1}，(0≤s≤156)

40≤NRP/2≤78

{s|s＝4i，i＝0，1，...，77}∪{s|s＝4i+2，i＝0，1，...，NRP-79}

79≤NRP/2≤117

{s|s＝4i，i＝0，1，...，77}∪{s|s＝4i+2，i＝0，1，...，77}∪{s|s＝4i+1，i＝0，1，...，NRP-157}

118≤NRP/2≤156

{s|s＝4i，i＝0，1，...，77}∪{s|s＝4i+2，i＝0，1，...，77}∪{s|s＝4i+1，i＝0，1，...，77}∪{s|s＝4i，i＝0，1，...，NRP-235}

式1

在式1中，NRP表示对于每个数据场被健壮数据分组占据的健壮段的数目，即，一帧中健壮数据分组的数目。如上所述，NRP是包括信息分组和空分组的所有数目的值，并且其具有0到312的范围。还有，∪表示两个集合的并，而s表示数据场中的数据段数目，并且s具有0到311的范围。

依照另一个实施例，健壮数据分组的位置可以定义为式2。

RPI＝312/NRP

RPP＝floor(RPI×r)

式2

在式2中，RPI代表健壮数据分组间隔，而RPP代表健壮数据分组位置。Floor(*)是小数删切操作，其意味着切掉小数数字操作，用于把任意数字*转化成整数值，并且值r具有0到NRP的范围。

根据式2，当NRP是162且健壮数据编码率是1/2时，如表1所示确定数据场的常规数据和健壮数据的位置。

表1

分组数目	分组类型
		0	健壮
1	健壮(空)
		2	一般
3	健壮
		4	一般
5	健壮(空)
		6	一般

7	健壮
		8	一般
9	健壮(空)
		10	一般
11	健壮
		12	一般
13	健壮(空)
		14	一般
15	健壮
		...	...
297	一般
		298	健壮
299	一般
		300	健壮(空)
301	一般
		302	健壮
303	一般
		304	健壮(空)
305	一般
		306	健壮
307	一般
		308	健壮(空)
309	一般
		310	健壮(空)
311	一般

在数据随机化器403中随机化在第一复用器401中复用的一般分组421和健壮数据分组423，并且每个分组在RS编码器405中被编码成包括用于前向纠错(FEC)的20字节奇偶信息。在RS编码器405中，通过给187字节数据添加用于FEC的20个RS奇偶字节，产生具有总共207字节的数据，其作为每个数据段发射。健壮数据标志不经过随机化和RS编码。如果健壮数据分组经过RS编码并添加了20个RS奇偶字节，那么健壮数据标志由于添加的RS奇偶字节而被标记。

随后，RS编码的一般和健壮数据分组输入到健壮交织器/分组格式化器407中，并基于健壮数据标志只对包括信息分组的健壮数据执行交织。根据健壮数据编码率，交织的健壮数据被重组为207字节的分组，并且重组的健壮数据分组与常规数据分组复用。常规数据分组具有预定延迟以便与健壮数据分组复用。

图5是描述图4的健壮交织器和分组格式化器的方框图。如图所示，健壮交织器/分组格式化器407包括健壮信号交织器501、分组格式化器503、和第三复用器505。

健壮数据交织器501基于健壮数据标志信号只交织健壮数据分组。图6是描述图5的健壮数据交织器的图表。如图所示，在RS编码器405输入的数据分组当中，健壮数据交织器501逐字节地只接收关于健壮数据分组的信号，执行交织以便把健壮信号传输到分组格式化器503。健壮数据交织器501还具有参数M＝3、B＝69和N＝207，并且交织的分组可以包括最多来自69个不同分组的数据。在健壮数据分组中，丢弃空分组，并且只对信息分组执行交织。

图5中所示的分组格式化器503处理在健壮数据交织器501中交织的数据。分组格式化器503从健壮数据交织器501接收184个字节，并产生关于184字节健壮数据的两个207字节数据块。这里，产生的207字节数据块的每个字节的四比特，例如，LSB(6，4，2，0)，对应于输入的健壮数据。另外的四比特，例如，MSB(7，5，3，1)，设置为具有任意值。同时，在每个产生的207字节数据块中，不与184字节健壮数据对应的空位用头字节数据或任意信息数据填充以便用于RS奇偶字节，这将在后面描述。

随后，分组格式化器503将通过随机化对应于空分组的头所得到的值添加到每个207数据块的前三个字节。接着，分组格式化器503通过添加20个字节(每个包括任意信息，例如，“0”)到每个数据块，产生207字节分组。在健壮数据处理器413中用RS奇偶信息替代该20字节任意信息，这将在后面描述。

所有其他空字节位可以依次用184字节健壮数据的字节填充。分组格式化器503在将健壮数据字节添加到每个新产生的207字节数据块之前，其检验该位置是否对应于奇偶字节位置。如果该位置不对应于奇偶字节，则在该位置放置健壮数据字节。如果该位置对应于奇偶字节，则跳过该字节位置并检验下一个字节位置。重复该处理直至所有健壮字节被放置在新产生的207字节数据块中。

因此，如果健壮交织的四个健壮数据分组(4×207字节)输入到分组格式化器503中，则分组格式化器503输出9个分组(9×207字节)，其每个包括健壮数据字节、头字节、和用于RS奇偶字节的任意信息字节。输出的9个分组分别包括输入到分组格式化器503的92字节健壮数据。

同时，基于式3确定关于每个分组的用于RS奇偶字节的任意数据字节的位置。

m＝(52×n+(smod52))mod207                式3

其中：m表示输出字节编号，即，扩展到207字节的分组的奇偶字节位置；n表示输入字节，即，每个分组中的字节编号，并且其范围从0到206；s表示对应于数据场中的健壮数据的段，即分组编号，并且其范围从0到311。仅当值n是在187到206的范围时，可以计算奇偶字节位置，即，值m，使得每个分组的20个奇偶分组的位置应该对应于数据交织之后的分组的最后20个字节。简短地说，值n对应于分组的最后20个字节。

例如，当s＝0且n在187到206范围内时，用于分组0的奇偶字节位置给出为202、47、99、151、203、48、100、152、204、49、101、153、205、50、102、154、206、51、103、和155。这表明奇偶字节位置应该在第202字节以便在数据交织器409中交织之后使奇偶字节位置在187和206之间。类似地，另一个奇偶字节位置应该在第47字节。然而，根据式3，奇偶字节可以位于分组头字节位置。即，值m可以是p、1和/或2。因此，为了避免奇偶字节位于分组头字节位置，值n的范围可以增加与头位置放置的奇偶字节数一样多。因此，如果在计算20个m值时，s mod 52的结果值是介于1和7之间的任一个，则20个m值的一部分变成0、1和/或2。

例如，当s mod 52＝0时，所有20个m值不指示奇偶字节位置，即，0、1或2，因此所有20个m值可以用于奇偶字节位置。

另一方面，当s mod 52＝1时，20个m值中的一个指示0(头字节位置)。在这种情况下，值n的范围增加1，成为从186到206。因此，计算21个m值，并且不使用进入头字节位置的值m。其他的20个m值指出奇偶字节位置。

同样，当s mod 52＝2时，20个m值中的两个指示0和1(头字节位置)。在这种情况下，值n的范围增加2，成为从185到206。因此，计算22个m值，并且不使用对应于头字节位置的值m，即，0或1。其他的20个m值指出奇偶字节位置。

下面表2显示基于健壮数据段位置的值n的范围。

表2

s mod 52	增加的m值数目	n范围
			0	0	187到206
1	1	186到206
			2	2	185到206
3	3	184到206
			4	3	184到206
5	3	184到206
			6	2	185到206
7	1	186到206
			8到51	0	187到206

图5的第三复用器505基于健壮数据标志，复用从分组格式化器503输出的健壮数据分组和常规数据分组。第三复用器505的操作与第一复用器401的操作相同。

再参考图4，数据交织器409在每个数据场的连续段中逐字节地交织数据分组，以便基于ATSC A/53标准打乱(scramble)健壮数据标志和一般/健壮数据流的连续顺序，并输出打乱的数据。这里，通过独立交织器分别交织一般/健壮数据和健壮数据标志。数据交织器409具有与健壮数据交织器501(见图6，M＝4、B＝52和N＝208)相似的结构。

图7是详细例示图4健壮编码器的图表。如图所示，健壮编码器411具体地包括并列的多个相同的健壮编码单元411a到411l。健壮编码器411对交织的一般/健壮数据和交织的健壮数据标志执行格交织，并基于格交织的健壮数据标志，对格交织的一般/健壮数据执行编码。数据交织器409输出的一般/健壮数据被逐字节地依次输入到12个健壮编码单元411a到411l，用X1’和X2’表示的两比特一般/健壮数据被生成为用X1和X2表示的两比特一般/健壮数据。例如，输入比特X2’是MSB(7，5，3，1)的码字，而输入比特X1’是LSB(6，4，2，0)的码字。如上所述，尽管常规数据的MSB(7，5，3，1)和LSB(6，4，2，0)都包括信息数据，但是健壮数据的LSB(6，4，2，0)包括信息数据和健壮数据的MSB(7，5，3，1)包括任意值。

在健壮编码单元中编码的一般/健壮数据经过格去交织，并且常规数据绕过健壮数据处理器413并进入格编码器415，而健壮数据经过健壮数据处理器413并进入格编码器415。在该处理中，在12个健壮编码单元411a到411l中编码的常规数据和健壮数据依次输入到格编码器415或健壮数据处理器413。

参考图4，格编码器415与目前ATSC A/53标准中定义的格编码器相同。尽管没有在图中例示，格编码器415也包括多个相同的格编码单元，例如，如同刚才健壮编码器411那样包括并联的12个相同的格编码单元。绕过健壮数据处理器413之后输入到格编码器415的常规数据符号X1和X2、或经过健壮数据处理器413输入到格编码器415的健壮数据符号X1和X2都输入到这12个格编码单元，并且格编码器415对输入符号X1和X2执行格编码使其成为8级符号。通过在12个格编码单元中编码获得的8级符号依次输入到第二复用器417中。这样，格译码完全执行。

图8是描述图4的健壮编码器和格编码器的图表。由于要在后面描述的健壮数据处理器413只处理健壮数据，因此图8例示了健壮编码单元#0411a和格编码单元#0415a之间的概念性连接。

如目前ATSC A/53标准中定义的，格编码器415包括预编码块、格编码块、和符号映射块。预编码块和格编码块包括用于存储比特延迟值(例如，12个比特延迟值)的寄存器D1、D2和D3。

健壮编码单元#0411a把从数据交织器409输入的两比特一般/健壮数据X1’和X2’编码成两比特一般/健壮数据符号X1和X2，并且格编码单元#0415a基于通过对两比特一般/健壮数据符号X1和X2执行格编码获得的符号Z0、Z1和Z2，把8级信号输出到第二复用器417。

菲利普公司已经提出了一种通过使用健壮编码器411和格编码器415来编码健壮数据的方法。

图9是描述菲利普公司提出的健壮数据的格编码的方框图。

如上所述，健壮编码器911，通过均衡格编码器915的编码值Z2和Z1，输出四个级的格编码符号Z0、Z1和Z2，格编码器915的编码值Z2和Z1是基于输入信号X1’和X2’中的值X1’、经过预编码器去除器获得的。

由菲利普公司提出的健壮数据编码方法具有这样的问题，由于格编码器915的输出符号使用四个级{-7，-5，5，7}，所以与传统8-VSB方法相比，表示健壮数据的符号的平均功率增加。

换句话说，当健壮数据被映射到四级符号{-7，-5，5，7}中任一个时，符号的平均功率变为37能量/符号，这高于传统8-VSB方法。指示健壮数据的符号的平均功率的增加使总平均功率增加，并且当信号以有限发射输出功率发射时，常规数据的发射功率相对下降。因此，在相同信道环境中，接收器表现出比传统8-VSB方法差的接收性能。

当与常规数据混合的健壮数据比率增加时，该问题变得更严重。因此，满足TOV的SNR增加。因此，即使信道环境很好，接收性能也可能降低，并且依赖于具体情况可能不能提供对基于8-VSB方法的接收器的向后兼容性。

因此，本发明提出一种方法，它通过对健壮数据使用16态格编码方法，不管健壮数据的比率如何都不提高符号平均功率。

图10是例示依照本发明实施例的健壮数据的格编码方框图。

如图所示，通过给健壮编码器1011添加用于产生健壮数据的寄存器D4和D5，编码输入信号X1’。

基于输入信号X1’的、格编码器1015的输出信号和随后状态如表3和4所示。

表3

表4

基于式4计算表3的16个状态。

S＝D₄×8+D₅×4+D₂×2+D₃                式4

同时，当输入常规数据时，额外用于产生健壮数据的寄存器D4和D5的状态值不变化，并且基于输入的输出信号和随后状态如表5和6所示。

表5

表6

当通过使用依照本实施例的16态格编码产生健壮数据时，可以通过参考表3和4设计格译码器和信号级检测器提高接收器的性能。

图11是例示依照本发明的另一个实施例的健壮数据的格编码的方框图。

如图所示，通过将用于产生健壮数据的寄存器D4和D5添加到健壮编码器1111，编码输入信号X1’。

基于输入信号X1’的、格编码器1115的输出信号和随后状态如表7和8所示。

表7

表8

基于式4计算表7的16个状态。

同时，当输入常规数据时，额外用于产生健壮数据的寄存器D4和D5的状态值不变，并且基于输入和随后状态的输出信号如表5和6所示。

当通过使用依照本实施例的16态格编码产生健壮数据时，可以通过参考表7和8设计格译码器和信号级检测器提高接收器的性能。

图12是描述图4的健壮数据处理器的方框图。如图所示，健壮数据处理器413包括数据去交织器1203、RS编码器1205、和数据交织器1207。从健壮编码器411输出的健壮数据X1和X2以及健壮数据标志在数据去交织器中去交织并以分组的形式重组。

如上所述，20字节任意信息被添加到在分组格式化器503中产生的207字节数据块上，并且RS编码器1205用RS奇偶信息替代20字节任意信息。具有RS奇偶信息的健壮数据分组在数据交织器1207中交织并逐字节地输出到格编码器415。

再参考图4，在第二复用器417中常规数据和健壮数据与段从同步单元(未显示)传输的同步比特序列和场同步比特序列组合，以便由此产生发射数据帧。随后，在导频添加器中加上导频信号。在VSB调制器中，把符号流调制成为VSB抑制载波。在RF变频器中把基带8-VSB符号流最终变换成为射频信号并发射。

图13是显示由图4发射器发射的数据帧的场同步段的图表。如图所示，从发射器400发射的段基本上与ATSC A/53标准的段相同。在对应于节的最后104个符号的保留场(如果有的话)中，除了预编码的12个符号之外，92个符号包含用于恢复健壮数据分组的信息。用于恢复健壮数据分组的信息包括：NRP，它是一个场中健壮数据与常规数据的比率；和健壮数据的编码率信息，例如，1/2或1/4。如在后面要描述的，在本发明实施例中提出的接收器从用于恢复健壮数据分组的信息中产生健壮数据标志，并且接收器的构成元件可以通过使用健壮数据标志来检查当前处理的数据是否是健壮数据。

图14是例示依照本发明实施例的DTV接收器的方框图。如图所示，接收器1400包括调谐器1401、IF滤波器与检测器1403、NTSC去除滤波器1405、均衡器1407、格译码器1409、数据去交织器1411、分组格式化器/健壮去交织器1413、RS译码器1415、数据去随机化器1417、去复用器1419、同步与定时恢复块1421、场同步译码器1423、和控制器1425。

调谐器1401、IF滤波器与检测器1403、NTSC去除滤波器1405、数据去交织器1411、RS译码器1415、同步与定时恢复块1421执行与调谐器201、IF滤波器与检测器203、NTSC去除滤波器205、数据去交织器211、RS译码器213、同步与定时恢复块215相同的功能。

场同步译码器1423接收图13例示的数据帧的段，在保留区域中恢复健壮数据分组恢复信息，其包括关于一个场内健壮数据与常规数据比率的信息和关于健壮数据编码率的信息，并把其传输到控制器1425。

图15是显示图14的控制器的方框图。如图所示，控制器1425包括一般/健壮数据识别标志发生器1501、数据交织器1503、格交织器1505、延迟缓冲器1507、和延迟计算器1509。

一般/健壮数据识别标志发生器1501通过使用从场同步译码器1423传输的健壮数据分组恢复信息产生健壮数据标志。

产生的健壮数据标志在数据交织器1503和格交织器1505中基于ATSCA/53经过比特单元数据交织和格交织，并且交织的健壮数据标志传输到均衡器1407和格译码器1409。在发射器400发射出的数据帧中包括的健壮数据标志已经经过数据交织和格交织执行交织，均衡器1407和格译码器1409基于从数据交织和格交织获得的交织的健壮数据标志，执行均衡和格译码。

同时，考虑到在格译码器1409和数据去交织器1411中处理数据时所产生的延迟，延迟缓冲器1507接收在一般/健壮数据识别标志发生器1501中产生的健壮数据标志，并把健壮数据标志传输到分组格式化器/健壮去交织器1413。同样，考虑到在分组格式化器/健壮去交织器1413中处理数据时所产生的延迟，延迟缓冲器1507分别把健壮数据标志传输到数据去随机化器1417、去复用器1419、和延迟计算器1509。

延迟计算器1509通过使用从延迟缓冲器1507传输的健壮数据标志和从场同步译码器1423传输的健壮数据分组恢复信息，计算健壮数据分组的延迟时间，其中健壮数据标志是考虑在分组格式化器/健壮去交织器1413中处理健壮数据时所产生的关于常规数据的延迟而获得的，，并且延迟计算器1509把计算的延迟时间传输到数据去随机化器1417。数据去随机化器1417与数据帧的场同步信号同步并执行去随机化。从场同步译码器1423传输的健壮数据同步分组恢复信息包括关于数据帧中健壮数据分组的位置信息。然而，分组格式化器/健壮去交织器1413只能处理健壮数据分组，特别地，在健壮去交织器中执行的去交织处理将健壮数据分组延迟若干分组。延迟计算器1509基于接收到的健壮数据分组恢复信息和健壮数据标志，计算关于健壮数据分组的延迟时间以便补偿健壮数据分组的延迟，并把延迟时间传输到数据去随机化器1417。数据去随机化器1417基于接收到的健壮信息标志和关于健壮数据分组的延迟时间，去随机化常规数据分组和健壮数据分组。例如，当去随机化第n个常规数据分组时，要去随机化的下一个健壮数据分组不是第n+1个健壮数据分组，而可以是第k个健壮数据分组(k＜n)。由于包括产生的用于恢复成原始分组的延迟，因此健壮数据分组的延迟比常规数据分组的延迟长。因此，数据去随机化器1417应该在考虑该延迟的情况下执行去随机化。

图16是描述图14的分组格式化器和健壮去交织器的方框图，并且图17是例示图16的健壮数据去交织器的图表。分组格式化器和健壮去交织器与图5例示的发射器400的健壮交织器/分组格式化器407相对着操作。即，其去除从数据去交织器1411输入的健壮数据段207中所包含的20个RS奇偶字节和三个头字节，并把包含信息数据的健壮数据分组与空分组分离。因此，当具有9个分组(9×207字节)的健壮数据段输入到分组格式化器1601时，分组格式化器1601输出包括信息数据的四个健壮数据分组和包括空数据的5个空分组。随后，健壮数据去交织器1603逐字节地接收从分组格式化器1601输入的健壮数据分组，执行去交织，并把健壮数据分组传输到复用器1605。在去交织过程中，不使用健壮数据分组中的空分组，而只对信息分组执行去交织。常规数据分组具有预定延迟，从而以便与健壮数据分组复用。

复用的常规数据分组和健壮数据分组传输到RS译码器1415。RS译码器1415对每个分组执行RS译码并把结果传输到数据去随机化器1417。

再参照图14，去复用器1419基于健壮数据标志，去复用常规数据分组和健壮数据分组，并将其以包括188字节MPEG兼容数据分组的串行数据流形式输出。

对于均衡器1407，已知的确定器，即限幅器(slicer)、或具有零(0)回溯(trace back)的格译码器。

均衡器1407基于来自控制器1425的交织的健壮数据标志，均衡接收到的信号，该标志是基于ATSC A/53从基于比特的数据交织和格交织获得的。

简短地说，在常规数据信号情况下，以关于8级{-7，-5，-3，-1，1，3，5，7}的四种状态确定信号级，这与传统技术相同。在健壮数据信号情况下，相对于以16态格编码的8级{-7，-5，-3，-1，1，3，5，7}确定信号等级。即，对于健壮数据信号，16态格编码的8级{-7，-5，-3，-1，1，3，5，7}作为用于更新均衡器1407的抽头系数的判决数据。例如，均衡器1407中的格译码器基于表3和4或表7和8中所示的16态确定信号级。由于精确信号级的确定增加了均衡器的收敛速度，所以在多普勒环境中其可以提高常规数据以及健壮数据的接收性能。

格译码器1409可以是基于ATSC A/53的格译码器，或者可以是类似于可以用于均衡器1407中的格译码器。即，对于常规数据信号，对8级信号{-7，-5，-3，-1，1，3，5，7}执行4态格译码，其与传统技术相同。对于健壮数据信号，对以表3和4或表7和8中所示的16态格编码的8级信号执行格译码。

根据本发明，基于ATSC A/53的8-VSB接收器可以接收常规数据分组，并且其可以通过把健壮数据分组作为空分组处理来提供向后兼容性。

虽然已经关于特定优选实施例描述了本发明，但是对于本领域的技术人员来说，很明显可以做各种变化和修正而不偏离下面权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (20)

1.一种数字电视发射器，包含：

输入装置，用于接收包括常规数据和健壮数据的数字视频数据流；

编码装置，用于把数字视频数据流编码成数据符号；

发射装置，用于调制和发射编码装置的输出信号；

其中编码装置对健壮数据执行16态格编码。

2.如权利要求1所述的数字电视发射器，其中编码装置把常规数据映射到{-7，-5，-3，-1，1，3，5，7}中的任一个数据符号。

3.如权利要求1所述的数字电视发射器，其中编码装置包括：

健壮编码器，用于把健壮数据编码成2比特数据符号；和

格编码器，用于基于该2比特数据符号，输出以3比特表示的预定级中任一级的数据符号。

4.如权利要求3所述的数字电视发射器，其中健壮编码器以下述方式编码2比特数据符号，该方式中格编码器的输出符号级与第一表所示相同，随后状态与第二表所示相同：

第一表

第二表

5.如权利要求3所述的数字电视发射器，其中健壮编码器以下述方式编码2比特数据符号，该方式中格编码器的输出符号等级与第一表所示相同，随后状态与第二表所示相同：

第一表

第二表

6.如权利要求3到5中任一个所述的数字电视发射器，其中编码装置还包括：

数据随机化器，用于随机化输入装置的输出信号；

里德所罗门编码器，用于对数据随机化器的输出信号执行里德所罗门编码；

健壮交织器/分组格式化器，用于在里德所罗门编码器的输出信号中只交织健壮数据，并基于健壮数据编码率将经交织的健壮数据重组为健壮数据分组；和

数据交织器，用于交织健壮交织器/分组格式化器的输出信号。

7.一种数字电视接收器，包括：

接收装置，用于接收包括常规数据和健壮数据的发射信号，并把接收到的发射信号转化为基带信号；

均衡装置，用于确定发射信号的符号级；

格译码装置，用于对已经确定了级的符号执行格译码；和

输出装置，用于输出关于格译码的信号的数字视频数据流；

其中格译码装置对健壮数据执行16态格译码。

8.如权利要求7所述的数字电视接收器，其中格译码装置以如下方式把确定的符号级译码为2比特数据符号，在该方式中健壮数据的符号级与第一表所示相同，随后状态与第二表中所示相同：

第一表

第二表

9.如权利要求7所述的数字电视接收器，其中格译码装置以如下方式把确定的符号级译码为2比特数据符号，在该方式中符号级与第一表所示相同，随后状态与第二表中所示相同：

第一表

第二表

10.如权利要求7到9中任一个所述的数字电视接收器，其中译码装置包括：

数据去交织器，用于去交织从格译码装置输出的信号；

分组格式化器/健壮去交织器，用于把从数据去交织器输出的信号中的健壮数据重组为包括信息数据的健壮数据分组，并去交织重组的健壮数据分组；

里德所罗门译码器，用于对分组格式化器/健壮去交织器的输出信号执行里德所罗门译码；

数据去随机化器，用于去随机化里德所罗门译码器的输出信号；和

去复用器，用于去复用数据去随机化器的输出信号。

11.一种数字电视发射方法，包括步骤：

a)输入包括常规数据和健壮数据的数字视频数据流；

b)把数字视频数据流编码成数据符号；和

c)调制并发送编码步骤b)的输出信号；

其中在编码步骤b)中，对健壮数据执行16态格编码。

12.如权利要求11所述的数字电视发射方法，其中在编码步骤b)中，常规数据被映射到{-7，-5，-3，-1，1，3，5，7}中的任一个数据符号。

13.如权利要求11所述的DTV发射方法，其中编码步骤b)包括：

b1)把健壮数据编码为2比特数据符号；和

b2)基于2比特数据符号，输出以三比特表示的预定级中任一级的数据符号。

14.如权利要求13中所述的数字电视发射方法，其中，在健壮编码步骤b1)，2比特数据符号以如下方式编码，格编码步骤b2)的输出符号级与第一表所示相同，随后状态与第二表中所示相同：

第一表

第二表

15.如权利要求13所示的数字电视发射方法，其中，在健壮编码步骤b1)，2比特数据符号以如下方式编码，格编码步骤b2)的输出符号级与第一表所示相同，随后状态与第二表中所示相同：

第一表

第二表

16.如权利要求13到15中任一个所述的数字电视发射方法，其中编码步骤b)还包括：

b3)随机化输入信号；

b4)对在步骤b3)中随机化的输出信号执行RS编码；

b5)只交织RS编码步骤b4)的输出信号中的健壮数据，并基于健壮数据编码率把交织的健壮数据重组为健壮数据分组；和

b6)交织健壮交织/分组格式化步骤b5)的输出信号。

17.一种数字电视接收方法，包括步骤：

a)接收包括常规信号和健壮信号的发射信号，并把接收到的发射信号转化为基带信号；

b)确定发射信号的符号等级；

c)在已经确定等级的符号上执行格译码；和

d)输出关于格译码的信号的数字视频数据流；

其中在格译码步骤c)中，对健壮数据执行16态格编码。

18.如权利要求17所述的数字电视接收方法，其中，在格译码步骤c)中，确定的符号级以如下方式编码为2比特数据符号，健壮数据的符号级与第一表所示相同，随后状态与第二表中所示相同：

第一表

第二表

19.如权利要求17所述的数字电视接收方法，其中在格译码步骤c)中，以如下方式把确定的符号级译码为2比特数据符号，符号级与第一表所示相同，随后状态与第二表中所示相同：

第一表

第二表

20.如权利要求17到19中任一个所述的数字电视接收方法，其中译码步骤d)包括：

d1)去交织从格译码步骤c)输出的信号；

d2)把从数据去交织步骤d1)输出的信号中的健壮数据重组为包括信息数据的健壮数据分组，并去交织重组的健壮数据分组；

d3)对分组格式化/健壮去交织步骤d2)的输出信号执行RS译码；

d4)去随机化RS译码步骤d3)的输出信号；和

d5)去复用数据去随机化步骤d4)的输出信号。

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