CN102176690B - 一种地面数字高清电视标准的组帧搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地面数字高清电视标准的组帧搜索方法，解决了常规通过计算校验方程来确定组帧模式要耗费大量的系统资源和时间的问题，提出了一种简单快速的组帧搜索方法，在能够进行LDPC正确译码的环境下，该方法不会发生错误的组帧判决，并且在应用该方法中极大幅度的减少了硬件和时间等资源的消耗，非常明显的提高了生产效率。本发明的组帧搜索方法特别适合在基于DTMB标准的4QAM-NR或32QAM数字调制方式下应用，该搜索方法的步骤包括：帧信号同步；将连续的两个帧进行组帧；对组帧形成的LDPC块进行译码；如果组帧模式错误进行组帧变换；重新译码；输出译码或掉电处理。

Description

一种地面数字高清电视标准的组帧搜索方法

技术领域

本发明涉及一种地面数字高清电视标准的组帧搜索方法，特别适合但不仅限于基于DTMB标准下的4QAM-NR或32QAM数字调制方式。

背景技术

在数字电视地面广播传输系统中，信号发送端需要将接收到的输入数据编译为适合地面电视信道传输的信号再进行发送传输。其过程通常是将输入数据经过扰码器实现数据随机化，再经过前向纠错编码(Forward Error Correction，简称FEC)，然后进行从比特流到符号流的星座映射，再经过交织后形成基本数据块，基本数据块与系统信息组合后，经过帧体数据处理形成帧体，帧体与相应的帧头(PN序列)复接为信号帧，经过基带后转换为基带输出信号。该信号经过正交上变频转换为射频信号进行输出。信号接收端接收到发送端发送的编译信号后，以与发送编译过程的镜像方式进行译码后将信号输出至终端。其中所说的星座映射是将分配的比特数采取某种调制方式变换成频域内的符号，也就是对应着不同的编码方式，每种调制方式对应着不同的比特数，其符号序列包括了经过编码后信号的大小(或功率)和相位。前向纠错编码是一种采用前向误差校正编码错误方法，是为了降低数字信号的误码率，提高信号传输的可靠性。

4QAM-NR映射方式是4QAM映射方式与NR映射方式的级联，是在4QAM映射之前对前向纠错编码输出的数据进行每8个比特到16比特的NR准正交预映射，然后把预映射后每2个比特按照标准要求进行4QAM调制方式映射为1个星座符号。DTMB系统中，前向纠错编码的块长为7488个比特，按照DTMB(Digital Television Terrestrial MultimediaBroadcasting，一种地面数字高清电视标准)标准，在4QAM-NR星座映射模式下，发送端将一个前向纠错编码的输出可以映射为连续的两个信号帧。同样，在4QAM-NR星座映射模式下，接收端需要两个连续信号帧的数据信息，才能够构成一个前向纠错编码的块，然后进行前向纠错编码的译码操作。

32QAM星座映射模式是每5个比特映射为1个星座符号。前向纠错编码输出的比特数据被拆分成5比特一组的符号。按照DTMB标准，在32QAM星座映射模式下，发送端将连续五个前向纠错编码的输出映射为两个连续的信号帧。同样，在32QAM星座映射模式下，接收端需要接收两个连续信号帧的数据信息，才能够构成五个正确的前向纠错编码的块，然后进行前向纠错编码的译码操作。

由此可知，在4QAM-NR和32QAM的星座映射模式下，接收端必须要判断接收到的连续两个信号帧是否为正确的组帧模式，如果接收到的两个连续信号帧的组帧有误，就不能正确译出数据信息。

按照常规的信号处理方法，在接收端进行组帧的过程中，对组帧所需要的帧可以由计算LDPC(Low Density Parity Check Code低密度奇偶校验码)译码器的校验方程进行判断。通过计算校验方程可以判断LDPC译码器是否可以正确译出信息，进而判断是否终止译码迭代和组帧模式是否正确。而计算校验方程是非常复杂的过程，需要消耗大量的内存、CUP等硬件资源，并且也需要耗费大量的时间，其效率往往非常低。

发明内容

本发明提供了一种地面数字高清电视标准的组帧搜索方法，能够不通过计算校验方程而进行简单快速的组帧搜索，在能够进行LDPC正确译码的环境下，该方法不会发生错误的组帧判决，并且在应用该方法中大幅度的减少了硬件和时间等资源的消耗，非常明显的提高了生产效率。

本发明的一种地面数字高清电视标准的组帧搜索方法，包括步骤：

a.帧信号同步；

b.设置帧计数门限和帧计数变量，并对帧计数变量赋初值，根据帧计数变量的初值与帧底数的对应关系确定用于组帧的两个连续的帧号，将所述的两个连续的帧号所对应的帧经解星座映射后组成符合DTMB标准的LDPC块；

c.将LDPC块进行迭代译码，所述译码具有迭代提前终止机制，在译码过程中设置有终止门限、迭代门限和组帧标志符，根据译码结果与终止门限的比较，以及译码迭代次数与迭代门限的大小关系，对组帧标志符设置不同的值；

d.根据组帧标志符的值判断是否需要变换组帧模式，如果需要变换组帧模式进入步骤e；如果不需要变换组帧模式进入步骤f；

e.变换组帧模式，将当前的帧计数变量的值加1，如果帧计数变量加1后的值超过帧计数门限所限定的范围，进入步骤f；如果帧计数变量加1后的值未超过帧计数门限所限定的范围，根据帧计数变量加1后的值与帧底数的对应关系确定用于组帧的两个连续的帧号，将所述的两个连续的帧号所对应的帧经解星座映射后组成符合DTMB标准的LDPC块后，循环至步骤c执行；

f.根据输入参数，进行固定当前的组帧模式并将译码输出或掉电处理。

由4QAM-NR或32QAM的星座映射模式可知，接收端在组帧过程中需要将两个连续的帧进行正确的模式的组帧，因此通过组帧搜索确定组帧的帧号是正确译码的关键和基础。在组帧搜索中可能需要分别将不同的连续两个帧进行多次迭代进行组帧判决，以判断该组帧模式是否正确，因此需要设置有终止门限、迭代门限和组帧标志符。在每次迭代译码之前，先通过组帧搜索确定组帧的帧号，并将帧号赋予帧计数变量，再判断帧计数变量的当前值与帧计数门限的大小关系，如果帧计数变量的当前值超出了帧计数门限，说明未能搜索到正确的组帧模式，并对组帧标志符设置相应的值后，进行后续处理或掉电处理(例如自动关机)；如果帧计数变量的当前值未超出帧计数门限的范围，则对组帧搜索出的两个帧进行迭代译码。每次迭代完成后，将译码结果与终止门限进行比较，如果译码结果达到或超过了终止门限，则正确译码，如果当迭代次数超出了迭代门限译码结果还未达到终止门限，说明不能正确译码，对组帧标志符设置相应的值后将帧信号输出进行组帧模式变换的判决。

具体的，在步骤e中所述的用于组帧的两个连续的帧号与步骤b中所述的两个连续帧号不连续且奇偶性相反。

在组帧模式中分为“奇偶模式”(如帧1和帧2进行组帧)和“偶奇模式”(如帧4和帧5进行组帧)。凡是由“奇-偶”帧号组帧的模式都为“奇偶模式”，凡是由“偶-奇”帧号组帧的模式都为“偶奇模式”。所有“奇偶模式”组帧的性质均相同，所有“偶奇模式”组帧的性质均相同。如果当前为帧1和帧2的“奇偶模式”组帧，帧计数变量的值即为1，当组帧判决该模式错误后，系统会自行将帧计数变量的值加1，帧计数变量的值变为2。如果系统具有相应的缓存功能，在进行完帧1和帧2的组帧判决后，能够将帧2进行缓存，便能够继续进行帧2和帧3的“偶奇模式”组帧判决。因为所有“偶奇模式”的组帧性质均相同，为了简化系统，本发明的方法中不具有缓存，因而不能进行帧2和帧3的组帧判决。因此在步骤e中自动将帧计数变量的值加1使其变为3，而帧3和帧4的组帧模式和上一次已完成组帧判决的帧1和帧2的组帧模式都是“奇偶模式”，二者的性质相同，不需要重复判决，因此系统会再将帧计数变量的值加1，对帧4和帧5进行“偶奇模式”的组帧判决。因为在组帧判决过程中可能会因为接收的信号质量不好或信号传输环境恶劣等原因，使判决出现错误，例如帧1和帧2的“奇偶模式”组帧本是正确的，但判决为错误，进而进行帧4和帧5的“偶奇模式”组帧，而错误的组帧模式在译码的迭代中即使达到迭代门限也不能进行译码，为了规避这种错误判决需要在帧计数门限内对“奇偶模式”和“偶奇模式”交替进行组帧判决。因此一种优选的组帧搜索的帧号顺序为：帧1和帧2，帧4和帧5，帧7和帧8，以此类推。当帧计数变量的值超出帧计数门限还不能判决出正确的组帧模式时，在没有其它相应错误处理机制的条件下接收端进行掉电处理。

一种优化输出译码的方式为，当不能进行正确译码时步骤f在译码输出或掉电处理前包括对译码数据进行优化处理。数据优化需要接收端中具有相应的优化设备。针对不同的接收端优化设备也不相同，如果接收端不具有优化机制，则不能进行数据优化处理。

一种具体的方式为，通过仿真测试获得步骤c中所述的终止门限。终止门限决定了正确译码的最小值，当译码结果的值达到或超过终止门限时，即能够正确译码。如果终止门限设置过高，在译码中迭代次数便会大量增加，浪费功耗、资源和时间，设置过低则不能正确译码。因此设置一个合适的终止门限对系统的优化非常重要。通过大量的仿真测试得出的终止门限是针对具体的环境和设备在近似真实环境中综合了大量的测试数据后得到的，其准确性非常高，有利于节省系统资源。

一种优选的方案为，步骤b和步骤e中所述的星座映射为4QAM-NR星座映射或32QAM星座映射。4QAM-NR星座映射和32QAM星座映射都是需要通过两个连续的帧进行译码，且都需要进行组帧搜索，因此在4QAM-NR星座映射或32QAM星座映射中应用本发明的组帧搜索方法更为简单快捷。

由此可知，本发明的一种地面数字高清电视标准的组帧搜索方法，能够不通过计算校验方程而进行简单快速的组帧搜索，在能够进行LDPC正确译码的环境下，该方法不会发生错误的组帧判决，并且在应用该方法中极大幅度的减少了硬件和时间等资源的消耗，非常明显的提高了生产效率。

以下结合由附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明

图1是本发明一种地面数字高清电视标准的组帧搜索方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，在4QAM-NR星座映射或32QAM星座映射中，本发明一种地面数字高清电视标准的组帧搜索方法的步骤包括：

a.帧信号同步；

b.设置帧计数门限th和帧计数变量frame_cnt，并对帧计数变量frame_cnt赋初值1，根据帧计数变量frame_cnt的初值1与帧底数的对应关系确定用于组帧的两个连续的帧号，将所述的两个连续的帧号所对应的帧经星座映射后组成符合DTMB标准的LDPC块；帧计数变量frame_cnt的值与帧底数为相同值，即帧计数变量frame_cnt的值为组帧的第一个帧的帧号。根据组帧的“奇偶模式”和“偶奇模式”两种模式，接收端的程序中设置有用于表示这两种模式的模式标志符vary_flag，当为“奇偶模式”时模式标志符vary_flag的值为0，当为“偶奇模式”时模式标志符vary_flag的值为1。

c.将LDPC块进行译码，所述译码具有迭代提前终止机制，在译码过程中设置有终止门限iter_limit、迭代门限max_iter和组帧标志符err_flag，终止门限iter_limit的值通过大量的仿真测试获得，迭代门限通过系统的吞吐量进行设定。根据译码结果以及译码迭代次数与迭代门限max_iter的大小关系，对组帧标志符err_flag设置不同的值；在本实施例中所述的超出门限均为＞门限，所述的门限范围内为≤门限。如果当迭代次数≤迭代门限max_iter，并且译码的值＞终止门限iter_limit，便能进行正确译码，将组帧标志符err_flag的值设为0后将译码和组帧标志符err_flag输出；如果当迭代次数＞迭代门限并且译码的值≤终止门限，说明不能正确译码，结束迭代译码，将组帧标志符err_flag的值设为1后将帧信号和组帧标志符err_flag输出进行后续步骤；

d.根据组帧标志符err_flag的值判断是否需要变换组帧模式，如果需要变换组帧模式进入步骤e；如果不需要变换组帧模式进入步骤f；当组帧标志符err_flag的值为0时，保持模式标志符vary_flag的当前值，表示不需要进行组帧模式的变换；当组帧标志符err_flag的值为1时，如果模式标志符vary_flag的当前值为0，则将模式标志符vary_flag的值设为1，表示需要进行“奇偶模式”到“偶奇模式”的组帧跳变，反之如果模式标志符vary_flag的当前值为1，则将模式标志符vary_flag的值设为0，表示需要进行“偶奇模式”到“奇偶模式”的组帧跳变。

e.变换组帧模式，将当前的帧计数变量frame_cnt的值加1，如果帧计数变量frame_cnt加1后的值＞帧计数门限th，进入步骤f；如果帧计数变量frame_cnt加1后的值≤帧计数门限th，根据帧计数变量frame_cnt加1后的值与帧底数的对应关系确定用于组帧的两个连续的帧号，将所述的两个连续的帧号所对应的帧经星座映射后组成符合DTMB标准的LDPC块后，循环至步骤c执行；

在组帧模式中分为“奇偶模式”(如帧1和帧2进行组帧)和“偶奇模式”(如帧4和帧5进行组帧)。凡是由“奇-偶”帧号组帧的模式都为“奇偶模式”，凡是由“偶-奇”帧号组帧的模式都为“偶奇模式”。所有“奇偶模式”组帧的性质均相同，所有“偶奇模式”组帧的性质均相同。如果当前为帧1和帧2的“奇偶模式”组帧，帧计数变量frame_cnt的值即为1，当组帧判决该模式错误后，程序会自行将帧计数变量frame_cnt的值加1，帧计数变量frame_cnt的值变为2。如果接收端具有相应的缓存功能，在进行完帧1和帧2的组帧判决后，能够将帧2进行缓存，便能够继续进行帧2和帧3的“偶奇模式”组帧判决。因为所有“偶奇模式”的组帧性质均相同，为了简化接收端的结构，本实施例中不具有缓存，因而不能进行帧2和帧3的组帧判决。因此在步骤e中自动将帧计数变量frame_cnt的值加1使其变为3，而帧3和帧4的组帧模式和上次已完成组帧判决的帧1和帧2的组帧模式都是“奇偶模式”，二者的性质相同，不需要重复判决，因此程序会再将帧计数变量frame_cnt的值加1，对帧4和帧5进行“偶奇模式”的组帧判决。因为在组帧判决过程中可能会因为接收的信号质量不好或信号传输环境恶劣等原因，使判决出现错误，例如帧1和帧2的“奇偶模式”组帧本是正确的，但判决为错误，进而进行帧4和帧5的“偶奇模式”组帧，而错误的组帧模式在译码的迭代中即使达到迭代门限也不能进行译码，为了规避这种错误判决因此需要在帧计数门限th内对“奇偶模式”和“偶奇模式”交替进行组帧判决。因此本实施例中组帧搜索的帧号顺序为：帧1和帧2，帧4和帧5，帧7和帧8，以此类推。

f.根据输入参数，进行固定当前的组帧模式并将译码输出或掉电处理。如果计数变量frame_cnt的值≤帧计数门限th，并且译码的值＞终止门限iter_limit，固定当前的组帧模式并将译码输出，之后的信号处理均已该模式组帧。如果计数变量frame_cnt的值＞帧计数门限th，并且译码的值≤终止门限iter_limit，说明程序未能判决出正确的组帧模式，如果接收端中具有数据优化设备，此时启动数据优化设备对数据进行优化和后续处理，如果接收端中没有数据优化设备，根据不同的接收端，进行复位到初始状态或进行掉电处理。

Claims (5)

1.一种地面数字高清电视标准的组帧搜索方法，其特征为包括步骤：

a．帧信号同步；

b．设置帧计数门限和帧计数变量，并对帧计数变量赋初值，根据帧计数变量的初值与帧底数的对应关系确定用于组帧的两个连续的帧号，将所述的两个连续的帧号所对应的帧经解星座映射后组成符合DTMB标准的LDPC块；

c．将LDPC块进行迭代译码，所述译码具有迭代提前终止机制，在译码过程中设置有终止门限、迭代门限和组帧标志符，根据译码结果与终止门限的比较，以及译码迭代次数与迭代门限的大小关系，对组帧标志符设置不同的值；

d．根据组帧标志符的值判断是否需要变换组帧模式，如果需要变换组帧模式进入步骤e；如果不需要变换组帧模式进入步骤f；其中所述的组帧模式分为“奇偶模式”和“偶奇模式”；

e．变换组帧模式，将当前的帧计数变量的值加1，如果帧计数变量加1后的值超过帧计数门限所限定的范围，进入步骤f；如果帧计数变量加1后的值未超过帧计数门限所限定的范围，根据帧计数变量加1后的值与帧底数的对应关系确定用于组帧的两个连续的帧号，将所述的两个连续的帧号所对应的帧经解星座映射后组成符合DTMB标准的LDPC块后，循环至步骤c执行；

f．根据输入参数，进行固定当前的组帧模式并将译码输出或掉电处理。

2.如权利要求1所述的一种地面数字高清电视标准的组帧搜索方法，其特征为步骤e中所述的用于组帧的两个连续的帧号与步骤b中所述的两个连续帧号不连续且奇偶性相反。

3.如权利要求1所述的一种地面数字高清电视标准的组帧搜索方法，其特征为当不能进行正确译码时步骤f在译码输出或掉电处理前包括对译码数据进行优化处理。

4.如权利要求1至3之一所述的一种地面数字高清电视标准的组帧搜索方法，其特征为通过仿真测试获得步骤c中所述的终止门限。

5.如权利要求4所述的一种地面数字高清电视标准的组帧搜索方法，其特征为步骤b和步骤e中所述的星座映射为4QAM-NR星座映射或32QAM星座映射。

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