CN1168208A - Atv/mpeg同步系统 - Google Patents

Abstract

一ATV系统(16，18，20)将可变长度数据基本流编码为多级符号信号，该符号信号由不包括同步信息的多个多路复用的固定长度数据分组组成。固定长度数据分组被排列为重复数据段字段，每个数据段包括一数据段同步，每个字段包括一字段同步。该数据段字段以抑制载波VSB调制(28)方式传输。在ATV的接收机端，使用数据段同步生成一定时信号，该定时信号标识每个固定长度数据分组的开始。在一种实施方式中，一分组同步信号被插入到每个恢复的固定长度数据分组中，以恢复数据基本流。在另一实施方式中，无需插入分组同步信号就能够实现数据基本流恢复。

Description

ATV/MPEG同步系统

本发明一般涉及数据信号传输系统，信号最好是MPEG(运动图画专家组)分组格式，并且具体涉及用于提高传输效率的系统。MPEG分组可包括编码视频、音频或辅助数据。

根据MPEG标准，可变长度数据分组基本流(PES)排列为固定长度的传输分组进行传输。每个MPEG分组包括一个4字节的头标，随后是184字节的有效负载(188字节分组)。该头标包括一个同步字节(对应47HEX)和一个13比特的分组标识符(PID)。188字节传输分组在任何适宜传输介质上传输时被多路复用。针对高级电视(ATV)，包括高清晰度电视(HDTV)和低于HDTV分辨率的信号，推荐美国标准设想采用数字多级VSB传输系统传输MPEG传输分组。地面和2/4/8/16-级电缆模式中VSB传输系统的特征在于图1所示的数据帧。该帧包括2个数据字段，每个数据字段包括313个数据段，每个数据段包括832个多级符号。各字段中第一数据段包括一数据字段同步段，并且每个数据段以4个符号数据段同步作为头标，随后是828个数据FEC(前向误差校正)符号。该字段和段同步符号有利于ATV接收机的数据恢复，并提供标识各个帧和段开始的定时信号。每个字段同步段也包括标识VSB模式的信息。

传输通过抑制载波调制。离开较低通带边缘310千赫兹，向信号中加入一个小DC导频以供VSB接收机在实现载波锁定时使用。随机化所有有效负载数据以确保即使向系统提供恒定数据也传输随机数据。为防止突发误差，交错数据和FEC字节作为附加保护。

符号率为4.5/286MHz×684，即大约10.76MHz。应理解的是第一个术语，4.5/286为NTSC制式水平扫描率。所有传输信号均是多级的。同步信号常常是2-级的(二进制)。在地面模式中，传输8级格架编码符号(每个符号3比特)，而在电缆模式中，使用16/8/4/2-级符号(每个符号分别为4/3/2/1比特)。在地面模式中称为格架编码8 VSB，而在电缆模式中称为16/8/4/2 VSB。在16 VSB电缆模式中，每一段包括4个2-级同步符号和414个数据字节(828×4÷8)。在8 VSB电缆模式中，每一段包括4个2-级同步符号和310.5数据字节。在4 VSB电缆模式中，每一段包括4个2-级同步符号和207个数据字节。在2 VSB电缆和地面模式中，每一段包括4个2-级同步符号和103.5数据字节。

由于同时包括MPEG同步字节和VSB数据段同步符号，所以在VSB传输中采用MPEG传输分组使得不必要的冗余和数据容量减少。MPEG同步字节的目的是标识分组的开始。在VSB中，能够从段同步中导出相同信息。并且，由于VSB参数，即符号数/段和比特数/符号能够非常方便地导出该信息。

本发明的主要目的在于提供一种新型ATV传输和接收系统。

本发明的另一目的在于提供一种改进的数字数据传输和接收系统。

本发明的又一目的在于提供一种新的使用MPEG传输分组的数字传输系统。

本发明的再一目的在于避免上述VSB传输中使用MPEG传输分组时的低效性。

通过结合附图阅读以下说明，本发明的各种目的和优势将是显而易见的，其中：

图1是VSB帧格式的示意图；

图2是根据本发明构造的发射机的简化框图；

图3A和3B表示根据本发明的一方面修改的MPEG传输分组；

图4是接收机的简化框图，该接收机接收来自图2中发射机的信号；

图5A、5B、5C和5D说明用于图4中接收机的接收信号和重新说明的MPEG传输分组的排列；

图6是另一种接收机的简化框图；和

图7是说明图4中接收机采用的MPEG同步重新插入技术的框图。

参照图2，ATV信号源10耦连到MPEG视频压缩器12和音频压缩器14，它们都依次传到MPEG传输多路复用器16。辅助数据源13的输出也提供给该多路复用器16。MPEG视频压缩器12和音频压缩器14的输出是具有各自头标和同步信息的完整压缩视频和音频数据的可变长度分组的分组基本流(PES)。对技术人员而言，这是众所周知的。在MPEG多路复用器16中，PES信号和辅助数据被格式化为188字节的固定长度的MPEG数据传输分组，包括4字节头标，其中1字节为MPEG同步。多路复用压缩MPEG传输信号提供给标有MPEG同步字节去除器的块18，在块18中从每个MPEG传输分组中去除MPEG同步字节。关于这一点，应该理解的是可以合并块16和18的功能以直接生成在MPEG同步字节去除器18的输出端生成的187字节分组。块18的输出被作用到块20，块20包括一个符号编码器、一个R-S编码器、一个交错器和一个随机化器，在块20中压缩数据作为多级符号(依赖于VSB模式)被编码和处理并且作用到多路复用器24。R-S编码器对每一个传输分组增加20个R-S误差校正字节，因此每个分组包括207字节(188-1+20)。同步发生器22向编码符号增加数据段同步(DSS)和字段同步(FS)，以在多路复用器2 4处提供具有图1所示和先前所述格式的输出。随后，该输出被作用到块26，并在块26插入一个导频(DC偏移)。导频插入器26的输出连接到VSB调制器28，VSB调制器28又连接到RF升频器30以传输信号。如前所述，VSB传输具有抑制载波格式，且在抑制载波频率插入导频。

图3A表示由188字节组成的常规，MPEG传输分组，包括分组开始处的4字节头标，其中头标的第一字节为MPEG同步字节。该头标还包括13比特的分组标识符(PID)并且整个分组包括4字节头标和184字节有效负载。

在图3B中，图3A的MPEG传输分组表示为如图2所示去除MPEG同步字节。该187字节分组包括3字节头标和184字节有效负载。符号编码器20给这一修改的MPEG传输分组增加20个FEC字节，生成总计207个传输字节。因此，每个传输分组构成一个207字节的R-S误差校正块。修改的传输分组由多路复用器24装配成VSB帧格式，该VSB帧格式由2字段组成，每个字段包括313个数据段，每个数据段具有832个符号，其中包括4个符号数据段同步用于最终传输。VSB字段同步占据每个字段中第一数据段(参见图1)。

图4所示为一ATV接收机。调谐器32调谐接收到的来自发射机的信号并将其提供给IF同步检测器块34，并在块34检测信号。在该块中，由FPLL电路(未示出)对小导频载波进行载波还原。检测器34的输出提供给A/D转换器36，A/D转换器36随后又提供给符号译码器块38，其输出包括接收到的没有MPEG同步字节的传输分组并且被连接到MPEG同步重新插入电路40。A/D 36供给同步和定时电路42以从同步检测随机数据中检测重复数据段同步。利用适宜相位10.7Mhz符号时钟控制A/D转换器36，并向符号译码器块38施加数据段同步(DSS)和字段同步(FS)以恢复该符号表示的二进制数据。在符号译码器块38恢复VSB模式信号并提供给同步和定时电路42。在符号译码器块38的处理过程中，进行FEC并对信号去交错和去随机化。定时控制信号被施加到MPEG同步重新插入块40，以允许在每个处理传输分组中适当重新插入MPEG同步字节。因此MPEG重新插入块40的输出是标准MPEG传输分组格式(188字节，其中包括4字节头标)，该输出被施加到传输多路分解器44以把MPEG压缩视频和压缩音频(以及所有辅助数据)分解成可变长度的PES分组。视频PES分组被施加到MPEG视频解压缩器46，视频解压缩器46随后又供给D/A转换器48，其输出构成视频信息。来自传输多路分解器44的音频PES分组被施加到音频解压缩器50并且由此到达D/A转换器52。

总而言之，响应字段和数据段同步信号，在接收机恢复传输数据，并且生成一个定时信号用于标识MPEG同步字节重新插入点。20个FEC字节用于误差校正并且信号被去交错和去随机化。随后，在每个经误差校正的187字节分组中重新插入MPEG同步字节，以提供标准188字节MPEG分组，该分组由传输多路分解器处理。

图5A、5B、5C和5D分别说明对于4、8、16和2 VSB信号，到达译码器块38的输入信号和到达传输多路分解器44的相应输出信号，其中图中不同数值表示字节。每对信号的上层信号表示2段输入VSB信号，每段包括4个DSS符号和828个数据符号，另一方面，下层信号表示重构的188字节MPEG传输分组，其中重新插入1字节MPEG同步和20个FEC字节。对于图5A的4 VSB系统，数据段同步和MPEG同步的持续时间均为1字节时钟。由于这个1∶1关系，每个数据分组被延迟1字节以允许MPEG同步字节(在图5A-5D中，用字符“S”表示)的重新插入。对图5D而言，该图表示2VSB信号，数据段同步的持续时间是0.5字节时钟并且对于一个207字节传输分组需要2个全数据段。在此该模式中，对每2个数据段每个分组被延迟1字节时钟以允许适宜的MPEG同步字节的重新插入。在图5C中，每个数据段同步的持续时间是2字节时钟，并且每个数据段表示2个207字节传输分组。因此，第一数据分组被延迟1字节时钟以插入MPEG同步字节。由于第二数据分组在另一DSS之前出现，所以第二数据分组被延迟一附加类型时钟以插入MPEG同步字节。对随后的数据段对重复这一模式。在图5B中，数据段同步的持续时间是1.5字节时钟，2个数据段表示3个数据分组。第一数据分组被延迟1字节时钟以插入MPEG同步。第二分组在另一DSS之前开始，因此该分组被延迟1附加字节时钟以插入MPEG同步字节。第三分组在下一DSS之后开始，该DSS延迟其输入1.5字节时钟。第三个MPEG同步字节的插入引起一个第三字节时钟延迟，然而，由于该输入已经被延迟了1.5字节时钟，所以净延迟仅为1.5字节时钟(3-1.5)。在下一分组开始时当一个附加的1字节时钟延迟加到输出用于MPEG同步字节插入从而总计2.5字节时，这一序列重复一个附加1.5字节时钟延迟DSS延迟被加到输入，产生1字节时钟的净延迟(2.5-1.5)。

图6是本发明的另一实施方式。在该接收机的符号译码器块38’利用VSB段同步和字段同步生成数据，即由编码符号表示的二进制数据。同步和定时电路42’为传输多路分解器44’生成一个数据有效信号和一个起始207字节分组信号。该起始207字节分组信号标识VSB信号的每个207字节分组的开始，并且数据有效信号在每个分组的20个FEC字节之间是无效的。应理解的是，符号译码器块38将以如下方式响应DSS和FS生成起始207字节分组信号：

对于2 VSB-在每隔一个数据段的开始。

对于4 VSB-在每个数据段的开始。

对于8 VSB-在每对数据段之间，均匀间隔3次，从第一数据段的开始处开始。

对于16 VSB-每个数据段2次，在每段的开始处开始。

提供给多路分解器44的数据有效信号标识每个分组的有效的187字节，若存在该20个FEC字节，则忽略。借助这种接收机构造，不必插入MPEG同步字节，从而获得进一步简化。尽管传输多路分解器44不是一个标准MPEG部件，并且需要进行设置以控制这些信号输入，一般技术人员也足以胜任其设计。

在图7中，图4中的MPEG同步重新插入块40被划分为其构件块。该构件块包括一个MPEG同步模式发生器54，模式发生器54将其输出(47 HEX)提供给多路复用器56的A输入。多路复用器56的B输入由可编程延迟电路58提供，可编程延迟电路58接收来自符号译码器块38的数据。延迟电路58从电路42接收一输入D，该输入D根据上述VSB模式改变。因此，由延迟电路58产生的延迟随输入D变化，并且根据图5A、5B、5C和5D由VSB模式确定。来自同步和定时块42的定时信号控制多路复用器56的操作，从而在适宜时刻向数据流提供MPEG同步模式，为传输多路分解器44的应用程序重构MPEG传输分组。

以上所述是一个新型数据信号传输和接收系统，且该数据信号最好使用MPEG传输分组。应该承认，不背离权利要求书所定义的本发明的范围，熟练的技术人员显然能够对本发明所述实施方式作出各种改变。

Claims (16)

1.一种数据信号传输系统，包括用于将多个数据信号格式化为多个不包括同步信息的多路复用的固定长度传输分组的装置；用于将所述传输分组编码为多级符号的装置；用于将所述传输分组排列为重复数据段字段的装置，每个所述数据段包括一个数据段同步信号，每个所述字段包括一个字段同步信号；以及用于传输所述数据段字段的装置。

2.权利要求1的系统，包括用于向所述传输信号增加一个导频的装置，该导频为DC偏移格式。

3.权利要求1的系统，包括用于接收所述传输的数据段字段的装置；用于响应所述数据段同步信号生成一定时信号的装置，该定时信号表示每个所述固定长度分组的起始；以及用于响应所述定时信号从所述固定长度分组中恢复所述数字数据的装置。

4.权利要求1的系统，包括用于响应所述定时信号，以在每个所述接收到的固定长度分组的起始部分插入一分组同步信号的装置。

5.权利要求1-4任一个的系统，其中数据信号包括运动图画专家组(MPEG)数据基本流格式的压缩视频和音频信息，该信息被格式化为多个多路复用的固定长度MPEG传输分组，每一分组具有MPEG同步信息。所述系统包括在所述MPEG传输分组传输到编码装置之前从所述MPEG传输分组中去除所述MPEG同步信息的装置，并且所述传输装置以残余边带(VSB)调制信号的方式传输数据段字段。

6.一个接收机，用于接收多个不包括同步信息的多路复用的固定长度传输分组，该传输分组排列为重复数据段字段，每个数据段包括一数据段同步，每个字段包括一字段同步，并且以多级符号编码，所述接收机包括用于解调所述接收到的传输分组的装置，用于恢复所述数据段同步的装置，用于响应所述数据段同步生成一定时信号的装置，以及用于在所述定时信号控制下恢复所述传输分组的装置。

7.权利要求6中的接收机，其中所述定时信号标识每个所述传输分组的开始，并且所述接收机包括用于多路分解所述恢复的传输分组的装置。

8.权利要求6中的接收机，包括用于响应所述定时信号在每个所述传输分组的开始处插入一分组同步信号的装置，以及用于多路分解所述传输分组的装置。

9.权利要求6-8任一个的接收机，其中接收到的多个多路复用的固定长度传输分组为MPEG格式，该格式具有压缩MPEG视频和压缩音频，并排列为重复数据段字段。

10.一种传输数字多级符号信号的方法，该方法包括以下步骤，将数据基本流编码为多级符号信号，该符号信号由不包括分组同步信息的多个多路复用的固定长度数据分组组成；将数据分组排列为重复数据段字段，每个数据段包括一数据段同步，每个字段包括一字段同步；以及传输数据段字段。

11.权利要求1的方法包括以下步骤，接收传输的数据段字段；使用数据段同步标识每个固定长度数据分组的开始；以及响应标识步骤从固定长度数据分组中恢复数据基本流。

12.权利要求11的方法包括以下步骤，在标识步骤生成一个定时信号；以及响应该定时信号在每个传输分组的开始处插入一个分组同步信号。

13.权利要求10的方法包括以下步骤，向多级符号信号中增加一个导频，该导频为DC偏移格式；以及VSB调制分组用于传输。

14.权利要求10-13任一个的方法，其中由多路复用步骤提供的固定长度传输分组为MPEG格式，并且所述方法包括以下的步骤：在将传输分组编码为多级符号步骤之前从传输分组中去除MPEG同步信息。

15.一种接收ATV信号的方法，该信号为具有数据基本流格式的MPEG压缩视频和压缩音频，数据被格式化为多个固定长度MPEG传输分组，通过去除MPEG同步信息，传输分组被编码为多级符号并且被排列为重复数据段字段，每一个数据段包括一个数据段同步，每一个字段包括一个字段同步，所述方法包括以下步骤，接收并解调传输分组，恢复数据段同步，响应恢复的数据段同步生成一个定时信号，以及在所述定时信号控制下恢复传输分组。

16.权利要求15的方法包括以下步骤，通过响应定时信号在传输分组中重新插入MPEG同步信息以恢复传输分组，借助重新插入的MPEG同步信息多路分解传输分组以恢复数据基本流。

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