CN1902943A - 前向纠错解码器 - Google Patents

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Abstract

在S2发现编码表中无差错的单元。在S3，填充擦除信息表中的相应单元，指明编码阵列中的单元正确。在S4，计数器初始化为Nmax，即可校正差错的最大数量。在S5，从第一奇偶校验列开始扫描擦除信息表行中是否有空单元。在S7，擦除信息表行的每个空奇偶校验数据单元被标记为不正确。在S8，对于每个这样的单元，减小计数器。在S9，从第一列应用数据和零填充段开始扫描擦除信息表的单元中是否有空单元。在步骤S11，空单元被标记为不正确。然后在步骤S12减小计数器。在步骤S13确定计数器是否等于零。在计数器变为等于零时，操作继续至步骤S14，解码器操作以将擦除信息行中其余的空单元填充为正确。这样，在该行的不正确单元的计数未超过最大值且仍有空单元时，从奇偶校验数据单元开始，然后从应用数据末端继续，将擦除表行的空单元标记为不正确。

Description

前向纠错解码器
本发明涉及操作前向纠错解码器的方法以及前向纠错解码器。
提议在地面数字视频广播(DVB-T)广播系统及其被称作DVB-H(DVB handheld)的延伸系统中使用MPE级前向纠错(MPE-FEC)。前向纠错很方便，因为它允许接收机纠正所接收数字数据中的差错而不要求重传任何数据。当接收机包含在移动终端内时，这可能特别重要。
发射机侧的MPE-FEC编码器通常置于IP封装器(IPE)中。封装器通常以预定的大小将数据包存储在编码表或阵列中。然后为阵列的每一行计算前向纠错行数据，并以此形成奇偶校验数据。然后此数据被输入到称作奇偶校验数据段，也可称作RS(里德-索罗蒙)数据表的阵列的一部分。图1中说明了这样的一个实例。
参照图1，说明包含1024个单元行乘以255个单元列的示范编码阵列1。阵列的每个单元存储一个字节的数据。前191个单元列包含应用数据5和零填充6。应用数据由多个数据报组成，它们按顺序包含在表中，从左上角开始依次填充列。在此实例中，第二数据报跟随着第一数据报2，它包含第一列中包括的部分3a以及第二列中包括的第二部分3b。同样，第三数据报包含第二列中的部分4a和第三列中的另一部分4b。一旦所有要求的数据报均已包含在编码阵列中，保留在191列中且未包含应用数据的单元将以零填充，即用零填充它们。在以应用数据和零填充来填充前191列后，计算奇偶校验数据。
预备奇偶校验数据的一个示范方法是使用里德-索罗蒙算法。这是对1024行中的每一行进行计算。对于一行中的191个应用数据和零填充单元中的每一个，生成64个里德-索罗蒙奇偶校验数据单元并包含在该行的末尾。对1024行中的每一行重复此程序，使得编码阵列1被应用数据单元、零填充或奇偶校验数据单元填满。奇偶校验数据段以7表示。应用数据报封装在MPE段，且RS奇偶校验数据的每一列封装在MPE-FEC段。此外，MPE和MPE-FEC段分割成传输流(TS)包以便于传输。表中每个数据报的起始地址被发送至接收机。这使编码阵列1在接收机中可以轻松地再现。零填充通常不被发送。
在图1的实例中，行数和列数统一表示以便理解。
上述FEC程序称作RS(255，191)，表示里德-索罗蒙255列，其中191列为应用数据和零填充。里德-索罗蒙FEC程序可对一行中的32个单元进行纠错。如果使用擦除信息，可以对一行中的64个单元进行纠错。
擦除信息标识在接收机中再现的编码阵列1中带有差错的单元。因此，可产生具有1024行乘以255列的擦除信息表。虽然编码阵列1在每个单元有一个字节的数据，但在擦除信息表中的相应单元仅包含一位，在这个实例中，如果该单元正确则为“0”，或如果该单元错误则为“1”。确定已接收单元中的数据正确与否所需的信息可从用于因特网协议(IP)数据报或用于MPE数据报的循环冗余校验(CRC)获得，或者从用于传输流包的DVB-T里德-索罗蒙解码器获得。在确定单元是否正确时，RS奇偶校验数据7和应用数据单元5同等处理。但是，如果填充位置已知，则零填充通常被标记为正确。
里德-索罗蒙算法与数据报2至4中应用数据的性质无关。因此，这个程序可用于多协议封装(MPE)。这看起来对于DVB-T特别重要，因为数据可能与视听内容、音频内容或文件下载等相关。
提议通过使用两种分开的方案，标识在编码阵列1中的191列中包含的哪些数据是应用数据单元以及哪些是零填充。在第一提议方案中，在MPE或MPE-FEC首标中发送的时间切片和FEC实时参数中的一位字段被命名为“表_边界”。对于当前MPE-FEC表中的最后一个IP数据报，此字段设为“1”。若接收机发现其中表_边界标志设为1的MPE段，则接收机可确定零填充的起始点(假设CRC校验表明最后一个IP数据报是正确的)。
IP数据报的起始地址在MPE段首标中以信号通知。通常，零填充的起始点可从最后一个IP数据报的起始地址和长度来计算。但是，如果最后一个IP数据报在传送过程中丢失，或者如果它已被接收但CRC校验表明它已损坏，则它无法在任何确定性程度上确定零填充在何处开始。在这种情况下，需要将所有零填充都当作应用数据单元来处理，这增大了超出可允许差错最大数量的可能性。
另一种建议是在FEC段首标中包括被称为“填充_列”的8位字段。建议此字段表示仅包含零填充的列数。若列同时包含应用数据和零填充，则整个列被当作应用数据来处理。而且，此字段使用并非无关紧要数量的信令开销。
本发明的目标是提供一种适用于完成擦除表的改进方案。
根据本发明的第一方面，提供一种操作前向纠错解码器的方法，该方法包括：确定包括奇偶校验数据单元的码字中哪些数据单元无差错，将擦除信息字中对应于无差错数据单元的单元标记为正确，维护擦除信息字中标记为可校正的单元的计数；当标记为可校正的单元的计数未超过门限并且当未标记为正确或可校正的单元保留在擦除信息字中时，从对应于奇偶校验数据单元的单元开始，然后继续对于擦除信息字中其它单元，将擦除信息字的未标记单元标记为可校正。
在所述的实施例中，最后的标记步骤开始相反，并向可能存在零填充的末端移动。同样在实施例中，本方法还包括确定计数已达到门限且未标记单元保留在擦除信息字中，将擦除信息字的未标记单元标记为正确。但是，技术人员能够导出执行该方法的其它方式。
此方法不要求任何信令用于解码器来确定何为应用数据，何为零填充。本发明利用以下事实：只要能标识不正确的单元，可使用奇偶校验数据校正任何数量的不正确单元直到最大量。若一行中差错数量少于一行中可校正的单元的最大数量，则本发明可能导致某些零填充数据单元被处理为好象它们包含差错，而这不是绝对必要的，不过这通常不会增加处理量，因为解码无论如何必须完成并且解码复杂性与差错数量无关。
根据本发明的第二方面，提供一种前向纠错解码器，它包括一个或多个处理器，被安排用于确定包括奇偶校验数据单元的码字中哪些数据单元无差错，将擦除信息字中对应于无差错数据单元的单元标记为正确，维护擦除信息字中标记为可校正的单元的计数；以及当标记为可校正的单元的计数未超过门限并且当未标记为正确或可校正的单元保留在擦除信息字中时，从对应于奇偶校验数据单元的单元开始，然后继续对于擦除信息字中的其它单元，将擦除信息字的未标记单元标记为可校正。
在所述的实施例中，一个或多个处理器被安排用于当标记为可校正的单元的计数未超过门限并且当未标记为正确或可校正的单元保留在擦除信息字中时，从对应于奇偶校验数据单元的单元开始，然后继续对于擦除信息字中的其它单元，将擦除信息字的未标记单元标记为可校正，开始相反并向可能存在零填充的末端移动。同样在实施例中，一个或多个处理器还被安排用于确定计数达到门限且未标记单元保留在擦除信息字中，将擦除信息字的未标记单元标记为正确。但是，技术人员能够导出构造解码器的备选方式。
在本发明的一个实施例中，一个或多个处理器还被安排用于指明输出中未校正数据的存在。这可能出现在一行中不正确单元的数量超过可校正的单元的最大数量时，在这些情况下希望识别未校正应用数据的存在。
在本发明的一个实施例中，解码器是具有例如255单元列，其中191列在本发明的一个实施例中为非奇偶校验数据单元的里德-索罗蒙解码器。可以预料，这样的解码器特别适合与DVB-T接收机以及为在类似系统中工作而设计的接收机配合使用。
在本发明的一个实施例中，解码器被包含在可以是诸如DVB-T、DAB或ATSC接收机等数字视频广播接收机的接收机中。有利的是，接收机包含在移动终端中。
现在将仅通过实例，参照附图来描述本发明的一个实施例，其中：
图1是用来说明FEC解码器和接收机的操作的示范编码阵列的示意图；
图2示出本发明可在其中工作的通信系统的一个实施例；
图3示出构成图2系统的一部分的多协议封装(MPE)封装器的一个实施例；
图4说明示范的传输流包；
图5示意说明包含在图1系统中且实现本发明的一个实施例的移动终端；
图6示出图5移动终端的某些部件的操作，包括根据本发明的一个实施例的解码器；
图7是说明包含在图6中的解码器的操作的流程图；
图8至12示出用于说明图6中所示解码器的操作的编码阵列的示例行以及在适当情况下擦除信息表的对应行；以及
图13示出其中可校正很少差错的编码阵列的示例行。
参照图2，示出了用于将内容传输至移动终端20的通信网络21。通信网络21包括地面数字视频广播(DVB-T)或DVB-H网络，它用作广播接入网以传输因特网协议数据广播(IPDC)服务的内容。但是，可以使用其它的数字广播网络，包括其它类型的DVB网络，诸如电缆DVB网络(DVB-C)或卫星DVB(DVB-S)网络、数字音频广播(DAB)网络、先进电视系统委员会(ATSC)网络或综合业务数字广播(ISDB)网络。
通信网络21包括例如视频、音频和数据文件形式的内容的源23-1、23-2，用于检索、重新格式化和存储内容的内容提供者24，用于确定服务组成的数据广播服务系统服务器25，因特网协议(IP)封装器(IPE)26和用于调制和广播信号28至包括移动终端20的接收者(未示出)的发射机27。
参照图3，IP封装器26接收数据29的一个或多个流和服务数据30，并从中生成MPEG节目特定信息(PSI)和DVB服务信息(SI)，以便包含在包括MPEG-2传输流(TS)包32的传输流31中，根据国际标准化组织/国际电工委员会(ISO/IEC)标准13818-1“信息技术-活动图像及其伴音信息的通用编码：系统”，MPEG-2传输流包32通常长为188字节。
参照图4，传输流31分为多个逻辑信道，称为“基本流”。TS(传输流)包32所属的基本流使用包标识符(PID)34在包首标33中定义。包标识符34可用于标识TS包净荷35的内容。
例如，第一TS包32-1的内容可通过指定PID＝0x0010(作为十六进制数)被标识为含有全部或部分网络信息表(NIT)。第二TS包32-2的内容可通过指定0x0030至0x1FFE(十六进制)之间的PID值被标识为视频、音频或其它类型的数据。
再参照图2，DVB发射机27从封装器26接收信号，将其调制、放大和广播。
可提供其他网络单元，诸如用于组合多个服务(虽然IPE可提供多个服务)的复用器(未示出)，以及用于接收和重传信号28的填空发射机。此外，可提供用于提供从移动终端20至通信网络21的返回信道的另一个通信网络(未示出)，诸如公共陆地移动网络，最好采用分别如GSM或UMTS的第2代或第3代移动网络的形式。可提供另外的通信网络(未示出)，如因特网，用于连接通信网络21的分布单元，诸如内容提供者24和服务系统服务器25。
IP封装器26生成前向纠错(FEC)数据包并将其组装成含有应用数据的突发，并将传输流包复用到单个传输流中。IP封装器可在软件和/或硬件中实现。
参照图5，示意说明了结合的移动电话手机和DVB-T接收机的形式的移动终端20的一个实施例。
移动终端20包括第一和第二天线40、41，DVB-T接收机42和移动电话收发信机43。接收机42和收发信机43均包括用于放大和解调所接收信号的RF信号处理电路(未示出)以及一个或多个用于信道解码和解复用的处理器(未示出)。
移动终端20还包括控制器44、用户接口45、一个或多个存储器46、编码器/解码器(编解码器)49、带有相应放大器51的扬声器50以及带有相应前置放大器53的麦克风52。
用户接口45包括显示器53和小键盘55。显示器53适用于显示图像和视频，例如由于它比常规移动电话的显示器更大和/或分辨率更高并且能够支持彩色图像。移动终端20还包括例如可充电电池56形式的电源，以提供直流电。
控制器44在存储器46之一中所存储的软件(未示出)的指导下管理移动终端20的操作。控制器44为显示器53提供输出信号并接收和处理来自小键盘55的输入。
移动终端20可通过提供单个适用于从DVB-T网络21和移动电话网络接收信号的接收机以及适用于在移动电话网络(未示出)上发送信号的发射机来修改。或者，可提供用于两个通信网络的单一收发信机。
参照图6，更详细示出DVB-T接收机42的一部分。接收机42间歇性打开以从第一通信网络21接收时间切片信号28。RF接收机60将信号28放大、解调、信道解码并解复用为若干传输流。基本流包括携带应用数据突发的TS包。
RF接收机60的输出62与滤波器63相连，滤波器63具有与时间切片缓冲器65相连的IP数据报输出64。时间切片缓冲器65包括IP数据报缓冲器部分66和RS数据缓冲器部分67，并且两者均与滤波器63的输出相连。时间切片缓冲器65具有从IP数据报缓冲器部分66和RS数据缓冲器部分连接至RS解码器69的输入端的输出端，RS解码器69在输出端70上将数据提供给时间切片缓冲器65的IP数据报缓冲器部分66的输入端。时间切片缓冲器65也具有输出端71，它构成接收机42的输出端。
接收机60在其输出端62提供TS包。滤波器63选择所需的TS包并从中形成MPE和MPE-FEC段。MPE段的净荷(这里是IP数据报)由滤波器63提取，并经由输出端64提供给时间切片缓冲器65的IP数据报缓冲器部分66和RS数据缓冲器部分67中适当的一些以便存储。数据以表格形式存储。IP数据报施加于对数据解码的RS解码器69。从MPE段首标中传送的实时参数中发现每个IP数据报的原始位置的地址。每行数据从时间切片缓冲器65中的表格发送至RS解码器69，并且解码结果经由输出端70写回该表格。因此构成接收机42的输出的时间切片缓冲器65的输出由来自表格的RS解码IP数据报组成。
现在参照图7至13描述移动终端的图5和图6的解码器69的操作。参照图7，操作始于确定编码表是否准备好用于解码的的步骤S1。解码器69的控制器(未示出)在步骤S2中以任何适当方式确定编码表的哪些单元无差错。此差错信息可例如从CRC校验中获得，它可为MPE包或在DVB-T级RS解码器上计算。在步骤S3，对于每个无差错单元，在擦除信息表中的相应单元用零填充，从而表明编码阵列中哪些单元是正确的。存储器中可以有分开的位置用于擦除信息表，或者，数据存储器可从8位/字节扩展至9位/字节存储器，额外的位用于擦除信息。图7的操作在本发明的一个实施例中在逐行基础上执行，且一行的处理在图8至图13中说明。
图8示出编码阵列中一行的简化实例。在所示实例中，此行包括20个单元，以便于理解本发明。但是，应该理解，在本发明的一个实施例中，编码阵列的行可包含多达255列，因为解码器69是RS(255，191)，对于它，应用数据单元的列的最大数量是191且奇偶校验数据单元的列数是64。在此实例中，编号为K＝1至K＝10的单元为应用数据单元(D)，K＝11至K＝15的单元为零填充单元(Z)，以及K＝16至K＝20的单元为奇偶校验数据单元(P)。当然，一行中奇偶校验数据单元的数量是预定的，因此接收机在解码之前即已知。在此实例中，在图7的步骤S2中确定五个应用数据单元无差错且三个奇偶校验数据单元无差错。这些在图9中说明，从中将看到单元K＝1、4、6、8、9、16、17和20是无差错单元。由于零填充单元中没有数据且由于零填充的开始位置假定未知，因此步骤S2无法将其确定为无差错。使用这个，步骤S3创建相应擦除表的一行，其中具有指明无差错单元的数据。因此，图10中在擦除表相应行上面示出编码表的行，从中可以看到，在擦除信息表位于K＝1、4、6、8、9、16、17和20的行中包含零。
再参照图7，在步骤S4中，计数器初始化至Nmax。在本发明的一个实施例中，编码阵列1有255列且使用里德-索罗蒙算法，Nmax等于64。一般来说，Nmax等于编码表的行中可校正单元的数量。可是在此简易说明中，Nmax设为等于10。在步骤S5中，从第一奇偶校验列(此实例中K＝16)开始扫描擦除信息表的行中是否有空单元，即，未标记为正确或不正确的单元。在此实例中，在K＝18处发现空单元，因此步骤S6提供“是”结果。此后，擦除信息表行的空单元在步骤S7中通过用“1”填充以标记为不正确。然后，在程序再次返回到步骤S5之前，在步骤S8中减小计数器。步骤S6确定是否发现空单元。在此实例中，步骤S6随后将确定擦除信息行在K＝19处为空，因此在步骤S7中将此单元标记为不正确，并在步骤S8中再次减小计数器。此后，步骤S6将返回否定结果，因为在奇偶校验列中没有剩余空单元。在步骤S6的否定结果之后，擦除信息表行看起来如图11所示，其中示出的编码行和擦除行如图10所示。同样适用于图12和图13。通过这种方式(步骤S5至S8)，搜索所有奇偶校验单元中是否有空单元。检查了所有奇偶校验单元并标记所有空单元后，程序继续到步骤S9。
在步骤S9中，从对应于第一列应用数据且包括零填充的单元开始，扫描擦除信息表行中对应于应用数据和零填充的单元，看是否有空单元。在此实例中，在K＝2处出现空单元，因此从步骤S10返回肯定结果。在步骤S11中，此空单元通过用“1”填充以标记为不正确。然后在步骤S12中，减小计数器。接着，在步骤S13中确定计数器是否等于零，这会表明已发现所有可校正的差错。若计数器不为零，则操作再继续到步骤S9，在所示实例中此时将是这样的情况。然后，步骤S10将确定在K＝3处发现空单元，空单元将在步骤S12中减小计数器之前在步骤S11中标记为不正确。
随着擦除信息表行中对应于含有差错的应用数据的所有单元被这样标记，步骤S9、S10和S11将使对应于零填充的单元标记为不正确。这进行一直到步骤S10返回擦除信息表行中无空单元剩余或一直到步骤13确定计数为零。步骤S10确定无空单元之后，操作继续到步骤S15结束。在此实例中，虽然在步骤S11标记零填充单元K＝10为不正确之后，步骤S12将计数减至零，这样步骤S13将返回肯定结果且操作将继续到步骤S14，其中所有剩余的空单元用“0”填充。图12中说明此时得出的擦除信息行。这里可以看到，除了所有不正确接收的奇偶校验数据和应用数据单元被如此标记，一些零填充数据单元也表示为不正确。但是，由于未超出允许差错数量，这对解码器不成问题，因为应用数据和奇偶校验数据中的所有差错均可校正。此程序对擦除数据表中的每一行重复。
现在描述另一个实例。在此实例中，编码阵列行的同样的单元被正确接收，但计数器Nmax设为六，即在解码器无法正确校正差错之前仅允许六个差错。在此实例中，一直到步骤S6返回奇偶校验列中再无空单元，所描述的操作完全相同。然后，步骤S9导致从单元K＝1开始扫描擦除信息行是否有空单元，步骤S10随后发现的在K＝2处。在步骤S12中减小计数器之前，此单元在步骤S11被标记为不正确。由于计数器尚未减至零，步骤S13返回否定结果，因此操作再次继续到步骤S9。在步骤S9至S11的操作将单元K＝2、3、5和7标记为不正确之后，计数器已减至1。在步骤S12减小计数器之后，步骤S13则确定计数器等于零，因此操作继续至步骤S14。这里，通过在空单元K＝10至K＝15的每一个中包括“0”，解码器操作以将擦除信息行中其余的空单元填充为无差错。这些单元之一，K＝10，实际上是错误接收的应用数据单元，虽然它被标记为正确接收。但是，由于错误接收的应用数据和奇偶校验数据单元的数量超过允许校正差错的最大数量，这是不可避免的。因此，解码器无法校正行中的任何单元而仅仅是输出同样的带差错行，并给出未校正差错的指示。
在本发明的一个实施例中，在使用擦除信息表之前，通过将“0”或“1”预写入表中每个单元对其进行初始化。这样可减少完成擦除信息行所需的存储器访问数量，因为只有值与初始值不同的那些单元才需要重新写入表格。例如，若表格以零初始化，则只有值为1的单元必须写入表格。如果表格并非按这种方式初始化，则所有单元都必须写入表格。行以“0”还是“1”预填充可取决于无差错单元的数量。若大多数单元无差错，则擦除表可最好以“0”初始化。
应该理解，可以对上述实施例进行很多修改。例如，移动终端可以是个人数字助理(PDA)或至少能够经由第一通信网络21接收信号的其它移动终端。移动终端也可以是半固定或半便携式的，如轿车等车辆内携带的终端。此外，本发明可应用在任何前向纠错系统中，而不仅仅是在所述实施例中，且适用于不同长度的行。
同样，“1”表示不正确数据以及“0”表示正确数据的情况并不重要，因为很容易使用相反的意义。
此外，行中奇偶校验数据单元的位置不重要。取代位于行的末端，它们可以位于开头或中间某处。重要的只是知道它们在哪里以及用应用数据和零填充来填充行时的方向。
还有，虽然就编码表的行对处理进行了描述，但该表可由离散的“字”替代，而这些字组合在一起可形成编码表。
再者，取代将计数器设置为Nmax并递减，可以让计数器从零开始并递增。在这里，不是测试计数器零值，而是测试计数器Nmax值。

Claims (12)

1.一种操作前向纠错解码器的方法，所述方法包括：
确定包括奇偶校验数据单元的码字中哪些数据单元无差错；
将擦除信息字中对应于无差错数据单元的单元标记为正确；
维护擦除信息字中标记为可校正的单元的计数；以及
当标记为可校正的单元的计数未超过门限并且当未标记为正确或可校正的单元保留在擦除信息字中时，从对应于奇偶校验数据单元的单元开始，然后继续对于擦除信息字中的其它单元，将擦除信息字的未标记单元标记为可校正。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括指明在输出中未校正数据的存在。
3.如任一以上权利要求所述的方法，其特征在于，码字是编码表的行。
4.如任一以上权利要求所述的方法，其特征在于，解码器是里德-索罗蒙解码器。
5.一种前向纠错解码器，包括一个或多个处理器，所述处理器被安排用于：
确定包括奇偶校验数据单元的码字中哪些数据单元无差错；
将擦除信息字中对应于无差错数据单元的单元标记为正确；
维护擦除信息字中标记为可校正的单元的计数；以及
当标记为可校正的单元的计数未超过门限并且当未标记为正确或可校正的单元保留在擦除信息字中时，从对应于奇偶校验数据单元的单元开始，然后继续对于擦除信息字中的其它单元，将擦除信息字的未标记单元标记为可校正。
6.如权利要求5所述的解码器，其特征在于，一个或多个处理器还被安排用于指明在解码器输出中未校正数据的存在。
7.如权利要求5或6所述的解码器，其特征在于，码字是编码表的行。
8.如权利要求5至7中任一项所述的解码器，其特征在于，实现为里德-索罗蒙解码器。
9.如权利要求5至8中任一项所述的解码器，其特征在于，解码器具有255个单元列，其中191列为非奇偶校验数据单元列。
10.一种包含如权利要求5至9中任一项所述的前向纠错解码器的接收机。
11.如权利要求10所述的接收机，其特征在于，实现为数字视频广播接收机。
12.一种包含如权利要求10或权利要求11所述的接收机的移动终端。
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