DE102004063591A1

DE102004063591A1 - Verbessertes Rauschbeseitigungssystem

Info

Publication number: DE102004063591A1
Application number: DE102004063591A
Authority: DE
Inventors: Itschak Menlo Park Weissman; Erik San Jose Ordentlich; Gadiel Cupertino Seroussi; Marcelo San Jose Weinberger; Sergio Verdu
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2005-08-18
Also published as: JP3933668B2; US20050163267A1; US7912159B2; JP2005210735A

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verarbeiten eines empfangenen digitalen Signals, das durch ein Signal verfälscht wurde, sind offenbart. Das Verfahren umfasst ein Speichern des empfangenen digitalen Signals und ein Empfangen einer teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen, die eine Ausgabe eines vorbereitenden Rauschbeseitigungssystems umfasst, das auf das empfangene digitale Signal wirkt. Informationen, die eine Signalverschlechterungsfunktion spezifizieren, die die Signalverschlechterung misst, die auftritt, wenn ein Symbol mit dem Wert I durch ein Symbol mit dem Wert J ersetzt wird, werden verwendet, um ein verarbeitetes digitales Signal zu erzeugen, indem jedes Symbol mit einem Wert I in einem Kontext dieses Symbols in dem empfangenen digitalen Signal durch ein Symbol mit einem Wert J ersetzt wird, wenn eine Ersetzung ein Maß einer Gesamtsignalverschlechterung in dem verarbeiteten digitalen Signal relativ zu dem empfangenen digitalen Signal, gemessen durch die Verschlechterungsfunktion und die teilweise korrigierte Sequenz von Symbolen, reduziert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Signalverarbeitung und insbesondere auf die Korrektur von Fehlern, die durch die Übertragung oder Verarbeitung eines Signals in dieses Signal eingeführt werden.

Die vorliegende Erfindung ist in Bezug auf ein einfaches exemplarisches System leichter verständlich. Es wird ein Telefongespräch betrachtet, bei dem eine Person in ein Mikrophon spricht, dessen Ausgabe digitalisiert und dann über verschiedene Telefonleitungen und Umschaltsysteme an eine zweite Person übertragen wird. Der Lautsprecher an dem Ort der zweiten Person empfängt eine Sequenz digitaler Werte, die dann zurück zu der zweiten Person gespielt werden. Im allgemeinen unterscheidet sich die empfangene Sequenz von der gesendeten Sequenz aufgrund von Fehlern, die durch das Übertragungssystem, Digital-Analog-Wandler und Analog-Digital-Wandler eingeführt werden. Ein Rauschen in dem Übertragungssystem z. B. führt dazu, dass einige der digitalen Werte in der übertragenen Sequenz verändert werden. Ein Ziel eines Rauschbeseitigungssystems besteht darin, so viele der Rauschfehler wie möglich zu entfernen.

Das oben erläuterte einfache Beispiel ist ein Beispiel eines allgemeineren Problems, das in einem breiten Bereich von Anwendungen anzutreffen ist. Im allgemeinen wird ein digitales Eingangssignal, das aus einer Sequenz von „Symbolen" besteht, durch eine „Kommunikationsverbindung" gesendet und als ein digitales Ausgangssignal an dem Ausgang der Kommunikationsverbindung empfangen. Das digitale Ausgangssignal besteht ebenso aus einer Sequenz von „Symbolen". Jedes der Symbole wird aus einem vorbestimmten Satz von Symbolen, die als ein Alphabet bezeichnet werden, ausgewählt. Es wird davon ausgegangen, dass das Ausgangssignal in dem gleichen Alphabet wie das Eingangssignal geschrieben wird.

In dem einfachsten Fall sind die Signale Binärsignale, bei denen das Alphabet aus den Symbolen „0" und „1" besteht. In diesem Fall bestehen die Eingangs- und Ausgangssignale aus einer Sequenz von Nullen und Einsen. Andere Alphabete werden jedoch häufig verwendet. Ein digitalisiertes Signal z. B., bei dem jedes Symbol durch eine Ganzzahl zwischen 0 und M-1 dargestellt wird, wird häufig in Breitbanddatenübertragungssystemen zum Verbinden von Benutzern über einen digitalen Teilnehmeranschluß (DSL) mit dem Internet verwendet.

Während sich die obigen Beispiele auf Kommunikationssysteme beziehen, sollte angemerkt werden, dass dieser Typ von Rauschproblem in einer Anzahl von Datenverarbeitungssystemen vorhanden ist. Die Speicherung von Datendateien auf einem Magnetplattenlaufwerk z. B. kann als die Übertragung eines digitalen Signals durch eine Kommunikationsverbindung, das Plattenlaufwerk, betrachtet werden. Das Eingangssignal ist eine Sequenz von Symbolen, z. B. Bytes von Daten, die aus einem vorbestimmten Alphabet ausgewählt werden. In dem Fall von Bytedaten weist jedes Symbol einen ganzzahligen Wert auf, der aus dem Satz [0, 1, ..., 255] ausgewählt wird. Die wiedergewonnene Datei aus dem Plattenlaufwerk besteht ebenso aus einer Sequenz von Symbolen, die aus diesem Satz ausgewählt werden. Die Eingangssignalsymbole werden durch die Elektronik des Plattenlaufwerks verarbeitet und in der Form lokalisierter Magnetfelder gespeichert, die zur Erzeugung des Ausgangssignals gelesen werden. Ein Rauschen in dem Digital-Analog-Schaltungsaufbau, der die Symbole in die und aus den Magnetfeldern umwandelt, führt Fehler in das Ausgangssignal ein. Zusätzlich können die Magnetfelder während einer Speicherung durch zufällige Ereignisse, die zusätzliche Fehler einführen, verändert werden.

Ähnlich kann die Digitalphotographie als die Übertragung eines Signals durch einen Kanal, der das Signal verfälscht, beinhaltend betrachtet werden. In diesem Fall ist das Signal das Bild, das durch ein Rauschen in den Photodetektoren verfälscht wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung, ein Verfahren oder ein computerlesbares Medium mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 7 oder ein computerlesbares Medium gemäß Anspruch 13 gelöst.

Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verarbeiten eines empfangenen digitalen Signals, das eine Sequenz von Symbolen umfasst, die durch einen Kanal verfälscht wurde, um ein verarbeitetes digitales Signal zu erzeugen. Das Verfahren umfasst ein Speichern des empfangenen digitalen Signals und ein Empfangen einer teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen, die eine Ausgabe eines vorläufigen Rauschbeseitigungssystems umfasst, das auf das empfangene digitale Signal wirkt. Informationen, die eine Signalverschlechterungsfunktion spezifizieren, die die Signalverschlechterung misst, die auftritt, wenn ein Symbol mit dem Wert I durch ein Symbol mit einem Wert J ersetzt wird, wird eingesetzt, um ein verarbeitetes digitales Signal zu erzeugen, indem jedes Symbol mit einem Wert I in einem Zusammenhang dieses Symbols in dem empfangenen digitalen Signal durch ein Symbol mit einem Wert J ersetzt wird, wenn ein Ersetzen ein Maß einer Gesamtsignalverschlechterung in dem verarbeiteten digitalen Signal relativ zu dem digitalen Eingangssignal, unter Verwendung der Verschlechterungsfunktion und der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen bestimmt, reduziert. Das Verfahren kann auf einer zweckgebundenen Vorrichtung oder auf einem Universal-Datenverarbeitungssystem ausgeführt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Rauschbeseitigungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein Flussdiagramm des zur Bestimmung des Symbolwerts verwendeten Verfahrens; und
3 ein Flussdiagramm des bei dem zweiten Durchlauf verwendeten Signalverarbeitungsalgorithmus.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Reduzieren der Signalverschlechterung, die aus dem Rauschen resultiert, das in ein digitales Signal eingeführt wird, wenn das Signal durch ein System, das Rauschfehler einführt, verarbeitet wird. Das Verarbeitungssystem, das das Rauschen einführt, wird in der folgenden Erläuterung als der „Kanal" bezeichnet, da ein derartiges System analog zu einem Übertragungskanal ist, über den das Signal gesendet wird.
Im Folgenden wird Bezug auf 1 genommen, die ein Blockdiagramm eines Rauschbeseitigungssystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, das auf ein Signal 23 wirkt, das durch einen Kanal 20 verfälscht wurde. Der Kanal wirkt auf ein Eingangssignal 21, das eine Sequenz von Symbolen y₁, y₂, ..., y_n aus einem bekannten Alphabet aufweist, um ein Ausgangssignal 23 zu erzeugen, das ebenso eine Sequenz von Symbolen aus diesem Alphabet aufweist. Das rauschbehaftete Ausgangssignal wird durch die Sequenz z₁, z₂, ..., z_n bezeichnet. Die rauschbehafteten Ausgangssignalsymbole werden ebenso als aus dem gleichen Alphabet wie die Eingangssignalsymbole stammend angenommen. Dies bedeutet, dass jedes Symbol einen Wert von 0 bis M-1 annehmen kann, wobei M eine Ganzzahl > 1 ist. Um die folgende Erläuterung zu vereinfachen, werden Sequenzen von Symbolen in Fettdruck angegeben. Die Sequenz y₁, y₂, ..., y_n z. B. wird durch y bezeichnet.
Es wird angenommen, dass ein vorbereitendes Rauschbeseitigungssystem 120 auf z wirkt, um eine erste Annäherung eines entrauschten Signals 24 zu erzeugen, r = r₁, r₂, ..., r_n, indem verschiedene Elemente der z-Sequenz auf eine Art und Weise verändert werden, die denjenigen, die r empfangen, nicht bekannt ist. Es wird von einer Teilsequenz von 2k+1 Symbolen in z ausgegangen, die mittig um z_q ist. Hier ist k eine Ganzzahl. Die Art und Weise, auf die k ausgewählt wird, ist unten detaillierter erläutert. Diese Teilsequenz wird durch z (q) angegeben. Dies bedeutet, dass z (q) = z_q–k, z_q–k+1, ... z_q, z_q+1 ... z_q+k gilt. Die Teilsequenz z(q) wird im folgenden manchmal als die Referenzteilsequenz für einen Index q bezeichnet. Es wird angenommen, dass k derart ausgewählt wird, dass diese Teilsequenz an einer Anzahl von Orten in z erscheint. Dies bedeutet, dass z(p) = z(q) für eine Anzahl unterschiedlicher Werte von p gilt. Die vorliegende Erfindung basiert auf der Annahme, dass, wenn das vorbereitende Rauschbeseitigungssystem den Wert von z_q verändert, dies auch den Wert von z_p auf die gleiche Art und Weise für jedes weitere Auftreten dieser Teilsequenz verändern sollte.
Die vorliegende Erfindung prüft die Ausgabe des vorbereitenden Rauschbeseitigungssystems und bestimmt einen Wert, der zq sowie jedem der z_p-Werte zugewiesen wird, basierend auf einem Maß der Signalverschlechterung, die auftritt, wenn ein Symbol fälschlicherweise durch ein anderes Symbol ersetzt wird. Diese resultierende neue Sequenz 22, z', wird dann aus der vorliegenden Erfindung ausgegeben. Die vorliegende Erfindung nimmt an, dass es ein quantifiziertes Maß der Verschlechterung gibt, die in das Ausgangssignal eingeführt wird, indem ein Symbol mit dem Wert A in dem Eingangssignal durch ein Symbol mit dem Wert B in dem Ausgangssignal ersetzt wird. Die Verschlechterung kann sich für unterschiedliche Werte von A und B unterscheiden. In der folgenden Erläuterung wird dieses Verschlechterungsmaß einfach als die „Verschlechterung" bezeichnet und durch C (A, B) angegeben.
In Systemen, die ein Alphabet verwenden, das mehr als zwei Symbole enthält, hängt C(A,B) oft von der Differenz zwischen A und B ab. Es wird z. B. ein digitales Signal betrachtet, das durch ein Umwandeln eines analogen zeitveränderlichen Signals in eine Sequenz digitaler Werte unter Verwendung eines 8-Bit-Analog-Digital-Wandlers erzeugt wird. Das resultierende digitale Signal ist eine Sequenz von Symbolen, die aus einem Alphabet mit 256 Symbolen ausgewählt werden, die den digitalen Werten 0 bis 255 entsprechen. Es wird angenommen, dass das Ausgangssignal wieder in ein analoges Signal zurück umgewandelt und für einen menschlichen Beobachter abgespielt werden soll. Der Fehler in dem Ausgangssignal, der daraus resultiert, dass ein Symbol um 1 verändert wird, ist sehr viel kleiner als der Fehler, der daraus resultiert, dass ein Symbol um 2 verändert wird, usw. So hängt die Verschlechterungsfunktion von der Menge ab, um die das Symbol in diesem Fall verändert wird.
Die Art und Weise, auf die die vorliegende Erfindung das korrekte Symbol definiert, das anstelle von z_q verwendet werden soll, ist Bezug nehmend auf 2 leichter verständlich, die ein Flussdiagramm des zur Bestimmung des Symbolwert verwendeten Verfahrens ist. Der Algorithmus kann in zwei Teile aufgebrochen werden. In dem ersten Teil wird jede Teilsequenz, die mittig bei p ist, wobei z(p) = z (q) gilt, identifiziert und die Anzahl von Malen, die das vorbereitende Rauschbeseitigungssystem jeden möglichen Wert für r_p ausgibt, wird für jedes derartige p bestimmt. Es wird die Anzahl von Malen, um die r_P der Wert j durch das vorbereitende Rauschbeseitigungssystem zugewiesen wurde, für all diese Werte von p als N(j) bezeichnet. Der Algorithmus, der den ersten Teil implementiert, beginnt durch ein Initialisieren einer Anzahl von Variablen, wie bei 51 gezeigt ist. Der Algorithmus sucht dann nach jeder Sequenz, für die z(p) = z(q) gilt. Der Algorithmus testet z(p) für den gegenwärtigen Wert von p, wie bei 52 gezeigt ist. Wenn z(p) = z(q) gilt, wird N(r_p) inkrementiert, wie bei 53 gezeigt ist. In beiden Fällen wird p auf den nächsten Wert inkrementiert, wie bei 54 gezeigt ist, und bei dem neuen Wert von p wird getestet, um sicher zu sein, dass dieser innerhalb des erlaubten Bereichs ist, wie bei 55 gezeigt ist. Wenn weitere zu testende Teilsequenzen vorliegen, wird das Verfahren wiederholt. Wenn alle Teilsequenzen geprüft wurden, fährt der Algorithmus mit dem zweiten Teil fort.
In dem zweiten Teil des Algorithmus werden die Zählwerte aus dem ersten Teil verwendet, um die Verschlechterung einzuschätzen, die in dem Signal für die verschiedenen möglichen Auswahlen der Symbolwerte, auf die z_q verändert werden könnte, resultieren würde. Es wird der Fall betrachtet, in dem zq auf den Wert K verändert wird. Der Algorithmus berechnet die Verschlechterungsschätzung D(K) wie folgt:
wie bei 56 gezeigt ist. Der Algorithmus setzt dann z'_q gleich K_min, definiert als der Wert von K, für den D(K) den minimalen Wert aufweist.
Die Art und Weise, auf die der Algorithmus die Ausgabe der vorbereitenden Rauschbeseitigungsvorrichtung verändert, ist unter Bezugnahme auf ein einfaches Beispiel leichter verständlich. Es wird der Fall betrachtet, in dem die Kosten für einen Fehler für alle Fehler gleich sind, d. h. C(I,J) = Co für alle I, die sich von J unterscheiden. Es wird angemerkt, dass für alle I C(I,I) = 0 gilt. In diesem Fall ist D(K) S(K) Co, wobei S(K) die Summe von N(J) für von K unterschiedliche J ist. Es wird nun angenommen, dass N(1) >> N(J) für von 1 unterschiedliche J gilt. Dies bedeutet, dass bei der überwiegenden Mehrzahl der Fälle die vorbereitende Rauschbeseitigungsvorrichtung den Wert 1 für das Symbol in der Mitte jeder Teilsequenz gleich z(q) in dem rauschbehafteten Signal eingesetzt hat. In diesem Fall hat D(K) seinen minimalen Wert für K = 1, da alle anderen Werte von D(K) N(1) in dem S(K)-Ausdruck umfassen. So setzt der Algorithmus der vorliegenden Erfindung für diese Verschlechterungsfunktion die Ausgabe z'_p für alle p, für die z(p) = z(q) gilt, auf diesen Wert, der durch die Mehrzahl der r_p, die Ausgabe der vorbereitenden Rauschbeseitigungsvorrichtung, für derartige Indizes p angenommen wird.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendeten eine 2k lange Sequenz, die das gerade verarbeitete Symbol umgibt, um die 2k+1 Symbolreferenzteilsequenzen zu definieren, deren Instanzen in z und deren entsprechende Symbole in r untersucht werden, um das Ausgangssymbol zu bestimmen, das anstelle des gerade verarbeiteten Symbols eingesetzt werden soll. Um die folgende Erläuterung der allgemeineren Fälle zu vereinfachen, ist es nützlich, einen „Kontext" für das gerade verarbeitete Symbol zu definieren. Es wird ein Symbol in dem Ausgangssignal betrachtet. Eine Teilsequenz von Symbolen, die feste Werte aufweist und sich an einem vorbestimmten Ort in Bezug auf dieses Symbol befindet, wird als der „Kontext" dieses Symbols bezeichnet. Bei dem vorherigen Beispiel war der Kontext des Symbols z_q die k Symbole auf jeder Seite von zq. Es werden die k Symbole links von zq durch a = a₁, a₂, ..., a_k angegeben und die k Symbole auf der rechten Seite von zq durch b = b₁, b₂, ..., b_k. Dann kann die zur Bestimmung des Ersatzsymbols für z_q verwendete Referenzteilsequenz als z(q) = az_qb geschrieben werden. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass andere Kontexte bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Die Sequenz z. B., die mit dem Symbol z_q endet, d. h. az_q, hätte verwendet werden können. Ähnlich hätte die mit z_q, d. h. z_qb, beginnende Sequenz verwendet werden können. Ferner könnten die Längen der Sequenzen a und b unterschiedlich sein.
Zusätzlich können Kontexte, in denen die Sequenzen a und/oder b „Stellvertreter" oder Wild-Cards aufweisen, ebenso eingesetzt werden. Dies bedeutet, dass a in der Form a₁, a₂, ..., a_w, ..., a_k geschrieben werden kann, wobei a_w eine Folge von Symbolen sein kann, wobei die Symbole in der Folge jeden Wert annehmen können. Ähnlich müssen die Symbole des Kontextes nicht benachbart zu dem gerade verarbeiteten Symbol sein, solange sie an einem vorbestimmten Ort relativ zu diesem Symbol sind. Die obige allgemeine Definition des Kontextes eines Symbols und der induzierten Referenzteilsequenz trifft auch auf mehrdimensionale Signale, wie z. B. zweidimensionale Bilddaten, zu.
Im Folgenden wird wieder Bezug auf 1 genommen. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden z und r durch das Rauschbeseitigungssystem 100 gelesen. Die z-Sequenz wird in einem Speicher 113 gespeichert, wenn diese empfangen wird. Zu Zwecken dieses Beispiels wird angenommen, dass der Kontext jedes Symbols die k Symbole links von diesem Symbol und die k' Symbole rechts von diesem Symbol ist. Bei dem ersten Durchlauf speichert die Steuerung 111 die empfangene Sequenz z in einem Speicher 113, wenn die Symbole empfangen werden. Die Steuerung 111 erstellt außerdem eine Liste aller Teilsequenzen der Länge L = k+k'+1 in z. Wenn jedes Symbol empfangen wird, prüft die Steuerung 111 die zuletzt empfangenen L Symbole in z, um die Referenzteilsequenz zu bestimmen, die gerade fertiggestellt wurde. Es wird angenommen, dass das j-te Symbol in der z-Sequenz gerade empfangen wurde. Dieses Symbol stellt z(j–k'–1) fertig, die Referenzteilsequenz, die dem zu verarbeitenden Symbol bei j–k'–1 zugeordnet ist.
Die Steuerung 111 prüft die in dem Speicher 114 gespeicherten Sequenzen, um zu bestimmen, ob z(j–k'–1) früher empfangen wurde. Falls dies nicht der Fall ist, erstellt die Steuerung 111 einen neuen Eintrag in dem Speicher 114 für die Teilsequenz. Der Eintrag umfasst die L Symbole, die die Teilsequenz bilden, und M Zähler zur Verfolgung der Ergebnisse aus dem vorbereitenden Rauschbeseitigungssystem 120 für diese Sequenz. Die Steuerung 111 zeichnet dann das Ergebnis des vorbereitenden Rauschbeseitigungssystems in dem geeigneten Zähler auf. Dies bedeutet, dass die Steuerung 111 den Zähler entsprechend dem Symbolwert r_j–k'–1 inkrementiert. Wenn alle Symbole aus beiden Sequenzen z und r empfangen und verarbeitet wurden, ist der erste Durchgang abgeschlossen.
Bei dem zweiten Durchlauf läuft die Steuerung 111 sequentiell durch die gespeicherte z-Sequenz und ersetzt jedes Symbol durch das durch den oben Bezug nehmend auf 2 erläuterten Algorithmus bestimmte Symbol. Die Verschlechterungsfunktion wird bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Speicher 113 gespeichert. Am Anfang und Ende der Sequenz liegen zur Definition eines Kontexts nicht ausreichend Daten vor. So werden die ersten k Symbole und die letzten k' Symbole auf die entsprechenden Symbole in der r-Sequenz aus dem vorbereitenden Rauschbeseitigungssystem gesetzt.
Es wird angemerkt, dass die empfangenen Signale z und r in keinem Hochgeschwindigkeitsspeicher gespeichert werden müssen. Zu einer bestimmten Zeit benötigt die Steuerung 111 während des ersten Durchlaufs L Symbole aus z und nur ein Symbol aus r. So kann das empfangene Signal auf einem Plattenlaufwerk gespeichert sein, mit Ausnahme eines kleinen Zwischenspeichers zum Speichern der L Symbole, die gerade verwendet werden. Nur der Kontextspeicher 114 muss ein Hochgeschwindigkeitsspeicher sein.
Die obigen Beispiel nehmen an, dass ein Wert für L bestimmt wurde. Die vorliegende Erfindung liefert die größten Vorteile in denjenigen Fällen, in denen die empfangene Sequenz z Referenzteilsequenzen aufweist, die eine statistisch sig nifikante Anzahl von Malen wiederholt werden, so dass die Zählerwerte, die einer derartigen Teilsequenz entsprechen, zu einer genauen Charakterisierung des Verhaltens der vorbereitenden Rauschbeseitigungsvorrichtung führen. Wenn die Anzahl beobachteter Vorkommnisse der Referenzteilsequenzen in der empfangenen Sequenz klein ist, könnte die Genauigkeit der N(J) Zählwerte, wie oben erläutert, gering sein, und so ist auch die Genauigkeit der Schätzwerte D(K) ebenso gering. Wenn die Genauigkeit dieser Zählwerte ausreichend gering ist, wird die falsche Entscheidung in Bezug auf das korrekte Ausgangssymbol getroffen.
Die Anzahl von Vorkommnissen einer Referenzteilsequenz hängt zu einem bestimmten Maß von der Länge des Kontextes ab. Es wird der Fall betrachtet, in dem ein Symbol z mit einer Kontextlänge L-1 verarbeitet werden soll, wie oben beschrieben. Ferner wird angenommen, dass die entsprechende Referenzteilsequenz azb Q Male auftritt, wobei Q >> 1 und Q/M >> 1 gilt, die längere Referenzteilsequenz tazb für einen Wert von t jedoch nicht häufig auftritt. Dann tritt eine Referenzteilsequenz, die größer als L ist, sehr viel seltener auf und die statistische Genauigkeit der Zählwerte wird relativ zu dem Fall, in dem der kleinere Kontext eingesetzt wurde, verschlechtert. So kann ein Auswählen eines zu großen Wertes für L zu Entscheidungsfehlern führen.
Für ein festes L kann das System nur Korrelationen unter L Abtastwerten oder weniger in dem Eingangssignal ausnutzen. Je größer das Ausmaß der Eingangskorrelation, die effektiv ausgenutzt werden kann, ist, desto besser ist das Verhalten. Im Gegensatz zu den obigen Betrachtungen spricht dies dagegen, L zu klein zu machen.
Aus der obigen Erläuterung ist klar, dass es einen optimalen Wert von L gibt. Dieses Optimum kann empirisch bestimmt ^werden. Wenn die Länge der korrelierten Sequenzen in dem Eingangssignal sich über die Zeit nicht wesentlich verän dert, kann ein optimaler Wert für L experimentell unter Verwendung exemplarischer Eingangssignale und durch ein Vergleichen der Ergebnisse einer Rauschbeseitigung für verschiedene Werte von L bestimmt werden.
Im Prinzip kann L für jedes bestimmte Ausgangssignal bestimmt werden, indem eine Rauschbeseitigung bei dem Signal unter Verwendung einer Anzahl unterschiedlicher L-Werte durchgeführt wird. In einem derartigen System kann der Wert von L von einer bestimmten oberen Grenze gesenkt werden, bis ein Wert, der eine ausreichende statistische Genauigkeit liefert, gefunden wird. Ein sinnvoller Ausgangswert für L ist gegeben durch [log(n)/log(M)], wobei n die Anzahl von Symbolen in der z-Sequenz ist und M die Anzahl von Symbolen in dem Alphabet.
Im Folgenden wird Bezug auf 3 genommen, die ein Flussdiagramm des bei dem zweiten Durchlauf verwendeten Signalverarbeitungsalgorithmus ist. Nachdem das empfangene Signal in dem Speicher 113 gespeichert wurde, prüft die Steuerung 111 nacheinander die empfangenen Symbole, um zu bestimmen, ob ein Symbol auf einen anderen Wert rückgesetzt werden soll. Wenn die Steuerung 111 bei z_j ist, liest die Steuerung 111 die k Symbole links von z_j und die k' Symbole rechts von z_j, um die größte Referenzteilsequenz z(j) für z_j zu bestimmen, für die Zählwerte in dem Speicher 114 gespeichert wurden, wie bei 151 gezeigt ist. Die Steuerung 111 extrahiert die dieser Referenzteilsequenz zugeordneten Zählwerte aus dem Speicher 114, wie bei 152 gezeigt ist, und bestimmt, ob die gespeicherten Zählwerte eine ausreichende statistische Genauigkeit aufweisen, um fortzufahren, wie bei 153 gezeigt ist. Wenn die Zählwerte eine ausreichende Genauigkeit aufweisen, liest die Steuerung 111 die mit z(j) gespeicherten Zählwerte und schätzt die Signalverschlechterung, die auftreten würde, wenn z_j durch einen möglichen Symbolwert ersetzt wird, wie bei 155 gezeigt ist, unter Verwendung der oben erläuterten Gleichung (1) ein.
Das Symbol wird dann auf den Wert gesetzt, der die Verschlechterung minimiert hat, wie bei 156 gezeigt ist.
Wenn die statistische Genauigkeit der Zählwerte für diese Referenzteilsequenz zu niedrig ist, sucht die Steuerung 111 nach einem kleineren Kontext, wie bei 158 gezeigt ist. Wenn ein derartiger Kontext vorhanden ist, wird die zugeordnete Referenzteilsequenz ausgewählt und das Verfahren wiederholt, wie bei 160 und 152 gezeigt. Wenn kein kleinerer Kontext verfügbar ist, wird z'_j auf r_j gesetzt, d. h. den Wert, der durch das vorbereitende Rauschbeseitigungssystem bereitgestellt wird, wie bei 159 gezeigt ist. Das Verfahren fährt durch ein Inkrementieren von j, wie bei 157 gezeigt ist, und ein Wiederholen des Vorgangs, bis alle Symbole, die verarbeitet werden sollen, verarbeitet wurden, fort. Wie oben angemerkt ist, werden die Symbole an den Enden der Sequenz z', die zu nahe an einem Ende sind, um einen Kontext aufzuweisen, auf die Werte in den entsprechenden Positionen in der Sequenz r gesetzt.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung haben eine Rauschbeseitigungsvorrichtung verwendet, die direkt das empfangene Signal verarbeitet und spezifische Speicher zur Verwendung beim Speichern der verschiedenen Parameter, Kontexte und Verschlechterungsfunktionen aufweist. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf einem Universal-Datenverarbeitungssystem ausgeführt werden, an das eine Kopie des empfangenen Signals von dem Kanal und eine Kopie der Ausgabe des vorbereitenden Rauschbeseitigungssystems übertragen wurden, indem ein geeignetes Datenverarbeitungsprogramm in dieses Datenverarbeitungssystem geladen wird. Ausführungsbeispiele, bei denen das vorbereitende Rauschbeseitigungssystem auf das gleiche Datenverarbeitungssystem wirkt, können ebenso ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele verwenden separate Speicher zum Speichern der Verschlechterungsfunktion, Liste von Kontexten und empfangenen Signale. Ausführungs beispiele jedoch, in denen ein einzelner Speicher zur Speicherung von zwei oder mehr dieser Größen eingesetzt wird, können ebenso aufgebaut werden, ohne von der Lehre der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Folglich wird angemerkt, dass die oben erläuterten separaten Speicher Teil eines größeren Speichers sein können.
Verschiedene Modifizierungen der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute auf diesem Gebiet aus der vorangegangenen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden. Folglich soll die vorliegende Erfindung einzig durch den Schutzbereich der folgenden Ansprüche eingeschränkt sein.

Claims

Vorrichtung (100) mit folgenden Merkmalen: einem Speicher (112, 113, 114) zum Speichern einer Verschlechterungsfunktion und eines empfangenen digitalen Signals (23), das ein digitales Eingangssignal (21), das durch einen Kanal (20) verfälscht wurde, aufweist, und einer teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24), die eine Ausgabe eines vorbereitenden Rauschbeseitigungssystems (120) aufweist, das auf das empfangene digitale Signal (23) wirkt, wobei die Verschlechterungsfunktion ein Maß der Signalverschlechterung liefert, die auftritt, wenn ein Symbol mit dem Wert I durch ein Symbol mit einem Wert J in dem empfangenen digitalen Signal (23) ersetzt wird; und einer Steuerung (111), die ein verarbeitetes digitales Signal (22) aus dem empfangenen digitalen Signal (23) erzeugt, indem Symbole in dem empfangenen digitalen Signal (23) ersetzt werden, wobei die Steuerung (111) jedes Symbol mit einem Wert I in einem Kontext dieses Symbols in dem empfangenen digitalen Signal (23) durch ein Symbol mit einem Wert J ersetzt, wenn die Ersetzung einen Schätzwert für eine Gesamtsignalverschlechterung in dem verarbeiteten digitalen Signal (22) relativ zu dem digitalen Eingangssignal (21), der unter Verwendung der Verschlechterungsfunktion und der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24) bestimmt wird, reduziert.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der die Steuerung (111) die Häufigkeit bestimmt, mit der Instanzen eines der Symbole in dem empfangenen Signal in einem der Kontexte durch verschiedene Symbole in der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24) ersetzt werden.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der der Speicher (112, 113, 114) außerdem eine erste Liste, die die Identität jeder Teilsequenz einer ersten Länge innerhalb des empfangenen digitalen Signals (23) aufweist, und eine Tabelle speichert, die die Anzahl von Malen spezifiziert, die ein Symbol an einem spezifischen Ort innerhalb dieser Teilsequenz durch verschiedene andere Symbole in der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24) ersetzt wird.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner ein Rauschbeseitigungssystem (120) zum Erzeugen der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24) aus dem empfangenen digitalen Signal (23) aufweist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 3, bei der der dritte Speicher auch eine zweite Liste, die die Identität jeder Teilsequenz einer zweiten Länge innerhalb des empfangenen digitalen Signals (23) aufweist, und eine Tabelle speichert, die die Anzahl von Malen spezifiziert, die ein Symbol an einem spezifischen Ort innerhalb dieser Teilsequenz durch verschiedene andere Symbole in der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24) ersetzt wird.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 5, bei der der Kontext aus einer der ersten und der zweiten Liste ausgewählt wird, wobei die Auswahl von der Anzahl von Vorkommnissen für Teilsequenzen in der ersten Liste und der zweiten Liste abhängt.
Verfahren zum Verarbeiten eines empfangenen digitalen Signals (23), das ein digitale Eingangssignal (21) aufweist, das durch einen Kanal (20) verfälscht wurde, um ein verarbeitetes digitales Signal (22) zu erzeugen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Speichern des empfangenen digitalen Signals (23); Empfangen einer teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24), die eine Ausgabe eines vorbereitenden Rauschbeseitigungssystems (120) aufweist, das auf das empfangene digitale Signal (23) wirkt; Speichern von Informationen, die eine Signalverschlechterungsfunktion spezifizieren, die die Signalverschlechterung misst, die auftritt, wenn ein Symbol mit dem Wert I durch ein Symbol mit dem Wert J ersetzt wird; und Erzeugen des verarbeiteten digitalen Signals (22) durch ein Ersetzen jedes Symbols mit einem Wert I in einem Kontext dieses Symbols in dem empfangenen digitalen Signal (23) durch ein Symbol mit einem Wert J, wenn eine Ersetzung einen Schätzwert einer Gesamtsignalverschlechterung in dem verarbeiteten digitalen Signal (22) relativ zu dem digitalen Eingangssignal, der unter Verwendung der Verschlechterungsfunktion und der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24) bestimmt wird, reduziert.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem das Maß einer Gesamtsignalverschlechterung von der Häufigkeit abhängt, mit der Instanzen eines der Symbole in dem empfangenen Signal in einem der Kontexte durch verschiedene Symbole in der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24) ersetzt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, das ein Speichern einer ersten Liste, die die Identität jeder Teilsequenz einer ersten Länge innerhalb des empfangenen digitalen Signals (23) aufweist, und einer Tabelle, die die Anzahl von Malen spezifiziert, die ein Symbol an einem spezifischen Ort innerhalb dieser Teilsequenz durch verschiedene andere Symbole in der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24) ersetzt wird, aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, das ferner ein Erzeugen der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24) aus dem empfangenen digitalen Signal (23) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, das ferner ein Speichern einer zweiten Liste, die die Identität jeder Teilsequenz einer zweiten Länge innerhalb des empfangenen digitalen Signals (23) aufweist, und einer Tabelle, die die Anzahl von Malen spezifiziert, die ein Symbol an einem spezifischen Ort innerhalb jeder Teilsequenz durch verschiedene andere Symbole in der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24) ersetzt wird, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem der Kontext aus einer der ersten und der zweiten Liste ausgewählt wird, wobei die Auswahl von der Anzahl von Vorkommnissen für Teilsequenzen in der ersten Liste und der zweiten Liste abhängt.
Computerlesbares Medium, das mit einem Datenverarbeitungsprogramm zum Verarbeiten eines empfangenen Signals codiert ist, das ein digitales Eingangssignal (21) aufweist, das durch einen Kanal (20) verfälscht wurde, um ein verarbeitetes Signal (22) zu erzeugen, wobei das Datenverarbeitungsprogramm bewirkt, dass ein Datenverarbeitungssystem folgende Schritte durchführt: Speichern des empfangenen digitalen Signals (23); Empfangen einer teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24), die eine Ausgabe eines vorbereitenden Rauschbeseitigungssystems (120) aufweist, das auf das empfangene digitale Signal (23) wirkt; Speichern von Informationen, die eine Signalverschlechterungsfunktion spezifizieren, die die Signalverschlechterung misst, die auftritt, wenn ein Symbol mit dem Wert I durch ein Symbol mit dem Wert J ersetzt wird; und Erzeugen des verarbeiteten digitalen Signals (22) durch ein Ersetzen jedes Symbols mit einem Wert I in einem Kontext dieses Symbols in dem empfangenen digitalen Signal (23) durch ein Symbol mit einem Wert J, wenn eine Ersetzung einen Schätzwert einer Gesamtsignalverschlechterung in dem verarbeiteten digitalen Signal (22) relativ zu dem digitalen Eingangssignal, der unter Verwendung der Verschlechterungsfunktion und der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24) bestimmt wird, reduziert.
Computerlesbares Medium gemäß Anspruch 13, bei dem das Maß einer Gesamtsignalverschlechterung von der Häufigkeit abhängt, mit der Instanzen eines der Symbole in dem empfangenen Signal in einem der Kontexte durch verschiedene Symbole in der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24) ersetzt werden.
Computerlesbares Medium gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem das Datenverarbeitungssystem auch dazu gebracht wird, eine erste Liste, die die Identität jeder Teilsequenz einer ersten Länge innerhalb des empfangenen digitalen Signals (23) aufweist, und eine Tabelle, die die Anzahl von Malen spezifiziert, die ein Symbol an einem spezifischen Ort innerhalb dieser Teilsequenz durch verschiedene andere Symbole in der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24) ersetzt wird, zu speichern.
Computerlesbares Medium gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das Datenverarbeitungssystem außerdem dazu gebracht wird, die teilweise korrigierte Sequenz von Symbolen (24) aus dem empfangenen digitalen Signal (23) zu erzeugen.
Computerlesbares Medium gemäß Anspruch 15 oder 16, bei dem das Datenverarbeitungssystem auch dazu gebracht wird, eine zweite Liste, die die Identität jeder Teilsequenz einer zweiten Länge innerhalb des empfangenen digitalen Signals (23) aufweist, und eine Tabelle, die die Anzahl von Malen spezifiziert, die ein Symbol an einem spezifischen Ort innerhalb dieser Teilsequenz durch verschiedene andere Symbole in der teilweise korrigierten Sequenz von Symbolen (24) ersetzt wird, zu speichern.
Computerlesbares Medium gemäß Anspruch 17, bei dem der Kontext aus einer der ersten und der zweiten Liste ausgewählt wird, wobei die Auswahl von der Anzahl von Vorkommnissen für Teilsequenzen in der ersten Liste und der zweiten Liste abhängt.