JP3691307B2 - ディジタル放送受信機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明はディジタル放送受信機に関し、さらに詳しくは、伝送多重制御(TMCC;Transmission and Multiplexing Configration Control)信号を用いた直交周波数分割多重(OFDM;Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式の地上波ディジタルテレビジョン放送のための受信機に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気通信技術審議会は1999年5月24日に地上ディジタルテレビジョン放送方式に関する答申を郵政省に提出した。答申の概要は郵政省のウェブサイト(http://www.mpt.go.jp/pressrelease/japanese/housou/990524j701.html (1999年8月20日現在))で公表されている。
【0003】
この放送方式によると、変調方式にはOFDM方式、映像や音声などの情報源符号化方式および多重化方式にはMPEG−2を採用している。この放送方式による送信機は、映像や音声などのアナログ信号をディジタル信号に変換して圧縮する符号化部と、圧縮された複数の情報を組合せる多重化部と、伝送中に生じる情報の誤りを訂正するための誤り訂正符号化部と、情報を効率よく伝送するための変調部とから構成される。一方、受信機はこの逆の処理を行なうように構成される。
【0004】
この放送方式によると、各フレームは204シンボルで構成される。各シンボルには数千のキャリアが含まれる。この多数のキャリアからなる伝送帯域幅は13セグメントに分割され、その13セグメントは最大3階層に分割される。キャリアの変調方式としては、差動4相位相変調(DQPSK;Differential Quadrature Phase Shift Keying)、4相位相変調(QPSK;Quadrature Phase Shift Keying )、16直交振幅変調(16QAM;16 Quadrature Amplitude Modulation)、64直交振幅変調(64QAM;64 Quadrature Amplitude Modulation)の4種類があり、各階層ごとにいずれかの変調方式を指定することができる。したがって、各階層内のキャリアは映像や音声などのデータ信号に応じて指定の変調方式で変調される。
【0005】
また、このようなデータ信号用のキャリアに加えて、現在伝送されているキャリア変調方式、畳み込み符号化率、時間インタリーブ長などのパラメータを指定するためにTMCC信号用のキャリアが挿入される。TMCC信号はシンボル数に対応する204ビットからなる。このTMCC信号用のキャリアはTMCC信号に応じて差動2相位相変調(DBPSK;Differential Binary Phase Shift Keying)方式で変調される。TMCC信号のキャリアはデータ信号のキャリアに比べてレベルが高くしかもDBPSK方式で変調されているため、そのキャリアのレベルを示す複数ビットのうち上位数ビットだけを用いてTMCC信号を復号するのが一般的であろう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、その上位数ビット分のDBPSK復調回路が必要となるため、回路規模が大きくなるという問題が生じる。一方、回路規模を小さくするために、より少ない上位数ビットだけを用いてTMCC信号を復号すると、TMCC信号のキャリアが伝送中に振幅歪みまたは位相歪みを受けてそのレベルが低くなった場合に復号精度が悪くなるという問題が生じる。すなわち、復号精度を高くすると回路規模が大きくなり、回路規模を小さくすると復号精度が低下するというように、回路規模と復号精度には、いわゆるトレードオフの関係がある。
【0007】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、小さい回路規模でも高い精度でTMCC信号を得ることが可能なディジタル放送受信機を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明によるディジタル放送受信機は、DBPSK方式で変調した伝送多重制御信号のキャリアとともにデータ信号のキャリアをOFDM方式で変調したディジタル放送を受信するためのディジタル放送受信機であって、OFDM復調手段と、有効ビット抽出手段と、DBPSK復調手段と、データ信号復調手段とを備える。OFDM復調手段は、データ信号および伝送多重制御信号のキャリアをOFDM方式で復調する。有効ビット抽出手段は、OFDM復調手段から出力される伝送多重制御信号のキャリアを示すビットの中から、最上位ビットに最も近くかつ最上位ビットの値と異なる値を有するビットとその1つ上のビットとを抽出する。DBPSK復調手段は、有効ビット抽出手段から出力されるビットをDBPSK方式で復調して伝送多重制御信号を得る。データ信号復調手段は、DBPSK復調手段から出力される伝送多重制御信号に基づいて、OFDM復調手段から出力されるデータ信号のキャリアを復調してデータ信号を得る。
【0009】
このディジタル放送受信機においては、伝送多重制御信号のキャリアを示すビットの中から最上位ビットに最も近くかつ最上位ビットの値と異なる値を有するビットとその1つ上のビットとを抽出し、その抽出したビットを復調して伝送多重制御信号を得ているので、DBPSK復調手段に必要な回路規模が小さくなり、しかも高い精度で伝送多重制御信号が得られる。
【0010】
好ましくは、上記有効ビット抽出手段はさらに、最上位ビットの値と異なる値を有するビットの1つ下のビットを抽出する。
【0011】
したがって、より高い精度で伝送多重制御信号が得られる。
好ましくは、上記有効ビット抽出手段は、符号判別手段と、ビット検索手段と、ビット抜出手段とを含む。符号判別手段は、伝送多重制御信号のキャリアの符号を判別する。ビット検索手段は、符号判別手段による判別の結果、符号が正の場合は最上位ビットから順にビットを検索して「1」を有する最初のビットの位置を特定し、符号が負の場合は最上位ビットから順にビットを検索して「0」を有する最初のビットの位置を特定する。ビット抜出手段は、ビット検索手段により特定された位置のビットとその1つ上のビットとを抜き出す。
【0012】
したがって、DBPSK復調手段に必要な回路規模が小さくなり、しかも高い精度で伝送多重制御信号が得られる。
【0013】
さらに好ましくは、上記ビット抜出手段はさらに、特定された位置のビットの1つ下のビットを抜出す。
【0014】
したがって、より高い精度で伝送多重制御信号が得られる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【0016】
図1を参照して、この発明の実施の形態による地上波ディジタルテレビジョン放送受信機は、アンテナ10で受信したディジタル放送の中から所望のチャネルを選択するチューナ12と、その選択したチャネルの信号をOFDM方式で復調するOFDM復調回路14と、その復調した信号に含まれるTMCC信号を復号するTMCC復号回路16と、その復号したTMCC信号に基づいてOFDM復調回路14で復調した信号を検波する検波回路18と、その検波した信号を時間および周波数でデインタリーブする時間・周波数デインタリーブ回路20と、そのデインタリーブした信号の誤り訂正を行なう誤り訂正回路22とを備える。
【0017】
OFDM復調回路14は、チューナ12からの信号をI(同相)信号およびQ(直交)信号に分離する直交復調回路141と、直交復調回路141から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器142と、A/D変換器142から出力される信号を同期検波する狭帯域AFC(自動周波数制御)回路143と、狭帯域AFC回路143から出力される信号を高速フーリエ変換するFFT回路144と、FFT回路144から出力される信号を再び同期検波する広帯域AFC回路145とを含む。OFDM復調方式の詳細は、本出願人の先願である特願平10−238885号に開示されている。
【0018】
図2は、高速フーリエ変換後の信号の構成を示す。図2に示すように、この信号には周波数の異なる数千のキャリアが含まれている。これらキャリアには、データ信号用のキャリアの他、TMCC信号用のキャリア、パイロット信号用のキャリア、ヌル信号用のキャリアなどがある。データ信号用のキャリアは13セグメントに分割され、これら13セグメントは最大3階層に分割されている。データ信号用のキャリアは各階層ごとに指定された変調方式でデータ信号に応じて変調されている。TMCC信号用のキャリアはDBPSK方式でTMCC信号に応じて変調されている。
【0019】
各フレームは204シンボルで構成されている。各シンボルごとにデータの開始位置を示すパルスがあり、この位置を基準として予め定められた位置に複数のTMCC信号が挿入されている。ただし、同一シンボル内の複数のTMCC信号はすべて同一情報を有している。また、各シンボル内には複数のパイロット信号も予め定められた位置に挿入されている。また、ヌル信号は各シンボル内の両側に挿入されている。
【0020】
図1に示した高速フーリエ変換前の狭帯域AFC回路143では、このようなキャリア間隔以内の周波数ずれをなくしている。図1に示した高速フーリエ変換後の広帯域AFC回路145ではさらに、このようなキャリア間隔単位の周波数ずれをパイロット信号を基準にしてなくしている。これら2つのAFC回路143,145が動作して周波数ずれが全くなくなる。なお、上述したデータ開始パルスはこの広帯域AFC回路145で生成される。
【0021】
以上のようにOFDM復調によりキャリア間隔以内のずれがなくなりかつキャリア間隔単位のずれがなくなれば、TMCC信号用のキャリアはデータ開始パルスの位置を基準に予め定められた位置にあるので、シンボル間で同じ位置にあるTMCC信号用のキャリアをDBPSK方式で復調することによりTMCC信号を復号することができる。
【0022】
ここで、DBPSK変復調について簡単に説明する。TMCC信号は、1フレーム中のシンボル数と同じ204ビットからなる。DBPSK変調によると、TMCC信号の各ビットは対応するシンボルとその1つ前のシンボルとの間におけるキャリアの位相差として符号化される。より具体的には、「0」は0度の位相差として符号化され、「1」は180度の位相差として符号化される。実際には図3のコンスタレーション上に示すようにキャリアのI信号のレベルを変化させる。「0」のビットを符号化する場合において1つ前のシンボル中のI信号が負のときはそのビットに対応するシンボル中のI信号も負とする。一方、「1」のビットを符号化する場合において1つ前のシンボル中のI信号が負のときはそのビットに対応するシンボル中のI信号を正とする。なお、いずれの場合もQ信号は常に「0」とする。
【0023】
このようなI信号およびQ信号のレベルを2の補数を用いてたとえば12ビットで表示すると、正の最大レベルを有するI信号は[011111111111]となり、負の最大レベルを有するI信号は[100000000000]となる。Q信号は常に[000000000000]となる。ここで、最上位ビット(MSB)は符号ビットである。
【0024】
DBPSK方式による復調は上記と逆の処理を行なう。
図4を参照して、TMCC復号回路16は、TMCC信号用キャリアの有効な上位数ビットを抽出する有効ビット抽出回路161と、有効ビット抽出回路161から出力される信号をDBPSK方式で復調するDBPSK復調回路162と、DBPSK復調回路162から出力されるTMCC信号の中から同期ワードを検出しかつ保護する同期検出・保護回路163と、DBPSK復調回路162から出力されるTMCC信号の各ビットを同一シンボル内で多数決する多数決回路164と、多数決回路164から出力されるTMCC信号の誤り訂正を行なうSDSC(差集合巡回)復号回路165と、SDSC復号回路165から出力される誤り訂正後のTMCC信号を取得するTMCC信号取得回路166と、フレームパルスを含む各種制御信号、I,Qのデータ信号およびTMCC信号のタイミングを合わせて出力するタイミング調整回路167とを含む。
【0025】
有効ビット抽出回路161を設けた点がこの発明の特徴であり、その他の回路162〜167はTMCC信号の一般的な復号処理を行なう。
【0026】
DBPSK復調回路162では、各シンボル内で同じ位置にあるTMCC信号のキャリアをDBPSK方式で復調する。より具体的には、現在のシンボル中のキャリアをその1つ前のシンボル中のキャリアと位相比較し、位相差が0度であれば「0」とし、位相差が180度であれば「1」とする。たとえば図3に示すように、現在のI信号が負でありかつその1つ前のI信号も負であれば位相差は0度であるから現在のシンボルに対応するTMCC信号のビットを「0」と復調する。一方、現在のI信号が正でありかつその1つ前のI信号が負であれば位相差は180度であるから現在のシンボルに対応するTMCC信号のビットを「1」と復調する。
【0027】
多数決回路164では、その復調したビットを各シンボル内で対比し、多数決により「0」か「1」に決定する。各シンボル内には同じ情報を有するTMCC信号のキャリアが複数存在しているので、いずれかのキャリアに位相歪みがあっても多数決によりTMCC信号を元通りに復号することができる。
【0028】
同期ワード検出・保護回路163では、連続した16シンボル分のTMCC信号のビットをシフトレジスタに順次格納する。新しいビットがシフトレジスタに入力されると、最も古いビットがシフトレジスタから出力される。このようにしてTMCC信号の中から16ビットの同期ワードパターンを検出する。上述したように各フレームは204シンボルで構成されているが、各フレームの先頭シンボルを特定するために送信側で予め定められた同期ワードパターンがTMCC信号の第1〜第16ビットに設定されている。したがって、検出した16ビットの同期ワードパターンを所定の同期ワードパターンと比較し、これらが一致すればフレーム中の先頭シンボルを特定することができる。このような16ビットの同期ワードは各フレーム単位ごとにあるが、[0011010111101110]、[1100101000010001]、[001101011110110 ]・・・というように各フレームごとに反転する。したがって、所定の同期ワードパターンを一旦見つければ、そのパターンがフレーム単位で周期的に現われるか否かを確認する。このように各シンボルごとに多数決でTMCC信号の対応するビットを決定しかつ各フレームの先頭シンボルを特定することによりTMCC信号を再生し、これを誤り訂正符号化されたブロック単位でSDSC復号回路165に与える。
【0029】
SDSC復号回路165では、多数決回路164から出力されたTMCC信号の誤り訂正を行なう。ここでは多数決回路164からSDSC復号回路165にTMCC信号が各ビットごとに与えられるので、このSDSC復号回路165では硬判定で誤り訂正を行なう。これに代えて、各シンボル内のTMCC信号の和をそのままSDSC復号回路165に与えてもよいが、この場合、SDSC復号回路165では軟判定で誤り訂正を行なう。
【0030】
TMCC信号取得回路166では、SDSC復号回路165から出力された誤り訂正後のTMCC信号を取得する。ノイズなどの影響で誤りを訂正できなかった場合は、以前の状態のTMCC信号をタイミング調整回路167に与える。
【0031】
上述したようにTMCC信号はDBPSK方式で変復調しているので、理想的にはTMCC信号の位相は0度か180度である。しかしながら、実際には伝送中の歪みにより0度または180度からわずかにずれている。
【0032】
図5のコンスタレーション上に示すように、理想的には0度の位相を有するTMCC信号のキャリアが振幅歪みおよび位相歪みを受けると、その位相が0度からわずかにずれかつその振幅がわずかに小さくなる。図6に示すように、振幅歪みおよび位相歪みのない場合、I信号は正の所定値[011100000000]を有し、Q信号は0値[000000000000]を有する。一方、振幅歪みおよび位相歪みを受けた場合、I信号は正の所定値よりもわずかに小さい値を有し、Q信号は0値よりもわずかに大きい値を有する。
【0033】
また、図7のコンスタレーション上に示すように、理想的には180度の位相を有するTMCC信号のキャリアが振幅歪みおよび位相歪みを受けると、その位相が180度からわずかにずれかつその振幅がわずかに小さくなる。図8に示すように、歪みのない場合、I信号は負の所定値[100011111111]を有し、Q信号は0値[000000000000]を有する。一方、歪みを受けた場合、I信号は負の所定値よりもわずかに小さい値を有し、Q信号は0値よりもわずかに大きい値を有する。
【0034】
したがって、DBPSK復調回路162では、実際には、現在のシンボル中のTMCC信号のキャリアとその1つ前のシンボル中のTMCC信号のキャリアとの位相差が0度に近いか180度に近いかで「0」か「1」かを判別する。したがって、I信号およびQ信号の上位数ビットを検出すれば「0」か「1」かを十分判別することができる。
【0035】
一般に、多少大きな位相歪みおよび振幅歪みを受けても正確にTMCC信号を復号できるように常に上位6ビット程度を用いる方法が考えられる。復号に用いるビット数を増やせば復号精度は上がるが、DBPSK復調回路162の回路規模が大きくなる。また、同一シンボル内にはN個のTMCC信号があるので、1つ前のシンボル内のTMCC信号を記憶しておくために、復号に用いるビット数のN倍の記憶容量が必要となる。
【0036】
復号に用いるビット数を少なくすれば回路規模を小さくすることができるが、復号精度が下がり、比較的大きな位相歪みおよび振幅歪みを受けた場合に正確にTMCC信号を復号することができなくなる。
【0038】
そこで、この発明の実施の形態ではTMCC信号のキャリアが位相歪みおよび振幅歪みを受け、そのレベルが低くなった場合でも正確にTMCC信号を復号することができるように、有効ビット抽出回路161を設けている。この有効ビット抽出回路161では、TMCC信号のキャリアを示す全ビットの中から有効な数ビットを抽出する。より具体的には、MSBに最も近くかつMSBの値と異なる値を有するビットを中心に3ビットを抽出する。
【0039】
図9を参照して、有効ビット抽出回路161は、I信号およびQ信号の符号を判別する符号判別回路1611と、I信号またはQ信号が正の場合にMSBから順にビットを検索して「1」を有する最初のビットの位置を特定するビット検索回路1612と、I信号またはQ信号が負の場合にMSBから順にビットを検索して「0」を有する最初のビットの位置を特定するビット検索回路1613と、ビット検索回路1612または1613により特定されたビットを中心として3ビットを抜出すビット抜出回路1614とを含む。
【0040】
図5および図6に示したI信号およびQ信号の場合、I信号およびQ信号のMSBはいずれも「0」であるから符号判別回路1611ではI信号およびQ信号のいずれも正と判断する。この場合、ビット検索回路1612においてI信号およびQ信号のビットをMSBから最下位ビット(LSB)に向かってそれぞれ順に検索し、最初に「1」があるビットの位置をそれぞれ特定する。歪みのない場合はI信号のMSBよりも1つ下のビットを特定し、歪みのある場合はI信号のMSBよりも4つ下のビットを特定すると同時にQ信号のMSBよりも5つ下のビットを特定する。ビット抜出回路1614では、歪みのない場合はその特定したビットとその1つ上のビット(MSB)とその1つ下のビットとを抜出す。歪みのある場合はその特定した2つのビットの位置を比較し、より上位の位置のビットを中心として3ビットを抽出する。この例ではI信号中で特定したビットの方が上位にあるので、I信号およびQ信号のいずれについてもMSBよりも4つ下のビットとその1つ上のビットとその1つ下のビットとを抽出する。
【0041】
一方、図7および図8に示した歪みのあるI信号およびQ信号の場合、I信号およびQ信号のMSBはいずれも「1」であるから符号判別回路1611ではI信号およびQ信号はいずれも負と判断する。この場合、ビット検索回路1613においてI信号およびQ信号のビットをMSBからLSBに向かって順に検索し、最初に「0」があるビットの位置をそれぞれ特定する。この例ではI信号についてはMSBよりも4つ下のビットを特定すると同時に、Q信号についてはMSBよりも5つ下のビットを特定する。ビット抜出回路1614ではその特定した2つのビットの位置を比較し、より上位のビットを中心として3ビットを抜出す。この例ではI信号中で特定したビットの方が上位であるから、I信号およびQ信号のいずれについてもMSBよりも4つ下のビットとその1つ上のビットとその1つ下のビットとをそれぞれ抜出す。
【0042】
このようにして抽出した3ビットのI信号と3ビットのQ信号とをDBPSK復調回路162に与える。DBPSK復調は振幅の絶対値に関係なく、I信号とQ信号との比で表わされる位相のみが有効であるから、これら3ビットの信号で十分に復調が可能である。
【0043】
以上のように構成されたTMCC復号回路16によれば、小さい回路規模でも高精度でTMCC信号を復号することができる。
【0044】
TMCC信号の復号後、検波回路18では、TMCC復号回路16から出力されるTMCC信号に基づいてOFDM復調回路14から出力されるデータ信号のキャリア(TMCC信号やパイロット信号のキャリアを除く)を復調する。より具体的には、データ信号のキャリアに各階層ごとに割当てられた変調方式をTMCC信号に基づいて特定する。QPSK変調、16QAM変調、または64QAM変調されたキャリアに対しては、パイロット信号を利用して振幅および位相の等化を行なう。また、DQPSK変調されたキャリアに対しては、シンボル間で差動復調を行なう。差動復調すると、振幅および位相等化されたQPSK方式の信号となる。
【0045】
時間・周波数デインタリーブ回路20では、時間方向、つまりシンボル間でキャリアを並び変えるとともに、周波数方向、つまりシンボル内でキャリアを並び変える。
【0046】
誤り訂正回路22では、ビダビ復号およびリードソロモン復号により誤り訂正を行なう。これにより、MPEG−2に準拠したデータストリームを得ることができる。
【0047】
以上のようにこの実施の形態によれば、TMCC信号のキャリアを表わすビットの中から有効な3ビットのみを抽出する有効ビット抽出回路161を設けているため、小さい回路規模でも精度よくTMCC信号を復号することができる。
【0048】
上述した実施の形態ではMSBの値と異なる値を有するビットを特定し、その特定したビットを中心として3ビットを抽出しているが、少なくともその特定したビットとその1つ上のビットとを抽出すれば、精度は少し低下するが、より小さい回路規模でTMCC信号を復号することができる。逆に、その特定したビットを中心とする3ビットに加えてさらにその下のビットも抽出すれば、回路規模は少し大きくなるが、より高い精度でTMCC信号を復号することができる。
【0049】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0050】
【発明の効果】
この発明によれば、伝送多重制御信号のキャリアを表わすビットのうち有効な数ビットを抽出しているため、小さい回路規模でも高い精度で伝送多重制御信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態による地上波ディジタルテレビジョン放送受信機のフロントエンド構成を示すブロック図である。
【図2】 図1に示した地上波ディジタルテレビジョン放送受信機における高速フーリエ変換後の信号構成を示す図である。
【図3】 DBPSK変復調を説明するための図である。
【図4】 図1中のTMCC復号回路の構成を示すブロック図である。
【図5】 TMCC信号の正のキャリアを示すコンスタレーション図である。
【図6】 図5に示したTMCC信号のキャリアを構成するI信号およびQ信号のビットを示す図である。
【図7】 TMCC信号の負のキャリアを示すコンスタレーション図である。
【図8】 図7に示したTMCC信号のキャリアを構成するI信号およびQ信号のビットを示す図である。
【図9】 図4中の有効ビット抽出回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
14 OFDM復調回路、16 TMCC復号回路、161 有効ビット抽出回路、162 DBPSK復調回路、1611 符号判別回路、1612,1613 ビット検索回路、1614 ビット抜出回路。
Claims (4)
- DBPSK方式で変調した伝送多重制御信号のキャリアとともにデータ信号のキャリアをOFDM方式で変調したディジタル放送を受信するためのディジタル放送受信機であって、
前記データ信号および前記伝送多重制御信号のキャリアをOFDM方式で復調するOFDM復調手段と、
前記OFDM復調手段から出力される伝送多重制御信号のキャリアを示すビットの中から、最上位ビットに最も近くかつ前記最上位ビットの値と異なる値を有するビットとその1つ上のビットとを抽出する有効ビット抽出手段と、
前記有効ビット抽出手段から出力されるビットをDBPSK方式で復調して伝送多重制御信号を得るDBPSK復調手段と、
前記DBPSK復調手段から出力される伝送多重制御信号に基づいて、前記OFDM復調手段から出力されるデータ信号のキャリアを復調してデータ信号を得るデータ信号復調手段とを備える、ディジタル放送受信機。 - 前記有効ビット抽出手段はさらに、前記最上位ビットの値と異なる値を有するビットの1つ下のビットを抽出する、請求項1に記載のディジタル放送受信機。
- 前記有効ビット抽出手段は、
前記伝送多重制御信号のキャリアの符号を判別する符号判別手段と、
前記符号判別手段による判別の結果、前記符号が正の場合は最上位ビットから順にビットを検索して「1」を有する最初のビットの位置を特定し、前記符号が負の場合は最上位ビットから順にビットを検索して「0」を有する最初のビットの位置を特定するビット検索手段と、
前記ビット検索手段により特定された位置のビットとその1つ上のビットとを抜き出すビット抜出手段とを含む、請求項1に記載のディジタル放送受信機。 - 前記ビット抜出手段はさらに、前記特定された位置のビットの1つ下のビットを抜き出す、請求項3に記載のディジタル放送受信機。
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