JP3732057B2 - ディジタル伝送装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)変調方式を用いたディジタル伝送装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
今まで、NTSC方式等の動画像信号は、FM変調を用いたアナログのFPU(Field Pick-Up Unit)によって、帯域17MHzで無線伝送されている。
しかし、昨今、電波事情がひっ迫し、帯域の削減が検討されている。 また、アナログFPUの場合、マルチパスによる干渉で、伝送した画像に縞模様が入る等の障害が頻繁に生じる問題がある。
これらの解決策として、ディジタル伝送が開発され、一部実用化されている。
ただし、この場合には画像圧縮装置との併用が不可欠である。 つまりNTSC方式の動画像信号は、非圧縮状態では140Mbpsもあり、17MHz程度の帯域では伝送困難である。
しかし、MPEG−2等の方式で圧縮すれば8M〜25Mbps程度となり、高度な変調方式を用いれば、アナログ1チャネル分の帯域(17MHz)により、2チャネルの動画像信号を伝送することもできる。
ここで、ディジタル伝送方式の場合、伝送されたデータに、1ビットでも誤りが残っていると、重大な画質劣化を引き起こす。
このため、圧縮データには、エラー訂正符号が付加され、ある程度以下の混入エラーは、訂正できるようになっている。
即ち、ディジタルFPUは、エラー訂正処理と併用されることで、伝送状態の多少の劣化が存在しても、画質劣化が無い画像伝送を実現できる装置である。
しかし、ディジタルFPUは、伝送状態があるレベル以下に劣化すると、画像が全く現れない状態に陥る。 つまりアナログ方式であれば、伝送状態の劣化におおよそ比例して、徐々に画質劣化がおきるが、ディジタルFPUでは、完璧か全滅の何れかとなる。
【0003】
図6に一般的な画像コーデック(エンコーダ側)の構成を、図7に各部データの模式図を示し、以下にこの動作を説明する。
画像コーデック16は、画像圧縮部16−1、リードソロモン訂正符号部16−2、インターリーブ処理部16−3、およびシリアル変換部16−4から構成される。
画像圧縮部16−1では、ここに入力される映像信号を、MPEG−2方式に基づき圧縮し、188W(ワード)を単位とする圧縮データを作成する。 なお、188Wの構成は、先頭の1Wの同期用コード(47h)と、それに続く187Wの圧縮データからなる。
リードソロモン訂正符号部16−2は、188Wの圧縮データを伝送に適するように、16Wのリードソロモン訂正符号(パリティ)を付加し、204W構成のデータ群を作成する。 なお、16Wのリードソロモン訂正符号は伝送中の当該204W中に混入した誤りを、8Wまでなら訂正する能力を持つ。
インターリーブ処理部16−3は、伝送状態が劣化した場合、劣化するデータが分散するように、データの順序を並べ替えるものである。
シリアル変換部16−4では、この並べ替えられたパラレルデータをシリアル信号に変換し、伝送データDoとして出力するものである。
【0004】
次に、一般的な画像コーデック(デコーダ側)の構成を図8に、バーストエラーの混入と逆インターリーブ処理の様子を図9に示し、以下この動作を説明する。
画像コーデック17は、同期検出パラレル変換部17−1、逆インターリーブ処理部17−2、リードソロモン訂正処理部17−3及び画像復号部17−4とから構成される。
同期検出パラレル変換部17−1は、伝送されてきたシリアルデータDiから逆インターリーブ処理の基準となる同期コード(47h)を検出すると共に、このデータをパラレルデータに変換する。
逆インターリーブ処理部17−2は、送信側で並べ替えられたデータの順序を元のデータ配列に戻すものである。
リードソロモン訂正処理部17−3では、付加された16Wのリードソロモン訂正符号により、伝送中に混入した誤りを訂正する。
画像復号部17−4では、誤り訂正されたデータを復号化し、元の映像信号を出力する。
【0005】
伝送中には、数十Wが連続した誤りとなるバーストエラーと呼ぶ連続エラーが混入するケースが発生する。 そこで、バーストエラー耐性を向上させるため、伝送データには、前述のようなインターリーブ処理が施されている。
このバーストエラーと逆インターリーブ処理の状態を図9に示す。 この図では、連続3Wのエラーが逆インターリーブ後に、1Wの単独エラーに変換されている例を示している。 即ち、インターリーブにより204W単位のデータは、隣接、隣隣接、…の17ヶに渡る204Wのデータと入れ替えられているため、図9のように、連続するバーストエラーは、逆インターリーブ処理後は、1Wの単独エラーとなっている。
その結果、8Wを越えるバーストエラーが発生しても、逆インターリーブ処理後は、エラーが8W以下に減少するため、誤り訂正で全エラーを訂正できる。
近年、ヨーロッパやアメリカおよび日本でディジタル放送が検討されており、その変調方式としてOFDMの採用が有力視されている。 OFDMとはマルチキャリア変調方式の一種で多数のディジタル変調波を加えあわせたものである。
【0006】
以下、OFDM信号を式で表し、簡単に説明する。 まず、各キャリアのQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)信号をαk(t)とすると、これは、次の式(1)で表される。
αk(t)=ak(t)・cos(2πkft)+bk(t)・sin(2πkft) ・・・・・(1)
ここで、kはキャリアの番号を示し、ak(t)、bk(t)は、k番目のキャリアのデータで、[−1]または[1]の値をとる。
次に、キャリアの本数をNとすると、OFDM信号はN本のキャリアの合成であり、これをβk(t) とすると、これは、次の式(2)で表される。
βk(t)=Σαk(t) (但し、k=1〜N とする) ・・・・・(2)
そして、OFDM信号は、上記の信号から以下のようにして構成される。
まず、例えば1024サンプルの有効サンプルデータに、ガードインターバルデータ48サンプルを付加して1072サンプルとしたものを、1組の信号単位シンボルとする。
次に、この信号単位シンボル894組について、4組の同期シンボルと2組の予備シンボルを付加して900組とし、これをフレームと呼ぶストリーム単位の繰り返しとして、OFDM信号を構成するのである。
【0007】
図10は、このようなOFDM信号を用いた伝送装置の基本構成ブロック図である。 以下、このOFDM伝送装置の構成と動作について説明する。
まず、送信側の畳み込み符号化部2Bにおいて、ここに入力されるシリアルデータDinに、畳み込み符号化を施したデータDiが作成される。
次に、インターリーブ処理部3において、前述したようなデータの並べ替え処理が行われ、データDiiが作成されるとともに、インターリーブ処理の基準であり、かつ、OFDM信号のフレーム作成の基準であるFSTパルスを出力する。
レート変換/1次変調部4は、連続的な入力データDiiを、FSTパルスを基準に間欠的な状態に変換した後、1次変調符号化して、I軸とQ軸の2軸にマッピングしたデータRとIを出力する。
IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆フーリエ変換)部5は、FSTパルスを基準に、取り込んだデータRとIを周波数成分と見なし、例えば、1024ポイントからなる時間軸信号に変換し、48サンプルのガード期間を付加した時間軸波形RgとIgを出力する。
同期シンボル挿入部6は、FSTパルスを基準とし、前記のデータシンボル894個ごとに、予めメモリ等に記憶された、例えば4個の同期シンボル波形と2個の予備シンボル波形を挿入し、データRsgとIsgを作成する。
この信号RsgとIsgは、直交変調処理部7において直交変調され、フレーム構成のOFDM変調波となり送信される。 クロック発振器8からのクロックCKは、上記の各部に供給される。 ここで、レート変換/1次変調部4からクロック発振器8により、OFDM変調部OFDM-Tが構成される。
【0008】
そして、送信されたOFDM変調波は、受信側の直交復調処理部9においてベースバンド信号に直交復調され、データR'sgとI'sgとして出力される。
このデータR'sgとI'sgは、同期検出器10に入力され、ここで、上記の同期シンボル群が検出され、フレームの基準としてパルスFSTrcを各部に出力する。
また、データR'sgとI'sgは、FFT部12に入力され、ここで、時間軸波形信号から周波数成分信号R'fとI'fに変換される。
この信号R'fとI'fは、復号化/レート逆変換部13にて復号化後、連続的な信号Doiに変換される。 ここで、直交復調処理部9から復号化/レート逆変換部13により、OFDM復調部OFDM-Rが構成される。
そして、逆インターリーブ処理部14にて、並べ替えられたデータ列を元に戻したデータDoとなる。
そして、畳み込み訂正部15Bにてエラー訂正された後、シリアルのデータDoutとシリアルクロックCKRXとが出力される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来の構成においては、コーデック装置で行うインターリーブ処理と伝送装置で行うインターリーブ処理とは、それぞれ別個に行われている。
そのため、両者の並べ替えのタイミングによっては、インターリーブ効果が逆に薄れてしまうこともある。
例えば、図11に示すように、コーデック装置で行うインターリーブ処理の並べ替えのタイミング基準と、伝送装置で行うインターリーブ処理の並べ替えのタイミング基準が合っていないと、それぞれのインターリーブ効果が相殺され、即ち、双方によるデータの並べ替え(拡散状態)が相殺されてしまう。
本発明はこれらの欠点を除去し、コーデック装置でインターリーブを施された入力データに対して、伝送装置で行うインターリーブ処理が、各々のデータの並べ替え効果を打ち消し合うことのないようにすることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、所定のワード毎に特定同期コードを有し、所定の訂正符号が付加され、所定法則でデータ並び順を入れ替えたデータストリームを主たる入力データとし該データに伝送エラー訂正符号を付加し、データ並び順の入れ替え処理を施した後、該処理済みデータを変調して所定周期毎に特定シンボルを挿入した送信信号を作成、送出する送信側伝送装置と、当該送信信号を受信し、上記特定シンボル位置を基準に復調、再生する受信側伝送装置において、上記送信側伝送装置に、上記入力データから上記特定同期コードを検出する手段と、該検出結果に基づき、上記入力データにおける訂正符号化の付加とデータ並び順の入れ替え処理の各タイミングに、上記送信側伝送装置の処理基準を一致させるように制御する手段を設けたものである。更に、上記特定シンボルの挿入されるフレーム周期間に伝送されるデータ量が、上記入力データの特定同期コードの挿入される周期間あるいは上記入力データの並べ替え法則の周期間のデータ量のN倍に設定されるようしたものである。また、上記特定シンボルの挿入周期に同期して、パンクチャ処理を行うものである。
【0011】
即ち本発明では、まず、画像コーデックからの出力データ中に定期的に存在するインターリーブ処理の基準を示す特定同期コード(47h)を検出し、これに基づき、伝送装置内インターリーブ処理基準を該検出結果に一致させる。
つまり、伝送装置の動作基準であるFST信号を画像コーデックのインターリーブ基準のデータに一致させることにより、両者のインターリーブ処理基準を一致させることが可能となる。
また、伝送同期シンボル周期内のデータ量を入力データ中のインターリーブ処理基準のデータ量のN倍に一致させたパラメータ設定をすることによって、図2に示す様に、画像コーデックのインターリーブ処理と伝送装置のインターリーブ処理の基準が一致するため、それぞれのインターリーブ効果が相乗的になり、従って、データの並べ替え(拡散状態)が相殺されてしまうことを防止することができる。
また、図3に示す様に、入力データDo中の基準検出出力に基づき、FSTパルスを作成しているため、画像コーデックと伝送装置のインターリーブ処理が同期したものとなる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明のOFDM信号を用いた伝送装置の全体ブロック構成を示し、以下、その動作を説明する。
まず、送信側の画像コーデック16で、前述の様にして画像圧縮、インターリーブ処理等が施されたデータDinは、基準検出部1A及び畳み込み符号化部2Aに接続される。
また、基準検出部1Aには、送信側クロックCKTXも入力され、基準検出部1Aの検出出力パルスSTは、FST発生部1Bに入力される。
FST発生部1Bは、入力されたパルスSTからフレーム周期を表すパルスFSTDを作成する。
このパルスFSTDは、畳み込み符号化部2Aおよびインターリーブ処理部3及び前述のようなOFDM変調部OFDM-TのFST端子に接続される。
OFDM変調部OFDM-Tは、前述の様にして、入力される畳み込み符号化及びインターリーブ処理されたデータDiiからOFDM変調波を生成し、これを、受信側に送信する。
【0013】
そして、受信側では、OFDM復調部OFDM-Rによって、このOFDM変調波を受信、復調し、ここで検出したパルスFSTr及び再生したクロックCKoを逆インターリーブ処理部14と畳み込み訂正部15Aに出力する。
また、OFDM復調部OFDM-Rは、復号したデータDoiを、逆インターリーブ処理部14に出力し、ここで元の順番に並べ替えられたデータDoは、畳み込み訂正部15Aに入力される。
そして、畳み込み訂正部15Aでエラー訂正された出力データDoutと受信側クロックCKRXは、画像コーデック17に入力され、ここで前述の様にして、逆インターリーブ処理、誤り訂正、復号化され、元の映像信号が出力される。
次に、各部の動作について、詳しく説明する。
まず、基準検出部1Aでは、データDin の204W毎に含まれる同期コード(47h)を検出し、画像コーデック16で施されたインターリーブ処理の基準となるデータ位置を特定する。
つまり、この基準となる同期コード(47h)は、通常、204W毎に挿入されているため、基準検出部1Aで検出した同期コード(47h)に基づき発生したパルス信号STを、FST発生部1Bで所定分周することにより、伝送装置のインターリーブ基準に等しい周期のパルスFSTを作成する。
【0014】
図4に、この基準検出部1Aの具体的なブロック構成の一例を示し、以下、その動作を説明する。
まず、入力されるデータDoは、1ビット8段のシフトレジスタ1A−1に入力される。
シフトレジスタ1A−1の各段出力は、比較器1A−2に並列に入力され、比較器1A−2の比較結果は、ゲート1A−3を経由して204Wのカウンタ1A−4のリセット端子に接続される。 ここで、送信側のクロックCKiはシフトレジスタ1A−1、カウンタ1A−4へ供給される。
カウンタ1A−4の出力RCOUTは、ゲート1A−6を経由しゲート1A−3の制御端子へ入力される。
ゲート1A−3の出力は、基準検出出力STとして出力されると共にゲート1A−6とタイマ1A−5に入力される。 タイマ1A−5の出力は、ゲート1A−6の制御端子に入力される。
比較器1A−2は、シフトレジスタ1A−1から出力されるデータ中の同期コード47hを検出すると、レベルHを出力する。
カウンタ1A−4は、自己で204Wをカウントして自己値が203に達した際に、出力パルスとしてRCOUT端子にレベルHを発生する。
タイマ1A−5は、所定時間以上入力が無いと、レベルLを出力する。
ゲート1A−6は、制御端子にタイマ1A−5からレベルLが印加されると出力をレベルHに固定する。
ゲート1A−3は、制御端子がレベルHの時のみ入力(比較器1A−2出力)を通し、レベルLの場合、出力をレベルLに固定する。
【0015】
従って、比較器1A−2で同期コード47hが検出され、レベルHが出力されると、これがゲート1A−3を通過してカウンタ1A−4に入力される。
これにより、カウンタ1A−4のリセット動作が行われ、この時タイマ1A−5からレベルLが所定時間(204W周期の10倍程度)出力される。
そして、ゲート1A−6は、制御端子がレベルLとなるため、カウンタ1A−4出力をゲート1A−3の制御端子に、そのまま通過させる。
すると、ゲート1A−3は、204W周期の位置に現れた同期コード47hのみをカウンタ1A−4に送る。
ここで、誤動作等でデータ中の同期コード47h出力タイミングとカウンタ1A−4のリセット出力RCOUTのタイミングが一致しない状態が長く続くと、タイマ1A−5により、ゲート1A−6,1A−3を動作させ、カウンタ1A−4の出力RCOUTと別個の時間に検出した同期コード47hでもってカウンタ1A−4を再リセットする。
そして、この出力はゲート1A−3にも送られ、基準として挿入された真の同期コード以外のコード47hのデータを排除する。
図5に、本発明のOFDM信号を用いた伝送装置の他のブロック構成を示す。これは、画像コーデック16Aで行われるインターリーブ処理等の基準となるタイミング(基準検出出力ST)を、別系統のラインで画像コーデック16Aから受け取ることのできる構成である。 即ち、FST発生部18で、この基準検出出力STから、直接的にパルスFSTDを発生するものである。
【0016】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、コーデック装置と伝送装置のインターリーブ動作の並べ替え基準を一致させることが可能となるため、両者が成し得る最大のインターリーブ効果を保った伝送システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の伝送装置の一実施例の全体構成を示すブロック図
【図2】本発明におけるインターリーブ基準一致の拡散状態を示す模式図
【図3】本発明の動作を示すタイムチャート
【図4】本発明の基準検出部1Aの具体的構成を示すブロック図
【図5】本発明の伝送装置の第2の実施例を示すブロック図
【図6】一般的な画像コーデック装置(エンコーダ側)の構成を示すブロック図
【図7】一般的な画像コーデック装置(エンコーダ側)の処理を説明するための模式図
【図8】一般的な画像コーデック装置(デコーダ側)の構成を示すブロック図
【図9】インターリーブ処理によるバーストエラーの拡散効果を説明する模式図
【図10】従来のOFDM伝送装置の構成を示すブロック図
【図11】従来技術におけるインターリーブ基準不一致時の拡散状態を示す模式図
【符号の説明】
1A:基準検出部、1B,18:FST発生部、2A:畳み込み符号化部、3:インターリーブ処理部、4:レート変換/一次変調部、5:IFFT部、6:同期シンボル挿入部、7:直交変調処理部、8:クロック発振器、9:直交復調処理部、10:同期検出器、11:電圧制御クロック発振部、12:FFT部、13:復号化/レート変換部、14:逆インターリーブ処理部、15A:畳み込み訂正部、16,16A,17:画像コーデック、OFDM-T:OFDM変調部、OFDM-R:OFDM復調部。
Claims (3)
- 所定のワード毎に特定同期コードを有し、所定の訂正符号が付加され、所定法則でデータ並び順を入れ替えたデータストリームを主たる入力データとし、該データに伝送エラー訂正符号を付加し、データ並び順の入れ替え処理を施した後、該処理済みデータを変調して所定周期毎に特定シンボルを挿入した送信信号を作成、送出する送信側伝送装置と、当該送信信号を受信し、上記特定シンボル位置を基準に復調、再生する受信側伝送装置において、上記送信側伝送装置に、上記入力データから上記特定同期コードを検出する手段と、該検出結果に基づき、上記入力データにおける訂正符号化の付加とデータ並び順の入れ替え処理の各タイミングに、上記送信側伝送装置の処理基準を一致させるように制御する手段を設けたことを特徴とするディジタル伝送装置。
- 請求項1において、上記特定シンボルの挿入されるフレーム周期間に伝送されるデータ量が、上記入力データの特定同期コードの挿入される周期間あるいは上記入力データの並べ替え法則の周期間のデータ量のN倍に設定されるよう構成したことを特徴とするディジタル伝送装置。
- 請求項1または2において、上記特定シンボルの挿入周期に同期して、パンクチャ処理を行うことを特徴とするディジタル伝送装置。
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