JP4503613B2 - 誤り訂正方法及び装置 - Google Patents
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Description
従来技術によるFEC方式は、大きく3つに分類することができる。1番目はストリーム型伝送方式に用いられるFEC方式であり、2番目はパケット型伝送方式において、パケット消失の補償を行うFEC方式であり、3番目はパケット型伝送方式において、パケットの消失及びパケット内のビット誤りの訂正を行うFEC方式である。以下、図6〜9を用いて、従来技術によるFEC方式について説明を行う。
図6(a)に示す単一の誤り訂正符号を用いる方式の送信側においては、送信データを、所定のビット数を単位として区切り、区切ったデータに対して誤り訂正符号を計算して符号語を生成する。受信側においては、誤り訂正符号に基づき誤りの訂正を行う。
積符号では、例えば、バースト誤りにより、1つの行に内符号の誤り訂正能力以上の誤りが発生した場合であっても、列方向では、バースト誤りとはならないため、外符号により総ての誤りが訂正できる等、その誤り訂正能力が向上する。例えば、国内の地上デジタル放送では、内符号としてパンクチャド畳み込み符号を、外符号として(204、188)短縮化リードソロモン符号を用いた積符号によるFEC方式を採用している(例えば、非特許文献2、3参照。)。
本方式では、図8(a)に示す様に、データ列を所定長のデータA〜Dに区切り、行列状に配置した上で、行方向に外符号を計算し、データA〜Dそれぞれに外符号A〜Dを付与する。続いて、データ及び外符号に対して、列方向に内符号を計算し、内符号Zを付与、即ち、積符号を計算する。
受信側においては、図9に示す様に、セル番号に基づき、送信側と同じ行列状にデータを並べる。このとき、セル番号から検出できる消失セルについては、ダミーデータを挿入しておく。図9においては、データB−1のATMセルが消失したため、データB−1の位置にダミーデータを挿入している。また、誤りが発生したデータについては、この段階では検出できず、従って誤りを有したままのデータが行列状に配置される。図9においては、データD−2に誤りが発生している。
低効率となる原因は、外符号を格納する専用セルの存在である。例えば、非特許文献4では、(442、424)BCH符号で伝送効率が21/22であり、(460、424)BCH符号で、伝送効率が10/11としている。
また、Turbo Product Codeを用いて積符号のように二次元に符号化する方法も考えられているが、Turbo Product Codeは計算量が多く、特に復号時に繰り返し演算が必要となり処理が複雑になる。Turbo Product Codeを用いる方法については、例えば、特許文献4に記載されている。
D * M+1,N =[I M+1 +F M+1 ・E M+1 ]D M+1,N …(1)
D * M+1,N =[I M+1 +F M+1 ・E M+1 ]D M+1,N …(1)
図1は、本発明による誤り訂正方法の符号化を説明する図である。図1(a)に示す様に、送信側装置では、送信データをNビット単位に区切り、M個のNビットデータ(データ#1〜#M)を、行列状に配置して符号化処理を行う。即ち、送信側装置は、符号化処理を、N×Mビット単位で行う。ここで、N及びMは、所定の自然数である。尚、図1においては、送信データを、第1行から行の昇順に配置する形態で示しているが、第1列から列の昇順に配置する形態等、送受信側で共通であればN×Mビットデータの配置順には制限はない。
最後に、Q+Nビットからなる各行に対して、誤り検出符号により符号化を行い、誤り検出符号である内符号を付与する。図1(b)に示す様に、本例において、内符号はQ+Nビットに対してnビットの誤り検出符号を生成するものとし、生成したnビットの内符号を、計算対象行と同一行に付与している。以後、図1(b)に示す様に、第k行(1≦k≦M+m)の内符号を内符号#kと呼ぶ。
受信側装置においては、まず受信パケットに必ず存在する、誤り検出符号である内符号により、誤りが生じているか否かの検査を行い、誤りを検出した場合には、当該パケットを廃棄する。続いて、受信パケットの番号情報に基づき、番号情報を除いたペイロード部分、即ちデータ又は外符号を含んでいる部分を、行列状に配置する。このとき、誤り検出により廃棄したパケット及びネットワークでの消失により受信しなかったパケットについては、適当なダミーデータを配置しても良い。図3は、本発明による誤り訂正方法の復号化を説明する図であり、図3においては、データ#4のパケットで誤りが検出されたことにより、或いは、データ#4のパケットをそもそも受信しなかったことにより、データ#4の位置にはダミーデータが配置されている。
尚、送信側装置において、Q+N+nビットからなる各行にパケットヘッダを付与して送信する例を示したが、1つのパケットには、ビット調整のためのパディング等、他のビットを格納することもできる。またその場合、誤り検出符号の検出対象範囲に他のビットを含めてもよい。即ち、Qビットの番号情報と、Nビットのデータ又は外符号とが、少なくとも、誤り検出符号の検出対象範囲であり、受信側装置で、Qビットの番号情報と、Nビットのデータ又は外符号と、nビットの誤り検出符号と、その他のビットの区別ができ、nビットの誤り検出符号が対象とする範囲が送信側装置と受信側装置で共通であればよい。尚、各ブロックによる処理遅延は、データ、クロック信号、各制御信号の非同期の原因となるが、適切な遅延回路の挿入によりこれを補償することができる。以降の説明では、遅延回路は省略する。
データ入力ポート1に入力される送信データは、図1(b)にて説明したようにN×Mビットを単位として処理され、RAM2の図4の点線で区切られた領域のうち、M行N列である中央上段の領域に順次書き込まれる。
RAM2のM行N列の領域に送信データを格納後、誤り訂正符号器3は、送信データの各列に対する誤り訂正符号を生成し、生成した誤り訂正符号を、訂正対象である送信データと同一列の第M+1行から第M+m行に格納する。以上の処理を送信データ総てに対し、つまり、RAM2の第Q+1列から第Q+N列まで行う。尚、1列ずつではなく、複数列ずつ並列に処理しても良い。また、N×Mビットの送信データが、総て、RAM2のM行N列の領域に格納された後に誤り訂正符号の生成と格納処理を行うのではなく、総ての行のデータが格納された列から順に、誤り訂正符号の生成と格納処理を行ってもよく、処理時間を低減することができる。
続いて、誤り検出符号器4が、各行のデータに対する誤り検出符号を生成し、誤り検出の対象行の第Q+N+1列から第Q+N+n列に格納する。誤り訂正符号器3と同様、誤り検出符号器4は、1行ずつではなく、複数行ずつ並列に処理しても良い。また、RAM2の(Q+N)×(M+m)の領域総てに必要なデータ、つまり、番号情報、送信データ、誤り訂正符号が格納された後に、誤り検出符号の生成と格納処理を行うのではなく、総てのデータが格納された行から順に、誤り検出符号の生成と格納処理を行ってもよく、処理時間を低減することができる。
図5は、本発明による誤り訂正復号化装置、即ち、受信側装置のブロック図である。図5によると、誤り訂正復号化装置は、パケットヘッダ分離器8と、誤り検出器9と、番号情報分離器10と、RAM11と、誤り訂正器12とを備えている。また、符号7はパケット入力ポートであり、符号13はデータ出力ポートである。
誤り検出器9は、誤り検出符号に基づき、入力された番号情報+データ、又は、番号情報+誤り訂正符号に誤りが発生しているか否かを検査する。誤り検出器9は、誤りを検出しなかった場合には、番号情報+データ、又は、番号情報+誤り訂正符号を番号情報分離器10に出力し、誤りを検出した場合には、何も出力をしない。
RAM11の第1列は、パケット廃棄を示すパケット廃棄フラグ領域であり、第2列から第N+1列の第1行から第M行は、データを格納する領域であり、同列の第M+1行からM+m行は、誤り訂正符号を格納する領域である。パケット廃棄フラグは、同一行のデータ又は誤り訂正符号が正常に受信されたものであるか否かを示し、値が0である場合には誤りなく受信したことを、値が1である場合には廃棄又は誤り検出されたことを示している。尚、総てのパケット廃棄フラグには、RAM11の初期化時と、N×Mビットのデータ処理が完了するごとに値1が設定される。
D* M+1,N=[IM+1+FM+1・EM+1]DM+1,N (1)
ただし、式(1)はモジュロ2上での演算である。例えば、N=8、M=4とし、送信データを、
通常、1ビットの誤り訂正を行うには、最小ハミング距離が3ビット以上の符号を用いる必要がある。4ビットのデータの場合には、最低でも誤り訂正符号として3ビット必要である。例えば、誤り訂正符号が3ビットである符号として、2元(7,4)BCH符号がある。本数値例では誤り訂正符号は1ビットであり、送信すべき情報が少なくてすむので信号伝送帯域を削減できる。誤り検出符号としては、誤りを検出するのみなのでパリティビットのような簡易な符号も適用可能である。また、イーサネット(登録商標)フレームのような、誤り検出機能をもともと有しているパケットに対して適用すれば、誤り検出符号を新たに付加する必要は無く、帯域を余分に必要とせずに済む。
Claims (2)
- 送信側装置において送信対象であるデータを、所定ビット数単位で符号化してパケットにより送信し、受信側装置においてパケットのビット誤り及びパケット消失を補償する誤り訂正方法であって、
送信側装置において、
データを行列状に配置するステップと、
行列状に配置したデータの列方向に誤り訂正符号を計算し、データと同一列数の行列状に配置するステップと、
データ又は誤り訂正符号を有する各行に、行番号に対応する番号情報を付与するステップと、
各行の(番号情報とデータ)又は(番号情報と誤り訂正符号)に対するビット誤りを検出する誤り検出符号を付加して、それぞれ、1つのパケットに格納して送信するステップと
を有し、
受信側装置において、
受信したパケットの誤り検出符号によって、(番号情報とデータ)又は(番号情報と誤り訂正符号)の行単位でビット誤りを検出するステップと、
誤りを検出しなかった行では(番号情報+データ)又は(番号情報+誤り訂正符号)の番号情報を分離した(データ)又は(誤り訂正符号)の行の第1列目に0を付加した行と、誤りを検出した行では第1列目が1でその他の列が不定値の行とで作成した行列(M+1行(Mは自然数),N+1列(Nは自然数))の第1列目を行列F M+1 とし、第2列目以降を行列D M+1,N とするステップと、
(M+1)行(M+1)列の単位行列I M+1 と、総ての要素が1である長さがM+1の横ベクトルをE M+1 とを用いて、式(1)により誤り訂正した行列D * M+1,N を得るステップと
D * M+1,N =[I M+1 +F M+1 ・E M+1 ]D M+1,N …(1)
を有することを特徴とする誤り訂正方法。 - 入力される所定ビット数のデータを行列状に配置し、各列に対して誤り訂正符号を計算し、計算した誤り訂正符号を、各列に付加する誤り訂正符号手段と、
前記誤り訂正符号手段が出力する各行に、行番号に対応する番号情報を付加する番号情報付与手段と、
前記番号情報付与手段が出力する各行に、各行の(番号情報とデータ)又は(番号情報と誤り訂正符号)に対するビット誤りを検出する誤り検出符号を付加する誤り検出符号手段と、
前記誤り検出符号手段が出力する各行を、1つのパケットに格納して送信するパケット送信手段と
で構成される誤り訂正符号化装置が出力するパケットを受信して復号化する誤り訂正装置であって、
各パケットに含まれる誤り検出符号によって、(番号情報とデータ)又は(番号情報と誤り訂正符号)の行単位でビット誤りを検出する誤り検出手段と、
誤りを検出しなかった行では(番号情報+データ)又は(番号情報+誤り訂正符号)の番号情報を分離した(データ)又は(誤り訂正符号)の行の第1列目に0を付加した行と、誤りを検出した行では第1列目が1でその他の列が不定値の行とで作成した行列(M+1行(Mは自然数),N+1列(Nは自然数))の第1列目を行列F M+1 とし、第2列目以降を行列D M+1,N とするステップと、
(M+1)行(M+1)列の単位行列I M+1 と、総ての要素が1である長さがM+1の横ベクトルをE M+1 とを用いて、式(1)により誤り訂正した行列D * M+1,N を得る誤り訂正手段と
D * M+1,N =[I M+1 +F M+1 ・E M+1 ]D M+1,N …(1)
を有することを特徴とする誤り訂正装置。
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