JP5033839B2 - 改善したａｔｓｃｄｔｖシステムのパラメータ符号化 - Google Patents

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Description

本発明は、2002年9月6日に出願された同一出願人の同時係属の米国仮特許出願第60/408,956号の利益を主張し、それぞれ2002年4月22日、2002年4月9日、2002年2月19日に出願された米国特許出願第2002/0194570号、第2002/0191712号、第2002/0181581号に関するものであり、“PACKET INSERTION MECHANISM FOR AN IMPROVED ATSC DTV SYSTEM”という題の同時係属の同一出願人による特許出願に関するものである。そのそれぞれの全ての内容と開示が参照として取り込まれる。
本発明は、デジタル信号伝送システムに関するものであり、特に符号化デジタルデータを表す信号の伝送に関するものである。
地上波放送チャンネルでの高解像度テレビ(HDTV)伝送用のATSC標準は、10.76MHzのレートで8レベル残留側波帯(VSB:vestigial sideband)シンボルストリームとして変調された12の独立の時分割トレリス符号化データストリームのシーケンスを有する信号を使用する。この信号は、標準的なVHF又はUHF地上波テレビチャンネルに対応する6MHzの周波数帯域に変換される。その周波数帯域で、信号は毎秒1939万ビットのデータレートで放送される。ATSCデジタルテレビ標準に関する詳細と、最新の改訂A/53は、http://www.atsc.org/で入手可能である。
既存のATSC 8-VSB A/53デジタルテレビ標準は、地上波設置条件におけるゴーストや雑音バーストや信号フェードや干渉のような複数のチャンネルの障害を克服する信号を十分に送信可能であるが、受信アンテナはだんだんと室内に配置されており、明瞭な信号を配信する課題を追加している。従って、変化する優先度及びデータレートのストリームが提供されてもよいように、ATSC標準における柔軟性の必要性が存在する。
前記の問題に対処するため、発明者は、米国特許出願第2002/0194570(以下“570出願”と呼ぶ)と、第2002/0191712(以下“712出願”と呼ぶ)と、第2002/0181581(以下“581出願”と呼ぶ)と、“PACKET INSERTION MECHANISM FOR AN IMPROVED ATSC DTV SYSTEM”(以下“Packet Insertion出願”と呼ぶ)におけるA/53に対する拡張を開示しており、その開示が参照として取り込まれる。
本発明は、信号伝送品質に関する更なる改善と、既存のA/53インフラの効率的な利用に関する更なる改善とを対象とする。
一態様において、本発明は、伝送用のテレビ放送信号に具現されたパラメータの符号化に関する。
その他の態様において、本発明は、伝送信号を正確に確認して信号のパラメータを伴うデータをデコードするために無線受信機により必要な、伝送される信号パラメータに符号化する技術に関する。
更にその他の態様において、本発明は、標準的なテレビプロトコルのデータ構造を利用し、既存の受信機との互換性を保つ標準に対する拡張を提供することに関する。
本発明の好ましい実施例によれば、ヘッダとボディを有する先導ビットストリング(leading bit string)と、ヘッダとボディを有する付随ビットストリング(trailing bit string)の無線通信が提供される。例えば、長さNのビットストリングは、ヘッダX0,X1,...XKとボディXK+1,XK+2,...XN-1を有してもよい。データは、先導ビットストリングのボディを形成するように符号化される。付随ビットストリングのヘッダは、符号化データをデコードする際に受信機により使用される少なくとも１ビットのパラメータを有するように形成される。受信機において先導ビットストリングと付随ビットストリングとを表す無線信号は、受信機に送信される。
符号化技術は、ビットストリームのビットを１つずつ符号化し、符号化ビットストリームを作るように固定のコードを用いることを有することが好ましい。符号化ビットストリームは、如何なる所定の時間での周波数帯がコードに関係なく事前に定められる信号を作るように変調される。このように変調された信号は、周波数帯の範囲内で伝送される。
本発明による例示的なテレビ通信システムのブロック図を示したものである。 図１に示すシステムのパラメータを符号化するために使用される回路の図である。 送信前且つ受信後に伝送用のデータが図１のシステムで受ける処理を表す例示的なフローチャートである。
図面を用いて、ここに開示されている本発明の詳細について以下に説明する。
図１は、本発明によるテレビ通信システム100の例示的な実施例を示している。通信システム100は、エンコーダ104と、送信機108と、受信機112と、データデコーダ116とを有する。エンコーダ104は、パラメータビットストリーム124及びデータビットストリーム128を受信するデータエンコーダ120と、パラメータエンコーダ132とを有する。送信機108はエンコーダ104に通信可能に接続され、変調器136とアンテナ140とを有する。受信機100は、アンテナ140からの信号の無線受信用に構成されたアンテナ144を有する。受信機100は、復調器148と、パラメータデコーダ152と、イコライザ156とを更に有し、データデコーダ116と通信可能に接続される。
図２は、本発明によるビット符号化に使用されるシーケンス生成器200の例を示したものである。シーケンス生成器200は、４要素のシフトレジスタ204を有し、そのシフトレジスタ204は、Dフリップフロップ208、212、216、220のような４つの遅延要素を有する。排他的論理和ゲートタップ224は、第３の要素216と第４の要素220との間に配置されている。第４の要素220は、第１の要素208の入力端子232とタップ224にフィードバックする出力端子を有する。
図２に示すように、各フリップフロップ208-220は、事前にロードされたビット値を有し、共通クロック(図示せず)に接続されている。最初のクロックパルスで、例えば第４のフリップフロップ220の出力“0”が第１のフリップフロップにフィードバックする。同じパルスで、第１のフリップフロップ208の値“1”は第２のフリップフロップ212にシフトする。同様に、第２のフリップフロップ212の値“0”は第３のフリップフロップ216にシフトする。また、同じパルスで、第３のフリップフロップの値“0”は出力“0”と排他的論理和が行われ、第４のフリップ220に結果“0”をシフトする。従って、最初のクロックパルスの後に、レジスタの内容は“1000”から“0100”に変化する。その後の各クロックパルスがレジスタの内容を変化させ、15のクロックパルスの後にシーケンスが繰り返し始める。事前にロードされた後に14のクロックパルスが続いて、出力228でシーケンス“000111101011001” を生成する。このシーケンスは、その後の15のクロックパルス毎に繰り返す。このシーケンスは線形帰納的なシーケンスである。すなわち、フィードバックを備えたシフトレジスタにより生成される周期的なビットのシーケンスである。前記のシーケンスは本発明では固定のコードとして使用される。特に、固定のコードはデータの各ビットに適用され、ビットがゼロである場合には同じ15ビットの固定のコードを作るように、また、ビットが１である場合には反対のコード(すなわち、ゼロが１になり、１がゼロになる)を作るように符号化される。これは、例えばXORゲートに符号化される出力228及びビットと、その他のXORゲートへの結果の出力及びビット値“1”を接続することにより、実装され得る。有利には、シーケンス“000111101011001”はそれ自体のシフトされたものと最低限に相関するため、受信機で容易に検出され得る。代替の実装において、シーケンス生成器200は、第１の要素208と第２の要素212の間に更なるXORゲートタップを有し、その更なるXORゲートタップは出力228によりフィードされる。また、“1000”以外の事前にロードされた値も使用され得る。本発明によるシーケンス生成器は４つの遅延要素に限定されない。シーケンス生成器200がレジスタ204内に組み込まれるのではなく、フィードバック経路のXORゲートで実装されることも、更に本発明の対象の範囲内である。
図３は、デジタルテレビ通信システム100のパラメータ及びデータビットストリーム124、128の処理の一例を示す例示的なフローチャートである。伝送用の信号の周波数帯は、伝送用の信号の変調前の何らかの時点において決定される(304)、また代替として決定されてもよい。信号の周波数帯は、例えば処理されるデータの形式に従って変化及び変更してもよいが、固定のコードと独立して事前に決定される。ステップ308において、固定のコードが決定されるが、符号化前の如何なる時点に決定されてもよい。
伝送用のデータがない場合には(312)、処理は待機する。
その他の場合、パラメータビットストリーム124がデータエンコーダ120による受信の用意ができている場合、それが受信される(316)。パラメータビットストリーム124がデータビットストリーム128と時間同期するため、データビットストリームの準備ができていない場合には受信の準備ができていなくてもよい。更に、システム100のパラメータは特定の時間周期で必ずしも変化する必要がないため、パラメータが変化していない場合にはパラメータの受信の準備ができていなくてもよい。パラメータビットストリーム124が受信されると、そのビットは固定のコードを使用してパラメータエンコーダ132により１ビットずつ(一度に１ビット)符号化される(320)。新しいビットストリングの対が利用される前に２つのビットストリングのヘッダを形成する際に、所定の数の符号化ビットが使用される。各ビットストリングは２つの部分(ヘッダとボディ)を有する。２つのビットストリングのうちの一方は先導ビットストリングであり、他方は付随ビットストリングである。符号化パラメータの特定のものは、先導ビットストリングのヘッダに割り当てられ、その他のパラメータは付随ビットストリングのヘッダに割り当てられる(324)。
その間に、データビットストリーム128が入力の準備ができた場合、それが受信(328)及びデコード(332)される。パラメータビットストリーム124はビット毎(一度に１ビット)に符号化されることが好ましいが、データビットストリームの符号化は一般的にそのような制限を受けない。データビットストリーム128は映像インターレース信号であるため、２つのフィールド(偶数のフィールドと奇数のフィールド)に分けるフレームを表す。１つのフィールドからの符号化データは、先導ビットストリングのボディを形成する際に使用される。同様に、その他のフィールドからの符号化データは、付随ビットストリングのボディを補充する際に使用される(336)。データ及びパラメータビットストリーム124、128の処理は、２種類のビットストリングのそれぞれが、そのデータに対応するそれぞれの符号化データと符号化パラメータとを受信するように同期する。一実施例において、フレームの符号化パラメータは、それぞれのフィールドヘッダを形成する２つのグループに分けられるが、符号化パラメータは全体フレームの符号化データに適用する。
次に、キャリア信号は、受信機で先導ビットストリングと付随ビットストリングとを表す信号の無線伝送用の符号化ビットストリングの対を使用して、復調器136により復調される(340)。
受信した信号は復調器148により復調され(344)、パラメータはパラメータデコーダ152によりデコードされる(348)。
パラメータは、ビットストリーム124、128を運ぶデジタル無線信号の離散レベルの数を定め、それ故にマルチパスを解決する際又は信号を収束する際にイコライザ156により使用される(352)。デコードされたパラメータはまた、データビットストリーム128をデコードする際に利用される(356)。
本発明のテレビ通信システム100は、現在の発明者により提案され、Packet Insertion出願に記載されているA/53システムを拡張するために実装され得る。
Packet Insertion出願は、パラメータビットストリームで以下のパラメータの使用について説明している。
Figure 0005033839
 パラメータは、伝送信号のレベル数を伝える。また、この情報がイコライザにより使用されるため、パラメータは等化の前にデコードされなければならない。従って、厳しいチャンネル状態に耐え得るロバストな方法が必要となる。本発明は、信頼性のある方法で受信機にこれらのパラメータを送信する570の技術について拡張する。
A/53標準によると、各フィールドのヘッダは特定のフォーマットの832ビットの“data field sync”を有する。そのフォーマットは92ビットの未使用の領域(シンボル番号729-820に対応する)を有する。その92ビットの未使用の領域は、付加的な冗長性のための繰り返し情報で補充されることを標準が勧告する。
前記の表１に示すように、８個のパラメータビットが伝送される必要がある。図２のシーケンス生成器による符号化は、合計で8×15=120ビットを生成し、そのビットは未使用の空間の92ビットを超える。本発明の技術は、フレームの２つのフィールドの間で符号化ビット(例えばフィールド毎に割り当てられた４ビット)を分ける。更なるレベルの誤り検出のため、付加的なパリティビットが各グループの４ビットに追加され、全体で5ビット、すなわちフィールド毎に5×15=75符号化ビットにする。以下の表２は、奇数のフィールドと偶数のフィールドのシンボル729-820を定める。
Figure 0005033839
 Packet Insertion出願に更に詳細に示すように、MODE=0の場合に、パラメータの残りは利用されない。この発明者による拡張に適合された受信機は、MODEパラメータをデコードし、受信信号が拡張ビットストリームのフォーマットを具現しているか否かを特定することができ、そうである場合には他のパラメータをデコードすることができる。
本発明の好ましい実施例と考えられることが示され、記載されたが、当然のことながら、本発明の要旨を逸脱することなく、形式又は詳細において、多様な変更及び変形が容易に行われ得ることがわかる。従って本発明は記載及び図示の正確な形式に限定されず、特許請求の範囲内にある全ての変更をカバーするものとして解釈されるべきであることを意図する。

Claims (12)

  1. ビットストリームを無線伝送する装置であって、
    固定のコードを適用し、前記ビットストリームのビットを１つずつ符号化し、符号化ビットストリームを作るように構成されたエンコーダと、
    前記符号化ビットストリームを変調し、如何なる所定の時間での周波数帯が前記コードに関係なく事前に定められる信号を作り、前記周波数帯の範囲内で前記信号を無線伝送するように構成された送信機と
    を有し、
    前記エンコーダは、ヘッダとボディを有する先導ビットストリングのボディを形成するようにデータを符号化し、ヘッダとボディを有する付随ビットストリングのヘッダを形成するように構成され、それにより、前記付随ビットストリングのヘッダは、ビットにより定められたパラメータであり、前記先導ビットストリングのボディを形成するように符号化されたデータをデコードする際に受信機により使用されるパラメータを表す少なくとも１ビットを有し、
    前記エンコーダは、変調される前記符号化ビットストリームを形成する際に、前記符号化データと前記少なくとも１ビットを結合するように更に構成され、
    前記送信機は、前記信号を用いて前記先導ビットストリングと前記付随ビットストリングを前記受信機に送信するように更に構成された装置。
  2. 請求項１に記載の装置であって、
    前記固定のコードは、線形帰納的なシーケンスを有する装置。
  3. 請求項２に記載の装置であって、
    前記固定のコードは“000111101011001”である装置。
  4. 請求項２に記載の装置であって、
    前記エンコーダは、
    第１の要素が入力端子を有し、第４の要素が出力端子を有する４要素のシフトレジスタと、
    第３及び第４の要素の間に配置され、前記出力端子が前記第１の要素と排他的論理和(XOR)ゲートタップとにフィードバック接続される排他的論理和(XOR)ゲートタップと
    を有するシーケンス生成器を更に有する装置。
  5. 請求項１に記載の装置であって、
    符号化前の前記ビットストリームは、パラメータビットストリームであり、
    前記ビットは、ヘッダとボディとを有するビットストリングのヘッダのパラメータを定め、
    前記エンコーダは、データビットストリームを符号化し、前記パラメータ及びデータビットストリームが符号化された後に、前記パラメータ及びデータビットストリームを結合し、如何なる所定の時間での周波数帯が前記コードに関係なく事前に定められる前記信号を作るように変調される前記符号化ビットストリームを作り、
    前記パラメータは、前記信号を受信及び解決するように構成されたイコライザにより利用可能であるように定められ、
    前記イコライザは、前記ボディから前記符号化データビットストリームをデコードするように構成された受信機の一部である装置。
  6. 請求項５に記載の装置であって、
    前記ビットのビット毎の符号化は、一度に１ビット実行され、
    前記先導ビットストリングの前記ボディを形成する際に符号化されるデータは、固定のコードを使用して一度に１ビット符号化されない装置。
  7. ビットストリームを無線伝送する方法であって、
    固定のコードを決定するステップと、
    前記固定のコードを適用し、前記ビットストリームのビットを１つずつ符号化し、符号化ビットストリームを作るステップと、
    前記符号化ビットストリームを変調し、如何なる所定の時間での周波数帯が前記コードに関係なく事前に定められる信号を作るステップと、
    前記周波数帯の範囲内で前記信号を無線伝送するステップと
    を有し、
    ヘッダとボディを有する先導ビットストリングのボディを形成するようにデータを符号化するステップと、
    ビットにより定められたパラメータであり、前記先導ビットストリングのボディを形成するように符号化されたデータをデコードする際に受信機により使用されるパラメータを表す少なくとも１ビットを有するように、ヘッダとボディを有する付随ビットストリングのヘッダを形成するステップと、
    変調される前記符号化ビットストリームを形成する際に、前記符号化データと前記少なくとも１ビットを結合するステップと、
    前記信号を用いて前記先導ビットストリングと前記付随ビットストリングを前記受信機に送信するステップと
    を更に有する方法。
  8. 請求項７に記載の方法であって、
    前記固定のコードは、線形帰納的なシーケンスを有する方法。
  9. 請求項８に記載の方法であって、
    前記固定のコードは“000111101011001”である方法。
  10. 請求項８に記載の方法であって、
    第１の要素が入力端子を有し、第４の要素が出力端子を有する４要素のシフトレジスタを提供するステップと、
    第３及び第４の要素の間に排他的論理和(XOR)ゲートタップを配置するステップと、
    前記第１の要素と前記排他的論理和(XOR)ゲートタップとにフィードバックするように前記出力端子を接続するステップと
    を更に有する方法。
  11. 請求項７に記載の方法であって、
    符号化前の前記ビットストリームは、パラメータビットストリームであり、
    前記方法は、
    前記ビットが定めるパラメータを有する前記パラメータビットストリームを形成するステップと、
    前記パラメータ及びデータビットストリームが符号化された後に、前記パラメータビットストリームとデータビットストリームを結合し、如何なる所定の時間での周波数帯が前記コードに関係なく事前に定められる前記信号を作るように変調される前記符号化ビットストリームを作るステップと、
    ヘッダとボディを有するようにビットストリングを構成し、前記ヘッダは前記符号化パラメータを有し、前記ボディは前記符号化データビットストリームを有するステップと、
    前記信号を受信及び解決し、前記符号化データビットストリームをデコードする受信機の一部であるイコライザにより、前記パラメータが利用可能であるように、前記形成するステップと、前記結合するステップと、前記構成するステップとを実行するステップと
    を更に有する方法。
  12. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記ビットのビット毎の符号化は、一度に１ビット実行され、
    前記先導ビットストリングの前記ボディを形成する際に符号化されるデータは、固定のコードを使用して一度に１ビット符号化されない方法。
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