KR0124596B1 - 에이치디티브이(hdtv)의 옵티멀 트렐리스 디코더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 HDTV의 트렐리스 디코더에 관한 것으로, 하드웨어적 구조를 간단하게 구성한 옵티멀 트렐리스 디코더에 관한 것이다.

이와같은 본 발명의 옵티멀 트렐리스 디코더는 입력된 신호를 하드 디시젼(Hard Decision)하여 입력된 값의 주위점의 최상위 1비트값(HD₁,HD₂,HD₃,HD₄)을 각각 출력시키는 하드 디시젼부와, 상기 거리계산부 및 하드 디시젼부에서 출력된 거리 데이타(D₁,D₂,D₃,D₄) 및 하드 디시젼값(HD₁,HD₂,HD₃,HD₄)을 8스테이트바이터비 디코딩(Viterbi Decoding)하여 상기 트렐리스 인코더에서 길쌈부호화되기 전의 2비트를 출력하는 바이터비 디코더를 포함하여 된 것이다.

Description

에이치디티브이(HDTV)의 옵티멀 트렐리스 디코더

제 1 도는 일반적인 HDTV의 송신부 블럭 구성도.

제 2 도는 일반적인 HDTV의 수신부 블럭 구성도.

제 3 도는 종래의 NTSC 리젝션 필터와 트렐리스 디코더 블럭 구성도.

제 4 도는 일반적인 트렐리스 인코더 일실시예의 구성도.

제 5 도는 종래의 옵티멀 트렐리스 디코더 구성도.

제 6 도는 제 4 도의 트렐리스 인코더에 따른 TCM 맵퍼 설명도.

제 7 도는 제 5 도의 동작설명도.

제 8 도는 본 발명의 옵티멀 트렐리스 디코더 구성도.

제 9 도는 제 8 도의 바이터비 디코더 상세구성도.

제10도는 본 발명에 의한 입력신호에 따른 현재상태와 다음상태의 관계를 나타낸 트렐리스 다이어그램.

제11도는 본 발명의 동작설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

44 : 거리계산부45 : 하드디시젼부

46 : 바이터비 디코더47 : 매트릭스 계산부

48 : 옵티멀패스 계산부49 : 패스히스토리 계산부

50 : 룩-엎 테이블

본 발명은 HDTV에 관한 것으로, 특히 HDTV의 송수신기중 트렐리스 코드 모듈레이션(Trellis Coded Modulation)에 관계되는 트렐리스 인코더(Trellis Encoder)와 옵티멀 트렐리스 디코더(Optimal Trellis Decoder)에 관한 것이다.

일반적으로, HD(High definition) 텔레비젼(TV) 방송방식은 NTSC(National Television System Committee) 방송방식과 동일하게 6MHz로 전송하지만 NTSC와의 차이점은 디지탈(Digital)로 전송하여 NTSC 방송방식에 비해 가로, 세로 각각 2배의 고화질을 방송 및 수신할 수 있도록 한 것이다.

최근에 발표된 미국의 GA(Grand Alliance)에서는 HDTV의 전송방식을 8VSB(Vestigial Sideband Modulation)방식으로 결정하였다. 여기서, 8VSB란 2비트(bit)의 입력데이타를 받아서 트렐리스 인코더(Trellis encoder)에서 앞단의 1비트는 코딩화하지 않고 나머지 하위 1비트는 1/2 길쌈부호화(Comvolutional Coding)을 하여 2비트로 만들어 총 3비트를 출력하게 한다. 이와 같은 3비트로 1심볼(symbol)을 구성하여 8레벨(level)의 VSB하는 방식이다.

이를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제 1 도는 일반적인 HDTV의 송신부 블럭구성도이고, 제 2 도는 일반적인 HDTV의 수신부 블럭구성도로써, 송신부는 바이트(byte)단위로 들어오는 비디오(video), 오디오(Audio), 보조신호 데이타를 데이타 랜덤마이져(Data Randumizer)(1)에서 PRS(Pseudo Random Sequence)와 익스크루시브 오아(Exclusive OR)하여 데이타를 램덤(Random)하게 만들고, R-S 부호기(Reed-Solomon Encoder)(2)에서 RS(208,188) t =10인 RS 코딩(coding)을 하여 채널(channel)에서 생길 수 있는 노이즈(Noise)나 간섭(interference)에 대한 에러정정능력을 가한다.

이는 188바이트(byte)중 20바이트(byte)의 리던던시(Redundance)를 추가하여 10개의 에러(error)가 생겨도 에러를 모두 정정할 수 있는 채널 코딩이다.

그리고 데이타 인터리버(interleaver)(3)는 군집에러(Burst error)가 생길 경우를 대비하여 데이타를 서로 간삽(interleave)시켜주는 것으로, 즉 수평방향으로 입력된 데이타를 버스트 에러가 생길 경우 수직방향으로 읽어서 출력하여 군집에러를 보상한다.

데이타 인터리버(Data interleaver)(3)에서 출력된 신호를 트렐리스 인코더(Trellis Encoder)(4)에서 2비트(bit)씩 입력받아 상위 1비트는 코딩하지 않고 그대로 보내고 하위 1비트는 길쌈부호화(Convolution coding)을 하여 2비트로 만들어 총 3비트를 에러정정능력이 높은 방식인 전압레벨(8level)로 맵핑(mapping)하는 TCM(Trellis Coded Modulation)을 한다.

즉, 길쌈부호화된 신호를 변조한 것으로 채널 밴드 폭(channel band width)의 로스(loss)없이 약 3dB이상의 잡음비(snr)를 얻을 수 있는 채널 코딩 방식이다.

그래서 HDTV의 송수신기에서는 R.S 코딩과 TCM 두가지의 채널코딩이 되고 있다.

따라서, 멀티플렉스(mux)에서는 세그먼트 동기신호(segment sync)(7)와 필드동기신호(field sync)(8)를 더하고 파이로트 인서션(pilot insertion)(8)에서는 수신부측에서 AFC(Automatic Frequency Control)을 잘할 수 있도록 도와주는 파이롯(pilot)을 더(add)한다.

그래서 VSB 모듈레이터(Modulator)(9)와 고주파 엎-컨버터(RF up-converter)(10)를 거쳐 안테나를 통해 신호가 송신된다.

한편, 수신부에서는 송신부의 역으로 진행되는데 안테나를 통해 들어온 신호는 튜너(Tuner)(11)를 거쳐 중간주파수 44MHz 대역으로 복조되고 중간주파수 필터 및 동기신호검출기(IF filter synchronous detector)(12)에서 SAW 필터로써 VSB 필터링을 하고 파일롯(pilot)의 도움을 받아 주파수(frequency)와 위상(phase)을 로킹(locking)한다.

그리고 동기 및 타이밍(sync timing)(13)에서 심볼 타이밍(symbol timing)과 데이타 세그먼트 동기(Data Segment Sync)를 찾아내고 데이타 필드동기(Data fieldsync)도 찾아낸다.

NTSC 리젝션 필터(NTSC Rejection filter)(14)에서는 데이타 필드 동기에 있는 트레이닝 시퀀스(traning sequency)를 이용하여 코-채널 NTSC 간섭(Co-channel NTSV interference)이 있는지 없는지 판별하고 있을 경우는 NTSC 리젝션 필터링을 하고 없는 경우에는 바이 패스(by pass)한다.

이퀄라이저(Equalizer)(15)에서 고스트(ghost)를 제거하고 위상 트랙커(phase tracker)(16)에서 위상에러(phase error)를 보정하여 트렐리스 디코더(17)에 입력시키면 트렐리스 디코더(17)에서 NTSC 리젝션 필터를 사용했을 경우와 사용하지 않았을 경우 두가지에 대하여 각각 다른 바이터비 디코더(Viterbi Decoder)를 사용하여 데이타를 검출한 다음 버스트 에러(Burst error)를 분할하기 위하여 데이타 디-인터리버(Data De-interlever)(17)에서 역간삽시키고 R-S 디코더(Reed Solomon Decoder)(19)에서 에러를 정정한 다음 데이타 디-램덤이져(Data De-Randomizer)(20)를 거치면서 수신단이 끝나게 된다.

여기서 트렐리스 디코더부를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 HDTV 방송국 인접지역에 동일 채널 NTSC 방송국이 있으면 동일 채널 NTSC 간섭이 발생하게 되고, 동일 채널 NTSC 간섭이 발생하는 경우에는 동일 채널 NTSC 간섭 필터로 NTSC 리젝션 필터를 사용한다.

즉, 제 3 도는 일반적인 리젝션 필터와 트렐리스 디코더 구성도이고, 제 4 도는 트렐리스 인코더의 구성도로써, 트렐리스 인코더는 제 4 도와 같이 데이타 인터리버에서 출력되는 신호 2비트를 입력하여 상위 1비트(I₀)는 부호화 하지 않고 TCM 멥퍼(TCM Mapper)(37)에 입력하고, 하위 1비트는 길쌈부호기(36)를 거쳐 2비트가 되어 TCM 멥퍼(37)에 입력된다. 이와 같이 3비트의 신호를 입력한 TCM 멥퍼(37)는 제 6 도와 같이 입력 데이타에서 해당하는 8레벨의 전압신호를 출력한다. 이와 같이 트렐리스 인코더에서 HDTV 방송신호를 송신하면 수신부인 트렐리스 디코더에서 트렐리스 인코더에서 송신된 신호를 트렐리스 인코더에서 인코딩되기 이전의 2비트 신호로 디코딩한다.

이때 상술한 바와같이 HDTV 방송국 인접지역에 동일채널 NTSC 방송국이 있어 동일 채널 NTSC 간섭이 발생하는 경우에는 NTSC 리젝션 필터(21)를 사용하는데, NTSC 리젝션 필터(21)를 거친 경우에는 8스테이트 파셜 리스폰스 트렐리스 디코더(8 State Partial Responsel Trellis Decoder)(24)를 거쳐 2비트를 디코딩하게 하고, NTSC 간섭이 발생하지 않아서 상기 NTSC 리젝션 필터(21)를 거치지 않는 경우에는 4-스테이트 옵티멀 트렐리스 디코더(4 State Optimal Trellis Decoder)(25)를 거쳐 2비트를 디코딩하도록 되어 있다.

이와같은 옵티멀 트렐리스 디코더(25)를 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

제 5 도는 종래의 옵티멀 트렐리스 디코더의 구성도로써, 트렐리스 인코더에서 출력된 신호의 값에 따라 유클리디언의 거리(euclidean distance)(D₁,D₂,D₃,D₄)값을 출력하는 거리계산부(Distance Mapper)(38)와, 거리계산부(38)에서 출력된 거리 데이타(D₁,D₂,D₃,D₄)를 8스테이트 바이터비 디코딩(Viterbi Decoding)하여 상기 트렐리스 인코더에서 길쌈부호화되기 전의 하위 1비트를 출력하는 바이터비 디코더(39)와, 상기 바이터비 디코더(39)에서 출력된 데이타를 길쌈부호화시켜 현재상태와 다음상태의 상태신호를 출력하는 길쌈부호기(40)와, 트렐리스 인코더에서 출력된 신호를 하드 디시젼(Hard Decision)하여 입력된 값의 주위 4점의 최상위 1비트값(HD₁,HD₂,HD₃,HD₄)을 각각 출력시키는 하드 디시젼부(41)와, 하드 디시젼부(41)의 출력신호를 딜레이(Delay)시키는 딜레이부(42)와, 상기 딜레이부(42)에서 딜레이된 신호를 입력하여 상기 길쌈부호기(40)에서 출력된 상태에 따라 입력신호중 일 신호를 출력하여 상기 트렐리스 인코더에서 코딩되기전의 상위 1비트를 출력하는 멀티플렉서(43)으로 구성된다.

이와같이 구성되는 종래의 옵티멀 트렐리스 디코더의 동작은 다음과 같다.

제 7 도는 종래의 옵티멀 트렐리스 디코더의 동작 설명도로써, 거리계산부(38)는 유클리디언 거리(D₁,D₂,D₃,D₄)는 다음과 같은 원칙에 의해서 구한다.

즉 D₁는 입력된 신호와 -7 또는 1중 가까운 점과의 거리, D₂는 입력된 신호와 -5 또는 3중 가까운 점과의 거리, D₃는 입력된 신호와 -3 또는 5중 가까운 점과의 거리, D₄는 입력된 신호와 -1 또는 7중 가까운 점과의 거리로 구한다. 따라서 입력된 신호가 0일 경우 D₁₌1, D₂=3, D₃=3, D₄=1가 된다.

그리고 하드 디시젼부(41)는 제 7 도에서와 같이 입력된 신호가 0일 경우 입력된 신호와 가까운 4개의 점 데이타의 최상위값을 각각 출력시킨다. 즉, HD₁=0, HD₂=0, HD₃=1, HD₄=1가 출력된다.

이렇게 하드 디시젼부(41)에서 출력된 값들은 거리계산부(38)로부터의 유클리디언 거리(D₁,D₂,D₃,D₄)를 가지고 바이터리 디코더(39)가 디코딩할 동안 딜레이부(42)에 의해 딜레이 된다.

최종 출력은 바이터비 디코딩된 출력을 다시 길쌈부호기(40)에서 다시 디코딩하여 상태(현재상태와 다음상태) 신호를 출력하므로 멀티플렉서(43)에서 이 신호에 의해 딜레이된 하드 디시젼 신호(HD₁,HD₂,HD₃,HD₄)중 하나를 선택하여 트렐리스 인코더에 입력되었던 상위 1비트(I₀)가 출력되고, 바이터비 디코딩된 신호가 그대로 출력되어 트렐리스 인코더에 입력된 하위 1비트(I₁)가 출력된다.

그러나 이와같은 종래의 옵티멀 디코더에 있어서는 하드 디시젼하고 이를 바이터비 디코딩할 동안 딜레이시켜야 하며, 최종 출력(I₀,I₁)을 출력시키기 위해서는 다시 길쌈부호화하여 이것으로부터 딜레이된 하드 디시젼 값중 하나를 선택하여 출력시키므로써 하드웨어적 구조가 복잡한 문제점이 있었다.

본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 옵티멀 트렐리스 디코더를 하드웨어적으로 간단하게 실현할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

이와같은 본 발명은 입력된 신호로부터 유클리디언 거리(D₁,D₂,D₃,D₄)값을 출력하는 거리계산부와, 입력된 신호를 하드 디시젼부(Hard Decision)하여 입력된 값의 주위점의 최상위 1비트값(HD₁,HD₂,HD₃,HD₄)을 각각 출력시키는 하드 디시젼부와, 상기 거리계산부 및 하드 디시젼부에서 출력된 거리 데이타(D₁,D₂,D₃,D₄) 및 하드 디시젼값(HD₁,HD₂,HD₃,HD₄)를 8스테이트 바이터비 디코딩(Viterbi Decoding)하여 상기 트렐리스 인코더에서 길쌈부호화되기 전의 2비트를 출력하는 바이터비 디코더를 포함하여 구성됨에 그 특징이 있다.

상기의 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 8 도는 본 발명의 옵티멀 트렐리스 디코더 구성도이고, 제 9 도는 제 8 도의 바이터비 디코더의 상세 구성도로써, 본 발명의 옵티멀 디코더의 구성은 입력된 신호로부터 유클리디언 거리(D₁,D₂,D₃,D₄)값을 출력하는 거리계산부(Distance Mapper)(44)와, 입력된 신호를 하드 디시젼(Hard Decision)하여 입력된 값의 주위 4점의 최상위 1비트값(HD₁,HD₂,HD₃,HD₄)을 각각 출력시키는 하드 디시젼부(45)와, 상기 거리계산부(44) 및 하드 디시젼부(45)에서 출력된 거리데이타(D₁,D₂,D₃,D₄) 및 하드 디시젼값(HD₁,HD₂,HD₃,HD₄)를 8스테이트 바이터비 디코딩(Viterbi Decoding)하여 상기 트렐리스 인코더에서 길쌈부호화되기 전의 2비트를 출력하는 바이터비 디코더(46)으로 구성된다.

이와같이 구성되는 본 발명의 옵티멀 트렐리스 디코더중 바이터비 디코더를 좀더 상세히 설명하면 제 9 도와 같이 거리계산부(44)에서 출력된 유클리디언 거리값 (D₁,D₂,D₃,D₄)들과 각 상태(State)의 브랜치(branch)와의 차이를 구하고 이 차이값을 누적되어온 이전 거리값(matric)에 더하여 살아남은 패스(survival pass)와 누적된 매트릭스(matric)값을 출력하는 매트릭스 계산부(47)와, 상기 매트릭스 계산부(47)에서 출력된 매트릭스값들로부터 관찰영역내에서의 최적 패스를 구하는 옵티멀패스 계산부(48)와, 상기 하드 디시젼부(45)의 하드 디시젼값(HD₁,HD₂,HD₃,HD₄)과 매트릭스 계산부(47)의 살아남은 패스 및 옵티멀패스 계산부(48)로부터의 최적 패스상태를 입력받아 선택된 옵티멀 패스에서 트렐리스 인코더에 입력되었던 2비트 데이타중 상위 1비트는 직접 출력하고 하위 1비트 선택신호를 출력하는 패스히스토리(pass history) 계산부(49)와, 상기 패스히스토리 계산부(49)의 선택신호에 따라 하위 1비트를 출력하는 룩-엎 테이블(Look-Up Table)(50)로 이루어진다.

이와같은 본 발명의 옵티멀 트렐리스 디코더의 동작은 다음과 같다.

제10도는 본 발명에 의한 입력신호에 따른 현재상태와 다음상태의 관계를 나타낸 트렐리스 다이어그램이고, 제11도는 본 발명의 동작을 설명하기 위한 설명도로써, 제10도에 표시된 바와같이 각각 어떤 입력(I₀,I₁)에 따라 유클리디언 거리(D₁,D₂,D₃,D₄)와 하드 디시젼(HD₁,HD₂,HD₃,HD₄) 정보를 가질 수 있다.

즉 패스히스토리 계산부(49)에서는 각 변화(Transition)에 대한 유클리디언 거리(D₁,D₂,D₃,D₄)와 하드디시젼(HD₁,HD₂,HD₃,HD₄) 정보와 각 상태에서 살아남은 패스에 대한 정보를 가지고 있으므로써 옵티멀패스 계산부(48)로부터의 최적 패스에 대한 상태로부터 그 최적 패스를 추적하여 관찰 영역내에서 최적 패스의 가장 오래된 하드 디시젼값과 살아남은 패스 정보를 출력시키게 된다.

이때 출력되는 하드 디시젼값은 상기 1비트(I₀)가 되며, 살아남은 패스 정보는 룩-엎 테이블(50)로 입력되어 살아남은 패스 정보에 따라 출력값을 선택하여 하위 1비트(I₁)를 출력시키게 된다.

상기 과정을 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

제11도와 같이 관찰 구간을 3으로 하고 압력을 0, 4.5, -5.5가 순서대로 입력되었다고 가정하면, 상기 TCM 맵퍼를 사용하였을때 각 입력에 대한 하드 디시젼값과 유클리디언 거리값은 (표 1)과 같이 나타낼 수 있으며, 제11도에서 굵은 선들은 각 입력에 대한 각 상태에서의 살아남은 패스로 나타낼 수 있다.

따라서 관찰 구간을 3으로 하였으므로 -5.5가 입력된 후에 옵티멀패스 계산부(48)에서 각 상태에서 누적된 매트릭스 값들을 비교하여 최적 패스의 상태를 선택하게 된다(제11도에서는 최적 패스를 10패스(m=2)로 하였다).

그러므로 최적 패스로 선택된 10 패스를 추적하여 보면 관찰 구간내에서 0이 입력되었을때의 구간에서는 살아남은 패스가 11 상태에서 01 상태로 변화(Transition)가 있었음을 알 수 있고, 이 변화의 하드 디시젼값은 0이 입력되었을 때의 하드 디시젼값(HD₁)임을 알 수 있다.

이때의 하드 디시젼값(HD₁)이 0이므로 상위 1비트(I₀) SMS 0이 출력된다.

그리고 이때의 변화가 11에서 01상태로 이루어졌으므로 이 정보를 룩-엎 테이블(50)로 보내게 되는데 룩-엎 테이블(50)에서는 이 정보로부터 변화가 11에서 01로 발생되려면 그때의 트렐리스 인코더의 입력값(I₁)이 1임을 알 수 있으므로 룩-엎 테이블(50)에서 1을 I₁값으로 출력한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 옵티멀 트렐리스 디코더에 있어서는 종래 기술(제 5 도)에서 I₀를 구하는 방법을 알고리즘(Algorithm)적으로 처리를 함으로써 하드웨어적 구조를 간단히 하였으며, 본 발명에서는 4스테이트를 예로 들었으나 그 이상의 스테이트에 쉽고 효과적으로 확장할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 입력된 신호로부터 유클리디언 거리(D₁,D₂,D₃,D₄)값을 출력하는 거리계산부와, 입력된 신호를 하드 디시젼(Hard Decision)하여 입력된 값의 주위점의 최상위 1비트값(HD₁,HD₂,HD₃,HD₄)을 각각 출력시키는 하드 디시젼부와, 상기 거리계산부에서 출력된 유클리디언 거리값(D₁,D₂,D₃,D₄)들과 각 상태(State)의 브랜치(branch)와의 차이를 구하고 이 차이값을 누적되어온 이전 거리값(matric)에 더하여 살아남은 패스(survival pass)와 누적된 매트릭스(matric)값을 출력하는 매트릭스 계산부와, 상기 매트릭스 계산부에서 출력된 매트릭스값들로부터 관찰영역내에서의 최적 패스를 구하는 옵티멀패스 계산부와, 상기 하드 디시젼부의 하드 디시젼값(HD₁,HD₂,HD₃,HD|₄)과 매트릭스 계산부의 살아남은 패스 및 옵티멀패스 계산부로부터의 최적 패스상태를 입력받아 선택된 옵티멀 패스에서 트렐리스 인코더에 입력되었던 2비트 데이타중 상위 1비트는 직접 출력하고 하위 1비트 선택신호를 출력하는 패스히스토리 계산부와, 상기 패스히스토리 계산부의 선택신호에 따라 하위 1비트를 출력하는 룩-엎 테이블을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 HDTV의 옵티멀 트렐리스 디코더.