KR100789752B1 - 개선된 성능을 갖는 디지털 텔레비전 방송용 오류정정부호화 장치 및 방법 - Google Patents

개선된 성능을 갖는 디지털 텔레비전 방송용 오류정정부호화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오류정정부호의 부호기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 차세대 텔레비전 시스템 위원회(Advanced Television System Committee, ATSC)의 지상파 디지털 텔레비전 방송방식의 개선된 전송방식에 사용되는 오류정정부호의 부호화 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 부호화 장치는,
1비트의 입력비트를 쉬프트 레지스터 및 X-OR 연산수단을 이용하여 강화된 부호화 데이터로 부호화하는 강화된 부호화부; 상기 강화된 부호화 데이터를 입력받아 프리코딩을 수행하는 프리코딩블럭; 및 상기 강화된 부호화 데이터 및 프리코딩블럭의 출력신호를 트렐리스 인코딩하여 출력하는 트렐리스 인코딩 블럭을 포함한다.
ATSC, 디지털 방송, E-8VSB, 오류정정

Description

개선된 성능을 갖는 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 부호화 장치 및 방법{IMPROVED ENCODER OF E-8VSB FORWARD ERROR CORRECTION FOR DIGITAL TELEVISION SYSTEM OF ATSC}
도 1은 종래의 DTV 송신장치를 나타내는 블럭도,
도 2는 도 1에 도시된 트렐리스 인코더의 구성을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 내부오류정정부호화 장치의 구성을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 내부오류정정부호화 장치의 상세 구성을 보여주는 도면이,
도 5는 본 발명에 따른 부호화 장치와 종래기술에 따른 부호화 장치의 신호대잡음비(SNR)에 대한 비트오류확률(BER)을 나타낸 성능곡선이다.
본 발명은 오류정정부호의 부호기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 차세대 텔레비전 시스템 위원회(Advanced Television System Committee, ATSC)의 지상파 디지털 텔레비전 방송방식의 개선된 전송방식에 사용되는 오류정정부호의 부호화 장치 및 방법에 관한 것이다.
디지털 기술의 급속한 발달과 더불어 방송부문 역시 빠르게 디지털화가 진행 되면서 방송과 인터넷의 결합을 촉진하고 있다. 하지만, 기존의 미국방식(ATSC) 디지털 지상파 TV 방송방식으로는 이동 및 휴대 단말에서의 수신이 불가능하고 수신성능이 떨어지는 문제가 있다. ATSC DTV 표준과 A/53에 관한 상세한 기술 내용은 http://www.atsc.org에서 이용가능하다.
도 1은 종래의 DTV 송신장치를 나타내는 블럭도이다.
도시된 바와 같이, 송신장치(100)로 입력되는 데이터는 188 바이트의 MPEG 호환 가능한 데이터 패킷(MPEG compatible data packet - 동기 바이트 및 페이로드(payload) 데이터를 나타내는 187 바이트 포함)으로 구성된 직렬 데이터 스트림이다. 입력 데이터는 데이터 랜더마이저(randomizer, 101)에서 랜더마이징되며, 각 패킷은 RS(Reed Solomon) 인코더(103)에서 순방향 에러 정정(Forward Error Correction, FEC - RS 코딩, 1/6 데이터 필드 인터리빙 및 2/3 트렐리스 코딩)을 위해 20 바이트의 패리티 정보가 포함되도록 인코딩된다. 즉 ATSC 표준에 따르면, 데이터 랜더마이저(101)는 데이터 필드 시작점에서 초기화되는 16비트 최대 길이의 의사 랜덤 2진 시퀀스(Pseudo Random Binary Sequence, PRBS)에 모든 입력되는 페이로드(payload) 데이터 바이트들을 XOR한다.
출력되는 랜더마이징된 데이터를 수신하는 RS 인코더(103)에서는 187 바이트의 데이터에 FEC를 위한 20개의 RS 패리티 바이트가 부가됨으로써 데이터 세그먼트당 총 207 바이트 데이터가 생성된다.
입력 패킷 데이터 중에서 세그먼트 동기(segment sync) 신호에 대응하는 동기 바이트에 대해서는 랜더마이징 및 FEC 과정이 수행되지 않는다.
다음으로, 각 데이터 필드의 연속적인 세그먼트에 포함되어 있는 데이터 패킷은 데이터 인터리버(105)에서 인터리빙되며, 인터리빙된 데이터 패킷들은 트렐리스 인코더(107)에서 다시 인터리빙되고 인코딩된다. 트렐리스 인코더(107)는 2 비트 입력을 이용하여 3 비트로 표현되는 데이터 심볼의 스트림을 생성한다. 입력된 2 비트 중 1 비트는 프리코딩(pre-coding)되며, 나머지 1 비트는 4 상태 트렐리스 인코딩되어 2 비트로 된다. 이렇게 출력된 3 비트는 8 레벨 심볼에 매핑된다. 트렐리스 인코더(107)는 12개의 인터리빙/코딩된 데이터 시퀀스를 생성하기 위해 12개의 병렬 트렐리스 인코더 및 프리코더를 포함한다.
8 레벨 심볼은 멀티플렉서(109)에서 동기화 유닛(미도시)으로부터 세그먼트 동기(segment sync) 및 필드 동기(field sync)의 동기화 비트 시퀀스(117)와 결합되어 전송용 데이터 프레임으로 생성된다. 이어서, 파일럿 신호는 파일럿 삽입기(111)에서 삽입된다. 심볼 스트림은 VSB 변조기(113)에서 VSB 억압 반송파 변조(VSB suppressed-carrier modulation)된다. 기저대역의 8-VSB 심볼 스트림은 최종적으로 RF 변환기(115)에서 무선 주파수 신호로 변환되어 전송된다.
미국방식(ATSC) 디지털 지상파 TV 방송방식의 오류정정부호는 외부부호로서 RS(Reed-Solomon)부호와 내부부호로서 2/3 격자부호(Trellis Codes)로 구성되는 연접부호를 사용하며, 변조방식은 8-VSB를 사용한다.
도 2는 도 1에 도시된 트렐리스 인코더의 구성을 보여주는 도면이다.
상기 도 2는 미국방식 디지털 지상파 VT 방송방식의 내부오류정정부호로 사용되는 트렐리스 인코더의 구성과 인코더 출력에 따른 8-VSB 변조심볼 할당 방식을 보여준다.
도 2를 참조하면, 트렐리스 인코더(107)는 프리코딩블럭과 부호화율이 2/3인 트렐리스 인코딩 블럭을 포함하여 구성된다. 상기 데이터인터리버(105)로부터 출력되는 인코더 입력 X1, X2 (2bit)는 부호화율이 2/3인 트렐리스 인코딩 블럭에 의하여 최종적으로 z0, z1, z2 의 출력비트가 생성된다. 상기 출력비트 z0, z1, z2 는 심볼매핑블럭에 의해 8개의 심볼로 할당되며, 상기 VBS변조기 113에 의해 8-VBS 변조된다. 상기 트렐리스 인코더 107의 메모리 개수는 2개로서 복호시 격자도의 상태의 개수는 4개가 된다.
그러나, 상술한 종래기술에 따른 8-VBS 송수신 장치는 가변채널 및 다중경로 현상으로 인해 실내 및 이동 채널환경에서 왜곡되게 되고, 이로 인해 수신장치의 수신 성능이 떨어진다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해서 기존 방식에 좀더 강한 오류정정방식을 사용하는 개선된 전송방식에 대한 연구가 추진되고 있으며, 개선된 전송방식에 적합한 우수한 성능의 오류정정 부호기 및 부호화 방법이 요구되는 실정이다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는 종래기술의 문제를 해결하는 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 부호화 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 미국방식 디지털 지상파 TV 방송방식의 전송방식을 개선시킨 이중 스트림 전송방식의 오류정정방식에 적합한 오류정정 부호화 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서의 도면, 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위로부터 본 발명의 다른 목적 및 장점을 쉽게 인식할 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 내부오류정정 부호화 장치는,
1비트의 입력비트를 강화된 부호화 데이터로 부호화하는 강화된 부호화부; 상기 강화된 부호화 데이터를 입력받아 프리코딩을 수행하는 프리코딩블럭; 및 상기 강화된 부호화 데이터 및 프리코딩블럭의 출력신호를 트렐리스 인코딩하여 출력 하는 트렐리스 인코딩 블럭을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 내부오류정정 부호화 방법은,
1비트의 입력비트를 쉬프트 레지스터 및 X-OR 연산수단을 이용하여 강화된 부호화 데이터로 부호화하는 단계; 상기 강화된 부호화 데이터를 입력받아 프리코딩을 수행하는 단계; 및 상기 강화된 부호화 데이터 및 프리코딩블럭의 출력신호를 트렐리스 인코딩하여 출력하는 단계;를 포함한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내부오류정정부호화 장치의 구성을 보여주는 도면이다. 상기 도 3에 도시된 내부오류정정부호기는 디지털 지상파 TV 방송방식의 개선된 전송방식에 적용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 내부오류정정부호기는, 1비트의 입력신호(X1`)를 인터리버(미도시)로부터 입력받아, 기존의 내부오류정정부호기의 입력에 해당하는 X1, X2 를 출력하는 강화된 부호화부(10), 상기 X2 를 입력받아 Z2 심볼을 출력하는 프리코딩 블럭(20), 상기 X1, X2 를 입력받아 2/3의 부호화율로 Z0 및 Z1 심볼을 출력하는 트렐리스 인코딩 블럭(30)을 포함하여 구성된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 내부오류정정 부호와 장치는 기존의 인코더에 상기 강화된 부호화부 10이 추가된 구조이다. 상기 프리코딩블럭(20) 및 상기 트렐리스 인코딩 블럭(30)으로 구성되는 트렐리스 인코더는 ATSC A/53 표준에 정의된 구성을 따른다. 따라서, 상기 프리 코딩 블럭 및 트렐리스 인코딩 블럭은 비트 지연값(예를 들어, 12비트 지연값)을 저장하는 레지스터(D)를 포함한다. 최종적인 내부오류정정부호화 장치의 출력은 z0, z1, z2 의 출력비트가 생성되어 부호화율은 1/3이 된다. 최종 부호화율은 1/3이지만, 8개의 심볼을 출력함으로써 기존의 전송방식 따르는 장치와 호환성이 유지된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내부오류정정부호화 장치의 상세 구성을 보여주는 도면이다.
상기 도 4를 참조하면, 임의의 시간 k 에서 입력비트
Figure 112006011541080-pat00001
를 입력받아 기존의 인코더의 입력에 해당하는
Figure 112006011541080-pat00002
비트를 출력하는 연산과정은 하기 수학식1과 같다.
[수학식 1]
Figure 112006011541080-pat00003
Figure 112006011541080-pat00004
상기 도 4 및 상기 수학식 1을 참조하면, 본 발명에 따른 오류정정 부호화 장치는 표준 트렐리스 인코더의 2개의 메모리와 강화된 부호화부(10)에 메모리(401 및 402)를 추가하여, 총 4개의 메모리를 이용하여 입력신호를 코딩한다.
여기서, 상기 수학식 1에 의하여 표시된 내부오류정정 부호화 장치의 입력에 따른 출력신호와 그 다음상태는 각각 하기 표 1과 표2와 같다.
Figure 112006011541080-pat00005
Figure 112006011541080-pat00006
이와 같이, 상기 강화된 부호화부(10)는 2개의 메모리를 가지며, 전체 내부오류정정 부호화장치의 메모리의 개수는 4개가 된다. 따라서, 복호시 격자도의 상태의 개수는 16개가 된다.
본 발명의 명세서에서, 강화된 부호화 데이터란, 상기 강화된 부호화부(10)의 출력신호 X1, X2 를 의미한다.
상술한 실시예에 따라 내부오류정정 부호화를 수행하는 경우, 수신단에서는 상기 표1 또는 표2를 참조하여 트렐리스 디코딩을 수행함으로써 수신기의 성능을 개선할 수 있다. 즉, 수신단에서는 수신신호를 기저대역 신호로 변환시키고, 상기 전송 신호의 심볼 레벨을 판정하는 이퀄라이징 과정을 거친 후, 상기 판정된 심볼에 대하여 심볼 레벨과 다음 상태가 각각 상기 표 1 및 표 2 와 같도록 심볼 레벨을 데이터 심볼로 디코딩하게 된다. 이러한 수신단에 대한 상세 구성은 대한민국 특허출원 제2004-64306호에 자세하게 설명되어 있다.
<실험 결과>
도 4에 도시된 내부오류정정 부호화 도 1에 도시된 종래기술에 따른 부호화 장치의 성능을 실험한 컴퓨터 모의실험 결과를 살펴본다. 도 5는 본 발명에 따른 부호화 장치와 종래기술에 따른 부호화 장치의 신호대잡음비(SNR)에 대한 비트오류확률(BER)을 나타낸 성능곡선을 보여준다. 여기서, 잡음채널은 백색가우시안 잡음(AWGN) 모델을 사용하였으며, Montecarlo 모의실험기법을 이용하여 총 발생한 에러에 전송된 데이터를 나누어 오류확률을 계산하였다.
비트오류확율 10-5 에 대하여 본 발명에 따른 부호화 장치가 종래 기술에 따른 부호화 장치에 비해 약 7dB의 전력이득을 가지는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상술한 바와 같이 본 발명은 부호화율은 2/3에서 1/3으로 감소하고, 부호화장치의 메모리개수는 2개에서 4개로 증가시켜 오류정정 능력을 향상시킨다. 그리고 최종적인 부호화율은 2/3에서 1/3으로 변경되지만 8개의 심볼을 출력함으로써 기존 의 8-VSB 방식을 이용하는 시스템과 호환성을 갖는다. 따라서, 본 발명은 이중스트림 전송방식에 적합한 내부오류정정 부호화장치를 제공하는 효과를 갖는다.

Claims (9)

  1. 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 부호화 장치로서,
    1비트의 입력비트를 강화된 부호화 데이터로 부호화하는 강화된 부호화부;
    상기 강화된 부호화 데이터를 입력받아 프리코딩을 수행하는 프리코딩블럭; 및
    상기 강화된 부호화 데이터 및 프리코딩블럭의 출력신호를 트렐리스 인코딩하여 출력하는 트렐리스 인코딩 블럭을 포함하는 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 부호화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강화된 부호화부는,
    하기 수학식
    Figure 112006011541080-pat00007
    Figure 112006011541080-pat00008
    에 의해 강화된 부호화를 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털 텔레비전 방 송용 오류정정 부호화 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 트렐리스 인코딩 블럭의 출력 심볼 레벨과 다음 상태가 하기 표 1 및 표 2와 같도록 1비트 데이터 심볼을 인코딩하는 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 부호화 장치.
    [표 1]
    Figure 112007055325304-pat00009
    [표 2]
    Figure 112007055325304-pat00010
  4. 제1항에 있어서, 상기 강화된 부호화부는,
    두개의 쉬프트 레지스터 및 두개의 X-OR 연산수단을 이용하여 강화된 부호화 데이터 X1 및 X2 를 생성하는 것을 특징으로 하는 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 부호화 장치.
  5. 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 부호화 방법으로서,
    1비트의 입력비트를 쉬프트 레지스터 및 X-OR 연산수단을 이용하여 강화된 부호화 데이터로 부호화하는 제1단계;
    상기 강화된 부호화 데이터를 입력받아 프리코딩을 수행하는 제2단계; 및
    상기 강화된 부호화 데이터 및 프리코딩블럭의 출력신호를 트렐리스 인코딩하여 출력하는 제3단계;를 포함하는 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 부호화 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1단계는,
    하기 수학식
    Figure 112007055325304-pat00011
    Figure 112007055325304-pat00012
    에 의해 강화된 부호화를 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 부호화 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제3단계의 출력 심볼 레벨과 다음 상태가 하기 표 1 및 표 2와 같도록 1비트 데이터 심볼을 인코딩하는 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 부호화 방법.
    [표 1]
    Figure 112007055325304-pat00013
    [표 2]
    Figure 112007055325304-pat00014
  8. 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 복호화 장치로서,
    수신신호를 기저대역 신호로 변환시키는 수신수단;
    상기 기저대역 신호의 심볼 레벨을 판정하는 이퀄라이징 수단; 및
    상기 판정된 심볼에 대하여 심볼 레벨과 다음 상태가 각각 다음의 표 1 및 표 2와 같도록 판정된 심볼 레벨을 데이터 심볼로 디코딩하는 디코딩 수단을 포함하는 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 복호화 장치.
    [표 1]
    Figure 112007055325304-pat00015
    [표 2]
    Figure 112007055325304-pat00016
  9. 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 복호화 방법으로서,
    수신신호를 기저대역 신호로 변환시키는 단계;
    상기 기저대역 신호의 심볼 레벨을 판정하는 단계; 및
    상기 판정된 심볼에 대하여 심볼 레벨과 다음 상태가 각각 다음의 표 1 및 표 2와 같도록 판정된 심볼 레벨을 데이터 심볼로 디코딩하는 단계를 포함하는 디지털 텔레비전 방송용 오류정정 복호화 방법.
    [표 1]
    Figure 112007055325304-pat00017
    [표 2]
    Figure 112007055325304-pat00018
KR1020060015241A 2005-02-16 2006-02-16 개선된 성능을 갖는 디지털 텔레비전 방송용 오류정정부호화 장치 및 방법 KR100789752B1 (ko)

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