專利名稱：用于atsc－h(huán)dtv格子解碼器中ntsc干擾抑制的截短量度的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及接收高清晰度電視(HDTV)信號(hào)，尤其涉及在HDTV信號(hào)已經(jīng)被解調(diào)和梳狀濾波，抑制了NTSC同信道干擾之后，應(yīng)用格子解碼器解碼接收的VSB(殘留邊帶)調(diào)制HDTV信號(hào)。
背景技術(shù)：
描述在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，諸如音頻和視頻電視(TV)數(shù)據(jù)之類的數(shù)據(jù)從發(fā)送器發(fā)送到數(shù)個(gè)接收器。在電視信號(hào)傳輸系統(tǒng)的領(lǐng)域中，傳輸?shù)默F(xiàn)行NTSC(國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)正在被稱為HDTV，或ATSC-HDTV標(biāo)準(zhǔn)(參閱美國(guó)高級(jí)電視系統(tǒng)委員會(huì)(ATSC)，ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，文件A/53，1995年9月16日)的更高質(zhì)量系統(tǒng)所取代。這樣的HDTV信號(hào)是美國(guó)大聯(lián)盟提出的VSB調(diào)制類型的。
ATSC-HDTV標(biāo)準(zhǔn)需要8-VSB傳輸系統(tǒng)，8-VSB傳輸系統(tǒng)包括前向糾錯(cuò)(FEC)作為提高系統(tǒng)性能的手段?，F(xiàn)在參照

圖1，圖1顯示了HDTV傳輸系統(tǒng)100的FEC方面的簡(jiǎn)化方塊圖。系統(tǒng)100在發(fā)送器方101包含里德-索洛蒙(Reed-Solomon)編碼器103，后面接著字節(jié)交織器104和格子編碼器105。在接收器方121，存在相應(yīng)的格子解碼器125、字節(jié)解交織器124、和里德-索洛蒙解碼器123。
在這樣的系統(tǒng)中，首先，格子編碼器105根據(jù)諸如卷積碼、或格子碼之類的給定碼或編碼方案編碼數(shù)據(jù)信號(hào)。所應(yīng)用的格子碼是如ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)所述的比率2/3TCM(格子編碼調(diào)制)碼。這個(gè)碼是利用比率2，4態(tài)卷積編碼器編碼一個(gè)位，和加入FEC未編碼位實(shí)現(xiàn)的，其中FEC未編碼位是差分預(yù)編碼的。然后，調(diào)制器106把由三個(gè)編碼器輸出位組成的每個(gè)組映射成8-VSB調(diào)制器碼元，并且在給定通信信道和傳輸媒體150上發(fā)送它。例如，可以把調(diào)制編碼HDTV信號(hào)當(dāng)作地面RF(射頻)信號(hào)通過無線電發(fā)送發(fā)送。發(fā)送的信號(hào)包含以格式化成若干組連續(xù)場(chǎng)的多級(jí)碼元的形式代表HDTV圖像和其它信息的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中，每個(gè)場(chǎng)包括一個(gè)場(chǎng)段、數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)段、和相關(guān)的同步成分。
HDTV接收器121接收發(fā)送的信號(hào)。解調(diào)器126用于解調(diào)信號(hào)，以便提供解調(diào)信號(hào)；和格子解碼器125用于解碼解調(diào)信號(hào)，以便獲取原始數(shù)據(jù)。
由于在許多年里，NTSC和HDTV信號(hào)將共存于地面廣播信道中，因此，接收器121抑制可能存在的NTSC同信道干擾是非常重要的。NTSC干擾的消除可以通過加入解調(diào)器中的、也稱為梳狀濾波器的NTSC帶阻濾波器來實(shí)現(xiàn)。梳狀濾波器通常是一條在NTSC載波上或附近為零的12-碼元單抽頭延遲線。
因此，當(dāng)HDTV接收器檢測(cè)到NTSC同信道干擾時(shí)，它濾波解調(diào)信號(hào)，以便在進(jìn)行格子解碼之前，消除掉要不然會(huì)增大的NTSC同信道干擾。在無NTSC干擾的情況下，為了避免不必要的濾波和這種濾波帶來的負(fù)面效應(yīng)，不應(yīng)用梳狀濾波器。
當(dāng)沒有檢測(cè)到NTSC干擾時(shí)，用于AWGN(加性高斯白噪聲)信道的最優(yōu)格子解碼器是具有歐幾里得量度(Euclidean metric)的4態(tài)維特比(Viterbi)解碼器。有關(guān)這方面的內(nèi)容請(qǐng)參閱G.Ungerboeck撰寫的“對(duì)多級(jí)/相位信道的信號(hào)編碼(G.Ungerboeck，A Channel Coding with Multilevel/Phase Signals，IEEE Trans.Inform.Theory，vol.IT-28，pp.55-67，Jan.1982)。因此，在進(jìn)行解碼時(shí)，格子解碼器125通常應(yīng)用在沒有NTSC干擾時(shí)可以提供最優(yōu)解碼的歐幾里得量度。但是，當(dāng)存在NTSC干擾時(shí)，NTSC帶阻(梳狀)濾波器的使用引入了噪聲的相關(guān)性(加性高斯有色噪聲)，致使最優(yōu)格子解碼器變得異常復(fù)雜。因此，當(dāng)沒有NTSC同信道干擾時(shí)，通常使用最優(yōu)格子解碼器，并且，每當(dāng)應(yīng)用NTSC帶阻濾波時(shí)，就使用部分響應(yīng)格子解碼器。有關(guān)這方面的內(nèi)容請(qǐng)參閱，例如，美國(guó)專利第5,508,752號(hào)(Kim等人)(圖3和6)；William W.Lin等人的“用于HDTV的格子解碼器”(William W Lin et al.，A Trellis Decoder for HDTV，IEEETrans.Consumer Electronics，v.45，no.3(August 1999)，pp.571-576)(圖2)；和Dae-il Oh等人的“用于數(shù)字HDTV大聯(lián)盟系統(tǒng)的格子解碼器塊的VLSI結(jié)構(gòu)(Dae-il Oh et al.，A VLSI Architecture of the Trellis Decoder Block for the DigitalHDTV Grand Alliance System，IEEE Trans.Consumer Electronics，v.45，no.3(August 1996)，pp.346-356)(圖6)。
這樣的系統(tǒng)在使用12個(gè)全同編碼器(解碼器)的格子編碼(解碼)中應(yīng)用了12段內(nèi)交織(解交織)。這使得格子解碼器202在有NTSC干擾的情況下，作為8態(tài)(部分響應(yīng))格子解碼器實(shí)現(xiàn)，和在無NTSC干擾情況下，作為4態(tài)(最優(yōu))格子解碼器203實(shí)現(xiàn)。通過應(yīng)用12編碼器/解碼器交織，格子解碼器用于NTSC干擾情況的每一個(gè)全同解碼器將梳狀濾波器視為具有1碼元延遲(而不是12)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，可以用8態(tài)維特比解碼器實(shí)現(xiàn)最優(yōu)格子解碼器。有關(guān)這方面的內(nèi)容請(qǐng)參閱美國(guó)高級(jí)電視系統(tǒng)委員會(huì)撰寫的“ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)使用指南”(United States Advanced Television Systems Committee，Guide tothe Use of the ATSC Digital Television Standard，Document A/54，October 4，1995)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，圖2顯示了說明對(duì)于格子解碼器125的12個(gè)順序解碼器的每一個(gè)，在含有和不含有NTSC干擾的情況下，圖1所示的系統(tǒng)100的接收器121進(jìn)行的HDTV格子解碼的方塊圖。碼元級(jí)信號(hào)數(shù)據(jù)是從解調(diào)器126(圖1)接收的。在第一條(含有NTSC干擾)路徑中，NTSC帶阻(梳狀)濾波器201濾波解調(diào)信號(hào)，和部分響應(yīng)8態(tài)格子解碼器202解碼這個(gè)濾波解調(diào)信號(hào)。因?yàn)槭鞘釥顬V波，所以8態(tài)解碼器202在它的輸入端上接收部分響應(yīng)信號(hào)加噪聲。由于具有15個(gè)幅度級(jí)，因此，這個(gè)源自8-VSB碼元的部分響應(yīng)信號(hào)也被稱為15-VSB。在第二條(不含NTSC干擾)路徑中，不濾波解調(diào)信號(hào)，和通過最優(yōu)4狀格子解碼器203解碼這個(gè)解調(diào)信號(hào)。轉(zhuǎn)換器204根據(jù)是否檢測(cè)到NTSC干擾，選擇適當(dāng)?shù)慕獯a信號(hào)。
將會(huì)明白，取決于解調(diào)器126是否檢測(cè)到NTSC干擾，可以只有單個(gè)格子解碼器125用于實(shí)現(xiàn)8態(tài)格子解碼器202和4態(tài)格子解碼器203兩者?；蛘?，格子解碼器125可以包括獨(dú)立的解碼器202和203，根據(jù)是否檢測(cè)到NTSC干擾，選擇它們中的一個(gè)。并且，梳狀濾波器201可以包含在解調(diào)器126中。當(dāng)解調(diào)器126檢測(cè)到NTSC干擾時(shí)，它選擇，或應(yīng)用梳狀濾波器201。因此，當(dāng)解調(diào)器126檢測(cè)到NTSC干擾時(shí)，它把梳狀濾波的解調(diào)信號(hào)輸出到解碼器125，并且還向已經(jīng)檢測(cè)到NTSC干擾的解碼器125發(fā)出指令，以便解碼器125可以使用8態(tài)格子解碼器202。相反，當(dāng)解調(diào)器126沒有檢測(cè)到NTSC干擾時(shí)，它把未經(jīng)梳狀濾波的解調(diào)信號(hào)輸出到解碼器125，并且不向已經(jīng)檢測(cè)到NTSC干擾的解碼器125發(fā)出指令，以便解碼器125可以使用4態(tài)格子解碼器203。這種功能顯示在圖2所示的處理流程中。
在現(xiàn)行的實(shí)施方式中，最優(yōu)4態(tài)格子解碼器203和部分響應(yīng)8態(tài)格子解碼器202兩者都應(yīng)用歐幾里得量度，或它的某種變型。如上所述，在解碼器204的無NTSC干擾情況中，這使格子解碼器達(dá)到最優(yōu)和使結(jié)果達(dá)到最優(yōu)。但是，對(duì)于無NTSC干擾情況，具有歐幾里得量度的8態(tài)格子解碼器202的性能變差大約3.0到3.75dB。
附圖簡(jiǎn)述圖1顯示了HDTV傳輸系統(tǒng)的FEC方面的簡(jiǎn)化方塊圖；圖2是說明對(duì)于格子解碼器的12個(gè)順序解碼器的每一個(gè)，在含有和不含有NTSC干擾的情況下，圖1所示的系統(tǒng)的接收器進(jìn)行的HDTV格子解碼的方塊圖；圖3是更詳細(xì)地說明基于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的、圖1所示的系統(tǒng)的接收器的方塊圖；圖4描繪了基于美國(guó)大聯(lián)盟HDTV系統(tǒng)的、用于VSB調(diào)制信號(hào)的數(shù)據(jù)幀格式；圖5是說明圖1所示的HDTV傳輸系統(tǒng)對(duì)NTSC干擾情況確定最優(yōu)非歐幾里得量度那一方面的簡(jiǎn)化方塊圖；圖6是畫出位差錯(cuò)率(BER)隨位能量-噪聲密度比(Eb/N0)而變化的曲線，以說明本發(fā)明的截短格子解碼器量度的性能的圖形；圖7是畫出BER隨Eb/N0而變化的曲線，以說明本發(fā)明的絕對(duì)截短格子解碼器量度的性能的圖形；和圖8是畫出BER隨Eb/N0而變化的曲線，以說明本發(fā)明的2的乘方系數(shù)和絕對(duì)2的乘方系數(shù)截短格子解碼器量度的性能的圖形。
優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明提供了供基于美國(guó)采用的ATSC地面廣播標(biāo)準(zhǔn)的HDTV接收器的格子解碼器使用的改進(jìn)量度。尤其是，本發(fā)明規(guī)定了當(dāng)梳狀濾波器處理接收HDTV信號(hào)，以消除NTSC同信道干擾時(shí)截短非歐幾里得格子解碼器量度的使用。正如下面更詳細(xì)描述的那樣，這里提供的截短量度是在存在NTSC干擾和隨之使用梳狀濾波器的情況中，提供比歐幾里得量度更好性能的次最優(yōu)(帶有任意性，優(yōu)化到所需的程度)量度。業(yè)已證明，有關(guān)NTSC干擾情況的最優(yōu)量度是復(fù)雜的非歐幾里得量度，與濾波噪聲樣本的條件概率密度函數(shù)(PDF)的乘積有關(guān)。這里應(yīng)用最優(yōu)非歐幾里得量度的截短形式，其中把最優(yōu)非歐幾里得量度的條件PDF截短成據(jù)此可以施加條件的有限的少數(shù)幾個(gè)前樣本m。截短非歐幾里得量度是次最優(yōu)的(取決于在實(shí)施時(shí)對(duì)增益和復(fù)雜性的折衷，帶有任意性的優(yōu)化)，但優(yōu)于歐幾里得量度，并且不同于歐幾里得量度。ATSC-HDTV接收器和格子解碼現(xiàn)在參照?qǐng)D3，圖3顯示了更詳細(xì)地說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)100的接收器121的方塊圖。利用HDTV接收器121，地面廣播模擬輸入HDTV信號(hào)由包括RF調(diào)諧電路的輸入網(wǎng)絡(luò)314和包括用于生成中頻(IF)通帶輸出信號(hào)的雙轉(zhuǎn)換調(diào)諧器和適當(dāng)自動(dòng)增益控制(AGC)電路的IF處理器316來處理。接收信號(hào)是大聯(lián)盟推薦的和適合于在美國(guó)使用的載波壓縮8-VSB調(diào)制信號(hào)。這樣的VSB信號(hào)由一維數(shù)據(jù)碼元星座圖來表示，在一維數(shù)據(jù)碼元星座圖中，只有一個(gè)軸包含接收器要還原的量化數(shù)據(jù)。為了使圖面簡(jiǎn)潔起見，在圖3中未示出用于計(jì)時(shí)所示功能塊的信號(hào)。
在接收器上從以碼元形式傳輸數(shù)字信息的調(diào)制信號(hào)中還原數(shù)據(jù)通常需要三種功能有關(guān)碼元同步的定時(shí)還原、載波還原(頻率解調(diào)到基帶)、和信道均衡。定時(shí)還原是使接收器時(shí)鐘脈沖(時(shí)基)與發(fā)送器時(shí)鐘脈沖同步的過程。這使接收信號(hào)在最佳時(shí)間點(diǎn)上得到采樣，從而減小與接收碼元值的有向判定處理相關(guān)的分片誤差。載波還原是接收RF信號(hào)被降頻轉(zhuǎn)換到較低的中頻通帶(例如，近基帶)之后，被頻移到基帶，以便使調(diào)制基帶信息得以還原的過程。自適應(yīng)信道均衡是補(bǔ)償改變各種條件所致的后果和信號(hào)傳輸信道中的各種干擾的過程。這個(gè)過程通常應(yīng)用用于消除由傳輸信道的頻率隨時(shí)間而變的特性引起的幅度和相位失真，從而使碼元判定能力得到提高的濾波器。
正如始于1994年4月14日的大聯(lián)盟HDTV系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范所述，VSB傳輸系統(tǒng)傳送具有如圖4所示的預(yù)定數(shù)據(jù)幀格式的數(shù)據(jù)。現(xiàn)在參照?qǐng)D4，圖4描繪了基于美國(guó)大聯(lián)盟HDTV系統(tǒng)的、用于VSB調(diào)制信號(hào)的數(shù)據(jù)幀格式。在抑制載頻下的小導(dǎo)頻信號(hào)被加入發(fā)送信號(hào)中，以有助于在VSB接收器上實(shí)現(xiàn)載波鎖定。如圖4所示，每個(gè)數(shù)據(jù)幀包括兩個(gè)場(chǎng)，每個(gè)場(chǎng)包括832個(gè)多級(jí)碼元的313個(gè)段。每個(gè)場(chǎng)的第一段被稱為場(chǎng)同步段，其余的312個(gè)段被稱為數(shù)據(jù)段。數(shù)據(jù)段通常包含MPEG兼容數(shù)據(jù)分組(例如，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)ISO/IEC 11172運(yùn)動(dòng)圖像專家組-1標(biāo)準(zhǔn)(MPEG-1)；或ISO/IEC13818(MPEG-2)標(biāo)準(zhǔn))。每個(gè)數(shù)據(jù)段包括一個(gè)后面接著828個(gè)數(shù)據(jù)碼元的4-碼元段同步字符。在連續(xù)的場(chǎng)中，每個(gè)場(chǎng)段包括一個(gè)后面接著場(chǎng)同步成分的4-碼元段同步字符，場(chǎng)同步成分包括一個(gè)預(yù)定511-碼元偽隨機(jī)數(shù)(PN)序列和3個(gè)預(yù)定63-碼元PN序列，其中中間那一個(gè)是反向的。VSB模式控制信號(hào)(定義VSB碼元星座圖規(guī)模)接在最后一個(gè)63-碼元PN序列后面，它的后面接著96個(gè)備用碼元和12個(gè)從前一個(gè)場(chǎng)復(fù)制的碼元。
再參照?qǐng)D3，來自IF單元316的通帶IF輸出信號(hào)被模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)319轉(zhuǎn)換成過采樣數(shù)字碼元數(shù)據(jù)流。從ADC 319輸出的過采樣數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流被所有數(shù)字解調(diào)器/載波還原網(wǎng)絡(luò)322解調(diào)成基帶。這是響應(yīng)接收VSB數(shù)據(jù)流中的小參考導(dǎo)頻載波，由所有數(shù)字鎖相環(huán)(PLL)完成的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都將會(huì)明白，單元322生成輸出的I-相解調(diào)碼元數(shù)據(jù)流。
ADC 319利用21.52MHz采樣時(shí)鐘脈沖，即兩倍于接收碼元速率，過采樣輸入的10.76兆個(gè)碼元/秒VSB碼元數(shù)據(jù)流，從而提供每碼元兩個(gè)樣本的21.52兆個(gè)樣本/秒過采樣數(shù)據(jù)流。這種每碼元兩個(gè)樣本的基于樣本的處理，而不是一個(gè)碼元一個(gè)碼元(每碼元一個(gè)樣本)的基于碼元的處理的使用有利于諸如與，例如，DC補(bǔ)償單元326和解調(diào)器126的NTSC干擾檢測(cè)器相聯(lián)系之類的后續(xù)信號(hào)處理功能的操作。
與ADC 319和解調(diào)器322相聯(lián)系的是段同步和碼元時(shí)鐘脈沖還原網(wǎng)絡(luò)324。網(wǎng)絡(luò)324從隨機(jī)數(shù)據(jù)中檢測(cè)和分離每個(gè)數(shù)據(jù)幀的重復(fù)數(shù)據(jù)段同步成分。段同步用于再生適當(dāng)定相的21.52MHz時(shí)鐘脈沖，這個(gè)適當(dāng)定相的21.52MHz時(shí)鐘脈沖用于控制ADC 319的數(shù)據(jù)流碼元采樣。將會(huì)明白，網(wǎng)絡(luò)324有利地使用了簡(jiǎn)略2-碼元相關(guān)參考模式和相關(guān)的2-碼元數(shù)據(jù)相關(guān)器來檢測(cè)段同步。
DC補(bǔ)償單元326利用自適應(yīng)跟蹤電路從解調(diào)VSB信號(hào)中消除相對(duì)應(yīng)導(dǎo)頻信號(hào)成分的DC偏移成分。單元28通過將每個(gè)接收數(shù)據(jù)段與存儲(chǔ)在接收器的存儲(chǔ)器中理想場(chǎng)參考信號(hào)相比較，檢測(cè)數(shù)據(jù)場(chǎng)同步成分。除了場(chǎng)同步之外，場(chǎng)同步信號(hào)還提供了信道均衡器334的訓(xùn)練信號(hào)。
NTSC干擾檢測(cè)和抑制由解調(diào)器126的單元201來完成。此后，信號(hào)由可以以盲組合、訓(xùn)練、和定向判定模式進(jìn)行操作的信道均衡器自適應(yīng)地均衡。均衡器334可以是大聯(lián)盟HDTV系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范中和W.Bretl等人在文章“大聯(lián)盟數(shù)字電視接收器的AVSB調(diào)制解調(diào)器子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”(W.Bretl et al.，AVSBModem Subsystem Design for Grand Alliance Digital Television Receivers，IEEETrans.Consumer Electronics，August 1995)中所述那種類型的。來自梳狀濾波器201的輸出數(shù)據(jù)流在到達(dá)均衡器334之前，被降頻轉(zhuǎn)換成1個(gè)樣本/碼元(10.76兆個(gè)碼元/秒)數(shù)據(jù)流。這個(gè)降頻轉(zhuǎn)換可以由適用的下采樣網(wǎng)絡(luò)(為了使圖形簡(jiǎn)潔起見，未示出)來完成。
均衡器334糾正信道失真，但是相位噪聲隨機(jī)地旋轉(zhuǎn)碼元星座圖。相位跟蹤網(wǎng)絡(luò)336響應(yīng)導(dǎo)頻信號(hào)，從包括前面載波還原網(wǎng)絡(luò)還沒有消除的相位噪聲的、來自均衡器334的輸出信號(hào)中消除殘余噪聲和增益噪聲。圖3中格子解碼器125之前的所有部件，即單元314、316、319、322、324、326、328、201、334、和336在圖1中用解調(diào)器模塊126表示。
然后，解調(diào)器126的相位跟蹤網(wǎng)絡(luò)336輸出的相位糾正信號(hào)由單元125進(jìn)行格子解碼，由單元124進(jìn)行解交織，由單元123進(jìn)行里德-索洛蒙糾錯(cuò)，和由單元127進(jìn)行解擾(解隨機(jī)化)。此后，解碼數(shù)據(jù)流由單元350進(jìn)行音頻、視頻、和顯示處理。
調(diào)諧器314、IF處理器316、場(chǎng)同步檢測(cè)器328、均衡器334、PLL 336、格子解碼器125、解交織器124、里德-索洛蒙解碼器123、和解擾器127可以應(yīng)用在始于1994年4月4日的大聯(lián)盟HDTV系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范中和在Bretl等人如上所述的文章中所述那種類型的電路。適合于完成單元319和350的功能的電路是眾所周知的。
單元322中的解調(diào)由整個(gè)數(shù)字自動(dòng)相位控制(APC)環(huán)路來完成，以便實(shí)現(xiàn)載波還原。PLL把導(dǎo)頻成分用作初始獲取和用于相位獲取的一般相位檢測(cè)器的參考。導(dǎo)頻信號(hào)嵌在接收數(shù)據(jù)流中，接收數(shù)據(jù)流包含呈現(xiàn)隨機(jī)、似噪聲模式的數(shù)據(jù)。解調(diào)器APC環(huán)路對(duì)隨機(jī)數(shù)據(jù)基本上不作濾波處理。到ADC 319的10.76兆個(gè)碼元/秒輸入信號(hào)是VSB頻譜的中心在5.38MHz上和導(dǎo)頻成分在2.69MHz上的近基帶信號(hào)。輸入數(shù)據(jù)流有利地被ADC 319以21.52MHz兩倍過采樣。在來自單元322的解調(diào)數(shù)據(jù)流中，導(dǎo)頻成分已經(jīng)被向下頻移到DC。
在一個(gè)實(shí)施例中，解調(diào)器126利用數(shù)字解調(diào)單元322進(jìn)行解調(diào)，并且，當(dāng)它檢測(cè)到NTSC同信道干擾時(shí)，就啟動(dòng)梳狀濾波器201進(jìn)行NTSC同信道干擾抑制；否則的話，梳狀濾波器就不起作用和不濾波信號(hào)。正如上面參照?qǐng)D2所說明的那樣，格子解碼器單元125可以實(shí)現(xiàn)用在無NTSC干擾情況中的最優(yōu)4態(tài)格子解碼器203、和用在有NTSC干擾情況中的部分響應(yīng)8態(tài)格子解碼器202兩者。正如下面要作更詳細(xì)描述的那樣，根據(jù)本發(fā)明，格子解碼器125的最優(yōu)格子解碼器203應(yīng)用歐幾里得量度，而格子解碼器125的部分響應(yīng)格子解碼器202則應(yīng)用截短、非歐幾里得的次最優(yōu)量度。NTSC干擾情況的最優(yōu)非歐幾里得量度本發(fā)明規(guī)定了在這里稱為截短量度的量度族，它比歐幾里得量度更適用于NTSC干擾情況。通過根據(jù)本發(fā)明把部分響應(yīng)格子解碼器202構(gòu)造成應(yīng)用截短量度，使得越復(fù)雜性能就越好。如下所述，截短量度的兩個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單實(shí)施例相對(duì)于歐幾里得量度有可能獲得1.0和1.5dB的增益，并且實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)容易。
如上所述，在基于ATSC-HDTV標(biāo)準(zhǔn)的ATSC-HDTV格子解碼器中，由于從如下的討論中可以看出的、把NTSC帶阻濾波器201應(yīng)用于抑制檢測(cè)的NTSC同信道干擾時(shí)引入的相關(guān)噪聲，當(dāng)存在NTSC干擾時(shí)，歐幾里得量度不是最優(yōu)的。
為了得出部分響應(yīng)格子解碼器的最優(yōu)量度，首先分析部分響應(yīng)信號(hào)是有益的?，F(xiàn)在參照?qǐng)D5，圖5顯示了說明圖1所示的HDTV傳輸系統(tǒng)對(duì)NTSC干擾情況確定最優(yōu)非歐幾里得量度方面的簡(jiǎn)化方塊圖。圖5所示的是系統(tǒng)100的發(fā)送器101的格子編碼器105、解調(diào)器126(圖1和2)的梳狀濾波器201、和在NTSC干擾情況下接收器121應(yīng)用的解碼器125(圖1和2)的8態(tài)部分響應(yīng)格子解碼器202。在圖5所示的圖中，x是數(shù)據(jù)輸入序列；z是編碼器輸出序列、發(fā)送序列、或碼字；w是AWGN噪聲序列；r是接收序列；y是帶阻濾波器輸出序列；和x*是解碼數(shù)據(jù)序列。對(duì)于每個(gè)樣本i，如下關(guān)系成立ri＝zi-widz＝zi-z(i-1)dw＝wi-w(i-1)yi＝ri-r(i-1)＝dz+dw (1)從方程(1)可以看出，格子解碼器202在它的輸入端上接收部分響應(yīng)信號(hào)dz1加噪聲。由于具有15個(gè)可能幅度級(jí)，從8-VSB碼元得出的這個(gè)部分響應(yīng)信號(hào)也被稱為15-VSB。
如方程(2)所示定義長(zhǎng)度為n的dwn隨機(jī)序列的多維高斯概率密度函數(shù)(PDF)Pdw(dwn)=p(dw1)p(dw2/dw1)p(dw3/dw2dw1)...p(dwn/dwn-1...dw1)]]>={1/((2π)n/2(det[Kdw])1/2)}EXP{-[dwn]TKdw-1dwn/2}...(2)]]>此處，det[.]代表矩陣行列式，[.]T代表轉(zhuǎn)置矩陣，K-1是K的逆矩陣，和K是長(zhǎng)度為n的噪聲序列dwn的協(xié)方差矩陣。有關(guān)內(nèi)容請(qǐng)參閱Henry Stark和JohnW.Woods著的概率、隨機(jī)過程、和估計(jì)理論工程師用書第二版(Henry Stark &John W.Woods，Probability，Random Processes，and Estimation Theory forEngineers，2nd ed.)(Englewood Cliffs，N.J.Prentice Hall，1994)。
通過把最大似然(ML)判定規(guī)則應(yīng)用于方程(2)中的PDF，我們可以導(dǎo)出由下式給出的最優(yōu)量度μn=[yn-dzn]TKdw-1[yn-dzn].....(3)]]>由于在NTSC干擾情況中梳狀濾波器引入的噪聲相關(guān)性，與無NTSC干擾的情況一樣，隨機(jī)高斯噪聲序列的協(xié)方差矩陣不是單位矩陣的比例形式。有關(guān)內(nèi)容請(qǐng)參閱上面引用的Stark和Woods的參考書。另外，逆協(xié)方差矩陣K-1將是具有非零系數(shù)的nxn矩陣。因此，最優(yōu)量度不是歐幾里得量度，并且，復(fù)雜性隨著序列長(zhǎng)度n增加而增加。因此，NTSC干擾情況的最優(yōu)量度可以是非常復(fù)雜的。NTSC干擾情況的截短(次最優(yōu))非歐幾里得量度在一個(gè)實(shí)施例中，格子解碼器202在解碼期間應(yīng)用基于最優(yōu)非歐幾里得量度的截短、次最優(yōu)量度，來取代方程(3)表示的最優(yōu)非歐幾里得量度。具體地說，把最優(yōu)非歐幾里得量度的條件PDF截短成據(jù)此可以施加條件的有限的少數(shù)幾個(gè)前樣本m，獲得截短量度。當(dāng)把噪聲相關(guān)性截短成少數(shù)幾個(gè)相鄰噪聲樣本時(shí)，導(dǎo)出該組用于NTSC干擾情況的截短量度。舉例來說，當(dāng)m＝0時(shí)，對(duì)于i≠n的每個(gè)值，用p(dwi)取代所有條件PDF；當(dāng)m＝1時(shí)，對(duì)于i≠n的每個(gè)值，用p(dwi/dwi-1)取代它們；當(dāng)m＝2時(shí)，對(duì)于i≠n的每個(gè)值，用p(dwi/dwi-1dwi-2)取代它們，以此類推。
對(duì)于截短量度的一般值，m，截短量度由下列給出μn=Σi=1nμi=Σi=1n(Σj=0m(1-j/(m+1))dwi-j)2|dw=y-dz.......(4)]]>此處，n是序列長(zhǎng)度；m是截短常數(shù)(m≠n)；y是接收部分響應(yīng)碼元加相關(guān)噪聲；dz是部分響應(yīng)碼元；dw是相關(guān)噪聲，和dw-m+1＝...＝dw-1＝dw0/0。因此，本發(fā)明實(shí)施例的截短量度族由方程(4)給出。
方程(4)隨n增加具有簡(jiǎn)單重復(fù)結(jié)構(gòu)，并且當(dāng)m6n時(shí)它接近最優(yōu)量度。復(fù)雜性也隨著m增加而增加存儲(chǔ)的量度項(xiàng)的個(gè)數(shù)和每個(gè)格子態(tài)加法器的個(gè)數(shù)都等于m。但是，對(duì)于長(zhǎng)度為n的序列，每個(gè)狀態(tài)硬算(brute-force)復(fù)雜性與n*m成比例，而不是與最優(yōu)量度所需的n2成比例。因此，選擇足夠小的截短常數(shù)m對(duì)于實(shí)際實(shí)現(xiàn)是非常有吸引力的。將會(huì)明白，本發(fā)明的截短量度通過格子解碼器202的實(shí)現(xiàn)類似于在前面HDTV格子解碼器中應(yīng)用的絕對(duì)歐幾里得量度的實(shí)現(xiàn)，為了存儲(chǔ)前面的量度項(xiàng)，需要作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。可替換截短量度除了方程(4)的截短量度之外，在可替換的實(shí)施例中，還可以應(yīng)用截短量度的變型，譬如，絕對(duì)截短量度、2的乘方系數(shù)量度、和絕對(duì)2的乘方系數(shù)量度。這些量度使實(shí)際實(shí)現(xiàn)起來更加容易，而仍然保持利用上面參照方程(4)所述的截短量度的實(shí)施例所得的相對(duì)增益。截短量度的這些變型描述如下。
絕對(duì)截短量度盡管歐幾里得量度含有平方項(xiàng)，但是，往往在實(shí)現(xiàn)維特比解碼器時(shí)所作的一種近似是把要平方的項(xiàng)的絕對(duì)值定義為量度。這樣就縮小了量度的大小，并且，以一些附加的損失為代價(jià)，省去了每個(gè)狀態(tài)一個(gè)乘法器，或一個(gè)ROM的需要。在一個(gè)可替換實(shí)施例中，把類似的絕對(duì)值技術(shù)應(yīng)用于方程(4)的截短量度，得出在這里被稱為絕對(duì)截短量度的截短量度，其中，方程(4)變成μn=Σi=1nμi=Σi=1n|Σj=0m(1-j/(m+1))dwi-j||dw=y-dz.....(5)]]>方程(5)的一種更實(shí)用形式是省去對(duì)分?jǐn)?shù)系數(shù)的需要，把它轉(zhuǎn)換成整數(shù)。雖然性能不會(huì)受損失，但需要更多的位，可以把絕對(duì)截短量度寫成μn=Σi=1nμi=Σi=1n|Σj=0m(m+1-j)dwi-j||dw=y-dz.....(6)]]>2的乘方系數(shù)量度方程(4)的截短量度，或?qū)τ趍＞1的絕對(duì)截短量度的一個(gè)缺點(diǎn)是需要不是2的乘方的分?jǐn)?shù)系數(shù)，或者，如方程(6)那樣，每個(gè)量度項(xiàng)需要更多的位數(shù)，以便省去分?jǐn)?shù)系數(shù)。因此，在另一個(gè)可替換實(shí)施例中，應(yīng)用分?jǐn)?shù)系數(shù)只是2的乘方的截短量度變型，這可以通過移位寄存器容易地得以實(shí)現(xiàn)。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，可以應(yīng)用如下2的乘方系數(shù)量度μn=Σi=1nμi=Σi=1n(Σj=0m(1/2)jdwi-j)2|dw=y-dz....(7)]]>或它的等效絕對(duì)量度μn=Σi=1nμi=Σi=1n|Σj=0m(1/2)jdwi-j||dw=y-dz.....(8)]]>在另一種可替換方案中，方程(4)中的截短量度系數(shù)用最接近的2的乘方值來代替，從而得出方程(4)的截短量度的如下2的乘方系數(shù)量度變型μn=Σi=1nμi=Σi=1n(Σj=0mcjdwi-j)2|dw=y-dz....(9)]]>或它的等效絕對(duì)量度μn=Σi=1nμi=Σi=1n|Σj=0mcjdwi-j||dw=y-dz.....(10)]]>此處，cj定義為cj＝1/2p，p∈Z，p≥0，0≤j≤m1/2(p+1)＜(1-j/(m+1))≤1/2p和|(1-j/(m+1))-1/2p|＜|(1-j/(m+1))-1/2(p+1)| (11)2的乘方系數(shù)量度的其它可替換實(shí)施例也是可能的，其中系數(shù)的選擇是可變的，但是仍然使用與2的乘方系數(shù)或其它一些容易實(shí)現(xiàn)的系數(shù)相同的原理。量度性能截短量度截短量度的性能通過通信系統(tǒng)的軟件模擬來評(píng)估。對(duì)于Eb/N0(位能量-噪聲密度比)的不同值，可以獲得BER(位差錯(cuò)率)隨Eb/N0而變化的曲線。討論之中的噪聲密度是AWGN噪聲的噪聲密度，而不是NTSC帶阻濾波器201的輸出端上相關(guān)噪聲的噪聲密度。這使得我們可以比較兩種格子解碼器，即4態(tài)(無NTSC干擾)格子解碼器203和8態(tài)格子解碼器202(有NTSC干擾)的性能。在無NTSC干擾情況下應(yīng)用歐幾里得量度的4態(tài)解碼器203的性能被認(rèn)為是基準(zhǔn)或最優(yōu)性能。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6，圖6顯示了畫出BER隨Eb/N0而變化的曲線，以說明本發(fā)明的截短格子解碼器量度的性能的圖形600。具體地說，圖形600顯示了與三種次最優(yōu)量度(截短常數(shù)m＝0、1和2)相聯(lián)系的、有關(guān)4態(tài)格子解碼器203(曲線604)、和8態(tài)格子解碼器202的BER隨Eb/N0(dB)而變化的曲線。因此，為8態(tài)格子解碼器202顯示的BER隨Eb/N0(dB)而變化的曲線是利用下列量度所致的性能歐幾里得量度(曲線601)、基于本發(fā)明的第一截短量度(曲線602)、和基于本發(fā)明的第二截短量度(曲線603)。這些曲線是利用量度的浮點(diǎn)運(yùn)算、偽隨機(jī)二進(jìn)制輸入數(shù)據(jù)、具有25個(gè)格子分支的路徑量度存儲(chǔ)的維特比解碼、和每點(diǎn)至少1000個(gè)位差錯(cuò)獲得的。
從圖6畫出的結(jié)果中可以對(duì)解碼器性能得出如下結(jié)論(1)具有歐幾里得量度(與0階，或m＝0的截短量度相同)的8態(tài)格子解碼器202(有NTSC干擾情況)相對(duì)于無NTSC干擾情況而言，在感興趣的BER范圍內(nèi)，性能變差3.0到3.75dB。如上所述，這個(gè)變差主要由無NTSC干擾路徑中，NTSC帶阻濾波器201使AWGN噪聲的方差加倍之后的相關(guān)噪聲引起的。這導(dǎo)致了大約3.0dB的損失(參閱Oh等人的上述文章)。另外的損失來自現(xiàn)在噪聲是相關(guān)的和歐幾里得量度不利用這種相關(guān)性。
(2)具有1階(m＝1)截短量度的8態(tài)格子解碼器202使性能比歐幾里得量度提高1.0dB。這表示對(duì)于相同的Eb/N0，BER在幅度上提高多達(dá)1個(gè)量級(jí)。
(3)具有2階(m＝2)截短量度的8態(tài)格子解碼器202使性能比歐幾里得量度提高1.5dB。這表示對(duì)于相同的Eb/N0，BER在幅度上提高大于1個(gè)量級(jí)。
由于回報(bào)減少規(guī)律，我們預(yù)期，截短常數(shù)m的值越大，附加的增益就越小。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，為了在增益與復(fù)雜性之間取得好的折衷，對(duì)于截短量度的實(shí)際實(shí)施而言，m＝1和2的值是優(yōu)選的。但是，隨著IC(集成電路)設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步的硅成本的降低，更大的m值相對(duì)來說也變得易于實(shí)現(xiàn)，因此，也許是優(yōu)選的。絕對(duì)截短量度現(xiàn)在參照?qǐng)D7，圖7顯示了畫出BER隨Eb/N0而變化的曲線，以說明本發(fā)明的絕對(duì)截短格子解碼器量度在截短常數(shù)m＝1和2(分別是曲線701和702)的情況下，與4態(tài)絕對(duì)歐幾里得量度格子解碼器(無NTSC干擾，曲線704)和8態(tài)絕對(duì)歐幾里得量度格子解碼器(有NTSC干擾，曲線701)兩者相比較的性能的圖形700。這些曲線顯示，與8態(tài)絕對(duì)歐幾里得量度格子解碼器相比，分別獲得1.0dB和1.5dB的增益，這表示當(dāng)實(shí)現(xiàn)量度的絕對(duì)值形式時(shí)，保持相對(duì)增益不變。
2的乘方系數(shù)量度現(xiàn)在參照?qǐng)D8，圖8顯示了畫出BER隨Eb/N0而變化的曲線，以說明本發(fā)明的2的乘方系數(shù)(曲線803)和絕對(duì)值2的乘方系數(shù)(曲線801)格子解碼器量度在截短常數(shù)m＝2的情況下，與2階的8態(tài)截短量度(曲線804)和2階的8態(tài)絕對(duì)截短量度(曲線802)兩者相比較的性能的圖形800。這些曲線表示，2的乘方系數(shù)和絕對(duì)2的乘方系數(shù)量度基本上具有與相應(yīng)的2階截短量度相同的性能。
因此，在ATSC-HDTV格子解碼器的NTSC同信道干擾情況中，本發(fā)明的截短量度族提供了比歐幾里得量度更好的性能。截短量度使增益隨著復(fù)雜程度增加而增加。尤其是，截短量度的兩種最簡(jiǎn)單實(shí)施方式相對(duì)于歐幾里得量度有可能獲得1.0dB和1.5dB的增益。這是相當(dāng)可觀的增益，它表示在格子解碼器的輸出端上，在位差錯(cuò)率測(cè)量方面，幅度提高大于1個(gè)量級(jí)。以復(fù)雜程度增加為代價(jià)，量度值越高，獲得的增益就越大。
在除了ATSC-HDTV系統(tǒng)之外的其它系統(tǒng)中，例如，在格子編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)需要被解調(diào)，和為了某種目的需要被濾波的任何系統(tǒng)中，其中，如果不濾波的話，通過應(yīng)用歐幾里得量度的格子解碼器解碼信號(hào)是最優(yōu)的，但是，濾波器的使用把解調(diào)信號(hào)中的白噪聲轉(zhuǎn)換成相關(guān)噪聲，致使利用歐幾里得量度格子解碼濾波信號(hào)不再是最優(yōu)的，在這種情況下，應(yīng)用本發(fā)明的截短量度格子解碼是有利的。在這樣的系統(tǒng)中，確定復(fù)雜的非歐幾里得最優(yōu)量度，當(dāng)格子解碼濾波信號(hào)時(shí)，應(yīng)用這個(gè)非歐幾里得量度的截短形式。
不言而喻，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對(duì)上面為了說明本發(fā)明的性質(zhì)而描述和圖示的那些部分的細(xì)節(jié)、器材、和布置作各種各樣的改變，這不偏離所附權(quán)利要求書所述的本發(fā)明的原理和范圍。
權(quán)利要求
1.在用于接收包含數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的信號(hào)的系統(tǒng)中，一種信號(hào)處理方法，其中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以格式化成若干組連續(xù)場(chǎng)的多級(jí)碼元的形式代表高清晰度電視(HDTV)格式信息，每個(gè)場(chǎng)包括一個(gè)場(chǎng)段、數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)段、和相關(guān)的同步成分，所述信號(hào)處理方法包括下列步驟(a)解調(diào)接收信號(hào)，生成解調(diào)信號(hào)；(b)濾波解調(diào)信號(hào)，抑制NTSC同信道干擾，生成濾波信號(hào)；和(c)采用應(yīng)用截短非歐幾里得量度的格子解碼器格子解碼濾波信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，接收信號(hào)是殘留邊帶(VSB)調(diào)制信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，濾波步驟包括梳狀濾波解調(diào)信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)包括利用解調(diào)器解調(diào)接收信號(hào)的步驟；步驟(b)包括下列步驟(1)利用解調(diào)器檢測(cè)NTSC同信道干擾；和(2)只有當(dāng)解調(diào)器檢測(cè)到NTSC同信道干擾時(shí)，才利用解調(diào)器的梳狀濾波器濾波解調(diào)信號(hào)；和步驟(c)包括下列步驟如果解調(diào)器檢測(cè)到NTSC同信道干擾，采用應(yīng)用截短非歐幾里得量度的部分響應(yīng)格子解碼器格子解碼濾波信號(hào)，否則的話，采用應(yīng)用歐幾里得量度的最優(yōu)格子解碼器格子解碼解調(diào)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，部分響應(yīng)格子解碼器是8態(tài)部分響應(yīng)格子解碼器，和最優(yōu)格子解碼器是4態(tài)最優(yōu)格子解碼器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，部分響應(yīng)格子解碼器和最優(yōu)格子解碼器是通過含有用于進(jìn)行12解碼器交織的12個(gè)全同解碼器的格子解碼器實(shí)現(xiàn)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)存在NTSC干擾和步驟(b)的濾波時(shí)，格子解碼器要使用的最優(yōu)量度是與濾波噪聲樣本的條件概率密度函數(shù)的乘積相聯(lián)系的最優(yōu)非歐幾里得量度，其中，截短量度是把最優(yōu)非歐幾里得量度的條件PDF截短成據(jù)此該條件適用的有限的少數(shù)幾個(gè)前樣本m的、最優(yōu)非歐幾里得量度的截短形式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，對(duì)于截短量度的一般值，m，截短量度由下式給出μn=Σi=1nμi=Σi=1n(Σj=0m(1-j/(m+1))dwi-j)2|dw=y-dz]]>此處，n是序列長(zhǎng)度；m是截短常數(shù)(m≠n)；y是接收部分響應(yīng)碼元加相關(guān)噪聲；dz是部分響應(yīng)碼元；dw是相關(guān)噪聲，和dw-m+1＝...＝dw-1＝dw0/0。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，m＝1。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，m＝2。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，截短量度是絕對(duì)截短量度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，截短量度是2的乘方系數(shù)量度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，2的乘方系數(shù)量度是絕對(duì)2的乘方系數(shù)量度。
14.在用于接收包含數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的格子編碼信號(hào)的系統(tǒng)中，一種信號(hào)處理方法，所述信號(hào)處理方法包括下列步驟(a)解調(diào)接收信號(hào)，生成含有白噪聲的解調(diào)信號(hào)，其中，含有白噪聲的的解調(diào)信號(hào)可以通過格子解碼應(yīng)用歐幾里得量度的信號(hào)最優(yōu)地得到格子解碼；(b)濾波解調(diào)信號(hào)，生成濾波信號(hào)，其中，濾波把信號(hào)的白噪聲轉(zhuǎn)換成相關(guān)噪聲；和(c)采用應(yīng)用截短非歐幾里得量度的格子解碼器格子解碼濾波信號(hào)。
全文摘要
在用于接收包含數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的信號(hào)的系統(tǒng)中，解調(diào)接收信號(hào)，生成解調(diào)信號(hào)，其中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以格式化成若干組連續(xù)場(chǎng)的多級(jí)碼元的形式代表HDTV圖像信息，每個(gè)場(chǎng)包括一個(gè)場(chǎng)段、數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)段、和相關(guān)的同步成分。梳狀濾波解調(diào)信號(hào)，抑制NTSC同信道干擾，生成濾波信號(hào)。采用應(yīng)用截短非歐幾里得量度的格子解碼器格子解碼濾波信號(hào)。
文檔編號(hào)H04N5/44GK1433631SQ00818751
公開日2003年7月30日 申請(qǐng)日期2000年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月21日
發(fā)明者伊沃內(nèi)特·馬克曼, 金宰亨, 瓦蘇德萬·帕塞薩拉錫 申請(qǐng)人:湯姆森特許公司