(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信に適した、圧縮ドメインのデジタル信号を生成する方法であって、
第１の複数のデータビットを含む第１のデジタルデータストリーム信号、及び第２の複数のデータビットを含む第２のデジタルデータストリーム信号を提供し、
上記第１のデジタルデータストリーム信号に対して決定される閾値に基づき、上記第１の複数のデータビットからデータビットを特定し、
第３のデジタルデータストリーム信号を生成するため、上記第２の複数のデータビットからのデータビットにより上記第１のデジタルデータストリーム信号内の上記選択されたデータビットを置換することを含み、
上記第３のデジタルデータストリーム信号は、上記第１のデジタルデータストリーム信号を受信するように構成された受信機、及び上記第３のデジタルデータストリーム信号を受信するように構成された受信機によって、受信され復号されるように適合されている、方法。
【請求項２】
上記閾値は、上記第１の複数のデータビットの割合であることを示す、請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記第１のデジタルデータストリーム信号は、ＡＴＳＣ ＤＴＶデータストリーム信号である、請求項２記載の方法。
【請求項４】
上記閾値は、上記第１のデジタルデータストリーム信号に対する視感度の閾値である、請求項２記載の方法。
【請求項５】
上記第２のデジタルデータストリーム信号は、上記第１のデジタルデータストリーム信号のビットレートより低いビットレートを有する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
複数の第１種のデータビットＺ０，第２種のデータビットＺ１，第３種のデータビットＺ２を生成するため、上記第１の複数のデータビットの対を畳み込み符号化するステップを更に含み、上記選択されたデータビットは、上記第１種のデータビットＺ０の選択されたデータビットである、請求項１記載の方法。
【請求項７】
第１のデジタルデータストリーム信号及び第２のデジタルデータストリーム信号からのデータビットを含む、圧縮ドメインのデジタル信号であって、上記第１のデジタルデータストリーム信号を受信するように構成された第１の受信機と上記第３のデジタルデータストリーム信号を受信するように構成された第２の受信機への送信及びこれらによる受信に適したデジタル信号を生成するためのデバイスにおいて、
第１の複数のデータビットを含む上記第１のデジタルデータストリーム信号を受信するように構成された第１入力、及び第１出力を含む第１の誤り訂正符号化デバイスと、
第２の複数のデータビットを含む上記第２のデジタルデータストリーム信号を受信するように構成された第２入力、及び第２出力を含む第２の誤り訂正符号化デバイスと、
上記第３のデジタルデータストリーム信号を生成するため、上記第１のデジタルデータストリーム信号内の選択されたデータビットを上記第２の複数のデータビットからデータビットを用いて選択的に置換する置換手段とを含み、
上記選択されたデータビットを選択的に置換する上記手段は、上記第１及び第２の誤り訂正符号化デバイスに結合されており、上記選択されたデータビットは、少なくとも与えられた割合の上記第１の複数のデータビットが上記第３のデジタルデータストリーム信号に含まれるように、選択される、デバイス。
【請求項８】
上記第１の誤り訂正符号化デバイスは、
上記第１の入力及び出力を含む第１のリードソロモンエンコーダーと、
上記第１のリードソロモンエンコーダーの出力に結合される入力及び出力を有する第１のインターリーバーと、
上記第１のインターリーバーの出力に結合される入力及び上記第１出力を有する第１の畳み込みエンコーダーとを含む、請求項７記載のデバイス。
【請求項９】
上記第２の誤り訂正符号化デバイスは、
上記第２の入力及び出力を含む第２のリードソロモンエンコーダーと、
上記第２のリードソロモンエンコーダーの出力に結合される入力及び出力を有する第２のインターリーバーと、
上記第２のインターリーバーの出力に結合される入力及び上記第２出力を有する第２の畳み込みエンコーダーとを含む、請求項８記載のデバイス。
【請求項１０】
上記置換手段は、上記第１及び第２出力に結合された、請求項９記載のデバイス。
【請求項１１】
上記置換手段に結合され、上記第１のデジタルデータストリーム信号の上記選択されたデータビットを特定するコントローラを更に含む、請求項１０記載のデバイス。
【請求項１２】
上記置換手段は、第３出力と、上記第１及び第２のデジタルデータストリーム信号からのデータビットを上記第３出力に選択的に付加するスイッチとを含む、請求項１１記載のデバイス。
【請求項１３】
第１のデジタルデータストリーム信号の誤りを訂正する第１の誤り訂正デバイスと、
第２のデジタルデータストリーム信号の誤りを訂正する第２の誤り訂正デバイスと、
上記第１のデジタルデータストリーム信号からのデータビット及び上記第２のデジタルデータストリーム信号からのデータビットを含む第３のデジタルデータストリーム信号を受信し、上記第１の誤り訂正デバイスに上記第１及び第２のデジタルデータストリーム信号からのデータビットを付加し、上記第２の誤り訂正デバイスに上記第２のデジタルデータストリーム信号からのデータビットを付加するための手段とを含み、
上記第１のデジタルデータストリーム信号は、第１の受信機により受信されるように構成される、圧縮ドメインのデジタル信号を受信するのに適した受信機。
【請求項１４】
上記第１の誤り訂正デバイスは、第１のトレリスデコーダーと、第１のインターリーバーと、第１のリードソロモンデコーダーとを含む、請求項１３記載の受信機。
【請求項１５】
上記第３のデジタルデータストリーム信号は、複数の第１種のデータビットと、複数の第２種のデータビットと、複数の第３種のデータビットとを含み、上記選択されたデータビットは、上記第１種のデータビットの選択されたデータビットである、請求項１３記載の受信機。
【請求項１６】
第１のデジタルデータストリーム信号に対応するデータビットと、第２のデジタルデータストリーム信号に対応するデータビットとを含む第３のデジタルデータストリーム信号であって、上記第１のデジタルデータストリーム信号を受信するように構成された受信機によって受信されるように適合された第３のデジタルデータストリーム信号を受信し、
上記第１のデジタルデータストリーム信号に対応する上記データビット及び上記第２のデジタルデータストリーム信号に対応する上記データビットを第１の誤り訂正デバイスに、上記第２のデジタルデータストリーム信号に対応する上記データビットを第２の誤り訂正デバイスに付加する、圧縮ドメインのデジタル信号を受信する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、圧縮ドメインの送信及び受信方法及びシステムに係り、より詳細には、第１の圧縮されたデジタル信号データストリーム信号に対するシステムの送信／受信の性能を劣化することなく、第１の圧縮されたデジタルデータストリームに第２の圧縮されたデジタルデータストリームを合成するための改良方法に関する。
【０００２】
アドバンスト・テレビジョン・システム・コミッティー・デジタル・テレビジョン規格（ＡＴＳＣ ＤＴＶ）は、単一の６ＭＨｚチャンネルを使用した、高品質の音声、映像及び付属データの送信及び受信を提供するシステム設計規格に言及する。ＡＴＳＣ ＤＴＶ対応システムは、６ＭＨｚ地上波（８値ＶＳＢ）の放送チャンネルでおよそ１９Ｍｂｉｔｓ／ｓｅｃ、及び６ＭＨｚケーブルテレビジョン（１６値ＶＳＢ）チャンネルでおよそ３８Ｍｂｉｔｓ／ｓｅｃで確実に伝送できる。
【０００３】
予測可能であるが、ＤＴＶシステムの人気が高まるにつれて、割り当てられた帯域幅のより効率の良い全体使用及び信頼性向上に対する要求が高まる。従って、ＡＴＳＣシステムのＡＴＳＣ ＤＴＶ信号の割り当てられた全体の帯域幅をより効率よく利用する必要性がある。
【０００４】
本方法は、送信に適した、圧縮ドメインのデジタル信号を生成する方法であって、第１の複数のデータビットを含む第１のデジタルデータストリーム信号、及び第２の複数のデータビットを含む第２のデジタルデータストリーム信号を提供し；上記第１のデジタルデータストリーム信号に対し閾値を決定し；上記閾値に基づき、上記第１の複数のビットからビットを特定し；合成デジタルデータストリーム信号を生成するため、上記第２の複数からのデータビットを上記第１の複数の選択データビットに置換することを含み、上記合成デジタルデータストリーム信号は、上記第１のデジタルデータストリーム信号を受信するように構成された受信機と、上記合成デジタルデータストリーム信号を受信するように構成された受信機とによって、受信され復号されるように構成されている。
【０００５】
本発明は、８値ＶＳＢ地上放送モードのＡＴＳＣ ＤＴＶシステムに関連して説明される。しかし、本発明は、他種の圧縮ドメインの信号送信／受信にも同等に適用できるものと理解されるべきである。
【０００６】
図を参照するに、本発明の類似する要素には類似の番号で指示されている。図１は、信号デジタルデータストリーム信号９０を送受信するのに使用される従来の対のＡＴＳＣ送信機１０と受信機２０の基礎構成要素の部分的なブロック図である。送信されるＭＰＥＧ対応の１８８バイトパケット入力を含むデータストリーム３０は、リードソロモン（Ｒ／Ｓ）エンコーダー４０とインターリーバー６０と畳み込みコーダー８０とを使用した誤り訂正符号化（ＦＥＣ）を提供するため処理される。より詳細には、信号３０は、Ｒ／Ｓエンコーダー４０に供給され、各１８８バイトパケットに対して２０パリティバイトを含む信号５０が提供される。信号５０は、その後、ビットの１／１２インターリーブ特性を有するインターリーブされた信号７０を出力するインターリーバー６０に供給される。インターリーブされた信号７０は、その後、信号７０に対し２／３レートのトレリス符号化を提供する畳み込みコーダー９０に供給され、従来的に理解されるようなコード化された信号が発生する。符号化された信号９０は、データフレームにフォーマットされ、同期情報が従来的な処理及び要素（図示せず）を使用して付加される。フォーマットされた信号９０は、その後、この実施例では８値ＶＳＢ地上放送モードを使用して、受信機による受信のため送信されるが、この処理は、ＡＴＳＣ ＤＴＶ標準に関連する業界の通常の知識を有する者によってよく理解されている。受信したデータ９０は、トレリスデコーダー１００、デインターリーバー１２０、及びＲ／Ｓデコーダーによって処理され、従来的に理解されるような復号された信号１５０が提供される。
【０００７】
一般的に、本発明の方法は、ＡＴＳＣデータストリーム信号９０に第２のデータストリームを合成し、その後、合成したデータストリームを変調し送信する。第２のデータストリームは、ＡＴＳＣデータストリームよりも低いビットレートを有する。本発明の好ましい実施例によると、第２のデータストリームは、２．１５２Ｍｂｐｓ以下にできると共に、ＡＴＳＣデータストリームに、ＡＴＳＣ ＤＴＶシステムの性能を劣化することなく、２値ＶＳＢ処理技術を使用して合成されることができる。更に、第２のデータストリームは、連続的な訓練シーケンスとして、若しくは、データキャスティングストック情報で通常的に使用されるような第２の低ビットレートのコンテンツプロバイダとして、使用されることができる。
【０００８】
本システムが逆方向に互換可能であることを保証するため、第２のストリームが第１のストリーム（従来的なＡＴＳＣストリーム）に合成されるとき、第１のストリームの誤り率が適切な要求を満足するほど十分に低いままであることが重要である。ＡＴＳＣストリームの場合では、適切な要求は、例えば最小可視値（ＴＯＶ）である。ＡＴＳＣ信号に対する最小可視値（ＴＯＶ）は、主観的な可視測定によって確立されており、Ｒ／Ｓデコーダー１４０出力で１．９３×１０−４のセグメント誤り率である。従って、本発明による受信機は、第１及び第２のストリームの双方を復号できるべきである一方、従来的な受信機は、引き続き、第２のストリームにより全体のシステム性能が阻害されることなく、第１のストリームを復号できる。
【０００９】
説明のため、第１のデータストリームが、従来的なＡＴＳＣであると想定すると、１９．２８Ｍｂｐｓのデータレートを有することになる。更に送信チャンネルが理想的であると想定すると、ある一定時間で、データストリーム１から送信されるシンボルのうちのある一定のシンボルは、データストリーム２（追加のデータストリーム）からのシンボルによって置換されることができ、これにより合成されたデータストリームが形成されることがわかっている。
【００１０】
第１の実施例では、データストリームからのビットは、Ｒ／Ｓ符号化の前（例えば、Ｒ／Ｓエンコーダー４０による処理前）にデータストリーム２からのビットによって置換される。かかる場合、ＡＴＳＣ信号に対するＴＯＶ要求を満足するため、Ｒ／Ｓデコーダー１４０出力及び従ってＲ／Ｓデコーダー１４０入力でのセグメント誤り率は、およそ１．９３×１０−４になるように経験的に決定される。Ｒ／Ｓデコーダー１４０がセグメントごとに１０シンボル誤りを復号できると想定すると、ＴＯＶは、ＲＳデコーダー出力での最大のＳＥＲと同値となる。
【００１１】
【数１】
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ここでは、Ｒ／Ｓデコーダー１４０が、セグメントごとに１０シンボル誤りを復号でき、セグメントの長さは、８２８データシンボルであると想定している。最大のＳＥＲは、０．０１２である。これは、データストリーム１からの８３シンボル内の１が、Ｒ／Ｓエンコーダー４０入力でのデータストリーム２からのシンボルによって置換できる一方で、データストリーム１を全てのＡＴＳＣ受信機に対してＴＯＶより大きく維持すること意味する。従って、データストリーム＃２に対する最大のデータレートは、Ｒ２＝ｍａｘ ＳＥＲ×１９．２８Ｍｂｐｓと定義できる。ここで、１９．２８Ｍｂｐｓは、符号化前のペイロードデータレートであり、データストリーム２として０．２３Ｍｂｐｓ８−ＶＳＢ信号をもたらす。これは、データストリーム２が実質的にＡＴＳＣ ＤＴＶ信号１内の０．２３Ｍｂｐｓ８−ＶＳＢ信号として送信されるという結果を生む。
【００１２】
本発明の好ましい実施例によると、第１及び第２のデータストリームは、従来的に供給される。第１のデータストリーム（ＡＴＳＣデータストリーム）からのビットは、第２のデータストリームからのビットに畳み込み符号化後に置換される。かかる場合、ＡＴＳＣシステムに対するＴＯＶ要求を満足するため、トレリスデコーダー１００の入力（信号９０）及びそれ故に畳み込みコーダー８０の出力でのＳＥＲは、およそ０．２であることが見出されている。これは、畳み込みコーダー８０の出力での５シンボルごとの１が、エラーであることができることを意味するが、依然としてＴＯＶ要求値を満足している。それゆえ、畳み込みコーダー８０（信号９０）の出力での５シンボルごとの１が、第２のデータストリームからであることができるが、従来的なＡＴＳＣ受信機は、ＴＯＶ要求値を満たすレートで第１のデータストリームを受信し続けることを依然として保証する。これは、第２のデータストリームが近似的にＡＴＳＣ ＤＴＶ（３２．２８ＭＨｚ／５）内の６Ｍｂｐｓ８−ＶＳＢ信号として送信されるという結果を生む。本発明は、更にこの好ましい実施例に関連して議論される。
【００１３】
図２を参照するに、本発明による送信機１０’、図１に示すような従来的なＡＴＳＣ受信機２０、及び本発明によるＡＴＳＣ受信機２０’が図示されている。送信機１０’は、従来のＲ／Ｓエンコーダー４０と、インターリーバー６０と、データストリーム１（標準ＡＴＳＣストリーム）に対してＦＥＣを提供するため直列に結合された畳み込みエンコーダー８０とを含む。送信機１０’は、本発明の好ましい形式によると、第２のＲ／Ｓエンコーダー４０’と、第２のインターリーバー６０’と、データストリーム２（ＡＴＳＣデータストリームに合成される追加の第２のデータストリーム２）に対してＦＥＣを提供するため直列に結合された畳み込みエンコーダー８０とを含む。それ故に、データストリーム１，２のそれぞれは、分離して符号化され、インターリーブされ、相互に独立した信号１５０，１５０’を形成する。信号１５０，１５０’は、合成データストリームを形成するため、コントローラ１７０に応答するスイッチ１６０を使用して選択されたインターバルでデータストリーム１（信号１５０）からのシンボルをデータストリーム２（信号１５０’）からのシンボルで置換することによって、合成される。
【００１４】
再び説明の目的のため、理想的なチャンネルにわたる最大の送信レートが１０．７６ＭＨｚであると想定すると、ストリーム２が２．１５２ＭＨｚ（１０．７６／５）のレートで送信されるという結果となる。理想的でないチャンネルに対する調整のため、データストリーム１からのシンボルがデータストリーム２からのシンボルにより置換されるレートが変更可能であることは、当然に理解されるべきである。例えば、トレリスデコーダー１００の入力での０．１５のＳＥＲがチャンネルノイズのような障害に起因する場合、データストリーム１（信号１５０）の２０シンボルごとの１シンボルを、データストリーム２（信号１５０’）からのシンボルを用いて置換することができ、ストリーム２が０．５８３ＭＨｚ（１０．７６／２０）のレートで送信されるという結果となる。
【００１５】
図２の受信機２０は、ＡＴＳＣ ＤＴＶ信号１に対するＴＯＶが違反しておらず、且つデータストリーム２からの挿入されたシンボルがデータストリーム１の誤りとして単に特定され訂正されるので、従来的に受信し、復号し、受信したデータ９０’をデインターリーブする。受信機２０’は、従来的なトレリスデコーダー１００と、デインターリーバー１２０と、ＡＴＳＣ ＤＴＶデータストリームを表現するデータストリーム１を従来的に復号しデインターリーブするＲ／Ｓデコーダー１４０とを含む。受信機２０’は、トレリスデコーダー１００’と、デインターリーバー１２０’と、好ましい実施例によってデータストリーム２（ＡＴＳＣ ＤＴＶデータストリーム１に合成された第２のデータストリーム）を復号しデインターリーブするＲ／Ｓデコーダー１４０’とを含む。
【００１６】
送信機１０’及び受信機２０’は、好ましくは各々に、スイッチ１６０，１８０と、従来のＡＴＳＣ ＤＴＶ手法を使用して同期化されるコントローラ１７０，１９０とを更に含む。スイッチ１６０は、信号１５０，１５０’を受けるために動作可能であり、所定のインターバルでデータストリーム２（信号１５０’）のシンボルによるデータストリーム１（信号１５０）のシンボルの選択的な置換を実行するため選択的に切り替えをする。例えば、データストリーム１（信号１５０）からの５シンボルごとの１がデータストリーム２（信号１５０’）からのシンボルによって置換される場合、コントローラ１７０は、スイッチ１６０をして信号１５０を４シンボルに対する出力信号として供給させ、その後、１シンボルに対する信号１５０’を供給するように切り替えをさせ、その後、戻って、更なる４シンボルに対する信号１５０を供給させ、以下同様である。類似的に、受信機２０’のスイッチ１８０は、信号９０’を受け、コントローラ１９０に各々応答するトレリスデコーダー１００，１００’に選択的に供給する。再度、議論された５のうちの１の例を想定するに、受信された最初の４シンボルは、トレリスデコーダー１００に供給され、５番目のシンボルは、双方のトレリスデコーダー１００，１００’に供給され、更なる４シンボルがトレリスデコーダー１００に供給され、以下同様である。コントローラ１７０，１９０は、本発明の特に好ましい実施例では、実行されるスイッチ１６０，１８０の適切な動作を担保するため、通されるシンボルの数を各々に追跡（トラッキング）するためのカウンターを含む。この切り替え（スイッチング）は、従来的なスイッチ、若しくは本業界で公知のソフトウェアスイッチングアルゴリズムを使用して実現できる。
【００１７】
ＡＴＳＣ ８値ＶＳＢシステムは、２／３レート（符号化率２／３）のトレリス符号を使用しており、１の入力ビットは、２の出力ビットに符号化され、他の入力ビットは、予め符号化され、１２個の同一のトレリスコーダーが利用されている。図３をここで参照するに、畳み込みコーダー８０としての使用に適した従来の２／３レートの畳み込みエンコーダーのブロック図が図示されている。エンコーダー８０は、２つのビットＸ１，Ｘ２を受信し、３つの出力ビットＺ０，Ｚ１，Ｚ２を供給しており、ここで、遅延Ｄは、よく理解されているように、１２である。ビットＸ１，Ｘ２がデータストリーム１の部分として提供されると想定すると、本発明による方法のＳＥＲは、データストリーム２からのビットにより置換されるビットＺ１，Ｚ２に敏感であることがわかっている。しかし、データストリーム１からのＺ０ビットを２値ＶＳＢ（及び従って１ビット）データストリーム２により置換することは、データストリーム１のＳＥＲを低減しないこともわかっている。表１は、１０．７６ＭＨｚの８値ＶＳＢデータレートを有するデータストリーム１及び２．５２ＭＨｚの２値ＶＳＢシンボルレートを有するデータストリームに対するシミュレーション結果を示しており、データストリーム１の特定された各５番目のビットは、データストリーム２からのビットにより置換されている。
【００１８】
【表１】
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これらの結果は、ビットＺ２，Ｚ１が良好に保護されていないが、Ｚ０は保護されていることを明らかに示している。データストリーム２からのビットをＸ個のシンボルごとに挿入することが望ましいことがわかっている。ここで、Ｘは奇数であり、１２の因数（ファクター）（畳み込みエンコーダーでの遅延が１２であるので）でない。特定されたＡＴＳＣの例に対して、議論されているように、Ｘは５に等しいか５より大きいことが好ましい。これらの対策によって、データストリーム２からの挿入されたデータが、１２個のトレリスデコーダーに全てにわたり分散され、継続される受信機２０によるデータストリーム１の従来的な受信及び復号化を妨害しないことが保証される。
【００１９】
それ故に、本発明の好ましい形態によると、データストリーム２は、ＡＴＳＣ ＤＴＶの性能を劣化することなく、２．１２５ＭＨｚのビットレートでＺ０位置に２値ＶＳＢとして送信されることができる。ストリーム２からのデータは、データストリーム１のＺ０ビット位置に５番目のＺ０ビットごとに代入されつつ、データストリーム１に対するＳＥＲがＴＯＶより低く維持される。トレリスデコーダー１００、デインターリーバー１２０、及びＲ／Ｓデコーダー１４０は、従来の受信機２０においてこれらの誤りを従来的に補償する。
【００２０】
送信チャンネルの質が劣化するにつれて、データストリーム２のビットレートを、従来的なＡＴＳＣ ＤＴＶシステム処理を妨害しないようにデータストリーム１のＳＥＲをＴＯＶより低く維持すべく、低減させることができることは、当然に理解されるべきである。データストリーム２（信号１５０’）は、良好な送受信状態での例えばデータキャスティングストック情報のような低ビットレートプロバイダーとして、及びＡＴＳＣ ＤＴＶシステムの全体の信頼性を向上するため悪い受信状況での連続的な訓練信号として使用されることができる。
【００２１】
本発明が、好ましい形態においてある程度の詳細性を以って説明され図示されたが、好ましい形態の本開示は、例としてのみなされたものであり、構成の細部に於ける多くの変更、部分の組み合わせ及びアレンジは、請求される発明の精神及び観点から逸脱することなくなされてよいことを理解されたい。本特許は、開示された発明に存する特許性のある新規性の如何なる特徴をも、請求項の適切な表現によってカバーすることを意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来的なＡＴＳＣ ＤＴＶ送信機及び受信機の対のいくつかの基礎構成要素を示すブロック図である。
【図２】  従来の送信機と本発明の好ましい実施例による受信機と共に示す、本発明の好ましい実施例による送信機のブロックダイアグラムである。
【図３】  従来的な畳み込みエンコーダーを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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