CN1225530A - 加和编码纠错码的方法和装置及发送带纠错码数据的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对纠错码进行编码的方法,根据重要性来产生具有不同纠错能力的多个编码数据。根据输入数据(S14)的重要性将具有不同代码长度的纠错码加到固定长度的输入数据。对添加的具有与其代码长度对应的不同纠错能力的纠错码进行编码,以根据纠错码的代码长度产生具有不同包长度的编码数据。这样,能够根据重要性产生具有不同纠错能力的多个编码数据(S15A和S15B)。因此,即使当发送上述编码数据时发送系统的质量变坏,也能够对具有较高纠错能力的编码数据进行可靠解码。

Description

加和编码纠错码的方法和装置及发送 带纠错码数据的方法

本发明涉及用于编码纠错码的方法及装置和用于发送添加纠错码的数据的方法，并且本发明适用于例如数字卫星广播系统。

到现在为止，这种类型的数字卫星广播系统使用MPEG(运动图像专家组)2系统作为图像数据的压缩编码系统压缩编码多个节目的图像数据，然后将它们多路复用为用于发送的一个比特流。这时，该数字卫星广播系统将纠错码加到压缩编码图像数据并在发送侧发送该数据，并在接收侧解码纠错码以纠正在发送过程中产生的错误。因此，当发送时，即使由于下雨或类似因素使得发送信号的载噪比(C/N比)变坏，该数字卫星广播系统在接收侧也能正确地恢复发送信号。

如图1所示，在这种数字卫星广播系统中使用的传统图像编码装置1由源编码电路2，外码编码电路3，交织电路4和内码编码电路5组成。该图像编码装置1将由硬盘或类似装置提供的输入图像数据S1输入到源编码电路2。

源编码电路2使用MPEG2系统对输入图像数据S1执行高效压缩编码，并将这样获得的源编码数据S2输入外码编码电路3。如图2所示，外码编码电路3对形成源编码数据S2的具有固定长度(k字节)的每个连续有效负载(pay-load)执行诸如里德-所罗门(reed-solomon(RS))编码之类的纠错码编码以将固定长度的奇偶校验位加到每个有效负载。然后，外码编码电路3将由固定长度(n字节)的加有奇偶校验的连续数据形成的外码编码数据S3提供给交织电路4，其中奇偶校验位加到该有效负载。

在此以后，外码编码电路3将要输入的有效负载的字节数和加有奇偶校验的数据的字节数之间的关系表示为(n,k)。在这种情况下，假定执行(n,k)形式的RS编码。在MPEG2系统的情况下，外码编码电路3对188字节的每个有效负载执行RS编码并分别将16字节的奇偶校验位加到每个有效负载。以204字节的数据单位输出这样获得的加有奇偶校验的数据。在这种情况下，外码编码电路3以(204,188)的形式表示已执行RS编码。

当将外码编码数据S3写入内部存储器时，交织电路4改变写入顺序为不同于从内置存储器读出外码编码数据S3时的读出顺序，并重新排列外码编码数据S3的数据将该数据作为交织数据S4提供给内码编码电路5。因此，在使用这样的图像数据编码装置1的数字卫星广播系统中，即使发生集中在发送期间的错误，产生所谓的突发错误，通过在接收侧执行去交织也能分散突发错误，这样就提高了纠错能力。

内码编码电路5对交织数据S4执行卷积编码并进一步提高纠错能力，并把该数据作为内码编码数据S5提供给外部。该内码编码数据S5在发送到接收侧之前通过设置在图像数据编码装置1后面的未示出的一个调制器或类似装置进行数字调制换为发送信号。根据上述情况，在数字卫星广播系统中，由于在发送之前对源编码数据S2执行诸如RS编码或卷积编码或类似编码之类的纠错码编码，即使发送信号的C/N比变坏，只要上面发送信号中发生的错误小于规定的阈值，在解码侧就可以执行纠错。因此，能够恢复原始输入图像数据S1。

另外，在使用具有上面结构的图像数据编码装置1的数字卫星广播系统中，由于有效负载的长度和奇偶校验的长度是固定的，就具有固定的纠错能力，这样，在这种数字卫星广播系统中，如果发送期间发生很多错误并且C/N比低于规定的阈值，由于不巧超出其纠错能力就会产生不能正确解码接收的发送信号之类的问题。

鉴于上述情况，本发明的一个目的是提供用于添加和编码纠错码的方法及装置和用于发送具有加有纠错码的数据的方法，本发明使用简单的配置能够提高发送和接收的可靠性。

通过提供用于添加和编码纠错码的方法及装置和用于发送加有纠错码的数据的方法已经实现本发明的上述和其他目的，其中，在添加和编码规定的纠错码到输入数据的方法中，根据输入数据的重要性(significance)将不同代码长度的纠错码加到每个固定长度的输入数据。并且编码具有与纠错码的代码长度对应的不同的纠错能力的纠错码。这样，产生具有与纠错码的代码长度对应的不同的包长度的编码数据。

如上所述，根据输入数据的重要性将不同代码长度的纠错码加到固定长度的输入数据。编码所添加的具有与其代码长度对应的不同纠错能力的纠错码以产生具有与纠错码的代码长度对应的不同包长度的编码数据。这样，能够产生具有与重要性对应的不同纠错能力的多个编码数据。

通过下面结合附图所作的详细描述，本发明的特征，原理和实用性将变得更加显而易见，其中相同的部件被标以相同的标号或字符。

附图中：

图1是表示传统的图像数据编码装置的配置的方框图；

图2是表示添加纠错码的状态的示意图；

图3是表示根据本发明的第一实施例的图像数据编码装置的配置的方框图；

图4A到4C是表示多路复用的状态的示意图；

图5A到5B是表示交织过程的状态的示意图；

图6是表示根据第一实施例的图像数据解码装置的配置的方框图；

图7是表示根据第二实施例的图像数据编码装置的配置的方框图；

图8A到8B是表示交织过程的状态的示意图；

图9是表示帧首标的数据结构的示意图；和

图10是表示根据第二实施例的图像数据解码装置的配置的方框图。

以下参考附图将描述本发明的优选实施例。(1)第一实施例

参考图3,2总的表示一个图像数据编码装置。装置10由分级编码模块11，多路复用器12，分级纠错码编码器13，交织电路14和内码编码电路15组成。图像数据编码装置10将从硬盘或类似装置提供的HDTV(高清晰度电视)图像数据S10提供给分级编码模块11。

分级编码模块11具有基层编码器11A和增强层编码器11B。HDTV图像数据S10提供给基层编码器11A和增强层编码器11B，在这里被分成用于相应编码(所谓的分级编码)的具有不同分辨率的两个图像数据。

基层编码器11A从HDTV图像数据S10的像素之间淡化要求的像素并产生SDTV(标准清晰度电视)图像数据。基层编码器11A通过MPEG2系统压缩编码该SDTV图像数据。这样获得的基层编码数据S11提供给多路复用器12。进一步，基层编码器11A对SDTV图像数据执行内插滤波处理并将这样获得的SDTV图像内插数据S12提供给增强层编码器11B。

增强层编码器11B获得HDTV图像数据S10和SDTV图像内插数据S12之间的差以产生差数据。增强层编码器11B压缩编码该差数据并把这样获得的增强层编码数据S13提供给多路复用器12。

如图4A到4C所示，多路复用器12以固定数据长度L打包基层编码数据S11(图4A)并产生对应于图2所示的有效负载的多个基层代码串。同时，多路复用器12以固定数据长度L打包增强层编码数据S13(图4B)并产生对应于上述的有效负载的多个增强层代码串。多路复用器12在每一个基层代码串和增强层代码串上叠加代码串识别标记并把它们多路复用为一个数据流系统。这样获得的多路复用数据S14(图4C)提供给分级纠错码编码器13。

分级纠错码编码器13(图3)将具有不同数据长度的奇偶校验位加到形成多路复用数据S14的每一个基层代码串和增强层代码串用于添加对应于上面奇偶校验位的纠错码。具体地，分级纠错编码器13根据叠加在基层代码串和增强层代码串上的代码串识别标记首先检测形成多路复用数据S14的代码串分段，然后识别上面的代码串是基层代码串还是增强层代码串。在这种情况下，在分级纠错码编码器13，由于基层代码串和增强层代码串具有固定长度，因此，与可变长度的情况相比可以较容易地识别。

然后，分级纠错码编码器13将一个1b字节的奇偶校验位加到每一个L字节的基层代码串中，以便以输出L+1b字节到输入L字节的(L+1b,L)形式进行RS解码。这样得到的基层编码数据S15A被提供给交织电路14作为分级编码纠错码S15的输出数据。同时，分级纠错码编码器13将小于1b字节的一个1e字节的奇偶校验位加到每一个L字节的增强层代码串以便以(L+1e,L)形式进行RS解码。这样得到的增强层解码数据S15B被提供给交织电路14作为分级编码纠错码S15的输出数据。

在这种情况下，在分级纠错码编码器13中，将具有比增强代码串长的奇偶校验长度的奇偶校验位加到基层代码串，该基层代码串的数据长度与增强代码串相等。因此，将奇偶校验位加到基层代码串的基层加有奇偶校验的数据比将奇偶校验位加到增强层代码串的增强层加有奇偶校验的数据具有更高的纠错能力。分级纠错码编码器13能够根据上面数据的自适应切换纠错能力。

交织电路14识别构成基层编码数据S15A的基层加有奇偶校验的数据和构成增强层编码数据S15B的增强层加有奇偶校验的数据。将这些基层加有奇偶校验的数据和增强层加有奇偶校验的数据分别顺序写入不同的存储器。这时，交织电路14在数据读出时间通过使读出顺序和写入顺序不同来重新排列数据，并将数据提供给内码编码电路15作为交织数据S16。

即，如图5A所示，交织电路14将基层加有奇偶校验的数据顺序写入从第一行到第m行的一个区域，每一行一个，该区域对应于由行方向的L+1b字节和列方向的m字节形式的存储器上的一个矩形区域。然后，交织电路14将帧首标加到写入的这些m个基层加有奇偶校验的数据，由此产生基层发送帧。

类似地，如图5B所示，交织电路14将增强层加有奇偶校验的数据顺序写入由行方向的L+1e字节和列方向的n字节形成的存储器上的一个矩形区域。然后，交织电路14将帧标题加到这样写入的n个增强层加有奇偶校验的数据并产生增强层发送帧。表示帧的头的同步位串和识别上面的帧是基层发送帧还是增强层发送帧的帧识别标记插入这些帧标题。

然后，交织电路14分别读出以图5A和5B中箭头所示次序写入两个不同的存储器的基层发送帧和增强层发送帧以重新排列数据，并将它们作为交织数据S16提供给内码编码电路15。内码编码电路15卷积编码交织数据S16以进一步增强纠错能力，并将这样获得的内码编码数据S17提供给外部。该内码编码数据S17通过在图像数据编码装置10后面提供的一个调制器(未示出)进行数字调制或类似处理并变换为发送信号，然后将其发送到接收侧。

如图6所示，通过接收侧的一个解调器(未示出)解调发送的发送信号，然后解调信号输入到设在上面的解调器后面的图像数据解码装置20。图像数据解码装置20由内解码电路21，去交织电路22，分级纠错码解码器23，多路复用分离器24和分级解码模块25组成。解调的接收数据S30输入内码解码电路21。

内码解码电路21通过例如维特比(viterbi)解码方法进行接收数据S30的纠错，并将这样获得的内码解码数据S31提供给去交织电路22。去交织电路22从插入到内码解码数据S31的帧首标中检测同步位串以识别基层发送帧的首部和增强层发送帧的首部，并将这些基层发送帧和增强层发送帧分别顺序写入不同的存储器。然后，去交织电路22通过以与写入不同的次序读取它们来重新排列数据以便将它们返回到原始次序。这样获得的基层发送帧S32A和增强层发送帧S32B提供给分级纠错码解码器23。

分级纠错码解码器23解码插入到基层发送帧S32A和增强层发送帧S32B的帧首标的帧识别标记以识别是基层发送帧S32A还是增强层发送帧S32B。分级纠错码解码器23根据该识别结果执行基层发送帧S32A和增强层发送帧S32B的纠错并产生纠错码解码数据S33，并将该数据提供给多路复用分离器24。

多路复用分离器24分离纠错码解码数据S33以产生基层编码数据S34和增强层编码数据S35。基层编码数据S34提供给分级解码模块25的基层解码器25A。另一方面，增强层编码数据S35提供给分级解码模块25的增强层解码器25B。

基层解码器25A扩展解码基层编码数据S34并将这样得到的SDTV图像数据S36提供给外部。另外，基层解码器25A对该SDTV图像数据S36执行内插滤波处理，并将这样得到的内插SDTV图像数据S37提供给增强层解码器25B。

增强层解码器25B通过扩展解码增强层编码数据S35产生差数据。增强层解码器25B将该差数据加到内插SDTV图像数据S37中来恢复HDTV图像数据S38，并将它提供给外部。

这样的数字卫星广播系统根据电视监视器(未示出)或类似装置的分辨率选择要求的SDTV图像数据S36或HDTV图像数据S38之一，并在上述电视监视器上显示。因此，即使选择其中仅仅扩展解码基层编码数据S34的SDTV图像数据S36的情况下，该数字卫星广播系统也能够得到与当前广播相同的图像质量。此外，在选择扩展解码基层编码数据S34和增强层编码数据S35二者的HDTV图像数据S38的情况下，能够得到比当前广播高的图像质量(此后，这将被称为空间可量测性功能)。

根据上面的结构，在规定的定时通过内码编码电路15将在交织电路14中形成的每一个基层发送帧和增强层发送帧数据提供给发送系统。也就是，每一个基层发送帧和增强层发送帧在发送系统中发送。

因此，例如，如果由于下雨或类似因素使在接收侧的C/N变差，至少具有高纠错能力的基层编码数据S15A可以可靠地被解码。

这样，根据上面的结构，可以发送有效编码数据(基层编码数据S15A)同时提高它的纠错能力。因此，可以保证在接收侧的解码。(2)第二实施例

图7中与图3的相应部分被加上了相同的标号，图7表示根据第二实施例的一个图像数据编码装置30。该装置30中除了交织电路31的结构外，与根据第一实施例的图像数据编码装置10的结构类似。

交织电路31将构成基层编码数据S15A的基层加有奇偶校验的数据和构成增强层编码数据S15B的增强层加有奇偶校验的数据按要求的次序顺序写入一个存储器。当读出数据时，交织电路31通过以与写入顺序不同的顺序读出数据来重新排列数据，并将它提供给内码编码电路15作为交织数据S50。

即，如图8A所示，交织电路31将所需数量的基层加有奇偶校验的数据和增强层加有奇偶校验的数据以所需的顺序从第一行的顶部顺序写入到由行方向的h字节和列方向的k字节形成的存储器上的一个矩形区域。在这种情况下，即使从加有奇偶校验数据的中间开始写入到存储器上的一个矩形区域或者即使在加在奇偶校验数据的中间停止写入，也不会产生任何不便。当停止写入时，交织电路31通过将帧首标加到多个写入的基层加有奇偶校验的数据和增强层加有奇偶校验的数据产生发送帧，如图8B所示。

如图9所示，将表示发送帧头部的同步比特串，从发送帧的顶部直到首先出现的加有奇偶校验数据的头部的字节数，及发送帧的纵向和横向字节数顺序插入到该帧的首标内。在该帧首标中，包括在发送帧内的加有奇偶校验的数据数进一步被插入到给定比特数的宽度内，并且按加有奇偶校验的数据的数目，插入用于从顶部按顺序识别构成发送帧的每一个奇偶校验增加数据是基层加有奇偶校验的数据还是增强层加有奇偶校验的数据的加有奇偶校验数识别标记。

由于在发送帧中每一个构成这样的帧首标的数据是一个比基层代码串或增强层代码串更加有效的数据，因此希望比在这些基层代码串和增强层代码串中添加奇偶校验位的情况下更能增强纠错能力。

交织电路31通过沿图8A和8B中的箭头所示顺序读出写入存储器中的发送帧来重新排列数据，并将它提供给内码编码电路15作为交织数据S50。内码编码电路15通过卷积编码交织数据S50进一步增强纠错能力，并将如此得到的内码编码数据S50提供给外部。

另一方面，在第二实施例的解码侧，图10中与图6的相应部分加上了相同的标号，并给出了一个图像数据解码装置40。上述图像数据解码装置40除了去交织电路41的结构外与根据第一实施例的图像数据解码装置20具有相似的结构。

内码解码电路21对接收的数据S60进行纠错并将这样得到的解码内码数据S61提供给去交织电路41。该去交织电路41通过检测插入解码内码数据S61中的帧首标题的同步比特串识别发送帧的头，并将上述发送帧写入存储器。

如果完成写入，在检查构成发送帧的加有奇偶校验数据的数目后，去交织电路41按照与写入顺序不同的顺序读出帧首标来检测每一个加有奇偶校验的数据的位置，并得到用来识别检测的奇偶校验增加数据是基层加有奇偶校验数据还是增强层加有奇偶校验数据的识别信息。然后，去交织电路41根据该识别信息按照与写入顺序不同的顺序读出发送帧加有奇偶校验数据，以便重新排列数据并恢复原始顺序。将这样得到的基层发送帧S62A和增强层发送帧S62B提供给分级纠错码解码器23。

根据上面的结构，在交织电路31中形成的发送帧的每一个数据被通过内码编码电路15在规定的定时提供给发送系统。也就是，发送帧的每一个数据在发送系统中发送。

因此，例如，如果由于下雨或类似因素使在接收侧的C/N变差，在发送帧内，至少可以解码具有高纠错能力的基层编码数据S15A。

这样，根据上面的结构，可以发送有效编码数据(基层编码数据S15A)同时提高它的纠错能力。因此，可以保证在接收侧的解码。

在这方面，由于构成帧首标的数据是由直到加有奇偶校验数据的首部第一次出现的字节数、纵向和横向字节数及包数构成的，除了同步比特串和帧识别标记或类似数据外，发送帧可以是单一格式的。

另外，除了前面所述方法，即把具有比添加到增强层代码串的奇偶校验位长的奇偶校验长度的奇偶校验位加到基层代码串，也可以考虑另一种方法，在基层加有奇偶校验数据和增强层加有奇偶校验数据的长度是固定的状态下，使基层加有奇偶校验数据的冗余位大于增强层加有奇偶校验数据的冗余位。

然而，在使用该方法的图像数据编码装置中，由于当基层代码串和增强层代码串以包的形式从一个多路复用器发送到分级纠错码编码器时包的长度必须改变，所以在分级纠错编码器一侧识别包就变得很困难。

因此，在这样的图像数据编码装置中，为了使识别包变得简单，在多路复用器中将可变长度的保留区加到基层代码串和/或增强层代码串，以便将它作为具有固定长度的包发送到分级纠错码解码器。这样，多路复用器的结构变复杂了。

另一方面，在根据第一和第二实施例的图像数据编码装置10和30中，由于要从多路复用器12提供给分级纠错编码器13的基层代码串和增强层代码串的包长度是固定的，因此可以避免多路复用器12的结构太复杂。(3)其它实施例

注意，以上实施例涉及使用MPEG2系统压缩编码SDTV图像数据和差数据的情况。然而，本发明并不仅仅局限于此，还可以使用例如象MPEG1系统的其它压缩-编码系统压缩编码。

上面的实施例已经涉及对基层代码串和增强层代码串进行RS编码的情况。然而，本发明并不仅仅局限于此，还可以进行例如象BCH(Bose-Chaudhuri-Hochquenghem)编码的其它的纠错码编码。

上面的实施例处理了添加和分级编码纠错码到通过多路复用基层编码数据S11和增强层编码数据S13得到的多路复用数据14的情况。然而，本发明并不仅仅局限于此，还可以对纠错码进行这样的分级编码，其中数据被分成由经历帧内编码的I画面和经受帧间编码的B画面及P画面的组成的数据，并且添加和编码具有比I画面数据高的纠错能力的纠错码到I画面数据。

上面的实施例处理了将纠错码分级编码到通过多路复用基层编码数据S11和增强层编码数据S13得到的多路复用数据14的情况。然而，本发明并不仅仅局限于此，还可以应用到图像数据，音频数据和字符数据或类似数据的组合。例如，即使在接收状态变坏的情况下，只要至少保证声音数据和字符数据的正常接收，也可以将具有高纠错能力的纠错码编码到声音数据和字符数据。

上面的实施例处理了添加和分级编码纠错码到通过多路复用基层编码数据S11和增强层编码数据S13得到的多路复用数据14的情况。然而，本发明并不仅仅局限于此，还可以根据两个数据的优先级改变纠错能力。即，具有高纠错能力的纠错码可以添加和编码到具有高优先级的数据，而具有低纠错能力的纠错码可以添加和编码到具有低优先级的数据。

上面的实施例处理了将纠错码添加和分级编码到通过多路复用基层编码数据S11和增强层编码数据S13得到的多路复用数据14的情况。然而，本发明并不仅仅局限于此，它还可以分别根据两种纠错能力将纠错码添加和编码到包括三个或更多分级编码数据的多路复用数据。

进一步，上面的实施例处理了通过将HDTV图像数据S10分为两个等级来添加和分级编码纠错码的情况。然而，本发明并不仅仅局限于此，还可以通过将图像数据分为三个或更多的等级来添加和分级编码纠错码。

根据如上所述的本发明，根据输入数据的重要性将具有不同码长度的纠错码添加到输入数据的固定长度。根据纠错码的代码长度，编码所加的具有与其代码长度对应的不同的纠错能力的纠错码以产生具有不同信息包长度的编码数据。这样，可以根据重要性来产生具有不同纠错能力的多个编码数据。

这样，即使当发送上述编码数据时发送系统的质量变坏，也可以保证对具有高纠错能力的编码数据进行解码。

以上已经结合本发明的优选实施例进行了描述，本领域的技术人员可以据此作出各种变化和修改，因此，所附权利要求书覆盖落入本发明精神和范围的这些变化和修改。

Claims (12)

1．一种用于编码规定的纠错码到输入数据的方法，包括以下步骤：

输入所述输入数据；

根据所述输入数据的重要性，为每一个固定长度的所述输入数据产生不同代码长度的所述纠错码；和

将所述产生的纠错码加到所述输入数据，以便根据纠错码所加到其中的所述输入数据的重要性产生具有不同包长度的包。

2．根据权利要求1的用于编码纠错码的方法，还包括步骤：

给添加所述纠错码的所述信息包还添加包括表示包首部的同步比特串的首标，和一个表示所述纠错码类型的识别标记。

3．根据权利要求2的用于编码纠错码的方法，还包括步骤：

产生具有较长代码长度的纠错码并将其加到具有较大重要性的所述输入数据。

4．根据权利要求3的用于编码纠错码的方法，其中：

所述输入数据是分级编码数据。

5．根据权利要求3的用于编码纠错码的方法，其中：

对于其中收集所述规定数目的包的每一个所述规定的块单元，对加有所述纠错码的所述包执行交织处理。

6．根据权利要求3的用于编码纠错码的方法，其中：

对于其中按每一种所述纠错码收集所述规定数目的包的每一个所述规定的块单元，对加有所述纠错码的所述信息包执行交织处理。

7．一种用于编码规定的纠错码到输入数据的纠错码编码装置，包括：

用于输入所述输入数据的输入装置；

用于根据所述输入数据的重要性，为每一个固定长度的所述输入数据产生具有不同代码长度的所述纠错码的产生装置；

用于将所述产生的纠错码添加到所述输入数据的添加装置；和其中

根据所述输入数据的重要性产生具有不同的包长度的加有所述纠错码的包。

8．根据权利要求7的纠错码编码装置，进一步包括：

首标添加装置，用于将包括表示包首部的同步比特串和表示所述纠错码类型的识别标记的标题加到加有所述纠错码的所述包。

9．根据权利要求8的纠错码编码装置，其中：

所述产生装置对具有较大重要性的所述输入数据产生具有较长代码长度的纠错码。

10．根据权利要求9的纠错码编码装置，其中：

所述输入数据是分级编码数据。

11．根据权利要求9的纠错码编码装置，进一步包括：

对于其中收集规定数目的所述包的每一个规定块单元，对通过添加所述编码纠错码而产生的所述包进行交织处理的装置。

12．根据权利要求9的纠错码编码装置，进一步包括：

对于通过所述纠错码的每一个类型收集规定数目的所述包的每一个规定块单元，对通过添加所述编码纠错码而产生的所述包进行交织处理的装置。

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