KR100672561B1 - 디지털 티브이의 통신 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 통신 시스템과 관련된 것으로서, 부가 데이터의 오류를 정정하기 위하여, 상기 부가 데이터에 오류정정부호화 과정을 수행하는 추가오류정정 부호기, 먹스(MUX), RS-부호기,인터리버,TCM 부호기, 그리고 VSB변조부로 구성되는 송신부가 있고, 수신부는 신호 송신부로부터 부가 데이터 및 ATSC 데이터를 수신하여 튜닝하는 튜너부와, 상기 ATSC 데이터 및 부가 데이터를 디코딩하여 출력하는 TCM 복호기와, 상기 TCM 복호기로부터의 출력된 데이터를 디인터리빙하는 디인터리버와 디 인터리버의 출력데이타의 종류(ATSC,부가데이타)에따라 제1경로(ATSC),제2경로(부가데이타)로 디먹싱하는 디먹스와 제1경로에에의해 출력된 데이타에대해 하드 디시젼(hard decision)하는 리미터(limiter), RS 복호기, 디랜덤마이저(derandomizer)로 구성된 ATSC 복호부와, 그리고 제2경로로 출력된 데이타에대해 송신시 부가된 RS-패리티(RS-Parity)를 제거하는 R-S패리티 제거부와 추가오류 부호화된 부가데이타를 복호하는 추가오류정정정 복호부로 구성된다.

추가오류정정 부호기, TCM 부호기, 디지털 통신 시스템

Description

디지털 티브이의 통신 시스템{Communication system of digital TV}

도 1은 본 발명에 따른 송신부의 구성을 나타낸 도면

도 2는 본 발명에 따른 수신부의 구성을 나타낸 도면

본 발명은 디지털 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 VSB(versatial Side Band)방식으로 변조하여 이를 복조하는 디지털 통신시스템에 관한 것이다.

미국에서는 지상파 디지털 방송을 위해 8VSB 전송 시스템을 1995년 표준으로 채택하여 1998년 하반기부터 시험방송을 하고 있으며 우리 나라에서도 미국 방식을 기본으로 한 지상파 디지털 방송 표준을 채택하여 현재 실험방송을 실 시중이다.

이러한 디지털 방송방식은 전송된 신호가 공중채널을 통해서 수신기로 수신되는데 채널에 따른 노이즈에 대해 수신기 측에서 신호 복원이 잘 될 수 있도록 여러가지 코딩을하여 전송을 하게 되고 수신기는 이에 상응하여 채널 디코딩 과정을 수행하여 전송신호를 복원하게 된다.이러한 기존의 채널코딩 및 채널 디코딩과 관련된 특허는 Zenith에의해 출원하여 미국에 등록된 USP5636251,USP5629958,USP5600677등을 들 수 있는데 특히 수신기에 있는 디랜덤마이저는 하드 입력을 받아서 디랜덤마이징 한다.

이러한 디지털 방송은 주로 오디오 및 비디오 데이타를 보내게 되는데 최근에는 각종 부가 데이타를 방송국에서 추가로 보내려고 하고 있다.이러한 부가 데이타는 여러가지가 될 수 있는데 예를 들면 증권정보,날씨,프로그램 가이드 정보,HTML,실행파일등을 들 수 있다.

그러나 이러한 부가데이타는 채널전송시 일반 오디오/비디오 데이타와는 달리 채널노이즈의 영향에 치명적이 될 수 있는데 예를 들면 일반 오디오/비디오 데이타는 데이타 손실시 약간의 화면이나 음성손실을 주지만 부가데이타의 경우에는 그 정보자체가 잘못되어 시청자에게 부적절한 정보를 줄 수 있다. 특히 수치를 나타내는 부가데이타나 실행파일일 경우에는 약간의 데이타 오류가 생겨도 전체가 동작되지 않음으로서 더욱 치명적일 수 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 부가데이타 전송에 적합하고 노이즈에 강한 새로운 VSB 전송시스템 및 이에따른 복원시스템을 제안하는데 있다.본 발명의 또다른 목적은 기존 VSB시스템과 호환가능한 새로운 VSB전송시스템 및 이에 따른 복원 시스템을 제안하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 또다른 목적은 추가오류정정복원시 소프트 입력을 받도록 하여 오류정정복호능력을 향상하여주는 새로운 VSB전송시스템 및 복원시스템을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 통신 시스템은 부가 데이터의 오류를 정정하기 위하여, 부가 데이터에 대해 임의의 부호화방식을 사용하여 부호화하는 추가오류 정정 부호화기와, 상기 부호화된 부가 데이터와 ATSC 데이터를 먹싱(muxing)하는 먹스(MUX)와,상기 먹스에서 출력된 데이타의 종류(ATSC,부가데이타)에따라 랜덤마이징을 수행하거나 하지 않는 랜덤마이저와, 상기 먹스에서 출력된 데이타에대해 패리티 부가를 수행하는 RS-부호기,상기 RS-부호기로부터 출력된 데이타에대해 인터리빙과정을 수행하는 인터리버와, 상기 ATSC 데이터 및 부가 데이터를 부호화하는 TCM 부호기와, 그리고 상기 TCM 부호기로부터의 상기 ATSC 데이터 및 부가 데이터를 RF(radio frequency) 변환하여 수신부를 향해 전송하는 신호 송신부로 구성되는 송신부가 있다. 상기에서 부가데이타 입력시에는 기존 VSB전송시 오류정정을 위한 랜덤마이저는 랜덤마이징되지 않도록 바이패스를 한다. 이는 수신기의 추가오류정정 복호기에서 소프트 입력을 받아서 처리할 수 있도록 하기 위한 것이다.여기서 상기 ATSC데이터는 기존의 VSB방식으로 전송하기 위한 오디오 및 비디오 데이터를 의미한다. 이에 상응하여 수신부는 신호 송신부로부터 부가 데이터 및 ATSC 데이터를 수신하여 튜닝하는 튜너부와, 상기 ATSC 데이터 및 부가 데이터를 디코딩하여 출력하는 TCM 복호기와, 상기 TCM 복호기로부터의 출력된 데이터를 디인터리빙하는 디인터리버와 디 인터리버의 출력데이타의 종류(ATSC,부가데이타)에따라 제1경로(ATSC),제2경로(부가데이타)로 디먹싱하는 디먹스와 제1경로에에의해 출력된 데이타에대해 하드 디시젼(hard decision)하는 리미터(limiter), RS 복호기, 디랜덤마이저(derandomizer)로 구성된 ATSC 복호부와, 그리고 제2경로로 출력된 데이타에대해 송신시 부가된 RS-패리티(RS-Parity)를 제거하는 R-S패리티 제거부와 추가오류 부호화된 부가데이타를 복호하는 추가오류정정정 복호부로 구성된다.여기서 수신기에서의 TCM복호화는 소프트입력을 가지고 소프트 출력을 만들어 내는 복호기이다.

일반적으로 수신기에서는 디 랜덤마이저가 존재하는데 이는 하드입력을 받아서 하드출력을 수행한다. 여기서 하드입력 및 출력이란 결정된값을 입력받아 결정된 값을 출력하는것을 의미한다. 또한 이에 반해 소프트 입력/출력은 결정된 값에 대한 확율값을 출력하는 것을 의미한다. 본 발명에서는 추가오류정정 부호기를 사용함으로서 수신기에서는 이에 상응하여 추가 오류정정 복호기를 사용해야 하는데 이러한 추가 오류정정 복호기는 입력이 하드 입력일 경우에는 복호 능력이 현저히 떨어진다. 따라서 소프트 입력을 받아야 그 성능이 보장될 수 있다.

따라서 송신기에서 부가데이타를 처리할 경우에는 랜덤마이저를 거치지 않고 바이패스 시킴으로서 수신기에서 추가오류정정 복호기의 입력이 소프트입력을 가질수 있도록 하는데 가장 큰 특징이 있다.

이하 제1도 및 2도를 참조하여 본 발명의 특징 및 이점들을 설명한다.제 1도는 본 발명에 따른 송신기의 기본 구조이다.제 2도는 상기 제1도에 따른 수신기의 기본 구조이다.

먼저 제1도를 설명하면 부가데이타가 제1경로에 의해 오류정정부호기에 의해 부호화가 된다.여기서 부호기의 종류는 설계자에 따라 달라 질수가 있는데 예를 들면 길쌈부호기나,또는 RS부호기등이 될 수 있고 이들의 조합에 의해 설계될 수도 있다. 또한 프로그램인 일반 오디오 비디오데이타가 제2경로에 의해 입력이 되는데 이는 보통 MPEG방식에의해 압축된 오디오나 비디오 데이타(이하 ATSC데이타라 칭함)이다. 이러한 제1,2경로에 의해 입력된 데이타는 먹스에의해 먹싱이 되어 일련의 시리얼데이터로 출력이 된다. 여기서 제1경로에 의해 입력된 데이타인 부가데이타의 경우에는 랜덤마이저를 거치지 않고 바이패스 시키는데 이는 먹싱시 먹싱컨트롤 신호와 상응하여 랜덤마이저를 제어하여 바이패스하도록 제어한다(도면 미도시).
즉, 랜덤마이징을 수행하는 랜덤마이저는 입력되는 데이터에 대해 랜덤마이징을 수행하는 랜덤마이징부 및 상기 먹스부에서 멀티플렉싱된 입력 데이터 중에서 상기 부가데이터가 상기 랜덤마이징부를 바이패스하도록 제어하는 제어부를 포함한다. 본 발명에 있어서, 상기 멀티플렉싱된 입력 데이터 중에서 상기 부가 데이터는 소프트 값을 가져야하므로, 랜덤마이징부를 바이패스하도록 하는 것이다. 본 명세서의 설명에서 랜덤마이저로 설명된 용어는 상기 제어부와 상기 랜덤마이징부를 포함하는 개념이다. 따라서 본 명세서에서의 랜덤마이저를 제어한다는 것의 의미는 상기 제어부가 상기 랜덤마이징부를 제어한다는 의미이며, 부가 데이터가 랜덤마이저를 바이패스한다는 것은 상기 제어부가 멀티플렉싱된 데이터 중에서 부가 데이터는 분리하여 상기 랜덤마이징부를 바이패스한다는 의미이다.
바이패스된 부가데이타는 오류정정을 위한 채널코딩과정을 거치는데 패리티를 부가하는 RS부호기, 인터리빙을 수행하는 인터리버, TCM 부호화 과정 TCM부호기를 거처 거처 VSB 방식으로 변조되어 전송이 된다.

또한 ATSC데이타 입력시에는 기존의 지상파 디지털 방법에 의한 채널코딩과정을 거처 VSB변조방식에 의해 변조되어 전송이 된다. 즉 랜덤마이징과정을 거친 후 RS부호기로 출력한다. 또한 최종으로 VSB변조방식에 의해 송신된 데이타는 한 채널에 ATSC데이타와 부가데이타가 혼재하여 송신이 된다. 물론 부가데이타가 없이 ATSC데이타만 송신될 수도 있다

제 2 도는 제1도에 상응하여 채널복조과정을 수행하는 수신기와 관련된 도면이다. 먼저 공중채널을 통해 입력된 전송데이타에 대해 튜너는 채널 튜닝과정을 수행하고 튜닝된 데이타에 대해 타이밍복원,반송파복원,채널등화,위상보정등의 과정을 거처 기저대역신호를 최종적으로 출력한다. 이렇게 채널복조된 신호는 TCM복호기에 거치면서 복호화 과정을 수행하는데 그 출력값이 복호 후 결정된 값이 아니라 그에 대한 확율값에 해당하는 소프트 값을 출력 한다. 이는 상기에서 설명한 바와 같이 추가오류 정정복호시 소프트 입력을 받기 위함이다. TCM복호된 소프트값은 디인터리버에 의해 디 인터리빙된다. 디 인터리버에 의해 출력된 소프트 값은 디먹스(도면 미도시)에의해 두개의 경로(ATSC,부가데이타) 분할되어 출력이 된다.

먼저 ATSC데이타일 경우에는 디 인터리버에에 의해 출력된 소프트 값에 대해 결정부(또는 리미터)에 의해 결정 된 값, 즉 하드 값으로 출력하는데 이는 디랜덤마이저와 마찬가지로 RS복호기의 입력 및 출력도 하드값이어야 하기 때문이다.

RS복호기에의해 복호된 데이타는 디랜덤마이저에 의해 디랜덤마이징 됨으로써 트랜스포트 디코더로 출력이 된다.

또한 부가데이타일 경우에는 디먹스에 의해 출력된 소프트 값에 대해 추가오류정정복호화 과정을 수행하는데 그 이전에 송신시 부가된 RS패리티에 해당하는 값을 제거하는 패리티 제거부가 더 포함된다. 여기서 패리티 제거부와 상기에서 설명한 RS복호기와의 차이점은 패리티 값을 이용하여 복호화과정을 수행하느냐 하지 않느냐의 차이점이다. 즉 ATSC의 경우에는 패리티를 이용하여 RS복호화 과정을 수행하고 부가데이타일 경우에는 단지 패리티 만을 제거한다.

패리티제거부에 의해 제거된 부가데이타는 추가오류정정 복호기에 의해 오류정정과정을 수행하는데 이러한 복호기 역시 송신기의 부호화기와 상응하여 설계될 수 있다. 오류정정복호기에서 출력된 데이타는 최종적으로 트랜스 포트 디코더로 출력된다.또한 트랜스 포트를 거치지 않고 별도의 처리기를 통해 처리된 후 시청자에게 디스플레이 될 수 있다.

ATSC 데이타는 오디오 비디오 데이타로 분리되어 MPEG디코더 및 오디오 디코더를 통하여 디코딩된 다음 최종적으로 화면/스피커로 출력된다.

다음은 본 발명의 소프트값을 출력하는 TCM복호 알고리즘에 대한 설명이다. 상기에서 설명한 바와 같이 추가오류 정정 부호기의 성능을 최대한 발휘하기 위해서는 내부부호의 복호기에서 소프트 출력을 만들어 주어야 한다. 트렐리스 부호화된 입력열에 대하여 소프트 출력을 만들어내는 알고리즘으로는 SOVA(Soft Output Viterbi Algorithm)와 MAP(Maximum A Posteriori) 알고리즘이 있는데 심벌 오류의 관점에서는 MAP 알고리즘이 더 우수한 성능을 가진다. 그러나 최적의 MAP 알고리즘은 익스포넨셜(exponential) 도메인에서 확률을 계산하고, 채널의 잡음 분산을 추정해야 하는 단점이 있다.

그러나, 성능저하가 크지 않으면서 확률을 로그도메인에서 계산하고, 잡음분산의 추정이 필요 없는 MAP 알고리즘으로 SSA(Suboptimum Soft output Algorithm)가 있다.

따라서 복호 알고리즘으로 SSA 알고리즘을 사용하면 부호기의 입력 비트 d1,d0에 대해서 아래의 수학식1과 같은 네 개의 소프트 출력을 생성한다.

SSA 복호기가 만들어 내는 소프트 출력은 복호 후에 얻어지는 d1d0의 네 가지 조합에 대한 확률값에 대한 측정이 다. 외부부호로 길쌈부호를 사용하는 경우에는 이러한 소프트 출력을 바로 브랜치 메트릭(branch metric)으로 사용하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 디지털 통신 시스템은 수신기에서 추가오류정정부호에 의해 성능이 향상됨으로서 부가데이타에 대하여 보다 정확도를 높일 수 있다. 또한 기존의 ATSC데이타를 수신하는 수신기와도 호환성이 가능한 이점이 있다.

이상 설명한 내용과 같이 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.예를 들면 오류정정부호기의 사용을 길쌈부호기나 이에 대해 변형된 부호기를 사용할 수 있다.Eh또한 부가데이타에 대하여 랜덤마이징을 수행하지 않도록 바이패스시키는 방법 또한 여러가지 방법을 사용할수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (11)

1. 입력되는 부가데이터에 대해 오류정정부호화를 수행하는 오류정정부호화부;

   상기 오류정정부호화된 부가데이터와, 입력되는 ATSC데이터를 멀티플렉싱하는 먹스부;

   상기 멀티플렉싱된 데이터 중 상기 부가데이터를 바이패스하고, 상기 ATSC데이터를 랜덤마이징하는 랜덤마이저;

   상기 바이패스된 부가데이터와 상기 랜덤마이징된 ATSC데이터를 코딩하는 채널코딩부;

   상기 채널 코딩된 데이터를 VSB방식으로 변조하여 송신하는 VSB송신부로 구성된 것을 특징으로 하는 디지털TV의 송신 시스템.
2. 상기 1 항에 있어서, 상기 랜덤마이저는

   입력되는 데이터에 대해 랜덤마이징을 수행하는 랜덤마이징부; 및

   상기 먹스부에서 멀티플렉싱된 입력 데이터 중에서 상기 부가데이터가 상기 랜덤마이징부를 바이패스하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털TV의 송신 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 먹스부는 상기 오류정정부호화된 부가데이터와, 입력되는 ATSC데이터를 멀티플렉싱하여 시리얼(serial)데이타로 출력하는 것을 특징으로 하는 디지털TV의 송신 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 채널코딩부는 상기 바이패스된 부가데이터와 상기 랜덤마이징된 ATSC데이터에 대해 RS부호화 및 TCM부호화 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털TV의 수신 시스템.
5. 부가 데이터 및 ATSC 데이터를 포함하는 방송 신호를 수신하여 튜닝하는 튜너부;

   상기 방송 신호 데이터를 복호하여 출력하는 TCM 복호기;

   상기 TCM 복호된 데이터를 디인터리빙하는 디인터리버;

   상기 디인터리빙된 데이터를 디먹싱하여 상기 부가 데이터 및 ATSC 데이터로 분리하는 디먹스;

   상기 분리된 ATSC 데이터를 복호하는 ATSC 복호부;

   상기 분리된 부가데이터를 복호하는 부가데이터 복호부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털TV의 수신 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, TCM복호기는 소프트 값을 생성하여 출력하는것을 특징으로 하는 디지털TV의 수신시스템.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 ATSC 복호부는 하드 디시젼(hard decision)하는 리미터(limiter), RS 복호기, 디랜덤마이저(derandomizer)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털TV의 수신시스템.
8. 부가 데이터 및 ATSC 데이터를 포함하는 방송 신호를 수신 및 튜닝하여 원하는 채널만을 선택할 수 있도록 채널을 분리하는 스텝;

   상기 선택된 채널에 대해 기저대역의 주파수로 복조하기 위한 스텝;

   상기 복조된 신호에 대해 TCM복호화를 수행하고, 상기 TCM복호화된 데이터를 소프트 값으로 출력하는 스텝;

   상기 소프트 값으로 출력된 데이터를 디인터리빙하는 스텝;

   상기 디인터리빙된 데이터를 ATSC데이타 및 부가데이터로 분리하는 스텝;

   상기 분리된 ATSC데이타 및 부가데이터를 각각 복호화하는 스텝을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털TV의 수신 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 ATSC데이타를 복호화하는 스텝은,

   상기 ATSC 데이타에 대해 하드 디시젼(hard decision)하여 하드값을 출력하는 리미팅 스텝;

   상기 출력된 하드값에대해 RS 복호화 및 디랜덤마이징(derandomizing)을 수행하는 스텝을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털TV의 수신 방법.
10. 제 5 항에 있어서, 상기 부가데이터 복호부는

    상기 부가데이타에 대해 송신시 부가된 패리티를 제거하는 패리티 제거부;

    상기 패리티 제거된 부가데이타에 대해 추가오류 부호화된 데이타를 복호하는 추가오류정정정 복호부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털TV의 수신시스템.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 부가데이타를 복호화하는 스텝은,

    상기 부가데이타에 대해 송신시 부가된 패리티 만을 제거하는 스텝;

    상기 패리티가 제거된 부가데이타에 대해 추가오류 부호화된 데이타를 복호하는 스텝을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털TV의 수신 방법.

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