包括错误更正程序的解码装置及解码方法

摘要

本发明提供了一种解码装置包括差分解码器、错误更正解码器与控制器。差分解码器根据一差分编码关联性进行差分解码程序，以产生一差分解码结果。错误更正解码器对根据差分解码结果产生的多个待更正封包分别施以解码程序并为各自产生一错误更正记录。当第一待更正封包的错误更正记录显示施于第一待更正封包的解码程序失败，控制器根据第二待更正封包的错误更正记录产生一错误位置信息，并请求错误更正解码器根据该错误位置信息对第一待更正封包施以另一次解码程序。根据该差分编码关联性，第二待更正封包为第一待更正封包的差分编码参考封包。

说明书

技术领域

本发明与错误更正解码器相关，并且尤其与能提高正确更正错误的可能性的技术相关。

背景技术

由于信号传输的信道在现实环境中常会受各种噪声的干扰，使得信号失真，失真的信号送到接收端之后，经过降频转换得到一基频的数字信号，再经过解调器解调，最后，经由解码器对其进行解码，并对其中的错误位进行更正。错误更正码最重要的任务就是将信号在信道传输过程中产生的错误修正过来，以达到高可靠度的信号传输。其中，里德所罗门码(Reed–Solomon code)是一种被广泛应用于高速数字通讯传输系统中的错误更正码。里德所罗门码特别对于传输过程中所产生的丛集错误或随机错误有相当优秀的错误更正能力，因此成为非常受欢迎的信道错误更正编解码。

图1(A)呈现数字视频电缆广播(digital video broadcasting–cable,DVB-C)传送端的功能方块图做为范例。影音编码器111中负责将影像数据、声音数据以及其他辅助数据混合编码为一连串的影音编码后封包，每个影音编码后封包的长度各自为一百八十八个字节。外部编码器112对该等影音编码后封包施以里德所罗门编码。由于加入了十六个字节的检查码，外部编码器112输出的每一个外部编码后封包的长度各自增长为两百零四个字节。通常亦称该等外部编码后封包各自包括两百零四个符号(symbol)。接着，外部交错器(external interleaver)113负责对外部编码后封包进行回旋交错编码(convolutionalinterleaving)，藉由重新安排数据的顺序来增强数据的错误容忍力。差分编码器(differential encoder)114对交错后数据中每个符号的前两个最高有效位(mostsignificant bit,MSB)施以差分编码。随后，调制器115对差分编码后数据施以正交振幅调制(quadrature amplitude modulation,QAM)，并将调制后数据交由前端电路116进行升频转换及数字-模拟转换等程序。

图1(B)呈现数字视频电缆广播(DVB-C)接收端的功能方块图。比较图1(A)与图1(B)可看出，信号进入此接收端后依序通过的前端电路121、解调器122、差分解码器123、外部反交错器124、错误更正解码器125与影音解码器126与图1(A)所示的传送端中的各个功能区块相对应。错误更正解码器125接收到的每一个待更正封包各自包括两百零四个符号，且这两百零四个符号中可能包括一或多个因在传输过程中受到噪声干扰而发生错误的符号。错误更正解码器125会依照里德所罗门码的特性进行解码并同时找出其中的错误加以更正。

里德所罗门解码器的错误更正能力与检查码的数量相关；检查码愈多，错误更正能力愈高。假设一个长度为n个符号的封包中有k个符号为实际数据、(n-k)个符号为检查码，则里德所罗门解码器的错误更正能力上限为(n-k)个符号。更明确地说，若能预先得知所有错误符号在该封包中的位置(不需要知道错误内容)，则里德所罗门解码器最多能将(n-k)个错误符号的内容更正为正确。不过，若完全不知道该封包中任何一个错误符号的位置(亦不知道错误内容)，里德所罗门解码器最多只能将(n-k)/2个错误符号的内容更正为正确。综合以上两种情况，若能预先得知一个封包中F个错误符号的位置且F小于(n-k)，则除了更正该F个错误符号之外，里德所罗门解码器最多能再将E个不知道位置的错误符号更正回来，其中数值E的上限为[(n-k)-F]/2。因此，里德所罗门解码器的错误更正能力亦常被表示为2E+F≤(n-k)。

以图1(B)呈现的数字视频电缆广播(DVB-C)接收端为例，错误更正解码器125收到的每一个待更正封包中有一百八十八个符号为实际数据、十六个符号为检查码。由此可知，错误更正解码器125的错误更正能力上限为2E+F≤(204-188)＝16。因此，在完全不知道任何一个错误符号的位置的情况下(F＝0)，只要一个待更正封包中的错误符号不超过八个(E≤8)，错误更正解码器125便能在解码过程中将这个待更正封包中的所有错误符号更正回来。相对地，在完全不知道一个待更正封包中任何一个错误符号的位置的情况下，若其中的错误符号超过八个，错误更正解码器125只能将这个待更正封包视为无法解码，也就是解码失败。再看另外一个例子，若可于对一个待更正封包进行解码前预先得知其中五个错误符号的位置(F＝5)，则除了这五个已知位置的错误符号之外，错误更正解码器125有能力再更正这个待更正封包中五个未知位置的错误符号(E≤5.5)，相当于使得这个待更正封包能被更正的错误符号总数量上升为十个符号(五个已知位置、五个未知位置)。

以上范例是用以指出里德所罗门码的一个特性：若能在进行解码前预先掌握部分或全部的错误位置信息，里德所罗门解码器能更正回来的错误总数量便得以提高。因此，针对里德所罗门码或同样具有上述特性的错误更正码，如何找出可信的错误位置信息供错误更正解码器运用，一直是相关领域中备受关注的议题。

发明内容

本发明提出一种新的解码装置及解码方法，适用于经过差分编码(differentialencoding)以及错误更正编码的信号。在根据本发明的解码装置及解码方法中，当信号已被差分解码并进一步要被错误更正解码时，利用已知的差分编码关联性，能合理推测封包中的错误发生位置，进而提高解码程序能更正的错误数量。

根据本发明的一具体实施例为一种解码装置，其中包括一差分解码器、一错误更正解码器与一控制器。该差分解码器根据一差分编码关联性对多个待差分解码数据进行差分解码程序，以产生一差分解码结果。该错误更正解码器对根据该差分解码结果产生的多个待更正封包分别施以一解码程序，并据此为各个待更正封包分别产生一错误更正记录。该控制器接收该等错误更正记录。当一第一待更正封包的错误更正记录显示该错误更正解码器施于该第一待更正封包的解码程序失败，该控制器根据一第二待更正封包的错误更正记录产生一错误位置信息，并请求该错误更正解码器根据该错误位置信息对该第一待更正封包施以另一次解码程序。根据该差分编码关联性，该第二待更正封包为该第一待更正封包的一差分编码参考封包。

根据本发明的另一具体实施例为一种解码方法。首先，根据一差分编码关联性，多个待差分解码数据被施以差分解码程序，以产生一差分解码结果。接着，根据该差分解码结果产生的多个待更正封包分别被施以一解码程序，并且据此为各个待更正封包分别产生一错误更正记录。当一第一待更正封包的错误更正记录显示施于该第一待更正封包的解码程序失败，一错误位置信息根据一第二待更正封包的错误更正记录被产生。根据该差分编码关联性，该第二待更正封包为该第一待更正封包的一差分编码参考封包。随后，根据该错误位置信息，该第一待更正封包被施以另一次解码程序。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1(A)与图1(B)分别呈现数字视频电缆广播传送端与接收端的功能方块图。

图2为根据本发明的一实施例中的数字视频电缆广播接收端的功能方块图。

图3为两个待更正封包间的差分编码关联性示意图。

图4呈现根据本发明的数字视频电缆广播接收端进一步包括一输入功率评估电路的实施例的功能方块图。

图5呈现根据本发明的数字视频电缆广播接收端进一步包括一复核电路的实施例的功能方块图。

图6为根据本发明的一实施例中的解码方法的流程图。

图7为根据本发明的另一实施例中的解码方法的流程图。

须说明的是，本发明的图式包括呈现多种彼此关联的功能性模块的功能方块图。该等图式并非细部电路图，且其中的连接线仅用以表示信号流。功能性组件及/或程序间的多种互动关系不一定要透过直接的电性连结始能达成。此外，个别组件的功能不一定要如图式中绘示的方式分配，且分布式的区块不一定要以分布式的电子组件实现。

为清楚起见，以下给出附图标记的简要说明：

111：影音编码器 112：外部编码器

113：外部交错器 114：差分编码器

115：调制器 116：前端电路

121、221：前端电路 122、222：解调器

123、223：差分解码器 124、224：外部反交错器

125、225：错误更正解码器 126、226：影音解码器

227：控制器 227A：内存

228：输入功率评估电路 229：复核电路

200、300、400：数字视频电缆广播接收端

S61～S64、S71～S80：流程步骤

具体实施方式

根据本发明的一具体实施例为一种解码装置，其中包括一差分解码器、一错误更正解码器与一控制器。实务上，该解码装置可单独存在，亦可被整合在各种兼有差分解码功能与错误更正功能的解码系统中。图2呈现将该解码装置应用于一数字视频电缆广播(DVB-C)接收端的功能方块图做为范例。透过后续说明，本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，本发明的精神可实现于其他规格的接收端，不以DVB-C接收端为限。

如图2所示，DVB-C接收端200包括一前端电路221、一解调器222、一差分解码器223、一外部反交错器224、一错误更正解码器225、一影音解码器226与一控制器227。前端电路221、解调器222、外部反交错器224、影音解码器226的详细运作方式为本发明所属技术领域中具有通常知识者所知，不再赘述。以下主要针对差分解码器223、错误更正解码器225以及控制器227的相关部分加以说明。

DVB-C规范中的差分编码是指，图1(A)中的差分编码器114在产生与“第N个外部编码后封包中第i个符号的前两个最高有效位(MSB)”相对应的差分编码后数据时(N为一正整数，i为一整数指标)，除了与“第N个外部编码后封包中第i个符号的前两个最高有效位”相对应的交错后数据，还会使用到与“第(N-1)个外部编码后封包中第(i+1)个符号的前两个最高有效位”相对应的差分编码后数据。以下称第N个外部编码后封包与第(N-1)个外部编码后封包具有一差分编码关联性，且根据该差分编码关联性，第(N-1)个外部编码后封包为第N个外部编码后封包的差分编码参考封包。

与DVB-C传送端相对应，在DVB-C接收端，一连串待更正封包中的第N个待更正封包与第(N-1)个待更正封包也会具有上述差分编码关联性，且第(N-1)个待更正封包为第N个待更正封包的差分编码参考封包。基于此差分编码关联性，差分解码器223在产生与“第N个待更正封包中第i个符号的前两个最高有效位”相对应的差分解码结果(在图中标为待反交错数据)时，除了采用与“第N个待更正封包中第i个符号的前两个最高有效位”相对应的待差分解码数据，还必须使用到与“第(N-1)个待更正封包中第(i+1)个符号的前两个最高有效位”相对应的待差分解码数据。由此可推论，如果第(N-1)个待更正封包中第(i+1)个符号的前两个最高有效位在传输过程中发生错误，与“第(N-1)个待更正封包中第(i+1)个符号的前两个最高有效位”相对应的待差分解码数据也必然出错，因此很可能导致差分解码器223据此产生的与“第N个待更正封包中第i个符号的前两个最高有效位”相对应的差分解码结果(在图中标为待反交错数据)也发生错误，进而使得第N个待更正封包中第i个符号的前两个最高有效位出现错误。请参阅图3呈现的示意图。第(N-1)个待更正封包中第(i+1)个符号的前两个最高有效位被标示为MSB#1，第N个待更正封包中第i个符号的前两个最高有效位被标示为MSB#2。当MSB#1在传输过程中发生错误，可能会导致错误更正解码器225接收到的MSB#2也是错误的。

错误更正解码器225负责对外部反交错器224输出的待更正封包施以里德所罗门解码程序，在解码的同时进行错误更正。对应于图1(A)中由外部编码器112提供给外部交错器113的外部编码后封包，错误更正解码器225会收到多个待更正封包，且每一个待更正封包各自包括两百零四个符号。在初次对一个待更正封包进行解码程序时，错误更正解码器225通常尚未掌握其中发生错误的符号的位置。如先前所述，若一个待更正封包中的错误符号数量不超过八个，即使未握有任何错误位置信息，错误更正解码器225仍能解码成功，亦即找出该待更正封包中所有错误符号的位置并加以更正。反之，在没有任何错误位置信息的情况下，若一个待更正封包中的错误符号数量超过八个，错误更正解码器225便无法更正其中任何一个错误符号，亦无法得知任何的错误位置信息，称为解码失败。

于此实施例中，若解码成功，错误更正解码器225会产生一个错误更正记录传递给控制器227，告知该待更正封包中曾经发生错误但已经由错误更正解码器225更正的错误符号位置(最少零个、最多八个)。针对解码失败的待更正封包，错误更正解码器225也会产生一个错误更正记录传递给控制器227，告知此封包解码失败。实务上，控制器227可如图2所示，包括一个用以储存该等错误更正记录的内存227A。

于本实施例中，针对错误更正解码器225解码成功的待更正封包，除了储存其错误更正记录之外，控制器227不动作。相对地，一旦出现错误更正解码器225解码失败的情况，控制器227会开始介入，尝试利用两个待更正封包之间的差分编码关联性找出可供错误更正解码器225参考的错误位置信息，其运作方式详述如下。

如先前所述，第N个待更正封包与第(N-1)个待更正封包具有差分编码关联性。待更正封包间的差分编码关联性是依DVB-C规范而订，因此为控制器227预先所知。若控制器227收到第N个待更正封包的错误更正记录显示解码失败，控制器227会自内存227A找出第(N-1)个待更正封包的错误更正记录，查看第(N-1)个待更正封包中有哪几个符号的前两个最高有效位在进入错误更正解码器225时原本有错误，但已被错误更正解码器225更正。

举例而言，若第三个待更正封包(N＝3)的错误更正记录显示错误更正解码器225于解码第三个待更正封包时失败，则控制器227会自内存227A找出第二个待更正封包(N-1＝2)的错误更正记录。假设第二个待更正封包的错误更正记录指出错误更正解码器225先前为第二个待更正封包更正了三处错误，分别是：第八个符号的前两个最高有效位、第五十三个符号的末两个最低有效位，以及第一百三十六个符号的前四个最高有效位。在这个范例中，第二个待更正封包中的第八个符号与第一百三十六个符号分别符合“前两个最高有效位进入错误更正解码器225时原本有错误，但已被错误更正解码器225更正”的条件。如先前所述，若第(N-1)个待更正封包中第(i+1)个符号的前两个最高有效位在传输过程中发生错误，极可能导致第N个待更正封包中第i个符号的前两个最高有效位也出现错误。因此，可推断第三个待更正封包中的第七个符号与第一百三十五个符号各自的前两个最高有效位也很可能是错误的。在这个情况下，控制器227可将第三个待更正封包中的第七个符号与第一百三十五个符号视为两个可能的错误符号，并据此产生相对应的两个错误位置信息。随后，控制器227请求错误更正解码器225根据这两个错误位置信息对第三个待更正封包重新施以另一次解码程序。

如先前所述，错误更正解码器225的错误更正能力为2E+F≤16。在错误更正解码器225初次对第三个待更正封包施以解码程序时，尚未掌握任何的错误位置信息，因此数值F等于零、数值E的上限等于八。控制器227根据差分编码关联性为第三个待更正封包找出两个错误位置信息，等同于将数值F修改为二、令数值E的上限变为七，进而使得错误更正解码器225最多能为第三个待更正封包更正的错误符号总数量(亦即数值E与F的最大值总和)由八个提升为九个。由此可看出，利用控制器227根据差分编码关联性找出的错误位置信息，对第三个待更正封包施以另一次解码程序时，错误更正解码器225更有机会成功更正第三个待更正封包。

在上面的范例中，第二个待更正封包的第五十三个符号先前被错误更正解码器225更正的是末两个最低有效位，不符合“前两个最高有效位进入错误更正解码器225时原本有错误，但已被错误更正解码器225更正”的条件。因此，控制器227并不会据此产生一个错误位置信息。由此可看出，第(N-1)个待更正封包的错误更正记录未不一定能完全被控制器227利用来产生有效的错误位置信息。不过，只要错误更正解码器225先前成功更正第(N-1)个待更正封包中的至少一错误符号，控制器227便有机会可根据差分编码关联性与第(N-1)个待更正封包的错误发生位置产生第N个待更正封包的错误位置信息。

须说明的是，差分解码与里德所罗门解码的详细实施方式为本发明所属技术领域中具有通常知识者所知，于此不赘述其解码细节。

实务上，控制器227可被实现为固定式及/或可程序化数字逻辑电路，例如可程序化逻辑门阵列、特定应用集成电路、微控制器、微处理器、数字信号处理器。或者，控制器227亦可被设计为透过执行内存227A中所储存的处理器指令以完成其任务。此外，本发明的范畴并未限定于特定储存机制。内存227A可包括一个或多个挥发性或非挥发性内存装置，例如随机存取半导体内存、只读存储器、磁性及/或光学内存、闪存等等。

于另一具体实施例中，根据本发明的解码装置进一步包括一输入功率评估电路。如图4所示，相较于DVB-C接收端200，DVB-C接收端300进一步包括一输入功率评估电路228。输入功率评估电路228是用以为一待更正封包所包括的多个数据(例如各个符号)分别产生一输入功率评估值，并计算各输入功率评估值与一参考功率的差异，提供给控制器227。一般而言，没有错误的符号的功率会落在一个已知的概略范围(可透过实验或统计产生)内，此概略范围的中间值可做为上述参考功率。相对地，出现错误的符号的功率往往会与此参考功率差异较大。由此可推论，功率与参考功率差异较大的符号可能是错误的符号。

在DVB-C接收端300中，错误更正解码器225首先可在没有任何错误位置信息的情况下尝试将一待更正封包解码。若初次解码失败，错误更正解码器225可利用控制器227根据差分编码关联性找出的错误位置信息对该待更正封包再次解码。若再次解码仍然是失败的，控制器227便会根据输入功率评估电路228产生的该等功率差异值中高于一预设门坎值的功率差异值，选出一个或多个候选错误位置信息。随后，控制器227会请求错误更正解码器225进一步根据该一个或多个候选错误位置信息再一次对该待更正封包施以解码程序。更明确地说，除了根据差分编码关联性产生的错误位置信息，控制器227还可根据各符号的输入功率为错误更正解码器225进一步提供其他候选错误位置信息，以协助错误更正解码器225更有机会成功更正该待更正封包。

于一实施例中，控制器227提供给错误更正解码器225的错误位置信息被预先设定一数量上限。举例而言，假设该数量上限等于十，若根据差分编码关联性产生的错误位置信息已指出一个封包中的六个错误符号，则控制器227至多再根据输入功率选出四个候选错误位置信息(例如对应于输入功率与参考功率差异最大的四个符号)。

经模拟实验证明，控制器227根据输入功率选出的候选错误位置信息不一定都是真正对应于存在错误的数据。此外，选用并非真正错误的候选错误位置信息供错误更正解码器225进行解码程序，可能会导致错误更正解码器225误判已正确更正某个待更正封包，但实际上是将该封包误解读为另一个封包。因此，于一具体实施例中，根据本发明的解码装置进一步包括一复核电路，复核根据输入功率选出的候选错误位置信息，以避免上述误判情况，详述如下。

如图5所示，相较于DVB-C接收端300，DVB-C接收端400进一步包括一复核电路229。举例而言，假设控制器227根据输入功率总共为一待更正封包选出六个候选错误位置信息，控制器227可首先自该六个候选错误位置信息中进一步选出少于六个(例如五个)的候选错误位置信息，做为一第一候选组合，并请求错误更正解码器225利用根据差分编码关联性产生的错误位置信息，加上该第一候选组合，对该待更正封包施以解码程序。若错误更正解码器225利用根据差分编码关联性产生的错误位置信息以及该第一候选组合对该待更正封包施以解码后，判定解码成功，复核电路229便会接着根据错误更正解码器225提供给控制器227的错误更正记录，判断该待更正封包被更正的错误符号是否符合一错误分布条件。举例而言，该错误分布条件可为“同一封包中有连续三个相邻符号被错误更正解码器225更正”。实际上，连续多个相邻符号皆错误的情况非常罕见。也就是说，若该第一候选组合使得据此更正后的待更正封包符合上述错误分布条件，表示该第一候选组合中包括的候选错误位置信息可信度不高。因此，在本实施例中，控制器227会放弃该第一候选组合，并自该六个候选错误位置信息中重新选出另外五个候选错误位置信息，做为一第二候选组合，并请求错误更正解码器225再次利用根据差分编码关联性产生的错误位置信息，加上该第二候选组合，对该待更正封包施以又一次解码程序，依此类推。

根据本发明的另一具体实施例为一种解码方法，其流程图是绘示于图6。首先，步骤S61为根据一差分编码关联性对多个待差分解码数据进行差分解码程序，以产生一差分解码结果。接着，步骤S62为对根据该差分解码结果产生的多个待更正封包分别施以一解码程序，并据此为各个待更正封包分别产生错误更正记录。步骤S63为：当一第一待更正封包的错误更正记录显示施于该第一待更正封包的解码程序失败，根据一第二待更正封包的错误更正记录产生一错误位置信息，其中根据该差分编码关联性，该第二待更正封包为该第一待更正封包的一差分编码参考封包。随后的步骤S64则是根据该错误位置信息对该第一待更正封包施以另一次解码程序。

图7呈现的解码方法流程图是针对单一待更正封包，并且进一步包括先前介绍过的输入功率评估工作。首先，步骤S71为对一待更正封包施以一错误更正解码程序。步骤S72为判断步骤S71中的错误更正解码程序是否成功。若步骤S72的判断步骤为是，此解码流程700即结束于成功状态。若步骤S72的判断步骤为否，则步骤S73继续被执行，亦即尝试根据一差分编码参考封包的错误更正记录产生一错误位置信息。如先前所述，若该差分编码参考封包中的封包皆不符合“前两个最高有效位原本有错误，但已被错误更正解码程序更正”的条件，便无法产生可用的错误位置信息。步骤S74为判断步骤S73是否有产生任何的错误位置信息。若步骤S74的判断步骤为否，此解码流程700即结束于失败状态。若步骤S74的判断步骤为是，则步骤S75继续被执行，亦即根据该错误位置信息对该待更正封包施以另一次错误更正解码程序。

步骤S76为判断步骤S75中的错误更正解码程序是否成功。若步骤S76的判断步骤为是，此解码流程700即结束于成功状态。若步骤S76的判断步骤为否，则步骤S77继续被执行，亦即尝试根据该待更正封包的多个输入功率评估值产生一候选错误位置信息。如先前所述，候选错误位置信息是根据高于一预设门坎值的功率差异值选出。因此，若该待更正封包没有任一个功率差异值高于该预设门坎值，即无法产生任何候选错误位置信息。步骤S78为判断步骤S77是否有产生任何的候选错误位置信息。若步骤S78的判断步骤为否，此解码流程700即结束于失败状态。若步骤S78的判断步骤为是，则步骤S79继续被执行，亦即除了利用步骤S73产生的错误位置信息，再进一步将步骤S77产生的候选错误位置信息纳入考虑，据此对该待更正封包施以又一次解码程序。步骤S80为判断步骤S79中的错误更正解码程序是否成功。若步骤S80的判断步骤为是，此解码流程700即结束于成功状态。若步骤S80的判断步骤为否，则此解码流程700即结束于失败状态。在这个失败状态之后，DVB-C接收端可能可以要求DVB-C传送端重新传送对应于该待更正封包的信号。

本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，先前在介绍DVB-C接收端200、300、400时描述的各种操作变化亦可应用至图6、图7中的解码方法，其细节不再赘述。

借由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。