JP3831608B2 - 通信システムにおける符号及び制御情報整合性に基づく誤り検出方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明分野】
本発明は、一般的には、通信システムにおいて情報を転送するためのデジタルオーディオ放送(Ｄigital Ａudio Ｂroadcasting：ＤＡＢ)及び他の技術に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ＦＭラジオ周波数帯においてデジタルオーディオ放送(Ｄigital Ａudio Ｂroadcasting：ＤＡＢ)を提供するために提案されたシステムは、ＣＤ品質並みのオーディオ、データサービス及び現存するアナログＦＭ送信よりも信頼性の高いサービスエリアを提供するものと期待されている。しかしながら、全デジタルＤＡＢに移行される時点まで、放送会社は、同じ可聴帯域においてアナログ及びデジタル信号を同時に送信できる中間的な解決策を必要としている。そのようなシステムは典型的には、ハイブリッド・インバンド・オンチャネル(Ｈybrid Ｉn-Ｂand Ｏn-Ｃhannel：ＨＩＢＯＣ)ＤＡＢシステムと呼ばれ、ＦＭ及びＡＭラジオ帯域の両方において開発が進められている。従来のアナログＦＭ受信機での著しい歪みを防ぐために、典型的なＦＭ ＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステム内のデジタル信号は、例えば、アナログＦＭホスト信号の両側に１つずつの２つの側波帯において送信されている。
【０００３】
知覚オーディオ符号化技術(perceptual audio coding technology)がＨＩＢＯＣ ＤＡＢのようなＦＭ帯及びＡＭ帯送信の応用形態の場合に特に関心を集めている。D.Sinha、J.D.Johnston、S.Dorqard及びS.R.Quackenbushの「知覚オーディオ符号化(The Perceptual Audio Coder)」(Digital Audio, Section 42, 第42-1頁乃至第42-18頁, CRC Press, 1998,参照して本明細書の一部とする)に記載される知覚オーディオ符号器(Ｐerceptual Ａudio Ｃoder：ＰＡＣ)のような知覚オーディオ符号化装置は、ノイズ割当て方式(noise allocation strategy)を用いてオーディオ符号化を実行しており、それにより、各オーディオフレームに対して、心理音響学的モデルに基づいてビット要件が計算される。ＰＡＣ装置及び同様の圧縮技術を組み込んだ他のオーディオ符号化装置は固有のパケット指向(packet-oriented)、すなわち固定の時間間隔(フレーム)の間のオーディオ情報が、可変ビット長のパケットによって表される。各パケットは一定の制御情報を含んでおり、それにオーディオフレームの量子化されたスペクトル／サブバンドの記述が続く。ステレオ信号の場合、そのパケットは、中心チャネル及びサイドチャネル(例えば左チャネル及び右チャネル)のように個別の、異なる２つ以上のオーディオチャネルのスペクトル記述を含む場合がある。
【０００４】
上記の引用文献に記載されるＰＡＣ符号化は、知覚によって駆動された適応フィルタバンク(adaptive filter bank)或いは変換符号化アルゴリズムと見なすこともできる。それは、拡張信号処理及び心理音響学的モデル化技術を組み込んでおり、高レベルの信号圧縮を達成する。要するに、ＰＡＣ符号化は、修正離散コサイン変換(Ｍodified Ｄiscrete Ｃosine Ｔransformation：ＭＤＣＴ)とウエーブレット変換(wavelet transform)との間を切り替える信号適応切替式フィルタバンクを用いて、オーディオ信号の圧縮した記述を得る。フィルタバンク出力は、不均一なベクトル量子化を用いて、量子化される。量子化のために、フィルタバンク出力は、いわゆる「符号バンド(coderband)」にグループ化されるため、量子化器パラメータ、例えば量子化器ステップサイズが、各符号バンドに対して個別に選択されるようになる。これらのステップサイズは、心理音響学的モデルに従って生成される。量子化された係数は、適応ハフマン符号化技術(adaptive Huffman coding technique)を用いてさらに圧縮される。ＰＡＣは全１５個の異なる符号ブックを用いており、各符号バンドに対して、個別に最もよい符号ブックを選択することができる。ステレオ及びマルチチャネルオーディオ要素の場合、和／差或いは他の形式の数学的な組み合わせを符号化することができる。
【０００５】
ＰＡＣ符号化は、ブロックサンプリングアルゴリズムを用いて圧縮されたオーディオ情報を、パケット化されたビットストリームにフォーマットする。４４．１ｋＨｚのサンプリングレートでは、チャネル数に関係なく、各パケットは各チャネルからの１０２４個の入力サンプルに対応する。ハフマン符号化フィルタバンク出力、符号ブック選択、量子化器、及び１つの１０２４サンプルブロックに対するチャネル組み合わせ情報は単一のパケットに配列される。１０２４個の各入力オーディオサンプルブロックに対応するパケットのサイズは可変であるが、以下に記載されるように、長期間一定の平均パケット長が保持されてもよい。
【０００６】
応用によっては、最初のフレーム或いは全てのフレームに種々の付加情報が追加される場合がある。ＤＡＢの応用形態のような信頼性の低い伝送チャネルの場合、各フレームにヘッダが追加される。このヘッダは、誤り再生のための重要なＰＡＣパケット同期情報を含み、サンプリングレート、伝送ビットレート、オーディオ符号化方式等のような他の有用な情報を含む場合もある。重要な制御情報はさらに、２つの連続したパケットに繰返し挿入されることにより保護される。
【０００７】
上記の説明から、ＰＡＣビット要求が、心理音響学的モデルに従って決定されるような、量子化器ステップサイズによって主に得られることが明らかである。しかしながら、ハフマン符号化を用いることに起因して、一般に、予め、すなわち量子化及びハフマン符号化ステップの前に正確なビット要求を予測することはできず、ビット要求はフレーム間で変動する。それゆえ従来のＰＡＣ符号器は、バッファリング機構及びレートループ(rate loop)を用いて、長期のビットレートの制約を満足する。バッファリング機構のバッファのサイズは、許容可能なシステム遅延によって決定される。
【０００８】
従来のＰＡＣビット割当てでは、符号器は、特定のオーディオフレームのために一定のビット数をバッファ制御機構に割り当てるための要求を行う。その際、バッファの状態及び平均ビットレートに応じて、バッファ制御機構は、現在のフレームに実際に割り当てることができる最大ビット数を戻す。このビット割当ては、最初のビット割当要求より著しく小さくできることに留意されたい。これは、知覚的に透過性の符号化のための正確なレベルで、すなわち心理音響学的モデルステップサイズによって示されるように、現在のフレームを符号化することができないことを示している。変更されたステップサイズを有するビット要求が実際のビット割当て未満或いはそれに近くなるように、ステップサイズを調整することは、レートループの機能である。レートループは、心理音響学的な原理に基づいて、過剰なノイズの知覚を最小限にするように動作する。
【０００９】
ＰＡＣ符号化を用いるＤＡＢシステムの上記の進歩にもかかわらず、これらのシステム及び他のシステムにおいて、より高い動作能力を実現するように、デジタルオーディオ及び他の情報を伝送するための技術をさらに改善する必要がある。
【００１０】
【発明の概要】
本発明は、従来のシステムに対して性能を向上させるように、デジタルオーディオ放送(Ｄigital Ａudio Ｂroadcasting：ＤＡＢ)システム或いは他のタイプのデジタル通信システムにおいて、誤り検出(error screening)を実施するための方法及び装置を提供する。
【００１１】
本発明によれば、パケットのための誤り指示子の生成を制御するために、受信した情報の所与のパケットに関連する制御情報が特定され、パケットの復号化要件と比較される。誤り指示子は、制御情報と復号化要件との間の不整合性に応じて生成することができる。例えば、パケット長指示と必要とされるビット数との間の不整合によって、そのパケットに対する誤りフラグが生成される場合に、制御情報は、対応するパケットに適用されるハフマン復号化プロセスにおいて必要とされるビット数と比較することができるパケット長の指示を含む場合がある。
【００１２】
デジタル情報は、知覚オーディオ符号器(Ｐerceptual Ａudio Ｃoder：ＰＡＣ)符号器及び他の適当な符号器によって生成される一連のパケットを含むビットストリームの形を取る、符号化、圧縮されたオーディオ情報の場合がある。誤り検出の結果として生成される誤りフラグを用いて、ＰＡＣ復号器内の誤り低減アルゴリズムを起動することもできる。別の例としては、誤りフラグがチャネル復号器に与えられ、ビタビアルゴリズム技術に従って、別の復号化経路を選択する際に用いられる場合もある。
【００１３】
バーストチャネル誤りを検出するために特に適しているが、上記の誤り検出は任意のタイプの伝送誤りを検出することができ、任意の特定のタイプの伝送符号化を必要としない。さらに、このタイプの誤り検出は、他のタイプの誤り検出、例えば、巡回冗長符号(Ｃyclic Ｒedundancy Ｃode：ＣＲＣ)誤り検出とともに用いることができる。例えば、あまり強力でないＣＲＣを用いて所望レベルの性能を達成するために、ハフマン符号及び制御情報整合性に基づく誤り検出を、外部符号ＣＲＣ誤り検出とともに用いることができる。
【００１４】
さらに、ここでは、内部チャネル符号及び外部チャネル符号の両方を含む実施例を用いて例示されているが、本発明は、内部符号或いは外部符号のいずれかを用いて、或いはチャネル符号化を用いずに実施することができる。
【００１５】
本発明は、例えばデータ、映像及び画像情報を含む他のタイプのデジタル情報に適用することができる。さらに本発明は、ＦＭ及びＡＭハイブリッド・インバンド・オンチャネル(Ｈybrid Ｉn-Ｂand Ｏn-Ｃhannel：ＨＩＢＯＣ)ＤＡＢシステム以外の種々の応用、例えば、インターネット及び衛星放送システム、オーディオ及びデータの同時配信のためのシステム等において実施することもできる。さらに本発明は、知覚符号器(perceptual coders)に適用できるだけでなく、広範なビットレートに渡って他の圧縮技術を用いる他のタイプのソース符号器(source encoders)にも適用することができる。
【００１６】
【発明の詳細な記述】
以下に記載されることになる例示的な実施例における本発明は、オーディオ情報ビット、例えば知覚オーディオ符号器(Ｐerceptual Ａudio Ｃoder：ＰＡＣ)のようなオーディオ符号器によって生成される圧縮されたオーディオビットの伝送とともに用いるのに特に適している誤り検出技術を提供する。しかしながら、本発明の誤り検出技術は、多数の他の形式の情報、例えば映像或いは画像情報、及び他の形式の符号化装置に適用することもできることは理解されたい。さらに、本発明は、インターネット及び他のタイプのコンピュータネットワーク上での通信、セルラマルチメディア、衛星、ワイヤレスケーブル、ワイヤレス・ローカル・ループ、高速ワイヤレスアクセス及び他のタイプの通信システム上での通信を含む、広範囲の種々のタイプの通信アプリケーションにおいて利用することができる。本発明は、例えば周波数チャネル、時間スロット、符号分割多元接続(Ｃode Ｄivision Ｍultiplex Ａccess：ＣＤＭＡ)スロット、及び非同期転送モード(Ａsynchronous Ｔransfer Ｍode：ＡＴＭ)或いは他のパケット系伝送システムにおける仮想接続のような任意の所望のタイプの通信チャネル(複数及び単数)で用いることもできる。
【００１７】
図１は、本発明を実施することができる典型的なＦＭハイブリッド・インバンド・オンチャネル(Ｈybrid Ｉn-Ｂand Ｏn-Ｃhannel：ＨＩＢＯＣ)デジタルオーディオ放送(Ｄigital Ａudio Ｂroadcasting：ＤＡＢ)システムの周波数スペクトルの一部を示す。そのスペクトルは、周波数ｆの関数として電力Ｐについてプロットされている。示されるスペクトルの一部は、関連する下側デジタル側波帯１０２と上側デジタル側波帯１０４とを有するアナログホストＦＭ信号１００を含む。その側波帯は、ＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステムにおいてデジタルオーディオ情報を伝送するために用いられる周波数スペクトルの部分を表す。
【００１８】
本発明の例示的な実施例では、ＤＡＢシステムは、デジタル側波帯１０２、１０４において、最適なビット配置(Ｏptimun Ｂit Ｐlacement：ＯＢＰ)を有する相補的なパンクチュアード対たたみ込み(Ｃomplementary Ｐunctured Ｐair Ｃonvolutional：ＣＰＰＣ)符号を、内部符号として用いることもできる。本発明のシステムにおいて用いるのに適したＣＰＰＣ符号及びＯＢＣ技術は、Brian Chen及びCarl-Eric W. Sundbergによる1998年１２月２１日出願の米国特許出願第09/217,655号「Optimal Complementary Punctured Convolutional Codes」に記載されており、その明細書はここで参照して本明細書の一部とする。より具体的には、その例示的な実施例は、２つの側波帯に対して、例えば一対のレート−４／５、メモリＭ＝６ＣＰＰＣ符号を用いて、結合したレート−２／５符号を生成することができる。そのビット配置は、例えば、最も外側の周波数成分が、第１の隣接干渉を最も受けやすい側波帯成分であると予想される場合に、最適化することができる。
【００１９】
ここではＣＰＰＣ符号を用いて例示されるが、本発明は、多数の別の符号配列、例えばＯＢＰと組み合せられる従来からの符号、多重ストリーム符号化等とともに利用することができる。
【００２０】
その例示される実施例のシステムは、外部の順方向誤り訂正(Ｆorward ＥrrorＣorrection：ＦＥＣ)或いは誤り検出符号として巡回冗長符号(Ｃyclic Ｒedundancy Ｃode：ＣＲＣ)を、また差動４相位相変調(Ｄifferential Ｑuadrature Ｐhase Ｓhift Ｋeying：ＤＱＰＳＫ)／直交周波数分割多重変調(Ｏrthogonal Ｆrequency Ｄivision Ｍultiplexed modulation：ＯＦＤＭ変調)を用いることができる。伝送されるシンボルをＤＱＰＳＫ変調することにより、周波数選択性フェージング及び発振器の位相ドリフトに対する耐性が高くなる。差動符号化は、ＯＦＤＭトーン間の周波数において実行される。伝送されるデジタル信号及び外部ＣＲＣブロック符号は、側波帯１０２、１０４それぞれにおいて繰り返される。
【００２１】
図１に示されるように、側波帯１０２、１０４はそれぞれ、Ｎ個の成分１０２−１、１０２−２、．．．、１０２−Ｎ及び１０４−１、１０４−２、．．．、１０４−Ｎを含む。その成分は例えば、ＯＦＤＭ搬送波の組を表す場合がある。パイロットトーン１０３が側波帯１０２の一端に存在し、パイロットトーン１０５が側波帯１０４の一端に存在する。図示されないが、さらに別のパイロットトーンが、図の周波数スペクトルのいずれかの部分に存在する場合もある。パイロットトーン１０３、１０５は、選択されたＯＦＤＭ基準トーンに対応し、例えば干渉の存在を判定するために用いられる場合がある。
【００２２】
本発明は、図１のＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステム並びに他のタイプの通信システムにおいて実施することもできる改善された誤り検出(error screening)を提供する。図１に示されるタイプのスペクトルを有するＨＩＢＯＣシステムは、図２及び図３を参照して詳細に記載されるであろう。
【００２３】
図２は、本発明を実施することができる典型的なＦＭ ＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステム２００を示す。システム２００は、送信機及び受信機の一部を含んでいる。図２は主にそのシステムのデジタルの部分、すなわちデジタル信号の生成及び処理に関連する部分を示すことに留意されたい。さらに従来の処理素子を用いて、アナログ信号を処理することができる。
【００２４】
システム２００では、ＰＡＣオーディオ符号器２０２が、上記のＰＡＣ引用文献、D.Sinha、J.D.Johnston、S.Dorqard及びS.R.Quackenbushによる「The Perceptual Audio Coder」(Digital Audio, Section 42, 第42-1頁乃至第42-18頁, CRC Press,1998)に記載されるオーディオ圧縮技術を用いて、例えば９６kbpsのビットレートで符号化されたオーディオ信号を生成する。符号化されたオーディオビットストリームは、ＣＲＣ符号器２０４に適用され、ＣＲＣ符号器２０４は、ＣＲＣ誤り検出ブロック符号を用いて従来通りにＣＲＣビットを生成し、その後、符号化されたオーディオビットストリームはチャネル符号化及び変調サブシステム２１０に適用される。
【００２５】
上記のように、ＣＲＣは、システム２００において用いられる場合がある１つのタイプの外部符号の一例である。本発明とともに用いるのに適した他の利用可能な外部符号は、例えばリード・ソロモン(Ｒeed-Ｓolomon：ＲＳ)符号、ＢＣＨ符号(Ｂose-Ｃhadhuri Ｈocquenghem codes)及び他のタイプのブロック符号を含む。他の巡回符号及び非巡回性の短縮された符号を本発明による外部符号として用いることもできる。
【００２６】
図３に示されるように、サブシステム２１０は、チャネル符号化、変調、送信、受信、復調及びチャネル復号化の動作を実行する。例示のために、サブシステム２１０は、ＦＭ放送チャネル２３０を含み、そのチャネル上でＨＩＢＯＣ ＤＡＢ信号が伝送されるものと仮定する。図３のサブシステム２１０は、たたみ込み符号器２２０、例えば上記のＣＰＰＣ技術によるオーディオビットストリームを符号化するためのＣＰＰＣ符号器と、インターリーバ２２２と、ＤＱＰＳＫ変調器２２４と、ＯＦＤＭ変調器２２６とを含む送信機部分を備える。
【００２７】
上記のように、符号器２２０において実行されるたたみ込み符号化は、システム２００において用いる場合がある内部符号のタイプの一例である。ブロック或いはたたみ込み符号、いわゆる「ターボ(turbo)」符号、並びにトレリス符号化変調(trellis coded modulation)に関連する符号化を含む、他のタイプの内部符号を用いることもできる。ＯＦＤＭ変調器２２６の変調出力は、デジタル側波帯１０２、１０４に対応しており、ＦＭ放送チャネル２３０を介して、ＯＦＤＭ復調器２３２と、ＤＱＰＳＫ復調器２３４と、デインターリーバ(deinterleaver)２３８と、ビタビ復号器２４０とを含む受信機部分に伝送される。
【００２８】
再び図２を参照すると、サブシステム２１０の受信機部分からの復調され、復号化された受信信号は、ＣＲＣ復号器２１２に適用され、その後ＰＡＣオーディオ復号器２１４に適用される。ＣＲＣ復号器２１２は、出力２４２を介して図３のビタビ復号器２４０に供給される誤りフラグを生成する。その誤りフラグは、ＰＡＣオーディオ復号器２１４において従来の誤り低減処理を起動するために用いることもできる。復号器２１４からの再構成されたオーディオ信号は、出力装置２１６、例えば可聴形式に変換するためのスピーカ或いは一組のスピーカに適用される。
【００２９】
図３のビタビ復号器２４０はリスト・ビタビアルゴリズム(Ｌist Ｖiterbi Ａlgorithm)技術を用いることができ、その場合に、ＣＲＣ誤りフラグ或いは他のタイプの外部符号誤りフラグを用いて、復号器によって生成される１つ或いは複数の別の復号化経路の選択を起動する。例えば、出力２４２を介して供給されるＣＲＣ誤りフラグは、その誤りフラグが最も有望な経路において誤りを示す場合には、次に有望な経路の選択を起動する場合もある。
【００３０】
本発明とともに用いるのに適したＬＶＡ技術の別の例は、いわゆる「ショート・リスト(short list)」タイプのリスト・ビタビ復号化である。例示的な実施例におけるリストのサイズは、例えば、２、３、４エントリ程度であることが好ましい。ショート・リストは、典型的なＦＭ ＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステムの第１の隣接する干渉信号が一般に低速で変化する干渉レベル、例えば自動車内の受信機が第１の隣接する干渉信号を有する領域内を移動する際の干渉レベルになるので、許容可能である。さらに、一般的に、所与の消去された成分が、多数のＣＲＣフレームに渡って消去されたままであることが望ましいであろう。厳密なリストのサイズ及び成分消去の数は、当業者には明らかなように、シミュレーションを用いて確立することができる。
【００３１】
以下に図７とともに記載されるようなハフマン誤り検出の出力を用いて、ＬＶＡ技術による別の経路選択を制御することもできる。例えば、所与のＣＲＣが、対応する情報が誤りではないが、ハフマン誤り検出装置が誤りの存在を指示することを示す場合には、ハフマン誤り検出装置によって生成される誤りフラグは、別のＬＶＡ復号化経路の選択を起動することができる。
【００３２】
図２及び図３とともに記載される例示的な実施例は、図を簡略化するために示されないが、変調器、マルチプレクサ(multiplexer)、アップコンバータ(upconverter)等のような付加的な処理素子を含む場合がある。さらに、これらの実施例は、図示される素子以外の素子を含む、他の素子の配列を用いて実施される場合もある。さらに、符号器及び復号器のような、ある信号処理素子は、少なくとも部分的に、１つ或いは複数の特定用途向け集積回路(Ａpplication-Ｓpecific Ｉntegrated Ｃircuit：ＡＳＩＣ)、マイクロプロセッサ或いは他のタイプのデジタルデータプロセッサ、並びにこれらの、及び他の知られている素子の一部或いはその組み合わせを用いて実施される場合もある。例示的な実施例の種々の素子は、全体として、或いは部分的に、デジタルデータプロセッサの中央演算装置(Ｃentral Ｐrocessing Ｕnit：ＣＰＵ)等によって実行される１つ或いは複数のソフトウエアプログラムの形で実施される場合もある。
【００３３】
再び、本発明の例示的な実施例におけるＦＭ ＨＩＢＯＣシステムの上記の構成は、一例にすぎないことを強調したい。当業者は、本発明の改善された誤り検出技術が、多数の他のタイプのシステム、例えばＨＩＢＯＣシステム以外においても実施できることを理解されるであろう。
【００３４】
例示的な実施例のシステムは、受信したビットストリーム内の誤りの存在を判定するために、種々の異なるタイプの誤り検出技術を用いることができる。これらの技術を記載する前に、ＰＡＣ符号器２０２において実施されるオーディオ符号化プロセスを、図４、図５及び図６を参照して、より詳細に記載する。
【００３５】
図４は、図２のシステムのＰＡＣオーディオ符号器２０２の１つの実現可能な形態を示す。ＭＤＣＴとウエーブレット変換器との間を切り替える信号適応フィルタバンク２５０に、入力信号が適用される。先に記載されたのと同様にして、フィルタバンク出力は、いわゆる「符号バンド(coderband)」にグループ化され、その後、不均一なベクトル量子化器を用いて、各符号バンドのために個別に選択される量子化ステップサイズを有する量子化素子２５２において量子化される。ステップサイズは、適合素子２５６とともに動作する知覚モデル２５４によって生成される。量子化素子２５２によって生成される量子化係数はさらに、この例では、適応ハフマン符号化方式を実施するノイズのない符号化素子２５８を用いて圧縮される。この実施例では、全１５個の異なる符号ブックが用いられ、各符号バンドの場合に、最も適した符号ブックが個別に選択される。このノイズのない符号化素子２５８の出力は、図に示されるようなビットストリームを発生するフォーマッタ２６０に提供される。
【００３６】
図５は、図４のＰＡＣオーディオ符号器２０２によって生成される１つの典型的なＰＡＣパケット２６２のフォーマットを詳細に示す。４４．１ｋＨｚサンプリングレートでは、各ＰＡＣパケットは、実際のオーディオチャネルの数に関係なく、各オーディオチャネルからの１０２４個の入力サンプルに対応する。各パケットは、１つの１０２４サンプルブロックに対して、ハフマン符号化フィルタバンク出力、符号ブックセクション、量子化器及びチャネル組み合わせ情報を含む。パケットサイズは可変であり、すなわち、異なる１０２４入力サンプルの組に対応するパケットは、異なるサイズを有することができる。応用形態によっては、種々のタイプの付加的な制御情報が、所与のビットストリーム内の最初のパケット或いは全パケットに追加される。典型的にはＤＡＢに用いられるチャネルような、潜在的に信頼性のない伝送チャネルの場合、一般にヘッダが各パケットに追加される。典型的には、このヘッダは、同期、誤り再生、サンプリングレート、オーディオチャネルの数及び伝送ビットレートのような制御情報を含む。
【００３７】
図５の典型的なＰＡＣパケット２６２は、ヘッダ部分２６４及びペイロード部分(payload portion)２６６を含む。パケット２６２のヘッダ部分２６４は、２３ビットのＰＡＣ同期(ＳＹＮＣ)符号、５ビットのビットレート指示子、４ビットの入出力サンプリングレート指示子、１２ビットからなるブロック長、半ブロック長、次ブロック長及び次半ブロック長指示子、４ビットのビットバッファ状態指示子、５ビットのシーケンス番号、２ビットのストリーム識別子(ＩＤ)、１ビット或いは１１ビットの付随データ長指示子、１０ビットの補助データ長指示子、３ビットのチャネル数指示子、２ビットのオーディオ処理モード指示子を含む。ヘッダ部分２６４には、エンハンスメントモード、オーディオデータ、補助データ及び付随データ用の可変長フィールドを含むペイロード部分２６６が後続する。
【００３８】
図６は、ペイロード部分２６６のオーディオデータ部分内のチャネル毎のデータの一例を示す。チャネル毎のデータは、セクション情報２７０(例えばセクションの数、セクション境界及びハフマン符号ブック)、スケールファクタ(scale factor)２７２、エンハンスメントデータ(enhancement data)２７４(例えば、予測子、モデルパラメータ等)及び係数２７６を含む。図５及び図６に示されるＰＡＣパケットフォーマットに関するさらに細かい部分は、上記のＰＡＣ引用文献において見出すことができ、それゆえここでは、フォーマットついてこれ以上記載しない。
【００３９】
ＰＡＣによる誤りの低減は主に、パケット間の補間に基づいている。そのような誤り低減は、所与の部分的に誤りのあるＰＡＣパケット内で、利用可能な誤りのない任意の部分的な情報を利用することにより改善することができる。部分的な情報を使用することにより、ＰＡＣによる誤り低減の性能が改善される。本発明の誤り検出技術を用いて、伝送誤りを識別し、その後ＰＡＣ誤り低減アルゴリズムの動作を起動することができる。
【００４０】
本発明によれば、伝送誤りを識別するための誤り検出技術は、ハフマン符号及び制御情報整合性に基づいている。上記のように、ＰＡＣビットストリームにおいて、各パケットは一般に、固定ブロックのオーディオサンプル、例えば1024個のサンプルを記述する一連のハフマン符号を含む。ハフマン符号が自己パース(self-parseing)であるものとすると、チャネル誤りが存在する場合であっても、受信したビットの復号化は順次継続することができる。しかしながら、オーディオサンプルの所与の固定ブロックを復号化するために必要とされるビットの数は、誤りが存在する際に異なるものと考えられる。これは、ＰＡＣビットストリームが、パケット長を示す信頼性の高い制御情報を含み、信頼性の高い誤り指示を与えるように設計される事実と結びつけることができる。
【００４１】
より具体的には、所与のパケットに関連する制御情報は、他のタスク、例えば受信機における信頼性の高い同期化及びバッファリングのために必要とされるが、パケットのためにハフマン復号化プロセスによって要求されるビット数に対する整合性検査として用いることもできる。制御情報が正確に受信されるものと仮定すると、制御情報において指示されるパケット長と、ハフマン復号化プロセスによって必要とされるビット数との間の不整合性を用いて、伝送誤りのフラグをたてることができる。上記のように、その後この伝送誤り指示を用いて、ＰＡＣ誤り低減処理を起動することができる。
【００４２】
図７は、本発明による図２のＰＡＣオーディオ復号器２１４の１つの実現可能な実施例を示す。この実施例における復号器２１４は、ハフマン符号及び制御情報整合性に基づく上記の誤り検出を実施する。ＣＲＣ復号器２１２から受信される符号化されたオーディオビットストリームは、フレーム同期素子２８０に適用される。フレーム同期素子２８０からの符号化されたオーディオビットストリームの同期した出力は、ハフマン復号器２８２及び付加的な処理回路２８４に適用される。ハフマン復号器２８２は、そのビットストリームに関連するオーディオ情報を復号化する。このハフマン復号化プロセスは、よく知られた従来の方法で実施することができ、それゆえここでは詳細には記載しない。
【００４３】
処理回路２８４は、ビットストリームから制御情報を抽出し、パケット長の指示を与える制御情報を含む、この制御情報の少なくとも一部を論理回路２８６に移送する。論理回路２８６は、処理回路２８４から受信される制御情報から判定されるような、所与のパケットのためのパケット長の指示と、ハフマン復号器２８２によって判定されるような、パケットを復号化するために必要とされる実際のビット数とを比較する。制御情報によって指示されるパケット長と、ハフマン復号器によって指示される必要なビット数との間の不整合性によって、誤りフラグ或いは他の適切な誤り指示子の生成が、論理回路２８６により起動される。その後誤り指示子によって、従来通りのＰＡＣ誤り低減処理を起動することもできる。
【００４４】
この例示的な実施例における論理回路２８６の出力は、復号化されたオーディオ及び誤り指示子を含む。図７には示されないプロセッサ或いは他の素子が、ＰＡＣ誤り低減処理を実施するために、復号化されたオーディオ及び誤り指示子を受信し、さらに処理する場合もある。そのようなプロセッサ或いは他の素子は、図７の素子２８０、２８２、２８４及び２８６のうちの１つ或いは複数の素子を、全体として、或いは部分的に実装、或いは組み込むこともできる。
【００４５】
バーストチャネル誤りを検出するのに特に適しているが、上記の誤り検出は、任意のタイプの伝送誤りを検出することができ、任意の特定のタイプの伝送符号化を必要としない。さらにこのタイプの誤り検出を、他のタイプの誤り検出、例えば上記の外部符号誤り検出とともに用いることができる。例えば、ハフマン符号及び制御情報整合性に基づく誤り検出は、あまり強力でないＣＲＣ符号を用いて所望のレベルの性能を達成するために、外部符号ＣＲＣ誤り検出とともに用いることができる。
【００４６】
上記の誤り検出の別の実施例は、他のタイプの符号、すなわちハフマン符号以外の符号を利用することができる。例えば、本発明は、いわゆるタンストール(Tunstall)符号、或いは結果的に可変長のパケット或いはフレームを生成する任意の他のタイプのソース符号を用いることもできる。他のタイプの符号で実施される際には、異なるタイプの制御情報を用いる場合があることに留意されたい。例えば、タンストール符号を用いる実施例は、符号化された係数の数を指示する制御情報を用いる場合がある。他の実施例は、所与のハフマン復号化シーケンスの終了時に第２のＰＡＣ ＳＹＮＣワードの検出を利用して、整合性検査を提供することができる。
【００４７】
再び、本発明の別の実施例は、他のタイプの外部符号、例えばＲＳ、ＢＣＨ或いは他のブロック符号、他のタイプの内部符号、例えば様々なタイプのたたみ込み符号、ターボ符号或いはトレリス符号化変調に関連する符号化、並びに種々の異なるタイプのインターリーブ処理、例えばブロックインターリーブ(block interleaving)、たたみ込みインターリーブ(convolutional interleaving)或いはランダムインターリーブ(random interleaving)を利用できることを強調したい。当然、ＲＳ、ＢＣＨ或いは他の同様のタイプの誤り訂正外部符号を用いる実施例も、誤り訂正のための符号及びＰＡＣ誤り低減処理を制御するための誤りフラグの生成のための符号を用いることができる。
【００４８】
さらに本発明は、任意の特定のチャネル符号配列を用いる必要がない。内部チャネル符号及び外部チャネル符号の両方を含む実施例を用いて例示されるが、本発明は、内部チャネル符号或いは外部チャネル符号のいずれか一方を用いて、又はチャネル符号を用いずに実施することができる。
【００４９】
さらに、周波数分割多重(Ｆrequency Ｄivision Ｍultiplexing：ＦＤＭ)の内容に則して例示されてきたが、本発明は、時分割多重(Ｔime Ｄivision Ｍultiplex：ＴＤＭ)及び符号分割多重(Ｃode Ｄivision Ｍultiplex)フォーマット、並びにＴＤＭ、ＦＤＭ、ＣＤＭの組み合わせ及び他のタイプのフレームフォーマットを含む、種々の幅広いフレームフォーマットに適用することができる。さらに、詳細には記載されていないが、例えば全側波帯成分におけるシングルキャリア変調、或いは例えば、全側波帯成分におけるＯＦＤＭのようなマルチキャリア変調を含む多数の異なるタイプの変調技術を、本発明とともに用いることができる。所与の搬送波は、例えば、ｍ値ＱＡＭ、ｍ相ＰＳＫ或いはトレリス符号化変調のような技術を含む、任意の所望のタイプの変調技術を用いて、変調することができる。
【００５０】
本発明は、例えば、単一周波数帯で、ホスト搬送波信号を持たないスペクトル、３つ以上の側波帯を有するスペクトル等の、種々の幅広い他のタイプ及び配列の周波数スペクトルで用いることができることに留意されたい。
【００５１】
上記のように、本発明は、データ、映像、画像及び他のタイプの情報のような、オーディオ以外のデジタル情報の伝送に適用することができる。例示のための実施例は、ＰＡＣ符号器によって生成されるパケットのような、オーディオパケットを用いているが、本発明は、任意の形式で、任意のタイプの圧縮技術によって生成されるデジタル情報に、全般的に適用することができる。本発明は、同時に多数の番組を聴取及び／または記録する処理、オーディオ及びデータを同時に配信する処理等のような多数の応用形態において実施されることもできる。これら及び多数の別の実施例及び実施例が、添付の請求の範囲内にあることは、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるハイブリッド・インバンド・オンチャネル(ＨＩＢＯＣ)デジタルオーディオ放送(ＤＡＢ)システムの周波数スペクトルの一部を示す図である。
【図２】本発明を実施することができるＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステムのブロック図である。
【図３】図２のＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステムのチャネル符号化及び変調サブシステムをより詳細に示すブロック図である。
【図４】図２のＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステムにおいて用いることができる知覚オーディオ符号器(ＰＡＣ)オーディオ符号器のブロック図である。
【図５】図４のＰＡＣオーディオ符号器によって生成される符号化されたオーディオパケットのための典型的なパケットフォーマットを示す図である。
【図６】図４のＰＡＣオーディオ符号器によって生成される符号化されたオーディオパケットのための典型的なパケットフォーマットを示す図である。
【図７】本発明によるＰＡＣオーディオ復号器の１つの実現可能な実施例を示す図である。
【符号の説明】
１００ アナログホストＦＭ信号
１０２ 下側デジタル側波帯
１０３、１０５ パイロットトーン
１０４ 上側デジタル側波帯
２００ ＦＭ ＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステム
２０２ ＰＡＣオーディオ符号器
２０４ ＣＲＣ符号器
２１０ チャネル符号化及び変調サブシステム
２１２ ＣＲＣ復号器
２１４ ＰＡＣオーディオ復号器
２１６ 出力装置(スピーカ)
２２０ たたみ込み符号器
２２２ インターリーバ
２２４ 差分ＱＰＳＫ変調器
２２６ ＯＦＤＭ変調器
２３０ ＦＭ放送チャネル
２３２ ＯＦＤＭ復調器
２３４ 差分ＱＰＳＫ復調器
２３８ デインターリーバ
２４０ ビタビ復号器
２４２ 出力
２５０ 信号適応フィルタバンク
２５２ 量子化素子
２５４ 知覚モデル
２５６ 適合素子
２５８ ノイズのない符号化
２６０ フォーマッタ
２８０ フレーム同期素子
２８２ ハフマン復号器
２８４ 処理回路
２８６ 論理回路
【発明分野】
本発明は、一般的には、通信システムにおいて情報を転送するためのデジタルオーディオ放送(Ｄigital Ａudio Ｂroadcasting：ＤＡＢ)及び他の技術に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ＦＭラジオ周波数帯においてデジタルオーディオ放送(Ｄigital Ａudio Ｂroadcasting：ＤＡＢ)を提供するために提案されたシステムは、ＣＤ品質並みのオーディオ、データサービス及び現存するアナログＦＭ送信よりも信頼性の高いサービスエリアを提供するものと期待されている。しかしながら、全デジタルＤＡＢに移行される時点まで、放送会社は、同じ可聴帯域においてアナログ及びデジタル信号を同時に送信できる中間的な解決策を必要としている。そのようなシステムは典型的には、ハイブリッド・インバンド・オンチャネル(Ｈybrid Ｉn-Ｂand Ｏn-Ｃhannel：ＨＩＢＯＣ)ＤＡＢシステムと呼ばれ、ＦＭ及びＡＭラジオ帯域の両方において開発が進められている。従来のアナログＦＭ受信機での著しい歪みを防ぐために、典型的なＦＭ ＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステム内のデジタル信号は、例えば、アナログＦＭホスト信号の両側に１つずつの２つの側波帯において送信されている。
【０００３】
知覚オーディオ符号化技術(perceptual audio coding technology)がＨＩＢＯＣ ＤＡＢのようなＦＭ帯及びＡＭ帯送信の応用形態の場合に特に関心を集めている。D.Sinha、J.D.Johnston、S.Dorqard及びS.R.Quackenbushの「知覚オーディオ符号化(The Perceptual Audio Coder)」(Digital Audio, Section 42, 第42-1頁乃至第42-18頁, CRC Press, 1998,参照して本明細書の一部とする)に記載される知覚オーディオ符号器(Ｐerceptual Ａudio Ｃoder：ＰＡＣ)のような知覚オーディオ符号化装置は、ノイズ割当て方式(noise allocation strategy)を用いてオーディオ符号化を実行しており、それにより、各オーディオフレームに対して、心理音響学的モデルに基づいてビット要件が計算される。ＰＡＣ装置及び同様の圧縮技術を組み込んだ他のオーディオ符号化装置は固有のパケット指向(packet-oriented)、すなわち固定の時間間隔(フレーム)の間のオーディオ情報が、可変ビット長のパケットによって表される。各パケットは一定の制御情報を含んでおり、それにオーディオフレームの量子化されたスペクトル／サブバンドの記述が続く。ステレオ信号の場合、そのパケットは、中心チャネル及びサイドチャネル(例えば左チャネル及び右チャネル)のように個別の、異なる２つ以上のオーディオチャネルのスペクトル記述を含む場合がある。
【０００４】
上記の引用文献に記載されるＰＡＣ符号化は、知覚によって駆動された適応フィルタバンク(adaptive filter bank)或いは変換符号化アルゴリズムと見なすこともできる。それは、拡張信号処理及び心理音響学的モデル化技術を組み込んでおり、高レベルの信号圧縮を達成する。要するに、ＰＡＣ符号化は、修正離散コサイン変換(Ｍodified Ｄiscrete Ｃosine Ｔransformation：ＭＤＣＴ)とウエーブレット変換(wavelet transform)との間を切り替える信号適応切替式フィルタバンクを用いて、オーディオ信号の圧縮した記述を得る。フィルタバンク出力は、不均一なベクトル量子化を用いて、量子化される。量子化のために、フィルタバンク出力は、いわゆる「符号バンド(coderband)」にグループ化されるため、量子化器パラメータ、例えば量子化器ステップサイズが、各符号バンドに対して個別に選択されるようになる。これらのステップサイズは、心理音響学的モデルに従って生成される。量子化された係数は、適応ハフマン符号化技術(adaptive Huffman coding technique)を用いてさらに圧縮される。ＰＡＣは全１５個の異なる符号ブックを用いており、各符号バンドに対して、個別に最もよい符号ブックを選択することができる。ステレオ及びマルチチャネルオーディオ要素の場合、和／差或いは他の形式の数学的な組み合わせを符号化することができる。
【０００５】
ＰＡＣ符号化は、ブロックサンプリングアルゴリズムを用いて圧縮されたオーディオ情報を、パケット化されたビットストリームにフォーマットする。４４．１ｋＨｚのサンプリングレートでは、チャネル数に関係なく、各パケットは各チャネルからの１０２４個の入力サンプルに対応する。ハフマン符号化フィルタバンク出力、符号ブック選択、量子化器、及び１つの１０２４サンプルブロックに対するチャネル組み合わせ情報は単一のパケットに配列される。１０２４個の各入力オーディオサンプルブロックに対応するパケットのサイズは可変であるが、以下に記載されるように、長期間一定の平均パケット長が保持されてもよい。
【０００６】
応用によっては、最初のフレーム或いは全てのフレームに種々の付加情報が追加される場合がある。ＤＡＢの応用形態のような信頼性の低い伝送チャネルの場合、各フレームにヘッダが追加される。このヘッダは、誤り再生のための重要なＰＡＣパケット同期情報を含み、サンプリングレート、伝送ビットレート、オーディオ符号化方式等のような他の有用な情報を含む場合もある。重要な制御情報はさらに、２つの連続したパケットに繰返し挿入されることにより保護される。
【０００７】
上記の説明から、ＰＡＣビット要求が、心理音響学的モデルに従って決定されるような、量子化器ステップサイズによって主に得られることが明らかである。しかしながら、ハフマン符号化を用いることに起因して、一般に、予め、すなわち量子化及びハフマン符号化ステップの前に正確なビット要求を予測することはできず、ビット要求はフレーム間で変動する。それゆえ従来のＰＡＣ符号器は、バッファリング機構及びレートループ(rate loop)を用いて、長期のビットレートの制約を満足する。バッファリング機構のバッファのサイズは、許容可能なシステム遅延によって決定される。
【０００８】
従来のＰＡＣビット割当てでは、符号器は、特定のオーディオフレームのために一定のビット数をバッファ制御機構に割り当てるための要求を行う。その際、バッファの状態及び平均ビットレートに応じて、バッファ制御機構は、現在のフレームに実際に割り当てることができる最大ビット数を戻す。このビット割当ては、最初のビット割当要求より著しく小さくできることに留意されたい。これは、知覚的に透過性の符号化のための正確なレベルで、すなわち心理音響学的モデルステップサイズによって示されるように、現在のフレームを符号化することができないことを示している。変更されたステップサイズを有するビット要求が実際のビット割当て未満或いはそれに近くなるように、ステップサイズを調整することは、レートループの機能である。レートループは、心理音響学的な原理に基づいて、過剰なノイズの知覚を最小限にするように動作する。
【０００９】
ＰＡＣ符号化を用いるＤＡＢシステムの上記の進歩にもかかわらず、これらのシステム及び他のシステムにおいて、より高い動作能力を実現するように、デジタルオーディオ及び他の情報を伝送するための技術をさらに改善する必要がある。
【００１０】
【発明の概要】
本発明は、従来のシステムに対して性能を向上させるように、デジタルオーディオ放送(Ｄigital Ａudio Ｂroadcasting：ＤＡＢ)システム或いは他のタイプのデジタル通信システムにおいて、誤り検出(error screening)を実施するための方法及び装置を提供する。
【００１１】
本発明によれば、パケットのための誤り指示子の生成を制御するために、受信した情報の所与のパケットに関連する制御情報が特定され、パケットの復号化要件と比較される。誤り指示子は、制御情報と復号化要件との間の不整合性に応じて生成することができる。例えば、パケット長指示と必要とされるビット数との間の不整合によって、そのパケットに対する誤りフラグが生成される場合に、制御情報は、対応するパケットに適用されるハフマン復号化プロセスにおいて必要とされるビット数と比較することができるパケット長の指示を含む場合がある。
【００１２】
デジタル情報は、知覚オーディオ符号器(Ｐerceptual Ａudio Ｃoder：ＰＡＣ)符号器及び他の適当な符号器によって生成される一連のパケットを含むビットストリームの形を取る、符号化、圧縮されたオーディオ情報の場合がある。誤り検出の結果として生成される誤りフラグを用いて、ＰＡＣ復号器内の誤り低減アルゴリズムを起動することもできる。別の例としては、誤りフラグがチャネル復号器に与えられ、ビタビアルゴリズム技術に従って、別の復号化経路を選択する際に用いられる場合もある。
【００１３】
バーストチャネル誤りを検出するために特に適しているが、上記の誤り検出は任意のタイプの伝送誤りを検出することができ、任意の特定のタイプの伝送符号化を必要としない。さらに、このタイプの誤り検出は、他のタイプの誤り検出、例えば、巡回冗長符号(Ｃyclic Ｒedundancy Ｃode：ＣＲＣ)誤り検出とともに用いることができる。例えば、あまり強力でないＣＲＣを用いて所望レベルの性能を達成するために、ハフマン符号及び制御情報整合性に基づく誤り検出を、外部符号ＣＲＣ誤り検出とともに用いることができる。
【００１４】
さらに、ここでは、内部チャネル符号及び外部チャネル符号の両方を含む実施例を用いて例示されているが、本発明は、内部符号或いは外部符号のいずれかを用いて、或いはチャネル符号化を用いずに実施することができる。
【００１５】
本発明は、例えばデータ、映像及び画像情報を含む他のタイプのデジタル情報に適用することができる。さらに本発明は、ＦＭ及びＡＭハイブリッド・インバンド・オンチャネル(Ｈybrid Ｉn-Ｂand Ｏn-Ｃhannel：ＨＩＢＯＣ)ＤＡＢシステム以外の種々の応用、例えば、インターネット及び衛星放送システム、オーディオ及びデータの同時配信のためのシステム等において実施することもできる。さらに本発明は、知覚符号器(perceptual coders)に適用できるだけでなく、広範なビットレートに渡って他の圧縮技術を用いる他のタイプのソース符号器(source encoders)にも適用することができる。
【００１６】
【発明の詳細な記述】
以下に記載されることになる例示的な実施例における本発明は、オーディオ情報ビット、例えば知覚オーディオ符号器(Ｐerceptual Ａudio Ｃoder：ＰＡＣ)のようなオーディオ符号器によって生成される圧縮されたオーディオビットの伝送とともに用いるのに特に適している誤り検出技術を提供する。しかしながら、本発明の誤り検出技術は、多数の他の形式の情報、例えば映像或いは画像情報、及び他の形式の符号化装置に適用することもできることは理解されたい。さらに、本発明は、インターネット及び他のタイプのコンピュータネットワーク上での通信、セルラマルチメディア、衛星、ワイヤレスケーブル、ワイヤレス・ローカル・ループ、高速ワイヤレスアクセス及び他のタイプの通信システム上での通信を含む、広範囲の種々のタイプの通信アプリケーションにおいて利用することができる。本発明は、例えば周波数チャネル、時間スロット、符号分割多元接続(Ｃode Ｄivision Ｍultiplex Ａccess：ＣＤＭＡ)スロット、及び非同期転送モード(Ａsynchronous Ｔransfer Ｍode：ＡＴＭ)或いは他のパケット系伝送システムにおける仮想接続のような任意の所望のタイプの通信チャネル(複数及び単数)で用いることもできる。
【００１７】
図１は、本発明を実施することができる典型的なＦＭハイブリッド・インバンド・オンチャネル(Ｈybrid Ｉn-Ｂand Ｏn-Ｃhannel：ＨＩＢＯＣ)デジタルオーディオ放送(Ｄigital Ａudio Ｂroadcasting：ＤＡＢ)システムの周波数スペクトルの一部を示す。そのスペクトルは、周波数ｆの関数として電力Ｐについてプロットされている。示されるスペクトルの一部は、関連する下側デジタル側波帯１０２と上側デジタル側波帯１０４とを有するアナログホストＦＭ信号１００を含む。その側波帯は、ＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステムにおいてデジタルオーディオ情報を伝送するために用いられる周波数スペクトルの部分を表す。
【００１８】
本発明の例示的な実施例では、ＤＡＢシステムは、デジタル側波帯１０２、１０４において、最適なビット配置(Ｏptimun Ｂit Ｐlacement：ＯＢＰ)を有する相補的なパンクチュアード対たたみ込み(Ｃomplementary Ｐunctured Ｐair Ｃonvolutional：ＣＰＰＣ)符号を、内部符号として用いることもできる。本発明のシステムにおいて用いるのに適したＣＰＰＣ符号及びＯＢＣ技術は、Brian Chen及びCarl-Eric W. Sundbergによる1998年１２月２１日出願の米国特許出願第09/217,655号「Optimal Complementary Punctured Convolutional Codes」に記載されており、その明細書はここで参照して本明細書の一部とする。より具体的には、その例示的な実施例は、２つの側波帯に対して、例えば一対のレート−４／５、メモリＭ＝６ＣＰＰＣ符号を用いて、結合したレート−２／５符号を生成することができる。そのビット配置は、例えば、最も外側の周波数成分が、第１の隣接干渉を最も受けやすい側波帯成分であると予想される場合に、最適化することができる。
【００１９】
ここではＣＰＰＣ符号を用いて例示されるが、本発明は、多数の別の符号配列、例えばＯＢＰと組み合せられる従来からの符号、多重ストリーム符号化等とともに利用することができる。
【００２０】
その例示される実施例のシステムは、外部の順方向誤り訂正(Ｆorward ＥrrorＣorrection：ＦＥＣ)或いは誤り検出符号として巡回冗長符号(Ｃyclic Ｒedundancy Ｃode：ＣＲＣ)を、また差動４相位相変調(Ｄifferential Ｑuadrature Ｐhase Ｓhift Ｋeying：ＤＱＰＳＫ)／直交周波数分割多重変調(Ｏrthogonal Ｆrequency Ｄivision Ｍultiplexed modulation：ＯＦＤＭ変調)を用いることができる。伝送されるシンボルをＤＱＰＳＫ変調することにより、周波数選択性フェージング及び発振器の位相ドリフトに対する耐性が高くなる。差動符号化は、ＯＦＤＭトーン間の周波数において実行される。伝送されるデジタル信号及び外部ＣＲＣブロック符号は、側波帯１０２、１０４それぞれにおいて繰り返される。
【００２１】
図１に示されるように、側波帯１０２、１０４はそれぞれ、Ｎ個の成分１０２−１、１０２−２、．．．、１０２−Ｎ及び１０４−１、１０４−２、．．．、１０４−Ｎを含む。その成分は例えば、ＯＦＤＭ搬送波の組を表す場合がある。パイロットトーン１０３が側波帯１０２の一端に存在し、パイロットトーン１０５が側波帯１０４の一端に存在する。図示されないが、さらに別のパイロットトーンが、図の周波数スペクトルのいずれかの部分に存在する場合もある。パイロットトーン１０３、１０５は、選択されたＯＦＤＭ基準トーンに対応し、例えば干渉の存在を判定するために用いられる場合がある。
【００２２】
本発明は、図１のＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステム並びに他のタイプの通信システムにおいて実施することもできる改善された誤り検出(error screening)を提供する。図１に示されるタイプのスペクトルを有するＨＩＢＯＣシステムは、図２及び図３を参照して詳細に記載されるであろう。
【００２３】
図２は、本発明を実施することができる典型的なＦＭ ＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステム２００を示す。システム２００は、送信機及び受信機の一部を含んでいる。図２は主にそのシステムのデジタルの部分、すなわちデジタル信号の生成及び処理に関連する部分を示すことに留意されたい。さらに従来の処理素子を用いて、アナログ信号を処理することができる。
【００２４】
システム２００では、ＰＡＣオーディオ符号器２０２が、上記のＰＡＣ引用文献、D.Sinha、J.D.Johnston、S.Dorqard及びS.R.Quackenbushによる「The Perceptual Audio Coder」(Digital Audio, Section 42, 第42-1頁乃至第42-18頁, CRC Press,1998)に記載されるオーディオ圧縮技術を用いて、例えば９６kbpsのビットレートで符号化されたオーディオ信号を生成する。符号化されたオーディオビットストリームは、ＣＲＣ符号器２０４に適用され、ＣＲＣ符号器２０４は、ＣＲＣ誤り検出ブロック符号を用いて従来通りにＣＲＣビットを生成し、その後、符号化されたオーディオビットストリームはチャネル符号化及び変調サブシステム２１０に適用される。
【００２５】
上記のように、ＣＲＣは、システム２００において用いられる場合がある１つのタイプの外部符号の一例である。本発明とともに用いるのに適した他の利用可能な外部符号は、例えばリード・ソロモン(Ｒeed-Ｓolomon：ＲＳ)符号、ＢＣＨ符号(Ｂose-Ｃhadhuri Ｈocquenghem codes)及び他のタイプのブロック符号を含む。他の巡回符号及び非巡回性の短縮された符号を本発明による外部符号として用いることもできる。
【００２６】
図３に示されるように、サブシステム２１０は、チャネル符号化、変調、送信、受信、復調及びチャネル復号化の動作を実行する。例示のために、サブシステム２１０は、ＦＭ放送チャネル２３０を含み、そのチャネル上でＨＩＢＯＣ ＤＡＢ信号が伝送されるものと仮定する。図３のサブシステム２１０は、たたみ込み符号器２２０、例えば上記のＣＰＰＣ技術によるオーディオビットストリームを符号化するためのＣＰＰＣ符号器と、インターリーバ２２２と、ＤＱＰＳＫ変調器２２４と、ＯＦＤＭ変調器２２６とを含む送信機部分を備える。
【００２７】
上記のように、符号器２２０において実行されるたたみ込み符号化は、システム２００において用いる場合がある内部符号のタイプの一例である。ブロック或いはたたみ込み符号、いわゆる「ターボ(turbo)」符号、並びにトレリス符号化変調(trellis coded modulation)に関連する符号化を含む、他のタイプの内部符号を用いることもできる。ＯＦＤＭ変調器２２６の変調出力は、デジタル側波帯１０２、１０４に対応しており、ＦＭ放送チャネル２３０を介して、ＯＦＤＭ復調器２３２と、ＤＱＰＳＫ復調器２３４と、デインターリーバ(deinterleaver)２３８と、ビタビ復号器２４０とを含む受信機部分に伝送される。
【００２８】
再び図２を参照すると、サブシステム２１０の受信機部分からの復調され、復号化された受信信号は、ＣＲＣ復号器２１２に適用され、その後ＰＡＣオーディオ復号器２１４に適用される。ＣＲＣ復号器２１２は、出力２４２を介して図３のビタビ復号器２４０に供給される誤りフラグを生成する。その誤りフラグは、ＰＡＣオーディオ復号器２１４において従来の誤り低減処理を起動するために用いることもできる。復号器２１４からの再構成されたオーディオ信号は、出力装置２１６、例えば可聴形式に変換するためのスピーカ或いは一組のスピーカに適用される。
【００２９】
図３のビタビ復号器２４０はリスト・ビタビアルゴリズム(Ｌist Ｖiterbi Ａlgorithm)技術を用いることができ、その場合に、ＣＲＣ誤りフラグ或いは他のタイプの外部符号誤りフラグを用いて、復号器によって生成される１つ或いは複数の別の復号化経路の選択を起動する。例えば、出力２４２を介して供給されるＣＲＣ誤りフラグは、その誤りフラグが最も有望な経路において誤りを示す場合には、次に有望な経路の選択を起動する場合もある。
【００３０】
本発明とともに用いるのに適したＬＶＡ技術の別の例は、いわゆる「ショート・リスト(short list)」タイプのリスト・ビタビ復号化である。例示的な実施例におけるリストのサイズは、例えば、２、３、４エントリ程度であることが好ましい。ショート・リストは、典型的なＦＭ ＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステムの第１の隣接する干渉信号が一般に低速で変化する干渉レベル、例えば自動車内の受信機が第１の隣接する干渉信号を有する領域内を移動する際の干渉レベルになるので、許容可能である。さらに、一般的に、所与の消去された成分が、多数のＣＲＣフレームに渡って消去されたままであることが望ましいであろう。厳密なリストのサイズ及び成分消去の数は、当業者には明らかなように、シミュレーションを用いて確立することができる。
【００３１】
以下に図７とともに記載されるようなハフマン誤り検出の出力を用いて、ＬＶＡ技術による別の経路選択を制御することもできる。例えば、所与のＣＲＣが、対応する情報が誤りではないが、ハフマン誤り検出装置が誤りの存在を指示することを示す場合には、ハフマン誤り検出装置によって生成される誤りフラグは、別のＬＶＡ復号化経路の選択を起動することができる。
【００３２】
図２及び図３とともに記載される例示的な実施例は、図を簡略化するために示されないが、変調器、マルチプレクサ(multiplexer)、アップコンバータ(upconverter)等のような付加的な処理素子を含む場合がある。さらに、これらの実施例は、図示される素子以外の素子を含む、他の素子の配列を用いて実施される場合もある。さらに、符号器及び復号器のような、ある信号処理素子は、少なくとも部分的に、１つ或いは複数の特定用途向け集積回路(Ａpplication-Ｓpecific Ｉntegrated Ｃircuit：ＡＳＩＣ)、マイクロプロセッサ或いは他のタイプのデジタルデータプロセッサ、並びにこれらの、及び他の知られている素子の一部或いはその組み合わせを用いて実施される場合もある。例示的な実施例の種々の素子は、全体として、或いは部分的に、デジタルデータプロセッサの中央演算装置(Ｃentral Ｐrocessing Ｕnit：ＣＰＵ)等によって実行される１つ或いは複数のソフトウエアプログラムの形で実施される場合もある。
【００３３】
再び、本発明の例示的な実施例におけるＦＭ ＨＩＢＯＣシステムの上記の構成は、一例にすぎないことを強調したい。当業者は、本発明の改善された誤り検出技術が、多数の他のタイプのシステム、例えばＨＩＢＯＣシステム以外においても実施できることを理解されるであろう。
【００３４】
例示的な実施例のシステムは、受信したビットストリーム内の誤りの存在を判定するために、種々の異なるタイプの誤り検出技術を用いることができる。これらの技術を記載する前に、ＰＡＣ符号器２０２において実施されるオーディオ符号化プロセスを、図４、図５及び図６を参照して、より詳細に記載する。
【００３５】
図４は、図２のシステムのＰＡＣオーディオ符号器２０２の１つの実現可能な形態を示す。ＭＤＣＴとウエーブレット変換器との間を切り替える信号適応フィルタバンク２５０に、入力信号が適用される。先に記載されたのと同様にして、フィルタバンク出力は、いわゆる「符号バンド(coderband)」にグループ化され、その後、不均一なベクトル量子化器を用いて、各符号バンドのために個別に選択される量子化ステップサイズを有する量子化素子２５２において量子化される。ステップサイズは、適合素子２５６とともに動作する知覚モデル２５４によって生成される。量子化素子２５２によって生成される量子化係数はさらに、この例では、適応ハフマン符号化方式を実施するノイズのない符号化素子２５８を用いて圧縮される。この実施例では、全１５個の異なる符号ブックが用いられ、各符号バンドの場合に、最も適した符号ブックが個別に選択される。このノイズのない符号化素子２５８の出力は、図に示されるようなビットストリームを発生するフォーマッタ２６０に提供される。
【００３６】
図５は、図４のＰＡＣオーディオ符号器２０２によって生成される１つの典型的なＰＡＣパケット２６２のフォーマットを詳細に示す。４４．１ｋＨｚサンプリングレートでは、各ＰＡＣパケットは、実際のオーディオチャネルの数に関係なく、各オーディオチャネルからの１０２４個の入力サンプルに対応する。各パケットは、１つの１０２４サンプルブロックに対して、ハフマン符号化フィルタバンク出力、符号ブックセクション、量子化器及びチャネル組み合わせ情報を含む。パケットサイズは可変であり、すなわち、異なる１０２４入力サンプルの組に対応するパケットは、異なるサイズを有することができる。応用形態によっては、種々のタイプの付加的な制御情報が、所与のビットストリーム内の最初のパケット或いは全パケットに追加される。典型的にはＤＡＢに用いられるチャネルような、潜在的に信頼性のない伝送チャネルの場合、一般にヘッダが各パケットに追加される。典型的には、このヘッダは、同期、誤り再生、サンプリングレート、オーディオチャネルの数及び伝送ビットレートのような制御情報を含む。
【００３７】
図５の典型的なＰＡＣパケット２６２は、ヘッダ部分２６４及びペイロード部分(payload portion)２６６を含む。パケット２６２のヘッダ部分２６４は、２３ビットのＰＡＣ同期(ＳＹＮＣ)符号、５ビットのビットレート指示子、４ビットの入出力サンプリングレート指示子、１２ビットからなるブロック長、半ブロック長、次ブロック長及び次半ブロック長指示子、４ビットのビットバッファ状態指示子、５ビットのシーケンス番号、２ビットのストリーム識別子(ＩＤ)、１ビット或いは１１ビットの付随データ長指示子、１０ビットの補助データ長指示子、３ビットのチャネル数指示子、２ビットのオーディオ処理モード指示子を含む。ヘッダ部分２６４には、エンハンスメントモード、オーディオデータ、補助データ及び付随データ用の可変長フィールドを含むペイロード部分２６６が後続する。
【００３８】
図６は、ペイロード部分２６６のオーディオデータ部分内のチャネル毎のデータの一例を示す。チャネル毎のデータは、セクション情報２７０(例えばセクションの数、セクション境界及びハフマン符号ブック)、スケールファクタ(scale factor)２７２、エンハンスメントデータ(enhancement data)２７４(例えば、予測子、モデルパラメータ等)及び係数２７６を含む。図５及び図６に示されるＰＡＣパケットフォーマットに関するさらに細かい部分は、上記のＰＡＣ引用文献において見出すことができ、それゆえここでは、フォーマットついてこれ以上記載しない。
【００３９】
ＰＡＣによる誤りの低減は主に、パケット間の補間に基づいている。そのような誤り低減は、所与の部分的に誤りのあるＰＡＣパケット内で、利用可能な誤りのない任意の部分的な情報を利用することにより改善することができる。部分的な情報を使用することにより、ＰＡＣによる誤り低減の性能が改善される。本発明の誤り検出技術を用いて、伝送誤りを識別し、その後ＰＡＣ誤り低減アルゴリズムの動作を起動することができる。
【００４０】
本発明によれば、伝送誤りを識別するための誤り検出技術は、ハフマン符号及び制御情報整合性に基づいている。上記のように、ＰＡＣビットストリームにおいて、各パケットは一般に、固定ブロックのオーディオサンプル、例えば1024個のサンプルを記述する一連のハフマン符号を含む。ハフマン符号が自己パース(self-parseing)であるものとすると、チャネル誤りが存在する場合であっても、受信したビットの復号化は順次継続することができる。しかしながら、オーディオサンプルの所与の固定ブロックを復号化するために必要とされるビットの数は、誤りが存在する際に異なるものと考えられる。これは、ＰＡＣビットストリームが、パケット長を示す信頼性の高い制御情報を含み、信頼性の高い誤り指示を与えるように設計される事実と結びつけることができる。
【００４１】
より具体的には、所与のパケットに関連する制御情報は、他のタスク、例えば受信機における信頼性の高い同期化及びバッファリングのために必要とされるが、パケットのためにハフマン復号化プロセスによって要求されるビット数に対する整合性検査として用いることもできる。制御情報が正確に受信されるものと仮定すると、制御情報において指示されるパケット長と、ハフマン復号化プロセスによって必要とされるビット数との間の不整合性を用いて、伝送誤りのフラグをたてることができる。上記のように、その後この伝送誤り指示を用いて、ＰＡＣ誤り低減処理を起動することができる。
【００４２】
図７は、本発明による図２のＰＡＣオーディオ復号器２１４の１つの実現可能な実施例を示す。この実施例における復号器２１４は、ハフマン符号及び制御情報整合性に基づく上記の誤り検出を実施する。ＣＲＣ復号器２１２から受信される符号化されたオーディオビットストリームは、フレーム同期素子２８０に適用される。フレーム同期素子２８０からの符号化されたオーディオビットストリームの同期した出力は、ハフマン復号器２８２及び付加的な処理回路２８４に適用される。ハフマン復号器２８２は、そのビットストリームに関連するオーディオ情報を復号化する。このハフマン復号化プロセスは、よく知られた従来の方法で実施することができ、それゆえここでは詳細には記載しない。
【００４３】
処理回路２８４は、ビットストリームから制御情報を抽出し、パケット長の指示を与える制御情報を含む、この制御情報の少なくとも一部を論理回路２８６に移送する。論理回路２８６は、処理回路２８４から受信される制御情報から判定されるような、所与のパケットのためのパケット長の指示と、ハフマン復号器２８２によって判定されるような、パケットを復号化するために必要とされる実際のビット数とを比較する。制御情報によって指示されるパケット長と、ハフマン復号器によって指示される必要なビット数との間の不整合性によって、誤りフラグ或いは他の適切な誤り指示子の生成が、論理回路２８６により起動される。その後誤り指示子によって、従来通りのＰＡＣ誤り低減処理を起動することもできる。
【００４４】
この例示的な実施例における論理回路２８６の出力は、復号化されたオーディオ及び誤り指示子を含む。図７には示されないプロセッサ或いは他の素子が、ＰＡＣ誤り低減処理を実施するために、復号化されたオーディオ及び誤り指示子を受信し、さらに処理する場合もある。そのようなプロセッサ或いは他の素子は、図７の素子２８０、２８２、２８４及び２８６のうちの１つ或いは複数の素子を、全体として、或いは部分的に実装、或いは組み込むこともできる。
【００４５】
バーストチャネル誤りを検出するのに特に適しているが、上記の誤り検出は、任意のタイプの伝送誤りを検出することができ、任意の特定のタイプの伝送符号化を必要としない。さらにこのタイプの誤り検出を、他のタイプの誤り検出、例えば上記の外部符号誤り検出とともに用いることができる。例えば、ハフマン符号及び制御情報整合性に基づく誤り検出は、あまり強力でないＣＲＣ符号を用いて所望のレベルの性能を達成するために、外部符号ＣＲＣ誤り検出とともに用いることができる。
【００４６】
上記の誤り検出の別の実施例は、他のタイプの符号、すなわちハフマン符号以外の符号を利用することができる。例えば、本発明は、いわゆるタンストール(Tunstall)符号、或いは結果的に可変長のパケット或いはフレームを生成する任意の他のタイプのソース符号を用いることもできる。他のタイプの符号で実施される際には、異なるタイプの制御情報を用いる場合があることに留意されたい。例えば、タンストール符号を用いる実施例は、符号化された係数の数を指示する制御情報を用いる場合がある。他の実施例は、所与のハフマン復号化シーケンスの終了時に第２のＰＡＣ ＳＹＮＣワードの検出を利用して、整合性検査を提供することができる。
【００４７】
再び、本発明の別の実施例は、他のタイプの外部符号、例えばＲＳ、ＢＣＨ或いは他のブロック符号、他のタイプの内部符号、例えば様々なタイプのたたみ込み符号、ターボ符号或いはトレリス符号化変調に関連する符号化、並びに種々の異なるタイプのインターリーブ処理、例えばブロックインターリーブ(block interleaving)、たたみ込みインターリーブ(convolutional interleaving)或いはランダムインターリーブ(random interleaving)を利用できることを強調したい。当然、ＲＳ、ＢＣＨ或いは他の同様のタイプの誤り訂正外部符号を用いる実施例も、誤り訂正のための符号及びＰＡＣ誤り低減処理を制御するための誤りフラグの生成のための符号を用いることができる。
【００４８】
さらに本発明は、任意の特定のチャネル符号配列を用いる必要がない。内部チャネル符号及び外部チャネル符号の両方を含む実施例を用いて例示されるが、本発明は、内部チャネル符号或いは外部チャネル符号のいずれか一方を用いて、又はチャネル符号を用いずに実施することができる。
【００４９】
さらに、周波数分割多重(Ｆrequency Ｄivision Ｍultiplexing：ＦＤＭ)の内容に則して例示されてきたが、本発明は、時分割多重(Ｔime Ｄivision Ｍultiplex：ＴＤＭ)及び符号分割多重(Ｃode Ｄivision Ｍultiplex)フォーマット、並びにＴＤＭ、ＦＤＭ、ＣＤＭの組み合わせ及び他のタイプのフレームフォーマットを含む、種々の幅広いフレームフォーマットに適用することができる。さらに、詳細には記載されていないが、例えば全側波帯成分におけるシングルキャリア変調、或いは例えば、全側波帯成分におけるＯＦＤＭのようなマルチキャリア変調を含む多数の異なるタイプの変調技術を、本発明とともに用いることができる。所与の搬送波は、例えば、ｍ値ＱＡＭ、ｍ相ＰＳＫ或いはトレリス符号化変調のような技術を含む、任意の所望のタイプの変調技術を用いて、変調することができる。
【００５０】
本発明は、例えば、単一周波数帯で、ホスト搬送波信号を持たないスペクトル、３つ以上の側波帯を有するスペクトル等の、種々の幅広い他のタイプ及び配列の周波数スペクトルで用いることができることに留意されたい。
【００５１】
上記のように、本発明は、データ、映像、画像及び他のタイプの情報のような、オーディオ以外のデジタル情報の伝送に適用することができる。例示のための実施例は、ＰＡＣ符号器によって生成されるパケットのような、オーディオパケットを用いているが、本発明は、任意の形式で、任意のタイプの圧縮技術によって生成されるデジタル情報に、全般的に適用することができる。本発明は、同時に多数の番組を聴取及び／または記録する処理、オーディオ及びデータを同時に配信する処理等のような多数の応用形態において実施されることもできる。これら及び多数の別の実施例及び実施例が、添付の請求の範囲内にあることは、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるハイブリッド・インバンド・オンチャネル(ＨＩＢＯＣ)デジタルオーディオ放送(ＤＡＢ)システムの周波数スペクトルの一部を示す図である。
【図２】本発明を実施することができるＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステムのブロック図である。
【図３】図２のＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステムのチャネル符号化及び変調サブシステムをより詳細に示すブロック図である。
【図４】図２のＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステムにおいて用いることができる知覚オーディオ符号器(ＰＡＣ)オーディオ符号器のブロック図である。
【図５】図４のＰＡＣオーディオ符号器によって生成される符号化されたオーディオパケットのための典型的なパケットフォーマットを示す図である。
【図６】図４のＰＡＣオーディオ符号器によって生成される符号化されたオーディオパケットのための典型的なパケットフォーマットを示す図である。
【図７】本発明によるＰＡＣオーディオ復号器の１つの実現可能な実施例を示す図である。
【符号の説明】
１００ アナログホストＦＭ信号
１０２ 下側デジタル側波帯
１０３、１０５ パイロットトーン
１０４ 上側デジタル側波帯
２００ ＦＭ ＨＩＢＯＣ ＤＡＢシステム
２０２ ＰＡＣオーディオ符号器
２０４ ＣＲＣ符号器
２１０ チャネル符号化及び変調サブシステム
２１２ ＣＲＣ復号器
２１４ ＰＡＣオーディオ復号器
２１６ 出力装置(スピーカ)
２２０ たたみ込み符号器
２２２ インターリーバ
２２４ 差分ＱＰＳＫ変調器
２２６ ＯＦＤＭ変調器
２３０ ＦＭ放送チャネル
２３２ ＯＦＤＭ復調器
２３４ 差分ＱＰＳＫ復調器
２３８ デインターリーバ
２４０ ビタビ復号器
２４２ 出力
２５０ 信号適応フィルタバンク
２５２ 量子化素子
２５４ 知覚モデル
２５６ 適合素子
２５８ ノイズのない符号化
２６０ フォーマッタ
２８０ フレーム同期素子
２８２ ハフマン復号器
２８４ 処理回路
２８６ 論理回路
Claims (10)
- 通信システムにおいて受信されるデジタル情報を処理する方法であって、
受信されたデジタル情報のパケットであって、固定長の時間フレームと関連づけられた制御情報およびデジタル情報から成る可変長パケットの該制御情報を識別するステップと、
該所与のパケットの該制御情報の少なくとも一部と、該所与のパケットの該デジタル情報に関連する復号化要件とを、少なくとも部分的に比較することにより、該パケットのための誤り指示子を生成するステップと、
を含む方法。 - 該誤り指示子は、該制御情報と該復号化要件との間の不整合性に応じて生成される、請求項１に記載の方法。
- 該制御情報はパケット長の指示を含む、請求項１に記載の方法。
- 該デジタル情報はハフマン符号を用いて符号化される情報を含む、請求項１に記載の方法。
- 該復号化要件は、該デジタル情報を復号化するために必要とされる多数のビットの指示を含む、請求項１に記載の方法。
- 該デジタル情報は、該所与のパケットを含む複数のパケットを生成するためにオーディオ符号器を用いて符号化される、請求項１に記載の方法。
- 該誤り指示子は、オーディオ復号器によって生成され、該復号器内の誤り低減アルゴリズムとともに用いられる誤りフラグを含む、請求項１に記載の方法。
- 該誤り指示子は、ＬＶＡ技術に従って別の復号化経路を選択するために用いられる、請求項１に記載の方法。
- 該受信したデジタル情報は、内部符号及び外部符号の少なくとも一方を用いて伝送される、請求項１に記載の方法。
- 通信システムにおいて受信されるデジタル情報を処理するための装置であって、
受信されたデジタル情報のパケットであって、固定長の時間フレームと関連づけられた制御情報およびデジタル情報から成る可変長パケットの該制御情報を識別するように動作し、かつ該所与のパケットの該制御情報の少なくとも一部と、該所与のパケットの該デジタル情報に関連する復号化要件とを、少なくとも部分的に比較することにより、該パケットのための誤り指示子を生成するように動作する復号器を備える装置。
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