System and method for decoding a forward error correcting code

本発明は、順方向エラー訂正コードをデコードするためのシステム及び方法に関するものである。

パケット網では、非リアルタイム・データ信号、並びに音声、ビデオ、及びオーディオのようなリアルタイム・データ信号が、パケット化されパケット網を通して送信される前に、エラー訂正コードでエンコードできる。 これは、種々の順方向エラー訂正（ＦＥＣ）方式を通して達成できる。 一般に、伝送中に損失、又は破損するパケットが受信器で復元できるように、ＦＥＣ方式は送信される信号（又は、メッセージ）に充分な冗長性を導入する。 言い換えれば、ＦＥＣの目的は、チャネルを通して送信中のデータに注意深く設計された冗長性情報を加えることによって、チャネルの能力を改善することである。 エラー訂正コードで信号をエンコードすることは、送信された信号をパケット損失、パケット消去、ビットエラー、及びリアルタイム信号の場合のパケット遅延から保護できる。

エラー訂正コードでエンコードされ、パケット化されてきた伝送の受信側では、一般に、到着したパケットは、パケット受信バッファ（又は、「プレイアウト」バッファ）の中へ最初に配置される。 「パイプライン」処理によって、バッファされたパケットはバッファから周期的に読み出され（又は、プレイアウトされ）、ビット又はフレームがパケット・ペイロードから抽出され、パケット化の前に送信側で適用されてきたエンコード方法に対応する方法を使用してビット又はフレームがデコードされ、デコードされたディジタル信号は受信エンティティ（装置、プロセス、又は人）にプレイアウトされる。 バッファが既に一杯のとき、又は、リアルタイム信号の場合は、スケジューリングした（又は、要求された）プレイアウト時間が過ぎた後にパケット受信バッファに到着するパケットは、廃棄されてもよい。 遅延パケットの廃棄は、遅延パケットに含まれるビット又はフレームの損失（又は、消去）をもたらす。 遅延パケットの廃棄は、パケット網の中で既に起きたパケット損失、パケット消去、又はパケット破損に加えられる。

消去、又は損失したビット又はフレームはデコーダに指示され、受信したビット又はフレームに適用されるデコード方法は消去された、失われた、又は破損したビット又はフレームを訂正する。 しかし、ＦＥＣ方式が機能してさえも、デコード処理でエラーがまだ発生する。 従って、順方向エラー訂正コードの性能（即ち、ビットエラーレート）を向上させるためのシステム及び方法がまだ必要である。

本発明による好ましい実施例が添付の図面を参照して以下に記載されるが、本発明の全てのあり得る実施例は示されない。 実際には、本発明は異なる形態で実施でき、本明細書に示される実施例に限定して構成されるべきではなく、むしろ、この開示が当該法的条件を満たすように、これらの実施例は提供される。 全体を通して、類似の番号は類似の部材を参照する。

本発明によって実施される１実施例では、デコーダの状態を更新（又は、再計算）する遅延パケット到着に含まれる情報を使用することによって、順方向エラー訂正コードのデコーダの性能を向上させるために方法及びシステムが開示される。 本発明による実施例の方法及びシステムは他のエラー訂正コードを用いて同様に利用できるが、例証として以下に参照される周知のエラー訂正コードは重畳エラー訂正コードである。 以下に記載されるように、本発明の方法及びシステムは、連続するビット又は情報フレームのデコードで状態情報を維持するデコーダに適用できる。 また、本発明の方法及びシステムは他のタイプのデコーダを用いて利用できるが、状態情報を維持する周知の１デコーダは、ビタビアルゴリズムによって動作する。 一般に、もし遅延パケットに含まれる情報が当初は時間通りに到着し、通常の方法でデコードされていたら、再計算された状態はデコーダが正確に有していた状態であるから、本発明の方法及びシステムはデコーダの性能（即ち、ビットエラーレート）を向上させる。 事実上、遅延パケット到着に続いてデコーダ状態を更新することは、デコーダの状態に遅延パケット消去が影響する時間での伝搬を終了させる。

以下で更に詳細に記載される本発明の方法及びシステムは、パケット受信バッファによって処理されるデコーダの観点から示される。 ここで留意すべきは、パケット受信バッファの（パケットにおける）サイズは０、１、又はそれ以上であることである。 従って、記載された本発明の方法及びシステムも受信バッファが存在しない場合を含み、その場合、到着するビット又はフレームは到着したパケットから直ちに抽出され、パイプライン処理でデコードされる。

パケットを受信し、エラー訂正コードでエンコードされてきた情報ビット／フレームをデコードするための通常の技術が、図１に示される。 図１では、一般に、ネットワークから到着するパケットは、パケット受信バッファ１２に最初は配置される。 一杯のバッファに到着したパケットは廃棄される（即ち、消去されるか、又は阻止される）。 また、スケジューリングした、又は要求されたプレイアウト時間の後に到着したパケット、即ち、遅延パケットも廃棄される。 受信バッファ１２に保持されているパケットは、パケット・プレイアウト・スケジュールに従ってプレイアウトされる。 周知のように、プレイアウト・スケジュールは、ネットワーク遅延の変化にも拘わらず、（個々に受信されたパケットに含まれる）送信された信号を連続的にプレイアウトするために伝送の受信側で使用できる。 （遅延ジッタとしても既知の）遅延変化の存在によって、受信側でのプレイアウト方式は、パケット網での損失と待ち時間の間のトレードオフに大きく影響し得る。 従って、一般に、デコードされた信号ｘ（ｋ）を出力する前に遅延ジッタを吸収するためにパケット受信バッファ１２が利用される。 ここで、ｋは個別の時間エポックを意味する。 スケジューリングした（又は、要求された）プレイアウト期限よりも遅れて到着する任意のパケットは廃棄され、損失をもたらす。 更に、遅延期限をスケジューリングすることは、パケットを更にプレイアウトする可能性を増加させ、損失レートを低下させるが、より大きなバッファ遅延という犠牲のもとにそれを行う。

パケットがプレイアウトされるとき、情報ビット／フレームｆ（ｋ）がパケットから抽出され、情報ビット／フレームがエラー訂正デコーダ１４によって１ビット、又はフレーム同時にデコードされる（実施例の中には、複数のビット、又はフレームがグループでデコードされるものもある）。 デコーダ１４の出力は、デコードされた出力信号ｘ（ｋ）である。 ここで留意すべきは、もしパケットがプレイアウトされるべきときにパケットバッファ１２が空（欠乏）なら、又は、例えば遅延して到着した結果、もし１又は複数のパケットがパケットバッファ中のパケットの時間系列から失われたら、デコーダへの情報の連続したビット／フレーム・ストリームを維持するために、受信したビット／フレーム・ストリームにビット／フレーム消去インディケータが通常は挿入される。

より正式には、もしｆ（ｋ）がｋ番目の情報ビット又はフレーム（即ち、個別の時間エポックｋに到着するビット又はフレーム）なら、ｋ番目の時間間隔に対応するデコードされた出力信号はｘ（ｋ）である。 ここで、ｘ（ｋ）＝Ｄ（ｆ（ｋ），Ｓ（ｋ−１）），Ｄ（．）エラー訂正デコード演算子であり、Ｓ（ｋ−１）は以前の情報フレームｆ（ｋ−１）をデコードした後のエラー訂正デコーダ１４の状態である。 ｆ（ｋ）をデコードした後のデコーダ１４の状態はＳ（ｋ）である。 ここで留意すべきは、ビットの場合には、ｆ（ｋ）は１、０、又は表示された消去に対応する。 フレームの場合には、ｆ（ｋ）は複数ビットのフレーム、又は表示されたフレーム消去に対応する。

上記のように、エラー訂正コードでエンコードされた情報ビット／フレームを受信してデコードするための従来技術は、遅延して到着したパケットに帰する損失を被る。 バッファ遅延を増加させることなく、この損失を少なくとも部分的に改善するために、図２は本発明の１実施例によって実施される例示のデコード技術の高レベルのブロック図を示す。 更に詳細には、図２はエラー訂正コードのデコードで遅延パケット到着に含まれる情報を使用するデコード技術を示す。 図１の従来のデコード技術では、遅延パケット到着は単純に廃棄（又は、消去）される。 しかし、図２に示される実施例では、遅延パケット到着が遅延パケット到着処理ユニット２６まで通過する。 以下で詳細に記載するように、遅延パケット到着に含まれる情報は、エラー訂正デコーダ２４の状態を更新（又は、再計算）する遅延パケット到着処理ユニット２６によって使用できる。 例証として図３に示されるように、遅延パケット到着処理ユニット２６、及びその構成要素は、デコーダの内部のメモリに記憶され、デコーダの（制御装置、マイクロプロセッサ、又は他のコンピュータ装置のような）要素プロセッサによって検索され実行されるソフトウェアを含む。 或いは、当業者が認めるように、遅延パケット到着処理ユニット２６、及びその構成要素は、ハードウェア、若しくはファームウェア、又はソフトウェア、ハードウェア、及びファームウェアの任意の組み合わせを含む。

図３は、順方向エラー訂正コードのデコード中に遅延パケット到着に含まれる情報を使用することにより、本発明の１実施例によって実施できるデコード技術の更に詳細な例示を示す。 図３では、スケジューリングした（又は、要求された）プレイアウト時間を過ぎて到着するか、又はパケット受信バッファが一杯でない限り、ネットワークから到着するパケットはパケット受信バッファ２２へ最初に配置される。 もしパケット受信バッファ２２が一杯なら、到着したパケットは単に廃棄されるか又は阻止される。 図１のように、受信バッファ２２に保持されているパケットは、パケット・プレイアウト・スケジュールに従ってプレイアウトされる。 パケットがプレイアウトされるとき、情報ビット／フレームがパケットから抽出され、情報ビット／フレームがエラー訂正デコーダ２４によって１ビット／フレーム同時にデコードされる（又は、実施例の中には、ビット／フレームのグループでデコードされるものもある）。 デコーダ２４の出力は、デコードされた出力信号ｘ（ｋ）である。 ここで、ｘ（ｋ）＝Ｄ（ｆ（ｋ），Ｓ（ｋ−１））である。 もしパケットがプレイアウトされるべきときにパケットバッファ２２が空（欠乏）なら、デコーダ２４への連続した情報ストリームを維持するために、消去ビット／フレームが挿入できる。

図１に示される従来技術とは異なり、図３に示される実施例は、遅延パケットが到着するときに実行される１組の追加ステップを実施することを補助する遅延パケット到着処理ユニット２６を含む。 図１の従来技術では、遅延パケットは単に廃棄（又は、削除）される。 しかし、図３の例示の実施例では、遅延パケット到着のビット／フレーム情報は、（ｉ）ステップ２９に示されるように補助ビット／フレーム・バッファ２８を更新するため、（ｉｉ）ステップ３１に示すように補助デコーダ状態バッファ３０を更新するため、及び（ｉｉｉ）ステップ３３に示すようにエラー訂正デコーダ状態Ｓ（ｋ）を更新するために使用できる。 ビット／フレーム・バッファ２８は、最新の（Ｍ−１）個の入力ビット／フレームを保持し、パケットバッファが欠乏したときに挿入されたビット／フレーム消去表示を含む。 言い換えれば、ビット／フレーム・バッファ２８は、エラー訂正デコーダ２４に提供されてきたビット／フレームの最近のヒストリを保持する。 ビット／フレームがエラー訂正デコーダ２４に提供されるとき、ビット／フレームもビット／フレーム・バッファ２８にコピーされる。 従って、時刻ｋにおけるビット／フレーム・バッファ２８の状態は、ビット／フレームＡ（ｋ）＝｛ｆ（ｋ），ｆ（ｋ−１），． ． ． ，ｆ（ｋ−Ｍ）｝と定義できる。 デコーダ状態バッファ３０はエラー訂正デコーダ２４の最新のＭ個の状態を保持し、言い換えれば、デコーダ状態バッファ３０はデコーダ状態の最近のヒストリを保持する。 デコーダ２４の状態が連続するビット／フレームのデコードで変化するとき、デコーダの新しい状態の各々もデコーダ状態バッファ３０にコピーされる。 従って、時刻ｋにおけるデコーダ状態バッファ３０の状態は、デコーダ状態Ｂ（ｋ）＝（Ｓ（ｋ），Ｓ（ｋ−１），．．．，Ｓ（ｋ−Ｍ−１））と定義できる。

遅延パケットが到着するとき、一般に遅延パケット到着処理ユニット２６は、ビット／フレーム・バッファを更新するステップ２９の間に遅延パケット中のビット／フレームが対応する時間エポックを最初に決定する。 これは、遅延パケットのヘッダ欄に含まれるシーケンス番号、及び／又はタイムスタンプ情報から決定できる。 遅延パケット中のビット／フレームの集合ｇ（．）は、｛ｇ（ｅ），ｇ（ｅ＋１），． ． ． ，ｇ（ｅ＋ｎ−１）｝によって与えられる。 ここで、ｎは遅延パケット中のビット／フレームの数であり、ｅは遅延パケット中の第１のビット／フレームの時間エポックである。 次に、ビット／フレーム・バッファＡ（ｋ）（２８）は、遅延パケットが対応する時間エポックと同じ時間エポックに対応するＡ（ｋ）中のそれらビット／フレームを取り替えることによって更新される。 例えば、もしｆ（ｅ）がＡ（ｋ）中にあれば、ｆ（ｅ）はｇ（ｅ）と取り替えられ、もしｆ（ｅ＋１）がＡ（ｋ）中にあれば、ｆ（ｅ＋１）はｇ（ｅ＋１）と取り替えられ、もしｆ（ｅ＋ｎ−１）がＡ（ｋ）中にあれば、ｆ（ｅ＋ｎ−１）はｇ（ｅ＋ｎ−１）と取り替えられる。 上記のように、消去ビット／フレームは、デコーダ２４への連続した情報ストリームを維持するために、遅延して到着したパケットの代わりにビット／フレーム・バッファＡ（ｋ）へ最初に挿入される。 従って、もしｆ（ｉ）がＡ（ｋ）中にありｇ（ｉ）が遅延パケットに含まれるなら、ｆ（ｉ）は消去に対するプレースホルダとして主に機能する表示されたビット／フレーム消去であった。 遅延して到着したパケットを含むための更新に続き、ビット／フレーム・バッファ２８のコンテンツは、Ａ ^* （ｋ）＝（ｆ ^* （ｋ），ｆ ^* （ｋ−１），．．．，ｆ ^* （ｋ−Ｍ）｝として定義される。

ビット／フレーム・バッファ２８を更新したので、更新されたビット／フレーム・バッファＡ ^* （ｋ）を考慮して過去のデコーダ状態を再帰的に再計算（更新）することによってデコーダ状態バッファ３０が更新される。 この点に関して、ｆ（ｊ）をビット／フレーム・バッファ２８の更新でｇ（ｊ）と取り替えられたＡ（ｋ）中の最先のビット／フレームとする。 次に、Ｓ（ｋ）がＳ ^* （ｋ）＝Ｄ（ｆ ^* （ｋ），Ｓ ^* （ｋ−１））として再計算されるまで、Ｓ（ｊ）をＳ ^* （ｊ）＝Ｄ（ｆ ^* （ｊ），Ｓ（ｊ−１））として再計算し、Ｓ（ｊ＋１）をＳ ^* （ｊ＋１）＝Ｄ（ｆ ^* （ｊ＋１），Ｓ ^* （ｊ））として再計算し、以下同様とすることによって、デコーダ状態バッファ３０が再帰的に更新される。 最後に、再計算された（更新された）状態Ｓ ^* （ｋ）に設定することによって、デコーダ２４自体の現在の状態が更新される。 従って、もし遅延パケットに含まれる情報が当初は時間通りに到着し、一般的な方法でデコードされていたら、デコーダの再計算された状態はデコーダが有していた状態と同じなので、少なくともビットエラーレート観点から、デコーダ２４の性能を向上させる。 遅延パケットを受信すると直ぐにデコーダの状態を更新することによって、本発明による好ましい実施例の方法及びシステムは、デコーダの状態に遅延パケット消去が有害に影響する時間での伝播を終了させる。

上記のように、遅延パケット到着に含まれる情報を使用する本発明により実施される実施例は、連続するビット／フレームのデコードで状態情報を維持するエラー訂正デコーダと一緒に使用できる。 １実施例は、重畳エラー訂正コードのためのビタビデコーダである。 しかし、デコーダが状態情報を連続するビット／フレームのデコードで維持する限り、本発明の実施例はその適用範囲を特定のエラー訂正コード化方式、又はデコード方式に決して限定されない。 本発明の実施例の方法及びシステムが適用される、重畳ターボコードに対するデコーダのような多くの他の実施例が存在する。 ここに記載される実施例、及び例証は、連続するビット／フレームのデコードで状態情報を維持する、将来発明されるかも知れない新しいエラー訂正デコーダにも適用される。

以上、本発明の好ましい実施例について図示し記載したが、特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲から逸脱することなしに種々の変形および変更がなし得ることは、当業者には明らかであろう。

パケットを受信し、エラー訂正コードでエンコードされてきた情報ビット又はフレームをデコードするための従来技術を示す。

本発明の１実施例によって実施される例示のデコード技術の例示のデコード技術を示す。

エラー訂正コードのデコード中に遅延パケット到着に含まれる情報を使用することにより、本発明の１実施例によって実施できるデコード技術の更に詳細な例示を示す。

符号の説明

１２ パケット受信バッファ １４ エラー訂正デコーダ ２２ パケット受信バッファ ２４ エラー訂正デコーダ ２６ 遅延パケット到着処理ユニット ２８ ビット／フレーム・バッファ ３０ デコーダ状態バッファ