CN1157517A - 用于固定率通信的可变率数据的重格式化 - Google Patents

用于固定率通信的可变率数据的重格式化 Download PDF

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Abstract

可变率数据被重新格式化以便以一固定速率与外部装置通讯。可变率数据的固定长度包封是由多个数据包封所恢复的。一包封起始字节是加至各恢复包封的开始。若输出率大于可变率数据的信息率，为维持所要的固定输出率，需将填充位加至恢复包封。具有加入的包封起始字节及填充位的恢复包封以一固定率输出至外部装置。使用交替标号倒转(AMI)及二进制八零取代(B8ZS)，可方便地编码具有加入的包封起始字节及填充位的恢复包封。此包封起始字节及B8ZS取代可包含唯一的AM1破坏序列。

Description

用于固定率通信的可变率数据的重格式化
本发明是有关以一固定率对外部装置通讯用的可变率数据的重格式化。本发明具有提供通讯终端机(例如数字电视用设顶盒或集成接收机解码器(IRD))用可延伸接口的特殊应用，其中此终端机所收到的数据流除电视及存取控制信号外还载有外部装置使用的数据(外部数据)。
电视信号的数字传输可传送较模拟技术更高品质的视频及音频服务。对于经有线电视网或由卫星传播至有线电视会员及/或直接传播至家庭卫星电视接收机的信号，数字传输方式特别有利。此类方式之例为MPEG-2数据传输标准及本发明受让者-美国伊利诺州芝加哥的General仪器公司拥有的Digi Cipher RII标准。Digi Cipher RII标准扩充了MPEG-2系统及视频标准，MPEG-2系统及视频标准被广泛知晓及认为是传送及视频压缩的规范，此规范为国际准组织(ISO)在文件系列ISO13818中所规定的。MPEG-2规范的系统“层”提供了与编码技术无关的传输介质以建立含一或更多MPEG程序的位串。MPEG编码技术使用规范的文法(语法)及一组语义规则以组成位串。语法与语义规则包括解多工化、时钟恢复、基本串同步及错误处理用的规定。MPEG-2传送串的语法与语义被定义在并入此处做参考的国际标准组织1994年国际标准ISO/IEC13818-1，题为“移动图象及相关音频的通用编码：系统”的推荐H.222。可预期数字电视发射机及接收机系统将取代目前的模拟系统，就如同在音响工业中数字光盘已大大地取代模拟电唱机唱片。
数字传输技术的优点为使用各种熟知的压缩技术可压缩电视信号以解除有线或卫星电视频谱的频带宽度。此类带宽度可用以提供例如附加的电视频道及/或可与电视服务相关或不相关的外部数据通讯的附加服务。目前电视、电话、个人电脑(PC)及其它技术正开始融合。在此期间则希望容许使用此等技术的产品通过高效率及低成本接口互相通讯。
尤其在接收来自卫星及有线电视系统的电视信号的“设顶(set top)盒上提供一外部数据接口端口将极有利。此一接口端口将使能开始数据通讯，此数据与电视节目服务一道载送不过与对外部周边(例如个人电脑、放影机/录影机、电视游乐器等)的该等服务无关。若此一为与外围元件作数据通信的接口端口实际上在任何期望的固定率，则将特别有利。再者，引一接口以有效及低成本方式仅将收自有线或卫星电视系统的可变率数据重格式化为固定率数据将是很有利的。
本发明提供具有上述及其它优点的接口。尤其本发明的接口容许固定率的输出而不管信息率为何。此特色使得可利用一简单且不昂贵的连接器(例如袖珍头载插口或其它熟知的连接器)实现简单且不昂贵的恢复电路。此电路实际上亦无电磁干扰(EMI)。数据是在不同模式的接口上载送，此模式提供良好的噪音免疫力及对接线极性不敏感的双线接口。因信息率与建立固定输出率的接收机时钟无关，传输率可用做时间参考。因而，不管可变的信息率，外部装置可非常容易地恢复时钟。因在连接器与接收机底板间不需直流路径，可消除麻烦的接地回路。由下列揭示，另外的优点将是很明显的。
根据本发明，提供一种在一固定率对外部装置通讯用的可变率数据的重格式化的方法。可变率数据的固定长度包封是从一数据包封多工(例如从MPEG-2或DigicipherII数据流)恢复。一包封起始字节是加至各回复包封的开始。若可变率数据的信息率低于数据对外部装置通讯的固定率，为保存输出数据供予外部装置的固定率，需将填充位加至各恢复包封。虽然填充位数将与可变率数据的信息率相关，并不需在此等项之间指定固定的关系。取而代之的是，基于目前需要填充位的包封到达时间以及在包封数据与任何填充位做为输出至外部装置之前暂时留住包封数据与任何填充位的硬件操作(例如先入先出寄存器(“FIFO”))可使用可变的填充数量。相对于亦可包含如正向错误校正用的奇偶位的可变率串中全部数据率，此处所用的“信息率”为可变率数据流载送的数据率。具有加入的包封起始字节及任何填充位的恢复包封在一固定率下做为输出供至外部装置。
具有加入的包封起始字节及填充位的恢复包封在输出至外部装置之前可使用交替标号倒转(AMI)及二进制八零取代(B8ZS)编码，以提供用于输出至该外部装置的编码数据流。此填充位可包含如二进制伪噪声(PN)充填位。使用AMI编码化，时钟信息可埋藏在数据流及净零直流分量结果中。再者，当数据流被解码时，AMI破坏可用做包封同步侦测，而不需更多的接口接线。B8ZS编码化减少直流漂移并提供用于时钟恢复的明显可辨识的转换。
在恢复阶段期间恢复的固定长度包封可包含根据多阶段及/或多级调制格式收到使用正向错误校正(FEC)算法(例如维特比(Viterbi)算法)解码的符号以获得可变率数据。在此一具体实例中，信息率将视符号的符号率、调制格式及FEC算法的编码率而定。再者，在恢复附段期间使用一主时钟频率f可恢复包封。各恢复包封包含信息字节的一固定数B以及用于纠错的奇偶字节的一固定数R。各包封的总长度包含B+R字节，其中各该字节长度为b位。
包封起始字节可包含一AMI破坏序列。尤其当AMI编码的数据流中最靠近包封起始字节的前二进制“1”是编码成AMI“+”值时，破坏序列可由0+0+-0-0组成。当AMI编码的数据流中最靠近包封起始字节的前二进制“1”是编码成AMI“-”值时，破坏序列可由0-0-+0+0组成。AMI“+”值表示正差异输出电压，AMI“-”值表示负差异输出电压，而AMI“0”值表示零伏特的差异输出。
B8ZS编码化可包含以一AMI破坏序列取代八个零串。尤其当AMI编码数据流中最靠近八个零串的前二进制“1”是编码成AMI“+”值时，用以编码此八个零串的破坏序列可为+0-00-0+。当AMI编码数据流中最靠近包封起始字节的前二进制“1”是编码成AMI“-”值时，用以编码此八个零串的破坏序列可由-0+00+0-组成。
提供用于重格式化可变率数据仅在一固定率下通讯至外部装置的装置。一解码器从数据包封多工恢复可变率数据的固定长度包封。一编码器将包封起始位组加至各恢复包封的开始。若可变率数据的数据低于数据对外部装置通讯的固定率，此编码器亦将填充位加至各恢复包封。一耦合至此编码器的输出端口在固定率下将具有加入的包封起始字节及填充位的恢复包封供至外部装置。
在一说明用具体实例中，编码器利用交替标号倒转(AMI)及二进制八零取代(B8ZS)编码具有加入的包封起始字节及填充位的恢复包封，以提供用于输出至外部装置的编码数据流。由解码器恢复的固定长度包封可包含根据多阶段及/或多位阶调制格式收到并使用正向错误校正(FEC)算法解码的符号以获得可变率数据。在此一具体实例中，信息率视符号的符号率、调制格式及FEC算法的编码率而定。
此装置更可包含耦合至此解码器及编码器的主时钟频率f。各恢复包封包含固定数目B的信息字节加上固定数目R的错误校正用的奇偶字节。各包封的总长度包含B+R字节，其中各字节长度为b位。不管可变的信息率，需要时应加入填充位以维持所要的输出数据率。
包封起始字节可包含一AMI破坏序列。再者，B8ZS编码化可以一AMI破坏序列取代八个零串。
图1为显示一例AMI序列的波形；
图2为说明一第一AMI破坏序列的波形；
图3为说明一第二AMI破坏序列的波形；
图4为说明一第三AMI破坏序列的波形；
图5为说明一第四AMI破坏序列的波形；
图6为根据本发明的装置的方块图。
本发明在通讯终端机(例如一设顶卫星或有线电视盒)与外部装置(例如PC、视盘放影机/录影机、影带录影机、电视游乐器、或其它消费者或商业多媒体装置)之间提供用于固定率数据的接口。本发明对任何所要的时率数据提供介面很有用。在一由Digi Cipher II传送流载送高速数据的特殊实例中，数据率是在30兆位/秒(Mbps)等级。此“外部数据”可方便地从如一差异信号对的输出端口输出。例如在形成差异对的信号之间可提供0.5伏特峰对峰差异值。
根据本发明的一具体实例，外部数据输出是使用交替标号倒转(AMI)编码且首先输出最高有效AMI编码位。AMI编码化是由将二进制0编码为零电压与二进制1交替地编码为正及负电压值的二进制符号组翻译成三位阶“三进制”符号组所组成。AMI编码化为遥测系统的技术所熟知。
外部数据是在可变率下接收且重格式化以便在固定率下对外部装置通讯。固定率输出的语法被示于表1。
表1
位数    助记词ext_data_sequence(){for(i＝0；i＜N；i++){
ex_tdata_packet()}
             位数       助记词ext_data_packet () {pkt_start_byte      8       bslbfpacket             188*8    bslbffill                n       bslbf}
用于表1的词句定义如下；
bslbf-二进制串第一左位。
tslsf-三进制串第一左符号。
pkt_start_byte-八位包封起始字节。
packet-188字节的MPEG-2或Digi Cipher II传送包封。
fill-n位填充位串。
pkt_start_byte的各事件将为两个八_AMI符号序列之一。由于码化后邻接的电压极性为相同的，此二序列将违反AMI编码规则。在一具体实例中，pkt_start_byte样式如表2所说明。
            表2
             位数    助记词packet start_positive() {0+0+-0-0         8    tslsf}
              位数   助记词packet_start_negative() {
0-0-+0+0          8    tslsf}
其中
“0”表示零伏特的差异输出，
“+”表示+0.5伏特的差异输出，
而“-”表示-0.5伏特的差异输出。
当在pkt_start_byte之前的最近输出的二进制1被编码成“+”符号时，packet_start_positive为输出。当在pkt_start_byte之前的最近输出的二进制1被编码成“-”符号时，packet_start_negative将为输出。
AMI编码化处理示于图1中，图1为任意的例子，其中位串101011000111010为AMI编码的。如图1所示，各二进制1是编码为正“+”符号50或负“-”符号52。以相反的极性编码交替的二进制1，因此一正符号将永不会与另一正符号相邻而一负符号将永不会与另一负符号相邻。如参考数字54所指出者，0全为相同的编码。
因而图1示出适当的AMI编码，图2及3示出违反AMI编码化规则(防止相邻1的电压极性相同)的破坏序列。示于图2的破坏序列为引自表2的packet_sart_positive破坏序列。图2清楚示出，参考数字56所指定的相邻1皆使用相同极性编码，由参考数字58所示的相邻1亦是如此。同样地，图3的破坏序列对应于引自表2的packet_star t_negative序列。此外，由参考数字60表示的相邻1皆以负极性编码，而参考数字62指定的相邻1皆以正极性编码。
除利用交替标号倒转编码外部数据之外，本发明的较佳具体实例利用二进制八零取代(B8ZS)编码以防止直流漂移问题。于此揭示的特殊B8ZS编码化方式中，各传送包封的8个连续零值位的各序列是以一AMI破坏序列取代以增加转换密度。此将有效地降低直流能量，因在使用变换耦合的系统低频信息会遣失，故直流能量是不想要的。若使用B8ZS编码降低或消除了低频能量，可防止数据损失。
在如有188字节传送包封受处理的本具体实例中，对于8个连续零值位的各序列此零值位是编码成二破坏序列之一。例如，若最近编码的二进制1是编码成“+”符号，则所有零字节可以如图4所示的破坏序列+0-00-0+编码。反之，若最近编码的二进制1是编码成“-”符号，则所有零字节可以如图5所示的破坏序列-0+00+0-编码。于图4及5中，正AMI符号为由参考数字66所指示而负符号为以参考数字64所指示。
在AMI编码之前，为形成如表1所指的外部数据包封(ext_data_packet)可将填充位加至各包封。有利地为二进制伪噪声(PN)填充位的填充位数视目前所获得的多工的信息率而定。应预见到此多工典型上可含外部数据以及例如电视信号数据的其它包封化数据。因维持固定输出数据率所需的填充位数将视信息率而定，故亦将视符号率、调制格式及正向错误校正码化率而定。总之，在编码器于即时基础上填充位可视需要插入，故不需跟踪这些特性。例如，来自包封而用于传输至外部装置的外部数据已经过处理后，编码器可提供填充位，直至它收到用于格式化及传输的下一个包封为止。当下一个包封头到达时，将侦测下一包封的接收。如本技艺所熟知的使用四位线性反馈移位寄存器(LFSR)，以产生PN序列以产生填充位。
图6示出根据本发明以解码包含在可变率下收到的外部数据的进来包封以及重格式化外部数据以便在一固定率下对外部装置通讯的装置。可变率数据(例如来自MPEG-2或Dig Cipher-II数据流)经由终端10输入至解调器12。此解调器解调进来的调制数据流以恢复数据包封及时钟信息，此数据包封及时钟信息被传送至正向错误校正(FEC)解码器14。此FEC解码器可包含如熟知的维持比解码器或本技艺已知的任何其它FEC解码器。
FEC解码器14将包封数据、包封起始信号及出自解调的数据包封的时钟供至解多工器及数据解析器16。此电路解多工各种不同的包封类型(例如视频包封、音频包封及数据包封)，并以本技艺熟知的方式解析此解多工的数据包封。
从解多工器及数据解析器16输出的外部包封数据被输入延迟电路18，此电路提供了1数据字节(例如8位)的最低延迟。延迟的外部数据在选择器20中与来自PN产生器26的填充位在适当时间多工化，以提供固定数据率的固定长度数据包封。选择器20为来自定时控制产生器24的“选择PN/包封数据”信号输出所致动，输出来自PN产生器26的PN序列以取代来自延迟电路18的外部数据。此定时控制产生器接收来自解多工器及数据解析器16的时钟及包封起始信号。基于此等信号，定时控制产生器可致动选择器20以在各包封的未尾输出适当数目的填充位。定时控制产生器24亦将一致能信号输出至PN产生器26以致动此PN产生器输出PN序列。
从选择器20输出的数据与PN填充位在AMI编码器22中受交替的标号倒转编码。AMI编码的输出包含表示三进制(三位阶)AMI输出的二位符号。
选择器32输出AMI编码的数据或来自B8ZS产生器30的AMI破坏序列。选择器32为来自零串侦测电路28的“选择B8ZS/AMI数据”信号所致动，以输出AMI编码的数据或破坏序列。在侦测到来自AMI编码器22的AMI编码的数据输出中的8个零串时，电路28将致能B8ZS产生器30以输出破坏序列，而在此同时致动选择器32以输出破坏序列而非零串。为防止B8ZS AMI破坏序列在用于包封起始字节的AMI破坏序列之前立即发生，在包封起始字节插入之前的1字节定时控制产生器24经线路40禁止B8ZS产生器30的操作。以此方式，包封起始字节破坏序列将总是居于B8ZS破坏序列之前。
最后AMI编码的“1”的符号(正或负)为电路34所侦测，以致能B8ZS产生器30以将正确的AMI破坏序列插入选择器32输出的数据流。电路34亦将最后AMI编码的“1”的极性通知包封起始字节产生器36。以此方式，此包封起始位产生器即将从接口输出的各新外部数据包封之始，将能输出适当的AMI破坏序列。包封起始字节产生器36接收来自定时控制产生器24的起始字节致能信号。此信号指出一新包封的开始(包封起始)且是经解多工器及数据解析器16输出的包封起始信号从定时控制产生器24引出。
为响应来自定时控制产生器24的“选择起始字节/AMI数据”信号，选择器38输出来自选择器32的AMI编码的数据流或从包封起始字节产生器36输出的AMI破坏序列。如上述所指出的，包封起始字节将仅在各新外部数据包封之始输出。在其余所有时间，选择器38将输出AMI编码的数据。
从选择器38的输出经一可如在设顶盒上供予的输出端口连接器(未示出)通讯。可使用任何适当的连接器，例如袖珍立体头载插口、DIN连接器或相似品。例如个人电脑、电视游乐器或视频装置的外部装置可经匹配连接器接至输出端口。以此方式，外部装置可接收外部数据并将其处理以提供所要的功能。例如外部数据可包含将在外部装置复制的文字或图形信息。
现应预见到本发明提供一种用于重格式化可变率数据以在一固定率对外部装置通讯的方法。从例如MPEG-2或Digi Cipher-II包封流的数据包封多工恢复可变率数据的固定长度包封、将一包封起始字节加至各恢复的包封以及加入任何必要的填充位，已恢复的包封可在一固定率输出以供外部装置使用。AMI及B8ZS编码化提供了有力的操作。再者，需要时可在即时基础上将填充位轻易地加至包封以维持所要的输出数据率。在MPEG-2或Digi Cipher-II实例中，方便的输出率将为27MHz率，此率表示多工所具特殊服务的系统时钟。此输出率将致能接收机以处理外部数据，而不需使用程序时钟参考接收机及锁相回路地区性地产生系统时钟。
虽与一特殊具体实例相关说明本发明，不过将预见到可做成许多改造及修改物，而如权利要求范围所说明的不偏离本发明的精神及范围。

Claims (14)

1、一种用于重新格式化可变率数据为以一固定率对外部装置通讯的方法，包含的步骤为：
从一数据包封多工恢复该可变率数据的固定长度包封；
将一包封起始字节加至各该恢复包封的开始；
若该可变率数据的信息率低于该固定率，则将填充位加至该至少几个恢复包封上；及
以该固定速率将具有加入的包封起始字节及任何填充位的该恢复包封做为输出提供至该外部装置。
2、根据权利要求1的方法，还包含的步骤为：
在该提供步骤之前使用交替标号倒转(AMI)及二进制八零取代(B8ZS)编码具有加入的包封起始字节及填充位的该恢复包封，以提供用于输出至该外部装置的编码的数据流。
3、根据权利要求2的方法，其中该填充位为二进制伪噪声(PN)填充位。
4、根据权利要求2的方法，其中该包封起始字节包含一AMI破坏序列。
5、根据权利要求4的方法，其中：
当AMI编码的数据流中最靠近包封起始字节之前的二进制“1”被编码成AMI“+”值时，该破坏序列为0+0+-0-0，及
当AMI编码的数据流中最靠近包封起始字节之前的二进制“1”被编码成AMI“-”值时，该破坏序列为0-0-+0+0，
其中AMI“+”值表示正差异输出电压，AMI“-”值表示负差异输出电压，而AMI“0”值表示零伏特的差异输出。
6、根据权利要求5的方法，其中该B8ZS编码化以一AMI破坏序列取代八个零串。
7、根据权利要求6的方法，其中：
当AMI编码的数据流中最靠近该八个零串之前的二进制“1”被编码成AMI“+”值时，用以编码该八个零串的该破坏序列为+0-00-0+及
当AMI编码的数据流中最靠近包封起始字节之前的二进制“1”被编码成AMI“-”值时，用以编码该八个零串的该破坏序列为-0+00+0-。
8、根据权利要求2的方法，其中该B8ZS编码化以-AMI破坏序列取代八个零串。
9、根据权利要求8的方法，其中：
当AMI编码的数据流中最靠近八个零串之前的二进制“1”被编码成AMI“+”值时，该破坏序列为+0-00-0+，及
当AMI编码的数据流中最靠近八个零串之前的二进制“1”被编码成AMI“-”值时，该破坏序列为-0+00+0-，
其中AMI“+”值表示正差异输出电压，AMI“-”值表示负差异输出电压，而AMI“0”值表示零伏特的差异输出。
10、一种用于重新格式化可变率数据为在一固定率下通讯至外部装置的装置，包含：
一用于从一数据包封的多工中恢复该可变率数据的固定长度包封的解码器；
该可变率数据具有一相关的数据率；
一用于将包封起始字节加至各该恢复包封的起始处的编码器；
一用于决定何时该可变率数据的信息率低于固定率的装置；
当该可变率数据的信息率低于该固定率时，该编码器响应该决定装置，亦将填充位加至至少数个该恢复包封；及
一耦合至该编码器的输出端口，用以在该固定率下将具有加入的包封起始位组及填充位的该恢复包封供至该外部装置。
11、根据权利要求10的装置，其中：
该编码器使用交替标号倒转(AMI)及二进制八零取代(B8ZS)编码具有加入的包封起始字节及填充位的该恢复包封，以提供用于输出至该外部装置的编码的数据流。
12、根据权利要求11的装置，其中该包封起始字节包含一AMI破坏序列。
13、根据权利要求12的装置，其中该B8ZS编码化以一AMI破坏序列取代在具有增加填充位的该恢复包封中的八个零串。
14、根据权利要求11的装置，其中该B8ZS编码化以一AMI破坏序列取代在具有增加填充位的该恢复包封中的八个零串。
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