CN101227618A - 可执行前向纠错的手持式数字视频广播系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可执行前向纠错的手持式数字视频广播系统，包含调谐器、基带接收器以及嵌入式存储器。调谐器是用来接收数据流，基带接收器是用来提取多协议封装－前向纠错帧的数据字节，并对所提取的每一数据字节进行征状值计算以判断出对应的部分征状值，嵌入式存储器累计每一部分征状值以得出最终完整的征状值；当多协议封装－前向纠错帧内的所有最终征状值均被计算出来之后，基带接收器再计算出对应的错误值并利用错误值对多协议封装－前向纠错帧进行前向纠错，使得错误更正的速度得到大幅地增加，并且减小了嵌入式存储器的大小，可以降低硬件成本，同时可以大幅地增加外部存储器的存取效率。
Description
技术领域
本发明是关于一种通信系统，特别是关于一种可执行前向纠错的手持式数字视频广播系统及其方法。
背景技术
由于使用者对于更精密的移动装置的持续需求，制造商们纷纷投入支持多媒体流内容的手持式装置(例如手机)的生产。手持式数字视频广播(DigitalVideo Broadcasting Handheld，以下简称为DVB-H)标准就是此技术中一个可传送数字电视频信号以及网络服务的重要标准。由于在某些环境下，手持式装置可能会遇到接收信号不良的问题，制造商们使用了一种被称为多协议封装-前向纠错(multi-protocol-encapsulation forward-error-correction，以下简称为MPE-FEC)的额外错误更正机制来更正接收信号的错误。
请同时参考图1及图2，图1为第一相关技术的DVB-H系统100的示意图。DVB-H系统100包含调谐器(tuner)110、基带接收器120、主机子系统130、大容量嵌入式存储器(embedded memory)140、媒体播放器150、以及外部存储器160。图2为MPE-FEC帧的示意图，MPE-FEC帧为具有255列(column)及1024行(row)的矩阵。请注意，矩阵的行数可调整，且MPE-FEC帧可能具有256、512、768及1024行。MPE-FEC帧的前191列包含应用数据，即开放系统互连(Open System Interconnect，OSI)中第3层的数据包(datagram)，也称为因特网协议(Intemet Protocol，以下简称为IP)数据包，且后64列包含里德所罗门(Reed-Solomon，以下简称RS)码的奇偶校验(parity)数据。数据的接收是在垂直方向以字节(byte)为单位进行，因此在下一列的数据被接收前，前一列已建立完成。每一行包含一个RS(255，191，64)编码字组(codeword)，其中每一编码字组各可推导出一个64字节的征状值(syndrome)。
一般的前向纠错程序包含4个阶段。首先，当接收到一个完整的MPE-FEC帧数据时，产生对应于MPE-FEC帧数据中每一编码字组的64字节的征状值。接着计算出错误发生的位置，并求出各错误位置的错误值。最后，利用已知的错误位置将错误值加到MPE-FEC帧中相对应的数据字节中，以完成前向纠错程序。
在DVB-H系统100中，调谐器110接收数据流，且基带接收器120将数据流转换成符合动态图像专家组-2(Moving Picture Experts Group-2，MPEG-2)规范的传输流，提取出MPE-FEC帧中的字节，并将这些字节存储到大容量嵌入式存储器140中。当接收到MPE-FEC帧中所有的字节时，基带接收器120计算对应每一个编码字组的征状值，接着利用这些征状值来计算出错误发生的位置以及错误值(此方法称为全RS译码)，或利用循环冗余校验(cyclic redundancy check，CRC)进行检查以找出消除信息(erasureinformation)(即错误发生位置)，并从征状值与消除信息中计算出错误值(此方法称为半RS译码)，此错误值会被加到大容量嵌入式存储器140中的MPE-FEC帧中以更正错误，更正后的IP数据包被送到主机子系统130中进行后续处理。由于大容量嵌入式存储器140必须存储完整的MPE-FEC帧，为了存储255×1024字节的MPE-FEC帧，大容量嵌入式存储器140的容量必须要达到2兆比特。当存储器设置于芯片上时，过大的存储器将会造成许多问题，例如增加芯片面积以及降低芯片良率等等。
为了避免使用大的嵌入式存储器(例如静态随机存取存储器(SRAM))，其它相关技术中的DVB-H系统不含有嵌入式存储器，而是将MPE-FEC帧存储于外部存储器(例如动态随机存取存储器(Dynamic random access memory，以下简称DRAM))中。请参考图3，图3是第二相关技术的DVB-H系统300的示意图。DVB-H系统300包含调谐器310、基带接收器320、主机子系统340、媒体播放器350以及外部存储器360。调谐器310接收数据流，接着基带接收器320将数据流转换成MPEG-2格式的传输流，且MPE-FEC帧的数据字节是被提取出来并传送至外部存储器360中。当所有的数据字节均被接收完成时，MPE-FEC帧中的每一编码字组被提取出来并回传到基带接收器320以进行RS译码。由于经过错误更正后的编码字组必须再被送回主机子系统340，所以基带接收器320及主机子系统340之间的总线必须是双向的。而且在总线上传送整个MPE-FEC帧将产生相当大的传输量。此外，此方法具有一个更严重缺点，即RS解码过程中的每一个阶段都必须以交错(interleaved)的顺序来执行，因此只允许单一字节DRAM存取。由于每一次DRAM的存取都需要耗费额外的操作周期，使得DRAM带宽的使用效率大为降低。其中额外操作周期的耗费主要是因为在真正的数据传输周期之前，必须先送出存取指令、行地址及列地址。显然，爆发式(burst)连续DRAM存取所需的额外操作周期平均比单一字节存取方式所需的额外操作周期小，因此采用爆发式连续DRAM存取是比较好的选择。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明是提供了一种用来对手持式数字视频广播系统执行前向纠错的系统及其方法。
本发明提供了一种可执行前向纠错的DVB-H系统，包含调谐器、耦接于调谐器的基带接收器、以及耦接于基带接收器的嵌入式存储器，其中调谐器是用来接收数据流，基带接收器是用来提取MPE-FEC帧的数据，并对提取出的每一数据字节进行征状值计算以求出对应的部分征状值，嵌入式存储器累计每一部分征状值以得出最终的征状值；当MPE-FEC帧的所有最终征状值均被计算出来之后，基带接收器再计算出对应的错误值并利用该多个错误值对MPE-FEC帧进行前向纠错。
本发明提供的前向纠错的方法，包含：接收数据流，连续地提取出数据流中MPE-FEC帧的多个数据字节，对提取出的每一数据字节进行征状值计算以得出对应的部分征状值，累计每一部分征状值以求出多个最终的征状值。当MPE-FEC帧所有的最终征状值均被计算出来之后，再计算出对应每一编码字组的所有错误值，并利用错误值对MPE-FEC帧进行前向纠错。
本发明提供的用来对手持式数字视频广播系统执行前向纠错的系统及其方法，通过计算对应于每一数据字节的部分征状值，并逐步累加以得出最终的征状值，最后再计算出对应每一编码字组的错误值，使得错误更正的速度得到大幅地增加，并且减小了嵌入式存储器的大小，可以降低硬件成本。此外，通过以计算出的错误值覆写存储在嵌入式存储器中的征状值，可使错误更正以非交错的形式进行，因此对外部存储器的存取可以改采连续的爆发式存取，可以大幅地增加外部存储器的存取效率。
附图说明
图1为第一相关技术的DVB-H系统的示意图。
图2是MPE-FEC帧的结构示意图。
图3为第二相关技术的DVB-H系统的示意图。
图4是本发明DVB-H系统的一实施例的示意图。
图5是本发明在手持式数字视频广播系统中执行前向纠错的方法的一实施例的流程图。
具体实施方式
请参考图4，其为本发明DVB-H系统的一实施例的示意图。DVB-H系统400包含调谐器410、基带接收器420、嵌入式存储器430、主机子系统440、媒体播放器450以及外部存储器460，其中外部存储器460在本实施例中是以外部DRAM来实现。DVB-H系统400与图1所示的DVB-H系统100间的差别在于嵌入式存储器430的最大数据存储容量为64千字节(64K byte)，大致为图1中嵌入式存储器130数据存储容量的四分之一。这是因为嵌入式存储器430在本实施例中只是用来存储MPE-FEC帧的征状值，而不是用于存储整个MPE-FEC帧。另外，需要注意的是，基带接收器420、主机子系统440以及外部存储器460的功能不同于图1及图2中所示的相对应的组件的功能。这些不同点以及操作方法将在以下段落中详细叙述。
首先，调谐器410接收数据流。数据流接着被传送到基带接收器420中，由基带接收器420将其转换成MPEG-2格式的传输流，并将其中的MPE-FEC帧的数据字节提取出来。只有MPE-FEC帧的应用数据表(前191列)须被传送到外部存储器460(即外部DRAM)中。应用数据表载有IP数据包，但是RS数据表(后64列)则载有FEC码的同步字节。由于RS数据表中的同步数据只用于征状值的计算，因此可在基带接收器420执行完征状值计算后就丢弃。基带接收器420也同时对提取出的每一个数据字节进行部分征状值计算。如前所述，一个255字节的RS(255，191，64)编码字组的征状值大小为64字节，且当基带接收器420接收到每一数据字节时即可计算出64字节的部分征状值。在计算出编码字组中对应于第一数据字节的64字节的部分征状值后，部分征状值被存储于嵌入式存储器430中，而当计算出对应于第二数据字节的64字节的部分征状值时，对应于第一数据字节的64字节的部分征状值从嵌入式存储器430中被读取出来，且这两个部分征状值相加后并且回存到嵌入式存储器430以更新原来的部分征状值。这样一来，当MPE-FEC帧中所有的数据字节均被接收时，其对应的最终征状值就已经产生。基带接收器420接着存取嵌入式存储器430以提取出征状值，并利用征状值计算出错误位置所对应的错误值。请注意，错误位置可从征状值中直接得出，或利用MPEG-2传输流中的循环冗余校验得出。与利用征状值计算出错误位置相比较，如果错误位置为已知(如由系统前端解调器的错误检测模块得知)，则前向纠错的方法可更正更多的错误。当每一编码字组的错误值均产生后，因为先前所存储的征状值已经没有用处，这些错误值可以直接存储在嵌入式存储器430同一位置(即同一存储空间)并覆写原征状值。这样一来，嵌入式存储器430的空间就可以被充分利用。请注意，这些错误值也可被直接传送至主机子系统440，而这些变化均属于本发明的范围内。但是，将错误值先存储在嵌入式存储器430中对DRAM的存取效率的提升是有利的。虽然每一编码字组的错误值的计算及存储是以编码字组为单位(水平方向)，但错误值却是以IP数据包的顺序被读取(垂直方向非交错(de-interleaved)的顺序)并传送至主机子系统440以进行数据更正。另外从MPEG-2传输流或征状值中获得的错误位置的信息同样预先传送至主机子系统440。由主机子系统440从外部存储器460(即外部DRAM)以非交错的顺序提取出MPE-FEC帧的接收数据字节，并参考错误位置以将错误值与MPE-FEC帧数据相加。因此，前向纠错操作在基带接收器420及主机子系统440间只需要单向的总线。此外，也不需要单一字节的DRAM存取。所有的DRAM存取均可采用连续的爆发式存取。因此，本实施例可达到最高的DRAM带宽使用效率。
接下来将详细介绍实时(on-the-fly)征状值计算的步骤。请再参考图2，如图所示，MPE-FEC帧包含255列及1024行，其中每一行包含有一个RS(255，191,64)编码字组，每一编码字组可产生64字节的征状值。由于数据并不是以交错方式(一行接着一行)被接收，所以相关技术必须等到整个MPE-FEC帧接收完成后才能开始执行征状值计算。以上所揭露的基带接收器420则无此限制，在计算出第一数据字节(即第1列第1行)的部分征状值后，将其写入嵌入式存储器430。接着对每一行的第一数据字节进行相同的处理。当第1行的第二数据字节(第1行第2列)被接收时，基带接收器420计算对应的部分征状值并将对应于第1行第1列的部分征状值读取出来，将其与对应于第1行第2列的部分征状值作累加以产生新的累计的部分征状值，接着将累计的部分征状值回存到嵌入式存储器430中并覆写原先已存储的对应于第1行第1列的部分征状值。当第2行第2列的数据字节被接收时，同样地，基带接收器420会计算出对应的部分征状值，读取嵌入式存储器430中对应于第2行第1列的部分征状值，并将其相加以产生累计的部分征状值，再将累计的部分征状值存储在嵌入式存储器430中并覆写已存储的对应于第2行第1列的部分征状值。最后，当对应于第1行第255列的部分征状值被计算出来且加上对应于第1行第254列的累计的部分征状值后，即可得出对应于第1行的最终征状值。每一编码字组的64字节的最终征状值仍会被写入到嵌入式存储器430中以用于后续的错误值计算。
当接收到全部的MPE-FEC帧后，征状值的计算也随之完成。基带接收器420可立即开始计算对应每一个编码字组的错误值。实时征状值计算的优点是前向纠错程序可以同时进行步骤1及步骤2(接收MPE-FEC帧数据及分别计算对应的征状值)。对应于每一编码字组的错误值是根据从该编码字组计算得出的64字节征状值计算得出的。当得出错误值后，征状值就不会再被使用到。由于每一编码字组的错误值的最大数量同样是64字节，因此可以用嵌入式存储器同一存储位置来存储MPE-FEC帧的所有错误值。但是，如前所述，错误值并不一定要存储在嵌入式存储器430中，也可直接传送至主机子系统440。而存储所有错误值主要的优点是步骤4(数据更正)可以以IP数据包的顺序(垂直方向)执行，而不是以交错顺序来执行。
接着，计算出来的错误值可被送到主机子系统440，主机子系统440也会从外部存储器460中提取出MPE-FEC帧数据，并通过这些已知的错误位置，以判断出MPE-FEC帧中具有错误的字节，来执行前向纠错的最后一个阶段，将接收的字节与对应的错误值相加。通过在主机子系统440中执行的最终步骤，可以不必将MPE-FEC帧的所有资料回送到基带接收器420，因此，主机子系统440与基带接收器420之间只需要单向的总线即可。
请参考图5，其是本发明在手持式数字视频广播系统中执行前向纠错的方法的一实施例的流程图，包含：
步骤500：开始。
步骤502：接收数据流。
步骤504：利用基带接收器连续地提取出MPE-FEC帧的数据字节，并执行征状值计算以产生每一数据字节的部分征状值。
步骤506：只将提取出的MPE-FEC帧中的应用数据表(前191列)传送至外部存储器，并将产生的部分征状值传送至嵌入式存储器，以及利用基带接收器来累计部分征状值以产生相对应的征状值。
步骤508：外部存储器是否接收到完整的MPE-FEC帧？如果是，则进入步骤510；如果不是，则回到步骤506。
步骤510：利用基带接收器及存储在嵌入式存储器中的征状值来计算出MPE-FEC帧的错误值(也可以是错误位置)。
步骤512：利用主机子系统、错误位置以及错误值以IP数据包的顺序对MPE-FEC帧进行前向纠错。
步骤514：结束。
需要注意的是，嵌入式存储器430也可只用来存储征状值，而这些设计变化均属于本发明的范围内，但是，将错误值存储在嵌入式存储器430的好处是可使错误更正步骤以非交错顺序(或IP数据包顺序)进行。须注意，同一编码字组的错误位置是发生在不连续的存储器空间中。如果所有的错误值并不是暂时存储在嵌入式存储器中，而是立即地用来执行错误更正，错误更正步骤便必须依交错顺序，一个编码字组接着一个编码字组的顺序(水平方向)进行，因此只能对DRAM进行单一字节存取方式。在本发明中，由于所有的错误值均已经全部存储在嵌入式存储器430中(通过覆写先前存储的征状值)，因此，错误更正步骤不须依照编码字组的顺序，而可以改由非交错顺序来进行，其好处是DRAM的存取可以是连续的爆发式存取，以节省DRAM的带宽。因为更正后的数据字节已经是依照IP数据包的顺序排列，另一个以非交错顺序进行数据更正的优点是，可将更正后的数据字节直接输出至后面的IP处理单元来进行后续处理而不须再写回外部存储器460中。如果数据是以交错顺序来进行更正，表示更正后的数据字节需要再以交错顺序存储回外部存储器460，然后再以IP数据包的顺序从外部存储器460中读取出来。
通过执行实时的征状值计算，错误更正的速度可以大幅地增加。在嵌入式存储器440中存储征状值，而不是存储整个MPE-FEC帧，可将存储器大小缩减到相关技术中所使用的嵌入式存储器大小的四分之一。此外，以计算出的错误值覆写掉存储在嵌入式存储器440中的征状值可使错误更正以非交错的形式进行，因此DRAM的存取可以改采连续的爆发式存取而不是单一字节的存取，可以大幅地增加DRAM的存取效率。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的范围内，可以做一些改动，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的范围为准。
Claims (20)
1.一种在手持式数字视频广播系统中执行前向纠错的方法，包含：
接收数据流；
连续地提取出所述的数据流中多协议封装-前向纠错帧的多个数据字节；
对提取出的所述的多协议封装-前向纠错帧的每一数据字节进行征状值计算以求出每一相对应的部分征状值；
累加每一部分征状值以得出多个最终的征状值；
当所述的多协议封装-前向纠错帧的所有的最终征状值均已得出时，计算出相对应的多个错误值；以及
利用所述的多个错误值以对所述的多协议封装-前向纠错帧进行前向纠错。
2.如权利要求1所述的在手持式数字视频广播系统中执行前向纠错的方法，其特征在于，所述的累加每一部分征状值以得出最终的征状值的步骤包含：
在所述的手持式数字视频广播系统中提供嵌入式存储器；
将多个部分征状值连续地传送至所述的嵌入式存储器；以及
在所述的嵌入式存储器的特定存储空间中累计每一部分征状值，直到得出完整的最终征状值。
3.如权利要求2所述的在手持式数字视频广播系统中执行前向纠错的方法，其特征在于，所述的当所述的多协议封装-前向纠错帧的所有最终征状值均被计算出时，接着计算出相对应的多个错误值的步骤进一步包含：
以所述的多个对应的错误值覆写所述的嵌入式存储器中的所述的多个征状值。
4.如权利要求3所述的在手持式数字视频广播系统中执行前向纠错的方法，其特征在于，所述的连续地提取出所述的数据流中多协议封装-前向纠错帧的多个数据字节的步骤进一步包含：
在所述的手持式数字视频广播系统中提供外部存储器；以及
将提取出的所述的多个数据字节连续地传送至所述的外部存储器。
5.如权利要求4所述的在手持式数字视频广播系统中执行前向纠错的方法，其特征在于，所述的利用所述的多个错误值以对所述的多协议封装-前向纠错帧进行前向纠错的步骤包含：
从所述的嵌入式存储器中提取出所述的多个错误值；
从所述的外部存储器中提取出所述的多个数据字节；以及
结合所提取的所述的多个错误值与所述的多个数据字节以执行所述的前向纠错。
6.如权利要求5所述的在手持式数字视频广播系统中执行前向纠错的方法，其特征在于，结合所提取的所述的多个错误值及所述的多个数据字节的步骤是以非交错的顺序来进行。
7.如权利要求2所述的在手持式数字视频广播系统中执行前向纠错的方法，其特征在于，所述的当所述的多协议封装-前向纠错帧的所有征状值均已得出时，计算出相对应的多个错误值的步骤进一步包含：
提供主机子系统；以及
将所述的多个错误值直接传送至所述的主机子系统。
8.如权利要求7所述的在手持式数字视频广播系统中执行前向纠错的方法，其特征在于，所述的连续地提取出所述的数据流中多协议封装-前向纠错帧的多个数据字节的步骤进一步包含：
在所述的手持式数字视频广播系统中提供外部存储器；以及
将提取出的所述的多个数据字节连续地传送至所述的外部存储器。
9.如权利要求8所述的在手持式数字视频广播系统中执行前向纠错的方法，其特征在于，所述的利用所述的多个错误值以对所述的多协议封装-前向纠错帧进行前向纠错的步骤包含：
从所述的外部存储器中提取所述的多个数据字节；以及
结合所提取的所述的多个错误值与所述的多个数据字节以执行所述的前向纠错。
10.如权利要求2所述的在手持式数字视频广播系统中执行前向纠错的方法，其特征在于，所述的在所述的嵌入式存储器的所述的特定存储空间中累计每一个部分征状值直到得出所述的完整的最终征状值的步骤包含：
读取所述的嵌入式存储器中的所述的特定存储空间；
将所述的部分征状值累计至所读取的所述的特定存储空间中，以产生累计征状值；以及
以所述的累计征状值覆写所述的特定存储空间，直到得出所述的完整的最终征状值。
11.如权利要求2所述的在手持式数字视频广播系统中执行前向纠错的方法，其特征在于，所述的嵌入式存储器的最大数据存储容量等于所述的多协议封装-前向纠错帧中奇偶校验数据的大小。
12.一种可执行前向纠错的手持式数字视频广播系统，包含：
调谐器，用来接收数据流；
基带接收器，耦接于所述的调谐器，用来提取多协议封装-前向纠错帧的数据字节，并对所提取的每一数据字节进行征状值计算以得出对应的部分征状值；以及
嵌入式存储器，耦接于所述的基带接收器，用来累计每一部分征状值以得出完整的最终征状值；
其中当所述的多协议封装-前向纠错帧的所有完整的最终征状值均被计算出来后，所述的基带接收器计算出相对应的多个错误值并利用所述的多个错误值对所述的多协议封装-前向纠错帧进行前向纠错。
13.如权利要求12所述的可执行前向纠错的手持式数字视频广播系统，其特征在于，所述的嵌入式存储器连续地从所述的基带接收器接收所述的多个部分征状值，并在所述的嵌入式存储器的特定存储空间中累计每一部分征状值直到得出完整的最终征状值。
14.如权利要求13所述的可执行前向纠错的手持式数字视频广播系统，其特征在于，所述的基带接收器读取所述的嵌入式存储器中的所述的特定存储空间，将所计算的每一部分征状值累计至所述的特定存储空间以产生累计征状值，并以所述的累计征状值覆写所述的特定存储空间。
15.如权利要求12所述的可执行前向纠错的手持式数字视频广播系统，其特征在于，所述的基带接收器以所述的多个错误值覆写所述的嵌入式存储器中的所述的多个征状值。
16.如权利要求15所述的可执行前向纠错的手持式数字视频广播系统，其特征在于，所述的多个错误值可以以非交错顺序与所提取的所述的多个数据字节相加。
17.如权利要求12所述的可执行前向纠错的手持式数字视频广播系统，其特征在于，所述的嵌入式存储器的最大数据存储容量等于所述的多协议封装-前向纠错帧中奇偶校验数据的大小。
18.如权利要求12所述的可执行前向纠错的手持式数字视频广播系统，其特征在于，进一步包含：
外部存储器，耦接于所述的基带接收器，用来连续地接收提取出的所述的多协议封装-前向纠错帧的所述的多个数据字节。
19.如权利要求18所述的可执行前向纠错的手持式数字视频广播系统，其特征在于，进一步包含：
主机子系统，耦接于所述的嵌入式存储器及所述的基带接收器之间，用来从所述的基带接收器接收提取出的所述的多个错误值，从所述的外部存储器提取出所述的多协议封装-前向纠错帧的所述的多个数据字节，以及结合所述的多个错误值与提取出的所述的多个数据字节以执行所述的前向纠错。
20.如权利要求19所述的可执行前向纠错的手持式数字视频广播系统，其特征在于，所述的多个错误值是直接传送至所述的主机子系统。
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