CN101909181B - 数字视频信号解调装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种数字视频信号解调装置及其方法，用于一正交频分多路复用(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，OFDM)通讯系统的接收端，其接收多个OFDM符号，可耦接于一外部存储器以储存多个数据数列，该数字视频信号解调装置包含：一解交错器，用以将这些数据数列解交错以产生多个解交错数列；一解码器，耦接于该解交错器，用以根据这些解交错数列产生多个数据流；一重建装置，耦接于该解码器，该重建装置用以将这些数据流重建回一传送流；以及一存储器接口单元，耦接于该外部存储器，用以将这些数据数列与这些数据流存取于该外部存储器。其中，该外部存储器包含一解交错缓冲区与一重建数据缓冲区，该解交错缓冲区用以储存这些数据数列，该重建数据缓冲区用以储存这些数据流。

Description

数字视频信号解调装置及其方法
技术领域
本发明是有关一种解调装置及其方法，特别是有关用于数字通讯系统接收端的解调装置及其方法。
背景技术
图1是数字视讯广播系统示意图。发送器150包含编码器100和调制器110，接收器160包含解调器120和影像解码器(video decoder)130。该数字视讯广播系统的输入包含多个数字数据流，每一数字数据流通过一实体层管(Physical LayerPipe，简称PLP)传送，以封包(packet)为单位，一个封包为188位组。经过编码的传送流TS0、TS1、TS2，分别代表不同节目频道，在欧规数字视讯广播(DigitalVideo Broadcasting over Terrestrial 2，DVB-T2)系统中，调制器110会将传送流TS0、TS1、TS2拆解成数据流data_PLP0、data_PLP1、data_PLP2和common_PLP。数据流common_PLP是由传送流TS0、TS1、TS2共同的数据封包所组成，数据流data_PLP0、data_PLP1、data_PLP2则分别是传送流TS0、TS1、TS2除了共同数据封包和空封包之外的数据封包。将不同传送流中共同数据封包集合在一数据流common_PLP传送，可节省重复传送相同数据封包所占的频宽。接收端可选择一个欲观赏的频道，举例而言，选择的频道对应传送流TS0，则接收器160内的解调器120会将对应传送流TS0的数据流data_PLP0和数据流common_PLP结合起来，以还原产生MPEG-2规格的传送流TS0’至影像解码器130。
因此需要一种数字视频信号解调装置，可以低成本实现数字视频信号解调。
发明内容
本发明的目的是提供一种数字视频信号解调装置及解调方法，以低成本实现数字视频信号解调。
本发明揭露一种数字视频信号解调装置，用于一正交频分多路复用(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，OFDM)通讯系统的接收端，其接收多个OFDM符号，可耦接于一外部存储器以储存多个数据数列，该数字视频信号解调装置包含：一解交错器，用以将这些数据数列解交错以产生多个解交错数列；一解码器，耦接于该解交错器，用以根据这些解交错数列产生多个数据流；一重建装置，耦接于该解码器，该重建装置用以将这些数据流重建回一传送流；以及一存储器接口单元，耦接于该外部存储器，用以将这些数据数列与这些数据流存取于该外部存储器。其中，该外部存储器包含一解交错缓冲区与一重建数据缓冲区，该解交错缓冲区用以储存这些数据数列，该重建数据缓冲区用以储存这些数据流。
本发明亦揭露一种数字视频信号解调方法，用于一正交频分多路复用通讯系统的接收端，该数字视频信号解调方法包含以下步骤：将多个数据数列储存于一外部存储器的一解交错缓冲区；自该解交错缓冲区读取这些数据数列进行解交错，以产生多个解交错数列；将这些解交错数列进行一解码处理，以产生多个数据流，储存于该外部存储器的一重建数据缓冲区；自该重建数据缓冲区读取这些数据流，将这些数据流重建以输出一传送流。
本发明的有益技术效果是：本发明的数字视频信号解调装置及数字视频信号解调方法，利用块状模式解交错以及线性存取存储器的配置，使得利用外挂储存装置的配置进行数字视频信号解调成为可能，可节省总线频宽，并可节省芯片成本又能有效率地读写数据。
附图说明
本发明可通过下列结合附图的说明被获得一更深入的了解：
图1是数字视讯广播系统示意图。
图2是解交错装置方块图。
图3是解交错区块示意图。
图4是根据本发明具体实施例的解交错装置方块图。
图5是根据本发明具体实施例的解交错区块示意图。
图6是根据本发明具体实施例的解调装置方块图。
图7是根据本发明具体实施例的解调方法流程图。
具体实施方式
图2是解交错装置200方块图。解交错装置200包含一解交错控制器210、地址产生器220、输入缓冲器230、输出缓冲器240和储存装置250。输入数据数列先寄存于输入缓冲器230，解交错控制器210依序将输入缓冲器230内的数据写入储存装置250的各地址，读取时则利用地址产生器220，根据一解交错顺序指示读取数据的地址，以读取数据至输出缓冲器240寄存，再依序将输出缓冲器240内的数据输出，以产生一解交错数据数列。
图3是解交错区块示意图，解交错区块包含100个待解交错的数据，图2中数据的编号代表依序写入储存装置地址的相对顺序。数据数列1、2、3、…、100分别依序写入储存装置地址1、2、3、…、100，而从解交错区块来看，写入的顺序为垂直方向直的写入，行方向为从左到右。欲输出解交错数据数列时，从储存装置读取数据的顺序为1、11、21…91、2、12、…92、3、13、…，依此类推，而从解交错区块来看，读取的顺序为水平方向读取，列方向由上到下，以形成解交错的数据数列1、11、21…91、2、12、…92、3、13、…、90、100。因此需等待解交错区块的数据皆写入储存装置之后，才能完整读取出解交错的数据数列，当解交错区块非常庞大时，则需要容量很大的储存装置，若该储存装置为内建静态随机存取存储器(static random access memory，简称SRAM)，则使得集成电路面积与成本皆增加，若该储存装置以动态随机存取存储器(dynamic random access memory，简称DRAM)实施之，虽然成本较低，但在读取出解交错数据数列时由于连续读取跨越存储器组(memory bank)的地址而增加读取所需时间，占用存储器接口装置的总线频宽，举例而言，地址1、11、21可能分属于不同的存储器组，而当解交错区块越大，读取数据时跨越存储器组的机率则越高。当解交错装置应用于第二代欧规数字视讯广播(DVB-T2)系统的接收端，由于DVB-T2系统常需要传送高分辨率(high definition)视讯信号，数据量皆非常庞大，因此需要一种能节省芯片成本又能有效率地读写数据的解调装置。
图4是根据本发明具体实施例的解交错装置400方块图，解交错装置400包含解交错器410、存储器接口单元(memory interface unit，简称MIU)420和解交错缓冲器430，解交错缓冲器430可由一外部存储器实施之，举例而言，可由动态随机存取存储器(dynamic random access memory，简称DRAM)实施之。解交错器410通过存储器接口单元420将输入数据数列写入解交错缓冲器430，并通过存储器接口单元420从解交错缓冲器430中读取数据以产生一解交错数据数列。解交错器410包含解交错控制器411、地址产生器412、输入缓冲器413和输出缓冲器414。输入数据数列先寄存于输入缓冲器413，解交错控制器411控制输入缓冲器413内的数据通过存储器接口单元420写入解交错缓冲器430，读取时则利用地址产生器412根据一解交错顺序产生读取数据的地址，通过存储器接口单元420读取解交错缓冲器430内对应地址的数据至输出缓冲器414寄存，解交错控制器411再依序将输出缓冲器414内的数据输出，以产生一解交错数据数列。较佳地，输入缓冲器413和输出缓冲器414可以采用先进先出存取配置。
图5是根据本发明具体实施例的块状模式(tile mode)解交错区块示意图。举例而言，解交错区块包含100个待解交错的数据，图5中数据的编号代表依序写入储存装置地址的相对顺序，举例而言，输入数据数列分别依序写入储存装置地址1、2、…、5、26、27、…、30、6、…、10、31、…、35、11、…、99、100，从解交错区块来看，写入的顺序为垂直方向直的写入，行方向为从左到右。读取解交错区块以形成解交错数据数列时，读取顺序为1、6、…、21、51、…71、2、7、…22、52、…、72、3、…、95、100，从解交错区块来看，读取的顺序为水平方向从左到右，列方向为从上到下。如图5所示，解交错区块中各数据储存于解交错缓冲器的地址分配，被分割成四个连续地址的子区块，即块状模式，如此一来欲读取数据时，可于每一次丛发模式(burst mode)中连续读取各子区块内的相邻数据，可减少连续读取的地址间需要跨越存储器组(memory bank)的机率，以节省读取花费的时间和总线的频宽。举例而言，可以于每次丛发模式中连续读取地址1、6、11、16、21的五笔数据，于下一次丛发模式再读取51、56、61、66、71的五笔数据；可以发现到，通过块状模式的数据安排，连续读取地址1、6、11、16、21的五笔数据彼此相隔的距离更近，可以确保丛发模式读取的实现。假设地址21与地址51位于不同的存储器组，将地址21与地址51中的数据分别于不同丛发模式中被读取，则可避免耗费存储器使用率，相同地，欲写入数据时，可以于每次丛发模式中将数据连续写入1、2、3、4、5的地址，于下一次丛发模式再将数据连续写入26、27、28、29、30的地址，通过将数据于不同丛发模式中写入地址5与地址26中，提升写入存储器效率。
图6是根据本发明具体实施例的解调装置600方块图，解调装置600包含控制装置610、存储器接口单元620和储存装置630，控制装置610和存储器接口单元620可整合于同一集成电路上，储存装置630可为一外部存储器，举例而言，可以利用动态随机存取存储器实施之，由存储器接口单元620处理控制装置610和储存装置630之间数据的写入和读取。控制装置610包含解交错器611、重建装置612、通道估测模块613、均衡器(equalizer)614、L1(第一层)信号剖析器(layer 1signalingparser)615和解码器616。储存装置630包含解交错缓冲区631、重建数据缓冲区632、频域数据缓冲区633和L1信号数据缓冲区634。解交错器611将一交错的数据数列依照解交错顺序还原回解交错的数据数列顺序，解交错器611先将数据数列通过存储器接口单元620存于解交错缓冲区631，再通过存储器接口单元620依照解交错顺序依序读取出各数据，以形成解交错数据数列，较佳地，解交错器611是利用块状模式解交错，可于最短时间内利用块状模式与丛发模式完成解交错数据的读取，增加各丛发模式之间的空档时间，使得控制装置610的其余模块可以对储存装置630进行更大量的数据读写。应注意到，于DVB-T2系统应用时，解交错器611可包含时间解交错器(time de-interleaver)和单元解交错器(cellde-interleaver)，时间解交错器将数据数列解交错以产生时间解交错数列，储存于内建静态随机存取存储器里，单元解交错器则将时间解交错数列进行解交错处理以产生解交错数列，上述解交错器的实施方式适用于时间解交错器，其中单元解交错器的解交错方式为随机读取这些时间解交错数列以形成解交错数列，较佳地，将这些时间解交错数列储存于静态随机存取存储器，可有效率地实现大量随机地址的读取动作。
解交错器611产生的解交错数列输出至解码器616进行解码，产生数据流(datastream)输出至重建数据缓冲区632储存，以待重建装置612读取以进行重建，较佳地，数据流写入和读取的顺序采用先进先出存取配置，重建装置612通过存储器接口单元620读取重建数据缓冲区632的数据流，以将这些数据流重建回传送流(transport stream)，并正确取得位率。
L1信号数据缓冲区634用以储存L1信号数据。在数字视讯广播(Digital VideoBroadcasting over Terrestrial 2、DVB-T2)系统中，数据的传输是以帧(frame)的形式传输，于每一个帧的起始位置包含L1信号数据，可以告知接收端撷取帧(T2frames)数据流所需的参数和信息，例如数据作调制时所采用的快速傅立叶转换(Fast Fourier Transform)模式、数字通讯系统是单输入单输出(single input singleoutput，简称SISO)或多输入单输出(multiple input single output，简称MISO)。因此，当接收器接收到符合DVB-T2规格的数字数据串流时，该接收器首先要将L1信号数据自数字数据串流取出，并解读出L1信号数据中所带有的信息后，才能正确地将数字数据串流作一解调制的动作。L1信号剖析器615通过存储器接口单元620自L1信号数据缓冲区634读取出这些L1信号数据，并剖析出其带有的信息和参数，以将这些信息传送给需要的模块进行解调处理。
在无线通讯系统(wireless communication system)中，由于其无线电通道(radiochannel)通常有多重路径衰减(multipath fading)效应，以致于在接收的信号中会有符号间干扰(inter symbol interference，ISI)的问题。为了消除符号间干扰，可以在接收器中设置均衡器，而均衡器利用通道脉冲响应(channel impulse response，CIR)的信息进行均衡，使得通道脉冲响应的估测在移动无线电系统中扮演相当关键的角色。在正交频分多路复用(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，OFDM)系统中，通道脉冲响应估测可通过使用传送器和接收器预知的引导符号(pilot symbol)推知其它数据符号(data symbol)，引导符号是由一引导副载波(pilotsub-carrier)承载，数据符号是由一数据副载波(data sub-carrier)承载。举例而言，在OFDM系统中，初估频域通道响应的估测，可在各引导副载波处对其引导符号的频域传送值与频域接收值施行一最小平方差演算而得。频域传送值和频域接收值的关系为：Y(k)＝H(k)X(k)+Nk，其中Y(k)为接受器收到的信号，X(k)为传送器传送的信号，H(k)为频域通道响应，Nk代表噪声，k代表频域索引。在一OFDM符号中，引导副载波传送的数据X(k)为已知，数据副载波的X(k)仍为未知。因此可先得知引导符号对应的H(k)：
Figure GSA00000067238000061
噪声项可先忽略，接着再用通道估测方法估测出其余数据副载波对应的频域通道响应H(k)，因此，如果可以知道频域通道响应H(k)，则可知数据副载波传送的数据
Figure GSA00000067238000062
频域数据缓冲区633储存接收的OFDM符号，存取的顺序是采用先进先出(firstin first out，简称FIFO)配置，各OFDM符号包含多个频域数据符号(datasymbol)和引导符号(pilot symbol)。通道估测模块613根据接收的OFDM符号中已知的引导符号，产生频域通道响应H(k)输出至均衡器614，均衡器614则通过存储器接口单元620读取各OFDM符号的数据符号，以根据这些频域通道响应均衡数据符号传送的信息，亦即
Figure GSA00000067238000063
图7是根据本发明具体实施例的解调方法流程图，用于DVB-T2系统的接收端，流程始于步骤700，步骤710是将数据数列的多个数据储存于一外部存储器的解交错缓冲区，举例而言，外部存储器可用动态随机存取存储器实施之，较佳地，储存方式以块状模式储存，步骤720是自该解交错缓冲区读取这些数据，以产生时间解交错数列(time de-interleaving)，储存于内部存储器，而该读取方式可有效率地利用丛发模式读取于块状模式的连续区块间的地址。步骤730是将时间解交错数列进行单元解交错(cell de-interleaving)，以产生解交错数列。应注意到，由于单元解交错的方式需以随机读取方式读取这些时间解交错数列以形成解交错数列，不适于使用块状模式进行读取，较佳地，可将时间解交错数列储存于静态随机存取存储器。步骤740是将解交错数列进行解码处理，以产生多个数据流，储存于外部存储器的重建数据缓冲区。步骤750是自该重建数据缓冲区读取这些数据流，将这些数据流重建以输出一传送流。流程结束于步骤760。由于数据数列的这些数据是采用块状模式存入解交错缓冲器，因此可高效率地利用块状模式与丛发模式完成对解交错缓冲区的读取。于此实施例中，可将L1信号数据储存于外部存储器的一L1信号数据缓冲区，于各丛发模式之间的空档时自该L1信号数据缓冲区读取L1信号数据，以剖析这些L1信号数据所带有的信息；亦可将所接收的OFDM符号储存于外部存储器的先进先出配置的频域数据缓冲区，并根据这些OFDM符号执行通道估测，产生频域通道响应，接着于各丛发模式之间的空档时再自该频域数据缓冲区读取这些OFDM符号，利用频域通道响应来均衡OFDM符号。
本发明提出利用块状模式解交错以及线性存取存储器的配置，使得利用外挂储存装置的配置进行数字视频信号解调成为可能，达成节省总线频宽，并节省芯片面积与成本的目的。举例而言，可采用同步动态随机存取存储器(synchronousdynamic random access memory，简称SDRAM)，每1MHz存取1位(bit)，解交错器和解交错缓冲区之间的写入和存取占用的频宽分别为9.1429MHz，L1信号数据缓冲区读写所需的频宽亦分别为9.1429MHz，频域数据缓冲区读取所需的频宽为12MHz，写入所需的频宽为9.1429MHz，而重建数据缓冲区读写所需的频宽皆为2.5MHz，假设总线使用率为0.8，则本实施例所需的32-bit SDRAM存储器频宽应至少为(9.1429*5+12+2.5*2)/0.8＝78.393MHz，利用上述实施例的技术手段，可以利用SDRAM实现本发明具体实施例。
综上所述，本发明揭露一种数字视频信号解调装置，用于一正交频分多路复用(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，OFDM)通讯系统的接收端，其接收多个OFDM符号，可耦接于一外部存储器以储存多个数据数列，该数字视频信号解调装置包含：一解交错器，用以将这些数据数列解交错以产生多个解交错数列；一解码器，耦接于该解交错器，用以根据这些解交错数列产生多个数据流；一重建装置，耦接于该解码器，该重建装置用以将这些数据流重建回一传送流；以及一存储器接口单元，耦接于该外部存储器，用以将这些数据数列与这些数据流存取于该外部存储器。其中，该外部存储器包含一解交错缓冲区与一重建数据缓冲区，该解交错缓冲区用以储存这些数据数列，该重建数据缓冲区用以储存这些数据流。
本发明亦揭露一种数字视频信号解调方法，用于一正交频分多路复用通讯系统的接收端，该解调方法包含以下步骤：将多个数据数列储存于一动态随机存取存储器的一解交错缓冲区；自该解交错缓冲区读取这些数据数列进行解交错，以产生多个解交错数列；将这些解交错数列进行一解码处理，以产生多个数据流，储存于该动态随机存取存储器的一重建数据缓冲区；自该重建数据缓冲区读取这些数据流，将这些数据流重建以输出一传送流。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出各种等同的改变或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。

Claims (18)

1.一种数字视频信号解调装置，用于一正交频分多路复用（OFDM）通讯系统的接收端，其接收多个OFDM符号，可耦接于一外部存储器以储存多个数据数列，该数字视频信号解调装置包含：
一解交错器，用以将这些数据数列的地址分配分割成多个连续的子区块，于每一次丛发模式时，利用块状模式连续读取各子区块内的相邻数据，以产生多个解交错数列；
一解码器，耦接于该解交错器，用以根据这些解交错数列产生多个数据流；
一重建装置，耦接于该解码器，用以将这些数据流重建回一传送流；以及
一存储器接口单元，耦接于该外部存储器，用以将这些数据数列与这些数据流存取于该外部存储器。
2.根据权利要求1所述的数字视频信号解调装置，其特征在于，该外部存储器包含一解交错缓冲区与一重建数据缓冲区，该解交错缓冲区用以储存这些数据数列，该重建数据缓冲区用以储存这些数据流。
3.根据权利要求2所述的数字视频信号解调装置，其特征在于，该重建数据缓冲区是以一先进先出的配置存取这些数据流。
4.根据权利要求3所述的数字视频信号解调装置，其特征在于，该解交错器包含一时间解交错器与一单元解交错器。
5.根据权利要求4所述的数字视频信号解调装置，其特征在于，这些时间解交错数列储存于一内部存储器。
6.根据权利要求5所述的数字视频信号解调装置，其特征在于，该单元解交错器将这些时间解交错数列解交错以产生这些解交错数列。
7.根据权利要求3所述的数字视频信号解调装置，其特征在于，还包含一通道估测模块，用以根据这些OFDM符号产生多个频域通道响应。
8.根据权利要求7所述的数字视频信号解调装置，其特征在于，该外部存储器还包含一频域数据缓冲区，用以储存这些OFDM符号。
9.根据权利要求8所述的数字视频信号解调装置，其特征在于，该频域数据缓冲区是以该先进先出的配置存取这些OFDM符号。
10.根据权利要求9所述的数字视频信号解调装置，其特征在于，还包含一均衡器，耦接于该通道估测模块，读取该频域数据缓冲区中的这些OFDM符号，并根据这些频域通道响应均衡这些OFDM符号。
11.根据权利要求1所述的数字视频信号解调装置，其特征在于，还包含一L1信号剖析器，用以剖析多个L1信号数据。
12.根据权利要求11所述的数字视频信号解调装置，其特征在于，该外部存储器还包含一L1信号数据缓冲区，用以储存这些L1信号数据。
13.一种数字视频信号解调方法，用于一正交频分多路复用通讯系统的接收端，其特征在于，该解调方法包含以下步骤：
将多个数据数列储存于一外部存储器的一解交错缓冲区，多个数据数列的地址分配分割成多个连续地址的子区块；
于每一次丛发模式时，利用块状模式自该解交错缓冲区连续读取各子区块内的相邻数据，以产生多个解交错数列；
解码这些解交错数列以产生多个数据流，并将这些数据流储存于该外部存储器的一重建数据缓冲区；以及
自该重建数据缓冲区读取这些数据流，将这些数据流重建以输出一传送流。
14.根据权利要求13所述的数字视频信号解调方法，其特征在于，该重建数据缓冲区是利用一先进先出的配置存取这些数据流。
15.根据权利要求14所述的数字视频信号解调方法，其特征在于，该产生这些解交错数列的步骤，包含以下步骤：
将这些数据数列进行时间解交错，以产生多个时间解交错数列，储存于一静态随机存取存储器；
将这些时间解交错数列进行单元解交错，以产生这些解交错数列。
16.根据权利要求15所述的数字视频信号解调方法，其特征在于，还包含以下步骤：
将多个OFDM符号储存于该外部存储器的一频域数据缓冲区；
根据这些OFDM符号进行通道估测，以产生多个频域通道响应；以及
自该频域数据缓冲区读取这些OFDM符号，利用这些频域通道响应均衡这些OFDM符号。
17.根据权利要求16所述的数字视频信号解调方法，其特征在于，该频域数据缓冲区是利用该先进先出的配置存取这些OFDM符号。
18.根据权利要求13所述的数字视频信号解调方法，其特征在于，还包含以下步骤：
将多个L1信号数据储存于该外部存储器的一L1信号数据缓冲区；以及
自该L1信号数据缓冲区读取这些L1信号数据，以剖析这些L1信号数据。
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