CN1223769A - 数据传输 - Google Patents

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Abstract

一传输器(20),具有装置(206,207)对一输入信号编码以形成编码数据,上述编码数据中的每个元素有两个离散信号幅度级别中的至少一个,该编码装置在编码数据中包括一周期性学习序列数据(T);一接收器(30),用于接收该编码数据,并在接收的学习序列基础上适应阈值以允许离散的级别彼此之间相互区别。该学习序列T可以包括多个元素,其中至少一个元素依次代表每个离散信号幅度级别。该接收器产生一查询表以存储适应的阈值。

Description

数据传输
本发明涉及数据传输，尤其是数字信号的多级别表示形式被传输的数据传输。
数字数据表示一个在时间和幅度上被量化的信号。因此数字数据接近于一模拟信号的实际值。如果一个模拟信号被数字化，模拟信号的范围被划分成多个级别，例如16级，该模拟信号在固定的时间间隔处被采样，且在那个时刻确定合适的级别。因为仅有16个级别被应用，最接近实际级别的那个级别被选择。信号从这些数字数据中重组，但不能与原始的模拟信号保持精确的一致。
在二进制数字数据中，一个信号由0或1来表示，例如0是0V的脉冲，1是5V的脉冲。如果输入信号采样的幅度大于最大范围的一半，则该信号采样由1表示。0则是幅度小于一半的采样。这样就产生一系列的1和0。
为重新产生原始信号，接收器需要知道两级之间的阈值。这通常由传输器告之接收器信号的最大范围、级别数目和级别之间的间隔(如果它们是线性分隔的话)来实现。接收器接着确定阈值并对输入信号编码。实际上，在一个多级别系统中，由于网络的响应使信号存在失真，也就是超程和瞬变。任何被接收样值的瞬时级别不仅仅依赖于被传输的样值，也取决于最近被传输的样值和或许其后被传输的样值。
根据本发明，提供了一数据传输系统，包括：
一传输器，具有对输入信号编码以形成编码数据的装置，上述编码数据的每个元素有至少两个离散信号幅度级别中的一个，编码装置在编码数据中包括一周期性学习序列的数据；和
一接收器，用于接收编码数据，并在接收的学习序列的基础上，来适应阈值以允许离散级别之间彼此相区别。
这样的系统允许接收器不断地适应依赖于传输器和接收器之间的传输线路动态条件的阈值。
最优地，该学习序列包括至少两个元素，接收器包括监视该学习序列元素中的至少一个对该学习序列上述元素的另外一个的影响并相应地适应该阈值的装置。
这样元素组上传输线路的影响得以解决。
本发明也涉及传输器和接收器。
下面将参考附图，仅通过实例来说明本发明。
图1示出了一个根据本发明的数据传输系统；
图2示出了由图1中数据传输系统传输的编码视频数据行格式的一个实例；
图3示出了一个根据本发明的传输器；
图4示出了一个根据本发明的接收器；
图5示出了11行的学习序列被接收后缓冲区内容的实例；
图6示出了一组从图5中示出的缓冲区内容中产生的阈值的实例；和
图7示出了从图6中的阈值中产生的查询表的实例。
如图1所示，数字数据传输系统包括一传输器20、接收器30和一通信线路40。数据被从传输器20通过通信线路40(可以采取任何适当的格式)向接收器30传输。例如，通信线路40可以是公共交换电话网络(PSTN)的一部分、由综合业务数字网络(ISDN)提供的一专用线路、一无线线路、同轴电缆、光纤等。
为了描述，要描述的数据传输系统参考表示视频图象的数据的传输。而本发明适用于任何传输多级别数字数据的系统，例如在模拟传输线路(例如电缆调制解调器)之上传输高位速率的图文电视业务。
要描述的数据传输系统适合于通过模拟的混合光纤--同轴网络分发数字电视信号到客户。为了利用已存在的模拟网络基础设施，该数字信号必须以和通常的TV频道那样的方式通过已存在的网络传输。
因此该数字信号必须占据和通常TV频道(6-7MHz)相类似的带宽。从幅度上看它必须象TV信号并具有常规的15.625kHz的‘行’同步脉冲，就象依赖于此的网络中的某些直流恢复那样。信噪比大概为50dB且有很多非线性，如差动增益误差和同步脉冲消波待克服。
为了在模拟的基础之上获得合理的容量提高，期望有足够的数字容量来承载四路复用的可接受质量的MPEG视频流。
本发明使用多级别编码，由此一连串的数字数据被分割成n位的符号。每个符号在活动视频区域内被编码成2n个离散级别中的一个。
通过将符号速率选定为6.75MHz，最小的脉冲宽度为1/6.75*106即148ns。这可通过该系统的带宽而不带来太多的衰减。给定该系统的信噪比，期望恢复8个不同的级别是合理的(每个符号3位，即n=3)。
实验表明，当系统中所有箝位和直流恢复器仅使用行同步和黑色电平时，并不需要维护所有的帧定时。这意味着该帧定时可以被删除，并使用一连续的活动‘行’流。这增加了数据吞吐率并简化了传输器和接收器的设计。
通过选择一27MHz的主时钟速率，可用的TV采样时钟恢复芯片可被用于在接收器处提供一合理的低抖动行锁定时钟。该信号在这个速率上可被多次采样以确定最好的采样位置。可用的视频模数转换器(ADC)又可用作合理的速度逻辑。
被传输波形的示图在图2中示出。它包括一具有标准的宽度和幅度并在15.625kHz重复的同步脉冲2。其相应的前沿4和后沿6允许可用的TV同步脉冲分离器和模数转换器被使用。
后沿6的后面是一开始脉冲(S)，被接收器用于确定最好的采样位置。后面跟着8个符号，5个形成了学习序列(T)，该序列(T)经过多行上的一组序列。这些符号(M)中第一个是一个标记，来确定该学习序列的开始。该学习序列的准确特性和功能将在后面描述。
后面接着的是多个有效的数据符号D。每一个标定为148ns宽且被表示成8个不同级别中的一个，间隔为0.1V。有效的数据可被分割成块以允许增加基于块的前向错误修正器(FEC)。系统中使用基于块的FEC的一个开销是需要增加组帧位来确定块的边界，且接收器端的硬件检索并在该帧上锁定。当数据已经被划分成可进一步划分成块的‘行’时，这种策略不再需要。
错误修正块大小和每行符号总数的选择取决于所需的位速率和FEC的修正能力。
所建议的系统使用BCH(Bose-Chaudhuri Hocquenghem)前向错误修正器并把行分割成17个63位的块。每个63位的块包含21个3位的符号，由19个数据符号(57位)和2个检查位符号(6位)组成，得到了57*17*15625=15.140625M比特/秒的有用负荷位速率。
由于‘循环’位速率的缘故，最后一块有3个符号没有被数据充满，速率为((57*17)-9)*15625=15.00MHz。这是4个MPEG编码TV频道可被多路复用的合理位速率，每个频道给予所需的质量。
FEC能修正每个块中的1位错误。为了减少多位错的可能性，该符号被进行格雷编码，以使邻近级别的表示位模式仅有一位不同。
传输器20的一实例在图3中被示出。该传输器20即可从属于MPEG多路复用器的时钟，也可以是一主时钟的提供者。锁相环(PLL)和时钟发生器201产生锁定到15MHz数据位时钟的6.75MHz的符号时钟。
输入的二进制数字数据被串入并出(SIPO)的移位寄存器202分割成3位的符号，并存储于一先进先出(FIFO)的缓冲区204中。该FIFO204缓冲连续输入数据速率和‘突发’行和块结构之间的符号。该符号从FIFO204中被读取且BCH FEC检查位被FEC编码器206加入。在每一行的开始处，同步脉冲、黑色电平(即前沿和后沿)、开始脉冲(S)和学习序列在块208的控制之下被单元207加入。该数据接着被进行格雷编码并在发送到数模转换器212之前被转换成一8位的表示210。在这个阶段可加入一特定数量的预补偿以协助减少网络中的超程。这有效地减少了信号中的沿的上升时间。DAC212的模拟输出接着经由网络以正常的TV频道同样的方式传输。如果需要，可加入一模拟终滤器限制该信号的带宽以适应于该网络。
接收器30的框图在图4中被示出。一同步分离器301从输入信号中提取同步和黑色电平脉冲。PLL和电压控制的晶振(VCXO)302产生一27MHz的行锁定时钟。
8位的ADC303将输入信号数字化成8位的信号。该ADC303有一片上箝位和使用同步和黑色电平脉冲的自动增益控制(AGC)。AGC的效果是将同步脉冲2基础上的数字输出设置为0，把黑色电平(即前后沿4和6的电平)设置为63。标定的最大级别视频输入(如0.7伏)被赋予为级别213。当AGC增益使用同步脉冲高度被计算时，传输网络的同步脉冲的任何限幅将改变这个标定最大高度。该ADC时钟为27MHz。
ADC303后面的逻辑304包含在每个行同步脉冲2后面搜索开始脉冲的一状态机。该开始脉冲S在穿过网络后将循环且当采样最接近于其峰值时最好的采样位置被确定。如果能给出一个更好的采样位置，一个逆向时钟可被采用。
该学习序列现在将被描述。学习序列为1024行长，在开始脉冲S和有效数据符号D之间每行的开始处占据5个符号。序列中的第一个符号(M)指示学习序列的开始；它在序列的第一行为最高(第7级)，在其它行为最低(第0级)。下面三个符号T1、T2、T3，代表了为这3个符号的8种级别所有可能的组合(83)，和最后一个符号T4(低为0级，高为7级)一起共给出了2*83，即1024个组合，占据了1024行(接近65ms)。
在接收器，每一行的学习序列中的第四个符号T3的级别被采样并被存储于FIFO306中。这样，1024行之后，FIFO306包含了第四个符号的所有级别的实例(与前两个符号T1和T2与后面符号T4的或低或高的所有组合一起)。图5示出了11行的数据之后FIFO306中内容的实例。微处理器308为前面或后续级别的每一种组合计算一组7个判定阈值，并产生一存储于SRAM312中的查询表(LUT)。例如，FIFO306中的样值1-8表示了当前面两个符号T1和T2以及后续符号T4都处在第0级时，该学习数据中第四个符号T3的级别。当前面两个符号和后续符号为零时，微处理器308计算要应用的这7个判定阈值。典型地，这可通过为每个域值设置两个接收的学习级别的中间值(即阈值=L1+[(L2-L1)/2],L1和L2是后续T3符号的接收级别)来实现。图6示出了用于这个实例中的阈值的实例，如存储于微处理器的RAM310中。该微处理器接着使用这组阈值来计算LUT，所图7所示，并存储于SRAM312中。
该LUT接着被用来实时地限定有效数据D的阈值。8位输入数据通过输入端a被应用到LUT312上。输入数据的前2个样值被分别输入到输入端b和输入端c上。输入数据后续样值的级别通过输入端d输入。该输入端d是一个源自于样值(其中的一个出现在比较器312的输入端a之前)的简单的高/低指示。对于有效的数据，后续样值的值可以处于最大和最小值之间(在本实施例中分别为213和0)。一个概念上的阈值被设定在最大值和最小值的中间。如果后续样值的值在这个阈值之上，则后续样值的值被认为是高；如果该值低于阈值，它被认为是低。输入端b和c可被看成是LUT312的锁存输出，因为这时它们已经被量化且每个只有三位，以减少所需LUT的大小。
实际中，LUT包括两组SRAM。一旦微处理器计算了LUT并将它写入到SRAM时，它将那个LUT‘换页’到实时数据通路中。它接着再次执行整个周期，捕获一新的FIFO学习数据并重新计算一组阈值。这些可以和先前设定的值进行平均，以减少随机噪声和新计算的LUT的影响。接着进行页面调入以替换先前的LUT。该进程以与处理器执行任务一样快的速度类似于此地进行重复。这样系统适应于通信线路40的响应并跟踪响应中的任意长周期的改变。
为得以进一步的增强，该微处理器可利用存储于FIFO306中的样值来测量该线路的脉冲响应。该脉冲响应可以指示任何样值的级别与先前两次的采样相比更依赖于后续的样值(在通信线路的带宽低时可能发生)。学习序列在它的第三个而不是第四个符号处被采样，且LUT的输入可以被改变以比先前的两次样值输入后续样值的更多位。处理器则会有先前和后续样值的所有组合的样值且可以以类似的方式产生LUT。
设定阈值的3位符号于是作逆格雷编码并通过可修正每个64位块中任何单一位错误的BCH FEC检测器/修正器314。该数据接着通过一速率转换FIFO316并通过控制器318以一连续的15.0MHz重新计时。这被传送到一MPEG多路分解器/解码器以使用常规方式进行解码。

Claims (9)

1．一种数据传输系统，包括：
一传输器，具有对输入信号编码以形成编码数据的装置，上述编码数据的每个元素有至少两个离散信号幅度级别中的一个，编码装置在编码数据中包括一周期性学习序列的数据；和
一接收器，用于接收编码数据，并在接收的学习序列的基础上，来适应阈值以允许离散级别之间彼此相区别。
2．如权利要求1的数据传输系统，其中学习序列包括至少两个元素，接收器包括监视该学习序列元素中的至少一个对该学习序列上述元素的另外一个的影响并相应地适应该阈值的装置。
3．如权利要求1或2的数据传输系统，包括根据接收的学习序列的元素级别和相关联的适合阈值产生一查询表的装置。
4．一数据接收器，包括：
用于接收输入数据的一输入端，上述输入数据的每个元素表示至少两个离散信号幅度级别中的一个，上述输入数据包括一已知的学习序列，和
适应阈值以允许离散级别之间彼此相互区别的装置。
5．根据权利要求4的数据接收器，其中该学习序列包括至少两个元素，适合的阈值装置包括监视该学习序列元素的至少一个对该学习序列上述元素的另外一个的影响并相应地适应该阈值的装置。
6．根据权利要求4或5的数据接收器，包括一根据接收的学习序列和相关联的适合阈值来产生查询表的装置。
7．一数据传输器，具有编码一输入信号以形成编码数据的装置，上述编码数据的每个元素具有至少两个离散信号幅度级别中的一个，该编码装置在编码数据中包括一周期性学习序列的数据。
8．根据权利要求7的数据传输器，其中周期学习序列中的至少一个元素依次代表每个离散信号幅度级别。
9．根据权利要求8的数据传输器，其中周期学习序列包括至少两个元素，每一个依次代表离散信号幅度级别中的每一个。
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