DE19847071A1

DE19847071A1 - Interaktives Multimedia-Card-Modul

Info

Publication number: DE19847071A1
Application number: DE19847071A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hoefker; Christian Weissig; Michael Thomeczek; Peter Stammnitz
Original assignee: Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1998-10-06
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2018-10-07
Also published as: DE19847071C2

Abstract

"Digital Video Broadcastin" (DVB) ist ein Standard für digitales Fernsehen, der auch eine einheitliche Schnittstelle (DVB-CI) zur Einbindung verschiedener Zugriffssysteme definiert. "Personal Memory Card International Association" (PCMCIA) zur Normung von Speicher und I/O-Karten, beispielsweise für Notebooks, definiert eine einheitliche PC-Card-Schnittstelle (PCC-I). Bekannte DVB-Karten im PC-Card-Format haben zwar bereits eine größere Flexibilität, sie erfordern aber bei den dadurch zu offenen Systemen gemachten Endgeräten stets eine DVB-Schnittstelle (DVB-CI). Dies soll bei der Erfindung vermieden werden. Bei dem erfindungsgemäßen Card-Modul (TC, CMO) ist deshalb alternativ zu der DVB-Schnittstelle (DVB-CI) auch eine PC-Card-Schnittstelle (PCC-I) bereitstellbar. Eine Umschaltung zwischen den charakterisierenden Signalbelegungen erfolgt durch einen Schnittstellen-Controller (COI), der als freiprogrammierbarer Logikbaustein (FPGA) ausgeführt sein kann. Durch eine zusätzliche Infrarot-Schnittstelle (IrDA-I) können Daten außerhalb des Moduls auch direkt drahtlos und digital übertragen werden. Die Einsatzpalette des erfindungsgemäßen Card-Moduls ist damit nahezu beliebig groß. Eine Verwendung als flexible Speicher- und I/O-Karte bei digitalen Endgeräten im professionellen und im privaten Bereich ist möglich.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein interaktives Multimedia-Card-Modul im PC- Card-Format zur Verarbeitung von digitalen MPEG-Daten mit einem Steckverbinder, auf dem eine einheitliche Schnittstelle nach DVB-Standard bereitstellbar ist, mit Speicherplatz für Anwendungs- und Attributdaten und einem taktbaren Controller für die Schnittstelle.

"Digital Video Broadcasting" (DVB) ist der für Europa geschaffene Standard für digitales Fernsehen, der sich allmählich zu einem globalen Standard entwickelt. Ein wesentlicher Vorteil des DVB liegt in der Definition einer einheitlichen Schnittstelle zur Einbindung verschiedener Zugriffssysteme von unterschiedlichen Programmanbietern.

Mit dem Begriff "Personal Computer Memory Card International Association" (PCMCIA) wird gleichzeitig Organisation, Norm und Hardware der PC-Card (oder PCMCIA-Card) bezeichnet, die nicht mit den herkömmlichen PC- Erweiterungskarten zu verwechseln sind. Die PCMCIA-Norm umfasst sowohl Speicherkarten als auch Ein-/Ausgabekarten (I/O-Karten). Die Kartenvielfalt reicht von der einfachen Speicherkarte in den verschiedenen Technologien über Festplatten, Modems und LAN-Adapter bis hin zu Spezialanwendungen wie Datenverschlüsselung und Messwerterfassung. Das Anwendungsspektrum ist dadurch nicht nur auf den PC beschränkt. PC-Karten finden ebenso Einsatz beispielsweise in digitalen Kameras, Messgeräten, Programmiergeräten, Set- Top-Boxen zur Pay-TV-Legitimierung oder in Telefongeräten. Die physischen Vorgaben des Standards beschreiben die Abmessungen der Karte in Bauhöhe und Länge (Typ I, II, III) und des Steckverbinders ("PC-Card-Format").

PCMCIA definiert neben der Hardwareschnittstelle auch die Softwareschnitt stelle. Diese setzt sich zusammen aus dem Metaformat mit der "Card Information Structure" (CIS), den "Card Services" als Schnittstelle zwischen der Anwendung und den Ressourcen auf der Karte und den "Socket Services" als unterster Softwareebene zur Registerverwaltung. Für Anwendungen im DVB-Bereich wurde die PCMCIA um die einheitliche Schnittstelle ("Common Interface"-CI) nach DVB-Standard erweitert (DVB-CI). Der DVB-Standard enthält als wesentlichen Bestandteil das "Conditional Access System" (CAS), mit dem der unberechtigte Zugriff auf bestimmte Programme oder Dienste verhindert werden kann (Pay-TV, Pay-per-View). Das Common Interface ist das Bindeglied zwischen den nach DVB vereinheitlichten Komponenten und leistungsanbietereigenen Charakteristika und stellt eine Schnittstelle für den Transportstrom in beide Signalrichtungen dar, die auch für andere Anwendungen eingesetzt werden kann.

Der Transportstrom wird aus dem von der Übertragungsstrecke, z. B. Kabel oder Satellit, gelieferten Signal mit einem DVB-Demodulator erzeugt. Er enthält die kodierten Bestandteile der Video-, Audio- und Zusatzdaten mehrerer Programme, die in einzelne Pakete konstanter Länge aufgeteilt sind. Bei den Kodierungsverfahren im digitalen Rundfunk- und Telekommu nikationsbereich hat sich der Standard der "Moving Pictures Experts Group" (MPEG) international durchgesetzt. Die nach MPEG-Standard in den verschiedenen Versionen komprimierten und kodierten Daten werden für die Datenübertragung im Transportstrom paketweise zusammengefasst. Pro Kanal werden mehrere Programme im Zeitmultiplex übertragen. Die Pakete sind mit Identifikations- und Synchronisationsdaten ausgestattet, um sie im Empfänger wieder den entsprechenden Programmen zuordnen zu können.

Der Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird beschrieben in dem Aufsatz "DVB: Common Interface als ideale interaktive Multimedia- Umgebung" von I. Okoth et al., Fernseh- und Kino-Technik, 51. Jahrgang, Nr. 12/97, Seiten 854 bis 856. Das hieraus bekannte interaktive Multimedia- Card-Modul weist ein anbieterspezifisches "Conditional Access Modul" (CAM) zur Programmentschlüsselung für das entsprechende Zugriffssystem "Conditional Access System" (CAS) und einen Einschub für eine personenspezifische Smart-Card für die Zugangsberechtigung auf. Physikalisch befindet sich das auf der DVB-Schnittstelle basierende CAM in einem PC-Card-Gehäuse vom Typ II mit 68-pin-Anschluss. Die PC-Card- Anschlüsse sind jedoch modifiziert worden, um die Verarbeitung von MPEG- Daten zu ermöglichen. Dabei wurde das PC-Card-Format zur Implementierung der DVB-Schnittstelle gewählt, weil dieses kostengünstig, schnell und flexibel ist. Als Empfänger können Netzwerk-Computer, Fernseher, PC oder Set-Top- Boxen eingesetzt werden. Alle diese Geräte müssen aber eine DVB-CI- Schnittstelle aufweisen. Das Modul kann für TV-, Multimedia- oder Kommuni kationsanwendungen ausgebildet sein. Hauptanwendungsfall für das bekannte Multimedia-Card-Modul ist jedoch der Einsatz bei einer Set-Top-Box, die dadurch zum offenen, anbieterunabhängigen System wird. Eine offene Set- Top-Box-Architektur enthält nur eine DVB-Schnittstelle und ist eine universelle Systemarchitektur. Sie kann sehr leicht mit funktionsspezifischen Modulen erweitert werden und ist zur Unterstützung neuer Dienste konzipiert. Mit Hilfe eines Zusatzmoduls für Audio können Programme per "analogem" Infrarot- Kopfhörer mit relativ geringer Bandbreite verfolgt werden.

Das bekannte DVB-CI im PC-Card-Format wird zum Descrambeln (Entschlüsseln) eines verschlüsselten Transportstromes sowie zur Pay-TV- Legitimierung eingesetzt. Eine Aufzeichnungsmöglichkeit (Speicherung) von Videoinformationen besteht bei der digitalen Set-Top-Box und bei anderen Geräten, bei denen das bekannte Multimedia-Card-Modul zum Einsatz gelangen kann, nur durch Anschluss eines Speichermediums an vorhandene analoge Videoausgänge. Dabei können nur dekodierte Videosignale aufgezeichnet werden. Wiedergaben (Einspeisungen) können nur über einen analogen Antenneneingang in modulierter, d. h. analoger Form vorgenommen werden. Dieser Vorgang ist sehr aufwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein interaktives Multimedia-Card- Modul im PC-Card-Format zur Verarbeitung von digitalen MPEG-Daten der oben beschriebenen Art so weiterzubilden, dass Aufzeichnungs- und Wieder gabevorgänge unter Umgehung der analogen Ein- und Ausgänge der signalverarbeitenden Geräte vorgenommen werden können. Die Vielseitigkeit des Moduls sollte dabei noch vergrößert werden. Neben einer kostengünstigen Ausführung sollte eine hohe Qualität der zu verarbeitenden Daten angestrebt werden. Außerdem sollte ein Einsatz des Moduls auch bei Geräten möglich sein, die keinen zusätzlichen DVB-CI-Steckplatz aufweisen.

Als Lösung für diesen Aufgabenkomplex ist bei der Erfindung vorgesehen, dass auf dem Steckverbinder des interaktiven Multimedia-Card-Moduls alternativ zu der DVB-Schnittstelle eine PC-Card-Schnittstelle bereitstellbar ist durch die Implementierung einer über den Controller in Abhängigkeit von der zu aktivierenden Schnittstelle steuerbaren Signalumschaltung zwischen den die beiden Schnittstellen charakterisierenden Signalbelegungen der ent sprechenden Pins des Steckverbinders.

Durch die Kombination der beiden Schnittstellen an der Kartenschnittstelle wird das erfindungsgemäße Card-Modul zu einer Universalkarte. Für diese neue Funktionalität ist der übliche Aufbau um die Komponenten "Schnittstellensteuerung" und "Signalumschaltung" erweitert, die in den Controller zusätzlich implementiert sind. Das Umschalten zwischen den schnittstellenspezifischen Signalbelegungen als Realisierung der unterschied lichen Verknüpfungen wird in Abhängigkeit von der zu aktivierenden Betriebsart vorgenommen. Bis zu 28 spezifische Signale sind dabei umzuschalten. Auf deren Art und Belegung wird im speziellen Beschreibungs teil näher eingegangen. Das Card-Modul kann sowohl als Master als auch als Slave arbeiten. In der Betriebsart "PC-Card" arbeitet die Karte als Slaveeinheit. Der PCMCIA-Host-Rechner greift als Master auf einen großen Transportstromspeicher als erweiterten Anwendungsspeicher zu, um die MPEG-kodierten Video- und Audiosequenzen in die Karte zu schreiben oder von dieser zu lesen. In der Betriebsart "DVB-Card" arbeitet die Karte dagegen als Mastereinheit. Zur Ausgabe der digitalen Datensequenzen erzeugt die Karte aus den gespeicherten Daten einen DVB-konformen MPEG- Transportstrom. Die dazu erforderlichen Signale werden im speziellen Beschreibungsteil näher erläutert. Die generierten Daten werden zusammen mit den gespeicherten Daten auf der Transportstromschnittstelle bereitgestellt. Zur Aufnahme von Daten, beispielsweise Videosequenzen, speichert die PC- Card unter Zuhilfenahme von entsprechenden Steuersignalen und -takten diese Daten in den Transportstromspeicher, wo die Sequenz dann für eine spätere Wiedergabe, beispielsweise in einer Set-Top-Box, oder für die Übertragung zu einem PCMCIA-Host bereitgehalten wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Card-Modul wird die DVB-Schnittstelle als modifizierte I/O-Schnittstelle auch zur digitalen Aufzeichnung und Wiedergabe von MPEG-komprimierten Daten auf der Karte verwendet. Da für diese Vorgänge der digitale Geräteausgang für komprimierte Daten genutzt wird, lassen diese sich kostensparend mit einem relativ geringen Speicherbedarf durchführen. Durch die Verarbeitung ausschließlich digitaler Daten weisen sie eine hohe Qualität auf. Bei dem Card-Modul nach der Erfindung sind zwei gleichwertige Schnittstellen auf einem gemeinsamen Steckplatz implementiert. Dadurch wird ein Datenaustausch über einen Transportstrom zwischen Geräten mit DVB-Schnittstelle und PC-Card-fähigen Geräten ermöglicht und eine hohe Flexibilität und Systemunabhängigkeit gewährleistet. Damit ergeben sich für das erfindungsgemäße Card-Modul vielfältige Anwendungs möglichkeiten. Im Home-Bereich kann es beispielsweise für spontan gewünschte Szenenwiederholungen aus Fernseh- und Videofilmen eingesetzt werden. Auf eine Anwendung als Grußkarte mit abgespeicherten Videogrüßen wird weiter unten eingegangen. Im Service-Bereich sind Ausgestaltungen des Moduls als Testkarten zur Durchführung von Funktionalitätstests, beispiels weise an Set-Top-Boxen, möglich. Auch Anwendungen im Bereich des digitalen Kinos sind denkbar, bei denen über die erfindungsgemäße Karte Werbeeinspielungen vorgenommen werden.

Eine weitere Erhöhung der Modulflexibilität wird noch erreicht, wenn nach einer Ausgestaltung der Erfindung auf dem Steckverbinder die PC-Card- Schnittstelle alternativ in einer Funktion als Speicher- oder Ein-/Ausgabe- Schnittstelle bereitstellbar ist durch eine über den Controller steuerbare zusätzliche Signalumschaltung zwischen den die beiden Schnittstellen funktionen charakterisierenden Signalbelegungen der entsprechenden Pins des Steckverbinders. Die PC-Card kann dadurch im Memory- oder im I/O- Modus - gerade auch bei Endgeräten mit PC-Card-Schnittstelle - eingesetzt werden. Das ist um so vorteilhafter als der PCMCIA auch I/O-Karten in die Norm aufgenommen hat. Die damit erweiterte Kartenvielfalt reicht von der gewöhnlichen Speicherkarte in den verschiedenen Technologien über Festplatten, Modems und LAN-Adapter bis hin zu Spezialanwendungen, wie Datenverschlüsselung und Messwerterfassung. Die Umschaltung zwischen der Memory- und der I/O-Funktion erfolgt durch Umbelegung von 8 Signalen. Die Art der Signale und ihre Pinbelegungen werden ebenfalls im speziellen Beschreibungsteil näher erläutert. Die Einstellung der Steckerbelegung für eine Speicher- oder I/O-Karte wird erst durch das Auslesen der Card Information-Structure (CIS) aktiviert. Nach dem Einschalten verhält sich jede PC-Karte zunächst wie eine Speicherkarte.

Ein herkömmlicher Anwendungsfall für DVB-CI-Karten ist ihr Einsatz in Set- Top-Boxen zur Pay-TV-Legitimierung und Dekodierung als Endgeräte. Hierzu sind das weiter oben bereits erwähnte Conditional Access Modul (CAM) und eine persönliche Erkennungskarte, die Smart-Card, erforderlich. Befindet sich das CAM auf der DVB-CI-Karte, ist die Set-Top-Box anbieterunabhängig und wird als offenes System bezeichnet. Der Decodierungscode liegt dann auf der Karte und der Tranportstrom wird über die Karte geleitet. Die persönliche Erkennung kann ebenfalls bereits in die DVB-CI-Karte implementiert sein oder über den Einschub der Smart-Card in einen speziellen Slot auf der Karte erfolgen. Die gleiche Unabhängigkeit wird für das erfindungsgemäße Card- Modul erreicht, wenn nach einer Ausgestaltung der Erfindung ein zusätzliches Zugriffsmodul mit personengebundener Zugangsberechtigung für anbieterspezifisch verschlüsselte Daten implementiert ist. Der Charakter der erfindungsgemäßen Karte als Universalkarte wird dadurch noch ausgeprägter.

Bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Card-Moduls beispielsweise als Funktionstestkarte für eine Set-Top-Box können für erweiterte Anwendungen nach einer weiteren Erfindungsausgestaltung eine RS232- und eine Infrared-Data-Association-Schnittstelle (IrDA) vorgesehen sein, deren Signale über eine zusätzliche I/O-Schnittstelle auf einem I/O-Steckverbinder nach außen führbar sind. Über derartige Schnittstellen können Steuerungen und Uploads vorgenommen werden. Für die IrDA-Schnittstelle kann eine Remote-Funktion vorgesehen sein. Die zusätzliche I/O-Schnittstelle kann von einem 15poligen Steckverbinder gebildet sein, der auf der der Doppel schnittstelle gegenüberliegenden Kartenseite angeordnet sein kann. Über diesen Port können neben den Signalen der internen Schnittstellen auch andere Steuersignale und Steuerleitungen von der Karte herunter bzw. auf sie heraufgeführt werden. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass die über den Stecker angeschlossenen erforderlichen Sende- und Empfangsdioden auch im Steckergehäuse untergebracht sind und keinen zusätzlichen Platz auf dem Modul selbst benötigen. Ist dieser jedoch vorhanden, können diese Bauteile jedoch auch auf der Karte selbst untergebracht sein und, wie im folgenden ausgeführt wird, direkte Schnittstellen bilden.

Bei Anwendungen für Testobjekte mit den internen zusätzlichen Schnittstellen kann die Signalsteuerung über den Controller beispielsweise in der Set-Top- Box erfolgen, ein eigener Mikroprozessor ist hierbei nicht erforderlich. Bei anderen Anwendungen des erfindungsgemäßen Card-Moduls kann es dagegen vorteilhaft sein, wenn nach einer weiteren Erfindungsausgestaltung eine RS232-Schnittstelle zur drahtgebundenen Datenübertragung außerhalb des Moduls zusätzlich implementiert ist. Eine derartig integrierte serielle Schnittstelle, ausgeführt beispielsweise als mehrkanaliger Treiber-/Empfänger- Baustein für Vollduplexbetrieb mit Hardwareshakehand und Pegelanpassung, bildet dann einen eigenen Zu- und Ausgang für das Modul und erlaubt in einfacher Weise einen kontinuierlichen Datenstrom im Betrieb.

Nach einer anderen Fortbildung des erfindungsgemäßen Card-Moduls kann aber auch vorgesehen sein, dass eine Infrared-Data-Association-Schnittstelle zur drahtlosen Datenübertragung außerhalb des Moduls implementiert ist und der Controller nur optional für die Signalumschaltung zwischen der DVB- und der PC-Card-Schnittstelle eingesetzt wird. Bei einem derartigen Konzept mit einer "digitalen" Infrarot-Signalquelle kann ein drahtloser Datentransfer mit Übertragungsraten in einem weiten Bereich von 115,2 kbit/s (Slow-IrDA) über 4 Mbit (Fast-IrDA) bis 16 Mbit/s (Ultra-Fast-IrDA) ermöglicht werden. Dadurch können beliebig lange Datenströme, beispielsweise von einer Videokamera, "in situ" über das Card-Modul geleitet und verarbeitet werden. Insbesondere können MPEG-Transportströme über das DVB-CI in das nachgeschaltete Gerät eingespeist werden, die zuvor auf einem externen Speichermedium (z. B. Rechnerfestplatte) abgelegt worden sind. Ebenso kann ein vom Gerät gelieferter Transportstrom auf ein externes Speichermedium gespeichert werden. Als mögliche Anwendungen für eine derartige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Card-Moduls sind die breitbandige Internetankopplung eines PCs über TV-Kabel oder Satellit und die drahtlose Übertragung von MPEG-Transportströmen zur Aufzeichnung bzw. Wiedergabe (Down- bzw. Upload) auf den entsprechenden Geräten zu nennen. Bei einer Internetankopplung für kodierte Systeme mit einer Set-Top-Box ist dabei besonders wichtig und von Vorteil, dass der bereits vorhandene Demodulator (Empfänger) in der Set-Top-Box mitbenutzt werden kann.

Der Controller übernimmt bei dieser Ausgestaltung des Card-Moduls mit zusätzlicher IrDA-Schnittstelle die Aufgabe der Signalumschaltung zwischen der DVB- und der PC-Card-Schnittstelle nur optional. Dies ist insofern sinnvoll als bereits eine steigende Anzahl von PCs mit einer IrDA-Schnittstelle ausgerüstet werden, so dass ein Umschalten des Card-Moduls auf die PC- Schnittstelle nicht unbedingt erforderlich ist. Andererseits können auch die Empfangsgeräte, beispielsweise die Set-Top-Box, bereits mit einer IrDA- Schnittstelle ausgerüstet sein, so dass ein Transfer der Transportströme bei einer Leitung über den System-Demultiplexer auch unter Umgehung des DVB- CI möglich ist. Der Controller übernimmt jedoch unterstützende Aufgaben wie beispielsweise den Chip-Select-Decoder zur Unterscheidung der Speicher bereiche und den Bustreiber als konventionelle Aufgaben einer PC-Card und die Filterung der PID's (Packet Identification Data) als typische Aufgabe einer DVB-CI-Card. Zur Bewältigung der Hauptaufgaben kann ein in das Modul implementierter Mikroprozessor eingesetzt werden, der die Protokollführung zur optionalen Doppelschnittstelle und zur IrDA-Schnittstelle übernimmt.

Auf dem erfindungsgemäßen Card-Modul ist die Speicherung der Daten- und Transportströme vorgesehen. Dazu können beispielsweise 20 MByte Flash- Speicher als Transportstromspeicher vorgesehen sein. Auch die Kartenrück seite kann mit weiterem Speicherplatz ausgerüstet sein, so dass die maximale Speicherplatzgröße nur von den auf der Karte vorgegebenen räumlichen Bedingungen und von der aktuellen Speichertechnologie abhängig ist.

Das Card-Modul unterstützt die beiden Card-Modulbetriebsarten "PC-Card" für normale Zugriffe auf den Transportstromspeicher und "DVB-Card" für die Ein- und Ausgabe des Transportstromes an das nachgeschaltete Gerät und die zugehörige Bereitstellung der entsprechenden Schnittstelle. Zu den Aufgaben eines üblichen Schnittstellen-Controllers bei PC-Karten zählen die Signalkon ditionierung (Bustreiber), der Datenbus-Multiplexer, die Anbindung des Attributspeicherbereiches, die Bereitstellung der PCMCIA Configuration Register und die Anbindung der Peripherie. Bei dem erfindungsgemäßen Modul-Card übernimmt der Controller-Baustein zusätzlich die Funktionen Schnittstellenumschaltung/Funktionswechsel, Ablaufsteuerung, Transport stromsteuerung und Chip-Select-Steuerung. Es ist deshalb nach einer weiteren Erfindungsausgestaltung besonders sinnvoll, wenn im Controller folgende Komponenten zusätzlich implementiert sind:

- Configuration Option Register COR
- COR-Decoder COR-DEC
- COR-Multiplexer COR-MUX
- DVB-Multiplexer DVB-MUX
- Control-Multiplexer CONTROL-MUX
- Transportstromgenerierung TS-GENERATOR
- Adressmultiplexer ADR-MUX
- Takterzeugung CLK-DIV
- Transportstromsteuerung TS-CONTROL

Zur Vermeidung von Wiederholungen wird an dieser Stelle nicht weiter auf die Bedeutung der einzelnen Komponenten eingegangen und auf den speziellen Beschreibungsteil verwiesen.

Wegen dieses großen Funktionsumfanges und wegen des Fehlens vorgefertigter Lösungen ist es gemäß einer nächsten Erfindungsausgestaltung vorteilhaft, wenn der taktbare Schnittstellen-Controller von einem freiprogrammierbaren Logikbaustein gebildet ist, dessen Urladedaten in einem Konfigurationsspeicher abgelegt sind. Durch diesen Logikbaustein wird gleichzeitig ein hohes Maß an Flexibilität in Bezug auf Änderungen der Funktionalität erreicht. Der für die Konfigurationsdaten benötigte Speicher, beispielsweise ebenfalls ein Flash-Speicher, kann baulich vom Transportstromspeicher getrennt sein. Mit dem Attributspeicher kann er jedoch eine bauliche Einheit bilden, da es sich bei den Attributdaten auch um Daten handelt, auf die nur für Initialisierungsvorgänge zugegriffen wird. Nähere Details zum freiprogrammierbaren Logikbaustein sind dem speziellen Beschreibungsteil zu entnehmen.

Wie bereits weiter oben erwähnt, kann das erfindungsgemäße Multimedia- Card-Modul für unterschiedliche Applikationen eingesetzt werden. Nach einem Verwendungsanspruch kann es auch vorteilhaft zur Abspeicherung von Videosequenzen verwendet wird. Dadurch kann die Karte beispielsweise für elektronische Videogrüße durch Aufzeichnung über eine digitale Consumer- Kamera genutzt und einfach der Briefpost beigelegt werden. Außerdem ist kein eigenes Abspielgerät erforderlich, wenn ein für das erfindungsgemäße Multimedia-Modul geeignetes Anschlussgerät, insbesondere eine Set-Top-Box oder ein PC, vorhanden sind. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Videosequenzen in datenreduzierter Form abgespeichert sind und entsprechend wenig Speicherplatz benötigen. Außerdem sind die Daten digital nachbearbeitbar. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind Werbeein spielungen in digitalen Kinos, die vom Werbeunternehmen einfach als Card- Modul an die Kinos verschickt und dort in Filmpausen eingeblendet werden können, Kurzfilmspeicher für Lehr- und Archivierungszwecke oder Testbild- und Testsequenzgeneratoren insbesondere auch für anbieterspezielle Geräte. Die Palette der Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Multi media-Card-Moduls ist nahezu beliebig und auch ständig erweiterbar.

Ausbildungsformen der Erfindung und zugehörige Signalbelegungstabellen werden zum weiterem Verständnis des erfindungsgemäßen interaktiven Multimedia-Card-Moduls nachfolgend anhand der schematischen Figuren und Tabellen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Konzept-Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Card-Moduls mit einer zusätzlichen I/O- Schnittstelle,

Fig. 2 eine Konzeptübersicht für einen Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Card-Moduls in einer Set-Top-Box,

Fig. 3 ein Funktionalitäts-Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Card-Moduls,

Fig. 4 ein Konzept-Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Card-Moduls mit einer zusätzlichen IrDA- Schnittstelle,

Fig. 5 eine Signalbelegungstabelle mit einer Gegenüberstellung der unterschiedlichen Pinbelegungen im Memory- bzw. PC-Card-Modus und im I/O- bzw. DVB-Modus und

Fig. 6 eine Signalbelegungstabelle für den Control- Multiplexer mit unterschiedlichen Quellen im Memory- und DVB-Mode.

Die Fig. 1 zeigt ein Schaltungskonzept für eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Card-Moduls in einer Anwendung als Testkarte TC gemäß Fig. 2 zur einfachen Durchführung von Funktionalitätstests an einer Set-Top-Box. Mit dem als Blockschaltbild aufgebauten Schaltungskonzept soll die Struktur des Moduls verdeutlicht werden. Für die Speicherung eines Datenstromes für ein auszugebendes Testvideo ist die Testkarte TC mit einem Transportstromspeicher TSM ausgerüstet. Hierbei handelt es sich im gewählten Ausführungsbeispiel um einen 20 MByte Flash-Speicher (Am29F016 von AMD), der preiswert und kompakt gebaut ist. Außerdem weisen derartige Flash-Speicherbausteine (Flash-EPROM) eine sehr hohe Speicherdichte auf und sind nichtflüchtig, jedoch auch relativ langsam. Für Aufzeichnungen in Echtzeit sind schnellere Bausteine erforderlich. Um die Daten systemunabhängig und komfortabel in den Transportstromspeicher TSM schreiben zu können, ist ein Zugriff auf die Testkarte TC auch von einer gewöhnlichen PCMCIA-Schnittstelle eines PCs oder Notebooks möglich. Die Set-Top-Box erwartet dagegen die Eingabe des Transportstromes an ihrer DVB-Schnittstelle. Die Testkarte TC kann deshalb erfindungsgemäß alternativ an einem Steckverbinder PP, der im gewählten Ausführungsbeispiel zwei Reihen mit je 34 Pins P aufweist, entweder als eine DVB-Schnittstelle DVB-CI oder als eine PC-Card-Schnittstelle PCC-I ausgebildet sein.

Sowohl die erforderliche betriebsartabhängige Schnittstellenumschaltung als auch die Ablauf- und Zugriffssteuerungen, insbesondere im DVB-Mode, werden vom einem Schnittstellen-Controller COI überwacht und ausgeführt, dem auch die herkömmlichen Aufgaben eines Schnittstellen-Controllers zugeordnet sind. Wegen der Komplexität der einzelnen Funktionen wird im gewählten Ausführungsbeispiel der Schnittstellen-Controller COI von einem komplexen FPGA (Field Programmable Gate Array; XC3190A von Xilinx) mit einem Boot-Speicherbaustein gebildet. Durch diesen programmierbaren Logikbaustein, der die Anforderungen einer Wiederbeschreibbarkeit, einer geringen Bauhöhe, einer Oberflächenmontierbarkeit, einer hohen Anzahl an I/O-Pins (ca. 122) und einer Versorgungsspannung von 5 V erfüllt, wird gleichzeitig ein hohes Maß an Flexibilität in Bezug auf Funktionsänderungen erreicht. Der XC3190A ist ein auf einer Static Memory Cell Architektur basierendes FPGA mit einer Vielzahl von Konfigurierungs-Logikblöcken. Die erforderlichen Konfigurationsdaten sind in einem externen Konfigurations speicher CM abgelegt. Nach der Konfiguration über eine entsprechende externe Verknüpfungslogik ist das FPGA funktionstüchtig. Baulich vereint mit dem Konfigurationsspeicher CM ist ein Attributdatenspeicher AM (AM29F040 von AMD), der auch die Initialisierungsdaten für das FPGA aufnimmt. Der Attributspeicher AM ist vom Transportstromspeicher TSM baulich getrennt, um Fehlzugriffe zu vermeiden. Der Attributspeicher AM enthält die Card Information Structure (CIS) mit Informationen zur Karte, beispielsweise Hersteller, Kartenart, Zugriffszeit, Speichergröße, Versorgungs- und Porgrammierspannungen und Stromverbrauch.

Für spätere Anwendungen der Testkarte TC sind eine RS232- und eine IrDA- Schnittstelle vorgesehen. Über diese Schnittstellen RS232-I (MAX232A von MAXIM) und IrDA-I (CS8130 von CRYSTAL) können über einen entsprechenden geräteinternen Host-Controller Steuerungen und Up- und Downloads vorgenommen werden. Über die IrDA-Schnittstelle IrDA-I sind auch Remote-Funktionen möglich. Über einen 15-poligen I/O-Steckverbinder I/O- PP, der eine zusätzliche I/O-Schnittstelle I/O-I für die Schnittstellen RS232-I und IrDA-I bildet, werden deren Signale, ebenso wie die Signale zum Urbooten des FPGAs und diverse Steuerleitungen, nach außen geführt.

In Fig. 2 ist ein Geräteaufbau für den zuvor beschriebenen Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Card-Moduls als Testkarte TC dargestellt. Es zeigt eine im Berliner Heinrich-Hertz-Institut für Nachrichtentechnik entwickelte HiBOX, eine MPEG-2 High Level Source Decoder Box. Hierbei handelt es sich um eine Set-Top-Box, die im Gegensatz zu herkömmlichen Geräten auch für High Definition Television (HDTV) und 3D-Präsentationen von stereoskopisch kodierten Filmen geeignet ist. Aus einem von einer Übertragungsstrecke, z. B. Kabel oder Satellit, gelieferten Signal wird mit einem DVB-Demodulator DVB- DM ein Transportstrom TS erzeugt, der aufgeteilt in einzelne Pakete fester Länge, die codierten Bestandteile der Video-, Audio- und Dateninformationen mehrerer Programme enthält. Im System-Demultiplexer SDMUX werden aus dem Transportstrom TS die zu dem ausgewählten Programm gehörenden Pakete extrahiert und zu je einem Video-, Audio- und Daten-Elementarstrom zusammengefasst. Der Video- und der Audio-Elementarstrom werden auf getrennten Modulen VMO und AMO zur Dekodierung der Signale und auf einem Ausgabe- und Digital/Analog-Wandler-Port DAP für die Wiedergabe auf den gewünschten Medien bereitgestellt. Der System-Demultiplexer SDMUX kann den Transportstrom TS zu einer Vorverarbeitung auch an ein Modul MOD umleiten, das sowohl einen PC-Card-Steckplatz PC-PP als auch einen DVB-Steckplatz DVB-PP aufweist und auch zur Aufnahme der mit einem Testmuster beschriebenen Testkarte TC dient. Die Option, die Testkarte TC sowohl in den PC-Card-Steckplatz PC-PP als auch in den DVB-Steckplatz DVB-PP einstecken zu können, ist eine Besonderheit des entwickelten Gerätes. Herkömmliche Set-Top-Boxen besitzen zur Pay-TV-Legitimierung nur eine DVB-Schnittstelle. Weiterhin sind in der HiBOX eine Taktrück gewinnungseinheit SG und ein Controller C zur Steuerung der HiBOX angeordnet.

In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Card-Moduls CMO mit der notwendigen Funktionalität dargestellt. Das erfindungsgemäße Card- Modul CMO kann sowohl als DVB-Karte, die um eine PC-Card-Schnittstelle erweitert ist, als auch als PC-Karte, die um eine DVB-Schnittstelle erweitert ist, angesehen werden. Jede PCMCIA-Karte muss sich nach dem Einschalten in der Betriebsart Memory-Card befinden. Erst aus diesem Modus heraus kann die Signalumschaltung in die I/O-Betriebsart für DVB-CI erfolgen. I/O-Karten weisen prinzipielle Unterschiede zu Memory-Karten auf. Zum einen benötigen sie ein oder mehrere Function Configuration Register (FCR), zum anderen ändern sich die Funktionen einiger Pins der PC-Card-Schnittstelle PCC-I. Die Erweiterung des PCMCIA-Standards zum DVB-CI bringt weitere Funktionsänderungen für einen Teil der Pins mit. In Fig. 5 ist eine Signaltabelle mit den abweichenden Funktionen der Pins dargestellt. Die hier nicht aufgeführten Pins für einen 68poligen Steckverbinder sind mit den in den entsprechenden Normen festgelegten, für eine Speicherkarte relevanten Status- und Steuersignalen belegt, insbesondere für Masse, Daten- und Adressbits, Kartenstromversorgungen und Programmierspannungen, Karten erkennung, Enable's für die Karte, das Schreiben und den Ausgang, Karten- Reset sowie Wartezyklus.

Für I/O-Karten definiert PCMCIA einen Satz von zehn "Function Configuration Register" FCR. Da neun der zehn Register, die im Attributspeicherbereich oberhalb der CIS liegen, nur für bestimmte Anwendungen erforderlich sind, wird hier nur das für I/O-Karten obligatorische "Configuration Option Register" COR benötigt, dessen Hauptaufgabe das Umschalten zwischen Memory- und I/O-Mode ist. Zugriffe auf das COR erfolgen vom Host über die untere Datenbushälfte CD [7 : 0]. Die Daten des wordweise organisierten Speichers auf der Karte CMO müssen byteweise als Transportstrom auf der oberen Datenbushälfte CD [15 : 8] ausgegeben werden. Dazu ist ein zusätzlicher Daten-Multiplexer DAMUX erforderlich, der mit dem Signal MUX-DVB (vergleiche Signaltabelle in Fig. 6) gesteuert wird. Die Beschaltung der Transportstromschnittstelle DVB-CI im DVB-Mode erfordert eine Reihe von entsprechenden Signalen. Hierbei handelt es sich um die MPEG-Input-Signale MIVAL, MISTRT, MCLKI (vergleiche Signaltabelle in Fig. 5) und MDI[7 : 0] für den eingehenden Transportstrom, für den die Adressleitungen CA[25 : 15] als Leitungen für die Daten- und Steuersignale vorgesehen sind. Weiterhin sind es die MPEG-Output-Signale MOVAL, MOSTRT und MCLKO, die von einer Transportstromsteuerung erzeugt werden, und die Signale MDO(7 : 0] für die Ausgabe über den zusätzlichen Daten-Multiplexer DAMUX.

Aus den genannten Punkten wird deutlich, dass das Design einer herkömmlichen PC-Card um folgende Komponenten, die beispielsweise mit einem FPGA realisiert sein können und in der Fig. 3 dargestellt sind, besonders sinnvoll erweiterbar ist:

Die Erzeugung des Transportstromes beschränkt sich im Wesentlichen auf die Adressierung des Transportstromspeichers TSM sowie auf die Generierung der TS-Steuersignale mit dem Modul TS-GENERATOR. Um die Adressierung sowohl in der Betriebsart Memory-Card als auch in der Betriebsart DVB-Card zu ermöglichen, wird mit dem Adressmultiplexer ADR-MUX die gewünschte Quelle ausgewählt. Die DVB-Schnittstelle für den Transportstrom besteht aus einem 8 bit breiten Datenbus MDO[7 : 0], auf dem die Daten synchron zum Takt MCLKO übertragen werden. Der Empfänger des Transportstromes wird bei der Übertragung von den beiden Signalen MOVAL und MOSTRT gesteuert.

Die Bereitstellung der Steuersignale sowie die Ablaufsteuerung der Karte im DVB- oder PC-Mode übernimmt das Modul TS-CONTROL.

Die Fig. 4 zeigt ein Schaltungskonzept für ein erfindungsgemäßes Card- Modul CMO mit einer Infrared-Data-Association-Schnittstelle IrDA-I (im dargestellten Ausführungsbeispiel HSDL 2300 für Slow-IrDA) zur drahtlosen Datenübertragung. Im Gegensatz zu Infrarot-Signalen für herkömmliche Fernsteuerungsfunktionen können über diese Schnittstelle digitale Daten, insbesondere auch in verschlüsselter und komprimierter MPEG-Form, geleitet werden. Dem FPGA kommt in dieser Anwendung eine untergeordnete Rolle zu. Eine Generierung des Transportstromes ist auch hier erforderlich. Der große Transportstromspeicher TSM ist deshalb ersetzt durch einen kleineren Datenspeicher DM und CI-Puffer CI-Buffer. Ein Mikroprozessor CPU (MC 68000) wird zur Bewältigung der Hauptaufgaben eingesetzt. Er übernimmt in erster Linie die Protokollführung für das IrDA-Protokoll und zur DVB- Schnittstelle DVB-CI (optional PCC-I). Zusätzlich zu dem Konfigurations- und Attributspeicher CM, AM ist ein Programmspeicher PM für den Mikroprozessor CPU implementiert.

Der Fig. 5 ist eine Signalbelegungstabelle zu entnehmen. Diese zeigt eine Gegenüberstellung der unterschiedlichen Pinbelegungen des erfindungs gemäßen Card-Moduls in der Betriebsart DVB-Karte mit einer aktivierten DVB- Schnittstelle und in der Betriebsart PC-Karte als Speicherkarte mit einer aktivierten PC-Card-Schnittstelle. Die nicht fettgedruckten Signale zeigen die Signale, die entsprechend dem PCMCIA-Standard für den Betrieb von I/O- Karten umgeschaltet werden müssen und im DVB-Mode dieselbe Funktion haben. Die Bedeutung der einzelnen Signale entspricht der allgemeinen Normung und wurde bereits im Zusammenhang mit der Fig. 4 näher erläutert. Es ist deshalb insgesamt das Umschalten von 28 bzw. 22 Doppelbelegungen zur Schnittstellenumschaltung erforderlich.

Fig. 6 zeigt eine zweite Signalbelegungstabelle für Signale mit unter schiedlichen Quellen im Memory- und I/O- bzw. DVB-Mode. Der Funktionswechsel einiger Signale ist erforderlich beim Wechsel der Betriebsart der Karte. Die in der Tabelle aufgeführten Signale werden in den alternativen Betriebsarten von unterschiedlichen Quellen gesteuert. Die Umschaltung der Ein- und Ausgangssignale wird über einen Control-Multiplexer CONTROL- MUX in Abhängigkeit von einem Betriebsart-Signal vorgenommen. Die einzelnen Signale sind in der Tabelle nach Zugehörigkeit unterteilt. Eine weitere Erläuterung einzelner Signale ist bereits im Zusammenhang mit den Ausführungen zu Fig. 3 erfolgt.

Bezugszeichenliste

ADR-MUX Adressmultiplexer
AM Attributdatenspeicher
AMO Audio-Modul
C Controller
CI-Buffer CI-Puffer
CLK-DIV Takterzeuger
CM Konfigurationsspeicher
CMO Card-Modul
COI Schnittstellen-Controller
CONTROL-MUX Control-Multiplexer
COR Configuration Option Register
CPU Mikroprozessor
DAMUX Daten-Multiplexer
DAP Ausgabe- und Digital/Analog-Wandler-Port
DM Datenspeicher
DVB-CI DVB-Schnittstelle
DVB-DM DVB-Demodulator
DVB-PP DVB-Steckplatz
FPGA Field Programmable Gate Array
I/O-I I/O-Schnittstelle
IrDA-I Infrarot-Schnittstelle
MOD Modul
P Pin
PCC-I PC-Card-Schnittstelle
PC-PP PC-Card-Steckplatz
PM Programmspeicher
PP Steckverbinder
RS232-I serielle Schnittstelle
SDMUX System-Demultiplexer
SG Taktrückgewinnungseinheit
TC Testkarte
TS Transportstrom
TS-CONTROL TS-Steuerung
TS-GENERATOR TS-Generator
TSM Transportstromspeicher
VMO Video-Modul

Claims

1. Interaktives Multimedia-Card-Modul im PC-Card-Format zur Verarbeitung von digitalen MPEG-Daten mit einem Steckverbinder, auf dem eine einheitliche Schnittstelle nach DVB-Standard bereitstellbar ist, mit Speicherplatz für Anwendungs- und Attributdaten und einem taktbaren Schnittstellen-Controller, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Steckverbinder (PP) alternativ zu der DVB-Schnittstelle (DVB-CI) eine PC-Card-Schnittstelle (PCC-I) bereitstellbar ist durch die Implementierung einer über den Controller (COI; FPGA) in Abhängigkeit von der zu aktivierenden Schnittstelle (DVB-CI/PCC-I) steuerbaren Signalumschaltung zwischen den die beiden Schnittstellen (DVB-CI/PCC-I) charakterisierenden Signalbelegungen (Tabelle Fig. 5) der entsprechenden Pins (P) des Steck verbinders (PP).

2. Interaktives Multimedia-Card-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Steckverbinder (PP) die PC-Card-Schnittstelle (PCC-I) alternativ in einer Funktion als Speicher- oder Ein-/Ausgabe-Schnittstelle (Memory/I/O) bereitstellbar ist durch eine über den Controller (COI; FPGA) steuerbare zusätzliche Signalumschaltung (Tabelle Fig. 6) zwischen den die beiden Schnittstellenfunktionen (Memory/I/O) charakterisierenden Signalbelegungen (Tabelle Fig. 5) der entsprechenden Pins (P) des Steckverbinders (PP).

3. Interaktives Multimedia-Card-Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzliches Zugriffsmodul mit personengebundener Zugangsberechtigung für anbieterspezifisch verschlüsselte Daten implementiert ist.

4. Interaktives Multimedia-Card-Modul nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine RS232- (RS232-I) und eine Infrared-Data-Association-Schnittstelle (IrDA- I) vorgesehen sind, deren Signale über eine zusätzliche I/O-Schnittstelle (I/O- I) auf einem I/O-Steckverbinder (I/O-PP) nach außen führbar sind.

5. Interaktives Multimedia-Card-Modul nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine RS232-Schnittstelle (RS232-I) zur drahtgebundenen Datenübertragung außerhalb des Moduls (CMO) zusätzlich implementiert ist.

6. Interaktives Multimedia-Card-Modul nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Infrared-Data-Association-Schnittstelle (IrDA-I) zur drahtlosen Datenüber tragung außerhalb des Moduls (CMO) und der Controller (COI; FPGA) nur optional für die Signalumschaltung (Tabelle Fig. 5) zwischen der DVB- und der PC-Card-Schnittstelle (DVB-CI/PCC-I) eingesetzt wird.

7. Interaktives Multimedia-Card-Modul nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Controller (COI; FPGA) folgende Komponenten zusätzlich implementiert sind:

1. Configuration Option Register COR
2. COR-Decoder COR-DEC.
3. COR-Multiplexer COR-MUX
4. DVB-Multiplexer DVB-MUX
5. Control-Multiplexer CONTROL-MUX
6. Transportstromgenerierung TS-GENERATOR
7. Adressmultiplexer ADR-MUX
8. Takterzeugung CLK-DIV
9. Transportstromsteuerung TS-CONTROL

8. Interaktives Multimedia-Card-Modul nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (COI) für die Schnittstelle von einem freiprogrammierbaren Logikbaustein (FPGA) gebildet ist, dessen Urladedaten in einem Konfigurationsspeicher (CM) abgelegt sind.

9. Interaktives Multimedia-Card-Modul nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Abspeicherung von Videosequenzen verwendet wird.