DE19937456A1

DE19937456A1 - Rechner zur Datenverarbeitung und Verfahren zur Datenverarbeitung in einem Rechner

Info

Publication number: DE19937456A1
Application number: DE19937456A
Authority: DE
Inventors: Holger Runge; Johannes Kneip; Bjoern Bunte; Henning Moeller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-07
Filing date: 1999-08-07
Publication date: 2001-02-15
Anticipated expiration: 2019-08-08
Also published as: DE19937456C2; US6622279B1; JP2001109614A; GB2353380A; GB2353380B; GB0018971D0

Abstract

Es wird ein Rechner zur Datenverarbeitung bzw. ein Verfahren zur Datenverarbeitung mit einem Rechner vorgeschlagen, der bzw. das dazu dient die Bitfolge der Informationen, die mit einem reversiblen Huffman-Code codiert wurden, beim Auftreten eines Fehlers mittels einer Schaltung umzukehren, so daß der Rechner mittels einer geeigneten Codetabelle die umgekehrten Bitfolgen decodiert. Dabei ist im Rechner ein Datenpuffer (6) mit einem Register (7) derart verbunden, daß bei einer Übertragung vom Datenpuffer (6) zum Register (7) die Bitfolge umgekehrt wird, wobei die Bitfolge nicht umgekehrt wird, wenn sie vom Register (7) in den Datenpuffer (6) zurückübertragen wird. Dadurch ist es möglich, daß Informationen, die sich hinter dem Fehler befinden, nicht verloren gehen. Da für die Umkehrung der Bitfolge das Ende dieser, gekennzeichnet durch eine Synchronisationsbitfolge, gefunden werden muß, wird diese durch Stopfbits an Byte-Grenzen angeordnet. Hierdurch befinden sich Synchronisationsbitfolgen nur an Byte-Grenzen. Da der Rechner Codetabellen zur Decodierung laden muß, sind verschiedene reversible und nicht reversible Codes einsetzbar. Anhand der Synchronisationsbitfolge erkennt der Rechner den Beginn einer Gruppe von codierten Informationen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Rechner zur Datenverarbeitung und einem Verfahren zu Datenverarbeitung mit einem Rechner nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.

Es ist bereits bekannt, daß reversible Codes, insbesondere Huffman-Codes, zur Codierung von Informationen bei Multimediaanwendungen verwendet werden. Diese reversiblen Codes haben die Eigenschaft, daß ein Rückwärtsdecodieren der hinteren Codefolge möglich ist, wenn ein Vorwärtsdecodieren durch Auftreten eines Fehlers scheitert. Für das Rückwärtsdecodieren sind weiterhin Synchronisierungsbitfolgen eingefügt, mit denen das Ende von Gruppen von Codewörtern erkannt wird. Die Bitfolge der Codewörter wird dabei umgedreht, indem ein Zeiger auf die Anfangsadresse des letzten Codewortes der Gruppe auf das letzte Bit des Codewortes mittels Software gesetzt wird.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Rechner zur Datenverarbeitung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Datenverarbeitung mit einem Rechner mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche hat demgegenüber den Vorteil, daß Gruppen von Codeworten im Falle eines Fehlers in einem Codewort für die Rückwärtsdecodierung durch eine Schaltung vorbereitet werden. Durch die Umkehrung der Bitfolge der Codeworte einer Gruppe im Falle eines Fehlers durch die Schaltung wird Rechenleistung eingespart, da dann die Umkehrung in einem Rechenzyklus durchgeführt wird.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Rechners bzw. Verfahrens möglich.

Besonders vorteilhaft ist, daß Gruppen von Codewörtern durch Synchronisationsbitfolgen separiert werden, wobei diese Synchronisationsbitfolgen frühestens nach einer zuvor definierten Anzahl von Bytes eingefügt werden. Durch sogenannte Stopfbits wird der Beginn der Synchronisationsbitfolge auf eine einheitliche Byte-Grenze gebracht. Dadurch ist eine einfache Weiterverarbeitung, insbesondere die Umkehrung der Bitfolgen, durch Hardware möglich.

Darüber hinaus ist von Vorteil, daß der Rechner Codetabellen verschiedener reversibler und nicht reversibler Codes lädt, um entsprechend codierte Informationen zu decodieren.

Hierdurch ist eine große Flexibilität der verwendeten Codes gegeben.

Weiterhin ist von Vorteil, daß der Rechner durch Synchronisationsbitfolge den Anfang der Gruppen der Daten erkennt.

Vorteilhafterweise erkennt der Rechner durch einen Zähler, daß alle Codeworte oder alle Bits einer Gruppe dekodiert worden sind. Dadurch erkennt der Rechner, daß die verbleibenden Bits bis zur nächsten Synchronisationsbitfolge Stopfbits sind oder die Synchronisierungsbitfolge folgt direkt nach dem Ende des letzten Codeworts, sofern dieses an einer Byte-Grenze anschließt:

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Gruppe von Codewörtern, eingebettet in Synchronisationsbitfolgen, Fig. 2 ein Blockschaltbild der Schaltung für das Decodieren und Fig. 3 die schematische Verknüpfung zweier Register zur Umkehrung der Bitfolge einer Gruppe von Codewörtern.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist eine Gruppe von Codewörtern eingebettet in Synchronisationsbitfolgen 3 dargestellt. Die Codeworte sind durch Hochkommas voneinander getrennt. Im zweiten Codewort ist durch X 4 ein Fehler eingefügt. Beginnend von der linken Synchronisationsbitfolge 3 ist mit einem Pfeil die normale. Leserichtung 1 gekennzeichnet. Ausgehend von der rechten Synchronisationsbitfolge 3 ist mit einem Pfeil die Rückwärtsleserichtung 2 gekennzeichnet.

Die Codeworte sind mit einem reversiblen Huffman-Code codiert. Bei einem Huffman-Code werden zu codierende Informationen verschieden lang codiert. Das heißt, Informationen, wie zum Beispiel Buchstaben, die mit höherer Häufigkeit in einer Sprache vorkommen, werden mit weniger Bits codiert als solche, die mit nur geringer Wahrscheinlichkeit vorkommen. Zum Beispiel ist das E der häufigste vorkommende Buchstabe in der deutschen Sprache. Daher wird er mit weniger Bits codiert als z. B. das X, das weit weniger häufig vorkommt.

Reversible Codes haben die Eigenschaft, daß mit reversiblen Codes codierte Informationen in beiden Leserichtungen, also von links nach rechts und von rechts nach links, decodiert werden können. Dafür müssen dem Decoder Tabellen zur Verfügung gestellt werden, mit denen der Decoder Codeworte in beiden Richtungen decodieren kann.

Mit einem Codewort wird eine kodierte Information bezeichnet, für deren Code der Rechner als Decoder in einer Tabelle einen Eintrag findet. Dabei werden mehrere Codeworte, hier sihd es vier, zu einer Gruppe zusammen gefaßt. Diese Gruppe wird von zwei Synchronisationsbitfolgen umschlossen, die jeweils an einer Byte-Grenze beginnen. Ist die Länge der codierten Informationen nicht ein vielfaches eines Bytes, so werden Stopfbits eingefügt, damit die folgende Synchronisationsbitfolge an einer Byte-Grenze beginnt.

Ein Rechner als Decoder wird die einzelnen Codeworte nur dadurch unterscheiden, daß er so viele Bits zu einem Codewort zusammenfaßt, bis er eine äquivalente Bitfolge in einer Codetabelle gefunden hat. Da die Stopfbits am Ende der Gruppe der Codeworte eingefügt werden, wird das letzte Codewort vor den Stopfbits dekodiert, während die Stopfbits als nicht decodierbar erkannt werden. Die Stopfbits werden von einer Null angeführt, worauf dann Einsen folgen, bis die Gruppe auf die notwendige Länge aufgefüllt wird, damit die folgende Synchronisationsbitfolge an einer Byte-Grenze beginnt. Ein Zähler markiert, wieviele Bits zu den Codewörtern gehören oder wieviele codierte Informationen in der Gruppe zu erwarten sind, so daß vor den Stopfbits aufgehört wird zu dekodieren.

Alternativ kann im Datenstrom, in dem sich die Codeworte befinden, Informationen enthalten sein, wieviele Codeworte bzw. codierte Informationen zu einer Gruppe zusammengefaßt werden, so daß auch hier durch einen Zähler erkannt wird, wann die Dekodierung der Gruppe beendet ist. Der Zähler, der zum Beispiel bei der Bildung der Gruppe gesetzt wird, kann einerseits beinhalten, wieviele Codeworte in einer Gruppe enthalten sind oder wieviele Bits zu den Codeworten einer Gruppe gehören oder wieviele codierte Informationen zu einer Gruppe gehören.

Ein Fehler in einem Codewort wird nur dadurch erkannt, daß die Bitfolge nicht mehr decodierbar ist, also daß die Bitfolge durch den Fehler soweit verändert wurde, daß sie keinem Codewort in der Codetabelle des Rechners entspricht. Führt der Fehler jedoch dazu, daß durch den Fehler das Codewort in ein anderes decodierbares Codewort verändert wurde, wird der Fehler vom Rechner nicht erkannt. Weiterhin ist es der Fall, daß wenn eine Vielzahl von Fehlern auftritt und diese zu decodierbaren Codewörtern führen, dann wird kein Fehler erkannt. Treten zwei Fehler auf, die zu nicht zu dekodierenden Codewörtern führen und daher erkannt werden, sind die Codewörter zwischen den beiden Fehlern nicht mehr zu decodieren.

Nachdem der Fehler 4 vom Rechner erkannt wurde, untersucht der Rechner das nächste Byte beginnend an der nächsten Byte- Grenze und überprüft, ob die folgende Bit-Sequenz der Synchronisationsbitfolge entspricht. Hat der Rechner die Synchronisationsbitfolge 3 gefinden, dreht der Rechner die Bitfolge der Gruppe um und beginnt die beiden rechten Codeworte, also das vierte und das dritte Codewort, in der Rückwärtsrichtung 2 zu decodieren. Das zweite Codewort mit dem Fehler geht dabei verloren. Wurden Stopfbits verwendet, werden zunächst alle Einsen gelöscht, bis die Null erkannt wird. Nach der Null wird dann mit dem Dekodieren begonnen.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der Schaltung für das Decodieren und die Umkehrung der Bitfolge im Falle eines fehlerhaften Bits gezeigt. Ein Hauptspeicher 5 ist mit einem Datenpuffer 6 verbunden. Der Datenpuffer 6 ist über einen ersten Datenausgang und einen Dateneingang mit dem Register 7 verbunden. Über den ersten Datenausgang übergibt der Datenpuffer 6 dem Register 7 die umzukehrende Bitfolge einer Gruppe von Codewörtern. Der Datenpuffer 6 ist über einen zweiten Datenausgang mit dem Hauptspeicher 5 verbunden. Vom Datenpuffer 6 gelangen die umgekehrten Bitfolgen zurück in den Hauptspeicher 5.

Eine Gruppe von Codewörtern wird im Hauptspeicher 5 anhand der Synchronisationsbitfolge erkannt. Die Synchronisationsbitfolge ist eine Bitfolge, die der Rechner kennt, da er sie fest abgespeichert hat und damit durch Vergleich eindeutig erkennt. Die Bitfolge entspricht dabei keinem Codewort und ist damit leicht von Codeworten zu unterscheiden.

Im Hauptspeicher 5 wird durch den Rechner die Decodierung vorgenommen. Dazu hat der Rechner in den Hauptspeicher 5 Tabellen mit Codewörten und dem entsprechenden Klärtext geladen.

Tritt innerhalb einer Gruppe ein Fehler auf, wird beginnend von der Synchronisationsbitfolge, die die Gruppe beschließt, bis hin zum aufgetretenen Fehler, die Bitfolge der Gruppe wortweise an den Datenpuffer 6 übergeben. Durch eine Übertragung an das Register 7 vom Datenpuffer 6 wird die Bitfolge der Gruppe umgekehrt. Dabei ist das Register 7 mit dem Datenpuffer 6 derart verbunden, daß die Bitleitungen der einzelnen Zellen des Datenpuffers 6 zum jeweils entgegengesetzten Bit im Register 7 führen. Die umgekehrte Bitfolge wird dann in den Datenpuffer 6 vom Register 7 zurückübertragen, wobei die umgekehrte Reihenfolge beibehalten wird. Dann wird die umgekehrte Bitfolge in den Hauptspeicher zurückübertragen.

Der Rechner decodiert nun mittels einer weiteren Codetabelle für Codewörter, die in Rückwärtsrichtung decodiert werden sollen, die Codeworte der Gruppe. Die decodierten Codewörter stehen im Hauptspeicher 5 zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung. Zum Beispiel können die dekodierten Codewörter dazu dienen, nun Informationen auf einem Monitor darzustellen.

In Fig. 3 ist schematisch dargestellt, wie der Datenpuffer 6 mit dem Register 7 verbunden ist, so daß im Falle eines Auftretens eines Fehlers die Bitfolge umgekehrt wird. Man sieht, daß die Leitungen der Zellen des Datenpuffers mit den Zellen des Registers überkreuz verbunden sind. Das heißt, das Bit, daß in der rechten Zelle des Datenpuffers 6 sich befindet und mit b₀ bezeichnet ist, befindet sich im Register 7 auf der ganz linken Zelle wieder. In dieser Weise wird aufgrund der Verschaltung der Zellen dabei des Datenpuffers und des Registers 7 eine Umkehrung der Bitfolge hergestellt. Jede Zelle des Registers 7 hat einen Ausgang, der mit den Zellen des Datenpuffers 6 so verbunden ist, daß die umgekehrte Reihenfolge der Bits erhalten bleibt, das heißt, das ganz rechte Bit im Register 7 wird auch das ganz rechte Bit im Datenpuffer 6 sein.

Durch die Implementierung der Umkehrung der Bitfolge durch eine Schaltung benötigt man nur einen Befehl in einem Programm, das auf dem Rechner abläuft, um die Umkehrung der Bits zu bewirken.

Claims

1. Rechner zur Datenverarbeitung, wobei die zu verarbeitenden mit einem reversiblen Code, insbesondere Huffman-Code, erzeugten Daten, aus unterschiedlich langen Bitfolgen bestehen, wobei der Rechner mittels abgespeicherter Bitfolgen codierte Daten bis zu einem fehlerhaften Bit hin vergleicht und decodiert, wobei Synchronisationsbitfolgen eine Gruppe von Daten umgeben, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner die Daten einer Gruppe von einem Datenpuffer (6) in ein Register (7) überträgt, wenn der Rechner in einer Bitfolge der Daten dieser Gruppe ein fehlerhaftes Bit erkennt, wobei der Datenpuffer (6) mit einem Register (7) derart verbunden ist, daß der Rechner die Reihenfolge der Bits der Daten dieser Gruppe durch die Übertragung vom Datenpuffer (6) zum Register (7) umkehrt, daß dann der Rechner die Daten vom Register (7) überträgt, wenn der Rechner in einer Bitfolge der Daten dieser Gruppe ein fehlerhaftes Bit erkennt, wobei der Datenpuffer (6) mit einem Register (7) derart verbunden ist, daß der Rechner die Reihenfolge der Bits der Daten dieser Gruppe durch die Übertragung vom Datenpuffer (6) zum Register (7) umkehrt, daß dann der Rechner die Daten vom Register (7) in den Datenpuffer (6) zurücküberträgt, wobei das Register (7) mit dem Datenpuffer (6) derart verbunden ist, daß die Bits im Datenpuffer (6) die gleiche Reihenfolge haben wie im Register (7) und daß der Rechner mittels abgespeicherter Bitfolgen zur Decodierung von Bitfolgen mit Bits in umgekehrter Reihenfolge die Bitfolgen bis zu einem fehlerhaften Bit hin vergleicht und decodiert.

2. Rechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner die durch die Synchronisationsbitfolgen (3) umgebene Gruppe von Daten durch Stopfbits auf eine wortorientierte Bitlänge bringt.

3. Rechner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner bekannte Bitfolgen für die Decodierung von Daten, die mit verschiedenen reversiblen oder nicht reversiblen Codes codiert worden sind, in seinen Speicher (5) lädt.

4. Verfahren zur Datenverarbeitung mit einem Rechner, wobei die zu verarbeitenden Daten aus unterschiedlich langen Bitfolgen bestehen, wobei die Daten mit einem reversiblen Code, insbesondere Huffman-Code, erzeugt werden, wobei im Rechner die codierten Daten mittels im Rechner abgelegter bekannter Bitfolgen verglichen und bis zu einem fehlerhaften Bit hin decodiert werden, wobei Synchronisationsbitfolgen eine Gruppe von Daten umgeben, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- die Daten einer Gruppe werden im Rechner übertragen, so daß sich die Reihenfolge der Bits der Daten dieser Gruppe umkehrt, wenn durch den Rechner in einer Bitfolge der Daten dieser Gruppe ein fehlerhaftes Bit erkannt wird,
- die Daten der Gruppe mit Bits in umgekehrter Reihenfolge werden im Rechner zurückübertragen,
- mittels im Rechner abgespeicherter Bitfolgen zur Decodierung von Bitfolgen mit Bits in umgekehrter Reihenfolge werden die Bitfolgen bis zu einem fehlerhaften Bit hin verglichen und decodiert.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Synchronisierungssignale umgebenen Gruppen von Daten durch Stopfbits auf eine einheitlichen Länge gebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bekannte Bitfolgen für die Decodierung von Daten, die mit verschiedenen reversiblen oder nicht reversiblen Codes codiert wurden, geladen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfang der zu decodierenden Bitfolgen durch die Synchronisationsbitfolge, welche die Gruppen von Daten umgeben, erkannt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Zähler die Zahl der Bits einer Gruppe abgespeichert wird, so daß das Ende einer Gruppe durch ein Dekrementieren des Zählers erkannt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Codeworte einer Gruppe durch einen Zähler abgespeichert wird, so daß das Ende der Gruppe durch ein Dekrementieren des Zählers erkannt wird.