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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Anmeldung betrifft einen Empfänger und ein Verfahren zum
Empfangen von Datenpaketen sowie eine Schaltung zum Synchronisieren
des Empfangs von Datenpaketen.
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Mit
zunehmender Geschwindigkeit des Internet-Verkehrs nehmen On-Demand-Fernsehen
und -Video immer mehr Gestalt an. Zusätzlich zu der zunehmenden Geschwindigkeit
von Internet-Transaktionen ermöglicht
die fortgesetzte Weiterentwicklung von Komprimierungsstandards für Videoinhalte
Bild und Ton von hoher Qualität
und verringert die zu übertragende
Datenmenge beträchtlich.
Ein Komprimierungsstandard für
Fernseh- und Videosignale wurde von der Moving Picture Experts Group (MPEG)
entwickelt und ist unter der Bezeichnung MPEG-2 bekannt. Die MPEG-2-Komprimierung
komprimiert und paketisiert den Videoinhalt in MPEG-2-Pakete.
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Der
MPEG-2-Standard hat eine Anzahl von Varianten, die jeweils auf dem
konkreten Übertragungskanal
basieren. Beispielsweise wurde die ITU-Spezifikation J.83 Anhang
B (die Spezifikation J.83) für
die Übertragung
von digitalen Daten über
einen Kabelkanal entwickelt. Die Spezifikation J.83 schreibt die
Anwendung eines Paritätsprüfsummenbyte
und einer Vorwärtsfehlerkorrektur
("Vorwärtsfehlerkorrektur"; FEC) auf die MPEG-2
Pakete vor, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit für alle Zwecke vollinhaltlich
Bezug genommen wird. Das oben Beschriebene gestattet eine zusätzliche
Fehlererfassung und gleichzeitige Fehlererfassung und Synchronisierung.
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Die
MPEG-2-Pakete werden als ein kontinuierlicher Strom von seriellen
Daten empfangen. Eine Wiederherstellung des ursprünglichen
Videoinhaltes erfordert es, den kontinuierlichen Strom von seriellen Daten
in die individuellen Pakete zu zerlegen, aus denen er besteht. Bei
einem gegebenen Startpunkt eines MPEG-2-Paketes kann der Empfänger den kontinuierlichen
Strom in die individuellen Datenpakete zerlegen, aus denen er besteht,
indem er einfach die Anzahl von empfangenen Bits zählt, da
die MPEG-2-Pakete eine bekannte, gleichförmige Länge (1504 Bits) besitzen. Der
Startpunkt eines Paketes wird durch Berechnen und Erfassen einer
vorgegebenen acht-Bit-Prüfsumme
bestimmt. Die Erfassung der vorgegebenen Prüfsumme zeigt den Beginn eines
MPEG-2-Paketes an. Die Erfassung der vorgegebenen Prüfsumme wird
dazu verwendet, eine MPEG-Synchronisierung und Verriegelungsausrichtung herzustellen.
Sobald die Ausrichtung verriegelt ist, zeigt das Nichtvorliegen
der vorgegebenen Prüfsumme
an erwarteten Stellen (alle 1504 Bits) Bitfehler an.
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Gegenwärtig ist
die MPEG-Synchronisierung auf den Empfang einer Anzahl von aufeinander
folgenden Prüfsummen
konditioniert. Jedes Datenpaket enthält 188 Bytes oder 1504 Bits.
Eine Prüfsummenschaltung
könnte
an einem beliebigen Punkt innerhalb dieser 1504 Bits mit einer gleichen
Wahrscheinlichkeit zu suchen beginnen. Da es nur eine richtige Phase,
1503 falsche Phasen, und nur 256 mögliche Prüfsummen gibt, ist es wahrscheinlich, dass
die erste als richtig gemeldete Prüfsumme sich in einer falschen
Phase befindet. Nimmt man jedoch an, dass die MPEG-Pakete nicht
alle identisch sind, besteht nur eine Chance von 1 zu 256, dass
die nächste
Prüfsumme
als richtig gemeldet wird, falls die Synchronisierung falsch ist.
Es besteht eine Chance von 1 zu 65.536, dass die nächsten zwei richtigen
Prüfsummen
als richtig gemeldet werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass die nächsten fünf Pakete
als richtig gemeldet werden, beträgt weniger als eins zu einer
Billion. Da sich diese Wahrscheinlichkeit rasch an Null annähert, kann
eine falsche Synchronisierung in diesem Fall einfach vermieden werden.
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Wenn
jedoch fünf
identische Pakete nacheinander empfangen werden, verschieben sich
die Verhältnisse
dramatisch. Die Wahrscheinlichkeit einer falschen Synchronisierung
bei dem ersten Versuch ist die gleiche, ungefähr 1248 zu 1504. Aufeinander
folgende Pakete garantieren jedoch jeweils die gleiche Prüfsumme,
da Daten in den nachfolgenden Paketen die gleichen sind. Daher ist
selbst nach fünf Paketen
die Wahrscheinlichkeit einer falschen Synchronisierung immer noch
beträchtlich.
Ein Beispiel, bei dem eine Anzahl von aufeinander folgenden identischen
Paketen übertragen
wird, ist in einer Video on Demand-Umgebung, in der die Kanalverwendung
je nach Kundenwunsch variiert, und MPEG NULL-Pakete werden verwendet,
um die ungenützte
Bandbreite aufzufüllen.
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Ein
anderes Problem mit der Konditionierung der MPEG-Synchronisierung
auf eine Anzahl von aufeinander folgenden Prüfsummen ist es, dass die Berechnung
vieler Prüfsummen
eine beträchtliche Menge
Zeit erfordert. Dies resultiert in merklichen Verzögerungen,
die während
des Umschaltens von Fernsehkanälen äußerst unerwünscht sind.
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Eine
andere Methode zählt
eine gegebene Anzahl von falschen Prüfsummen aus einem festgelegten
Fenster. Beispielsweise werden falsche Prüfsummen in einem verschiebbaren
Fenster von 255 Prüfsummen
gezählt.
Wenn die Anzahl von falschen Prüfsummen
eine bestimmte Anzahl, z.B. 50, übersteigt,
wird die gegenwärtige
Synchronisierung fallen gelassen, und eine Resynchronisierung wird
versucht. Der Nachteil dieses Ansatzes ist es, dass normale Bitfehler
falsche Prüfsummen
verursachen können
und somit eine Resynchronisierung unter verrauschten Bedingungen
veranlasst, selbst wenn die Synchronisierung richtig war.
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Die
Schrift US-A-5 956 102 beschreibt eine Synchronisierung für MPEG-Daten
basierend auf einer CRC-Decodierung.
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Es
wäre daher
vorteilhaft, wenn eine Falschsynchronisierungserfassung und Wiederherstellung innerhalb
einer ausreichenden Zeitspanne gewährleistet wären.
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Weitere
Beschränkungen
und Nachteile von herkömmlichen
und traditionellen Lösungsansätzen ergeben
sich für
den Fachmann durch einen Vergleich solcher Systeme mit Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, wie sie nachfolgend in der vorliegenden
Anwendung unter Bezugnahme auf die Zeichnung dargelegt sind.
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Diese
und weitere Aufgaben werden durch den Empfänger zum Empfangen von Datenpaketen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch
1 und das Verfahren zum Empfangen von Datenpaketen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch
9 und die Schaltung zum Synchronisieren des Empfangs von Datenpaketen
gemäß dem unabhängigen Patentanspruch
15 gelöst.
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Während einer
Falschsynchronisierung erfasst ein MPEG-Rahmenbildner nach einer
ausreichend langen Zeit falsche Prüfsummen in den Datenpaketen
an Bitstellen, von denen erwartet wird, dass sie den Beginn eines
individuellen Paketes anzeigen. Falsche Prüfsummen können jedoch entweder eine Falschsynchronisierung
oder allgemein verrauschte Bedingungen anzeigen. Eine Falschsynchronisierung
und allgemein verrauschte Bedingungen können durch nicht-korrigierbare
Reed-Solomon (RS)-Fehler unterschieden werden. Während allgemein verrauschten
Bedingungen werden nicht-korrigierbare RS-Fehler wahrscheinlicher.
Eine Falschsynchronisierung verursacht hingegen keine RS-Fehler.
Somit kann die Untersuchung und der Ver gleich von falschen Prüfsummen
und RS-Fehlern dazu verwendet werden, eine Falschsynchronisierung
präzise
zu erkennen.
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Die
Anzahl von falschen Prüfsummen
und die Anzahl von nicht-korrigierbaren RS-Fehlern werden gezählt und verglichen. Falls die
Anzahl von falschen Prüfsummen
größer als
die Anzahl von nicht-korrigierbaren Fehlern ist, wird eine Falschsynchronisierung
erfasst, und eine Resynchronisierung findet statt.
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Eine
Falschsynchronisierung kann ohne Betriebsunterbrechung erfasst werden,
und zwar entweder auf einer Interrupt-Ansteuerungsbasis oder einer
Abfrage-Ansteuerungsbasis. Im Falle der Interrupt-Ansteuerungsbasis
wird der Vergleich der Anzahl von falschen Prüfsummen und der Anzahl von nicht-korrigierbaren
RS-Fehlern ausgelöst,
wenn die Anzahl von falschen Prüfsummen
einen bestimmten Wert erreicht. Im Falle der Abfrage-Ansteuerungsbasis
findet der Vergleich der Anzahl von falschen Prüfsummen und der Anzahl von
nicht-korrigierbaren RS-Fehlern in vorgegebenen Zeitabständen statt.
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Ein
vollständigeres
Verständnis
dieser und weiterer Vorteile und neuer Merkmale der vorliegenden
Erfindung, wie auch von Einzelheiten einer veranschaulichten Ausführungsform
davon, ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
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KURZBESCHREIBUNG
VON MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
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Die
vorliegend gezeigten Ausführungsformen
sind unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren leichter verständlich.
Es zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm eines beispielhaften Kabelübertragungssystems;
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2 ein
Blockdiagramm eines Datenpaketes gemäß dem MPEG-2-Standard;
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3 ein
Blockdiagramm eines beispielhaften Prüfsummengenerators;
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4 ein
Blockdiagramm eines beispielhaften Vorwärtsfehlerkorrektur-Codierer/Decodersystems;
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5 ein
Blockdiagramm einer beispielhaften Prüfsummen-Decoderschaltung;
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6 ein
Blockdiagramm eines beispielhaften Empfängers gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 ein
Ablaufdiagramm einer Interrupt-angesteuerten Falschsynchronisierungserfassung
und Wiederherstellung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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8 ein
Ablaufdiagramm einer Abfrage-angesteuerten Falschsynchronisierungserfassung
und Wiederherstellung gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Obgleich
die nachfolgende detaillierte Beschreibung unter spezifischer Bezugnahme
auf den MPEG-2-Standard gegeben wird, sollte es verstanden sein,
dass die Aspekte der vorliegenden Erfindung auf andere Datenströme angewendet
werden können,
die eine Synchronisierung erfordern, einschließlich z.B. des DOCSIS-Standards,
der in CableLabs Data-Over-Cable Service Interface Specifications
(DOCSIS) SP-RFIv2.0 beschrieben ist.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist dort ein Blockdiagramm
eines beispielhaften Kabelübertragungssystems
zum Übertragen
von MPEG-Paketen 115 von einem Sender 116 an einen
Empfänger 117 dargestellt.
Die MPEG-Pakete 115 enthalten Pakete eines komprimierten
Datenausgangs von einem MPEG-Codierer 110. Die komprimierten
Daten repräsentieren
eine Video/Audio-Sequenz. Der MPEG-Codierer 110 empfängt die
Video/Audio-Sequenz und verarbeitet die Video/Audio-Sequenz gemäß dem MPEG-2-Standard.
Der MPEG-2-Standard ist im Detail in ITU-T Empfehlung H.222.0 (1995)|ISO/IEC
13818-1:1996, Information Technology – Generic Coding of Moving
Pictures and Associated Audio Information Systems beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf 2, ist dort ein Blockdiagramm
eines MPEG-2-Paketes 115 dargestellt. Das MPEG-2-Paket 115 umfasst
188 Bytes, mit einem Byte 115a für Synchronisierungszwecke,
drei Bytes 115b für
einen Header, gefolgt von 184 Bytes 115c Daten. Von dem
Synchronisierbyte 115a ist angegeben, dass einen konstanten
Wert von 0 × 47
besitzt. Der Header 115b enthält Dienstidentifikations-, Verwürfelungs-
und Steuerinformationen.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 1 weist der Sender 116 eine
MPEG-Rahmenbildung 120, einen Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC)-Codierer 140 und einen
Quadraturamplitudenmodulation (QAM)-Modulator 150 auf.
Die MPEG-Rahmenbildung 120 berechnet und platziert ein
Paritätsprüfsummenbyte
in das Synchronisierbyte 115a der MPEG-Pakete 115. Der
FEC-Codierer fügt
den MPEG-Paketen 115 Fehlerkorrekturschichten hinzu. Der
QAM-Modulator 150 moduliert und überträgt die MPEG-Pakete 115.
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Die
MPEG-2 Pakete 115 werden von der MPEG-Rahmenbildung 120 empfangen.
Gemäß der ITU-Spezifikation
J.83 Anhang B zum Übertragen von
digitalen Daten über
Kabel fügt
die MPEG-Rahmenbildung 120 eine zusätzliche Schicht für die Verarbeitung
hinzu, welche die Informationsträgerkapazität des Synchronisierbytes 115a nutzt.
Eine Paritätsprüfsumme,
die eine Nebenklasse eines linearen Finite Input Response Paritätsüberprüfungs-Blockcodes
ist, wird für
das Synchronisierbyte 115a ersetzt, wodurch eine verbesserte
Paketumschreibungsfunktionalität
und Fehlererfassungsfähigkeit zur
Verfügung
gestellt wird.
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Unter
Bezugnahme auf 3 ist dort ein beispielhafter
Prüfsummengenerator
zum Erzeugen der Paritätsprüfsumme dargestellt.
Der Prüfsummengenerator
weist ein lineares Rückkopplungsschieberegister
(LFSR) 122 auf. Das LFSR 122 ist durch die folgende
Gleichung beschrieben: f(X) = [1 + b(X)X1497]/g(X)wobei g(X)
= 1 + X + X5 + X6 +
X8 und b(X) = 1 +
X + X3 + X7
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Alle
Addieroperationen in die LFSR 122 basieren auf modulo-2.
Das LFSR 122 wird zuerst initialisiert, so dass alle Speicherelemente 124 einen Wert
Null enthalten. Das Synchronisierbyte 115a wird aus dem
MPEG-Paket entfernt. Der Header 115b und die Datenabschnitte 115c (1496
Bits) eines MPEG-Paketes werden in das LFSR 122 verschoben.
Der Codierereingang wird auf Null gesetzt, nachdem der Header 115b und
die Datenabschnitte 115c empfangen wurden, und acht zusätzliche
Verschiebungen werden benötigt,
um die letzten verbleibenden Bits sequentiell an das Schieberegister 126 auszugeben.
Ein Versatz von 0 × 67
wird am Addierer 128 zu Inhalten in dem Schieberegister 126 hinzuaddiert.
Der Ausgang des Addierers 128 ist die Paritätsprüfsumme.
Die Paritätsprüfsumme wird
an den Header-Abschnitt 115b und den Daten Abschnitt 115c verkettet.
Dies führt
zu einem 0 × 47-Ergebnis,
das während
der Prüfsummendecodierung
erzeugt werden soll.
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Die
MPEG-Pakete (mit der Paritätsprüfsumme) 130 werden
an den FEC-Codierer 140 geschickt. Unter Bezugnahme auf 4 ist
dort ein beispielhafter FEC-Codierer 140 dargestellt. Der
FEC-Codierer 140 weist vier Schichten für die Verarbeitung auf. Die vier
Schichten für
die Verarbeitung umfassen einen Reed-Solomon (RS)-Codierer 140a,
einen Interleaver 140b, einen Randomizer 140c und
einen Trelliscodierer 140d. Der RS-Codierer 140a stellt
eine Blockcodierung und -decodierung zur Verfügung, um bis zu drei Symbole
in jedem codierten Block zu korrigieren. Der Interleaver 140b verteilt
die Symbole gleichmäßig, was
gegen einen Burst von Symbolfehlern schützt. Der Randomizer 140c randomisiert
die Daten auf dem Kanal, um eine effektive QAM-Demodulator-Synchronisierung
zu ermöglichen.
Der Trelliscodierer 140d stellt eine Faltungscodierung
zur Verfügung.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 1 werden die von dem FEC-Codierer 140 ausgegebenen MPEG-Pakete 145 moduliert
und durch den QAM-Modulator 150 übertragen. Der QAM-Modulator 150 überträgt die modulierten
MPEG-Pakete 155 über
einen Kommunikationskanal 160, z.B. ein Kabel 160.
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Für den Fachmann
dürfte
ersichtlich sein, dass ein Grad von Rauschen 165 über den
Kanal 160 vorliegt. Beispielsweise wird ein Kabelkanal 160 in erster
Linie als ein in der Bandbreite eingeschränkter Kanal angesehen, der
durch eine Kombination aus Rauschen, Signalstörung und Mehrpfadverzerrung korrumpiert
ist. Das Rauschen resultiert im Empfang von modulierten MPEG-Paketen 155', die modulierten
MPEG-Paketen 155 plus
das Rauschen 165 am Empfänger 117 äquivalent
sind.
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Der
Empfänger 117 verarbeitet
die empfangenen modulierten MPEG-Pakete 155', so dass MPEG-Pakete 115' an den MPEG-Decoder 110' geliefert werden.
Der MPEG-Decoder 110' entkomprimiert
die MPEG-Pakete 115',
um eine Video/Audio-Sequenz zurück
zu gewinnen, die eine qualitativ hochwertige Replik der ursprünglichen
Video/Audio-Sequenz ist. Der Empfänger 117 weist einen QAM-Demodulator 150', einen FEC-Decoder 140' und einen MPEG-Rahmenbildner 120' auf. Der QAM-Demodulator 150' demoduliert
die empfangenen modulierten MPEG-Pakete 155'. Der FEC-Decoder 140' kehrt die von
dem FEC-Codierer 140 angewendeten Schichten für die Fehlerkorrektur
um und erfasst und korrigiert Fehler in den MPEG-Paketen 155'. Der MPEG-Rahmenbildner 120' wird für Synchronisierungszwecke
verwendet.
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Die
empfangenen modulierten MPEG-Pakete 155' werden von dem QAM-Demodulator 150' demoduliert.
Das Kanalrauschen 165 kann in Bitfehlern resultieren, wenn
die empfangenen modulierten MPEG-Pakete 155' von dem QAM-Demodulator 150' demoduliert
werden.
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Die
MPEG-Pakete 145' werden
von dem FEC-Decoder 140' empfangen,
der die von dem FEC-Codierer 140 angewendeten Schichten
für die Fehlerkorrektur
umkehrt. Das Decodieren der von dem FEC-Codierer 140 angewendeten
Schichten für die
Fehlerkorrektur ermöglicht
sowohl eine Erfassung als, möglicherweise,
eine Korrektur des Fehlerdatensignals bis hin zu einer bestimmten
maximalen Anzahl von Bitfehlern, auf eine Weise, die auf diesem Fachgebiet
wohlbekannt ist. Beispielsweise ist die RS-Fehlerkorrektur (128, 122)
und hat die Fähigkeit, 3
oder weniger RS-Symbolfehler zu korrigieren. Die RS-Fehlerkorrekturschicht
ist in weiterem Detail in Abschnitt B.5.1 der ITU-T-Empfehlung J.83,
Television and Sound Transmission – Digital Multi-Programme Systems
for Television Sound and Data Services for Cable Distribution beschrieben,
auf deren Offenbarungsgehalt hiermit für alle Zwecke vollinhaltlich Bezug
genommen wird. Übermäßig viele
Symbolfehler können
nicht korrigiert werden. Das Ergebnis sind MPEG-Pakete 130', die idealerweise
mit den MPEG-Paketen 130 identisch sind.
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Es
wird angemerkt, dass die MPEG-Pakete 130' als ein kontinuierlicher Strom
empfangen werden. Eine fortgesetzte Verarbeitung der MPEG-Pakete 130' erfordert das
Aufteilen des kontinuierlichen Stromes in die individuellen MPEG-Pakete 130', aus denen
er besteht. Mit dem Startpunkt eines individuellen MPEG-Paketes 130' in dem kontinuierlichen Strom
kann der kontinuierliche Strom durch einfaches Zählen der Anzahl von empfangenen
Bits in die individuellen MPEG-Pakete aufgeteilt werden, aus denen
er besteht, da die Pakete eine bekannte gleichförmige Länge besitzen.
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Die
MPEG-Pakete 130' werden
von der MPEG-2-Rahmenbildung 120' empfangen. Die MPEG-2-Rahmenbildung 120' unterteilt
die MPEG-Pakete 130' in
MPEG-Pakete 115'.
Die MPEG-2-Rahmenbildung 120' weist
eine Decoderschaltung auf, die durch ein LSFR ausgeführt sein kann.
Unter Bezugnahme auf 5 ist dort ein Blockdiagramm
eines beispielhaften LSFR 122' dargestellt, das für die Berechnung
der Prüf summe
von eintreffenden MPEG-Paketen 130' konfiguriert ist. Das LSFR 122' ist ähnlich dem
LSFR 122 von 2, mit der Ausnahme, dass dem
Schieberegister 126' kein
Versatz hinzugefügt
wird.
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Die
MPEG-Pakete 130' werden
als ein serieller Datenbitstrom am Eingang empfangen. Die Decoderschaltung 122' berechnet eine
verschiebbare Prüfsumme
an dem seriellen Eingangsdatenbitstrom, der im Schieberegister 126' gespeichert
ist. Auf der Grundlage der Codierung der MPEG-Pakete 130' beträgt die im
Schieberegister 126 erzeugte Prüfsumme 0 × 47, wenn die 1504 Bits, die
ein einzelnes Rahmenpaket 130' bilden, in der Decoderschaltung 122' (in den Verzögerungseinheiten
Z) empfangen werden. Folglich wird die Erfassung von 0 × 47 in
dem Register 126 verwendet, um den Beginn eines MPEG-2-Paketes 130' zu erfassen.
Sobald der Beginn eines Paketes erfasst ist, wird eine verriegelte Ausrichtung
hergestellt, und das Nichtvorliegen eines gültigen Codes (0 × 47) an
dem erwarteten Bitabstand (alle 1504 Bits) zeigt einen Fehler an.
Eine gleichzeitige Paketsynchronisierung und Fehlererfassung werden
auf die oben beschriebene Weise unterstützt.
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Die
MPEG-Rahmenbildung 120' kann
in zwei Betriebsmodi arbeiten – einem
Synchronisierungsverriegelungs-Modus und einem Resynchronisierungsmodus.
Im Synchronisierungsverriegelungs-Modus wird die Bitausrichtung
hergestellt, und das Nichtvorliegen des gültigen Codes (0 × 47) im Schieberegister 126 an
dem erwarteten Bitabstand (alle 1504 Bits) zeigt einen Fehler an.
Im Resynchronisierungsmodus wird keine Bitausrichtung hergestellt.
Das Schieberegister 126 wird auf den gültigen Code überwacht.
Die Erfassung eines gültigen
Codes zeigt den Beginn eines Paketes an.
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Die
konkrete Weise, wie die MPEG-Rahmenbildung 120' arbeitet, wird
von dem Prozessor 168 gesteuert. Der Prozessor 168 steuert
die Betriebsmodi der MPEG-Rahmenbildung 120' auf eine solche Weise,
dass sie eine Falschsynchronisierung erfasst und rückgängig macht.
Wie bereits angemerkt wurde, besteht eine beträchtliche Wahrscheinlichkeit
einer Falschsynchronisierung, wobei die Synchronisierung auf der
Erfassung einer vorgegebenen Prüfsumme
basiert. Eine Falschsynchronisierung wird durch das Vorliegen von
falschen Prüfsummen
an späteren
geeigneten Bitabständen
(alle 1504 Bits) erfasst.
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Falsche
Prüfsummen
können
auch infolge von allgemein verrauschten Bedingungen auftreten. Verrauschte
Bedingungen führen
dazu, dass eine große
Anzahl von Bit fehlern auftritt, wodurch sich falsche Prüfsummenberechnungen
selbst dann ereignen, wenn der Empfang des Datenpaketes ordnungsgemäß synchronisiert
ist. Die große
Anzahl von Bitfehlern kann jedoch auch durch den Vorwärtsfehlerkorrekturcode
erfasst werden, was in einer beträchtlichen Anzahl von nicht-korrigierbaren
RS-Fehlern resultiert.
Daher resultieren falsche Prüfsummen,
die durch verrauschte Bedingungen verursacht wurden, in vergleichbaren
Anzahlen von nicht-korrigierbaren RS-Fehlern und falschen Prüfsummen.
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Im
Gegensatz hierzu verursacht eine Falschsynchronisierung falsche
Prüfsummen,
führt aber nicht
dazu, dass nicht-korrigierbare RS-Fehler erfasst werden. Daher resultieren
falsche Prüfsummen, die
durch eine Falschsynchronisierung verursacht wurden, in beträchtlich
mehr falschen Prüfsummen im
Vergleich mit der Anzahl von nicht-korrigierbaren RS-Fehlern.
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Folglich
kann eine Falschsynchronisierung durch einen Vergleich der RS-Fehler
und der Anzahl von falschen Prüfsummen
erfasst und rückgängig gemacht
werden. Falls falsche Prüfsummen
erfasst werden, aber mit der Anzahl von RS-Fehlern vergleichbar
sind, belässt
der Prozessor 168 die MPEG-Rahmenbildung 120' trotz der falschen
Prüfsummen
im Synchronisierungsverriegelungs-Modus. Falls jedoch falsche Prüfsummen
erfasst werden, welche die Anzahl von RS-Fehlern beträchtlich übersteigen,
erhöht
sich die Wahrscheinlichkeit einer Falschsynchronisierung. Daher
stellt der Prozessor 168 die MPEG-Rahmenbildung 120' so ein, dass
sie im Resynchronisierungsmodus arbeitet.
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Unter
Bezugnahme auf 6 ist dort ein detailliertes
Blockdiagramm eines beispielhaften Empfängers 117 dargestellt.
Der FEC-Decoder 140' und die
MPEG-Rahmenbildung 120' sind
mit dem Register 170 bzw. 175 verbunden. Obgleich
die Register 170 und 175 als separat von dem Prozessor 168 gezeigt
sind, wird angemerkt, dass die Register 170 und 175 auch
Teil des Prozessors 168 sein können. Das Register 170 behält einen
Zählwert
von RS-Fehlern, die von dem FEC-Decoder 140' erfasst wurden. Der Prozessor 168 setzt
das Register 170 auf 0 × 00 zurück, um die Zählung von
Paketfehlern zu starten. Wenn der FEC-Decoder 140' auf nicht-korrigierbare RS-Fehler stößt, überträgt der FEC-Decoder 140' ein Signal
an das Register 170, welches das Register 170 zum
Inkrementieren veranlasst. Auf ähnliche Weise
behält
das Register 175 die Zählung
von Fehlern, die von der MPEG-Rahmenbildung 120' erfasst wurden,
während
sich die MPEG-Rahmenbildung 120' im Synchronisierungsverriegelungs-Modus
befindet.
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Das
Register 175 ist einer programmierbaren Maske 176 zugeordnet.
Obgleich die programmierbare Maske 176 als separat von
dem Prozessor 168 gezeigt ist, kann die programmierbare
Maske 176 unter Verwendung eines Registers des Prozessors 168 ausgeführt sein.
Die programmierbare Maske 176 kann von dem Prozessor 168 programmiert werden
und speichert einen vorgegebenen Wert. Wenn das Register 175 gleich
dem Wert in der Maske 176 ist, wird ein Signal an den Prozessor 168 übertragen.
Das Signal wird als ein Interrupt an dem Prozessor 168 empfangen.
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Im
Ansprechen auf den Interrupt führt
der Prozessor 168 eine im Speicher 177 gespeicherte
Interrupt-Subroutine aus. Die Interrupt-Subroutine veranlasst den
Prozessor 168, das Register 170 und das Register 175 zu
vergleichen. Falls der im Register 175 gespeicherte Wert
den im Register 170 gespeicherten Wert um einen vorgegebenen
Faktor, z.B. 2,5, übersteigt,
bestimmt der Prozessor 168, dass eine Falschsynchronisierung
stattgefunden hat. Der Prozessor 168 überträgt ein Signal an die MPEG-Rahmenbildung 120', das die MPEG-Rahmenbildung 120' veranlasst,
in den Resynchronisierungsmodus einzutreten. Der Prozessor 168 überträgt auch
ein Rücksetzsignal
an die Register 170 und 175, das die Register
löscht.
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Wenn
der im Register 175 gespeicherte Wert den im Register 170 gespeicherten
Wert nicht um den die vorgegebenen Faktor übersteigt, bestimmt der Prozessor 168,
dass die Synchronisierung richtig ist, und belässt die MPEG-Rahmenbildung 120' im Synchronisierungsverriegelungs-Modus,
und nimmt keinen weiteren Einfluss.
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Der
Prozessor 168 kann eine Falschsynchronisierung auch durch
Abfragen der Register 170 und Register 175 in
regelmäßigen Zeitabständen sowie
Vergleichen der Inhalte erfassen und rückgängig machen. Falls der im Register 175 gespeicherte
Wert wiederum den im Register 170 gespeicherten Wert nicht
um den vorgegebenen Faktor übersteigt,
bestimmt der Prozessor 168, dass die Synchronisierung richtig
ist, und belässt
die MPEG-Rahmenbildung 120' im
Synchronisierungsverriegelungs-Modus, und nimmt keinen weiteren
Einfluss.
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Der
vorliegend beschriebene Empfänger 117 kann
als ein Produkt auf Plattenebene implementiert sein, als ein einzelner
Chip, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), oder
mit verschiedenen Graden der Integration des Empfängers 117 auf
einem einzelnen Chip mit anderen Abschnitten des Systems als separaten
Komponenten ausgeführt
werden. Der Integrationsgrad des Überwachungssystems wird in
erster Linie durch die Geschwindigkeit von eintreffenden MPEG-Paketen
und Kostenerwägungen
bestimmt. Wegen der komplexen Natur moderner Prozessoren ist es
möglich,
einen im Handel erhältlichen
Prozessor zu verwenden, der extern von einer ASIC-Implementierung
des vorliegenden Systems ausgeführt
werden kann. Als Alternative, wenn der Prozessor als ein ASIC-Core
oder Logikblock verfügbar
ist, kann der im Handel erhältliche Prozessor
als Teil einer ASIC-Vorrichtung implementiert werden, wobei der
Speicher 177 zum Speichern der Interrupt-Subroutine als
Firmware implementiert ist.
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Unter
Bezugnahme auf 7 ist dort ein Ablaufdiagramm
dargestellt, das eine Interrupt-angesteuerte Falschsynchronisierungserfassung
und Wiederherstellung beschreibt. Bei 705 wird ein Bit
in einem seriellen Datenbitstrom als der Beginn eines MPEG-Paketes
gewählt.
Die Fehlerkorrektur-Decodierung und Prüfsummenberechnung werden an dem
seriellen Datenbitstrom beginnend mit dem zufälligen Bit durchgeführt. Bei 710 wird
die Anzahl von falschen Prüfsummen,
die phasengleich mit dem zufälligen
Bit und nicht-korrigierbare Fehlern auftreten, gezählt, bis
die Anzahl von falschen Prüfsummen eine
vorgegebene Anzahl erreicht. Wenn die Anzahl von falschen Prüfsummen
die vorgegebene Anzahl erreicht, wird die Anzahl von falschen Prüfsummen mit
der Anzahl von empfangenen nicht-korrigierbaren Fehlern verglichen
(715).
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Wenn
die Anzahl von falschen Prüfsummen die
Anzahl von erfassten nicht-korrigierbaren Fehlern während 715 um
einen vorgegebenen Faktor übersteigt,
wird ein anderes Bit als der Beginn des Datenpaketes gewählt (705),
und 705–715 werden
wiederholt. Wenn die Anzahl von falschen Prüfsummen mit der Anzahl von
erfassten nicht-korrigierbaren Fehlern während 715 vergleichbar
ist, wird die Synchronisierung an dem während 705 gewählten Bit
beibehalten, und 710–715 werden
wiederholt.
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Unter
Bezugnahme auf 8 ist dort ein Signalablaufdiagramm
dargestellt, das eine Abfrage-angesteuerte Falschsynchronisierungserfassung und
Wiederherstellung beschreibt. Bei 805 wird ein Bit in dem
seriellen Datenbitstrom als der Beginn eines MPEG-Paketes gewählt, und
die Anzahl von Prüfsummenfehlern,
die mit dem gewählten
Bit phasengleich sind, wird gezählt.
Der Prozessor 168 wartet bei 810 eine vorgegebene
Zeitspanne lang. Während
der Prozessor bei 810 wartet, wird die Anzahl von Prüfsummenfehlern,
die mit dem gewählten
Bit phasengleich sind, und die Anzahl von RS-Fehler gezählt. Bei
Ablauf der Zeitspanne überprüft (815)
und vergleicht (820) der Prozessor 168 die Anzahl
von Prüfsummenfehlern
mit der Anzahl von nicht-korrigierbaren RS-Fehlern.
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Falls
die Anzahl von falschen Prüfsummen die
Anzahl von erfassten nicht-korrigierbaren Fehlern während 820 um
einen vorgegebenen Faktor übersteigt,
wird ein anderes Bit (805) als der Beginn des Datenpaketes
gewählt,
und 805–820 werden
wiederholt. Falls die Anzahl von falschen Prüfsummen der Anzahl von erfassten
nicht-korrigierbaren Fehlern während 820 vergleichbar
ist, wird die Synchronisierung an dem gewählten Bit während 805 beibehalten, und 810–820 werden
wiederholt.
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Auf
der Grundlage des oben Gesagten dürfte der Fachmann nun verstehen
und würdigen,
dass das oben Dargestellte vorteilhaft eine Technik zur Verfügung stellt,
die eine Falschsynchronisierungserfassung und Wiederherstellung
in einer ausreichenden Zeitspanne gewährleistet, und eine zusätzliche Schicht
an Schutz gegen einen potenziell gefährlichen Falschsynchronisierungszustand
bietet. Da die Erfassung und Wiederherstellung Interrupt-angesteuert
sein kann, findet eine Fehlerwiederherstellung bei einer Ausführungsform
nur statt, wenn dies nötig
ist, was in einem geringeren Overhead hinsichtlich Software und
Host-Intervention resultiert.
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Wie
für den
Fachmann ersichtlich sein dürfte, können die
in der vorliegenden Anwendung beschriebenen innovativen Konzepte über einen
weiten Bereich von Anwendungen modifiziert und variiert werden.
Beispielsweise können
die in den 7 und 8 beschriebenen
Ausführungsformen
als eine Reihe von Anweisungen implementiert sein, die in einem
Speicher wie dem Speicher 177 gespeichert sind, und die
von einem Prozessor wie dem Prozessor 168 ausgeführt werden
können.
Somit sollte der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht
auf die erörterten
beispielhaften, konkreten Lehren beschränkt werden, sondern ist nur
durch die nachfolgenden Patentansprüche und Äquivalente davon beschränkt.