利用转换最小化差分信令(TMDS)编码来编码用于经通信接口传输的保护频带数据

摘要

本公开文件涉及一种用于多媒体通信接口上通信的硬件组件。在一个实施例中，一种硬件组件包括存储差异值的差异电路。所述差异值指示所述硬件组件之前发送的“1”的数目与“0”的数目之间的差异。所述硬件组件还包括电路，用于接收要由所述硬件组件加扰、编码和传输的多媒体数据。在一个实施例中，所述多媒体分组括视频数据和数据岛数据。在一个实施例中，所述硬件组件基于所述视频数据和数据岛内包含的保护频带数据中的值生成转换最小化中间码。所述硬件组件生成转换最小化且直流均衡的编码的保护频带码。所述硬件组件在所述多媒体通信设备的差分对上传输所述编码的保护频带码。

说明书

背景

1.公开文件领域

本公开文件通常涉及数据通信，尤其是在高清多媒体接口(HDMI 或MHL)电缆上使用转换最小化差分信令(transmitionminimizeddifferential signaling：TMDS)的保护频带数据的数据传输。

2.相关技术描述

时常在电缆(例如使用差分信令的HDMI电缆)上将不同类型的多 媒体数据从源设备传送给设备。跨所述电缆传输的信息本质上通常是重复的， 导致不必要的电磁干扰(EMI)。为了解决所述EMI，使用转换最小化差分信令 (TMDS)将视频数据编码，以在所述视频数据中最小化转换并创建DC均衡。 然而，即使当TMDS应用于所述视频数据时，所述系统中仍然有大量EMI。

概述

本公开文件的实施例涉及一种硬件组件或一种硬件组件的表示，用 于多媒体通信接口上的通信。在一个实施例中，一种硬件组件包括存储差异值 的差异电路。所述差异值指示所述硬件组件之前传输的“1”的数目与“0”的数目之 间的差异。所述硬件组件还包括用于接收由所述硬件组件加扰、编码和传输的 多媒体数据的电路。在一个实施例中，所述多媒体分组括视频数据和数据岛数 据。所述数据岛分组括辅助信息和音频信息。在一个实施例中，所述视频数据 和辅助数据还包括保护频带数据，其或尾随或先于所述视频数据和所述数据岛 数据内信息数据的分组。

在一个实施例中，所述硬件组件基于所述保护频带数据中的值，生 成转换最小化中间码。所述硬件组件接着基于所述转换最小化保护频带码和差 异计数器中存储的差异值，生成转换最小化以及直流均衡的编码的保护频带码。 所述硬件组件然后在所述多媒体通信设备的差分对上传输所述编码的保护频带 码。在另一个实施例中，所述保护频带的加扰先于编码和传输。

附图简述

通过结合附图考虑下面的详细描述，能够很容易理解本文公开的实 施例的教导。

附图(图)1为根据一个实施例的、用于数据通信的系统的高级框图。

图2为根据一个实施例的、适于用作图1源设备或接收设备的计算 设备的详细视图。

图3为根据一个实施例的、用于加扰和编码经HDMI通道传输的传 输器的框图。

图4为根据一个实施例的、用于HDMI通道上传输的、所述传输器 接收的、不同时间段期间编码不同的不同类型数据。图5显示了根据一个实施 例的、用于编码保护频带数据的流程图。

图5显示了根据一个实施例的、用于编码保护频带数据的方法的流 程图。

图6显示了根据一个实施例的、用于生成9比特转换最小化中间码 的方法的流程图。

图7A-7C显示了根据一个实施例的、用于生成10比特DC均衡码的 方法的流程图。

详细描述

所述附图(图)及以下的描述仅通过例证的方式涉及各种实施例， 仅用于说明。应该注意，根据下面的讨论，很容易将本文公开的结构及方法的 替代实施例认可为可以不背离本文公开的原理而运用的替代方式。现在将详细 参考数个实施例，所述附图示出了其实例。注意所述附图中凡是可行之处，都 可以使用可以指示相似或类似功能的相似或类似的附图标记。

图1为根据一个实施例的、用于数据通信的系统100的高层框图。 系统100包括通过一条以上接口电缆120、150、180与接收设备115通信的源 设备110。源设备110将多媒体数据流(例如，音频/视频流)传输给接收设备 115，并且还通过接口电缆120、150、180与接收设备115交换控制数据。在一 个实施例中，源设备110和/或接收设备115可以是转发器设备。

源设备110包括耦合到接口电缆120、150、180的物理通信端口112、 142、172。接收设备115还包括耦合到接口电缆120、150、180的物理通信端 口117、147、177。跨所述接口电缆在源设备110和接收设备115之间交换的信 号通过所述物理通信端口。

源设备110和接收设备115使用各种协议交换数据。在一个实施例 中，接口电缆120表示高清多媒体接口(HDMI)电缆。HDMI电缆120支持经 数据0+线121、数据0-线122、数据1+线123、数据1-线124、数据2+线125 和数据2-线126传送的差分信号。HDMI电缆120可以进一步包括差分时钟线 时钟+127和时钟-128；消费者电子控制(CEC)控制总线129；显示数据通道 (DDC)总线130；电源131，地线132；热插拔检测133；以及用于所述差分信 号的4条屏蔽线844。某些实施例中，接收设备115可以使用CEC控制总线 129将闭环反馈控制数据传输到源设备110。

在一个实施例中，接口电缆150表示移动高清链路(MHL)电缆。 MHL电缆150支持经数据0+线151、数据0-线152、数据1+线153、数据1- 线154、数据2+线155和数据2-线156传输的差分信号。在MHL的某些实施 例中，可能仅有一对差分数据线(例如，151和152)。通过所述差分数据线， 传输嵌入式共模时钟。MHL电缆150可以进一步包括控制总线(CBUS)159、 电源160和地线161。CBUS159携带控制信息，例如发现数据、配置数据和远 程控制命令。

本公开文件的实施例涉及一种加扰和编码用于跨例如HDMI电缆 120之类的接口电缆的差分对传输的保护频带带数据的系统。各差分对表示一条 通信通道。加扰并编码所述保护频带数据以最小化跨HDMI电缆120传输数据 时的电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)。在一个实施例中，使用转换最小化 差分信令(TMDS)编码所述保护频带数据。

在一个实施例中，可以将源设备110、接收设备115或者源设备110 或接收设备115内的组件的表示存储为非暂时性计算机可读介质(例如，硬盘 驱动，闪存驱动，光驱动)中的数据。这些表示可以是行为级、寄存器传输级、 逻辑组件级、晶体管级和布局几何级(layoutgeometry-level)描述。

图2为根据一个实施例的、适于用作图1的源设备110或接收设备 115的计算设备200的详细视图。计算设备200可能为，例如手机、电视、膝上 型电脑、平板电脑等。计算设备200包括组件，例如处理器202、存储器203、 存储模块204、输入模块(例如，键盘、鼠标等)206、显示模块207(例如， 液晶显示器、有机发光显示器等)和传输器或接收器205，通过总线201彼此交 换数据和控制信号。

存储模块204被实现为一个或多个非暂时性计算机可读存储介质(例 如，硬盘驱动、固态存储器等)，并存储由处理器202结合存储器203执行的软 件指令。操作系统软件和其它应用软件还可以存储在存储模块204中以在处理 器202上运行。

传输器或接收器205耦合到所述端口，用于接收或发送多媒体数据 和控制数据。接收或发送的多媒体数据可以包括视频数据流或音频-视频数据流， 例如HDMI和MHL数据。可以使用例如HDCP(高带宽数字内容保护)之类 的加密策略加密所述多媒体数据用于发送。

图3为根据一个实施例的、用于加扰和编码经HDMI通道传输的数 据的传输器300的框图。传输器300可以是例如源设备110内找到的集成电路 (IC)之类的硬件组件。传输器300包括各种电路，包括用于在控制数据205、 数据岛数据310和视频数据315之间选择的复用器320、用于加扰复用器320 选择的数据的加扰器325、用于编码经加扰数据的编码器330和至HDMI通道1 的接口342。

在一个实施例中，HDMI电缆携有组成3条数据通道(通道0、通道 1和通道2)和时钟通道的4个差分对。3条数据通道用于携带视频数据315、 数据岛数据310和控制数据305。传输器300接收经所述3条数据通道发送的视 频数据315、数据岛数据310和控制数据305。图3仅显示了用于在单个HDMI 数据通道1(即，数据线路123和124)上通信的电路。用于在剩余的HDMI 数据通道上通信的电路可能实质上类似于图3所示的电路。

视频数据315包括活跃视频数据和保护频带数据。所述活跃视频分 组括视频像素信息，其描述将在例如接收设备115之类的显示设备上显示的像 素的颜色水平。保护频带分组括先于活跃视频数据发送的防护数据，以提供至 活跃视频数据的转换。保护频带数据充当缓冲器，以防止活跃视频数据和先于 视频数据315发送的其它数据之间的干扰。

数据岛数据310包括辅助数据和保护频带数据。所述辅助数据能够 包括与所述活跃视频数据关联的音频数据。所述辅助数据还可以包括信息帧、 描述活跃音频或视频流的其它信息或描述源设备110的其它信息。使用分组发 送所述辅助数据。所述保护频带数据或先于辅助分组发送以提供至辅助分组的 转换，或尾随所述分组以提供远离(awayfrom)辅助分组的转换。保护频带数 据还充当缓冲器，防止先于或后于数据岛数据310发送的数据与数据岛数据310 之间的干扰。

控制数据305包括控制信息。所述控制信息可以是描述数据岛数据 310或视频数据315的前同步码。所述控制信息还可以包括水平同步及垂直同步 信息。

复用器320经由一个或个输入信号380接收控制数据305、数据岛数 据310和视频数据315。复用器320接着选择控制数据305、数据岛数据310或 视频数据315之一传给其输出信号382。复用器382在控制数据305、数据岛数 据310和视频输入315之间循环，这样在不同的时间段，从复用器320输出不 同类型的数据。将参考图4来详细解释所述不同的时间段。

加扰器325加扰从复用器320接收的控制数据305、数据岛数据310 或视频数据315。加扰数据有助于减少发送数据时产生的电磁干扰(EMI)或射 频干扰(RFI)。加扰器325可以应用各种技术生成加扰数据。在一个示例中， 加扰器325转置(transpose)部分数据或使其反相(invert)以生成加扰数据。 另一实例中，线性反馈移位寄存器(LFSR)生成伪随机数，所述加扰器通过在 从所述mux复用器接收的数据和所述LFSR生成的伪随机数之间执行XOR操 作来生成加扰数据。然后，经由一个或多个信号384发送加扰数据348给编码 器330。

编码器330编码加扰数据348以进一步减少EMI和RFI，从而在编 码器330的输出处生成编码的字符码350。在一个实施例中，所述编码器包括转 换最小化差分信令(TMDS)编码器332、TMDS降误(errorreduction)编码 (TERC4)编码器334和控制数据编码器336。取决于加扰数据的类型，编码器 330使用TMDS编码器332、TERC4编码器334或控制数据编码器336编码加 扰器325生成的加扰数据。

TMDS编码器332将所述加扰数据编码成转换最小化且直流(DC) 均衡码。在一个实施例中，TMDS编码器332仅编码加扰数据中对应于(1)保 护频带和(2)活跃视频数据的的诸部分。其它实施例中，TMDS编码器332可 以编码加扰数据中对应于其它类型数据(例如，辅助数据、控制数据)的其它 部分。

保护频带数据本质上可能重复性非常高，需要频繁地重复发送同一 值。和其它类型数据相比，保护频带数据的重复性质往往增加EMI和RFI。因 此，通过加扰和编码保护频带数据，能够实现大大减少EMI和RFI。

如下面结合图5详述的，TMDS编码器332使用差异电路(disparity circuit)340存储并维护的差异计数器来生成用于传输的TMDS字符350。差异 电路340的一个实例是能够存储数字值的寄存器。所述差异计数器监测过去一 个时间段内之前传输的“0”(即，逻辑低比特)的数目和“1”(即，逻辑高比特) 的数目之间的差异。在一个实施例中，响应于编码器330接收控制数据305，在 控制时段期间，将所述差异电路的差异值重置为值0。所述差异值还能由TMDS 编码器332调整，以随着时间的流逝，追踪TMDS编码器332输出的码的DC 均衡。

TERC4编码器334将加扰的辅助及音频数据(数据岛310分组数据) 编码为TERC4码。通过将所述加扰的辅助及音频数据中的4比特值映射为预定 的10比特码来生成TERC4码。控制数据编码器336将所述控制数据中的4比 特值编码为10比特控制码。控制数据编码器336可以创建DC均衡、但非转换 最小化的控制码。控制数据编码器336一般在实现DC均衡时使用差异值，但 一般不共享TMDS编码器332所用的同一差异值。

接口342经一个或多个信号386接收编码代码350。接口342串行化 编码代码350，并跨HDMI通道1传输用于编码代码350的差分信号。接口342 可以使用电流模式逻辑来传输所述差分信号。

图4为根据一个实施例的、用于HDMI通道上传输的、所述传输器 接收的、不同数据时段期间编码不同的不同类型数据的实例。传输器300的操 作能够划分为3个不同的时间段：控制时段455、数据岛时段460和视频数据时 段465。这些时间段期间，传输器300在各时钟周期中接收通道1上传输的高达 8比特的数据值(D0-D7)作为10比特代码350。

图4中有2个控制时段455。控制时段先于各数据岛时段460，控制 时段455也先于各视频时段465。控制时段455期间，传输器300接收和处理表 示前同步码415的控制数据305。前同步码415为8个相同的2比特控制字符的 序列，标识控制数据305之后的数据是视频数据315还是数据岛数据310。加扰 前同步码415，并由控制数据编码器336将其转换为控制码。

数据岛时段460期间，传输器300接收并处理数据岛数据310。数据 岛数据310包括领先保护频带数据420和尾随保护频带数据425。领先保护频带 数据420提供第一控制时段455和数据岛时段460之间的转换。尾随保护频带 数据425提供数据岛时段460和第二控制时段455之间的转换。加扰两类保护 频带数据420及423，并由TMDS编码器332使用TMDS编码将其编码。

数据岛数据310还包括分组形式的音频数据422及423。各分组能够 包括分组数据和描述分组数据类型(即，音频分组、空分组、信息帧分组)的 头。加扰分组422，并用TERC4编码器334将其TERC4编码。

视频时段465期间，传输器300接收和处理视频数据315。视频数据 310包括领先保护频带数据430和活跃视频数据440。领先保护频带数据420提 供第二控制时段455和视频时段460之间的转换。加扰领先保护频带数据430 以及活跃视频数据440两者，接着用TMDS编码器332将其TMDS编码。

在一个实施例中，在控制时段455期间，重置差异电路340中的差 异值。在数据岛时段460内，所述差异值用于编码领先保护频带420和尾随保 护频带425，以为领先保护频带420和尾随保护频带425维持DC均衡。数据岛 分组422及423的TERC4编码期间，维持但不使用所述差异值。在视频时段 465中，所述差异值还用于领先保护频带435和活跃视频数据440的TMDS编 码。

注意，图4表示用于HDMI通道1的传输器300的操作。在一个实 施例中，用于其它HDMI通道的传输器300的操作类似于图4所示的。在另一 实施例中，对于HDMI通道0，传输器300的操作略异。具体地，在某些实施 例中，对于HDMI通道0，传输器300可以将TERC4编码应用于数据岛数据 310的保护频带420及425，而不是应用TMDS编码。

图5显示了根据一个实施例的、用于编码保护频带数据的方法的流 程图。在步骤505，TMDS编码器332接收8比特加扰保护频带数据。所述加 扰保护频带数据或先于或尾随数据岛数据310中包含的辅助数据，或先于视频 数据315中包含的活跃视频数据。TMDS编码器332使用TMDS算法编码所述 8比特加扰保护频带数据。所述保护频带数据的TMDS编码一般执行两个步骤， 第一个针对减少传输数据中的转换数目，第二个目标针对直流(DC)均衡数据。 在一个实施例中，图5的方法还能应用于活跃视频数据。

在步骤510，TMDS编码器332接着生成转换最小化9比特数据， 如下面结合图6详述的。TMDS编码器332减少了8比特数据的低比特至高比 特，或反之，的转换数目，以生成510转换最小化数据。减少所述转换数目减 少了传输数据时遇到的EMI和RFI。

为了生成510转换最小化9比特数据，TMDS编码器332让第一个 比特不变换，并就各随后的比特对照前一个比特执行XOR或XNOR操作。 TMDS编码器332通过确定所述2个操作中哪一个产生的转换数目最少，来确 定是否执行XOR或XNOR操作。附于8比特变换数据的第9比特确定XOR或 XNOR操作是否用于生成转换最小化数据。

在步骤515，生成9比特转换最小化数据后，TMDS编码器332生 成10比特直流(DC)均衡数据，如结合图7详述的。可选地使头8个比特反 相以平衡高比特和低比特的数目，从而维护一系列代码350上比特的平均DC 水平。附于9比特转换最小化数据的第10比特确定是否使所述8个比特反相以 平衡DC水平。

图6显示了根据一个实施例的、用于生成9比特转换最小化数据的 方法的流程图。TMDS编码器332接收8比特加扰数据。TMDS编码器332执 行以下逻辑操作，以进行关于8比特加扰数据605的确定610。TMDS编码器 332标识以下关于8比特加扰数据605的3个逻辑结果。对于第一结果，TMDS 编码器332标识所述8比特数据中“1”或高比特的数目是否大于4。对于第二结 果，TMDS编码器332标识“1”的数目是否等于4。对于第三结果，TMDS编码 器332标识第1比特的值是否等于0。所述TMDS编码器接着执行以下逻辑操 作以进行确定610。所述TMDS编码器执行第二结果与第三结果之间的AND (与)操作，并执行所述AND操作的结果与第一结果之间的OR(或)操作以 得出确定610。

假如确定610为假620，TMDS编码器332执行以下操作。中间值 的第1比特设为等于8比特加扰数据605的第1比特。为了确定所述中间值的 第2-8比特，TMDS编码器332执行所述中间值的前一个比特和8比特加扰数 据605的相应特之间的XOR操作。例如，为了确定所述中间值的第2比特，TMDS 编码器332执行所述中间值的第1比特与8比特加扰数据605的第2比特之间 的XOR操作。类似地，为了确定所述中间值的第3比特，TMDS编码器332 执行所述中间值的第2比特与8比特加扰数据605的第3比特之间的XOR操作。 因此，所述TMDS编码器将所述中间值的第2-8比特设为等于执行所述中间值 的前一个比特与8比特加扰数据605的相应比特之间XOR操作所确定的结果。 所述中间值的第9比特被设为1，其指示对8比特加扰数据605的第2-8比特执 行XOR操作。产生的中间值为9比特转换最小化中间码640。

另一方面，假如确定610为真，TMDS编码器332执行以下操作。 所述中间值的第1比特设为等于8比特加扰数据605的第1比特。为了确定所 述中间值的第2-8比特，TMDS编码器332执行所述中间值的前一个比特与8 比特加扰数据605的相应比特之间的XNOR操作。例如，为了确定所述中间值 的第2比特，TMDS编码器332执行所述中间值的第1比特与8比特加扰数据 605的第2比特之间的XNOR操作。类似地，为了确定所述中间值的第3比特， TMDS编码器332执行所述中间值的第2比特与8比特加扰数据605的第3比 特之间的XNOR操作。因此，所述TMDS编码器将所述中间值的第2-8比特设 为等于执行所述中间值的前一个比特与8比特加扰数据605的相应比特之间的 XNOR操作所确定的结果。所述中间值的第9比特被设为0，其指示对加扰数 据605的第2-8比特执行XNOR操作。产生的中间值为9比特转换最小化中间 码640。

图7A-7C显示了根据一个实施例的、用于生成10比特DC均衡数据 的方法的流程图。TMDS编码器332基于差异计数器340的值702对9比特中 间码640执行操作，以生成10比特转换最小化及DC均衡码。TMDS编码器332 执行以下逻辑操作以进行关于9比特中间码640的确定710。TMDS编码器332 标识以下关于9比特中间码640的2个逻辑结果。对于第一结果，TMDS编码 器332标识差异计数器340的值是否等于0。对于第二结果，TMDS编码器332 标识中间码640的前8个比特中“1”的数目是否等于中间码640的前8个比特中 “0”的数目。所述TMDS编码器接着执行所述第一结果和第二结果之间的OR操 作以得出确定710。

图7B描述了假如确定710为假720，TMDS编码器332所执行的操 作。TMDS编码器332执行以下操作得出确定772。TMDS编码器332标识以 下关于8比特加扰数据605的4个逻辑结果。对于第一结果，TMDS编码器332 标识计数器340的值是否大于0。对于第二结果，TMDS编码器332标识中间 码640的前8个比特中“1”的数目是否大于中间码640的前8个比特中“0”的数目。 对于第三结果，TMDS编码器332标识计数器340的值是否小于0。对于第四 结果，TMDS编码器332标识中间码640的前8个比特中“1”的数目是否小于中 间码640的前8个比特中“0”的数目。TMDS编码器332接着执行以下逻辑操作 以进行确定722。所述TMDS编码器执行所述第一结果与第二结果之间的AND 操作，以及所述第三结果与第四结果之间的另一AND操作。TMDS编码器332 接着执行两个AND操作的结果之间的OR操作。

假如确定722为假724，TMDS编码器332执行以下操作。所述输 出值的第10比特被设为值0，所述输出值的第9比特被设为等于中间码640的 第9比特的值。所述输出值标识TMDS编码器332生成的10比特DC均衡码， 用于由传输器300传输。所述输出的第1-8比特设为等于中间码640的第1-8比 特的值。计数器340的新值设为所述计数器的值减去所述中间码第9比特的反 相值的2倍，加上中间码640头8个比特中“1”的数目和“0”的数目之间的差。

假如确定722为真726，TMDS编码器332执行以下操作。所述输 出值的第10比特设为1，所述输出值的第9比特设为等于中间码640的第9比 特的值。所述输出值第1-8比特设为等于中间码640第1-8比特的反相值。计数 器340的新值设为等于计数器340的值减去中间码640第9比特的值的2倍， 加上中间码640头8个比特中“0”的数目与“1”的数目之间的差。

图7C描述了假如确定710为真730，TMDS编码器332所执行的操 作。当确定710为真时，TMDS编码器332执行以下操作。TMDS编码器332 将所述输出值的第9比特设为等于中间码640的第9比特。所述输出值的第10 比特设为等于中间码640第9比特的反相(inversion)。假如中间码640的第9 比特为“1”，所述输出值第1-8比特设为等于中间码640第1-8比特。替代地， 假如中间码640的第9比特为“0”，所述输出值第1-8比特设为等于中间码640 第1-8比特的反相。

TMDS编码器332基于中间码640第9比特的值，设置差异计数器 340的值。TMDS编码器332确定734中间码640第9比特的值是否等于0。假 如确定734为真736，TMDS编码器332将差异计数器340的新值设为等于差 异计数器340的值加上中间码的前8个比特中“0”的数目与中间码640中的前8 个比特中“1”的数目之差。假如确定734为假738，TMDS编码器332将差异计 数器340的新值设为等于差异计数器340的值加上中间码640头8个比特中“1” 的数目与中间码640头8个比特中“0”的数目之差。

通过阅读这一公开文件，本领域技术人员就会理解仍有用于加扰和 编码用于跨接口电缆(例如HDMI电缆120)的差分对传输的数据的系统的额 外替换设计。因此，尽管示出和描述了本公开文件的特定实施例及应用，但要 理解所述实施例不限于本文公开的精密结构和组件，可以对本文公开的本公开 文件的方法及装置的布置、操作及细节做本领域技术人员显见的各种变更、改 变和变化，而不背离所附的权利要求中所定义的本公开文件的精神及范畴。