CN1327311A - 增强红外信号协议的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于提供红外(IR)信号的设备和方法,包括连接到存储器、用于产生码元序列的处理器。然后调制器将所述码元序列中每个码元转换为5脉冲位置调制(5PPM)信号。码元序列表示具有有效负载部分和标题部分的IR信令协议,其中标题部分包括用于定义有效负载部分的多个字段。有效负载部分表示键盘字符或指示装置的坐标。

Description

增强红外信号协议的方法和设备
本发明涉及传输协议。本发明尤其涉及将红外键盘和指示装置信号传递到红外接收机的红外传输协议。
消费者利用机顶盒接收来自服务提供商如卫星和有线电视的多媒体信号。机顶盒还能够接收来自手持遥控器如电视遥控器以及来自非手持装置如键盘或指示装置的信号。这些遥控装置允许服务的客户(用户)与连接到机顶盒的显示板上所看到的多媒体或计算机软件相连系。键盘和指示装置(例如鼠标)通过脉冲红外(IR)信号与机顶盒中处理器接口。由这种非手持遥控器使用的红外信号协议没有足够的灵活性来支持键盘装置所需的键控代码的数量或指示装置所需的传输速度。一些现有的解决方案可用于解决许多协议的问题，然而这些解决方案中大多数被设计为与价格过高的附加的指定处理器相接口。
另外，在发送红外信号之前当前的物理层格式利用了四脉冲位置调制(4PPM)数据编码技术。通过规定数据码元间隔并且随后将数据码元间隔再分为称为“码片”的相等时间片来获得脉冲位置调制编码。在PPM方案中，数据码元内每个码片位置表示可能的比特组合中的一个。逻辑“1”表示发送发光二极管(LED)正在发光时的一个码元间隔，而逻辑“0”表示在LED关闭时一个码元间隔。这样，4PPM数据编码具有四个相等时间分段的码片。例如，一个500纳秒(nsec)的码元持续时间具有四个125纳秒(nsec)的码片间隔。
下列表1使每个数据比特对与相应的4PPM数据码元相关。
    数据比特对(DBP)     4PPM数据码元
    00     1000
    01     0100
    10     0010
    11     0001
               表1因为在4PPM的每个码元中有四个唯一的码片位置，存在四个独立的码元，其中只有一个码片是逻辑“1”，而所有其他的码片是逻辑“0”。因此，每个码元表示两个数据比特或一个“数据比特对”。这样，示意地包含表示用户在键盘上选择的字母、数字或命令的40比特的分组由20个码元表示，它们被调制到载波上并且从键盘的红外串行端口传送到机顶盒。
当两个红外脉冲叠置(back to back)产生时可以观察到由机顶盒检测信号带来的问题。例如，当数据比特对11和00顺序发送时码片序列是00011000。这发生在产生中断的硬件仅能够在输入信号的上升沿或前沿产生中断并且不知道脉冲长度的情况下。在这种情况下，IR接收机在区分码元时遇到困难，它导致误码率(BER)的上升。这样，对于传统的IR格式需要有一个替代的格式，用于不能以传统的格式工作的装置如键盘和指示装置。另外，需要改进BER的传输技术，以及工作中不用专用IR接收机微处理器的格式。
本发明的目的是通过包括具有多个字段的标题部分和可扩展有效负载部分的本发明数据结构来克服迄今与现有技术有关的缺点，其中该数据结构使用一种5脉冲位置调制(5PPM)技术来传送标题部分和可扩展有效负载部分。在优选实施例中，5PPM信号以低比特结束。数据结构用作红外信号协议，用于非手持装置如键盘和指示装置的遥控。
多个字段分布在3个字节标题中并且包括前置码、标识符(ID)、模式、功率标志、保留比特、重复字段、有效负载大小以及检查和。通过将特定字段中所有比特设定为高态，有效负载部分在长度上可从1个字节扩展到3个字节。有效负载部分用于传递键盘的扫描码和键标志以及指示装置的X和Y坐标。
这样，本发明IR信令协议允许IR接收机的软件接收传统的IR信令协议，以及将分组之间的时间提供用于RF遥控装置的RF脉冲传输。另外，该数据结构允许机顶盒工作时不用专用IR接收机微处理器，以及提供在物理层上的扩展性和灵活性。
结合附图并考虑下面详细的描述可以容易地理解本发明的技术。
图1示出本发明的红外(IR)信号接收机；
图2示出用于本发明红外信号协议的一般的分组格式；
图3示出本发明为键盘装置定义分组的IR信令协议；
图4示出本发明为指示装置定义分组的IR信令协议；
图5示出分组的时序图；
图6示出码元的时序图；以及
图7示出IR 5PPM分组信息的数据流。
为了便于理解，在可能情况下使用相同的标号表示各图中同样的部件。
本发明主要在接收IR信号的红外(IR)接收机如TEMICTM TSOP1156 IR接收机的范围进行描述。然而，本领域的技术人员应该理解本发明非常适用于具有能够检测300微秒(μsec)脉冲的接收机的任何系统，这些脉冲由每个脉冲6个或更多的载波周期来定义。
图1描述红外(IR)信号接收机系统100。具体地，遥控装置102传送至少一个IR信号分组110到IR接收机104。遥控装置102包括处理单元120、存储器124、调制器122、以及配套电路128，用于共同地经过发光二极管(LED)130产生发射的红外脉冲。具体地，每个分组IR信号110经过遥控装置102如IR键盘或指示装置产生。遥控装置102的处理单元120能够提供由5脉冲位置调制软件126经过调制器122调制的比特流。在优选实施例中，载频是56.875KHz。调制的IR信号随后经过LED 130传送到IR接收机104。IR接收机包括IR端口132、解调器134、接收机处理单元136、存储器138、配套电路139以及译码器140。具体地，IR分组由IR端口132接收，以在解调器134解调。解调的信号即基带信号随后由接收机处理单元136、存储器138、配套电路139以及译码器140处理，然后显示在输出装置如连接到IR接收机104的监控器(未示出)上。
图2描述用于本发明红外信号协议的一般的分组格式。具体地，IR信令协议是一个扩展的分组协议，它以从字节2021到202m(总起来说字节202)的分组110传送，这里每个字节202具有从2041到204n的n位(总起来说8比特204)。在优选实施例中，每个字节202包括8比特204。分组110还包括标题部分203和有效负载部分205。标题部分203在前三个字节2021-3中定义，而有效负载部分205由剩余的字节2024-m定义。一般地，标题部分203包括定义有效负载部分205特性、发送分组110、以及完成差错检验的信息。标题部分203是固定长度的以允许IR接收机104的译码器(未示出)找到并且转换标题部分203。有效负载部分205包括用户定义的信息如键盘字符或指示装置方向，并且它是可变长度的。
具体地，标题部分203包括多个字段207，该字段包括前置码206、ID208、模式210、功率特征比特212、保留比特214、重复字段216、有效负载大小218以及检查和220。该分组从最高有效位(MSB)传送，为在此讨论的目的，将讨论多个字段207以便以每个字节202的MSB开始。前置码206被指定为第一个字节202的前6比特204。前置码206的目的是规定用于IR接收的目标装置。这样的目标示意性地包括电视、录像机、AM/FM、摄录机、辅助设备、电唱机、磁带、CD、卫星/有线电视、ASCII终端等。传统的IR前置码是4位宽，然而本发明实施例的前置码206加上两个附加比特，总共6比特，因此允许选择更多的装置。通过允许前置码扩展性能还能够进一步扩展前置码206。通过将前置码206中6比特设定为“高”来完成这一点。当所有的前置码比特设定为“高”时，有效负载部分205扩展一个额外的字节(即可扩展的有效负载1025)使得前置码206为8比特字段。这样，可用于选择的装置从63个装置增加到256个装置。
ID字段208表示为第一个字节2021中最低有效位(LSB)2047-8。ID字段208是一个识别字段，该识别字段是用户可编程的并且对若干个装置提供支持以紧挨着操作。例如，如果通过设置ID字段208，用多个输入装置支持一个游戏，IR接收机可以将一个键盘与另一个区分开。将两比特分配给ID字段208，因为如果过多数量的装置同时紧挨着使用，它们各自的信号可能相互间破坏性地干扰。为了解决这个问题，本发明实施例允许ID字段208以类似于前置码206的方式在有效负载部分205中扩展。具体地，比特2047和2048设定为高，额外的字节202加到有效负载部分205。如果前置码206没有扩展，则用于ID字段208的扩展字节是第5个字节2025。然而，如果前置码字段206也被扩展，则扩展的ID字段跟在扩展的前置码字段之后如第6个字节2046。这样，在扩展的条件下，ID字段208能够提供256个装置的可能性。
标题部分203的第二个字节2022包括多个字段207的第二个部分。模式字段210包括四比特2041-4并且用于设置有效负载类型。这样的模式包括对键盘、基本指示装置、精确指示装置等的指定。这样的指定典型地包括模式1作为键盘、模式2作为指示装置以及模式3作为精确的指示装置。模式字段210允许IR接收机中译码器发送分组而不用完全译码有效负载。功率字段212是第二个字节2022的第5个最高有效位2045。当电源如键盘或指示装置的发射器中电池低于可接受工作电平时功率比特212是一个被设定的标记。这样，功率比特212警告用户由于低功率降低了作用范围或增加了误码率(BER)。保留比特214是第二个字节2022的第6比特2046，恒定地保持为低，被保留未来使用。
重复字段216由第二个字节2022的剩余最低有效位2047-8定义。重复字段216是节省功率的工具并且可以用于传送装置(例如键盘/鼠标)表示按钮的第一次按下。在优选实施例中，如果重复字段比特设定为01，比特2047-8表示来自键盘的字符或指示装置的方向的第一次传输。如果重复字段比特设定为11，比特2047-8表示缩短的重复序列而不是整个分组的有效负载被传送。相反，如果比特2047-8设定为00或10，则忽略重复字段216，并且整个分组的有效负载被传送。缩短的分组包括标题部分207、前置码206、ID208、模式210、两比特检查和220以及重复字段216设定为1和0。不包括分组110的剩余部分，除非设置扩展的前置码224和/或扩展的ID 226。这样，传送的有效位数量(没有扩展字段)为16，而典型的键盘分组为40。
前置码部分203的第三个字节2023包括位于前4个最高有效位的有效负载大小字段218，以及剩余的4位中的检查和220。有效负载大小字段218存储有效负载部分205中的字节数。如前面讨论的，分组110的有效负载部分205是可变长度的。有效负载大小字段218给IR接收机的译码器提供精确的有效负载大小，因此不需要译码器进行这种计算。如果前置码206和/或ID字段208是扩展模式，则有效负载大小字段218计算增加的比特计数。检查和字段220用于检验数据完整性。当分组110的所有四比特(即一个字节的4位)一起相加时，包括检查和220，当忽略进位时结果应该是零。在检查和不是零值的情况下，则产生误码并且该分组必须重新传送。
用于红外信令协议格式的标题部分203的多个字段207是相同的而不用考虑红外装置的类型。相反，分组110的有效负载部分205根据装置的类型变化。第四个字节2024表示有效负载222并且出现在每个分组110中，除非重复字段216具有均设定为高的比特。仅在上面讨论的选择环境下，第5个和第6个字节2025和2066包括在分组110的有效负载部分205中。
图3和图4的每一个描述了对于特定装置定义分组格式的IR信令协议。每个IR信令协议遵循图2描述的实施例。具体地，图3描述了对于键盘装置定义分组300的IR信令协议。如一般格式实施例所示，用于键盘的IR信令协议包括具有多个字段207的三字节标题部分203和有效负载部分205。在这种情况下，模式字段210具有设定为高的最低有效位2044和设定为低的剩余比特2041-3以表示键盘装置。有效负载部分205由两个字节2024和2025定义。另外，有效负载字段222的每一位表示特定的键盘功能。具体地，有效负载字段222包括在比特2041的ASCII标志302和多个键标志315，键标志包括在比特2044的CAPS-LOCK标志308，在比特2045的Shift标志310，在比特2046的控制(CTRL)标志312，在比特2047的ALT标志314，以及在比特2048的功能标志(FN)316。在比特2042和2043的两个未指定标志304和306保留用于未来的需要并且保持在低状态。结合键盘有效负载使用ASCII标志302。也就是当ASCII标志302设定为高时，在扫描码字段318中设置由用户在键盘上选择的键上的特定8比特扫描码。扫描码字段318由第5个字节2045定义。键盘的扫描码取决于IBMTM标准或对于键盘上每个字符和键具有唯一的十六进制值的增强的键盘。例如，非大写字母“g”是0×67，大写字母“K”在十六进制计数制中是0×4B。十六进制值转换为二进制数。然后二进制数设置在扫描码字段318中，即分组300的有效负载部分205的第5个字节2025中。这样，如果用户按下大写字母K，则等效二进制位数01001011将设置在扫描码字段318中。另外，Shift标志310将设定为高。
当ASCII标志302设定为低时，扫描码318可以表示任何其他非键盘选择。在IR键盘链接到机顶盒的情况下，扫描码318可以表示服务提供商信息如指南、菜单、邮件、搜索等，或控制功能如正向、反向、播放、转到、暂停、频道等。每当用户在键盘上按下Shift 310、CTRL 312、ALT 314和/或FN 316键时多个键标志315设定为高。这些标志315独立于扫描码并且相互独立。因此，当ASCII位302设定为低时，键标志315的主要目的是提供对非ASCII键组合的支持。例如，如果检测到CTRL＋MENU组合，CTRL标志312设定为高并且MENU字符作为服务提供商选择发送。
这样，每个分组300表示用户在键盘上选择的一个字符或命令。因此，作为实时的用户类型，分组300顺序地从键盘装置发送到IR接收机用于译码。
图4描述了对于指示装置定义分组400的IR信令协议。如图2的一般格式实施例所示，用于指示装置的IR信令协议包括具有多个字段207的三字节标题部分203和有效负载部分205。在这种情况下，模式字段210具有设定为高的第三个MSB 2023以及设定为低的剩余比特2041-2和2044以表示标准的指示装置。有效负载部分205由三个字节2024-6定义。另外，有效负载字段222的前四个最高有效位2041-4(第四个字节1024)表示特定的指示装置功能。具体地，“左边”字段402、“中间”字段404和“右边”字段406是设定为高的比特以表示这种按钮按下时是指示装置的左边、中间或右边按钮。在所有指示器按钮被释放并且没有其他指示装置被操作的情况下，传送单个零值指示器分组。这样的零值信号在IR接收机中产生“未按下按钮(button-up)”消息。另外，有效负载部分205的剩余四比特2045-8留作未来使用并且设置在低状态。
指示装置的传送坐标表示自固定位置的增量。如果坐标相对于一个点是绝对的，则绝对字段408中的比特设定为高。相反，如果增量相对于先前的传输，则坐标是相对的并且绝对字段408的比特设定为低。传送的坐标是X坐标412和Y坐标414，它们分别由第5个字节1025和第6个字节1026表示。正数如0×7F＝+127以及O×01＝+1表示向左或向上移动，而负数如0×FF＝-1,0×80＝-128表示向右或向下移动。这样，每个分组400表示一个数值以定义用户在指示装置上选择的移动和/或按钮。因此，当用户实时地移动指示装置时，多个分组400顺序地从指示装置传送到IR接收机进行译码。
IR信令协议按照开放系统互联(OSI)标准和红外数据协会(InfraredData Association)(IrDA)设计。具体地，IR装置之间的点对点通讯利用经过自由空间的半双工串行IR通讯链路。如前面讨论的，每个分组串行地传送，从最高有效位开始。为了克服利用4脉冲位置调制(4PPM)的缺陷，本发明协议经过5脉冲位置调制(5PPM)技术传送，这里最后的脉冲位置是空的。下面表2使每个数据比特对与相应的5PPM数据码元相关。
    数据比特对(DBP)     5 PPM数据码元
    00     10000
    01     01000
    10     00100
    11     00010
               表2
逻辑“1”表示当传送的LED正在发射光时一个码片持续时间，而逻辑“0”表示当LED关闭时一个码片持续时间。这样，示意性地包含表示用户在键盘上选择的字母、数字或命令的40比特的分组由20个码元表示，它被调制到载波上并且从键盘的红外串行端口传送到机顶盒。
图5描述分组110的时序图。分组110包括标记502、间隔504和多个码元5061-n(总起来说码元506)。在优选实施例中，标记502是600微秒长度并且用于对输入分组的译码器报警。间隔504跟在标记502后面并且是1.2毫秒长。具体地，标记502和间隔504结合用于设置电路中正确的增益量，使得接收机能够区分哪些是实际信号而哪些只是随机噪声。分组110的剩余部分是多个码元506。在优选实施例中，分组110包括各代表两比特的20个码元。每个码元506具有1.5毫秒的周期。这样，对于40比特的分组110的固定分组长度是31.8毫秒。
图6描述码元506的时序图。具体地，每个码元506包括5个相等的时隙或“码片”6021-5(总起来说码元602)，这里每个码片是一个脉冲位置。另外，每个码元506的5个码片位置中只有一个可以包含如表2中每个5PPM数据码元所示的IR调制。例如，数据比特对01具有01000的5PPM数据码元，这里只有高脉冲设置在第二个码片6022中。另外，第5个码片6025总是保持为低。5PPM相对于4PPM的一个优点是两个IR脉冲绝不会叠置产生。例如，如果数据对11和00被顺序地传送，与在4PPM技术条件下发送的00011000相对，将在5PPM技术条件下发送脉冲0001010000。因此，与在4PPM技术条件下变化量(由于叠置脉冲)相对，IR接收机可以仅处理传输的上升沿，并且在传输时具有固定的边沿数计数。每个码片602具有每个脉冲298.901微秒的固定时间长度。载频是56.875KHz。因此，如图5讨论的，每个脉冲包括17个周期并且每个码元506的长度近似于1.5毫秒。
在操作时，按5PPM技术，如图1-图4描述的IR信令协议从远端IR装置102传送到IR接收机104的译码器。用于传输的数据编码首先由最高有效位完成。译码器搜索600微秒(μsec)标记502和1.2毫秒(msec)间隔504以将本发明扩展的包格式与传统的IR格式区别开，并且设置所需的增益来克服任何随机噪声。此后，经过码元5061-12以前置码206开始的3字节标题部分203可以被译码。根据标题部分203，大小由有效负载大小字段218确定并且随后有效负载部分205(在分组110的剩余码元50613-n中传送)被译码。在装置是无需利用可扩展字段或重复一分组的键盘的情况下，40位即20个码元5061-20的分组被传送并且随后被译码。附加的码元在可扩展字段(字节)存在的情况下传送。在装置是指示装置的情况下，48比特即24个码元被传送并且被译码。
图7描述IR 5PPM分组信息700的数据流。具体地，数据流700包括从分组1101到110p(总起来说分组110)的多个分组，和每个分组110之间10毫秒的最小间隔702。最小10毫秒间隔702允许在这个时间期间传输射频(RF)脉冲。本领域的技术人员将认识到间隔702可以是较长的周期，然而这样增加的时间是以牺牲吞吐量为代价的。RF脉冲可以由其他RF装置如直接卫星系统(DSS)等传送到接收机。这样，IR和RF格式可以共存，因此使得用户能够使用一个遥控装置传送IR和RF信号。
对于本领域的技术人员来说，很明显已经提供了对于具有标题和可扩展有效负载的红外信令协议的新颖的方法和设备。这样的IR信令协议使用5脉冲位置调制作为码元序列从IR键盘或指示装置传送到IR接收机。虽然这里已经示出并且详细描述了结合本发明技术的各种实施例，但是本领域的技术人员能够容易地设计出许多仍然包含这些技术的其他各种实施例。

Claims (17)

1.一种用于提供红外(IR)信号的设备包括：
处理器(120)，连接到存储器(124)，用于产生码元序列(506)；以及
调制器(122)，用于将所述码元序列中每个码元转换为适用于传输的信号，其特征在于用于传输的信号是5脉冲位置调制(5PPM)信号。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述5PPM信号以低比特结束。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述码元序列由具有标题部分(203)和有效负载部分(205)的信令协议定义。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于所述标题部分(205)包括用于定义所述有效负载部分的多个字段(202)。
5.如权利要求3所述的设备，其特征在于所述有效负载部分是可变位流。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备是IR信令键盘装置。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备是IR信令指示装置。
8.一种用于传送具有数据结构的IR信号的红外(IR)发射机，所述数据结构包括：
有效负载部分(205)；
标题部分(203)；所述标题部分包括用于定义所述有效负载部分的多个字段(202)；以及
其特征在于所述标题和有效负载部分表示为使用5脉冲位置调制(5PPM)传送的多个码元。
9.如权利要求8所述的数据结构，其特征在于所述5PPM信号以低比特结束。
10.如权利要求8所述的数据结构，其特征在于所述有效负载部分表示键盘字符(318)。
11.如权利要求8所述的数据结构，其特征在于所述有效负载部分表示指示装置的坐标(412，414)。
12.如权利要求8所述的设备，其特征在于所述标题部分包括重复字段(216)，用于有选择地仅传送所述标题部分(203)。
13.一种提供红外(IR)信号的方法，包括下列步骤：
产生码元序列；以及
将所述码元序列中每个码元转换为适合于传输到远端接收机的信号，其特征在于传输的信号是5脉冲位置调制(5PPM)信号。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在子所述转换步骤包括传送作为所述5PPM信号结束比特的低比特。
15.如权利要求14所述的方法，其特征还在于包括由具有标题部分和有效负载部分的信今协议定义所述码元序列的步骤。
16.如权利要求15所述的方法，其特征还在于包括发送将键盘字符表示为所述有效负载部分的比特的步骤。
17.如权利要求15所述的方法，其特征还在于包括发送将指示装置坐标表示为所述有效负载部分的比特的步骤。
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