CN1035404A - 条件多路转换器 - Google Patents

Abstract

本发明是一个条件多路转换器，其中有一个具有可变位速的输入位流允许作为输入位流经过转换的输出位流的一部分，或者说，它是独立于处理线路(TPR1)所实行的操作的。处理操作包括由输入位流的位速几率分布函数的平均值(mi)和方差(vi)计算输出位流的估计输出带宽(B₂)，包括将估计输出带宽(B₂)同最大允许输出带宽(B)作比较。进一步的处理线路(RPR1)连续地测量平均值和方差腔参数，并且连续地检查位流源是否工作在指定的频带宽度范围内。

Description

本发明涉及一个条件多路转换器。在这个多路转换器中，有一个可变位速的输入位流，该输入流可作为多路转换器输出位流的一部份，或且它是独立于处理线路所完成的操作的。这些操作是由前面指出的输入位流的位速几率分布函数的平均值，计算出一个估计的输出带宽，以及将估计的输入出带宽同最大的允许输出带宽或函数作比较。

这样一种条件多路转换器，已经在比利时的专利号905982（M.De    Prycker等人2-2-一个关于数字通讯系统的专利-中说明过了。

在该系统中，每当要建立一条传送一个附加输入位流或输入信息组的通向切换模块输出端的通路时，需要向该切换模块提供一个包含该流路的可变位速平均值的、建立通路信息的信息组。建立通路信息组是输入信息流的第一组信息。因此，它领先于数据信息组。数据信息组仅仅能够在建立通路的信息组已经建立起一条通路之后，才能被传递。并且传递仅仅能够沿着这条通路进行。然后，切换模块中的处理线路将新近接收到的平均值加上这个输出端的已经通过多路转换器的输入位流平均值的加和值，来计算其估计的输出带宽。而且在该输出端允许转换建立通路信息组和随后的其它附加输入信息流的数据信息之前，处理线路将检查该估计带宽是否低于某个予定的百分数，例如该输出端最大允许带宽的百分之八十。

已经发现，上述的条件多路转换器可能产生较大的信息位丢失。显然这是因为用以决定输入位流转换的、由计算求出的估计输出带宽不够精确。

本发明的目的是提供一个上述类型的条件多路转换器，但它具有改善了的精度。

在本发明中，上述目标的实现是基于这样的事实，即处理线路也根据几率分布函数的方差来计算估计的输入带宽。

借助于既利用平均值也利用方差的方法，对每个变化位速的位流而言，其位速几率分布函数的表征比仅仅利用平均值方法更为精确。同样地，由这些参数计算出来的输出位流的估计带宽也更精确。因为这个估计带宽是用来决定输入位流的转换的。因此，位失性能得到改善。

现有多路转换器的另一个特点是位流具有可变的位速，并且是由图象源产生的。

当这些图象源被用于广播，即要求质量高的图象时，对于最复杂的图象必须达到高质量的水平。在具有固定位速的图象源情况下，位速就等于峰值，也就是平均值。因此当估计的输出带宽是由这些平均值来计算，并且它决定了转换的情况下，可能得到的带宽没有充分地被利用。与此相反，当用以产生位流的图象源具有可变的位速，并且是像比利时的专利（申请号No.8700027）（W.Verbiesf等人2-1）所描述的那种形式的话，则可变位速是图象束复杂性的函数。但是，由于这种复杂的图象是很少出现的，因此位速的平均值对峰值的比值相对来说是较低的。借助于从平均和方差参数计算估计的输出带宽的方法，并由带宽确定转换器的转换，便可以非常有效地利用可以获得的输出频带宽度。

现有条件多路转换器的另一个特点是：上述处理线路由平均值的加和以及方差的加和来计算估计的输出带宽。

现有条件多路转换器还有另外一个特点是：上述处理线路计算估计输出带宽并把它看作预先确定的位失几率的函数。

按照这一特点，当处理电路允许许多个输入位流在同一个输出端转换时，它认为转换是以所期望的几率实现，并保证其位失不超过一预定的值。

再有一个特点是：现有条件多路转换器的处理线路也用相应于预确定的位失几率的，预确定的输出带宽来计算估计的输出带宽。这里的位失几率按累积的正则分布函数分布，且分布函数的平均和方差值分别等于零和1。

本发明正是基于这样的观点，即具有预确定的位失几率的输出带宽可以由具有同样位失几率的估计的输出带宽推导出来。前者的几率分布函数是具有平均值和方差值等于上述加和的累积正则几率分布函数，而后者的位失几率分布函数是具有分别等于零和1的平均值和方差值的标准累积正则分布函数。

现有发明是关于一个条件多路转换器的，在这个转换器中，具有可变位速的一个输入位流允许作为输入位流的转换输出位流的一部份，或且说，它是独立于由先前接收到的、与该输入位流有关系的参数所控制的处理线路的操作的。

这样一种条件多路转换器，已经由比利时的专利No905982（M.De    Pryeker等人2-2）-关于数字通讯系统的专利-加以说明。其中，对于每个位流来说接收到的参数是这个位流的平均位速。并且处理线路利用该参数来确定是否该位流可以同在同一输出端已被发送的其它位流一道转换。然而，如果该参数与实际发送的位速不相适应，并且如果实际发送的位速太高，那么在输出端的过载会加剧。

本发明的另一个目的是提供上述类型的一个条件多路转换器，并防止误动作。

按照本发明，这个目标的实现是基于这样的事实，即它包括进一步处理线路。该线路由输入位流确定上述参数，并将它们同所接收到的参数作比较，再根据比较的结果来处理上述输入位流。

按照这种方法，进一步的处理线路可能发现误操作，然后进行适当的修正。

本发明的上述目标和其它目标及特点，以及发明本身，可以通过下述的叙述及参考相应的附图得到理解。

图1表示一个利用本发明的条件多路转换器的数字通讯系统;

图2表示图1的一部份的详图;

图3更为详细地表示出图2中的RPR1处理器。

首先应该指出，在描述过程中所用到的所有数学关系将在最后一页中提到，并且跟随i，j，i-1和j-1的是作为指数。

图中所要表示的数字通讯系统是在上面提到过的比利时的专利No.905982（M.De    Prycker等人2-2描述的系统。它包括一个多级宽带信息组切换网络BSN。该网络含有许多输入端I1/N，和许多输出端O1/N，以及用户站US1/N。每个用户站包括一台发送设备SE1/N和一台接收设备RE1/N。

这些发送设备SE1/N通过分别的异步时间分配线路（ATD）的输入发送连接器TL1/N和分别的输入界面线路II1/N，连接到BSN的输入端。BSN的输出端O1/N通过分别的输出界面线路OI1/N和分别的ATD输出发送连接器OL1/N，连接到接收设备RE1/N。

在信息组切换网络BSN中，N个输入端I1/N通过许多串级切换模块连接到N个输出端O1/N。有许多串级切换模块，图中仅给出其中的一个BSE。这个切换模块也是属于比利时的专利No.905982所描述的那种类型的。它有8个输入端R1/8，它们分别连接到前一级的输出端（图中没有标出）。它的8个输出端T1/8分别连接到未标出的下一级的输入端，和由母线控制单元TM控制的一个时间分配多路转换器（TDM）母线TB，以及一个切换端口控制母线SB。输入端R1/8通过分别的接收端口RX1/8连接到母线TB。TB进一步连接到8个发送端口TX1/8，而每个发送端口又分别连接到输出端T1/8。每个接收端口RX1/8同时双面地连接到各个切换端口控制器SC1/8，并且所有这些控制器和发送端口TX1/8都由母线SB连接起来。

因为接收端口RX1/8都是一样的，对于发送端口TX1/8来说也是如此，所以仅仅把RX1和TX1在图2中，更为详细的表示出来。RX1包含一个接收缓冲线路RBUF1，一个处理器RPR1，和一个存贮器RMEL1。而TX1包含一个发送缓冲线路TBUF1，一个处理器TPR1和一个存贮器TMEM1。所有这些元件之间的相互连接都已经表示出来了。存贮器REM1贮存平均和方差参数mi和vi，我们以后将考虑这些参数。而存贮器TMEM1贮存参数M_i-1，V_i-1，B1和B。这些参数是和输出端T1的转换的输出位流有关的。这里，

M_i-1是i-1输入位流的位速几率分布函数的平均值加和。这输入位流是该转换输出位流的一部份;

V_i-1是这些i-1输入位流方差的加和;

B是最大的i可允许的输出带宽;

B1是输出带宽。以平均值等于零和方差值等于1为特征的归一化的或标准的累积正则几率分布函数指出：这个带宽将不超过几率等于1-PLR的带宽。其中PLR是位丢失或信息组丢失。

我们假定每个用户站US1/N是在比利时专利No904101（W.Verbiesf1）和比利时专利应用No8700027（W.Verbiesf等人2-1）中说明的那一类图象站。

当一个图象由发送设备发出时，该设备产生一个位流，其中的一些位组成280位的数据信息组，并且其频率是图象复杂性的函数。在每个信息组中，一位跟随着一位，以一个予定的最大位速，譬如每秒560兆位发送。但是由于信息组频率是图象复杂性的函数，所以位流或信息组流的位速要小于560兆位/每秒，并且是变化的。

由不同发送设备SE1/N产生的可变位流或信息组流，通过输入ATD连接器IL1/N和输入界面线路II1/N被提供给切换网络BSN的输入端I1/N。其中，接收到的信息组的格式和切换网络所利用的格式相匹配。在这个网络的每个切换模块，如BSE中，到达任一它的输入端R1/8的输入数据信息组，在它被发送到一个选择的发送器端口TX1/8之前，被贮存在相关联的接收端口RX1/8的缓冲线路中。信息的发送是由母线控制单元TM控制下，通过母线TB实现的。当在数据信息组之前接收到建立通路信息组时，由切换端口控制器SC1就8就已经选择了一个发送器端口。来自发送端口TX1/8的输出缓冲线路的数据信息组，通过输出界面线路OI1/N提供给输出端口O1/N。其中出现在这些输出端O1/N的信息组的格式，在将它们应用于输出ATD连接器OL1/N之前，被修改了。由此，信息组被提交给接收设备RE1/N。在接收设备中，信息组被转换成为各自的图象。

上面提到的建立通路信息组是由每个发送设备SE1/8产生的，并作为信息组流的第一个信息组，即它领先于数据信息组。它被用于确定通过网络BSN的通路。在上述比利时专利号905982所描述的其它信息之间，建立通路信息组包含平均和方差参数mi和vi。mi和vi是可变位速几率分布函数的表征，在该位速下，和建立通道信息组处于同一通讯组的数据信息组将在该通道上被发送。

当这样一个建立通道信息组在BSE的接收端口RX1/8的一个输入端R1/8（例如R1）上被接收时，它将被贮存在这个端口的缓冲电路，例如RX1的缓冲电路RBUF1中。然后，连接到RBUF1的处理器RPR1读入包含在建立通道信息组中的平均和方差参数mi和vi，并将它们贮存于存贮器REM1之中。然后，与RX1相连接的切换端口控制器SC1，选择该组TX1/8中的一个发送端口，譬如TX1，连续地由RMEM1读入参数mi和vi，并且最后发送它们到TX1的处理器，TPR1。然后，处理器检查以上述建立通道信息组为第一个信息的输入流的第i个信息组输入流能否与第i-1个数据信息组输入流一道，在输出端T1上被转换，从而形成包含第i个数据信息组输入流的、合成数据信息组输出流。其中，第i-1个数据信息组输入流是早已转换到输出端的。

对于一个工作于可变位速下的图象源产生的，一个适当数目的i个独立的数据信息组输入流，这个数据信息组输出流的、可变位速的几率分布函数，实际上可以被认为是由它的平均值Mi和方差值vi表征的，正则分布函数。而数据信息组输出流的参数Mi和Vi分别等于表征第i个数据信息输入流的平均值和方差值的加和。

如同早已提到过的，一旦组成第i个输入信息流第一个信息组的建立通路信息组，在RX1和缓冲电路RBUF1中，被接收到时，以及当第i个信息流将和i-1组以前接收到的数据信息流，要在同一个输出端T1处被转换时，切换端口控制器SC1发送出包含在新的建立通道信息组中的，平均和方差值，通过母线SB，到达TX1的处理器TPR1。利用存贮在发送端口TX1的存贮器TMEM1中的，先前计算出的加和值mi-1和Vi-1，首先，处理器用关系式（1）和（2）计算新值。然后，利用关系式（3）计算估计的输出带宽，并将它与在输出端T1的可允许的最大带宽B作比较。再通过母线SB通知切换端口控制器SC1，有关这个比较的结果。而后，控制器执行早已在比利时专利905982中描述过的操作。例如，当第i组信息流允许被转换时，存贮在RX1中的建立通道信息组，通过母线TB被发送到TX1，然后在T1处被转换。如果这个通路转换是不能允许的，那么建立通道信息组将寻找另一个通道。当该信息组已经能够确定一个通过网络的通道时，其它的数据信息组就可以沿着这个通道发送，并且能够转换到与建立通道信息组相同的输出端上，等等。

由条件多路转换器的处理器TPR1部份所完成的上述比较操作作，可以由下面叙述，来证明其正确性。

因为在T1上转换出的输出位流的可变位速几率分布函数已经被认为是一个正则几率分布函数。并且如果我们已经知道，由平均值Mi和方差值Vi所表征的这个位速的、相应的累积正则几率分布函数，那么对于每个估计的输出带宽，累积正则几率分布函数将会指出一个不被超过的几率，反之亦然。因此，对于上述提到的几率1-RLR，该函数将会指出一个估计的输出带宽B2。

现在，上述比较是建立于这样的观点之上，虽然累积的正则几率分布函数是未知的，但是B2值可以由已知的，归一化的或标准的累积正则几率分布函数，这就是平均值为零和方差为1的分布函数的对应的B1值推导出来。对于同样的几率，归一化参数B1确实按线性关系（4）和B2联系在一起。这样在输出端T1、并且不超过最大允许带宽B的估计带宽B2，可以由上述的关系式（3）给出。

正如前面描述过的，当建立通道信息组被发送给BSN网络时，每个图象源传送表征它的位速几率分布函数的平均值mi和方差值Vi到该切换网络。然而，在后续的发送数据信息组的过程中，如果图象源不是工作在所指定的频带宽度，那么，切换网络可能过载。为了防止这种现象发生，在该网络边界上的每个切换模块的接收端口线路中，在每个数据信息组发送过程中，执行一个称之为警卫功能。这种功能在于检查联接到该线路上的信号源是否工作在指定的频带范围内，在于当这个频带范围被超过时，采取适当的反措施。这将在下面加以说明。

假定切换模块BSE是位于网络的边界上，即当它的端点R1/8分别联接到端点I1/8时，包括在接收端口RX1/8中的每个处理器将检查，由包含在各个用户站中的图象源提供的数据信息组流的平均和方差参数值是否相应于;由建立通道信息组先前提交给它的、并存贮于贮存器RMEM1中的mi和vi参数值。

特别是在接收端口RX1中，这种检查操作是由处理器RPR1完成的。在图3中，给出了处理器的详图。它包括一个信息组时钟线路PCL，计数器CR1和CR2，锁存线路LAC，反向线路IC，平方线路SQ1和SQ2，累加器线路ACC1和ACC2，除法器线路DIV1和DIV2，减法器线路SUB和逻辑线路LC。所有这些线路像图中所表示的那样，彼此联接在一起。也正如这个图表示的那样，图2的缓冲器线路RBUF1有一输出端耦合到CR1，并且有一输入端连接到LC，而LC有一些输入端连接到图2的存贮器线路RMEM1的输出端。信息组时钟线路PCL提供相应于信息组时间间隔的速率的时钟脉冲。这个信息组速率是位速率的二百八十分之一，因为每个信息组包含280位。组时钟脉冲被提供给计数器CR1，因而计数器按信息组速率计数。

当缓冲线路RBUF1接收到一个数据信息组，例如第j个信息组时，处理器RPR1是按下列步骤工作的，并且我们假定：

累加器ACC1和ACC2已经分别贮存了j-1个先前计算值Ri到R_j-1累积的加和SR_j-1，并贮存了值R₁到R_j-1平方的累积加和S′_j-1。R₁到R_j-1的每个值如同后面将解释的那样，是代表瞬时的位速;

计数器CR2存贮值j-1;

正如已经说明过的，存贮器RMEM1贮存值mi和vi。

当接收缓冲线路RBUF1接收到第j组数据信息组时，缓冲线路首先将计数器CR1的内容Nj传送到锁存线路LAC，然后使计数器CR1复位至零。这意味着，Nj等于自先前第j-1个数据信息组接收时刻起，所经过的信息组时间间离的数目，包括第j个信息组的时间间隔。然后反向线路IC，根据公式（5），由值Ni计算瞬时位速值。

当Nj由CR1传送到LAC时，计数器CR2步进至它的第j个位置，从而标志第j个信息组已经在RBUF1中接收到了。

从而处理器RPR1由计算的瞬时位速值Rj，和由存贮在ACC1和ACC2中的累积加和，借助于将Rj加上S来计算新的累积加和Sj₂;以及借助于首先在平方线路SQ1中求得Rj的平方，其次将平方值加到S′j来计算新的累积加和S′j。然后这样得出的值Sj和S′j，在除法器线路DIV1和DIV2中被除以j，从而分别得到值R₁到Rj的平均值mj和这些数值的平方的平均值m′j。

借助于这些数值mj和m′j的帮助，处理器RPR1求出一个新的方差值Vj。处理器首先在平方线路SQ2中求得mj的平方，其次在减法器线路SOB中;求得m′j减去mj的平方的差值，从而按关系式（6）求得Vj。

上述的关系式是基于这样观点，即它遵守概率理论：具有许多分立数值，例如R₁到Rj的正则几率分布函数的方差等于这些数值的平方的平均值m′j，而小于平均值mj的平方。

在逻辑线路LC中，测量值mj和Vj同贮存于存贮器RMEM1的值mi和Vi分别作比较。根据这个比较的结果，当按照mj和Vj确定的位速大于按照mi和Vi所确定的位速，那么一个禁止信号被送入接收缓冲线路RBUF1，以防止存贮的数据信息组被传送到发送端口TX1。利用这样的修正方法来降低位速。

若采取另一种方法，处理器RPR1也可以告诉相应的图象源这样的事实，即它已工作在分配给它的带宽的范围以外，它必须采取措施以改变这种情况。

上述的警卫功能也可以由在用户站中的处理器来执行。

当由用户站产生的数据信息组流，由如比利时专利，申请号No.8700027（W.Verbiest    2）所描述的那种分层编码方法所得到的情况下，在用户站中的处理器，借助于去丢高层次的数据信息组，即那些与包含更基本的图象信息的低层次数据信息组相比，能给出更详细的图象信息的信息组，以完成平滑校正操作。

在上面描述的例子中，警卫功能是在用户电或在网络边界上的切换模块的每一个接收端口上进行的，所以仅仅一个图象源接受检查。然而，警卫功能也可以在不是处于边界上的切换模块的接收端口中实行。在这种情况下，利用这个接收端口的所有图象源的操作都要接受检查。

虽然上面描述的本发明的原理是同特定的设备联系在一起的，但是应该清楚地认识到，这仅仅是为了举例说明问题，并不是为了限定本发明的范围。

数学关系

Mi＝m_i-1+mi （1）

Vi＝V_i-1+Vi （2）

B₂＝B₁·Vi

+mi （3）

$\frac{B_2-\mathrm{Mi}}{{\mathrm{Vi}}^{\frac{1}{2}}}=B_1---\left(4\right)$

R_j＝N_j ¹（5）

V_j＝m′j-m²j （6）

Claims (12)

1、一种条件多路转换器，其中一个输入位流具有可变的位速，并允许作为输入位流的经过转换的输出位流的一部分，或且可以认为它是独立于由处理线路(TPR1)所执行的操作的。这些操作包括由输入位流的位速几率分布函数的平均值(mi)计算输出位流的估计输出带宽(B₂)。接着，将表征所述处理线路TPR1的函数或可允许的最大输出带宽(B)同输出带宽(B₂)作比较。其特征在于处理线路也从几率分布函数的方差(Vi)求得估计输出带宽(B₂)。

2、一种根据权利要求1的条件多路转换器，其特征在于：处理线路（TPR1）由平均值mi的加和（Mi）和方差（Ui）的加和（Vi）求得估计输出带宽（B₂）。

3、一种根据权利要求1的条件多路转换器，其特征在于：处理线路（TPR1）也根据予确定的位失几率函数求得估计输出带宽。

4、一种根据权利要求3的条件多路转换器，其特征在于：处理线路（TPR1）也从相应于予确定的位失几率的予确定的输出带宽（B₁）计算估计输出带宽（B₂）。予确定的位失几率分布是按平均值等于零而方差值等于1的累积正则分布函数分布的。

5、一种根据权利要求2和4的条件多路转换器，其特征在于：估计输出带宽（B₂）等于B₁·Vi+Mi。其中B₁是予确定的输出带宽，Mi和Vi分别是平均值（mi）的加和，和方差值（Ui）的累加和。

6、一种根据权利要求3的条件多路转换器，其特征在于：每一个位流中位按信息组组合，以形成信息组流。并且不论转换与否，输入位流的平均值（mi）和方差值（Ui）都借助于组成包括数据信息组在内的位流的第一个信息组、即控制信息组送入处理线路（TPR1）。以及，予确定的位失几率相应于予确定的信息组丢失几率。

7、一种根据权利要求1的条件多路转换器，其特征在于：输入位流具有可变的位速并由图象源（US1/8）产生。

8、一种条件多路转换器，其中具有可变位速的一个输入位流允许作为输入位流的经过转换的输出位流的一部分，或且说，它是独立于由先前接收到的，同该输入位流有关的参数（mi）控制的，处理线路（TPR1）所完成的操作的，这种转换器的特点在于：它包括进一步的处理线路（RPR1），该线路测量输入位流的参数（mj，uj），将它们同接收到的参数（mi，ui）比较，并且根据比较的结果来处理该输入位流。

9、一种根据权利要求8的条件多路转换器其特征在于：进一步处理线路（RPR1）测量每个输入位流的平均值（mj）和方差值（vj），并且当比较的结果指出该输入位流的位速是大于相应的、所接收到的平均值和方差值参数（mi，vi）时，它将降低输入位流的位速。

10、一种根据权利要求8的条件多路转换器，其特征在于：其中至少有一个输入位流是由图象源产生的，并且它以不同的精度对每个图象进行编码，根据比较的结果，进一步的处理线路（RPR1）控制图象源，使得它丢案与高精度编码的图象相关的那部分数据信息。

11、一种根据权利要求6和8的条件多路转换器，其特征在于：在接收到数据信息组时，进一步的处理线路（RPR1）测量瞬时位速值（Rj）并计算位速值（Rj）和平均值（mj），从而测得每个输入位流的平均值（mj）。

12、一种根据权利要求11的条件多路转换器，其特征在于：进一步的处理线路（RPR1）通过计算位速（Rj）的平方（Rj²）的平均值（m′j），以及计算平方的平均值（m′j），和位速值的平均值（mi）的平方之差，来求得方差（Vj）。

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