DE60030384T2

DE60030384T2 - Datenrückgewinnung für digitales Audiofunksystem

Info

Publication number: DE60030384T2
Application number: DE60030384T
Authority: DE
Inventors: Kah Yong Lee; Beng Huat Chua; Chee Oei Chan; Chee Kong Siew
Original assignee: FreeSystems Pte Ltd
Current assignee: FreeSystems Pte Ltd
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2020-10-21
Also published as: DE60030384D1; EP1096715A3; ATE338396T1; US6671325B2; EP1096715B1; JP3464440B2; US20030053548A1; US6510182B1; JP2001177507A; EP1096715A2; SG91257A1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektronische Schaltkreise und Systeme, die digital gesampelte analoge Signale übertragen und empfangen. Insbesondere betrifft die Erfindung elektrische Schaltkreise und Systeme, die digitale Audiosignale übertragen und empfangen.
Hintergrund der Erfindung
Die Übertragung von analogen Signalen zwischen einer Quelle eines analogen Signals und der Reproduktion des analogen Signals an einem Ausgang eines Wandlers ist wohlbekannt. Aus dem US-Patent 5,596,648 (Fast) wird ein kabelloses Infrarot-Audioübertragungssystem beschrieben, bei dem Infrarot-LED-Emitter durch eine Frequenz aktiviert werden, um die modulierte Pulswellen als Licht zu einem Receiver zu übertragen. Das Audioanalogsignal moduliert die frequenzmodulierte Pulswelle.
Das US-Patent 5,596,603 (Haupt und andere) beschreibt ein weiteres Gerät zur kabellosen Übertragung von Audiosignalen. Im Folgenden wird auf die 1 Bezug genommen, die einen Überblick über diese Struktur gibt. Die analoge Quelle 5 stellt einen linken Kanal L und einen rechten Kanal R zur Verfügung. Die analoge Quelle 5 kann ein Mikrofon, ein FM-Tuner/Receiver, oder ein analoges Aufzeichnungsmedium sein. Der linke Kanal L und der rechte Kanal R sind Eingaben für einen analog zu digital Konverter 15 und 20. Es ist wohl bekannt, dass die analoge Quelle jegliche Anzahl von Kanälen bereitstellen kann. Der linke Kanal L und der rechte Kanal R sind zum Zwecke der Darstellung gewählt.
Zusätzlich können die analogen Signale von der analogen Quelle 5 im Vorfeld zu digitalisierten Samples konvertiert werden und dann durch die digitale Quelle 10 bereitgestellt werden. Die digitalen Samples der Analogsignale werden in einem Datenpuffer 25 zurückgehalten. Die digitalen Samples werden dann in Daten Frames (Rahmen) in der Datenformatierungseinheit 30 formatiert. In „Haupt und andere" ist der Datenrahmen 128 bits für jeden Kanal (linker Kanal L oder rechter Kanal R) lang. Die Datenrahmen werden dann zum Datenmodulator 35 transferiert. Ein Trägersignal wird dann mit den Datenrahmen moduliert.
Im Falle von Haupt und andere werden die Datenrahmen von 4 bit Audiodaten zu 5 bit Übertragungsdaten geändert, die benutzt werden, um die Infrarotlicht imitierende Diode zu aktivieren und zu deaktivieren. Das modulierte Trägersignal wird zum Transmitter übertragen und dann zum Kommunikationsmedium 45 versandt. Das Infrarotlicht wird dann durch die offene Atmosphäre zu einer empfangenden, lichtsensitiven Diode ausgestrahlt. In diesem Falle ist das Kommunikationsmedium 45 die freie Atmosphäre.
Es ist wohl bekannt, dass der Transmitter 40 Radiofrequenzwellen zusätzlich zu Licht produzierten kann. Zusätzlich kann das Kommunikationsmedium 45 entweder Kabel, wie zum Beispiel Koaxialkabel, Twisted-pair-Kabel oder andere Formen von metallischen (Kupfer) Verbindungen sein. Zusätzlich kann das Kommunikationsmedium 45 ein Glasfaserkabel sein.
Der Empfänger erlangt das modulierte Trägersignal vom Kommunikationsmedium 45. Üblicherweise ist ein Zeit- oder Timingsignal im Datenrahmen und dem modulierten Trägersignal enthalten. Ein Zeitextraktionsschaltkreis 55 wird das eingebettete Zeit- oder Timingsignal entwickeln und synchronisiert das empfangende Untersystem 100 mit dem übertragenden Untersystem 95. Klassischerweise umfasst der Zeitextraktionsschaltkreis 55 einen phasengelockten Oszillator, der jedoch schlecht funktionieren kann, falls Fehler im übertragenden modulierten Trägersignal vorhanden sind.
Das wiedererlangte modulierte Trägersignal wird zum Demodulator 60 transferiert, um die Datenframes bzw. Rahmen zu extrahieren. Die Datenframes werden dann in dem empfangenden Datenformatierer 65 reformatiert, um die digitalisierten Samples des analogen Signals zu wiederherzustellen. Die wiederhergestellten, digitalisierten Samples werden dann zum digital-zu-analog Konverter 70 und 75 transferiert, um die Analogsignale 80 und 85 zu reproduzieren. Alternativ können die digitalisierten Samples des Analogsignals 95 zu externen Schaltkreisen zur weiteren Bearbeitung transferiert werden.
Die kabellose Übertragung, wie sie in 1 gezeigt wurde, ist eine Grund für die Beschädigung der digitalisierten Samples während der Übertragung. So kann zum Beispiel das Rauschen einer mit einer Vorschaltung versehenen halogenen Lampe die Wiederherstellung der übertragenen, modulierten Trägersignals zusammenbrechen lassen.
Eine Lösung für diese Beschädigung des modulierten Trägersignals liegt darin, einen gewissen Level von Redundanz für die digitalisierten Samples bereit zu stellen. Das US-Patent 5,832,024 (Scholz und andere) zeigt die Verwendung eines Forward-Error-Correction-Codes, der auch als Red-Solomon-Coding bekannt ist. Dieser eliminiert Fehler mit einer relativ kurzen Dauer, verhindert jedoch nicht die Unterbrechung der Ausgabe des analogen Signals 80 und 85 aufgrund einer langfristigen Unterbrechung der digitalisierten Samples.
Um eine längere Unterbrechung der digitalisierten Samples zu eliminieren, verwenden Scholz und andere einen Convolutional-Interleaving-Schaltkreist, um die digitalisierten Samples des analogen Signals zu separieren, die normalerweise miteinander übertragen würden. Dies ermöglicht eine größere Wahrscheinlichkeit, dass ein langfristiger Fehler korrigiert werden kann.
Falls durch das Kodieren von Fehlerberichtigungen und das Convolutional Interleaving der digitalisierten Samples nicht die Korrektheit der digitalisierten Samples des analogen Signals sichergestellt werden kann, wird das analoge Signal reproduziert (insbesondere bei Audiosignalen) zur Vermeidung der störenden Cracks und Pops in den Lautsprechern. Um die Cracks und Pops zu eliminieren, schlagen „Schulz und andere" vor, dass die digitalen Samples auf einen Nulllevel gebracht werden oder stumm geschaltet werden können. Wenn jedoch das Abschalten auf einmal aktiviert wird, ist es für den Zuhörer ablenkend und störend, wenn er einer Audioanwendung zuhört.
Das US-Patent 5,602,669 (Chaki) stellt einen digitalen Übertragungsempfänger bereit, der digitale Audiosignale innerhalb eines spezifischen Frequenzbandes überträgt und innerhalb des spezifischen Frequenzbandes empfängt. „Chaki" moduliert eine fundamentale Frequenz unter Verwendung des Quadratur Phase Shift Keying (QPSK). Das QPSK-modulierte Signal wird zu einem Infrarotemitter für die Übertragung transferiert.
Das US-Patent 5,429,640 (Munich und andere) beschreibt ein speichereffizientes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Synchronisationserkennung innerhalb eines digitalen Stroms über einen Kommunikationspfad. Die digitalen Daten sind angeordnet als eine Sequenz von Rahmen, jeder Rahmen umfasst eine Vielzahl von Zeilen von Daten. Der Beginn jedes Rahmens wird mit einem rahmensynchronisierenden Wort initiiert. Der Anfang jeder Zeile wird durch ein horizontales Synchronisationsbyte initiiert. Ein Encoder interleavt/versetzt die Daten vor der Übertragung. Der Decoder umfasst einen Schaltkreis, um die horizontalen und Rahmensynchronisationsdaten zu lokalisieren und umfasst einen Schaltkreis zum de-interleaven der digitalen Daten. Beide, sowohl der Sychronisationslokalisierungsschaltkreis als auch De-interleaving-Schaltkreis, benötigen einen Zugriff zum Speichern, jedoch nicht zur gleichen Zeit. Daraus ergibt sich, dass lediglich ein Speicher benötigt wird für den Synchronisationswiederherstellungsschaltkreis und den De-interleaving Schaltkreis, die den Speicher alternativ adressieren. Der digitale Datenstrom von Munich und anderen ist auf Video, Audio und andere entsprechende Services von subscriberbasierten Televisionsystemen anzuwenden.
Das US-Patent 5,745,582 (Shimpuku und andere) lehrt ein Audiosignalübertragungs und -empfangssystem, das eine optische Übertragung eines digital formatierten Audiosignals mit einer geringen Verschlechterung der Soundqualität über den Übertragungspfad erreichen kann. Das Audioübertragungssystem weist Schaltkreise auf, um ein Fehlerkorrektionssignal zum digitalen Audiosignal hinzuzufügen. Das digitale Audiosignal mit dem Fehlerkorrektionssignal wird dann kodiert und interleaved, um ein Audioübertragungssignal zu erzeugen. Das Wiederholen eines digitalen Kontrollsignals, das für die Reproduktion des digitalen Audioübertragungssignals benutzt wird, führt zu einer Erzeugung eines kontinuierlichen Signals. Ein Multiplexer combiniert das Audioübertragungssignal und das kontinuierliche Signal, um ein gemultiplextes Signals zu erzeugen. Ein Modulationsschaltkreis moduliert dann ein Trägersignal ähnlich zu dem oben beschriebenen gemultiplexten Signal durch eine vorbestimmte, digitale Modulationsmethode, um ein moduliertes Signal innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbandes zu erzeugen. Das modulierte Signal wird durch ein optisches Übertragungssignal übertragen. Ein differentielles QPSK Modulationsverfahren erzeugt vorzugsweise das modulierte Signal. „Shimpuku und andere" beschreibt weiterhin eine Audiosignalempfangseinheit zur Reproduktion eines digitalen Audiosignals und eines digitalen Kontrollsignals vom optischen Übertragungssignal. Der Audiosignalempfangsschaltkreis weist einen optischen Empfänger auf, um ein optisches Übertragungssignal zu einem elektronischen Empfangssignal zu konvertieren. Das modulierte Signal wird dann reproduziert, um eine Demodulation des Empfangssignals durch ein digitales Demodulationsverfahren zu erlauben, das mit dem vorbestimmten digitalen Modulationsverfahren korrespondiert, um das gemultiplexte Signal zu reproduzieren. Ein separater Schaltkreis separiert das Audioübertragungssignal und das kontinuierliche Signal vom gemultiplexten Signal. Das Audioübertragungssignal wird dann de-interleavt und eine Fehlerkorrektur, basierend auf dem hierzu gefügten Fehlerkorrektursignal, wird durchgeführt, um das digitale Audiosignal zu reproduzieren.
Die digitale Quelle 10 ist oftmals eine Kompaktaudiodisk (CD), eine Moving Picture Expert Group Audio Layer 3 (MP3) Datenfile, ein digitales Audiotape (DAT), eine digitale Videodisk (DVD) oder ein digitaler Satelliten-Empfänger (DSR). Das Format der digitalisierten Samples von einer digitalen Quelle 10 entspricht meistens dem digitalen Sony/Phillips Interface (S/PDIF). Internationale Standards, die auf diesem Standard entwickelt wurden, sind die Audio Engineering Society (AES) AES-3, die European Broadcaster Union (EBU) Tech. 3250-E, die Japanese Elektronic Industries Alliance (EIAJ) CP-340, und die International Electronic Commission (IEC) IEC60958. Auch wenn diese Standards ähnlich sind, sind sie nicht notwendigerweise identisch. Jedoch ist das Datenformat, wie es 3 zeigt, bei allen Standards gemeinsam. Die erlaubten Samplefrequenzen oder Sampleraten für das Audioanalogsignal zur Erzeugung eines digitalisierten Samples sind somit 44,1 kHz für eine CD und MP3, 48 kHz für DAT und DVD und 32 kHz für DSR.
2 zeigt das Datenformat der S/PDIF-Familie nach dem internationalen Standard. Ein Rahmen besteht aus zwei Unterrahmen 200 und 205, die die Samples von einem A Kanal oder linken Kanal und einem B Kanal oder rechten Kanal umfassen. Jeder Unterrahmen weist eine synchronisierende Präambel A SYNC und B SYNC auf. Die synchronisierende Präambel identifiziert den Inhalt des Unterrahmens dahingehend, dass es entweder ein Wort ist, umfassend ein Sample des Kanals A am Beginn des Blocks 215, oder ein Wort des Kanals A innerhalb eines Blocks oder der B Kanal.
Die digitalisierten Audiosamples für Kanal A und B können bis zu 24 Bits umfassen, die die Amplitude eines Samples des analogen Audiosignals darstellen. Bei CD-Anwendungen werden normalerweise nur die 16 Bits A8 bis A23 verwendet, um die digitalisierten Audiosamples zu übermitteln. Die Bits AV und BV dienen zur Überprüfung, die anzeigt, ob die digitalisierten Audiosamples fehlerhaft sind. Die Bits AU und BU sind benutzerdefinierte Bits die, wenn sie von einer Vielzahl von Samples gesammelt wurden, die Laufzeit, die Tracknummer und ähnliches zeigen. Die Bits AC und BC sind Kanalstatusbits, die Informationen wie Emphasis, Samplingrate und Kopieerlaubnis darstellen. Die Bits AP und BP sind Paritätbits für die Fehlererkennung, um die empfangenen Datensamples zu überprüfen.
Die digitalisierten Audiosamples sind durch die im Allgemeinen bekannten Biphasen Mark oder Manchester Kodiertechnik kodiert. Die Samples werden seriell mit einer Rate von 2,8 MHz für eine Samplerate von 44.1 kHz, mit 2 MHz für eine Samplerate von 32 kHz und 3.1 MHz für eine Samplerate von 48 kHz übertragen.
Ein Block von digitalisieren Audiosamples besteht aus 192 Frames bzw. Rahmen, die miteinander konzentriert wurden.
US-Patent 5,889,820 (Adams) beschreibt einen Schaltkreis für die SPDIF-AES/EBU Wiederherstellung von digitalen Audiodaten. Der Schaltkreis decodiert ein Input-Signal. Der Schaltkreis umfasst ein Mess-Unterschaltkreis, der einen Eingang hat, um ein Timing Zeitsignal zu empfangen, das asynchron zu dem Zeitpunkt des Inputsignals ist. Das asynchrone Timing Zeitsignal misst die Dauer einer Vielzahl von empfangenen Pulsen auf dem Input-Signal in Relation zur Frequenz des Timings des Zeitsignals. Ein Dekodierschaltkreis dekodiert das Input-Signal in ein digitales Signal. Die Erfindung von „Adams" erlaubt die Benutzung von allen digitalen Komponenten zur Dekodierung der digitalen Audiodaten, die Dekodierung unter Verwendung des Bi-Phasenmarks kodierten Daten gemäß der S/DIF oder AES/EBU Standards.
Die US 5,832,024 offenbart ein digitales kabelloses Lautsprechersystem für die Benutzung von Verbraucheraudioanwendungen. Ein digitaler Funkfrequenztransmitter ist mit einer analogen oder digitalen Audioquelle verbunden und ein digitaler Radiofrequenzempfänger dient zum Empfang der übertragenen Audioinformation an entfernten Orten. Weiterhin ist der digitale Receiver in der Lage, Kontrollinformationen zu empfangen, um Eigenschaften zu implementieren, wie Lautstärke, Tonkontrolle oder andere zusätzlichen Informationen. Dies erlaubt es dem Benutzer eine Vielzahl von High-Quality-Audiozubehören an einer Vielzahl von Orten aufzustellen, ohne dass es notwendig ist, unabhängig Stereoanlagen einzurichten oder eine externe Verkabelung durchzuführen. Das System basiert auf einem digitalen Schaltkreis, um die Performanz des Systems zu verbessern und stellt die Soundqualität einer Kompaktdisk zur Verfügung. Der digitale Schaltkreis implementiert Forward-Error-Correction-Techniken und Interleaving, um es dem System zu ermöglichen, Fehler in der Übertragung festzustellen und somit die Gesamtperformanz des Systems zu verbessern.
Die EP 478207 offenbart einen Prozess, bei dem eine ursprüngliche Symbolrate eines übertragenen Modemsignals, das für die digitale Übertragung demoduliert wurde, durch einen Netzwerkreceiver durch Erlangen eines geschätzten Fehlers zwischen der ursprünglich übertragenen Symbolrate und der bekannten nominalen Symbolrate wiederhergestellt wird. Dies wird erreicht durch den Netzwerkempfänger, der das Intervall zwischen den Datenblöcken innerhalb eines empfangenen Signals misst, das eine andere als die nominale Anzahl von Datenbits aufweist. Jeder der Blöcke der Daten weist ein bekanntes festes Intervall auf. Das gemessene Intervall ist proportional zur gewünschten Fehlerschätzung. Die Fehlerschätzung wird dann integriert und in einem Interpolator verwendet, um die Symbolrate eines remodulierten Modemsignals am Netzwerkempfänger anzupassen.
Überblick über die Erfindung
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein System zur Übertragung, zum Empfangen und zum Wiederherstellen und zur Reproduktion von digitalisierten Samples eines analogen Signals bereitzustellen.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, unwiderherstellbare digitalisierte Samples eines Analogsignals zu kaschieren bzw. zu verdecken, um den Level der Widergabetreue bei der Reproduktion der digitalisierten Samples des analogen Signals beizubehalten.
Weiterhin ist ein anderes Ziel der Erfindung darin zu suchen, die digitalisierten Samples des analogen Signals so zu übertragen, dass die Wahrscheinlichkeit einer Interferenz bei der Übertragung und somit der Korruption der digitalisierten Samples des analogen Signals minimiert wird, was durch Übertragen der digitalisierten Samples mit schlagartig kürzerer (Burst) Periode als die Zeit der analogen Signale, die durch die digitalisierten und übertragenen Samples repräsentiert werden, erreicht wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, digitalisierte Samples eines analogen Signals zu empfangen, ohne dass eine Synchronisation einer empfangenen Uhr mit einer übertragenden Uhr zu erfolgen hat, um die digitalisierten Samples des analogen Signals zu erlangen.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die digitalisierten Samples eines analogen Signals von einer externen Quelle zu konvertieren, die eine Vielzahl von Samplingraten aufweist, um digitalisierte Samples eines analogen Signals, die unterschiedliche Raten aufweisen, zu konvertieren.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, langsam das digitale Sample des analogen Signals lautlos zu schalten, wenn große Gruppen von digitalen Samples nicht wiederhergestellt oder kaschiert/verdeckt werden können.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, den langfristigen Zeitunterschied zwischen einer übertragenen Uhr und einer empfangenen Uhr zu überwachen und jeglichen Unterlauf oder Überlauf der digitalisierten Samples des analogen Signals innerhalb einer Gruppe von digitalisierten Samples des analogen Signals zu interpolieren oder zu dezimieren.
Um diese und andere Ziele zu erreichen, umfasst ein digitales Kommunikationssystem, wie es in Anspruch 1 beschrieben wurde, zur Übertragung und zum Empfang von digitalisierten Samples eines analogen Signals ein Übertragungssubsystem zur Übertragung der digitalisierten Samples ein Kommunikationsmedium zum Übermitteln der übertragenen digitalisierten Samples, das unterschiedliche Samplingraten aufweist, und ein Empfangssystem zum Empfangen und Reproduzieren der übertragenen digitalisierten Samples. Das Übertragungsuntersystem empfängt die digitalisierten Samples, die eine variable Samplingrate aufweisen von einer externen Signalsquelle und konvertiert die digitalisierten Samples, die eine variable Samplingrate aufweisen, in digitalisierte Samples mit einer festen Rate. Die digitalisierten Samples weisen Fehlerkorrektionscodes auf, die erzeugt wurden, um es zu ermöglichen, dass jeglicher Fehler in den festen digitalisierten Samples, die aufgrund der Übertragung der digitalisierten Samples aufgetreten sein können, zu korrigieren. Die digitalisierten Samples sind in Gruppen von interleaved digitalisierten Samples mit angehängten Fehlerkorrekturcodes formatiert. Ein Präambel-Timingsignal und ein Startsignal wird dann an die Gruppe von interleaved, digitalisierten Samples angehängt, um einen Übertragungsrahmen zu bilden. Ein Trägersignal wird dann mit den Übertragungsrahmen moduliert und das modulierte Trägersignal wird dann über das Kommunikationsmedium übertragen.
Das empfangende Untersystem ist mit dem Kommunikationsmedium verbunden, um das modulierte Trägersignal zu empfangen und wiederherzustellen. Das modulierte Trägersignal wird demoduliert, um den Übertragungsrahmen wieder zu erlangen und um die Gruppe von interleaved, digitalisierten Samples und die Fehlerkorrekturcodes vom Übertragungsrahmen zu extrahieren. Die Gruppe von interleaved, digitalisierten Samples mit dem Fehlerkorrekturcode wird dann geprüft und die Gruppe von interleaved, digitalen Samples mit Fehlern wird dann korrigiert. Falls eine Gruppe der interleaved, digitalisierten Samples nicht korrigierbar ist, wird ein geschätzter Samplewert von den nicht wieder korrigierbaren digitalisierten Samples durch Interpolation der angrenzenden überlappenden digitalisierten Samples erzeugt, um einen Effekt des nicht korrigierbaren digitalisierten Samples zu verdecken. Es wird eine Glättungsfunktion auf die digitalisierten Samples angewendet, um diejenigen der digitalisierten Samples mit einem nicht korrigierbaren und nicht verdeckbaren Fehler auf einen Nullwert herunter zu fahren, dann wird ein Jitter-Tracking angewendet, um einen Überlauf oder Unterlauf des Inhalts der Gruppe der interleaved, mehrfach digitalisierten Samples festzustellen, um das Blockübertragungssignal mit einem Zeitsignal des besagten Subsystems zu vergleichen, wobei digitalisierte Samples des analogen Signals erzeugt oder eliminiert werden, falls das Jitter-Tracking einen Überlauf oder Unterlauf des Inhalts der Gruppe der interleaved mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals anzeigt. Jegliche der digitalisierten Sample, die nicht verdeckbar oder widerherstellbar oder unzulässig sind, werden dann vorsichtig lautlos gestellt. Die digitalisierten Samples werden dann zu einem Digital-zu-analog-Konverter zur Wiederherstellung des analogen Signals transferiert.
Das Übertragungsuntersystem weist einen Sample-Daten-Empfänger auf, um die digitalisierten Samples des analogen Signals von der externen Quelle des digitalisierten Samples der Analogsignale zu empfangen. Ein variabler Sampleraten-Konverter ist mit dem Sampledaten-Empfänger verbunden, um die digitalisierten Samples des analogen Signals, die in einer Rate aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Sampleraten gesampelt wurden, in ein digitalisiertes analogen Signals zu konvertieren, das in einer festen Rate gesampelt wurde. Eine Vielzahl von digitalisierten Samples des analogen Signals wird in einem Datenpuffer zurückgehalten. Ein Datenpuffer-Controller ist mit dem variablen Sampleraten-Converter verbunden und dient zur Kontrolle des Anordnens und des Entfernens der Vielzahl von digitalisierten Samples des analogen Signals innerhalb des Datenpuffers. Ein Fehlerkorrektur-Codeerzeuger ist mit dem Datenpuffer-Controller verbunden, um eine Vielzahl von digitalisierten Samples des analogen Signals durch den Datenpuffer-Controller vom Datenpuffer zu empfangen. Der Fehlerkorrektur-Codegenerator erzeugt einen Fehlerkorrektur-Code, der das an die mehrfach digitalisierten Samples des analogen Signals angehängt wird und sendet dann die mehrfach digitalisierten Samples des analogen Signals mit dem angehängten Fehlerkorrektur-Board durch den Datenpuffer Controller an den Datenpuffer zurück.
Der Fehlerkorrektur-Code-Generator erzeugt ein Reed-Solomon-Fehlerkorrektur-Code mit einem Fehlerkorrektur-Codewort, das eine Datenblockgröße von 238 Bytes hat und ein Controll-Byte von 16 Paritäts-bytes. Ein Rahmenformatierer ist mit dem Datenpuffercontroller verbunden, um eine interleavte Gruppe von mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals mit angehängtem Fehlerkorrektur-Codes zu empfangen und hängt ein Präambel-Timingsignal und ein Startsignal, vor die interleavte Gruppe von mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals, an, um so einen Übertragungsrahmen zu bilden. Ein Pulspositions Modulator ist mit dem Rahmenformattierer verbunden, um den Übertragungsrahmen zu empfangen und um ein Trägersignal gemäß einer Pulspositions-Modulation mit dem Übertragungsrahmen zu modulieren. Ein Burst-Transmitter ist zwischen dem Pulspositionsmodulator und dem Kommunikationsmedium geschaltet, um ein moduliertes Trägersignal in das Kommunikationsmedium einzuführen. Das modulierte Trägersignal wird als ein Burst innerhalb einer kurzen Zeitperiode zur Minimierung der Wahrscheinlichkeit von Interferenzen auf dem Kommunikationsmedium übertragen.
Das Kommunikationsmedium kann entweder ein kabelloses oder verkabeltes Medium sein und das modulierte Trägersignal kann als Licht oder als Funkfrequenzenergie übertragen werden. Das verkabelte Kommunikationsmedium kann entweder ein Glasfaserkabel, ein koaxiales Kabel oder eine zweiadrige twisted-Pair-Verkabelung sein.
Das empfangende Subsystem weist einen Empfänger auf, der mit dem Kommunikationsmedium verbunden ist, um das modulierte Trägersignal zu ertasten und zu verstärken und um den Übertragungsrahmen wiederherzustellen. Ein Demodulator ist mit dem Empfänger verbunden, um das modulierte Trägersignal zu demodulieren und die Gruppe von interleavten, mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals mit angehängten Fehlerkorrektur-Codes zu extrahieren. Der Demodulator ist mit einem Empfangsdatenpuffer verbunden, um die Gruppe der interleavten, mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals mit den angehängten Fehlerkorrektur-Codes zurückzuhalten. Ein Empfangsdatenpuffer-Controller ist mit dem Demodulator verbunden, und der Empfangsdatenpuffer-Controller transferiert die Gruppe der interleavten, mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals mit den angehängten Fehlerkorrektur-Codes von dem Modulator zum Empfangsdaten-Puffer. Ein Fehlerprüf- und -korrekturschaltkreis ist mit dem Empfangsdatenpuffer-Controller verbunden, um eine Gruppe der mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals mit dem angehängten Fehlerkorrektur-Code zu empfangen, der Fehlerprüf- und Korrekturschaltkreis überprüft und korrigiert jegliche Fehler, die bei der Übertragung in einer der Gruppen der mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals auftraten und ersetzt dann die korrigierten Gruppen der mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals in Empfangspuffer. Jegliche nicht korrigierbaren digitalisierten Samples der mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals werden zur Verdeckung identifiziert. Ein Block für die Wiederherstellung des Schaltkreises ist mit dem Empfangdatenpuffer-Controller verbunden, um die nicht korrigierbaren digitalisierten Samples des Analogsignals zu empfangen und zu interpolieren, um den Effekt der nicht korrigierbaren digitalisierten Samples des Analogsignals zu verdecken. Ein langsam herunterfahrender Stummschaltkreis ist mit dem Empfangsdatenpuffer-Controller verbunden, um auf die Gruppen der mehrfach digitalisierten Samples zuzugreifen, die nicht korrekt empfangen wurden und als unzulässig erklärt wurden, um diejenigen der mehrfach detaillierten Samples des Analogsignals mit nicht widerherstellbaren und nicht verdeckbaren Fehlern zu berücksichtigt. Der sanfte Stummschaltkreis greift auf die mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals zu, die korrekt sind und angrenzend zu denen der mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals liegen, die unzulässig sind oder nicht korrigierbar sind oder nicht verdeckbare Fehler aufweisen. Der sanfte Stummschaltkreis wendet dann eine Glättungsfunktion auf die mehrfach digitalisierten Samples des analogen Signals an, um diejenigen der mehrfach digitalisierten Samples des anlogen Signals, die unzulässig sind, oder mit einem nicht korrigierbaren oder nicht verdeckbaren Fehler versehen sind, auf einen Nullwert zu bringen.
Das empfangende Subsystem weist einen Jitter-Tracking-Schaltkreis auf, um die Blockübertragungs-Zeitsignale mit den Zeitsignalen des Empfangssubsystems zu vergleichen, um einen Überlauf oder Unterlauf des Inhalts der Gruppe von interleavten, mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals mit angehängtem Fehlerkorrektur-Code zu bestimmen. Das Blockübertragungssignal zeigt eine Grenze von Gruppen von interleavten, mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals mit angehängtem Fehlerkorrektur-Codes auf. Die Anzahl von Wörtern innerhalb jeder Gruppe von interleavten, mehrfach digitalisierten Samples des Analogsignals mit dem angehängten Fehlerkorrektur-Code muss die richtige Anzahl von digitalisierten Samples des Analogsignals umfassen. Ein Interpolations- und Dezimierungsschaltkreis ist mit dem Jittertracking-Schaltkreis und dem Empfangsdatenpuffer-Controller verbunden, um digitalisierte Samples des analogen Signals zu erzeugen oder zu eliminieren, falls der Jittertracking-Schaltkreis einen Überlauf oder Unterlauf des Inhalts der Gruppe der interleavten mehrfach digitalisierten Samples der Analogsignale anzeigt.
Ein Interface-Schaltkreis ist mit dem Empfangsdatenpuffer-Controller verbunden, um die digitalisierten Samples des Analogsignals in ein Format, das durch die folgenden Schaltkreise akzeptiert wird, zu übersetzen.
Die digitalisierten Samples weisen entweder eine variable Samplingrate auf und sind mit einer Samplingrate von 32 kHz, 44,1 kHz und 48 kHz gesampelt.
Das Übertragungsuntersystem weist zumindest ein analog-zu-digital-Konverter auf, der zwischen die externe Quelle und den Datenpuffer-Controller geschaltet ist, um die Analogsignale zu empfangen und um die digitalisierten Samples des Analogsignals zu generieren. Die Samplingrate des Analog-zu-digital-Konverters ist 48 kHz. Eine alternative Samplingrate des Analog-zu-digital-Konverters ist 44,1 kHz.
Die interleavte Gruppe der mehrfach digitalisierten Samples besteht aus einer Vielzahl von weniger signifikanten Bytes der graden, bestimmten digitalisierten Samples der Gruppe der mehrfach digitalisierten Samples, aus einer Vielzahl von mehr signifikanten graden, bestimmten digitalisierten Samples, aus einem ersten Kommandobyte, aus einer ersten Vielzahl von Fehlerkorrektur-Bytes, aus einer Vielzahl von weniger signifikanten Bytes der ungeraden, bestimmten digitalisierten Samples, aus einer Vielzahl von mehr signifikaten Bytes der ungeraden, bestimmten digitalisierten Samples, aus einem zweiten Kommandobyte und aus einer zweiten Vielzahl von Fehlerkorrektur-Paritätsbytes.
Das Trägersignal wird mit einer pulspositionierten Modulation durch Positionierung eines Pulses des Trägersignals innerhalb einer Periode des Trägersignals gemäß eines Binärwerts der Vielzahl von Bits innerhalb des Übertragungsrahmens moduliert. Die Vielzahl von Bits dieser Erfindung sind zwei Bits.
Die digitalisierten Samples sind in einem Non-return to zero-(NRZ)Format kodiert.
Der Burst-Überträger umfasst eine Infrarotlicht emittierende Diode und einen diodenschaltenden Schaltkreis, der zwischen dem Pulspositionsmodulator und der Infrarotlicht emittierenden Diode angeordnet ist, um die Infrarotlicht emittierende Diode mit den modulierten Trägersignalen zu aktivieren und zu deaktivieren.
Der Empfänger umfasst eine lichtempfindliche Diode, die das Licht, das von der Infrarotlicht emittierenden Diode ausgestrahlt wurde, empfängt.
Der Demodulator demoduliert das modulierte Trägersignal durch Oversampling des modulierten Trägersignals, um einen Auswertpunkt des modulierten Trägersignals zu bestimmten, um so den Übertragungsrahmen wiederherzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm eines Übertragungs- und Empfangssystems für digitalisierte Samples eines Analogsignals gemäß dem Stand der Technik.
2 ist ein Diagramm des Formats des S/PDIF-Interfaces.
3 ist ein Blockdiagramm eines Übertragungs- und Empfangssystems für digitalisierte Samples eines Analogsignals gemäß dieser Erfindung.
4 ist ein Blockdiagramm eines Übertragungssystems für digitalisierte Samples eines Analogsignals gemäß dieser Erfindung.
5 ist ein Blockdiagramm für das Empfangsystem für digitalisierte Samples eines Analogsignals gemäß dieser Erfindung.
6 ist ein Diagramm des Formats eines Blockrahmens des digitalisierten Samples des Analogsignals, das übertragen und empfangen wird durch das Übertragungs- und Empfangssystem dieser Erfindung.
7 ist ein Diagramm, das die Konvertierung einer Non-return to zero-Kodierung zu einer Pulspositions-Modulation gemäß dieser Erfindung darstellt.
8 ist ein Diagramm der Pufferadressierung des Sende- und Empfängerpuffers gemäß dieser Erfindung.
9 ist ein Timing-Diagramm des Betriebs des Übertragungspuffers dieser Erfindung.
10 ist ein Timing-Diagramm, das das Oversampling-Widerherstellen der empfangenen und digitalisierten Samples des Analogsignals von dieser Erfindung zeigt.
11 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zum Übertragen der digitalisierten Samples des Analogsignals gemäß dieser Erfindung zeigt.
12 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Empfangen, Widerherstellen, Verdecken und Reproduzieren der digitalisierten Samples des Analogsignals gemäß dieser Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
Im Folgenden wird auf die 3 zur Beschreibung der Struktur des Übertragungs- und Empfangssystems gemäß dieser Erfindung eingegangen. Eine Quelle 305 eines Analogsignals erzeugt Analogsignale im linken Kanal L und im rechten Kanal R. Die analoge Quelle 305 kann ein Mikrofon, ein Radioempfänger/-tuner oder ein analoges Aufzeichnungsmedium sein. Die analogen Signale vom linken Kanal L und vom rechten Kanal R sind jeweils die Eingänge für die Analog-zu-digital-Konverter 315 und 320. Die Analog-zu-digital Konverter 315, 320 sampeln das Analogsignal mit einer festen Rate. Die feste Rate in der bevorzugten Ausführungsform ist 48 kHz und in einer alternativen Ausführungsform ist die feste Rate 44,1 kHz.
Die digitale Quelle 310 stellt digitalisierte Samples des Analogsignals bereit, die vorhergehend gesampelt und aufgezeichnet wurden oder auf einem Medium, wie zum Beispiel einer Compactdisk, digitalen Audiotape oder anderen digitalen Speichermedien gespeichert wurden. Die Samplingraten der digitalen Samples können von der festen Rate der bevorzugten Ausführungsform abweichen. In diesem Fall, soweit die digitale Quelle 310 mit dem implementierten Industriestandard des S/PDIF Formats übereinstimmen, ist die Samplingrate wie oben beschrieben bei 44,1 kHz, 48 kHz und 32 kHz.
Die digitalisieren Samples des Analogsignals werden zum Transmitter 395 weitergeleitet. Der Transmitter 395 konvertiert diese digitalisieren Samples, die mit unterschiedlichten Samplingraten generiert wurden, in digitalisierte Samples, die mit einer festen Samplingrate generiert wurden.
Die digitalisierten Samples werden reorganisiert zu interleavten digitalisierten Samples, so dass diejenigen digitalisierten Samples, die angrenzend sind, voneinander separiert sind, so dass sie zu unterschiedlichen Zeiten übertragen werden. Diese Trennung minimiert die Wahrscheinlichkeit, dass eine Interferenz bei der Übertragung die Korrektur oder Rekonstruktion der digitalisierten Samples verhindert.
Im Folgenden wird nun 8 für eine Datenstruktur der digitalisierten Samples der Erfindung berücksichtigt. In dieser Erfindung bestehen die Datensamples aus zwei Bytes (16 Bits) der möglichen Datensamples. Das verbleibende Byte (8 Bits) des S/PDIF-Format wird nicht berücksichtigt. Die erste Gruppe 810 der 238 Bytes besteht aus alternierenden weniger signifikanten Bytes des linken Kanals L (A Kanal) und der weniger signifikaten Bytes des rechten Kanals R (B Kanal) der geraden, bestimmten Samples. Die zweite Gruppe 815 der 238 Bytes besteht aus alternierenden mehr signifikanten Bytes des linken Kanals L und der mehr signifikanten Bytes des rechten Kanals R der geraden, bestimmten Samples. Die dritte Gruppe 820 der 238 Bits besteht aus alternierenden weniger signifikanten Bytes des linken Kanals L und der weniger signifikanten Bytes des rechten Kanals R der ungeraden, bestimmten Samples. Die vierte Gruppe 825 besteht aus den alternierenden Bytes des linken Kanals L und der mehr signifikanten Bytes des rechten Kanals R der ungeraden bestimmten Samples. Wie man sehen kann, werden die Bytes eines digitalisierten Samples durch 238 Bytes während einer Übertragung separiert. Weiterhin werden zwei angrenzende der digitalisierten Samples durch zumindest 238 Bytes separiert. Auch wenn diese Struktur vorteilhaft für die bevorzugte Ausführungsform ist, sind andere interleaving Muster möglich und innerhalb der Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung.
Betrachtet man nun wieder die 3, erzeugt der Transmitter 395 Fehlerkorrekturcodes (ECC) 825 und 845, die an die Gruppe der mehr signifikanten Bytes 810 und der Gruppe der mehr signifikanten Bytes 820 der ungeraden bestimmten Samples 805 angehängt werden. Die ECC Codes 835 und 845 sind Forward Error Correction-Codes, die das Reed-Solomon-Verfahren zur Fehlerkorrekturcodierung verwenden. Die ECC Codes der Erfindung 835 und 845 haben eine Symbolgröße von 8 Bits oder 1 Byte und haben ein Galois Field (2^m) oder GF (2⁸). Die Blocklänge (n) des ECC Codes 835 und 845 der Erfindung ist 255 Bytes (2⁸). Die Anzahl der korrigierbaren Fehler wird als 8 gewählt, und somit ist die Nachrichtengröße 239 Bytes, wobei 238 Bytes der mehr signifikanten 815 und 825 der geraden Samples 800 und der ungeraden Samples 805 sind und ein Kommando- und Kontrollbyte 830 und 840 vorgesehen sind.
Die bevorzugte Ausführungsform erlaubt die Korrektur lediglich der mehr signifikanten Bytes 815 und 820 der digitalisierten Samples. Es ist für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, dass ein unterschiedliches Galoisfeld GF (2^m) Code gewählt werden kann und dass somit eine andere Anzahl von korrigierbaren Fehlern ausgewählt werden kann, so dass dies immer noch in der Erfindung liegt.
Die interleavten digitalisierten Samples mit dem angefügten ECC Code nach 8 sind für eine serielle Übertragung, wie in 6 gezeigt, ausgebildet. Jeder Rahmen wird in zwei Unterrahmen aufgeteilt, einen geraden Unterrahmen 610 und einen ungeraden Unterrahmen 615. Der gerade Unterrahmen 610 ist wie in der 8 strukturiert, als Gruppe von geraden, bestimmten, digitalisierten Samples 800, und der ungerade Unterrahmen 615 ist strukturiert, wie in 8 beschrieben, als ungerade, bestimmte, digitalisierte Samples 805. Der ECC Code 835 wird den geraden bestimmten digitalisierten Samples angehängt, um den Unterrahmen 810 und den ECC Code 845 zu vervollständigen und der ECC Code 845 wird an die ungeraden, bestimmten, digitalisierten Samples 805 angefügt.
Eine Timingpräambel 620 und 630 und ein Start-Flagsignal 625 und 635 werden entsprechend vor jeden geraden Unterrahmen 610 und ungeraden Unterrahmen 615 gehängt. Die Timing-Präambeln 630 und 630 bestehen jeweils aus bis zu 16 Bytes eines eindeutigen Musters, das den Beginn jedes Unterrahmens 610 und 620 identifiziert. Das Timing-Präambel-Muster 620 und 630 ist ein eindeutiges Muster, das die normale Pulspositionsmodulation beschreibt. Das eindeutige Muster der Timingpräambel 620 und 630 ist ausreichend lang, um es dem Empfänger zu erlauben, die Timingpräambel 620 und 630 zu identifizieren und um die Timingpräambel 620 und 630 zu „sperren" bzw. fest zu bestimmen. Das Start-Flag-Signal 625 und 635 besteht jeweils aus zwei Bytes eines eindeutigen Musters, das den Beginn des geraden Unterrahmens 610 und 615 anzeigt.
Die formatierten Gruppen der digitalisierten Samples des analogen Signals werden dann verwendet, um das Trägersignal innerhalb des Transmitters zu modulieren. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Modulation eine Puls-Positions-Modulation (PPM), wie sie in 7 gezeigt wird. Die Kurve 725 zeigt die möglichen Kombinationen des Spannungslevels, die Basis-Raw-non-return-to-zero kodierte Daten der digitalisierten Samples umfassen. Jede Bit Zeit C_bpm 700, 705, 710 und 715 wird in vier Phasen F₁, F₂, F₃, F₄ unterteilt. Die Kurve 720 zeigt die resultierenden Puls-Positions-Modulationscodes der Erfindung. Der NRZ Code (00) wird zur Bit time 700 dargestellt und stellt einen Logiklevel in der Phase Slot F₁ dar; NRZ Code (01), der in der Bit Zeit 705 dargestellt wird, stellt einen logischen Level 1 in der Slot Phase F₂ dar. Der NRZ Code (10), der in der Bit Zeit 710 dargestellt wird, stellt einen Logiklevel 1 in dem Phasen Slot F₃ dar und der NRZ Code (11), der in der Bit Zeit 715 dargestellt wird, stellt einen logischen Level in dem Phasen Slot Fa dar.
Das modulierte Trägersignal wird dann im Burst zum Kommunikationsmedium 345 übertragen. Das modulierte Trägersignal wird als Licht oder Funkfrequenz (RF) in die Atmosphäre als kabellose Kommunikation ausgestrahlt oder wird als Licht oder Radiofrequenz über Übertragungskabel bei einer verkabelten Kommunikation übertragen. Falls das modulierte Trägersignal als Licht übertragen wird, wird es über ein Glasfaserkabel übertragen, Wenn das modulierte Trägersignal als RF übertragen wird, wird es über ein Kabel, wie zum Beispiel einen Koaxialkabel oder ein twistet Pair zweifach verkabeltes Kabel übertragen.
Die 476 digitalisierten Samples, die einen Rahmen der digitalisierten Samples zusammensetzen, stellen 119 Samples einer Stereomusikdarstellung oder auch 2.479 Millisekunden der Darstellung dar. Die Übertragungsfrequenz des modulierten Trägersignals in der bevorzugten Ausführungsform ist 2.0 MHz. Somit sind für die Übertragung von 476 digitalisierten Samples, die mit der Timing-Präambel dem Start-Flag-Signal, dem ECC Codewort und dem Kommando und Kontrollbyte (493 Byte) versehen sind, 1.972 Millisekunden notwendig, um diese abzuschließen. Der Transmitter überträgt dann nicht oder ist in einem Idle-Zustand für 20,5% der Zeit. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit, dass ein Burst oder ein Rauschen mit der Übertragung interferiert, wenn die Übertragungsfrequenz erhöht wird oder die Periode des Bursts des digitalisierten Samples verringert wird; reduziert man die Zeit der Übertragung und wird dadurch die Idle-Zeit erhöht, führt dies zu einer weiteren Verbesserung der Wahrscheinlichkeit, dass keinerlei Interferenzen auftreten.
Das modulierte Trägersignal, das über das Kommunikationsmedium 345 übertragen wird, wird zum Empfänger 300 weitergeleitet. Der Receiver/Empfänger stellt die modulierten Trägersignale durch Konvertieren der Licht oder RF-Signale in elektrische Signale wieder her. Das modulierte Trägersignal wird dann demoduliert, um den übertragenden Rahmen der Gruppe von digitalisierten Samples des Analogsignals wiederherzustellen.
Der Empfänger der Erfindung extrahiert keine Übertragungszeit vom modulierten Trägersignal zur Synchronisation des Empfängers 300 mit dem Transmitter 395. Der Empfänger 300 weist eine Uhr auf, die unabhängig von der Transmitteruhr ist. Die Empfängeruhr wird spezifiziert als nominal-identisch mit der Transmitter-Uhr, jedoch wird aufgrund der Toleranz und der Phasendifferenzen zwischen den zwei Uhren das empfangene modulierte Trägersignal nicht immer korrekt empfangen und verursacht somit Fehler.
Um die Fehler zu minimieren, stellt der Empfänger das modulierte Trägersignal wieder her, um den Übertragungsrahmen des digitalisierten Samples des analogen Signals durch Oversampling der modulierten Trägersignale zu extrahieren. Oversampling spürt den logischen Level in einer Rate auf, der relativ gesehen ein großes vielfaches der Frequenz des Trägersignals ist. Wenn eine relative große Anzahl von Oversampling Ergebnisse anzeigt, dass eine Serie von Samples, die einen entgegengesetzen logisches Level nach einem logischen Levels, im moduliert Trägersignal empfangen wurden, wird ein Start-Evaluationspunkt beliebig angenommen und jede darauf folgende Evaluation erfolgt mit der Frequenz des modulierten Trägersignals nach dem willkürlich angenommenen Evaluationspunkt. Die evaluierten Daten werden mit der erwarteten Timing-Präambel verglichen. Falls ein Missverhältnis zwischen den evaluierten Daten und der erwarteten Timing-Präambel auftritt, wird der Startevaluationspunkt angepasst und die Daten erneut ausgewertet. Dieser Prozess wird wiederholt bis die Timing-Präambel vom empfangenden modulierten Trägersignal erlangt wird.
Wenn die gesamte Timing Präambel dann korrekt detektiert wurde, wird das Timing der Wiederherstellung bestimmt und entsprechend festgehalten. Sobald das Empfangstiming in Bezug zum empfangenen modulierten Trägersignal festgehalten wurde, wird das Start-Flag-Signal vom empfangenen modulierten Trägersignal gesucht. Falls das Start-Flag-Signal nicht gefunden wird, wird der Rahmen als unzulässig gekennzeichnet und wird auf einen Nulllevel gebracht. Falls das Start-Flag-Signal zum empfangenen modulierten Trägersignal bestimmt werden kann, wird der Übertragungsrahmen dann vom empfangenen modulierten Trägersignal wieder hergestellt.
Die 11 zeigt einen vollständigeren Überblick über die Auswahl der Evaluationspunkte, um das Festlegen des Timings des Empfängers 300 mit dem empfangenen modulierten Trägersignal 750 zu bestimmen. Die wiederhergestellte Uhr 755 weist eine Frequenz oder eine Samplingrate auf, die für die bevorzugte Ausführungsform mit den Faktor sechs in Bezug auf die Frequenz des Trägersignals 760 aufweist. Die Timinguhr 755 setzt die Samplingzeit des modulierten Trägersignals 755. Die wiederhergestellten Daten 765 sind der logische Level des modulierten Trägersignals 750 zur Samplingzeit der Timingzeit 750. Wie bereits oben beschrieben, fängt man mit dem ersten Logiklevel nach dem entgegengesetzten Logiklevel (Logiklevel 0 in diesem Falle) an zu zählen, um den willkürlichen Evaluationspunkt 750 zu etablieren. Die nachfolgenden Evaluationspunkte werden dann mit der Rate des Trägersignals 760 übereinstimmen oder in diesem Fall, bei jedem sechsten Auftreten, der Timinguhr 755.
Es ist für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, dass die Frequenz der Timinguhr um einem mehrfachen Faktor der Frequenz des Trägersignals 755 modifiziert werden kann, was jedoch weiterhin im Schutzumfang der Erfindung bleibt.
Der wiederhergestellte Übertragungsrahmen wird dann im Empfänger 300 demoduliert, um die rohen non-return kodierten Daten der digitalisierten Samples von dem Pulspositionsmodulationscode des Übertragungsrahmens zu extrahieren.
Der Pulspositionsmodulationscode des Übertragungsrahmens wird dann rekonvertiert, wie in 7 beschrieben, in rohe non-return kodierten Daten des digitalisierten Samples, um den Übertragungsrahmen wiederherzustellen.
Die interleavten, digitalisierten Samples des Analogsignals und der ECC Code werden dann überprüft und jegliche interleavten, digitalisierten Samples, die während der Übertragung korrumpiert wurden, werden dann korrigiert.
Die ECC-Überprüfung und die Korrektur verwendet das Reed-Solomon-Fehlerkorrekturverfahren, das wohlbekannt ist. In der bevorzugten Ausführungsform sind 8 Symbole oder Bytes in jeder Gruppe der 238 mehr signifikanten Bytes 810 und 820 der 8 plus einem Kommando und Kontroll-Byte korrigierbar. Das Verfahren zur Vervollständigung der ECC Überprüfung und -Korrektur beginnt mit der Berechnung der Sybole, die einen Fehler in der Gruppe der am meisten signifikanten Bytes 810 und 820 anzeigen. Für die Gruppe der signifikantesten Bytes 820 und 820 mit Fehlern wird Berlekamp's iterativer Algorithmus eingesetzt, um den Fehler lokal polynomial zu finden. Die Chien Suchmethode wird dann verwendet, um die Fehlerquelle lokal polynomial zu bestimmen und der Forney Algorithmus wird verwendet, um die Fehlermagnituten zu berechnen, um die korrekten Daten zu rekonstruieren. Falls mehr Fehler vorhanden sind, als sie durch das Reed-Solomon-Fehlerkorrekturverfahren korrigier bar sind, im Falle der bevorzugten Ausführungsform 8 Bytes, wird die nicht korrigierbare Gruppe der am meisten signifikanten Bytes 810 und 820 für eine Weiterbearbeitung identifiziert, um diese Fehler zu verschleiern.
Die digitalisierten Samples des Analogsignals werden dann dahingehend identifiziert, ob sie nicht korrigierbare Fehler aufweisen und ihre angrenzenden korrekten digitalisierten Samples werden dann kombiniert, um eine Schätzung der Magnitude der Samples des analogen Signals zu interpolieren. Es ist im Allgemeinen bekannt, dass angrenzende Samples nicht sehr groß in ihrer Magnitude abweichen und dass die Interpolation zwischen den angrenzenden Samples jegliche nicht wiederherstellbaren Fehler abdeckt bzw. überdeckt. Bei Audioanwendungen wird die Empfindung des Klanges nicht beeinträchtigt auch wenn es hochfrequente Verzerrungen geben kann.
Falls Rahmen der digitalisierten Samples des Analogsignals nicht korrigierbare oder nicht verdeckbare Fehler aufweisen oder falls Rahmen der empfangenen modulierten Trägersignale als unzulässig erklärt wurden, werden solche Rahmen langsam lautlos gestellt, um jegliche „Clicks" von den unwiderherstellbaren Fehlern zu vermeiden. Das weiche Stummschalten verwendet ein Hanning Window, um die Rahmen der digitalisierten Samples der Analogsignale angrenzend zu den Rahmen, die unkorrigierbare Fehler oder nicht kaschierbare aufweisen oder die unzulässig sind zu gewichten, um die Amplitude der angrenzenden Rahmen zu gewichten, um langsam die Amplitude der Analogsignale auf einen Nullwert zu reduzieren.
Weiterhin wird das Stummschalten durch die Programmierung einer Verzögerung der auf die Null folgenden Digitalisierungssamples des Analogsignals erreicht. Das erstreckende Nun der folgenden digitalisierten Samples des Analogsignals verhindert wiederholte Interferenzen von solchen Quellen, wie Infrarotfernbedienungen für Fernseher, Videorecorder und andere Audiosysteme. Die Infrarotfernbedienungen senden einen Burst von Daten, der von 0,2–1,0 Sekunde dauern kann.
Jeder Rahmen von digitalisierten Samples des Analogsignals muss eine konstante Anzahl von digitalisierten Samples verwalten. Trotz des Verfahrens des Oversampling, wie es oben beschrieben wurde, zeigt der Unterschied der Zeit zwischen dem Transmitter 395 und Empfänger 330 einen „Überlauf" (mehr digitalisierte Samples in einem Rahmen empfangen) oder einem „Unterlauf" (weniger digitalisierte Samples in einem Rahmen empfangen) der digitalisierten Samples, die in einem Übertragungsrahmen empfangen werden. Ein Überlauf verursacht, dass mehr digitalisierte Samples in einem Übertragungsrahmen übertragen werden, während ein Unterlauf verursacht, dass weniger digitalisierte Samples in einem Übertragungsrahmen empfangen werden. Der Empfänger überwacht den Jitter oder die Falschausrichtung zwischen den Frequenzen des Trägersignals und der Frequenz des Übertragungsrahmens, um diejenigen Rahmen der digitalisierten Samples zu detektieren, die entweder einen Überlauf oder einen Unterlauf aufweisen. Wenn ein Überlauf oder ein Unterlauf auftritt, interpoliert der Empfänger 300 oder dezimiert den Rahmen der digitalisierten Samples, um die feste Anzahl von digitalisierten Samples in einem Rahmen sicherzustellen.
Die Rahmen der digitalisierten Samples des Analogsignals 390 werden an einen externen Schaltkreis für die weitere Bearbeitet geleitet oder werden in der entsprechenden Reihenfolge formatiert, um sie dann zum Digital-zu-analog Konvertern 370 und 375 zu transferieren. Die digitalisierten Samples des Analogsignals 370 des linken Kanals L werden zum Digital-zu-analog-Konverter 370 transferiert, um das Analogsignal 380 für den linken Kanal L zu reproduzieren. Diejenigen digitalisieren Samples des rechten Kanals R werden zum digital-zu-analog-Konverter 375 transferiert, der wiederum das analoge Signal 385 für den rechten Kanal R reproduziert.
Die 4 zeigt das Übertragungssystem 395 der vorliegenden Erfindung. Die analoge Quelle 305, wie sie oben beschrieben wurde, stellt linkskanalige und rechtskanalige analoge Signale bereit. Die Analog-zu-digital-Konverter 315 und 320 sampeln jeweils den linken Kanal L und den rechten Kanal R der Analogsignale und erzeugen digitalisierte Samples der Analogsignale. Zusätzlich stellt – wie oben beschreiben – die digitale Quelle 310 digitalisierte Samples des Analogssignals bereit.
Die digitalisierten Samples des Analogsignals von der digitalen Quelle 310 werden zum Digitalreceiver 400 transferiert. Der Digitalreceiver 400 erlangt die digitalisierten Samples mit einer Samplingrate, mit der sie auf der digitalen Quelle bereitgehalten werden (im Allgemeinen 44,1 kHz für eine CD und MP3, 48k Hz für einen DAT und DVD und 32 kHz für einen DSR). Die digitalisierten Samples des Analogsignals werden dann zum variablen Samplingraten-Konvertierer 405 (VSR) transferiert. Der VSR-Konvertierer 405 modifiziert die digitalisierten Samples des Analogsignals zu digitalisierte Samples des Analogsignals, die in einer festen Rate gesampelt sind. In der bevorzugten Ausführungsform ist die feste Rate 48 kHz. Somit werden die digitalisierten Samples für CDs von einer Samplingrate von 44,1 kHz zu einer Samplingrate von 48 kHz modifiziert. Alternative Ausführungsformen verwenden eine feste Rate von 44,1 kHz.
Ein Verfahren, um dies zu erreichen, liegt darin, die digitalisierten Samples des Analogsignals zu einem Digital-zu-analog-Konverters zu senden, um das ursprüngliche Analogsignal zu reproduzieren. Das reproduzierte Analogsignal ist dann eine Eingabe für einen Analog-zu-digital-Konverter, der die reproduzierten Analogsignale in einer festen Rate oder mit 48 kHz für die bevorzugte Ausführungsform sampelt. In einer alternativen Ausführungsform kann die feste Rate einer anderen Frequenz, wie zum Beispiels 44,1 kHz sein.
Die digitalisierten Samples des Analogsignals werden dann von Analog-zu-Digital-Konvertern 315, 320 oder den variablen Samplingraten-Konvertern durch den Übertragungsdatenpuffercontroller 410 zum Übertragungsdatenpuffer 415 transferiert.
Der Übertragungsdatenpuffercontroller 410 kontrolliert den Zugriff auf und das Erlangen von Übertragungsdatenpuffer 415 der digitalisierten Samples des Analogsignals. Der Übertragungsdatenpuffer 415 ist ein Random Access Memory (RAM). In der bevorzugten Ausführungsform ist der Übertragungsdatenpuffer 415 ein statisches RAM. Es sind jedoch auch andere Speicherstrukturen, wie zum Beispiel dynamische RAM (DRAM) oder synchrone DRAM für den Übertragungsdatenpuffer 415 einsetzbar, so dass dadurch immer noch die Erfindung abgedeckt wird.
Nimmt man nun Bezug auf 8, so wird die Struktur des Übertragungsdatenpuffers 415 und die Zuordnungen der Komponentenbytes der digitalisierten Samples der analogen Signale beschrieben. Der Übertragungsdatenpuffer 415 ist in Gruppen von Pufferblöcken segmentiert. In der bevorzugten Ausführungsform gibt es drei Pufferblocks, Puffer 1 850, Puffer 2 870 und Puffer 3 890. Die digitalisierten Samples des Analogsignals sind in jedem Puffer platziert, wie oben beschrieben, mit 328 weniger signifikanten Bytes der geraden, bestimmten, digitalisierten Samples 810 des analogen Signals, die die ersten Adresssegmente 852 des ersten Pufferblocks 850 beanspruchen. Die am meisten signifikanten Bytes der geraden bestimmten digitalisierten Samples 815, das Kommando und Kontrollbyte 830 und der ECC Code 840 belegen das zweite Adresssegment 854 des ersten Pufferblocks 850. Die 238 weniger signifikanten Bytes der ungeraden bestimmten digitalisierten Samples 820 belegen das dritte Adresssegment 856 des ersten Pufferblocks 850. Die am meisten signifikanten Bytes oder ungeraden bestimmten digitalisierten Samples 825 belegen das vierte Adresssegment 858 des ersten Pufferblocks 850. Diese Struktur erlaubt das Interleaving der digitalisierten Samples, um eine Korrektur oder eine Verdeckung von Fehlern während der Übertragung zu ermöglichen.
Zusätzliche Rahmen bzw. Frames der digitalisierten Samples sind in ähnlicher Weise im Pufferblock 2 870 und im Pufferblock 3 890 in der gleichen organisierten Form, wie oben für den Pufferblock 1 850 beschrieben, abgelegt. Dies erlaubt den Betrieb (Empfangen externer Quellen 305 und 310, ECC Codierung und Übertragung) in paralleler Weise.
Jede der Gruppen der am meisten signifikanten Bytes 815 und 820 und der Kommando- und Controll Bytes 830 und 840 werden vom Übertragungsdatenpuffer 415 über den Übertragungsdatenpuffercontroller gelesen und zum Reed-Solomon-Fehlerkorrekturencodierer 420 übertragen. Der ECC Encoder 415 erzeugt den Symbolcode, der mit einer Galois Field GF (2⁸) zusammen arbeitet. Jedes Symbol ist ein Byte, wie bereits oben beschrieben, und erlaubt es, dass 8 Bytes korrigiert werden können.
Die ECC Codes 840 und 845 werden entsprechend an die am meisten signifikanten Bytes 815, 825 der geraden und ungeraden bestimmten digitalisierten Samples 800 und 805 im zweiten Adresssegment 854 und im vierten Adresssegment 858 angehängt.
Die interleavten digitalisierten Samples werden dann von jedem Pufferblock 850, 870 und 890 des Übertragungsdatenpuffers 415 individuell durch den Übertragungsdatenpuffercontroller 410 zum Rahmenformatierer 425 transferiert. Der Rahmenformatierer hängt die Timingpräambel 620 und 630 und das Start Flag Signal 625 und 635 gemäß der 6 an, um Unterrahmen für jeden Übertragungsrahmen 605 der interleavten Gruppen von digitalisierten Samples des Analogsignals zusammen zu setzen.
9 zeigt das Zugriffs- und Zurückgewinnungsmuster des Übertragungsdatenpuffers 415 der 4 über einen Zeitraum. Die erste Gruppe der digitalisierten Samples vom Analog-zu-digital-Konvertern 305 oder der digitalen Quelle 310 werden im ersten Pufferblock 850 zum ersten Zeitsegment 900 gespeichert. Die zweite Gruppe der digitalisierten Samples vom Analog-zu-Digital Konverter 305 oder der digitalen Quelle 310 werden im zweiten Pufferblock 570 während des zweiten Zeitsegmentes 905 gespeichert. Während des zweiten Zeitsegments 905 greift der ECC Encoder 420 auf den ersten Pufferblock 850 zu, erzeugt die ECC Codes 840 und 845 und speichert die ECC Codes 840 und 845 im ersten Pufferblock 850. Im dritten Zeitsegment 910 wird eine dritte Gruppe von digitalisierten Samples im dritten Pufferblock 890 gespeichert, die ECC Codes werden generiert und im zweiten Pufferblock 870 gespeichert und die erste Gruppe der digitalisierten Samples mit den angehängten ECC Codes werden zum Rahmenformatierer 420 transferiert und dann weiterübertragen. Während des vierten Zeitsegmentes 915 wird eine vierte Gruppe von digitalisierten Samples in dem ersten Pufferblock 850 plaziert, die Gruppe der digitalisierten Samples im zweiten Pufferblock 870 werden weitergeleitet für die Übertragung, und der ECC Code für die Gruppe der digitalisierten Samples im dritten Pufferblock 890 wird erzeugt und im dritten Pufferblock 890 gespeichert.
Dieses Muster des Speicherns und des Zugreifens auf den Übertragungsdatenpuffers 415 erfolgt weiterhin für die folgenden Segmente 920, 925 und erzwingt einen simultanen Zugriff und ein simultanes Speichern in den Pufferblocks 850, 870 und 890. Der Übertragungsdatenpuffercontroller 410 muss entsprechend den Zugriff und auch das Speichern abwägen, um sicherzustellen, dass keine Konflikte entstehen.
Vom Rahmenformatierer 425 wird der formatierte Übertragungsrahmen zum Pulspositionsmodulator 430 übertragen. Der Pulspositionsmodulator 430 codiert jedes Paar von Bits des Übertragungsrahmens, wie oben in 7 beschrieben. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Frequenz des Trägersignals durch den den der Übertragungsrahmen moduliert wird zumindest 2.0 MHz.
Wie bereits oben beschrieben, ist die Zeitperiode des Audiosignals, das durch den Übertragungsrahmen dargestellt wird, 2,479 Millisekunden, und bei einem Trägersignal mit 2 MHz hat jeder Übertragungsrahmen eine Dauer von 1,972 Millisekunden. Wie bereits oben beschrieben wurde, wird die Burstübertragung 435 aktiviert, um das modulierte Trägersignal zu übertragen. In der bevorzugten Ausführungsform diese Erfindung ist der Burst-Transmitter 435 ein Switching Schaltkreis bzw. Anschalt- und Ausschalt-Schaltkreis, der eine Licht emittierende Diode 445 aktiviert und deaktiviert, um Licht in die Atmosphäre zu senden, was in diesem Fall als Kommunikationsmedium 345 dient.
Wie oben ausgeführt wurde, kann das Medium 345 verkabelt oder kabellos sein. Bei dem verkabelten Kommunikationsmedium kann Glasfaser-, Koaxial-Kabel oder zweikabeliges Twisted-Pairkabel eingesetzt werden. Der Bursttransmitter 435 kann entweder Licht oder RF-Signale in das verkabelte oder kabellose Kommunikationsmedium 345 übertragen.
Der Uhrschaltkreis 440 stellt die notwendigen Timingsignale der Analog-zu-Digital-Konverter 315 und 320 zur Verfügung, um eine feste Rate von 48 kHz (oder eine alternative feste Rate von 44,1 kHz) zu sichern. Der Zeitschaltkreis 440 stellt die notwendigen Timingsignale bereit, um die digitalisierten Samples des Analogsignals, die mit Raten anders als die festen Raten konvertiert wurden, in die digitalisierte Samples des analogen Signals zu konvertieren, die mit festen Raten gesampelt sind.
Der Uhrschaltkreis 440 erzeugt dass 2 MHz Trägersignal und transferiert es zum Pulspositionsmodulator 340, um das modulierte Trägersignal zu erzeugen, das als Eingang für den Burst-Transmitter 435 dient.
Der Zeitschaltkreis 440 ist ein fest-frequenter Zeiterzeugungsschaltkreis, der den Bedarf für ein phasen-gelockten Kreisoszillator sowohl am Transmitter 395 als auch am Empfänger 300 der 4 eliminiert.
Die 5 ist eine Beschreibung des Empfangsystems 300 der vorliegenden Erfindung. Das modulierte Trägersignal wird auf dem Kommunikationsmedium 345 zu einem Empfänger 505 transferiert, der das modulierte Trägersignal wiederherstellt. In der bevorzugten Ausführung wird das Licht, das durch die Atmosphäre transferiert wird, auf eine lichtempfindliche Diode 500 aufschlagen. Veränderungen in der lichtempfindlichen Diode 500 werden erkannt und im Receiver 500 verstärkt, um das modulierte Trägersignal wieder zu erlangen. Der Receiver 505 bzw. Empfänger greift das modulierte Trägersignal auf und vervollständigt die Wiederherstellung durch Oversampling des modulierten Trägersignals, um die Gruppe der digitalisierten Samples des Analogsignals, wie oben in 11 beschrieben wurde, zu erfassen. Der Demodulator 510 konvertiert die pulspositionsmodulierten digitalisierten Samples des rohen Non-return-to-Zero kodierten Daten der digitalisierten Samples wie oben in 7 beschrieben.
Die demodulierten digitalen Samples haben nun das Rahmenformat der interleavten digitalisieren Samples der 8 und werden nun vom Demodulator 510 durch Empfangsdatenpuffercontroller 550 zum Empfangsdatenpuffer 520 transferiert.
Der Empfangsdatenpuffer 520 ist, wie der Empfangsdatenpuffer 415 der 4, strukturiert. Der Empfangsdatenpuffer 520 ist ein Random Access Memory, welches in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein statisches RAM ist. Es kann jedoch auch andere Speicherstrukturen wie DRAM oder sychrones DRAM als Empfangsdatenpuffer 520 verwendet werden, was immer noch im Bereich der vorliegenden Erfindung liegt.
Die Struktur des Empfangsdatenpuffers 520 ist identisch zu der des Übertragungsdatenpuffers 415, wie er in 8 beschrieben wurde. Der Empfangsdatenpuffer 520 weist die Gruppen von Pufferblöcken 850, 870 und 890 auf. Jeder der Pufferblöcke 850, 870 oder 890 weist Adresssegmente 852, 854, 856 oder 858 auf, um den Rahmen der interleavten digitalisierten Samples des analogen Signals aufzunehmen.
Die am meisten signifikanten Bytes der gerade bestimmten Samples des Analogsignals 815 und die am meisten signifikanten Bytes der ungerade bestimmten Samples des Analogsignals 825 werden unter Berücksichtigung der angefügten ECC-Codes 840 und 845 durch den Empfangsdatenpuffercontroller 515 vom Empfangsdatenpuffer 520 erlangt und zum Reed-Solomon-EEC-Decoder 525 transferiert. Der Reed-Solomon-ECC-Decoder 525 überprüft und korrigiert die am meisten signifikanten Bytes der gerade und ungerade bestimmten digitalisierten Samples 815, 825, unter Verwendung des Reed-Solomon-ECC-Verfahrens, wie es bereits oben beschrieben wurde. Die korrigierten am meisten signifikanten Bytes der geraden und ungerade bestimmten digitalisierten Samples 815, 825 werden über den Empfangsdatenpuffercontroller 515 im Empfangsdatenpuffer 520 gespeichert. Diejenigen der geraden und ungeraden am meisten signifikanten Bytes der digitalisierten Samples mit einem nicht korrigierbaren Fehler (mehr als 8 Bytes weisen einen Fehler auf, wie oben beschrieben) werden identifiziert und für eine weitere Bearbeitung zur Verdeckung der Effekte der Fehler des reproduzierten analoge Signals bearbeitet.
Diejenigen der digitalisierten Samples, die identifiziert wurden, dass sie nicht korrigierbare Fehler haben, werden zusammen mit ihren angrenzenden korrekten digitalisierten Samples des analogen Signals vom Empfangsdatenpuffer 520 bestimmt und werden durch den Empfangsdatenpuffercontroller 515 zum Blockwiederherstellungsschaltkreis 530 transferiert. Der Blockwiederherstellungsschaltkreis 530 interpoliert eine Schätzung der nicht korrigierbaren digitalisierten Samples von den angrenzenden digitalisieren Samples des Analogsignals, um die nicht korrigierbaren Fehler in den digitalisieren Samples zu verdecken. Die bevorzugte Ausführungsform verwendet eine lineare Interpolation zwischen den angrenzenden digitalisierten Samples, um eine einfache Hardware-Implementierung zu ermöglichen. Es ist zu beachten, dass auch komplexe Interpolationsverfahren teil dieser Erfindung sein können.
Die interpolierte Schätzung der korrekten Magnitude des nicht korrigierbaren digitalisierten Samples wird vom Blockwiderherstellungsschaltkreis 530 über den Empfangsdatenpuffercontroller 515 transferiert, um an der gleichen Stelle wie das nicht widerherstellbare digitalisierte Samples innerhalb des Empfangsdatenpuffers 520 gespeichert zu werden.
Jegliche der digitalisierten Samples, die Fehler haben, die nicht korrigierbar und nicht-verdeckbar sind, werden für das weiche Stummschalten identifiziert.
Diejenigen Pufferblocksegmente, die unzulässige Rahmen oder unkorrigierbare und nicht verdeckbare digitalisierte Samples aufweisen, werden zum Softmuting-Schaltkreis 535 mit einer Anzahl von angrenzenden Rahmen der digitalisierten Samples des anlogen Signals transferiert. Der Softmuting-Schaltkreis 535 wendet ein Hanning-Fenster auf die Rahmen der digitalisierten Samples an, um die Rahmen, die angrenzen zum unzulässigen Rahmen oder Rahmen mit unkorrigierbaren und nicht kaschierbaren Fehler sind, zu gewichten, um ein „Clicking"-Geräusch, wie es oben beschrieben wurde, zu eliminieren.
Der Jittertracking-Schaltkreis 545 vergleicht ein Blockübertragungssignal mit dem Sampling-Timing des Empfängers 505, um eine Fehlausrichtung zwischen dem Blockübertragungstimingsignal und dem Sampling-Timing des Empfängers 505 zu identifizieren, das den oben beschriebenen Überlauf oder Unterlauf der digitalisierten Samples innerhalb eines Rahmens anzeigt. Das Blockübertragungstiming zeigt eine Grenze zwischen der Gruppe der angrenzenden Rahmen der digitalisierten Samples des Analogsignals auf. Der Synchronisationsschaltkreis 540 stellt eine Anpassung des Sampling-Timings mit dem Empfänger 505, falls notwendig, bereit. Der Synchronisationsschaltkreis 505 erlangt weiterhin einen Rahmen der digitalisierten Samples und interpoliert oder dezimiert jeglichen Überlauf oder Unterlauf der digitalisierten Samples im Rahmen, um die korrekte Anzahl von digitalisierten Samples des Analogsignals innerhalb des Rahmens bereitzustellen.
Jeder Rahmen der digitalisierten Samples des Analogsignals, wird dann vom Empfangsdatenpuffer 520 durch den Empfangsdatenpuffercontroller 515 zum Datenausgabeinterface 550 übertragen. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Datenausgabeinterface das I²S Interface, das bekannt ist aus dem Stand der Technik für digitale Audioübertragung. Das Datenausgabeinterface 550 transferiert die digitalisierten Samples des analogen Signals zu den Digital-zu-analog Konvertern 370 und 375. Die Digital-zu-analog-Konverter/Wandler 370 und 375 reproduzieren die Analogsignalausgabe 380 für den linken Kanal L und die Analogsignalsausgabe 385 für den rechten Kanal R. Das Datenausgabeinterface stellt ebenfalls den Rahmen der digitalisierten Samples in einem digitalen Format 390 für die weitere Bearbeitung durch externe Schaltkreise bereit.
Eine Implementierung der bevorzugten Ausführungsform des empfangenen Systems 300 ist ein tragbares entferntes System für Kopfhörer, um das Audiosignal zu reproduzieren. Bei dieser Anwendung muss das Empfangssystem deaktiviert werden, wenn es nicht benutzt wird. Der Strommanagement-Schaltkreis 565 erkennt, wenn keine Rahmen der digitalisierten Samples des Analogsignals für eine längere Zeit empfangen wurden. Der Strommanagement-Schaltkreis 565 entfernt dann die Stromversorgungsquelle vom empfangenen System. Wenn dies erfolgt ist, wird der Softmuting-Schaltkreis 535 eingesetzt, um einen Krach während des Abschaltens der Stromspannungsversorgung zu verhindern.
Der Empfangszeitschaltkreis 560 stellt ein Oversampling-Timingsignal dem Empfänger 505 zur Verfügung, um das modulierte Trägersignal wiederherzustellen und um das Empfangssystem 300 einzustellen, um die Wiederherstellung des modulierten Trägersignals sicherzustellen. Wie bereits oben beschreiben wurde, ist die Zeit des Empfangszeitschaltkreis 560 nominell identisch zur Zeit des übertragenden Systems 440 der 4. Jegliche Unterschiede im Empfangsuhrschaltkreis 560 und dem übertragenden Uhrschaltkreis 440 sind Toleranzen und Phasendifferenzen der beiden Schaltkreise, die erkannt werden und im Jittertracking-Schaltkreis 545 and dem Synchronisationsschaltkreis 540 korrigiert werden.
Das Kommando- und Kontrollbyte 830 und 840 der 8 umfasst Kommando- und Kontrolldaten, die über den Empfangspuffer 520 der 5 zugreifbar sind. Der Kommando- und Kontrollschaltkreis 550 weist eine externe Verbindung (nicht gezeigt) mit einem Interface zu einem externen Schaltkreis auf. Der Kommando- und Kontrollschaltkreis greift auf den Kommando- und Kontrollschaltkreis im Empfangspuffer zu, dekodiert die Kommandokontroll-Bytes und transferiert die entsprechenden Kommando- und Kontrollsignale zum externen Schaltkreis. In der bevorzugten Ausführungsform ist die externe Verbindung ein serielles Interface, um eine Lautstärkenkontrolle mit einem entfernten Lautsprecher zu ermöglichen oder für eine Textübertragung für ein Anzeigedisplay genutzt zu werden.
Für den Fachmann auf diesem Gebiet ist es schnell ersichtlich, dass viele der Funktionen des Übertragungssystem 395 der 4 und des Empfangssystems 300 der 5 als Verfahren ausgebildet sein können, die innerhalb eines Computersystems, wie zum Beispiels einem Mikroprozessor, einem digitalen Signalprozessor oder einem Mikrocontroller ausgeführt werden können. Die 11 und 12 zeigen einen Überblick des Verfahrens zur Übertragung von digitalen Samples eines Analogsignals, Empfangen des digitalisierten Samples des Analogsignals und Reproduzieren des Analogsignals.
Das Verfahren zum Übertragung beginnt mit dem Empfangen 1100 der digitalisierten Samples des Analogsignals. Die digitalisierten Samples haben das Format, wie durch den internationalen Standard, für das S/PDIF Format bestimmt wurde. Diese digitalisierten Samples, die bei einer Samplingrate, die anders als die feste Rate der vorliegenden Erfindung ist, gesampelt wurden, müssen in digitalisierte Samples konvertiert werden 1115, die mit einer festen Rate gesampelt wurden. In der bevorzugten Ausführungsform ist die feste Rate 48 kHz und in der alternativen Ausführungsform ist die feste Rate 44,1 kHz.
Alternativ zum Empfangen 1100 der digitalisierten Samples von einer digitalen Quelle, wie zum Beispiel einer CD, MP3, DAT, DVD usw. ist das Empfangen 1110 der Analogsignale und das Durchführen einer Analog-zu-Digital-Konvertierung 1120 mit einer festen Rate, um digitalisierte Samples des Analogsignals zu erzeugen. Das Analogsignal kann unterschiedliche Kanäle aufweisen. So hat zum Beispiel das Analogsignal für Stereo-Audio einen linken Kanal und einen rechten Kanal. Jeder Kanal wird separat von analog zu digital konvertiert 1120, um einen linken Kanalsatz von digitalen Samples und einen rechten Kanalsatz von digitalen Samples zu bilden.
Die digitalen Samples des Analogsignals werden in einem Puffer gespeichert 1125 und in einer interleavten Struktur nach 8 organisiert. Wie in 8 beschrieben, werden die am wenigsten signifikanten Bytes der gerade bestimmten digitalisierten Samples in einem ersten Segment des Puffers platziert. Die am wenigsten signifikanten Bytes des linken Kanalsatzes der digitalisierten Samples werden mit dem rechten Kanalset der digitalisierten Samples innerhalb des ersten Segments alternierend angeordnet. Die am meisten signifikanten Bytes des alternierenden linken und rechten Kanalsets der gerade bestimmten digitalisierten Samples werden im zweiten Segment des Puffers platziert. Die am wenigsten signifikanten Bytes des alternierenden linken Kanals und rechten Kanals der ungeraden bestimmten digitalisierten Samples werden in einem dritten Segment des Puffers platziert. Die am meisten signifikanten Bytes des alternierenden linken Kanals und rechten Kanals der ungeraden bestimmten digitalisierten Samples werden im vierten Segment des Puffers platziert. Diese Struktur interleavt/versetzt die digitalisierten Samples, so dass angrenzende Samples separiert wurden, um die Wahrscheinlichkeit eines Fehlerzustandes zu reduzieren, der vollständig Gruppen von digitalisierten Samples unterbricht, so dass die Fehler, die auftreten, korrigiert und abgeschwächt werden können. Um eine parallele Bearbeitung der digitalisierten Samples zu erlauben, weist der Puffer mehrere Segmente auf, um die mehrfachen Rahmen der überlappenden Gruppen von digitalisierten Samples aufzunehmen.
Ein Fehlerkorrekturcode wird erzeugt 1130 für Gruppen von digitalisierten Samples und wird an die Gruppen des digitalisierten Samples innerhalb des Puffers angehängt. In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird der ECC Code erzeugt 1130 für das zweite Segment des Puffers oder das am meisten signifikante Byte der geraden bestimmten Samples für das vierte Segment des Puffers oder der am meisten signifikanten Bytes der ungeraden bestimmten Samples.
Die ECC Erzeugung 1130 verwendet das Reed-Solomon-Verfahren auf einem Codewort von 255 Bytes mit einer Galois Field GF (8²), wobei 238 der am meisten signifikanten Bytes der digitalisierten Samples und ein Kommando- und Kontrollbyte die Daten sind, die zu schützen sind. Der ECC Code ist 16 Bytes und stellt eine Korrektur von bis zu 8 Bytes innerhalb des Codewortes zur Verfügung.
Jeder Rahmen der Gruppe der überlappenden digitalisierten Samples ist formatiert 1135, um einen Übertragungsrahmen zu bilden. Der Übertragungsrahmen ist, wie in 6 gezeigt wird, entsprechend strukturiert. Wie in 6 beschrieben wurde, wird eine erste Timingpräambel und ein erstes Start-Flag-Signal vor dem gerade bestimmte digitalisierte Sample angefügt, um einen ersten Unterrahmen zu bilden. Eine zweite Timingpräambel und ein zweites Start Flag-Signal werden vor den ungeraden bestimmten digitalisierten Samples angefügt, um einen zweiten Unterrahmen zu bilden und um den Rahmen zu komplettieren.
Der Übertragungsrahmen Puls-Positions-moduliert 1145 dann ein Trägersignal. Die Pulspositionsmodulation 1145 konvertiert die rohe Non-return-to-Zero-Kodierung der digitalisierten Samples in die Pulpositionskodierung, wie in 7 gezeigt. In der bevorzugten Ausführungsform weist das Trägersignal eine Frequenz von zumindest 2 MHz auf. Die Positionierung des Pulses wird durch Werte von Paaren von Bits des Übertragungsrahmens bestimmt.
Das modulierte Trägersignal aktiviert dann einen Treiberschaltkreis, um das modulierte Trägersignal über ein Kommunikationsmedium zu übertragen 1150. Wie bereits oben beschrieben wurde, kann das Kommunikationsmedium Kabel oder kabellos sein zur Übertragung von entweder Licht oder Radio und Funk-Energie. Das verkabelte Kommunikationsmedium kann ein Glasfaserkabel, ein Koaxialkabel oder ein allgemeines zweiadriges twisted-Pair-Kabel sein.
Der Burst-Transmitter 1150 überträgt dann das gesamte modulierte Trägersignal innerhalb einer relativ kurzen Periode, verglichen mit der Periode des analogen Signals, umfassend den Rahmen der digitalisierten Samples. In der bevorzugten Ausführungsform 238 sind Samples des linken Kanals und der rechten Kanals sind in den Rahmen enthalten. Da die Samples des linken Kanals und die Samples des rechten Kanals parallel erzeugt wurden, werden 119 Samples des Analogsignals oder 2.479 Millisekunden des analogen Signals übertragen. Unter Berücksichtigung der Frequenz des Trägersignals von 2 MHz, wird jeder Rahmen in 1,972 Millisekunden übertragen. Die Übertragung ist dann 20,5% der Zeit im idle Zustand. Dies minimiert jeglichen Effekt von Burst-Rauschen im Übertragungsmedium und verbessert die Wahrscheinlichkeit, dass die Übertragung 1155 auch empfangen wird. Falls die Frequenz des Trägersignals erhöht wird oder die Periode des Bursts der digitalen Signale verringert wird, wird die Zeit der Nichtbenutzung entsprechend steigen.
Das modulierte Trägersignal wird 1155 durch Erkennen und Verstärken des modulierten Trägersignals empfangen. In der bevorzugten Ausführungsform wird das modulierte Trägersignal als Infrarotlicht 1150 übertragen, das durch Aktivieren und Deaktivieren einer licht-emittierenden Diode erzeugt wird, um Infrarotlicht in die Atmosphäre auszustrahlen. Eine lichtempfindliche Diode empfängt 1155 das Infrarotlicht und konvertiert das Infrarotlicht in elektrische Impulse, die erkannt und verstärkt werden. Das empfangene modulierte Trägersignal durch Oversampling der empfangenen modulierten Trägersignale zur Bestimmung einer Position wird wiederhergestellt, die festgelegt wird, um das modulierte Trägersignal zu capturen bzw. festzuhalten. Die Timingpräambel wird geprüft, um die korrekte Feststellung der Position zu erlangen, um so die Timingpräambel korrekt herauszufiltern, das Start Flag Signal zu ertastet und um dann den Rahmen der Gruppen der interleavten, digitalisierten Samples wird wiederherzustellen.
Die wiederhergestellten, modulierten Gruppen von interleavten digitalisierten Samples werden demoduliert 1160, um eine rohe Non-Return to Zero-Kodierung des digitalisierten Samples wiederherzustellen.
Die Rahmen der digitalisierten Samples werden in einem Puffer, wie in 8 beschrieben, gespeichert 1170. Die signifikantesten Bytes der gerade bestimmten digitalisierten Samples und die signifikantesten Bytes der ungerade bestimmten digitalisierten Samples und ihre entsprechenden ECC-Codewörter unterliegen einem ECC-Check und einer Korrektur 1175, die durchgeführt wird, um Fehler zu finden und innerhalb der digitalisierten Samples in ihrem Rahmen zu reparieren. Die ECC Überprüfung und Korrektur 1175 wird als Reed-Solomon-Verfahren, wie es oben beschrieben wurde, durchgeführt.
Jegliche Gruppe der am meisten signifikanten Bytes der gerade bestimmten oder ungerade bestimmten digitalisierten Samples, die nicht korrigiert werden können, wird identifiziert, um wiederhergestellt 1185 zu werden durch Verdecken des Fehlers. Die Gruppen werden auf das Vorhandensein von Fehlern getestet 1180. Falls Fehler vorhanden sind, werden die digitalisierten Samples mit Fehlern und angrenzende digitalisierte Samples, die fehlerfrei sind, überprüft, und eine Schätzung der digitalisierten Samples mit Bezug zu den Fehler wird durch Interpolation zwischen den angrenzenden digitalisierten Samples, die fehlerfrei sind, vorgenommen.
Die korrigierten und wiederhergestellten digitalisierten Samples werden dann im Puffer an dem Platz, an dem die Samples mit Fehlern gespeichert wurden, gespeichert 1190. Nichtwiderherstellbare Fehler werden für das sanfte Stummschalten identifiziert.
Die Rahmen der digitalisierten Samples werden auf unzulässige Daten 1195, unwiderherstellbare Fehler 1200 und auf Synchronität 1215 überprüft, und zum Verschleiern an einen digital-zu-analog Konverter gesendet, um das analoge Signal zu reproduzieren 1225. Falls die Rahmen der digitalisierten Samples unzulässig 1195 oder unwiderherstellbar 1200 sind, werden dann die unzulässigen oder unwiderherstellbaren Rahmen und angrenzende korrekte Rahmen der digitalisierten Daten sanft stumm geschaltet 1205. Das sanfte Stummschalten 1205 wird über ein Hanning-Window auf die unzulässige oder nicht widerherstellbaren Rahmen digitalisierten Samples und die angrenzenden korrekten Rahmen angewendet, um eine Gewichtung der angrenzenden korrekten Rahmen durchzuführen, um langsam das reproduzierte analoge Signal auf Null herunter zu bringen. Dies eliminiert den Störeffekt, der auftritt, falls lediglich der unzulässige oder nicht widerherstellbare Rahmen bei einer Audioanwendung stumm geschaltet wird.
Während der Widerherstellung 1155 und Demodulation 1160 des modulierten Trägersignals werden die Unterschiede zwischen der Frequenz des Evaluationspunkts der Oversampling-Uhr und des Trägersignals überwacht, um die Synchronisation zu bestimmen. Das Jittertracking 1210 wird getestet 1215 um sicherzustellen, dass kein Überlauf oder Unterlauf hinsichtlich der Anzahl von Samples gegeben ist. Falls ein Überlauf oder Unterlauf der Rahmen der digitalen Daten festgestellt wird, werden die Rahmen der digitalen Daten dezimiert oder interpoliert, um die digitalisierten Samples zu synchronisieren 1220, bevor sie konvertiert werden 1225, um sp ein analoges Signal zu reproduzieren. Die dezimierten oder interpolierten digitalisierten Daten stellen sicher, dass die korrekte Anzahl von digitalisierten Samples in jedem Rahmen vorhanden sind.

Claims

Digitales Kommunikationssystem zum Senden und Empfangen von digitalisierten Datensamples bzw. Daten-Abtastwerten analoger Signale umfassend: ein Sende- bzw. Übertragungs-Subsystem (395), welches an eine externe Signalquelle angeschlossen ist, um das analoge Signal von der externen Signalquelle zu erhalten, das die analoge Signalquelle (305, 310) abtastet, um mit fester Abtastrate digitalisierte Datensamples analoger Signale zu erzeugen, welches Fehlerkorrektur-Codes (825, 845) für die mit der festen Abtastrate digitalisierten Datensamples erzeugt, um Korrektur der Fehler in diesen fest digitalisierten Datensamples zu ermöglichen, die während des Senders dieser mit fester Abtastrate digitalisierten Datensamples auftreten, welches die mit der festen Abtastrate digitalisierten Datensamples in Gruppen von verschachtelten digitalisierten Datensamples (810, 815, 820, 825) formatiert, welches den Fehlerkorrektur-Code, ein Einleitungs-Zeitsignal (620, 630) und ein Startsignal (625, 635) zu dieser Gruppe der verschachtelten digitalisierten Datensamples (810, 815, 820, 825) hinzufügt, um einen Senderahmen zu bilden, welches ein Trägersignal mit diesem Senderahmen moduliert und welches dieses modulierte Trägersignal als eine kurze Impulsfolge bzw. Burst aussendet; ein Kommunikationsmedium (345), welches mit dem Sende-Subsystem verbunden ist, um das modulierte Trägersignal zu übertragen; und ein Empfangs-Subsystem (300), welches mit dem Kommunikationsmedium verbunden ist, um das modulierte Trägersignal zu empfangen, welches das modulierte Trägersignal demoduliert, um den Senderahmen zurück zu gewinnen, welches die Gruppe der verschachtelten digitalisierten Datensamples und die Fehlerkorrektur-Codes aus diesem Senderahmen extrahiert bzw. entnimmt, welches diese Gruppe der verschachtelten digitalisierten Datensamples prüft und korrigiert, welche eine beliebige bzw. jede korrigierbare der Gruppen von verschachtelten digitalisierten Datensamples identifiziert bzw. bestimmt, welches, falls beliebige der Gruppen von verschachtelten digitalisierten Datensamples unkorrigierbar sind, von benachbarten verschachtelten digitalisierten Samples einen geschätzten Samplewert dieser unkorrigierbaren digitalisierten Samples interpoliert, um jeden Effekt der unkorrigierbaren digitalisierten Samples zu verdecken bzw. zu verschleiern, welches eine Glättungs-Funktion auf die digitalisierten Samples anwendet, um diejenigen der digitalisierten Samples mit nicht-korrigierbaren und nicht-verschleierbaren Fehlern auf einen Nullwert zu bringen, gekennzeichnet durch Schwankungs-Verfolgungsmittel, um ein Überlaufen und Unterlaufen der Inhalte bzw. beinhalteten Daten der Gruppen von verschachtelten vielzahligen digitalisierten Samples zu bestimmen durch Vergleichen des Block-Sendesignals mit dem Taktsignal des Empfänger-Subsystems, durch Erzeugen oder Eliminieren digitalisierter Samples der analogen Signale, falls die Schwankungs-Verfolgung ein Überlaufen oder Unterlaufen der Inhalte der Gruppen von verschachtelten vielzahligen digitalisierten Samples analoger Signale anzeigt, und durch Abgeben der digitalisierten Samples an einen Digital-Analog-Wandler zur Wiederherstellung des analogen Signals.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei das Sende-Subsystem (395) umfasst: einen Abtast-Daten-Empfänger (400), um die digitalisierten Samples der analogen Signale von der externen Quelle bzw. Signalquelle der digitalisierten Samples analoger Signale zu empfangen; einen Datenspeicher (415), um eine Vielzahl von digitalisierten Samples analoger Signale zu speichern; eine Datenspeicher-Steuerung bzw. -Regelung (410), die mit dem Datenspeicher verbunden ist, um die Aufstellung und das Entfernen der Vielzahl der digitalisierten Samples der analogen Signale innerhalb des Datenspeichers zu steuern bzw. zu kontrollieren; einen Fehler-Korrekturcode-Generator (420), der mit der Datenspeicher-Steuerung verbunden ist, um die Vielzahl der digitalisierten Samples der analogen Signale durch die Datenspeicher-Steuerung von dem Datenspeicher zu empfangen, um ein Fehlerkorrektur-Wort zu erzeugen, um es an die Vielzahl der digitalen Samples der analogen Signale anzuhängen, und um die Vielzahl der digitalisierten Samples der analogen Signale mit dem angehängten Fehlerkorrektur-Wort durch die Datenspeicher-Steuerung an den Datenspeicher zurückzugeben; ein Rahmen-Formatierer (425), der mit der Datenspeicher-Steuerung verbunden ist, um eine verschachtelte Gruppe von einer Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale zu empfangen und ein Einleitungs-Zeitsignal und ein Startsignal vor der verschachtelten Gruppe der Vielzahl von digitalisierten Samples der analogen Signale hinzuzufügen, um einen Senderahmen zu bilden; eine Pulsphasen-Modulator (430), der mit dem Rahmen-Formatierer verbunden ist, um den Senderahmen zu empfangen und um entsprechend eines Bitwerts des Senderahmen eine Pulsphase innerhalb eines Trägersignals mit dem Senderahmen zu modulieren; und einen Pulsfolge- bzw. Burst-Sender (435), der zwischen dem Pulsphasen-Modulator und dem Kommunikations-Medium angeschlossen ist, um ein moduliertes Trägersignal zu dem Kommunikations-Medium zu übermitteln, wodurch das modulierte Trägersignal als eine kurzer Impulsfolge innerhalb eines kurzen Zeitabschnitts ausgesendet wird, um die Wahrscheinlichkeit von Interferenz auf das Kommunikations-Medium zu minimieren.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 2, wobei das Sende-Subsystem die digitalisierten Datensamples der analogen Signale erhält, welche bei einer Vielzahl von Abtastraten abgetastet werden, und diese digitalisierten Datensamples, welche bei einer Vielzahl von Abtastwerten abgetastet sind, in Datensamples mit einer festen Abtastrate umwandelt, und wobei das Sende- bzw. Übertragungs-Subsystem einen variablen Abtastraten-Wandler umfasst, der mit dem Abtast-Daten-Empfänger verbunden ist, um die digitalisierten Samples der analogen Signale bei der einen Rate von mehreren Abtastraten in digitalisierte Samples der analogen Signale umwandelt, die bei einer festen Rate abgetastet worden sind.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei das Empfangs-Subsystem (300) umfasst: einen Empfänger (505), der mit dem Kommunikations-Medium verbunden ist, um das modulierten Trägersignal zurück zu gewinnen und einen modulierten Senderahmen zu extrahieren; einen Demodulator (510), der mit dem Empfänger verbunden ist, um den modulierten Senderahmen zu demodulieren und den Senderahmen wieder zu gewinnen und die Gruppen der verschachtelten Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale mit dem angehängten Fehlerkorrektur-Code zu extrahieren; einen Empfangsdaten-Speicher, um die Gruppe der verschachtelten Vielzahl von digitalisierten Samples der analogen Signale mit dem angehängten Fehlerkorrektur-Code zu speichern; eine Empfangsdaten-Speicher-Steuerung (515), die mit dem Demodulator und dem Empfangsdaten-Speicher verbunden ist, um die Umsetzung der Gruppe von der verschachtelten Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale mit dem angehängten Fehlerkorrektur-Code von dem Demodulator zu dem Empfangsdaten-Speicher zu steuern; einen Fehlerprüf- und Korrektur-Schaltkreis (525), der mit der Empfangsdaten-Speicher-Steuerung verbunden ist, um eine Gruppe der Vielzahl digitalisierer Samples der analogen Signale mit dem angehängten Fehlerkorrekturcode, um Fehler in diesem einen der Vielzahl digitalisierter Samples analoger Signale zu prüfen und zu korrigieren, um die korrigierte eine Gruppe von der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale in den Empfangsdaten-Speicher zu wieder einzusetzen, und um eine bzw. jeder nicht-korrigierbare Gruppe der Vielzahl digitalisierter Samples analoger Signale zu identifizieren; einen Block-Wiederherstellungs-Schaltkreis (530), der mit der Empfangsdaten-Speicher-Steuerung verbunden ist, um die nicht-korrigierbare Gruppe der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale zu interpolieren, um einen Effekt dieser nicht-korrigierbaren Gruppe von der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale zu verdecken bzw. zu verschleiern; einen weichen Dämpfungs-Schaltkreis (535), der mit der Empfangsdaten-Speicher-Steuerung verbunden ist, um auf diese Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale mit den nicht-wiederherstellbaren und nicht-korrigierbaren Fehlern zuzugreifen und auf solche der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale zuzugreifen, die korrekt sind und benachbart zu den vielzahligen digitalisierten Samples der analogen Signal mit nicht-korrigierbaren und nicht-verschleierbaren Fehlern sind, um eine Glättungs-Funktion auf diese Vielzahl von digitalisierten Samples der analogen Signale anzuwenden, um die vielzahligen digitalisierten Samples der analogen Signale mit den nicht-korrigierbaren und nicht-verschleierbaren Fehlern auf einen Null-Wert zu bringen; einen Schwankungs-Verfolgungs-Schaltkreis (545), um ein Block-Übertragungs-Signal mit dem Taktsignal dieses Empfangs-Subsystems zu vergleichen, um Überlauf und Unterlauf der Inhalte der Gruppe von verschachtelten vielzahligen digitalisierten Samples der analogen Signale mit angehängten Fehlerkorrektur-Code zu bestimmen, wodurch das Block-Übertragungs-Zeitsignal eine Grenze dieser Gruppe vielzahliger digitalisierter Samples analoger Signale anzeigt; einen Synchronisations-Schaltkreis (540), der mit dem Schwankungs-Verfolgungs-Schaltkreis und der Empfangsdaten-Speicher-Steuerung verbunden ist, um digitalisierte Samples der analogen Signale zu erzeugen oder auszulöschen, falls der Schwankungs-Verfolgungs-Schaltkreis ein Überlaufen oder Unterlaufen der Inhalte der Gruppe digitalisierter Samples analoger Signale anzeigt; und einen Schnittstellen-Schaltkreis (550), der mit der Empfangsdaten-Speicher-Steuerung verbunden ist, um die digitalisierten Samples der analogen Signale in ein von nachfolgenden Schaltungen akzeptiertes Format zu übersetzen.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die digitalisierten Samples bei einer von einer Vielzahl von Abtastraten abgetastet werden.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei das Sende- bzw. Übertragungs-Subsystem (395) zwischen einer externen Quelle der digitalisierten Samples der analogen Signale und dem Kommunikations-Medium geschaltet ist, wobei das Übertragungs-Subsystem weiterhin umfasst: einen Abtast-Daten-Empfänger (400), um die digitalisierten Samples von der externen Quelle der digitalisierten Samples analoger Signale zu empfangen; einen Datenspeicher (415), um eine Vielzahl von digitalisierten Samples analoger Signale zu speichern; eine Datenspeicher-Steuerung bzw. -Regelung (410), die mit dem Datenspeicher verbunden ist, um die Aufstellung und das Entfernen der Vielzahl der digitalisierten Samples der analogen Signale innerhalb des Datenspeichers zu steuern bzw. zu kontrollieren; einen Fehlerkorrektur-Code-Generator (420), der mit der Datenspeicher-Steuerung verbunden ist, um die Vielzahl der digitalisierten Samples der analogen Signale durch die Datenspeicher-Steuerung von dem Datenspeicher zu empfangen, um ein Fehlerkorrektur-Wort zu erzeugen, um es an die Vielzahl der digitalen Samples der analogen Signale anzuhängen, und um die Vielzahl der digitalisierten Samples der analogen Signale mit dem angehängten Fehlerkorrektur-Wort durch die Datenspeicher-Steuerung an den Datenspeicher zurückzugeben; ein Rahmen-Formatierer (425), der mit der Datenspeicher-Steuerung verbunden ist, um eine verschachtelte Gruppe von einer Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale zu empfangen und ein Einleitungs-Zeitsignal und ein Startsignal vor der verschachtelten Gruppe der Vielzahl von digitalisierten Samples der analogen Signale hinzuzufügen, um einen Senderahmen zu bilden; eine Pulsphasen-Modulator (430), der mit dem Rahmen-Formatierer verbunden ist, um den Senderahmen zu empfangen und um entsprechend eines Bitwerts des Senderahmen eine Pulsphase innerhalb eines Trägersignals mit dem Senderahmen zu modulieren; und einen Pulsfolge- bzw. Burts-Sender (435), der zwischen dem Pulsphasen-Modulator und dem Kommunikations-Medium angeschlossen ist, um ein moduliertes Trägersignal zu dem Kommunikations-Medium zu übermitteln, wodurch das modulierte Trägersignal als eine kurze Impulsfolge innerhalb eines kurzen Zeitabschnitts ausgesendet wird, um die Wahrscheinlichkeit von Interferenz auf das Kommunikations-Medium zu minimieren; wobei das Empfangs-Subsystem (300) zwischen das Kommunikations-Medium und einem Digital-Analog-Wandler geschaltet ist, um die digitalisierten Samples der analogen Signale wieder herzustellen, wobei das Empfangs-Subsystem weiterhin umfasst: einen Empfänger (505), der mit dem Kommunikations-Medium verbunden ist, um das modulierten Trägersignal zurück zu gewinnen und einen modulierten Senderahmen zu extrahieren; einen Demodulator (510), der mit dem Empfänger verbunden ist, um den modulierten Senderahmen zu demodulieren und den Senderahmen wieder zu gewinnen und die Gruppen der verschachtelten Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale mit dem angehängten Fehlerkorrektur-Code zu extrahieren; einen Empfangsdaten-Speicher, um die Gruppe der verschachtelten Vielzahl von digitalisierten Samples der analogen Signale mit dem angehängten Fehlerkorrektur-Code zu speichern; eine Empfangsdaten-Speicher-Steuerung (515), die mit dem Demodulator und dem Empfangsdaten-Speicher verbunden ist, um die Umsetzung der Gruppe von der verschachtelten Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale mit dem angehängten Fehlerkorrektur-Code von dem Demodulator zu dem Empfangsdaten-Speicher zu steuern; einen Fehlerprüf- und Korrektur-Schaltkreis (525), der mit der Empfangsdaten-Speicher-Steuerung verbunden ist, um eine Gruppe der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale mit dem angehängten Fehlerkorrekturcode, um Fehler in diesem einen der Vielzahl digitalisierter Samples analoger Signale zu prüfen und zu korrigieren, um die korrigierte eine Gruppe von der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale in den Empfangsdaten-Speicher zu wieder einzusetzen, und um eine bzw. jeder nicht-korrigierbare Gruppe der Vielzahl digitalisierter Samples analoger Signale zu identifizieren; einen Block-Wiederherstellungs-Schaltkreis (530), der mit der Empfangsdaten-Speicher-Steuerung verbunden ist, um die nicht-korrigierbare Gruppe der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale zu interpolieren, um einen Effekt dieser nicht korrigierbaren Gruppe von der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale zu verdecken bzw. zu verschleiern; einen weichen Dämpfungs-Schaltkreis (535), der mit der Empfangsdaten-Speicher-Steuerung verbunden ist, um auf diese Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale mit den nicht-wiederherstellbaren und nicht-korrigierbaren Fehlern zuzugreifen und auf solche der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale zuzugreifen, die korrekt sind und benachbart zu den vielzahligen digitalisierten Samples der analogen Signal mit nicht-korrigierbaren und nicht-verschleierbaren Fehlern sind, um eine Glättungs-Funktion auf diese Vielzahl von digitalisierten Samples der analogen Signale anzuwenden, um die vielzahligen digitalisierten Samples der analogen Signale mit den nicht-korrigierbaren und nicht-verschleierbaren Fehlern auf einen Null-Wert zu bringen; einen Schwankungs-Verfolgungs-Schaltkreis (545), um ein Block-Übertragungs-Signal mit dem Taktsignal dieses Empfangs-Subsystems zu vergleichen, um Überlauf und Unterlauf der Inhalte der Gruppe von verschachtelten vielzahligen digitalisierten Samples der analogen Signale mit angehängten Fehlerkorrektur-Code zu bestimmen, wodurch das Block-Übertragungs-Zeitsignal eine Grenze dieser Gruppe vielzahliger digitalisierter Samples analoger Signale anzeigt; einen Synchronisations-Schaltkreis (540), der mit dem Schwankungs-Verfolgungs-Schaltkreis und der Empfangsdaten-Speicher-Steuerung verbunden ist, um digitalisierte Samples der analogen Signale zu erzeugen oder auszulöschen, falls der Schwankungs-Verfolgungs-Schaltkreis ein Überlaufen oder Unterlaufen der Inhalte der Gruppe digitalisierter Samples analoger Signale anzeigt; und einen Schnittstellen-Schaltkreis (550), der mit der Empfangsdaten-Speicher-Steuerung verbunden ist, um die digitalisierten Samples der analogen Signale in ein von nachfolgenden Schaltungen akzeptiertes Format zu übersetzen.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 6, wodurch die digitalisierten Samples der analogen Signale digitalisierte Messwerte eines analogen Signales sind, das bei einer von einer Vielzahl von Abtastraten abgetastet wird, und welches weiterhin einen variablen Abtastraten-Wandler umfasst, der mit dem Abtastdaten-Empfänger verbunden ist, um die digitalisierten Samples der analogen Signale bei einer von einer Vielzahl von Abtastraten in digitalisierte Samples des analogen Signales bei einer festen Abtastrate umzusetzen.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 6, wobei die digitalisierten Samples der analogen Signale Audiosignale sind, die in einer NRZ-Kodierung (Non-Return-to-Zero) digitalisiert und formatiert sind.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 6, wobei das modulierte Trägersignal als Licht- oder als Funkfrequenzsignal übertragen wird.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 6, wobei das Kommunikations-Medium aus Kommunikations-Medien bestehend aus Koaxialkabel, Fiberglaskabel und Zweidraht-Audiokabel ausgewählt wird.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 6, wobei das Übertragungs-Subsystem weiterhin zumindest einen Analog-Digital-Wandler umfasst, der zwischen der externen Quelle und der Datenspeicher-Steuerung geschaltet ist, um die analogen Signale zu empfangen und die digitalisierten Samples analoger Signale zu erzeugen.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 3 oder 7, wobei die Vielzahl der Abtastraten 32 kHz, 44,1 kHz und 48 kHz ist.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 3 oder 7, wobei die feste Abtastrate 48 kHZ oder 44,1 kHz ist.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 6, wobei der Fehlerkorrektur-Code-Generator das Fehlerkorrektur-Wort erzeugt, welches ein Vorwärts-Fehlerkorrektur-Wort ist, das unter Verwendung eines Reed-Solomon-Kodier- Schaltkreises erzeugt wird.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 14, wobei das Fehlerkorrektur-Wort eine Datenblockgröße von 238 Bytes und ein Kontroll-Byte sowie 16 Paritäts-Bytes hat.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch l oder 6, wobei die verschachtelte Gruppe der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale von einer Vielzahl niedrigwertigsten (least significant) Bytes der geradzahlig bestimmten digitalisierten Samples der analogen Signale der Gruppe der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale umfasst; eine Vielzahl der höchstwertigsten (most significant) der geradzahlig bestimmten digitalisierten Samples der analogen Signale umfasst, ein erstes Befehls-Byte, eine erste Vielzahl von Fehlerkorrektur-Paritäts-Bytes, eine Vielzahl von niedrigwertigsten Bytes der ungeradzahlig bestimmten digitalisierten Samples der analogen Signale, eine zweites Befehls-Byte, und eine zweite Vielzahl von Fehlerkorrektur-Paritäts-Bytes umfasst.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 6, wobei die Pulsphase bzw. -position durch den Binärwert der paarweisen Bits innerhalb des Senderahmens bestimmt wird.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 17, wobei die digitalisierten Samples der analogen Signale eine NRZ-Kodierung der analogen Signale sind.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 2 oder 6, wobei der Impulsfolge-Sender eine Infrarot-Licht emittierende Diode und einen Dioden-Schaltkreis zwischen dem Pulsphasen-Modulator und der Infrarot-Licht emittierenden Diode umfasst, um die Infrarot-Licht emittierende Diode mit dem modulierten Trägersignal zu aktivieren und zu deaktivieren.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 4 oder 6, wobei der Empfänger eine lichtempfindliche Diode umfasst, die Licht empfängt, das von der Infrarot-Licht emittierenden Diode ausgestrahlt wird.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 4 oder 6, wobei der Demodulator das modulierte Trägersignal demoduliert durch Über-Abtastung des modulierten Trägersignals, um einen Auswertungs- bzw. Berechnungspunkt des modulieren Trägersignals zu bestimmen, um den Senderahmen wieder herzustellen.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 4 oder 6, wobei der Demodulator-Schaltkreis das Einleitungs- bzw. Präambel-Zeitsignal und das Startsignal erkennt, um einen Ort der verschachtelten Gruppe von der Vielzahl der digitalisierten Samples der analogen Signale innerhalb des Senderahmens anzuzeigen.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 4 oder 6, wobei der Block-Rückgewinnungs-Schaltkreis den Effekt der nicht-korrigierbaren Gruppe der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale durch Interpolation benachbarter korrekt digitalisierter Samples der analogen Signale verschleiert, um einen korrekten Betragswert für diese nicht-korrigierbare Gruppe der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale zu schätzen.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 4 oder 6, wobei die Glättungs-Funktion ein Hanning-Fenster auf solche der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale mit nicht-wiederherstellbaren und nicht-verschleierbaren Fehlern anwendet und auf solche der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale anwendet, die korrekt sind und benachbart zu solchen der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale mit nicht-wiederherstellbaren und nicht-verschleierbaren Fehlern sind, um sanft eine solche aus der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale zu verringern, die korrekt sind und benachbart zu solchen der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale mit nicht-wiederherstellbaren und nicht-verschleierbaren Fehlern sind, um eine behutsame bzw. sanfte Dämpfung zu erlauben.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 4 oder 6, wobei der sanfte Dämpfungs-Schaltkreis, beim Setzen mehrerer digitalisierter Samples der analogen Signale mit nicht-wiederherstellbaren und nicht-verschleierbaren Fehlern auf einen Null-Wert, weiterhin nachfolgende Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale auf einen Null-Wert setzt, um wiederholende Interferenz auf dem Kommunikations-Medium vorzubeugen.
Verfahren zur Übertragung bzw. zum Empfang und zur Wiederherstellung digitalisierter Samples analoger Signale, das folgende Schritte umfasst: Erfassen der analogen Signale; Abtasten der analogen Signale bei einer festen Abtastrate, um die digitalisierten Samples zu erzeugen; Verschachteln der digitalisieren Samples, um benachbarte digitalisierte Samples zu trennen und eine Wahrscheinlichkeit von Wiedergabeverlust der analogen Signale aufgrund nicht-wiederherstellbarer Fehler zu verringern; Erzeugen eines Fehlerkorrektur-Codes, um eine Gruppe von verschachtelten digitalisierten Samples mit Redundanz zu versorgen, um verschachtelte digitalisierte Samples wiederherzustellen, welche Fehler haben, die während der Übertragung und des Empfang erzeugt werden; Bilden eines Senderahmens mit einer Vielzahl von Gruppen verschachtelten digitalisierten Samples, Fehlerkorrektur-Ces, ein Einleitungs-Zeitsignal und einem Startsignal; Modulation eines Trägersignals mit dem Senderahmen; Senden des modulierten Trägersignals als Impulsfolge auf einem Kommunikations-Medium, wodurch die Impulsfolge eine kurzes Zeitabschnitt im Vergleich zur Abtastzeit hat, welche durch die digitalisierten Samples innerhalb des Senderahmens repräsentiert wird; Empfangen des modulierten Trägersignals; Demodulation des modulierten Trägersignals, um den Senderahmen wiederzugewinnen; Extrahieren der Vielzahl von Gruppen verschachtelter digitalisierter Samples und der Fehlerkorrekturcodes von dem wieder hergestellten Senderahmen; Prüfen und Korrigieren der Gruppen verschachtelter digitalisierter Samples; Indentifizieren einer bzw. jeder dieser Gruppen verschachtelter digitalisierter Samples, die unkorrigierbar sind; falls einer der digitalisierten Samples einen unkorrigierbaren Fehler haben, Verschleiern eines Effekts dieser unkorrigierbaren Fehler durch Interpolieren aus benachbarten korrekt digitalisierten Samples eines geschätzten Abtastwertes der digitalisierten Samples mit unkorrigierbaren Fehlern; Anwenden einer Glättungsfunktion auf diese digitalisierten Samples, um solche der digitalisierten Samples mit nicht-korrigierbaren und nicht-verschleierbaren Fehlern auf einen Null-Wert zu bringen; charakterisiert durch die Schritte: Schwankungs-Überwachung, um Überlaufen und Unterlaufen der Inhalte der Gruppen verschachtelter digitalisierter Samples zu bestimmen, um ein Block-Übertragungssignal mit einem Taktsignal des Empfangs-Subsystems zu vergleichen; Erzeugen oder Auslöschen digitalisierter Samples der analogen Signale, falls die Schwankungs-Überwachung ein Überlaufen oder Unterlaufen des Inhalts der Gruppe verschachtelter digitalisierter Samples analoger Signale anzeigt; und Umsetzen der digitalisierten Samples zu einem Digital-Analog-Wandler, um das analoge Signal wieder herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 26, das weiterhin die Schritte umfasst: Digitalisieren der analogen Signale, und Formatieren der digitalisieren analogen Signale als NRZ-Kodierung der digitalisierten Samples des analogen Signales.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das modulierte Trägersignal als Licht- oder als Funkfrequenz-Signal gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Kommunikations-Medium aus Kommunikations-Medien bestehend aus Koaxialkabel, Fiberglaskabel und Zweidraht-Audiokabel ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, wodurch die digitalisierten Samples eine Abtastrate haben, die von einer Vielzahl von Abtastraten ausgewählt wird, und (das Verfahren) weiterhin den Schritt umfasst, die digitalisierten Samples in digitale Samples mit einer festen Abtastrate, wie etwa 48 kHZ oder 44,1 kHz, umzusetzen.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei 15 wobei der Fehlerkorrektur-Code unter Verwendung eines Reed-Solomon-Fehlerkorrektur-Verfahrens mit einem Fehlerkorrektur-Code, der eine Datenblockgröße von 238 Bytes und 1 Kontroll-Byte und 16 Paritäts-Bytes hat, erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die verschachtelte Gruppe der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale von einer Vielzahl niedrigwertigsten (least significant) Bytes der geradzahlig bestimmten digitalisierten Samples der analogen Signale der Gruppe der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale umfasst; eine Vielzahl der höchstwertigsten (most significant) der geradzahlig bestimmten digitalisierten Samples der analogen Signale umfasst, ein erstes Befehls-Byte, eine erste Vielzahl von Fehlerkorrektur-Paritäts-Bytes, eine Vielzahl von niedrigwertigsten Bytes der ungeradzahlig bestimmten digitalisierten Samples der analogen Signale, eine zweites Befehls-Byte, und eine zweite Vielzahl von Fehlerkorrektur-Paritäts-Bytes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Modulation des Trägersignals den Schritt einer Positionierung bzw. ein Einbringen einer Pulsphasen-Modulation umfasst, wodurch die Pulsphasen-Modulation einen Impuls des Trägersignals innerhalb eines Intervalls des Trägersignals gemäß einem Binärwert einer Vielzahl von Bits innerhalb des Senderahmens positioniert bzw. einbringt.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Demodulation des Trägersignals den Schritt einer Überabtastung des modulierten Trägersignals umfasst, um einen Auswertungspunkt des modulierten Trägersignals zu bestimmen, um den Senderahmen wieder herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Extrahierung der Vielzahl von Gruppen verschachtelter digitalisierter Samples und Fehlerkorrekturcodes den Schritt eines Erkennens des Einleitungs-Zeitsignals und des Startsignals umfasst, um eine Position der verschachtelten Gruppen der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale innerhalb des Senderahmens anzuzeigen.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Glättungs-Funktion ein Hanning-Fenster auf solche der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale anwendet, die nicht-wiederherstellbare und nicht-verschleierbare Fehler haben, und auf solche der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale, die korrekt sind und benachbart zu jenen der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale mit nicht-wiederherstellbaren und nicht-verschleierbaren Fehlern sind, um sanft jene der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale, die korrekt und benachbart zu solchen der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale sind, die nicht-wiederherstellbare und nicht-verschleierbare Fehler haben, zu verringern, um eine sanfte Dämpfung zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 26, das weiterhin den Schritt umfasst, dass bei sanfter Dämpfung einer Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale mit nicht-wiederherstellbaren und nicht-verschleierbaren Fehlern auf einen Nullwert, weiterhin solche Vielzahl digitalisierter Samples der analoger Signale, die nachfolgend zu der Vielzahl digitalisierter Samples der analogen Signale mit nicht-wiederherstellbaren und nicht-verschleierbaren Fehlern sind, auf einen Nullwert gesetzt werden, und wiederholte Interferenz auf dem Kommunikationsmedium vermieden wird.
Verfahren nach Anspruch 26, das weiterhin die Schritte umfasst: Empfangen digitalisierter Daten-Samples der analogen Signale, wodurch die digitalisierten Samples der analogen Signale eine Abtastrate haben, die aus einer Vielzahl von Abtastraten gewählt worden ist, und Umwandeln der digitalisierten Daten-Samples, die mit einer der Vielzahl von Abtastraten abgetastet worden ist, zu digitalisierten Daten-Samples, die mit einer festen Abtastrate abgetastet worden sind.