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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft synchrone Datenübertragungssysteme zum Übertragen
synchroner Daten über
eine asynchrone Leitung.
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Es
gibt Fälle,
in denen es erwünscht
ist, mit der Zeit variierende synchrone Signale wie zum Beispiel
Sprach- und Filmsignale zwischen einer Anzahl von Endgeräten über asynchrone Übertragungsleitungen
zu übertragen.
Techniken des Standes der Technik, die solche synchrone Datenübertragung
betreffen, sind in dem offengelegten Japanischen Patent Nr. 62-125728
als "Clock Permeable
Synchronous Data Transmission System" [Taktpermeables synchrones Datenübertragungssystem],
in dem offengelegten Japanischen Patent Nr. 63-187942 als "Data Transmission
System" [Datenübertragungssystem]
und dergleichen offenbart.
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In
solchen Fällen
unterliegt die Datenübertragung
Qualitätsverschlechterung
aufgrund verschiedener Datenabtasttakte der einzelnen Endgeräte. Wenn
zum Beispiel der Datenerzeugungsabtasttakt der Sendeseite auf einer
höheren
Rate als der Datenwiedergabeabtasttakt der Empfangsseite vorliegt,
wird ein Überlauf
von Daten auf der Empfangsseite erzeugt, was zum Fehlen wiedergegebener
Daten führt.
Wenn andererseits der Abtasttakt der Empfangsseite bei einer höheren Rate
vorliegt, wird ein Unterlauf von Daten erzeugt, was zum Anhalten
der Wiedergabe oder Fehlen von Daten darin führt.
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Ein
Verfahren zum Ausgleichen von verlorenen Zellen in einem ATM-System
ist in US-5,606,553 offenbart. Das Verfahren umfasst, auf der Empfangsseite
eine erste Gruppe von Informationsbits aus einem Pufferraum auszulesen
und die Informationsbits zu einem synchronen Link bei der kontinuierlichen
Bitrate zu liefern. Das Verfahren umfasst ferner das Identifizieren
einer Zeitperiode, in der das letzte Bit der ersten Gruppe aus dem
Pufferraums ausgelesen wird, und Liefern einer zweiten Gruppe von
Informationsbits während
der Zeitperiode. Die zweite Gruppe muss aus dem Pufferraum ausgelesen
werden, um den zweiten Link zu beliefern. Das Verfahren umfasst ferner,
automatisch Ausgleichsbits bereitzustellen, die aus dem Pufferraum
auszulesen sind, wenn eine dritte Gruppe von Informationsbits nicht
in dem Pufferraum zu Verfügung
steht.
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US-5,790,538
offenbart ein System zur Sprachwiedergabe in einem nicht synchronisierten Paketnetz,
wobei eine FIFO-Sprachcodewort-Speichereinrichtung in der Empfangseinheit
Zeitjitter von eintreffenden Paketen entfernt und Sprachpakete von
einem Datennetz empfängt.
Ein phasenstetiger Pakettakt entfernt danach Pakete aus der FIFO-Sprachcodewort-Speichereinrichtung.
Der phasenstetige Pakettakt wird mit der eintreffenden Datenrate
synchronisiert, wobei der Füllstatus
der FIFO-Sprachcodewort-Speichereinrichtung als ein Frequenzsteuersignal
verwendet wird. Ein phasenstetiger Resampler entfernt die Taktfrequenz
desselben, ohne Paketabweichung oder Datenverlust zu verursachen.
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Die
im Stand der Technik offenbarten Systeme bergen alle das Problem,
dass Qualitätsverschlechterungen
von Datenübertragung
aufgrund eines Überlaufs
oder Unterlaufs, der durch eine Differenz zwischen dem Datenerzeugungsabtasttakt
der Sendeseite und dem Datenerzeugungsabtasttakt der Empfangsseite
erzeugt wird, nicht zuverlässig
vermieden werden können.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung
eines synchronen Datenübertragungssystems,
das Qualitätsverschlechterung
von Datenübertragung
aufgrund eines Überlaufs
oder Unterlaufs reduzieren kann, der durch die Differenz zwischen
dem Datenerzeugungsabtasttakt der Sendeseite und dem Datenwiedergabeabtasttakt der
Empfangsseite erzeugt wird.
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Der
vorliegenden Erfindung zufolge wird ein synchrones Datenübertragungssystem
gemäß Anspruch
1 geschaffen. Die abhängigen
Ansprüche
beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen.
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Andere
Aufgaben und Merkmale werden anhand der folgenden Beschreibung unter
Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen deutlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer ersten Ausführungsform
des synchronen Datenübertragungssystems
gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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2 zeigt
eine Ausführungsform,
in der Film zwischen dem ersten und zweiten Endgerät durch
Verwendung der asynchronen Übertragungsleitung übertragen
wird;
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3 zeigt
eine Ausführungsform,
in der synchrone, nichtbegrenzte digitale Kommunikationsleitungsdaten
von ISDN (Dienstintegriertes Digitales Netz) oder dergleichen durch
Verwendung der asynchronen Übertragungsleitung übertragen
werden;
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4 ist
ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer vierten Ausführungsform
des synchronen Datenübertragungssystems
gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt; und
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5 ist
ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer fünften Ausführungsform des synchronen Datenübertragungssystems
gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Es
sollen nun bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben werden.
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Der
vorliegenden Erfindung zufolge tritt bei der Übertragung eines synchronen
Signals, wie zum Beispiel eines Sprach- oder Filmsignals, zwischen verschiedenen
Endgeräten
(d. h. einem ersten und einem zweiten Endgerät) über eine asynchrone Übertragungsleitung
eine Verschlechterung von Datenqualität auf, die ansonsten aufgrund
der Differenz zwischen einem Datenerzeugungsabtasttakt der Sendeseite
und einem Datenwiedergabeabtasttakt der Empfangsseite erzeugt werden
könnte. 1 ist ein
Blockdiagramm, das den Aufbau einer ersten Ausführungsform des synchronen Datenübertragungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform
betrifft die Übertragung von
Sprache als Signal, das zwischen solchen Endgeräten gesendet und empfangen
wird.
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Das
in 1 gezeigte synchrone Datenübertragungssystem weist ein
erstes und ein zweites Endgerät 100 und 200 und
eine asynchrone Übertragungsleitung 300 auf.
Mikrofone 101 und 201 sowie Lautsprecher 102 und 202 sind
an das erste bzw. zweite Endgerät 100 und 200 angeschlossen.
Das erste und zweite Endgerät 100 und 200 enthalten
jeweils Abtasttaktgeneratoren 103 und 203, Datengeneratoren 104 und 204,
Datenwiedergabegeräte 105 und 205, Übertragungspuffer 106 und 206,
Empfangspuffer 107 und 207, asynchrone Übertragungsleitungsschnittstellen 108 und 208,
Analog/Digital-(A/D)Wandler 109 und 209 und Digital/Analog-(D/A)Wandler 110 und 210.
Die Ausgaben der Abtasttaktgeneratoren 103 und 203 werden
den Datengeneratoren 104 und 204 und den Datenwiedergabegeräten 105 und 205 geliefert.
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Das
erste und zweite Endgerät 100 und 200 weisen
Spracheingabe-/Ausgabefunktionen auf, die durch die Mikrofone 101 und 201 und
Lautsprecher 102 und 202 realisiert werden. Das
erste und zweite Endgerät 100 und 200 führen Sprachkommunikation miteinander über die
asynchrone Übertragungsleitung 300 aus.
Zu diesem Zeitpunkt erzeugen die Abtasttaktgeneratoren 103 und 203 Abtasttakte
von Sprachdaten in dem ersten und zweiten Endgerät 100 und 200.
Von den Mikrofonen 101 und 201 eingegebene Sprache
wird den A/D-Wandlern 109 und 209 geliefert, die
ihrerseits digitalisierte Daten (d. h. Digitaldaten) an die Datengeneratoren 104 und 204 ausgeben.
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Die
Spracheingabesignale werden durch Verwendung von Abtasttakten digitalisiert,
die in den Abtasttaktgeneratoren 106 und 206 erzeugt
werden. Die in den Übertragungspuffern 106 und 206 gespeicherten
Daten sind in bestimmten Zeiteinheiten (t) paketiert worden. Die
in den Übertragungspuffern 108 und 208 gespeicherten
Daten werden über
die asynchronen Übertragungsleitungsschnittstellen 108 und 208 an
die asynchrone Übertragungsleitung 300 ausgegeben.
Diese Datenübertragung
unter Verwendung der asynchronen Leitung 300 wird für die Zeiteinheit
(t) ausgeführt.
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Die
von der asynchronen Übertragungsleitung 300 empfangenen
Daten werden über
die asynchronen Übertragungsleitungsschnittstellen 108 und 208 in
den Empfangspuffern 107 und 207 gespeichert. Die
in den Empfangspuffern 107 und 207 gespeicherten
Daten werden zu den Datenwiedergabegeräten 105 und 205 übertragen.
Die D/A-Wandler 110 und 210 wandeln die Ausgaben
der Datenwiedergabegeräte 105 und 205 in
Analogdaten durch Verwendung der Abtasttakte um, die in den Abtasttaktgeneratoren 103 und 203 erzeugt
werden, und geben die analogen, umgewandelten Daten an die Lautsprecher 102 und 202 aus.
Die Empfangspuffer 107 und 207 können von
der asynchronen Übertragungsleitung 300 empfangene
Daten für
eine Anzahl von Zeiten (n × t)
in jeder Zeiteinheit (t) speichern. Die Datenwiedergabegeräte 105 und 205 geben
Daten wieder, wenn Daten für
die Anzahl von Zeiten (n × t) gespeichert
worden sind.
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Es
soll nun die Arbeitsweise des in 1 gezeigten
synchronen Datenübertragungssystems
beschrieben werden. Es soll ein Fall betrachtet werden, in dem das
erste Endgerät 100 Sprachdaten über die asynchrone Übertragungsleitung 300 zu
dem zweiten Endgerät 200 überträgt. Der
A/D-Wandler 109 wandelt die als Analogdaten von dem Mikrofon 101 eingegebenen
Daten in Digitaldaten um. Die Umwandlung der Analog- in die Digitaldaten
wird durch Verwendung des Abtasttakts ausgeführt, der in dem Abtasttakt generator 103 im
ersten Endgerät 100 erzeugt
wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Frequenz des Abtasttakts als
f1(Hz) gewählt,
und die Genauigkeit der Umwandlung wird als m Bits gewählt.
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Der
Generator 104 führt
Datenverarbeitung an den in dem A/D-Wandler 109 abgetasteten
Daten aus, um Pakete jeweils für
jede Einheit in der asynchronen Übertragungsleitung 300 zu
erzeugen. Diese Datenverarbeitung wird in Einheiten von Zeit t(s) ausgeführt. Die
Datenmenge w wird mit t/f1·m
Bits ausgedrückt.
Die Daten w werden in dem Übertragungspuffer 106 gespeichert
und über
die asynchrone Übertragungsschnittstelle 108 an
die asynchrone Übertragungsleitung 300 für jede Zeit
t ausgegeben.
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Die
an die asynchrone Übertragungsleitung 300 ausgegebenen
Daten werden über
die asynchrone Übertragungsleitungsschnittstelle 208 des
zweiten Endgeräts 200 in
dem Empfangspuffer 207 in demselben gespeichert. Der Empfangspuffer 207 enthält n Pufferstufen,
und überträgt bei Empfang von
w Daten (n – 1)-mal
von der asynchronen Übertragungsleitung 300 Daten
in Einheiten von m Bits zu dem Datenwiedergabegerät 205.
Das Datenwiedergabegerät 205 gibt
Daten durch Verwendung des Abtasttakts wieder, der in dem Abtasttaktgenerator 203 im
zweiten Endgerät 200 erzeugt
wurde. Die Frequenz des Abtasttakts wird zu diesem Zeitpunkt als f2(Hz)
gewählt.
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Wie
für die
Datenmenge w, die über
die asynchrone Übertragungsleitung 300 übertragen wird,
wird die Zeit t1 von Datenerzeugung in dem ersten Endgerät 100 als
w·f1/m
ausgedrückt,
und die Zeit t2 von Datenerzeugung in dem zweiten Endgerät 200 wird
als w·f2/m
ausgedrückt.
Wenn die Abtastfrequenzen in dem ersten und zweiten Endgerät 100 und 200 die
gleichen sind (d. h. f1 = f2), ist t1 = t2. Die von dem Mikrofon 101 des
ersten Endgeräts 100 eingegebene
Sprache wird ohne Unterbrechung von dem Lautsprecher 202 des
zweiten Endgeräts 200 ausgegeben.
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Tatsächlich sind
die Abtastfrequenzen in dem ersten und zweiten Endgerät nicht
absolut gleich. Wenn f1 > f2,
erfolgt Überlauf
der empfangenen Daten. Wenn f1 < f2,
erfolgt Unterlauf der empfangenen Daten. In jedem Fall erfolgt Verlust
von Sprache. Wenn der in 1 gezeigte Empfangspuffer 207 ein
n-Stufen aufweisender Puffer ist, ist es möglich, eine Struktur zu erhalten,
die weniger Unterlauf und Überlauf
unterliegt. Bei Bezeichnung von Δf =
f1 – f2,
wenn Δf
positiv ist, erfolgt Überlauf
bei t/Δf(s)
in dem Empfangspuffer 207, wenn es ein eine Stufe aufweisender
Puffer ist.
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Wenn
der Empfangspuffer 207 ein n-Stufen aufweisender Puffer
ist, erfolgt Überlauf
darin bei n·t/Δf(s). Wenn Δf negativ
ist, erfolgt Unterlauf bei t/Δf(s)
in dem Empfangspuffer 207, wenn es ein eine Stufe aufweisender
Puffer ist. Andererseits erfolgt Unterlauf bei n·t/Δf(s) in dem Empfangspuffer 207, wenn
es ein n Stufen aufweisender Puffer ist. Es wird zu sehen sein,
dass es möglich
ist, die Zeit bis zum Überlauf
oder Unterlauf um n-mal zu erweitern und somit die Qualität der synchronen
Daten wie zum Beispiel Sprachdaten zu verbessern.
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Es
sollen nun andere Ausführungsformen des
synchronen Datenübertragungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben
werden. 2 zeigt eine Ausführungsform,
in der Film zwischen dem ersten und zweiten Endgerät durch
Verwendung der asynchronen Übertragungsleitung übertragen
wird. 3 zeigt eine Ausführungsform, in der synchrone, nichtbegrenzte
digitale Kommunikationsleitungsdaten von ISDN (Dienstintegriertes
Digitales Netz) oder dergleichen durch Verwendung der asynchronen Übertragungsleitung übertragen
werden. Die Arbeitsweisen dieser Ausführungsformen sind im wesentlichen
die gleichen wie in dem Fall von 1. In diesen
Ausführungsformen
sind Komponenten, die denjenigen in der obigen ersten Ausführungsform
entsprechen, durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet worden.
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Die
in 2 gezeigte zweite Ausführungsform des synchronen Datenübertragungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung weist ein erstes und ein zweites Endgerät 100a und 200a und
eine asynchrone Übertragungsleitung 300a auf.
Bildeingabeeinheiten (d. h. Kameras) 111 und 211 und
Bildausgabeeinheiten (d. h. Anzeigen) 112 und 212 sind an
das erste bzw. zweite Endgerät 100a und 200a angeschlossen.
Das erste und zweite Endgerät 100a und 200a und
die asynchrone Übertragungsleitung 300a sind
die glei chen wie die entsprechenden Elemente in der ersten Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform
sind jedoch die A/D-Wandler 109 und 209 und die
D/A-Wandler 110 und 210, die in 1 gezeigt
sind, nicht vorgesehen.
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Die
in 3 gezeigte dritte Ausführungsform des synchronen Datenübertragungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist ein erstes und ein zweites Endgerät 100b und 200b sowie
eine asynchrone Übertragungsleitung 300b auf.
Synchrone nichtbegrenzte digitale Übertragungsleitungen 400 und 500 sind
an das erste und zweite Endgerät 100b und 200b angeschlossen.
Das erste und zweite Endgerät 100b und 200b und
die asynchrone Übertragungsleitung 300b sind
die gleichen und arbeiten in der gleichen Weise wie das erste und
zweite Endgerät 100a und 200a bzw.
die asynchrone Übertragungsleitung 300a in
der zweiten Ausführungsform.
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4 ist
ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer vierten Ausführungsform
des synchronen Datenübertragungssystems
gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt. Dieses synchrone Datenübertragungssystem
weist ein erstes und zweites Endgerät 100c und 200c und
eine asynchrone Übertragungsleitung 300c auf.
Wie in dem Fall des in 1 gezeigten ersten und zweiten
Endgeräts 100 und 200 sind
Mikrofone 101 und 201 und Lautsprecher 102 und 202 an
das erste und zweite Endgerät 100c und 200c angeschlossen.
Diese vierte Ausführungsform unterscheidet
sich von der ersten, in 1 gezeigten Ausführungsform
darin, dass sie ein Abtasttaktsynchronisiermittel (wie zum Beispiel
einen gut bekannten PLL, Phasenregelkreis oder dergleichen) zum Synchronisieren
der Abtasttakte der Abtasttaktgeneratoren 103 und 203 in
dem ersten und zweiten Endgerät 100c und 200c durch
Eingeben der Ausgabe des Abtasttaktgenerators 103 in den
Abtasttaktgenerator 203 aufweist.
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Ein
solches Abtasttaktsynchronisiermittel ist auch für die in den 2 und 3 gezeigte
zweite und dritte Ausführungsform
anwendbar. In dem Fall der in 4 gezeigten
vierten Ausführungsform
wird die Frequenzdifferenz zwischen den Abtasttakten, die in den
Abtasttaktgeneratoren 103 und 203 in dem ersten
und zweiten Endgerät 100c und 200c erzeugt werden,
durch Eingeben des Takts von dem Abtasttaktgenerator 103 in dem
ersten Endgerät 100c in den
Abtasttaktgenerator 203 in dem zweiten Endgerät 200c beseitigt.
Mit dieser Funktion ist es möglich, Δf weiter
zu reduzieren, wie vorhergehend in Verbindung mit der in 1 gezeigten
ersten Ausführungsform
beschrieben ist, und weiter die Verschlechterung der Datenqualität verglichen
mit der ersten Ausführungsform
zu verringern.
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5 ist
ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer fünften Ausführungsform des synchronen Datenübertragungssystems
gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt. Diese Ausführungsform
weist ein erstes und zweites Endgerät 100d und 200d und
eine asynchrone Übertragungsleitung 300d auf.
Mikrofone 101 und 201 sowie Lautsprecher 102 und 202 sind an
das erste und zweite Endgerät 100d und 200d angeschlossen.
In dieser fünften
Ausführungsform
sind das erste Endgerät 100d und
die asynchrone Übertragungsleitung 300d die
gleichen wie die entsprechenden Elemente in der ersten Ausführungsform.
In dem zweiten Endgerät 200d wird
die Datenverschlechterung jedoch weiter in einer solchen Weise reduziert,
um die Abtasttaktfrequenz des zweiten Endgeräts 200d der Abtasttaktfrequenz
des ersten Endgeräts 100d durch
Schätzen
des Abtasttakts des ersten Endgeräts 100d auf Basis
der Daten ähnlicher zu
machen, die von der asynchronen Übertragungsleitung 100d empfangen
werden.
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Wie
vorhergehend in Verbindung mit 1 beschrieben
wurde, werden die von dem ersten Endgerät 100d an die asynchrone Übertragungsleitung 300d ausgegebenen
Daten in Einheiten von Zeiten t(s) übertragen. Die Zeiteinheit
t wird in dem Endgerät 100d gemessen,
und unterscheidet sich von der in dem zweiten Endgerät 200d gemessenen
Zeit t2. Diese Zeitdifferenz wird in der asynchronen Übertragungsleitungsschnittstelle 208 und
dem Abtasttaktgenerator 203 geschätzt. Dann wird Δf = f1 – f2 durch Annähern von
f2 an f1 reduziert, d. h. die Frequenz des Abtasttakts, der in dem
Abtasttaktgenerator 103 in dem Endgerät 100d erzeugt wird.
Die Datenqualitätsverschlechterung
wird weiter mit dieser Funktion zusammen mit dem Aufbau der in 1 gezeigten ersten
Ausführungsform
reduziert. Insbesondere hat die fünfte Ausführungsform eine Auswirkung,
dass die Datenqualitätsverschlechterung
sogar bei Reduzierung der Anzahl n von Stufen des in 1 gezeigten
Empfangspuffers 107 und 207 gesenkt wird.
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Wie
im Vorhergehenden beschrieben worden ist, ist es mit dem synchronen
Datenübertragungssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
die folgenden ausgeprägten
praktischen Vorteile zu erhalten. Durch Übertragen synchroner Daten über die
asynchrone Übertragungsleitung
ist es möglich,
die Verschlechterung der synchronen Daten aufgrund von Überlauf
und Unterlauf von Daten zu verringern, die durch eine Taktabweichung
erzeugt werden. Der Aufbau zum Verhindern der Qualitätsverschlechterung
von synchronen Daten aufgrund von Taktabweichung ist sehr einfach.
Bei der Übertragung
von Daten über
eine asynchrone Kommunikationsleitung, d. h. eine andere Kommunikationsleitung
als die synchrone Kommunikationsleitung, ist die Übertragung
von synchronen Daten möglich, während die
Datenqualitätsverschlechterung
verringert wird.