Aparato de codificación de alta velocidad para comprimir una señal de datos muestreada que tiene al menos un bloque de señales de datos de muestras que comprende:

un medio de recepción (520) del al menos un bloque de señales de datos que contiene al menos una muestra de señales de datos que tiene al menos un valor de amplitud pico, un medio de cálculo (522) para calcular un valor de ganancia respectivo para cada bloque de señales de datos, siendo el valor de ganancia proporcional al valor de la amplitud pico, y un medio de selección (523) para seleccionar un cuantificador uniforme correspondiente al valor de ganancia, el cuantificador uniforme teniendo una pluralidad de valores de nivel de cuantificación separados uniformemente que se determina a partir del valor de ganancia; en el que el cuantificador uniforme seleccionado cuantifica cada muestra de datos del bloque de señales de datos, y proporciona una pluralidad de muestras de datos comprimidas, y el valor de ganancia y la pluralidad de muestras de datos comprimidas constituyen una señal codificada

Método y aparato para comprimir y transmitir datos a alta velocidad.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un sistema de comunicación y, más particularmente, a las técnicas de procesamiento de señales para la compresión de señales de comunicación de datos de alta velocidad para un aprovechamiento mejorado de la transmisión y una mayor capacidad de comunicación del sistema.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de telecomunicaciones son bien conocidos en la técnica, y los sistemas telefónicos actuales emplean varias técnicas de multiplexación para transmitir señales telefónicas de muchos usuarios por una línea de transmisión única, tal como un hilo o cable de fibra óptica. La mayoría de estos sistemas con "cableado directo" emplean una forma de multiplexación por división de tiempo (TDM) en el que se transmiten múltiples canales de forma secuencial a velocidades superiores a la velocidad de información del canal.

La multiplexación telefónica típica requiere un muestreo de la señal telefónica y la transmisión de las muestras con una frecuencia mucho más alta que la frecuencia de la señal telefónica. Con este fin, los sistemas digitales actuales muestrean y codifican la señal telefónica, multiplexan y transmiten la señal, y luego reciben, demultiplexan y decodifican la señal. Uno de estos sistemas de muestreo y codificación es la modulación de códigos por pulsos (PCM) en la que las señales analógicas en banda vocal se muestrean a una velocidad de 8 miles de muestras por segundo en cada muestra representada por 8 bits. En consecuencia, la señal en banda vocal se convierte en una señal digital de 64 kilobits por segundo (kb/s).

Otro tipo de sistema de telecomunicaciones es el sistema telefónico por radio. Los sistemas telefónicos por radio utilizan un grupo de radiofrecuencias (RF) seleccionadas para llevar las señales de comunicación telefónica entre dos o más lugares, y por lo general utilizan una forma de acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA). Estos sistemas de radio, denominados sistemas de comunicación inalámbricos, se utilizan, por ejemplo, en zonas rurales para proporcionar servicios de telefonía local o en unidades móviles para prestar servicios de comunicación móvil.

Una de las categorías de los sistemas de comunicación por RF emplea la TDM para permitir el acceso de los usuarios a múltiples segmentos de tiempo de la información modulada en la portadora de RF. Si muchos usuarios compiten por un pequeño grupo de segmentos de tiempo de la información, el sistema se denomina acceso múltiple por división de tiempo (TDMA). Para permitir el TDMA de los canales de comunicación por RF de FDMA, se ha empleado un método, llamado FDMA/TDMA que se describe en la patente US 4.675.863, para aumentar la capacidad de los sistemas de comunicación por RF. Sin embargo, los sistemas de comunicación por RF siguen teniendo su capacidad frecuentemente limitada en comparación con los sistemas de comunicación con cableado directo de hilo o fibra óptica.

En consecuencia, para aumentar la capacidad aún más, se han usado técnicas de compresión de señales para reducir el ancho de banda necesario para la transmisión de una señal telefónica en un canal de RF. Las técnicas normales utilizadas para las señales de voz son las de codificación subbanda, modulación de códigos por pulsos diferencial adaptativa (ADPCM) y codificación predictiva lineal (RELP). La RELP o los algoritmos de compresión de voz similares permiten transmitir una señal de voz cuantificada y muestreada de 64 kilobits por segundo (kb/s) por el canal de RF, como una señal con una velocidad de bits reducida (por ejemplo, 14,6 kb/s o menos). El receptor reconstruye la señal de voz de 64 kb/s de la señal con la velocidad de bits reducida, y el oyente percibe poca o ninguna pérdida de calidad de la señal.

El método subyacente de compresión de voz, incluyendo la RELP, es un algoritmo de codificación y decodificación que aprovecha las características conocidas de las señales de voz. Un tipo de método de RELP asume ciertas características de los armónicos de la voz humana. Hoy, sin embargo, una gran parte de las señales de comunicación, en una red telefónica, son señales de comunicaciones de datos que no son de voz, tales como datos de módem en banda vocal o de facsímil (fax). Desafortunadamente, los algoritmos de compresión de voz no son especialmente compatibles con estas señales de comunicaciones de datos porque las señales de datos no tienen las características de las señales de voz.

En consecuencia, algunos sistemas de comunicación por RF monitorizan la señal telefónica para detectar la presencia de una señal de comunicación de datos. Normalmente, se han detectado señales de datos que representaban señales de datos de módem en banda vocal o fax de hasta 2,4 kb/s (datos de baja velocidad) y se les ha proporcionado un algoritmo de compresión especializada. El receptor reconstruye la señal de datos, sin reducir la velocidad de transmisión de datos. Este sistema y método se describe, por ejemplo, en la patente US 4.974.099. Las señales telefónicas de datos actuales, sin embargo, son más bien de 9,6 kb/s (datos de alta velocidad) o superiores (datos de velocidad ultrarrápida, tales como de 14,4 kb/s o 28,8 kb/s, u otras, superiores o inferiores), y las técnicas de compresión actuales no comprimen estas velocidades más altas de datos satisfactoriamente. La compresión de estas velocidades de datos más altas, y sobre todo las codificaciones múltiples de estas velocidades de datos más altas, provocan una degradación de la calidad de la señal del módem o fax, y la máquina del módem o fax reducirán con frecuencia la velocidad de transmisión de datos cuando las señales sean pasadas a través de un sistema de comunicación por RF.

WO 93/14492 describe un aparato para codificar un elemento de señal seleccionado de una señal que está definida por elementos de señal que están diferenciados por lo menos en una dimensión, el aparato comprendiendo: medios para dividir la señal en una pluralidad de bandas, al menos una banda teniendo una pluralidad de elementos de señal adyacentes, una de dichas bandas incluyendo el elemento de señal seleccionado, medios para identificar, en cada banda, un elemento de señal que tenga la mayor magnitud de cualquier elemento de señal en dicha banda, y designando dicho elemento de señal como un elemento de señal "patrón" de dicha banda; medios para cuantificar la magnitud de cada elemento de señal patrón para un primer grado de precisión; medios para asignar al elemento de señal seleccionado una asignación de bit del elemento de señal que está en función de las magnitudes cuantificadas de los elementos de señal patrones, seleccionándose la asignación de bit del elemento de señal de tal manera que la cuantificación del elemento de señal seleccionado que utiliza dicha asignación de bit del elemento de señal sea para un segundo grado de precisión, que es menor que el primer grado de precisión.

Además, este documento describe un aparato para decodificar una palabra código que representa un elemento de señal seleccionado de una señal de que ha sido codificada por un aparato como el mencionado anteriormente, el aparato de decodificación comprendiendo: medios para traducir la palabra código en base a una función de las magnitudes cuantificadas de los elementos de señal patrones que está debidamente relacionada inversamente con la función de las magnitudes cuantificadas utilizadas para asignar bits del elemento de señal seleccionado.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona un aparato para codificar datos de alta velocidad según la reivindicación independiente 1, un aparato de decodificación de datos de alta velocidad según la reivindicación independiente 10 y un sistema de transmisión de compresión de datos de alta velocidad según la reivindicación independiente 15. Las formas de realización preferidas de la invención se reflejan en las reivindicaciones dependientes.

La invención reivindicada puede comprenderse mejor teniendo en cuenta las disposiciones descritas a continuación. En general, las disposiciones descritas describen las disposiciones preferidas de la invención. El lector atento observará, sin embargo, que algunos aspectos de las disposiciones descritas se extienden más allá del alcance de las reivindicaciones. Si las disposiciones descritas se extendieran verdaderamente más allá del alcance de las reivindicaciones, las disposiciones descritas... [Seguir leyendo]

1. Aparato de codificación de alta velocidad para comprimir una señal de datos muestreada que tiene al menos un bloque de señales de datos de muestras que comprende:

un medio de recepción (520) del al menos un bloque de señales de datos que contiene al menos una muestra de señales de datos que tiene al menos un valor de amplitud pico, un medio de cálculo (522) para calcular un valor de ganancia respectivo para cada bloque de señales de datos, siendo el valor de ganancia proporcional al valor de la amplitud pico, y

un medio de selección (523) para seleccionar un cuantificador uniforme correspondiente al valor de ganancia, el cuantificador uniforme teniendo una pluralidad de valores de nivel de cuantificación separados uniformemente que se determina a partir del valor de ganancia;

en el que el cuantificador uniforme seleccionado cuantifica cada muestra de datos del bloque de señales de datos, y proporciona una pluralidad de muestras de datos comprimidas, y el valor de ganancia y la pluralidad de muestras de datos comprimidas constituyen una señal codificada.

2. El aparato de codificación de datos de alta velocidad según la reivindicación 1, que comprende además:

un medio de codificación de transmisión (530) para codificar y formar el valor de ganancia y la pluralidad de muestras de datos comprimidas en una señal de transmisión codificada.

3. El aparato de codificación de datos de alta velocidad según la reivindicación 2, en el que el medio de codificación de transmisión (530) comprende un intercalador (531) y un codificador de corrección de errores hacia adelante, FEC, (532).

4. El aparato de codificación de datos de alta velocidad según la reivindicación 3, en el que el intercalador (531) es un intercalador de bloques de 16 * 64 bits y el codificador FEC (532) es un codificador Hamming extendido (64, 57).

5. El aparato de codificación de datos de alta velocidad según la reivindicación 1, en el que el cuantificador uniforme tiene 32 valores de nivel de cuantificación separados uniformemente.

6. El aparato de codificación de datos de alta velocidad según la reivindicación 1, en el que la señal de datos muestreada es una señal cuantificada comprimida y expandida y el medio de recepción (520) expande la señal de datos cuantificada comprimida y expandida en una señal de datos muestreada lineal.

7. El aparato de codificación de datos de alta velocidad según la reivindicación 6, en el que las señales cuantificadas comprimidas y expandidas son del tipo ley A o del tipo ley Mu.

8. El aparato de codificación de datos de alta velocidad según la reivindicación 1, en el que el bloque de señales de datos es un número predeterminado de muestras de señales de datos.

9. El aparato de codificación de datos de alta velocidad según la reivindicación 8, en el que el número predeterminado corresponde a un número de muestras recibidas en 22,5 ms.

10. Aparato de decodificación de datos de alta velocidad para expandir una señal de datos comprimida de alta velocidad, el aparato comprendiendo un medio para recibir una pluralidad de muestras de datos comprimidas y un valor de ganancia correspondiente, un medio de selección (620) para la selección de un cuantificador inverso uniforme correspondiente al valor de ganancia, el cuantificador inverso uniforme teniendo una pluralidad de valores de salida uniformemente separados que se determinan a partir del valor de ganancia, y en el que el cuantificador inverso procesa cada una de las muestras de datos comprimidas en base al valor de ganancia para proporcionar un bloque de muestras de la señal de datos reconstruida.

11. El aparato de decodificación de datos de alta velocidad según la reivindicación 10, que comprende además un medio de decodificación de transmisión (601) para decodificar el valor de ganancia y la pluralidad de muestras de datos comprimidas a partir de una señal de transmisión codificada.

12. El aparato de decodificación de datos de alta velocidad según la reivindicación 11, en el que el medio de decodificación de transmisión incluye un desintercalador (603) y un decodificador FEC (602).

13. El aparato de decodificación de datos de alta velocidad según la reivindicación 12, en el que el desintercalador (603) es un desintercalador de bloques de 16 * 64 bits y el decodificador FEC (602) es un decodificador Hamming extendido (64, 57).

14. El aparato de decodificación de datos de alta velocidad según la reivindicación 10, en el que la pluralidad de valores de nivel del cuantificador separado uniformemente es de 32 valores de nivel.

15. Sistema de transmisión de compresión de datos de alta velocidad para transmitir una señal de datos de alta velocidad a través de un canal de telecomunicaciones, en el que la señal de datos de alta velocidad recibida es al menos un bloque de señales de datos de muestras, el sistema comprendiendo:

un codificador de datos de alta velocidad, que comprende