УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ МНОЖЕСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ С РАЗДЕЛЕННЫМ ПО ВРЕМЕНИ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕМ Российский патент 2014 года по МПК H04J3/16 

В настоящем изобретении представлена концепция передачи множества информационных сигналов со статистическим мультиплексированием, в частности со статистическим мультиплексированием при уплотнении по времени, которая может быть приложена, например, в области передачи аудиовизуального контента в системах цифрового телевещания.

Портативные системы цифрового телевидения формата DVB-H предусматривают передачу нескольких видов мультимедийных сигналов, в частности цифровых видеосигналов, в информационных потоках с временным мультиплексированием по каналу передачи с квазипостоянной скоростью передачи двоичных или иных данных. Если каждому видеосигналу согласно закодированному информационному сигналу будет задана фиксированная скорость передачи данных или скорость кодирования, то провайдер программы, например, будет вынужден искать компромисс между пропускной способностью, которая иногда обходится дорого, и качеством наиболее важных изображений. В некоторых случаях скорость передачи или сжатия данных может быть недостаточной, из-за чего сцены, содержащие множество деталей, теряют качество. С другой стороны, заданная фиксированная скорость кодирования может превышать скорость кодирования, необходимую для отображаемой в данный момент сцены, и скорость кодирования, то есть затраты, будут неоправданными.

В зависимости от содержания текущего изображения видеокодеру требуются различные скорости передачи и/или кодирования данных для обеспечения, в частности, высокого качества прохождения телевизионного сигнала. Спортивное вещание, например, в силу большей насыщенности видеоряда движением, как правило, требует более высокой скорости передачи данных, чем, скажем, ток-шоу или выпуски новостей, где картинка относительно статична. Особенно высокие скорости передачи данных требуются для передачи сцен, насыщенных деталями и движением.

Методы кодирования и сжатия видеосигнала базируются, в частности, на предсказаниях так называемых гибридных кодеров, которые выполняют для изображения внутрикадровое предсказание или предсказание с компенсацией движения с последующим, например на основе энтропии, сжатием разности предсказания. Это значит, что элементы сходства внутри изображения (внутрикадровые) и/или между изображениями (межкадровые) используются для расчета предсказания. Такие предсказания срабатывают с разной степенью достоверности в зависимости от видеоконтента. Соответственно, разностный сигнал будет больше или меньше в зависимости от точности предсказания. Больший разностный сигнал требует большего числа битов для кодирования. С другой стороны, кодирование компенсации движения как служебная информация тоже требует биты для кодирования, поэтому более сложное предсказание не обязательно ведет к оптимизации степени сжатия. В целом, идеальное качество изображения, или идеальное соотношение между скоростью и качеством, может быть подобрано для различных доступных скоростей передачи данных и, следовательно, для различных степеней сжатия. Такое соотношение между возможной скоростью и получаемым качеством изображения зависит от сигнала. В силу этого требуются разные степени компрессии или скорости передачи данных для кодирования разных сцен с целью получения одинаково воспринимаемого качества изображения.

Чем больше число программ или количество провайдеров программ, тем меньше вероятности, что все программы одновременно потребуют самой высокой скорости передачи данных для кодирования. Если несколько информационных сигналов, в частности, видеосигналов, транслируются потоком по каналу с постоянной общей скоростью, упомянутые разности скоростей передачи данных могут быть индивидуально распределены между различными сервисами.

Для этого индивидуально заданные скорости передачи данных сети DVB-H могут быть выстроены динамически в соответствии с так называемым статистическим мультиплексированием. Это подразумевает распределение скоростей передачи данных таким образом, чтобы достигалось оптимальное соотношение скорости кодирования и качества изображения. Этот метод - кооперативный и требует, чтобы сумма скоростей передачи данных индивидуальных сервисов всегда была меньше доступной общей скорости передачи данных. При статистическом мультиплексировании вместо определения фиксированной скорости передачи данных для каждого информационного сигнала выполняется анализ передаваемого видеоконтента и в зависимости от предсказанных характеристик задается индивидуальная скорость передачи данных для каждого из множества информационных сигналов для совместной передачи в транслируемом потоке по каналу с постоянной общей скоростью. Вместо передачи всех видеоданных с максимальной скоростью можно конкретно для каждого изображения снижать среднюю скорость передачи данных без снижения качества восприятия изображения. Это может служить средством предупреждения общего снижения качества.

Прием видео- или информационных сигналов на мобильный терминал, например, на приемник DVB-H, не должен приводить к ускоренной разрядке его аккумуляторной батареи. В системах DVB-T (наземных системах цифрового телевещания формата DVB-T) непрерывно должен декодироваться весь поток данных перед открытием доступа к любому из сервисов, содержащихся в потоке данных, допустим, к телевизионным программам. В рамках портативного формата DVB-H применяют так называемый метод квантования времени, при котором осуществляется прием только части, или временного кванта, потока данных, вмещающего в себя данные выбранного сервиса или программы. Таким образом, в формате DVB-H выполняется уплотнение или совмещение каналов различных сервисов по принципу простого временного мультиплексирования, при котором информационные сигналы каждого сервиса пересылаются периодически пакетами сжатых данных или временными квантами. Следовательно, любой отдельный канал связи транслируется не непрерывно, а периодически с соответствующей высокой скоростью передачи данных, а иногда не транслируется вообще. За счет мультиплексирования квантованием времени нескольких сервисных каналов в результате образуется сплошной информационный поток с квазипостоянной скоростью передачи данных, как показано, например, на фиг.7.

На фиг.7 показан непрерывный поток данных 700 с постоянной средней скоростью передачи Br. Информационный поток 700 представляет собой транспортный поток в стандарте сжатия видеосигнала MPEG, образованный из совместимых с MPEG-2 элементных потоков данных, упорядоченных с помощью временных квантов 702. На фиг.7 видно, что протокольные данные и метаданные 704 (PSI/SI) не подлежат временному квантованию. Кроме того, за временными квантами 702 не закрепляют, например, для циклического повторения, индивидуальные сервисы или фиксированную амплитуду или величину ее продолжительности, даже при том, что при мультиплексировании DVB-H такая устойчивая зависимость так или иначе задействуется. Длительность кванта времени 702, ассоциированного с информационным сигналом, в большинстве случаев зависит от объема текущих пакетов данных соответствующего сервиса, которые предстоит переслать в составе указанного кванта времени. Так, если видеосигнал в данный момент требует относительно высокой скорости кодирования, квант времени 702, который может быть соотнесен с этим видеосигналом, будет, соответственно, иметь увеличенную продолжительность.

В силу вариабельности структуры квантов времени, наглядно отображенной на фиг.7, приемник потока данных 700 должен содержать точную информацию о позициях и конфигурации квантов времени 702, переданных ему, чтобы из них мог быть воссоздан последовательный поток данных отдельных вещательных служб. В формате DVB-H для того используется так называемый метод дельта-Т. Он включает в себя передачу внутри каждого кванта времени 702 показателя относительного времени ожидания дельта-Т, информирующего приемник о том, когда может быть получен следующий квант времени этого же самого сервиса. Система позволяет обозначать время ожидания в диапазоне от нескольких миллисекунд до 30 секунд (см. фиг.8).

В приемнике входящие кванты времени 702 поступают в буфер, а затем считываются с постоянной скоростью (со средней скоростью передачи или кодирования данных соответствующей службы вещания). Длительность квантов времени 702 обычно составляет порядка нескольких сотен миллисекунд, тогда как время отключения приемника между временными квантами согласно дельте-Т может длиться много секунд (см. выше). В зависимости от соотношения времени нахождения во включенном/отключенном состоянии энергосбережение может достигать более 90% по сравнению с форматом DVB-T. Для этих целей квантование времени располагает достаточным арсеналом служебных функций или информационных сигналов, позволяющих достигать наибольшей эффективности.

В системе DVB-H информационные сигналы или служебные функции транслируются на основе Интернет-протокола (IP). Такой подход упрощает связь с другими сетями. Транспортный поток 700 в формате MPEG-2 выполняет роль физического носителя. Введение данных IP в транспортный поток выполняется с использованием существующего протокола адаптации, так называемой многопротокольной инкапсуляции (МРЕ). Для предохранения транспортного потока 700 от интерферирующего воздействия какого-либо радиоканала, формат DVB-H дополнительно включает в себя обращение к системе защиты от искажений (упреждающей коррекции ошибок при многопротокольном инкапсулировании MPE-FEC), которая применяется на уровне потока данных IP перед пакетированием данных IP с помощью МРЕ. Применение этой техники повышает уверенность приема, в частности, мобильного, и при возникновении сильных импульсообразных помех, обусловленных, например, многонаправленным распространением, влекущим за собой деструктивные интерференции в точке приема.

MPE-FEC (упреждающая коррекция ошибок при многопротокольной нкапсуляции) сходна с квантованием времени и многопротокольной инкапсуляцией MPE. Эти три метода прямо совместимы между собой и совокупно образуют так называемый кодек DVB-H. С помощью квантования времени потоки данных IP из различных источников мультиплексируются в виде отдельных элементарных потоков.

Защиту от ошибок MPE-FEC рассчитывают индивидуально для каждого элементарного потока и суммируют, за этим следует упаковка пакетов IP в так называемые сегменты многопротокольной инкапсуляции и - далее - встраивание в транспортный поток.

Во временном отношении недостаток метода дельты-Т заключается в том, что скорость передачи или кодирования данных DVB-H может быть изменена только для будущих временных квантов соответствующих вещательных служб. В результате формируется алгоритмическая задержка, соответствующая продолжительности временных квантов каждой службы вещания. В случае передачи станцией данных с постоянной скоростью этот недостаток отсутствует. При этом содержательные данные сервисов могут быть немедленно инкапсулированы и объединены во временные кванты.

Однако по-иному обстоит с вещанием на переменных скоростях передачи/кодирования данных, например, при статистическом мультиплексировании. В силу неравномерности передачи сигналов для таких сервисов могут быть введены задержки в зависимости от частоты повторения соотнесенных квантов времени. Идеально, если для обозначения среди временных квантов в текущем цикле передачи соответствующих показателей дельта-Т относительного времени ожидания, введенных вплоть до начала соответствующих квантов времени следующего цикла передачи, уже известна структура квантов времени, то есть - момент начала кванта времени и/или длительность кванта времени, следующего цикла передачи. Поскольку требования к скорости передачи данных любой из служб могут меняться от одного кванта времени к следующему кванту времени, для очередного цикла передачи в результате может сформироваться структура кванта времени, полностью отличная от текущего цикла передачи.

Для определения дальнейших требований к скорости передачи или скорости кодирования данных и построения соответствующей этому структуры кванта времени для статистического мультиплексирования предварительно должны быть проанализированы информационные сигналы. Это может привести к образованию значительных латентных периодов. Временная диаграмма на фиг.9 иллюстрирует это условие.

На фиг.9 представлена временная последовательность преобразования элементарного потока 900, входящая для обработки на стороне передатчика. Поток данных 900 разделен на составляющие N-1, N, N+1. Данные составляющей N должны быть переданы в течение кванта времени 902-N, а данные составляющей N+1 должны быть переданы в течение следующего временного кванта 902-(N+1). На фиг.9 можно видеть, что анализ потока данных 904-(N+1) для составляющей потока данных N+1 должен быть завершен к моменту отправки непосредственно предшествующей по времени порции данных, то есть - кванта времени 902-N. Так происходит вследствие того, что, как уже было сказано выше, относительное время ожидания очередного кванта времени 902-(N+1) интегрировано в квант времени 902-N. Следовательно, анализ скорости передачи данных составляющей N должен быть уже закончен к моменту начала Tn-i кванта времени 902-(N-1), анализ потока данных составляющей N+1 должен быть завершен к моменту начала кванта времени 902-N и т.д. За счет этого образуется относительно продолжительный латентный период T_L между получением порций данных N, N+1 элементарного потока 900 и соответствующими интервалами времени воспроизведения или моментами начала квантов времени T_N или T_N+1.

Описанный выше длительный скрытый период T_L на практике противоречит целям статистического мультиплексирования.

Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в практическом решении вопроса сокращения латентных периодов между вводом данных и временем воспроизведения по сравнению с известным уровнем техники. Кроме этого, предлагаемый подход имеет своей целью повышение энергоэффективности принимающего устройства.

Достижение цели осуществляется с помощью устройства, функциональные особенности которого обозначены в пункте 1 формулы изобретения, способом в соответствии с п.14.

На основе данного изобретения сделан вывод о том, что указанная выше цель может быть достигнута за счет того, что точный анализ потока данных или анализ скорости кодирования кластеров информационных сигналов, пересылаемых в следующем цикле передачи, первоначально пропускается, а вместо этого на основе высокоточных расчетных значений названных последующих скоростей передачи или кодирования данных посылаются расчетные значения относительного времени ожидания дельта-T в составе временных квантов текущего цикла передачи. Фактические скорости передачи или кодирования данных, которые могут отклоняться от оцененных значений скоростей передачи индивидуальных информационных сигналов, могут быть введены в следующий по очереди цикл передачи, в результате чего предсказанные границы кванта времени для очередного цикла передачи могут сместиться. При этом вероятное смещение границ кванта времени или начальных точек кванта времени зависит от нескольких граничных условий. Важно, чтобы ни один временной квант последующего цикла передачи не был активизирован до его обозначенного расчетного начального момента. С одной стороны, благодаря этому можно гарантировать, что ресивер не „пропустит" предназначенный ему временной квант. С другой стороны, за счет очень точного расчета структуры кванта времени можно добиться, чтобы временной квант не мог начаться намного позднее, чем было предварительно обозначено, благодаря чему может быть сэкономлена энергия приемника, поскольку отпадает необходимость его работы на прием „на всякий случай". Это большей частью применимо к скоростям передачи или кодирования данных отдельных сервисов, неустойчивых только на относительно низкой скорости. При постоянных скоростях передачи данных рассчитанная структура кванта времени и реальная структура кванта времени могут быть даже идентичными, благодаря чему предлагаемая концепция обеспечивает полное преимущество и эффективность квантования времени.

В более общих чертах можно утверждать, что при введении в устройство оценки скорости передачи данных таких величин, остающихся постоянными от цикла передачи к циклу передачи для всех информационных сигналов, как сами информационные сигналы и/или соотношение скорости кодирования и качества и/или соотношение скорости кодирования и затратности скорости передачи данных, расчетные значения относительного времени ожидания соответствуют фактическим значениям времени ожидания, в силу чего рассчитанный на их основе момент начала кванта времени и реальный момент начала кванта времени следующего цикла передачи точно совпадают. Следовательно, в этом случае на стороне приемника отсутствуют потери мощности, связанные с его преждевременным включением.

Длительность входящих кластеров информационных сигналов вместе с рассчитанными или фактическими скоростями кодирования вмещает в себя в равной мере, соответственно, расчетный или фактический объем данных, переданных в составе различных квантов времени. Таким образом, можно говорить также об оценке объемов данных и об определении фактических объемов данных.

Перераспределение скоростей передачи данных между разными временными квантами в цикле передачи выполняется в зависимости от фактически требуемых в текущий момент различными вещательными службами скоростей передачи данных, как и в зависимости от стоимости индивидуальных скоростей передачи данных. Такая стоимость может определяться как в техническом выражении, например, в вычислительной сложности, так и монетарно. Эта зависимость необходима, поскольку в противном случае каждая вещательная служба будет стремиться расширить временной квант, превышая соответствующие расчетные показатели в максимально возможной степени, в целях получения для себя наибольших преимуществ. Это значит, что на практике взаимодействие поставщиков услуг не может оставаться неконтролируемым, в силу чего стоимость скорости передачи данных играет роль стимула к уменьшению или увеличению скорости передачи данных или продолжительности кванта времени в соответствии с предъявляемыми требованиями. Следует обратить внимание на то, что при перераспределении все временные кванты более или менее равны, то есть каждый квант времени обладает такими же возможностями или степенями свободы при перераспределении, что и другие кванты времени, независимо от его положения в структуре квантов времени.

Настоящее изобретение реализуется в виде устройства для передачи множества информационных сигналов в составе множества текущих и последующих временных квантов в текущем и последующем цикле передачи в соответствии с временным мультиплексированием. Устройство, относящееся к изобретению, имеет в своем составе вычислитель оценки, предназначенный для оценки для каждого информационного сигнала вероятной скорости передачи данных, с которой информационный сигнал будет кодироваться в составе кванта времени, следующего за текущим квантом времени, с целью выведения расчетной структуры кванта времени для очередного цикла передачи. Кроме того, устройство включает в себя процессор, предназначенный для установления на основе оцененной структуры кванта времени для каждого из информационных сигналов относительного времени ожидания, указывающего расчетный момент начала следующего временного кванта информационного сигнала. Структуризатор квантов времени введен в конструкцию для задания на базе фактической скорости передачи данных информационного сигнала действительного начального момента каждого из последующих временных квантов с целью формирования актуальной структуры кванта времени с учетом вероятности девиации фактической скорости передачи данных относительно скорости передачи данных, рассчитанной устройством оценки скорости передачи данных для текущего цикла передачи. Структуризатор квантов времени выполняет выборку реальных моментов начала очередных временных квантов, превышающих или равных соответствующим расчетным начальным моментам.

Только в случае медленно меняющихся скоростей передачи данных или при достаточном соответствии расчетных и действительных скоростей передачи данных, ожидаемые и актуальные структуры квантов времени будут почти идентичны. В случае постоянных скоростей передачи данных или полного соответствия расчетных и действительных скоростей передачи данных ожидаемые и актуальные структуры кванта времени идентичны, благодаря чему приемник может работать с максимальной энергоэффективностью. Это значит, что чем лучше вычислитель оценки, тем меньше расхождения между оценочными и действительными значениями, благодаря чему нет необходимости включать аппаратуру на прием до прохождения кванта времени, и лишь в некоторых случаях - с незначительным упреждением.

Таким образом, предлагаемое изобретение совмещает преимущества статистического мультиплексирования с достоинствами квантования времени и метода дельта-T, предупреждая перерасход мощности принимающей аппаратуры, который находится в зависимости от точности предсказанных значений дельта-T.

Предпочтительные реализации настоящего изобретения являются предметом зависимых пунктов патентной формулы.

Далее конструктивные решения по данному изобретению будут рассмотрены более детально со ссылкой на сопровождающие чертежи, где:

на фиг.1 дана блок-схема алгоритма передачи множества информационных сигналов с гибким временным мультиплексированием, аппаратно реализуемого в соответствии с изобретением; на фиг.2 представлен график прохождения множества информационных сигналов в процессе гибкого временного мультиплексирования при аппаратной реализации в соответствии с изобретением; на фиг.3 дана принципиальная модульная схема устройства для передачи множества информационных сигналов с применением гибкого мультиплексирования квантованием времени при аппаратной реализации изобретения; на фиг.4 дан схематический график сдвига начальных моментов временных квантов; на фиг.5 дана принципиальная модульная схема аппаратной реализации гибкой системы мультиплексирования в соответствии с изобретением; на фиг.6 отображена временная диаграмма осуществления способа гибкого мультиплексирования в соответствии с изобретением; на фиг.7 приведен пример архитектуры мультиплексирования в системе цифрового портативного телевещания DVB-H; на фиг.8 дана схема сигнализации значений дельта-Т по примеру Европейского стандарта телекоммуникации Европейского института телекоммуникационных стандартов ETSI EN 302 304; и на фиг.9 приведен пример трансляционного цикла службы вещания с переменной скоростью передачи данных с применением обычного статистического мультиплексирования.

Сначала следует обсудить базовую концепцию настоящего изобретения в контексте фиг.1 и 2. С этой целью на фиг.1 дана блок-схема относящегося к изобретению способа 100 передачи множества информационных сигналов с применением статистического временного мультиплексирования. Теперь рассмотрим способ 100 на фиг.1 пошагово на примере фиг.2.

Возьмем транспортный поток 200, где кванты времени B_i[.] (i=1, …, I) размещены или транслируются некоторым количеством I поставщиков услуг с использованием мультиплексирования с разделением по времени. Кванты времени B_i[.] размещены в порядке последовательных циклов передачи {…, Z[n-1], Z[n], Z[n+1], …}.

На первом шаге 102 представляемого в изобретении способа 100 на фиг.1 для каждого из числа I временных квантов Bi[n] (i=1,…, I) цикла передачи n рассчитана скорость передачи данных r_i[n] (i=1, …, I), с которой определенный информационный сигнал (соответствующей службы вещания i) ожидается к передаче в пределах кванта времени B_i[n+1] цикла передачи (n+1), следующего за текущим квантом времени B_i[n]. В результате формируется расчетная структура квантов времени для очередного цикла передачи Z[n+1]. Эта ожидаемая структура квантов времени включает в себя оцененные длительности временных квантов и/или начальные моменты последующих временных квантов B_i[n+1] (i=1, …, I).

На следующем шаге 104, исходя из оцененной структуры квантов времени следующего цикла передачи Z[n+1], для текущего цикла передачи Z[n] каждого из числа I информационных сигналов определяется относительное временя ожидания дельта-T_i[n], служащее показателем ожидаемого момента начала следующего временного кванта B_i[n+1] информационного сигнала i. Ha дальнейшем шаге 106 каждый очередной квант времени B_i[n+1] (i=1, …, I) имеет фактический момент начала T_i[n+1] и фактически заданную скорость передачи данных r_eff, i[n+1] (i=1, …, I), что обеспечивает возможность вычисления действительной структуры квантов времени следующего цикла передачи Z[n+1]. Девиация реальной скорости передачи данных r_eff, i[n+1] может происходить как в сторону убывания, так и в сторону возрастания относительно скорости передачи данных r_i[n], рассчитанной и переданной в цикле передачи Z[n]. На шаге 106 фактические начальные моменты T_i[n+1] выбраны таким образом, что каждый фактический начальный момент T_i[n+1] (i=1, …, I) последующих временных квантов B_i[n+1] будет больше или равен начальным моментам (i=1, …, I), которые были предварительно вычислены для каждого случая. Т.е. . Другими словами, квант времени B_i[n+1] никогда не может начаться раньше момента , обозначенного в предшествующем кванте времени B_i[n].

Только в случае медленно меняющихся скоростей передачи данных r_{eff, i}[n] (i=1, …, I) или близкого соответствия расчетных и актуальных скоростей передачи данных r_i[n], r_{eff, i}[n] (i=1, …, I) ожидаемые и действительные структуры квантов времени будут почти идентичны, то есть . При постоянных скоростях передачи данных или при полном соответствии оцененных и фактических скоростей передачи данных расчетные и фактические структуры квантов времени идентичны, то есть следовательно, приемник при этом будет работать с максимальной энергоэффективностью. Соответственно, чем точнее оценка 102, тем меньше расхождения между оценочными и действительными показателями r_i[n], r_{eff, i}[n] и T_i[n], следовательно, приемник может не включаться вплоть до прохождения кванта времени T_i[n] (i=1, …, I), а при необходимости включаться лишь с незначительным упреждением. Естественно, также может быть справедливо для быстро изменяющихся скоростей передачи данных, то есть - в случае изменения между двумя последовательными циклами Z[n], Z[n+1], если оценка или предсказание 102 содержали точные расчетные значения.

Перед началом толкования в последующих параграфах концепции изобретения необходимо дать расшифровку математических символов, используемых при детализации: I - число служб вещания, задействованных в мультиплексной передаче в формате DVB-H, {S₁, S₂, …, S_i, S_i} - количество служб, мультиплексируемых в формате DVB-H,

{В[1], В[2], …, В[n], …} - временная линейная последовательность квантов времени всех служб вещания, мультиплексируемых в формате DVB-H,

{B_i[1], B_i[2], B_i[n], …} - временная линейная последовательность всех квантов времени службы вещания S_i,

r[n] - обозначенная требуемая скорость кванта времени В[n],

r_eff[n] - эффективная скорость передачи кванта времени В[n],

r_w[n] - требуемая скорость кванта времени В[n],

J_max - максимальное временное дрожание начала кванта времени,

ΔT[n] - задержка начала кванта времени В[n] относительно обозначенного начала,

ΔT_max[n] - максимально возможная задержка относительно обозначенного начала кванта времени В[n],

Δt[n] - изменение длительности кванта времени В[n],

f(i; n) - служит для вычисления линейного номера кванта времени B_i[n],

- служит для расчета номера службы, к которой относится квант времени В[n],

- служит для расчета номера кванта времени исключительно для временных квантов определенной службы $$S_{f_S^{-1}\left(n\right)}$$ ,

с - посекундная тарификация передаваемой мощности,

u[n] - прикладная функция (функция начисления) в пользу соответствующей службы при прохождении кванта времени В[n].

Теперь, со ссылкой на фиг.3 будет дано описание устройства 300 для передачи множества информационных сигналов 301-i (i=1, …, I) в составе множества текущих и последующих временных квантов B_i[n], B_i[n+1] (i=1, …, I) в текущем и последующем циклах передачи Z[n], Z[n+1] в соответствии с процедурой мультиплексирования квантованием времени.

Устройство 300 имеет в своем составе вычислитель оценки или предиктор 302, предназначенный для расчета для каждого из информационных сигналов 301-i скорости передачи данных r[f(i; n+1)], с которой информационный сигнал 301-i в кванте времени В_i[n+1], следующем за текущим квантом времени B_i[n], предположительно кодируется соответствующим кодером 304-i (i=1…, I) с тем, чтобы вывести оценочную структуру квантов времени для очередного цикла передачи Z[n+1].

Устройство 300 включает в себя процессор 306, предназначенный для вычисления для каждого из 301-i информационных сигналов на основе ожидаемой структуры квантов времени или из расчетных скоростей передачи данных r[f(i; n+l)] (i=1, …, I) показателя дельта-T относительного времени ожидания, обозначающего предсказанный момент начала $${\widehat{T}}_i\left[n+1\right]$$ следующего кванта времени B_i[n+1].

Кроме того, в устройство введен структуризатор квантов времени 308, предназначенный для задания каждому из последующих временных квантов B_i[n+1] действительного момента начала T_i[n+1], исходя из фактической скорости r_eff[f(i; n+1)] передачи данных информационного сигнала 301-i с целью формирования актуальной структуры квантов времени с учетом вероятности девиации фактической скорости передачи данных r_eff[f(i; n+1)] относительно скорости передачи данных r[f(i; n+l)] (i=1, …, I), рассчитанной вычислителем оценки 302 для цикла передачи Z[n]. Структуризатор квантов времени 308 выполняет выборку реальных моментов начала $$T_i[n+1]$$ очередных квантов времени B_i[n+1], превосходящих или равных моменту начала $${\widehat{T}}_i\left[n+1\right]$$ предсказанному в предыдущем цикле передачи Z[n], таким образом, чтобы реальный момент начала никогда не наступал раньше рассчитанного момента начала. Т.о., $$T_i[n+1]\ge {\widehat{T}}_i\left[n+1\right]$$ . В идеале, т.е. когда r[f(i; n+1)]=r_eff[f(i; n+l)], применимо $$T_i[n+1]={\widehat{T}}_i\left[n+1\right]$$ .

Действительные скорости передачи данных r_eff[f(i; n+1)], с которыми кодеры 304-i (i=1, …, I) реально кодируют информационные сигналы 301-i в цикле передачи Z[n+1], формируются в результате взаимодействия требуемых или рекомендуемых скоростей передачи данных r_w[f(i; n+1)] и различных дополнительных граничных условий, пояснения чему будут даны ниже.

Таким образом, как показали варианты реализации, процессор 306 выполняет функцию задания каждому из текущих квантов времени B_i[n] реального момента начала T_i[n], исходя из фактической скорости передачи данных r_eff[f(i; n)] информационного сигнала 301-i, соотнесенного с текущим квантом времени, для формирования актуальной структуры текущего кванта времени с учетом вероятности девиации реальной скорости передачи данных r_eff[f(i; n)] относительно скорости передачи данных r[f(i; n)], предсказанной вычислителем оценки 302 в предыдущем цикле передачи Z[n-1], с целью задания относительного времени ожидания дельта-T_i[n] для каждого из информационных сигналов на основе ожидаемой структуры квантов времени очередного цикла передачи Z[n+1] и фактической структуры квантов времени текущего цикла передачи Z[n]. Кроме этого, исходя из версий осуществления, процессор 308 выполняет функцию введения каждого из показателей относительного времени ожидания дельта-T_i[n], рассчитанного из текущего временного кванта B_i[n] соответствующего информационного сигнала 301 -i, обеспечивая передачи этих показателей на удаленный приемник для формирования мультиплексного сигнала путем уплотнения квантов времени B_i[n] (i=1, …, I). По сравнению с обычной системой, передающей значения дельта-T, здесь, следовательно, используются текущие предварительно рассчитанные значения для реальных величин дельта-Т, которые еще не определены в текущем цикле передачи Z[n], так как соответствующие составляющие сигнала очередного цикла Z[n+1] еще не проанализированы. Это сокращает скрытый период между вводом сегментов сигнала и передачей их кодированных версий в составе квантов времени.

Даже при том, что предлагаемая концепция изобретения допускает обратное смещение во времени ожидаемых моментов T_i[n+1] начала временного кванта, что будет поясняться позднее, предпочтительнее наличие как можно более точных оценок значений дельта-Т и, следовательно, начальных моментов T_i[n+1] (i=1, …, I), поскольку только при расчетных значениях $${\widehat{T}}_i\left[n+1\right]$$ с небольшим отклонением принимающее оборудование будет работать в энергоэффективном режиме.

В аппаратном исполнении вычислитель оценки скорости передачи данных 302 выполняет функцию расчета ожидаемой скорости передачи данных r[f(i; n+1)] информационного сигнала 301-i для следующего временного кванта B_i[n+1], по меньшей мере, исходя из предшествующих и/или текущих фактических скоростей передачи данных {r_eff[f(i; 1)], r_eff[f(i; 2)], …, r_eff[f(i; n)]}, предшествующих и/или текущих предпочтительных скоростей передачи данных {r_w[f(i; 1)], r_w[f(i; 2)], …, r_w[f(i; n)]}, и предшествующих расчетных и/или заявленных скоростей передачи данных {r[f(i; 1)], r[f(i; 2)], …, r[f(i; n)]}, информационного сигнала 301-i. Его функции может выполнять каузальный предиктор (устройство причинно-следственного предсказания), который на основе просмотра предшествующих скоростных условий всех информационных сигналов i информационного сигнала 301-i выводит расчетное значение, необходимое для следующего кванта времени B_i[n+1] (i=1, …, I). Расчетное значение r[f(i; n+1)] может зависеть от предыдущих заявленных скоростей передачи данных, предыдущих требуемых скоростей передачи данных и предыдущих фактических скоростей передачи данных i-го информационного сигнала 301-i (i=1, …, I).

Конструктивное решение вычислителя упреждающей оценки 302 может основываться на приведенных ниже расчетах, например:

$$r\left[f\left(i;n+1\right)\right]=\{\begin{array}{l}{r}_w\left[f\left(i;n\right)\right]+\alpha \cdot \left(r_{eff}\left[f\left(i;n\right)\right]\right);if{r}_{eff}\left[f\left(i;n\right)\right]>r\left[f\left(i;n\right)\right]\\ r_w\left[f\left(i;n\right)\right];else\end{array}\left(1\right)$$

Здесь r[f(i; n)] обозначает скорость передачи данных, заявленную для текущего кванта времени B_i[n] (уже рассчитанную в цикле Z[n-1]),

a r[f(i; n+1)] обозначает расчетную скорость передачи данных следующего кванта времени i-й вещательной службы S_i.

r_w[f(i; n)] - предпочтительная скорость передачи данных временного кванта B_i[n],

тогда как r_eff[f(i; n)] - окончательно заданная или фактическая скорость передачи данных кванта времени B_i[n]. Поправочный коэффициент α ∈ [0; 1) регулирует степень компенсации ошибки.

Специалист в данной области легко определит, что вычислитель упреждающей оценки 302, описанный уравнением (1), представлен лишь в качестве иллюстрации и вполне может быть реализован иначе. Поскольку алгоритмы предикторов известны из специальной литературы, подробно здесь они рассматриваться не будут. Как подчеркивалось уже несколько раз, точность расчетных значений r[f(i; n+1)] (i=1, …, I) играет решающую роль для потребления энергии принимающим оборудованием.

В конструктивных решениях по настоящему изобретению реализована техника гибкого временного мультиплексирования, при которой объем данных отдельных временных квантов B_i[n], в принципе, в определенных пределах может быть изменен, если даже моменты T_i[n] начала квантов времени или их расчетные значения $${\widehat{T}}_i\left[n\right]$$ были уже сообщены ресиверам по методу дельта-Т (дельта-T_i[n-1]). Концепция изобретения основывается на возможности расширения квантов времени B_i[n] за счет последующих смежных временных квантов B_i+i[n], B_i+2[n] и т.д. Концепция изобретения обеспечивает возможность перераспределения в некоторых пределах скоростей передачи данных отдельных вещательных служб или информационных сигналов 301-i.

Ниже, с помощью простого примера дается объяснение процедуры расширения кванта времени: рассмотрим кванты времени сервисов S₂ и S³ соответственно, следующие непосредственно друг за другом в одном цикле передачи. Если определено, что скорость передачи данных сервиса S₂, рассчитанная и сообщенная предварительно, то есть в предыдущем цикле передачи, является недостаточной для текущего кванта времени, и, что, в равной степени, такая же скорость сервиса S₃ слишком высока, длительность кванта времени S₂ может быть в определенной мере увеличена. В этом случае S₂ сможет передать необходимые данные, а скорость передачи данных S₃ снизится до определенного уровня. Однако, для S₃ это является недостатком, поскольку квант времени S₃ начнется позже, чем было заявлено предварительно. В данном случае приемник, ожидающий сигнал от службы S₃, включится с большим упреждением, и, следовательно, мощность приема будет расходоваться вхолостую.

В следующем примере предположим, что скорость передачи данных S₃ не будет меняться вообще. Дополнительная скорость передачи данных, необходимая S₃, в этом примере будет обеспечена за счет службы S₄. Временной квант S₄ следует непосредственно за временным квантом S₃. В этом случае квант времени S₂ может быть расширен, квант времени S₃ затем может быть смещен, в целом, на интервал времени расширения, и квант времени S₄ может быть соответственно сокращен.

Условия этого примера проиллюстрированы на фиг.4. В приведенном примере также скорости передачи данных могут быть успешно перераспределены. Момент начала кванта времени, запаздывающий на Dt₃ и Dt₄, соответственно, затрагивает как S₃, так и S₄. Отсюда очевидно следует, что при взаимном изменении скоростей передачи данных между двумя разными службами вещания временные кванты всех промежуточных служб (здесь - S₃) воспроизводятся с опозданием.

Далее раскрываются условия, лежащие в основе взаимного изменения скоростей передачи данных между различными квантами времени.

Для этого рассмотрим хронологическую последовательность квантов времени В[1], …, В[n], …, расчетные начальные моменты которых уже были сообщены приемным устройствам по методу дельта-T. Длительность каждого кванта времени B[n] изменяется на величину Dt[n]. Таким образом, значение продолжительности временного кванта изменяется на Dt[n]. В результате образуется следующее отклонение от расчетного начального момента кванта времени B[n]:

$$\Delta T[n]={\displaystyle \sum _{j=1}^{n-1}\Delta t[j]}\left(2\right)$$

Тот факт, что квант времени B[n] никогда не может начаться до его расчетного или заявленного начального момента, является граничным условием, принятым для дальнейших вычислений:

$$\Delta T[n]\ge 0\forall n\in N\left(3\right)$$

Если описанное выше перераспределение скорости передачи данных рассматривать с точки зрения теории игр, становится очевидно, что для того, чтобы получить максимально положительный эффект, все участники игры должны взаимодействовать, поскольку в противном случае оптимальная стратегия каждого участника будет заключаться в максимальном расширении своих квантов времени для обеспечения как можно более высоких собственных скоростей передачи данных. Во избежание сохранения такого предварительного условия, как обязательное взаимодействие, при осуществлении эффективного гибкого мультиплексирования вводят следующие ограничительные правила перераспределения скорости передачи данных:

1. Если временной квант B[f(i; n)] должен быть продлен на Dt[f(i; n)], сервису S_i должна быть обеспечена возможность компенсировать такое расширение за счет следующего кванта времени B[f(i; n+1)], то есть расчетная длительность кванта времени B[f(i; n+1)] должна быть дольше, чем Dt[f(i; n)]. С этой целью введен структуризатор квантов времени 308, при реализации задающий каждому текущему кванту времени B[f(i; n)] актуальный начальный момент и актуальную скорость передачи данных r_eff[f(i; n)], которая допускает девиации относительно заранее рассчитанной скорости передачи данных r[f(i; n-1)], а также меняющий длительность текущего кванта времени на разность длительностей Dt[f(i; n)] только в случае, если оцененная длительность следующего временного кванта B[f(i; n+1)] превышает разностную длительность Dt[f(i; n)].

2. Фактическое изменение Dt[f(i; n)] длительности текущего кванта времени, то есть разность длительностей, находят с использованием неравенства (3), применяя следующее выражение:

$$\Delta t\left[f\left(i;n\right)\right]=max\left(\Delta t_w\left[f\left(i;n\right)\right]-max\left(\Delta t_w\left[f\left(i;n-1\right);0)\right]-\Delta T\left[f\left(i;n\right)\right]\right)\right)\left(4\right)$$

В данном контексте Dt_w[f(i; n)] обозначает желаемую или предпочтительную измененную длительность текущего кванта времени B[f(i; n)]. Варианты реализации показали, что на выбор предпочтительной величины изменения длительности Dt_w[f(i; n)], кроме прямой зависимости от рекомендуемой скорости передачи данных r_w[f(i; n)] для текущего кванта времени B[f(i; n)], влияет стоимость скорости передачи данных, например, цена за единицу скорости передачи данных. Этот вопрос ниже будет рассмотрен более подробно. Рекомендуемая разность длительностей Dt_w[f(i; 0)] для первого рассматриваемого временного кванта B[f(i; 0)] сервиса S_i будет принята за ноль, то есть Dt_w[f(i; 0)]=0. Для выполнения уравнения (4) структуризатор квантов времени 308 согласно варианту технического решения задает величину изменения длительности Dt[f(i; n)] как функцию разности длительностей Dt_w[f(i; n)], результирующую из предпочтительной скорости передачи данных для текущего кванта времени, разности длительностей Dt_w[f(i; n-1)], результирующей из скорости передачи данных, предпочтительной для предыдущего кванта времени, и задержки DT[f(i; n)] реального начального момента T[f(i; n)] относительно начального момента $${\widehat{T}}_i\left[n\right]$$ , рассчитанного из предыдущего фрейма передачи.

Уравнение (4) до некоторой степени описывает изменение скоростей передачи данных двух последовательных квантов времени B[f(i; n-1)] и B[f(i; n)] (или B[f(i; n)] и B[f(i; n+1)]). Если предыдущий временной квант B[f(i; n-1)] был уже расширен на Dt_w[f(i; n-1)], продолжительность этого расширения в соответствии с уравнением (4) вычитается из текущей желаемой разности длительностей Dt_w[f(i; n)]. Это может быть интерпретировано как задолженность по скорости передачи данных предыдущего кванта времени B[f(i; n-1)], которая погашается в следующем временном кванте B[f(i; n)]. Таким образом, если предшествующий квант времени был продлен (Dt_w[f(i; n-1)]>0), время этого продления согласно уравнению (4) вычитается из желаемого расширения Dt_w[f(i; n)] текущего кванта времени B[f(i; n)], чтобы получить фактическое изменение Dt[f(i; n)] продолжительности временного кванта. Фактическое изменение Dt[f(i; n)] длительности кванта времени, безусловно, может быть отрицательной величиной, соответствующей сокращению кванта времени B[f(i; n)]. В дополнение к этому, уравнение (4) выражает то, что текущий временной квант B[f(i; n)] не должен быть сокращен больше, чем на общую величину задержки DT[f(i; n)], чтобы не нарушать неравенство (3), то есть Dt[f(i; n)] i -DT[f(i; n)]. В силу сказанного, структуризатор квантов времени 308 в аппаратном исполнении предназначен для выбора величины изменения длительности Dt[f(i; n)] кванта времени B[f(i; n)] информационного сигнала, превышающей отрицательную величину совокупного накопленного времени задержки -DT[f(i; n+l] предшествующих квантов времени в цикле передачи.

3. Максимально возможную задержку DT_max[f(i; n)] начала кванта времени, известную для всех n, определяют для каждого кванта времени B[f(i; n)]. Эта максимально возможная задержка DT_max[f(i; n)] может определяться, например, рабочим объемом буферов дрожания соответствующей вещательной службы S_i. В силу этого ни один квант времени B[f(i; n)] не должен запаздывать больше, чем допускает DT_max[f(i; n)]. Если принимать во внимание известные и ожидаемые смещения соседних временных квантов, для фактического изменения Dt[f(i; n)] возникает еще одно граничное условие:

$$\Delta t\left[f\left(i;n\right)\right]\le \underset{m=f\left(i;n\right)+1}{\overset{f\left(i;n+1\right)}{\min }}\left(\Delta T_{\max }\left[m\right]-\Delta \tilde{T}\left[m;n\right]\right)\forall i\in \left[1;N\right],n\in N\left(5\right)$$

Чтобы выполнялось неравенство (5), желаемое изменение Dt_w[f(i; n)] длительности временного кванта должно быть соответствующим образом подобрано. Это значит, что, исходя из неравенства (5), различные сервисы S_i (i=1, …,I) могут обмениваться между собой скоростями передачи данных с целью выполнения граничного условия, выраженного указанным неравенством, для каждого кванта времени и каждого цикла передачи. Функция $$\Delta \tilde{T}\left[m;n\right]$$ выражает вспомогательную функцию оценки будущих сдвигов, то есть - тех, которые еще не произошли, в смежных квантах времени. Пусть n - номер текущего кванта времени, a m - номер соседнего кванта времени, сдвиг которого будет оценен. В этом случае пусть функция определяется следующим образом:

$$\begin{array}{l}\Delta \tilde{T}\left[m;n\right]={\displaystyle \sum _{l=1}^{m-1}\Delta \tilde{t}\left[l;n\right]}\\ \Delta \tilde{t}\left[l;n\right]\{\begin{array}{l}\Delta t\left[1\right]if1<n\\ \max \left(-max\left(\Delta t_w\left[prev\left(1\right)\right];0\right)];\Delta \tilde{T}\left[l;n\right]\right)if1\ge n\\ andprev\left(1\right)<n\\ 0else\end{array}\left(6\right)\\ prev\left(n\right)=f\left(f_S^{-1}\left(n\right);f_n^{-1}\left(n\right)-1\right)\end{array}$$

Отсюда следует, что неравенство (5) в контексте уравнения (6) определяет ограничение максимального расширения каждого временного кванта только такой степени, при которой ни для одного из соседних квантов времени в цикле передачи максимально возможная задержка DT_max не будет превышена. При оценке $$\Delta \tilde{T}\left[m;n\right]$$ , разумеется, следует принимать во внимание как уже известные изменения (1 J n) предсказанных или измененных ранее квантов времени, так и кванты времени (1>n и предыдущий (1)<n) - которые еще предстоит изменить - данного цикла передачи. Для подлежащих обработке временных квантов B[m] соответствующее расчетное значение $$\Delta \tilde{T}\left[m;n\right]$$ изменения выведено из изменения кванта времени $$f_i^{-1}\left(m\right)$$ предыдущего цикла передачи, где указанный квант $$f_i^{-1}\left(m\right)$$ соответствует определенной службе вещания $$f_S^{-1}\left(m\right)$$ . Эта оценка основывается на допущении, что скорость передачи данных, которая была вычтена или прибавлена в предыдущем цикле передачи, будет восстановлена или возвращена в текущем цикле передачи. Из этого следует, что при оценивании с использованием уравнений (5) или (6) также задействован принцип заимствования скорости передачи данных.

4. Каждый квант времени B[f(i; n)], для которого применимо max(Dt_w[f(i; n-1]; 0)<DT[f(i; n)], также может быть сокращен, т.е. Dt_w[f(i; n)]<0. Здесь неравенство (3) вновь должно рассматриваться как граничное условие, при этом минимальное желательное изменение времени Dt_w[f(i; n)] следует из подстановки в уравнение (4):

$$\Delta t_{w,\min }\left[f\left(i;n\right)\right]=\max \left(\Delta t_w\left[f\left(i;n-1\right)\right];0\right)-\Delta T\left[f\left(i;n\right)\right]\left(7\right)$$

Как уже говорилось выше, уравнение (7) выражает то, что изменение Dt[f(i; n)] длительности кванта времени должно быть выбрано так, чтобы квант времени B[f(i; n)] не мог начинаться раньше предварительно сообщенного или расчетного начального момента. Согласно уравнению (7) Dt_{w, min} выражает именно это.

Приведенные выше правила 1-4 отражают следующее:

a) каждый временной квант B[f(i; n)] может переносить на будущее такой объем скорости передачи данных из своего собственного будущего кванта времени B[f(i; n+1)], какой может быть компенсирован другими службами за счет своих буферов дрожания,

b) задержка DT[n], которая уже аккумулирована за время прохождения каждого кванта времени, может быть частично или полностью компенсирована за счет сокращения длительностей квантов времени других служб вещания.

Как уже указывалось, необходимые изменения Dt_w[f(i; n)] длительности квантов времени согласно конструктивным решениям являются результатом взаимодействия скоростей передачи данных r_w[f(i; n)], востребованных или предпочтительно обработанных кодерами 304-i, и стоимости скорости передачи данных, предположим, в виде цены за единицу скорости передачи данных. То есть, исходя из аппаратных версий, структуризатор временных квантов 308 предназначен для задания конкретных действительных скоростей передачи данных r_eff[f(i; n)] цикла передачи в зависимости от готового к передаче текущего информационного сигнала 301-i и от стоимости скорости передачи данных.

Изменению Dt[f(i; n)] длительности кванта времени должна быть задана функция оплаты. Для сервисов S_i, которые расширяют квант времени B_i[n] или B[f(i; n)], должна быть установлена функция начисления обратной компенсации. Такая обратная компенсация начисляется (положительно) равными частями в пользу всех служб вещания S_j(j №i), временные кванты которых сдвигались за счет такого расширения Dt[f(i; n)]. При этом, если квант времени сокращен (Dt[f(i; n)]<0), служба, которая в настоящее время передает меньшее число битов, получит возмещение, эквивалентное такому сокращению.

Ниже дано пояснение для функции пропорциональной стоимости. На одну секунду эфирного времени должна быть установлена постоянная цена. Если квант времени B[n], принадлежащий службе вещания S_i, будет расширен на Dt[n], другие службы получат рассчитанную ниже компенсацию за все временные кванты, переданные между B[f(i; n)] и

$$\begin{array}{l}B\left[f\left(i;n+1\right)\right],т.е.B\left[x\right]\forall x\in \lfloor n+1;f\left(f_S^{-1}\left(n\right)\right);f_n^{-1}\left(n\right)+1\rfloor :\\ u\left[x\right]=c\cdot \Delta t\left[n\right]\left(8\right)\end{array}$$

Если несколько квантов времени было расширено путем наложения, применяется следующая функция начисления возмещения:

$$u\left[n\right]=c\cdot {\displaystyle \sum _{x=1}^{n-1}\Delta t\left[x\right]=c\cdot \Delta T\left[n\right]}\left(9\right)$$

Функция начисления (обратной) компенсации для службы, чей временной квант был продлен, может быть рассчитана по уравнению (8):

$$u\left[n\right]=-c\cdot \Delta t\left[n\right]\cdot \left(f\left(i;n+1\right)-f\left(i;n\right)\right)\left(10\right)$$

Если квант времени укорочен, т.е. (Δt[n]<0), и если полный общий сдвиг таким образом полностью или частично компенсирован, служба, за счет которой было выполнено сокращение, в качестве компенсации получит дополнительную оплату:

$$u\left[n\right]=\frac{-\Delta t\left[n\right]}{\Delta T\left[n\right]}\cdot c\cdot {\displaystyle \sum _{m=n+1}^{\infty }\Delta \tilde{T}\left[m;n\right]}\left(11\right)$$

Итак, полная компенсация за квант времени имеет вид:

$$u\left[n\right]=c\cdot \Delta T\left[n\right]\cdot \{\begin{array}{l}1-\frac{\Delta t\left[n\right]}{\Delta T\left[n\right]}\cdot \left(f\left(i;n+1\right)-f\left(i;n\right)\right)\begin{array}{c}\\ if\Delta t\left[n\right]\ge 0\end{array}\\ 1-\frac{\Delta t\left[n\right]}{\Delta T{\left[n\right]}^2}\cdot {\displaystyle {\sum }_{m=n+1}^{\infty }\Delta \tilde{T}\left[m;n\right]\begin{array}{c}else\\ \end{array}}\end{array}\text{ (12)}$$

Исходя из сказанного, согласно конструктивным решениям по настоящему изобретению структуризатор квантов времени 308 практически задает каждую из реальных скоростей передачи данных r_eff[f(i; n)] в зависимости от информационного сигнала 301-i, готового к трансляции в составе соответствующего кванта времени, по стоимости с скорости передачи данных. Каждому из информационных сигналов 301-i может быть начислена величина u[f(i; n)], зависящая от стоимости с скорости передачи данных, если квант времени B[f(i; n)] информационного сигнала 301-i будет сокращен (Dt[f(i; n)]<0), а при расширении кванта времени B[f(i; n)] информационного сигнала 301-i, т.е. Dt[f(i; n)]>0 величина u[f(i; n)], зависящая от стоимости с скорости передачи данных, может быть вычтена.

Общая схема системы передачи множества информационных сигналов 301-i в режиме гибкого мультиплексирования показана на фиг.5.

На фиг.5 приведен пример системы, обрабатывающей сигналы трех вещательных служб. Кодеры 304-i пересылают необходимые статусные параметры входящих информационных сигналов 301-i на блоки предиктора 302-i, обеспечивая оценивание скорости передачи данных, как было описано ранее. В дальнейшем на базе полученной оценки скоростей передачи данных рассчитывают значения дельта-Т. С помощью мультиплексора DVB-H 502 эти значения интегрируют в поток двоичных сигналов и, далее, транслируют, например, на портативные терминалы цифрового телевидения DVB-Н. Для этого кодеры 304-i могут вносить с помощью структуризатора квантов времени 308 кратковременные изменения в структуру квантования в формате DVB-H. Блок 308 может быть спроектирован как централизованный элемент, как показано на фиг.5, или может быть децентрализован. Это значит, что структуризатор временных квантов 308 может быть распределен между индивидуальными поставщиками услуг таким образом, что каждый провайдер будет (ре)структурировать свой соответствующий квант времени, при этом принимая во внимание уже известное или ожидаемое реструктурирование, предпринимаемое другими сервисами (см. уравнение (6)). Следовательно, в подобном случае потребуется, по меньшей мере, взаимная компоновка децентрализованных реструктуризаторов. В каждом случае при перераспределении должны соблюдаться граничные и технические условия, описанные ранее.

Каждое реструктурирование инициируется отдельным кодером 304-i. В принципе, инициирующий кодер имеет выбор между расширением и сокращением временного кванта. Используя функцию компенсации стоимости u[.], сформулированную выше, кодер 304-i может рассчитать стоимость и/или целесообразность расширения или сжатия кванта времени. Благодаря этому кодер оснащен средством оценки и управления скоростью передачи данных.

Излагаемая концепция изобретения сокращает продолжительность скрытого периода ожидания или сквозной задержки T_L, что уже рассматривалось в начале со ссылкой на фиг.9, таким образом, что момент, обозначаемый как фактическое начало распределения скоростей передачи данных, приближен к моменту начала воспроизведения полезных данных. Такая взаимозависимость показана на фиг.6.

На фиг.6 показана разбивка информационного сигнала 301-i на отдельные информационные кластеры N-l, N, N+1, N+2, … Что касается кластера N информационного сигнала, то можно заметить, что момент завершения анализа 602-N скорости потока данных в нем приближен к началу времени воспроизведения кванта времени N, если сравнивать с фиг.9, рассмотренной вначале. Это является следствием того, что анализ 602-(N+l) скорости потока данных не нужен для очередного сегмента информационного сигнала N+1 в момент воспроизведения T_N, а вместо него для сегмента N+1 готовится оценка 102, 104 величин дельта-T, которые должны быть переданы в составе кванта времени N. Такое оценивание менее затратно и не нуждается в следующем кластере N+1 информационного сигнала, а может быть выполнено, как уже говорилось, с использованием предыдущих и текущих сегментов информационных сигналов (уравнения (1) и (2)).

В заключение следует обратить внимание на то, что поток двоичных данных, генерируемый согласно концепции изобретения, может быть обработан в сквозном режиме с помощью стандартного терминала (например, устройства DVB-H).

Представляемая в изобретении концепция может найти приложение, например, в системе обмена скоростями обработки данных, что рассматривается ниже. В такой системе скорости обработки данных внутри сети, в частности, в сети DVB-H, распределяются между сетевыми провайдерами информационных сигналов и услуг через систему обмена, сходную с рынком. Торговая площадка с оборудованием для обеспечения обмена данными или программными агентами, системой распределения потока данных или агентом обмена данными используется для того, чтобы управлять скоростями обмена данными индивидуальных провайдеров информационных сигналов. Участниками на такой торговой площадке являются программные агенты или устройства для обеспечения обмена данными. От имени провайдеров информационных сигналов они участвуют в торговом обмене скоростями мультиплексной передачи данных и приобретают таким способом трансляционные мощности для информационных сигналов вещательных служб, которые они представляют.

Следует принимать во внимание, что предлагаемое изобретение не ограничено строго определенными компонентами устройств или описанной процедурой, так как названные компоненты и методы могут варьироваться. Использованные в описании термины имеют целью лишь лучшее понимание конструктивных особенностей реализации и не являются исключительно применимыми. Встречающиеся в описании и патентной формуле множественное или единственное число в отношении элементов конструкции также отражают их возможное многообразие, если иное не следует из контекста, и наоборот.

Даже при том, что сети DVB-H особенно применимы для реализации концепции изобретения, поскольку формат DVB-H совместим с любыми потоками данных в виде дейтаграмм [датаграмм] IP, концепция изобретения не ограничивается сетями DVB-H.

Кроме того, следует указать на то, что в зависимости от условий концепция изобретения может быть воплощена также в виде программного обеспечения. Изобретение может быть реализовано на цифровом носителе информации, в частности, на DVD, CD или жестком диске с электронно-считываемыми управляющими сигналами, способными взаимодействовать с программируемой вычислительной системой и/или микроконтроллером, обеспечивая осуществление соответствующего способа передачи множества информационных сигналов в режиме гибкого мультиплексирования. Таким образом, в целом, изобретение представляет собой, кроме прочего, компьютерный программный продукт, имеющий код программы, хранящийся на машиночитаемом носителе, предназначенный для осуществления представленного в изобретении способа, при условии реализации данного компьютерного программного продукта с применением вычислительной техники и/или микроконтроллера. Другими словами, изобретение может быть реализовано как компьютерная программа, имеющая код программы для осуществления предлагаемого способа при условии, что данная компьютерная программа выполняется с использованием компьютера и/или микроконтроллера.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах беспроводной связи. Технический результат состоит в повышении скорости передачи данных. Для этого в текущем цикле передачи передаются расчетные значения относительного времени ожидания (дельта-T), оцененные, исходя из очень точных расчетов значений последующих скоростей передачи данных, от текущего кванта времени к очередному кванту времени одной и той же службы вещания. В очередном цикле передачи фактические скорости передачи данных некоторых информационных сигналов могут отклониться от ожидаемых скоростей обмена данными, в результате чего предсказанные границы временного кванта следующего цикла передачи могут сдвинуться. Однако потенциальный сдвиг границ кванта времени ограничен рядом условий. Квант времени очередного цикла передачи не может начаться прежде обозначенного расчетного момента его начала. При постоянных скоростях обмена данными оцененная структура квантов времени и фактическая структура квантов времени идентичны, в этом случае реализация представленной концепции оптимизируется благодаря преимуществам эффективного квантования времени. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство (300) для передачи множества информационных сигналов (301-i) способом циклического мультиплексирования квантованием времени, включающее вычислитель оценки (302), предназначенный для оценки для каждого информационного сигнала (301-i) вероятной скорости обмена данными (r_i[n]; r[f(i; n+1)]), с которой информационный сигнал будет кодироваться в составе кванта времени (B_i[n+1]; B[f(i; n+1)]), следующего за текущим квантом времени (B_i[n]; B[f(i; n)]); процессор (306), предназначенный для установления на основе оцененной скорости обмена данными (r_i[n]; r[f(i; n+1)]) для каждого из информационных сигналов (301-i) относительного времени ожидания (дельта-Т), указывающего расчетный момент начала следующего временного кванта (B_i[n+1]) информационного сигнала (301-i); и структуризатор квантов времени (308), предназначенный для задания действительного момента начала (T_i[n+1]; T[f(i; n+1)) каждому из последующих квантов времени (B_i[n+1]; B[f(i; n+1)]), исходя из фактической скорости передачи данных (r_eff,i[n]; r_eff[f(i; n+1)]) информационного сигнала (301-i) с учетом вероятности девиации фактической скорости передачи данных (r_eff,i[n]; r_eff[f(i; n+1)]) относительно скорости передачи данных (r_i[n]; r[f(i; n+1)]), рассчитанной вычислителем оценки (302), причем каждый реальный момент начала (T_i[n+1]; T[f(i; n+1)) очередных временных квантов больше или равен соответствующему расчетному начальному моменту .

2. Устройство по п.1, в котором процессор (306) задает относительное время ожидания (дельта-Т) так, чтобы расчетный момент начала и фактический момент начала (T_i[n+1]; T[f(i; n+1)) следующего временного кванта (B_i[n+1]) абсолютно совпадали, если оцененная скорость передачи данных (r_i[n]; r[f(i; n+1)]) и действительная скорость передачи данных (r_eff,i[n]; r_eff[f(i; n+1)]) всех информационных сигналов не будут отличаться от друг друга.

3. Устройство по п.1, в составе которого процессор (306) интегрирует каждый из рассчитанных показателей относительного времени ожидания (дельта-Т_i[n]) в текущий квант времени (B_i[n]) соответствующего информационного сигнала (301-i) для передачи их на принимающее оборудование.

4. Устройство по п.1, в составе которого вычислитель оценки (302) рассчитывает скорость передачи данных (r_eff[f(i; n+1)]) информационного сигнала (301-i) для следующего кванта времени (B_i[n+1]), по меньшей мере, исходя из предшествующей и/или текущей фактической скоростей обмена данными (r_eff[f(i; n-1)]); r_eff[f(i; n)]) информационного сигнала.

5. Устройство по п.1, в составе которого вычислитель оценки (302) рассчитывает скорость передачи данных (r_eff[f(i; n+1)]) информационного сигнала (301-i) следующего кванта времени (B_i[n+1]) исходя из расчетной скорости передачи данных, фактической скорости передачи данных и скорости передачи данных информационного сигнала, предпочтительного для следующего временного кванта.

6. Устройство по п.1, в составе которого структуризатор квантов времени (308) задает каждому из текущих квантов времени (B[f(i; n)]) актуальный начальный момент и актуальную скорость передачи данных (r_eff[f(i; n)]), которая может отличаться от предварительно оцененной скорости передачи данных (r_eff[f(i; n-1)]), и изменяет длительность текущего кванта времени на разность длительностей (Dt[f(i; n)]) только, если ожидаемая продолжительность следующего кванта времени (B[f(i; n+1)]) превышает разность длительностей (Dt[f(i; n)]).

7. Устройство по п.6, в составе которого структуризатор квантов времени (308) задает величину изменения длительности Dt[f(i; n)] как функцию разности длительностей Dt_w[f(i; n)], результирующую из предпочтительной скорости передачи данных для текущего кванта времени, разности длительностей Dt_w[f(i; n-1)], результирующей из скорости передачи данных, предпочтительной для предыдущего кванта времени, и задержки DT[f(i; n)] реального начального момента T[f(i; n)] относительно начального момента , рассчитанного из предыдущего цикла передачи.

8. Устройство по п.1, в составе которого структуризатор квантов времени (308) задает каждому из последующих временных квантов (B[f(i; n+1)]) величину изменения длительности (Dt[f(i; n+1)]) в соответствии с фактической скоростью передачи данных (r_eff[f(i; n+1)]) информационного сигнала (301-i) с целью установления в каждом случае актуального момента начала (T[f(i; n)]), при этом задаваемая величина изменения длительности (Dt[f(i; n+1)]) зависит от предпочтительной разности длительностей (Dt_w[f(i; n+1)]) следующего временного кванта и предпочтительной разности длительностей (Dt_w[f(i; n)]) текущего кванта времени (B[f(i; n)]) информационного сигнала.

9. Устройство по п.8, в составе которого структуризатор квантов времени (308) выбирает разность длительностей (Dt[f(i; n)]) кванта времени (B[f(i; n)]) информационного сигнала, превышающую отрицательную величину общей накопленной задержки (-DT[f(i; n+1)]) предшествующих квантов времени в цикле передачи.

10. Устройство по п.8, в составе которого структуризатор квантов времени (308) выбирает разность длительностей (Dt[f(i; n)]) кванта времени (B[f(i; n)]) информационного сигнала, меньшую максимально возможного времени задержки (DT_max[f(i; n)]) временного кванта, причем максимально возможное время задержки зависит от емкости буфера дрожания [отклонения скоростей от номинала], к которому привязан информационный сигнал.

11. Устройство по п.1, в составе которого структуризатор квантов времени (308) задает каждую действительную скорость передачи данных (r_eff[f(i; n+1)]) в следующем цикле передачи как функцию от информационного сигнала, который должен быть передан в очередном цикле передачи, и стоимости скорости передачи данных, соответственно.

12. Устройство по п.12, в составе которого структуризатор квантов времени (308) начисляет в счет каждого из информационных сигналов (301-i) величину со значением (u[.]) в зависимости от стоимости скорости передачи данных (с), если временной квант (B[f(i; n)]) информационного сигнала сокращен, и вычитает величину (u[.]) в зависимости от стоимости скорости передачи данных, если квант времени (B[f(i; n)]) информационного сигнала расширен.

13. Устройство по п.1, обеспечивающее в каждом случае обработку текущих и последующих циклов передачи, состоящих из текущих и последующих временных квантов, в формате портативного цифрового телевидения DVB-H.

14. Устройство по п.1, характеризующееся возможностью передачи множества информационных сигналов (301-i) путем циклического временного мультиплексирования на основе статистического мультиплексирования.

15. Способ (100) передачи множества информационных сигналов (301-i) с применением циклического мультиплексирования квантованием времени, заключающийся в оценивании (102) для каждого из информационных сигналов (301-i) скорости передачи данных (r_i[n]; r[f(i; n)]), с которой может быть выполнено кодирование соответствующего информационного сигнала в структуре кванта времени (B_i[n+1]; B[f(i; n+1)]), следующего за текущим временным квантом; определении (104) для каждого из информационных сигналов (301-i), исходя из оцененной скорости передачи данных (r_i[n]; r[f(i; n)]), относительного времени ожидания (дельта-Т), указывающего расчетный начальный момент очередного кванта времени (B_i[n+1], (B[f(i; n+1)]) информационного сигнала; и задании (106) актуального начального момента (T_i[n+1]) и актуальной скорости обработки данных (r_eff,i[n]; r_eff[f(i; n+1)]) каждому из последующих квантов времени (B_i[n+1]; B[f(i; n+1)]) с учетом вероятности девиации фактической скорости передачи данных относительно оцененной скорости передачи данных, при этом каждый действительный момент начала последующих квантов времени больше или равен соответствующему расчетному моменту начала .

16. Машиночитаемый носитель информации с записанной на нем компьютерной программой для пошагового осуществления способа по п.15 при условии выполнения компьютерной программы с использованием компьютера и/или микроконтроллера.