專利名稱：數(shù)據(jù)信號的處理和傳輸方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對數(shù)據(jù)信號進行處理和傳輸?shù)姆椒ǎ唧w地說，涉及在同時進行聲音和數(shù)據(jù)廣播的系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)信號進行處理和傳輸?shù)姆椒?
對于雙聲道立體聲廣播來說，單純語音(說話)廣播節(jié)目的立體聲是沒有什么實際意義的。通常，在調頻立體聲廣播播送語音時，只傳送一路模擬量的聲音信號，所以人們便提出了這樣的方案，即利用節(jié)省下來的信道傳輸能力來傳送計算機數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)廣播，立體聲廣播的“聽眾”在接收端可以利用個人計算機(PC)將被傳播的計算機數(shù)據(jù)加工還原成文字和圖形畫面信息而加以利用，這樣，便使得雙聲道立體聲廣播變成一種能傳播聲音、文字和圖形畫面的多媒體。
本發(fā)明的同一發(fā)明人在1993年3月9日向中國專利局提出的第93102224.X的名稱為《聲音信號和計算機數(shù)據(jù)的傳輸方法和系統(tǒng)》的專利申請中，提出了利用立體聲傳輸和/或記錄設備傳輸和/或記錄一路聲音信號，而利用剩余的傳輸能力來傳送數(shù)據(jù)信號的技術方案。該文件在此引作為本發(fā)明的參考文獻而引入到本發(fā)明的公開之中。
把計算機數(shù)據(jù)轉換成音頻形式的信號，直接利用立體聲設備的一個聲道進行傳送或記錄，這是一種比較簡便的傳輸方式，其優(yōu)點是1.可適用于現(xiàn)有的雙聲道錄音設備和其他立體聲廣播系統(tǒng)，如調頻、調幅和有線立體聲廣播系統(tǒng)。這些系統(tǒng)和設備相互銜接(如節(jié)目的錄放和轉播)時，數(shù)據(jù)信號無須轉換。這種方式比較適合用于計算機廣播教學。
2.計算機與廣播和錄音設備的接口是音頻電路，如喇叭或者音頻功率放大器的輸入端。接口電路簡單，便于現(xiàn)有設備的改造。
這種方案的主要原理是，在信號發(fā)送端，利用一發(fā)送調制器來作為計算機與立體聲廣播網(wǎng)(或立體聲錄音機)之間的接口，完成對數(shù)據(jù)信號的調制轉換，以便于雙聲道立體聲廣播網(wǎng)中的一個通道進行數(shù)據(jù)傳輸。在接收端利用一接收解調器作為立體聲收音機或錄音機與計算機的接口，將其中所接收到的一個通道中的數(shù)據(jù)信號還原解調成計算機數(shù)據(jù)后，送入計算機中加以利用。

圖1示出了這種系統(tǒng)的原理圖。這種系統(tǒng)可以用來進行數(shù)據(jù)廣播，也可以用作有聲的計算機教學。由于是利用了現(xiàn)有的立體聲廣播網(wǎng)及立體聲錄音設備，所以系統(tǒng)的成本低，改造容易，還能夠與現(xiàn)有的立體聲廣播系統(tǒng)兼容。
在這種數(shù)據(jù)廣播中，接收端可以采用如圖2所示的接口電路完成。計算機與立體聲收音或錄音設備之間的接口電路的原理是，將雙聲道中作為數(shù)據(jù)通道(比如R聲道)里的信號(可能是聲音信號，也可能是數(shù)據(jù)信號)，通過“信號轉換器”轉換后送至接收解調器。當接收端解調器識別出其中的“數(shù)傳標記”時，驅動一個“兼容開關”，將相應的一路音頻輸出(比如R路喇叭)接到聲音通道(比如L聲道)上去?！皵?shù)傳標記”是數(shù)據(jù)流中的一種特殊字符串，(比如數(shù)據(jù)包的“分割符”)，它以特定的時間間隔出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中。數(shù)據(jù)傳輸一旦結束，“數(shù)傳標記”消失，接收解調器便自動把“兼容開關”復位，音頻輸出便還原成正常的雙聲道狀態(tài)。圖3表示計算機與調頻單聲道收音機的接口。接口電路中包括一個立體聲解碼器和“L+R”電路，收音機的鑒頻輸出被送入立體聲解碼器，分解出來的L信號和R信號被送到“L+R”電路相加，得到單聲道信號。其他原理與圖2類同。
直接采用一個聲道傳輸數(shù)據(jù)的工作方式有以下缺點1.調頻立體聲廣播中左右聲道之間存在有竄音干擾。按有關的技術標準規(guī)定，調頻立體聲廣播和接收設備的聲道隔離度必須≥36dB，而節(jié)目信號的信噪比卻必須大于等于60dB。在進行數(shù)據(jù)廣播時，如果把數(shù)據(jù)信號對聲音信號的“竄音”當做干擾，那么聲音信號的信噪比達不到60dB的要求。
2.現(xiàn)有調頻收音機必須加裝上述接口電路，才能自動完成數(shù)據(jù)廣播節(jié)目與正常立體聲廣播節(jié)目之間的切換操作，即存在兼容問題。未經(jīng)這種技術改造時，現(xiàn)有的調頻立體聲廣播收音機尚可人為地將數(shù)據(jù)通道一側的音量關掉，收聽聲音廣播;而現(xiàn)有的調頻單聲道收音機則無法人工地消除數(shù)據(jù)信號的影響。
3.傳輸信道的利用率低。調頻立體聲廣播中用于傳播兩路聲音信號的主信道的帶寬為53KHz。傳輸一路聲音信號(L+R聲音信號)實際上只須帶寬15KHz(即L+R信道)，其余仍有寬度為30KHz以上的信道可以用于傳輸數(shù)據(jù)信號。但是，由于L-R信道中采用雙邊帶調幅工作方式，同時現(xiàn)有技術中數(shù)據(jù)信號的頻譜較寬，所以數(shù)據(jù)通道實際可以利用的帶寬只有15KHz。
本發(fā)明是針對數(shù)據(jù)的處理和傳輸所提出的改進。因此，本發(fā)明的目的在于，提供對數(shù)據(jù)信號進行處理和傳輸?shù)姆椒ǎ軌蚴箶?shù)據(jù)信號在雙聲道立體聲廣播系統(tǒng)中聲音通道內的竄擾減小至-60dB以下，并且也提高數(shù)據(jù)廣播中聲音信號與數(shù)據(jù)信號之間隔離度。
本發(fā)明的目的還在于，提供一種對數(shù)據(jù)信號進行處理和傳輸?shù)姆椒ǎ渲惺箶?shù)據(jù)信號的頻譜得到壓縮，進而充分利用傳輸信道的通訊能力，提高所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的可靠性。
本發(fā)明的目的還在于，提供了在數(shù)據(jù)廣播中的計算機與廣播發(fā)送及接收設備之間接口的方法，其中數(shù)據(jù)傳輸速率可以任意設置。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種對數(shù)據(jù)信號進行處理和傳輸?shù)姆椒āＫǜ咚俾屎偷退俾蕛煞N傳輸方式。在高速率傳輸方式中，本發(fā)明利用現(xiàn)有調頻立體聲廣播的主信道中“左+右”(L+R)和“左-右”(L-R)傳播聲音和數(shù)據(jù)信號。其中利用“L+R”信道傳送一路聲音信號，利用“L-R”信道傳送數(shù)據(jù)信號。在低速率傳輸方式中，則直接利用立體聲雙聲道的一個聲道傳送聲音信號，另一個聲道用來傳送數(shù)據(jù)信號。本發(fā)明的數(shù)據(jù)信號處理和傳輸方法包括利用連續(xù)n個字符x(x可為"1"或"0")的字符串作為"分割符"，利用連續(xù)n+1個字符x的字符串作為解碼"時鐘同步符".在數(shù)據(jù)發(fā)送之前，先按常規(guī)將數(shù)據(jù)分割成大小是適當?shù)臄?shù)據(jù)塊，然后對其進行"加碼"處理，這包括對數(shù)據(jù)"加x"，"加x"和"再加x"的過程，其目的為了使數(shù)據(jù)在后續(xù)被編碼和調制之后，信號的低頻和高頻諧波成份得到減少，功率頻譜變得相對集中，從而提高信道得利用率和傳輸可靠性.
在“加碼”后的數(shù)據(jù)進行打包，即每個數(shù)據(jù)塊的前端加上三個(或三個以上的)由特定字符組成的“分割符”和一個“填充符”，數(shù)據(jù)塊的后端加上一個“填充符”和三個(或三個以上的)“分割符”。數(shù)據(jù)塊的中間不得插入任何字符，而數(shù)據(jù)塊與數(shù)據(jù)塊之間可以插入任意個“分割符”。這些“分割符”用來供接收端進行解碼時鐘的同步監(jiān)測、字節(jié)同步和數(shù)據(jù)塊同步處理。這里的“填充符”用來避免“分割符”與后面的有效數(shù)據(jù)的組合，生成與“分割符”或“時鐘同步符”相同的字符;
對打好的數(shù)據(jù)包進行編碼;本發(fā)明采用一種改良的密勒碼方式，對經(jīng)“加碼”處理和打包后的數(shù)據(jù)進行編碼調制。首先用發(fā)送時鐘信號對數(shù)據(jù)信號進行“同”門或“異”門運算，生成數(shù)字雙相碼，再用數(shù)字雙相碼驅動一雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，得到數(shù)據(jù)信號的密勒碼。這種改良的密勒碼信號的頻譜成分較未經(jīng)“加碼”處理過的數(shù)據(jù)信號的密勒碼的頻譜成分大大地集中了，故而降低了發(fā)送數(shù)字信號所占的帶寬，為提高數(shù)據(jù)的傳輸速率創(chuàng)造了前提;
將經(jīng)過編碼后的數(shù)字信號變換成一種變幅平頂正弦脈沖，理想的情況是變換成一種鐘形脈沖，送至廣播發(fā)射機加以發(fā)射。
在接收端對數(shù)據(jù)的解調還原包括步驟利用限幅放大器對所接收信號進行解調，并用解調后的信號對解調器的時鐘進行頻率監(jiān)控;
對解調后的信號進行密勒解碼，并通過信號中的特定字符，比如前面提到的“分割符”，對解碼器的時鐘的相位進行鎖定，以及進行數(shù)據(jù)流中的字節(jié)同步和數(shù)據(jù)包同步，防止誤解碼的出現(xiàn)。
對解包后的數(shù)據(jù)進行“去碼”處理，它相應地包括“去x”、“去x”和“再去x”的過程，進而拼裝出原數(shù)據(jù)。
為了充分利用信道的傳輸能力，本發(fā)明中，上述密勒碼的編碼和解碼過程，解碼器中的解碼時鐘的同步、數(shù)據(jù)字節(jié)的同步以及數(shù)據(jù)塊的同步均由軟件實施。本發(fā)明的發(fā)送端采用異步/同步串行規(guī)程的傳換，即在數(shù)據(jù)調制器與計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸采用異步串行規(guī)程，數(shù)據(jù)以通常的異步方式從計算機串行輸入/輸出(SIO)口送入調制器;而在數(shù)據(jù)的傳輸和存儲過程中采用同步串行規(guī)程。接收端的解調器接收到的是同步串行數(shù)據(jù)，它以異步串行方式送入個人計算機的串行輸入/輸出(SIO)口，即在接收端的解調器里采用了同步/異步串行規(guī)程的轉換。經(jīng)過這種裝置，可以大大地提高數(shù)據(jù)的傳輸效率，并使數(shù)據(jù)信號的實際傳輸速率可以任意設置。當然，在不采用SIO口時，也可以采有計算機總線方式進行數(shù)據(jù)交換。這種結構可以制作成一個插板與計算機相連的方式。
為了簡明地說明本發(fā)明在發(fā)送端與接收端對數(shù)據(jù)進行處理的過程，下面的表1給出了發(fā)送端對數(shù)據(jù)進行處理以及接收端對數(shù)據(jù)進行還原的步驟對照表。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理和傳輸方法，雙聲道立體聲廣播電臺可以以高、低兩種不同的傳輸速率傳播數(shù)據(jù)信號，供不同接收終端接收對于調頻立體聲廣播，電臺可以利用主信道中的“L-R”信道以66.25Kbps的傳輸速率來傳輸數(shù)據(jù)信號，以主信道中的“L+R”信道傳送一路聲音信號，這時，電臺關閉導頻信號(19KHz)，以表示系統(tǒng)在進行高速率數(shù)據(jù)廣播。由于沒有了導頻信號普通的調頻立體聲和單聲道收音機只能收聽到聲音廣播，不再需要解調器中的“兼容開關”，而廣播中的數(shù)據(jù)信號則由數(shù)據(jù)解調器送之用戶的計算機加以使用。
對于調頻立體聲廣播也可以利用立體聲中的一個聲道，以18.75Kbps的傳輸速率傳輸數(shù)據(jù)信號，而另一聲道傳送聲音信號。如果采用調幅、有線立體聲廣播或供接收端磁帶記錄設備使用時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蕜t應相應降低。在這種低速率的數(shù)據(jù)廣播方式中通過對數(shù)據(jù)流中一種“數(shù)傳標記”的識別，對正常立體聲廣播和這種低速率數(shù)據(jù)廣播進行區(qū)別，驅動解調器中的“兼容開關”，控制聲音信號的輸出。為了將數(shù)據(jù)信號對聲音信號的竄擾降低到-60dB以下，應適當降低發(fā)送端數(shù)據(jù)信號的幅度電平，使其等于或低于-24dB(設100%調制為0dB電平);為了減少聲音信號都數(shù)據(jù)信號的竄擾，接收端將接收到的數(shù)據(jù)信號經(jīng)過一個高通慮波器(如3.4KHz)。
簡而言之，本發(fā)明在傳輸之前先將數(shù)據(jù)進行“加碼”處理，然后打成數(shù)據(jù)包發(fā)送;在發(fā)送時將數(shù)據(jù)流進行密勒碼編碼，然后將它轉換成一種變幅平頂正弦信號傳輸。采用了這些措施后，傳輸信號的頻譜集中，直流和低頻成分消失，高頻諧波分量也明顯降低，不但提高了系統(tǒng)的可靠性，而且提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。采用本發(fā)明的這種數(shù)據(jù)信號處理方式后，1.數(shù)據(jù)信號可以直接通過調頻立體聲廣播中的“L-R”信道傳送，而不干擾“L+R”信道，傳輸速率可達66.25Kbps。此時只要將調頻廣播的導頻信號關閉，便可對現(xiàn)有的調頻收音機兼容。
2.當直接利用一個聲道傳送數(shù)據(jù)信號時，可以使數(shù)據(jù)信號對聲音信號的竄擾小于-60dB，而數(shù)據(jù)信號本身具有很強的抗干擾(包括抗聲音信號竄擾)的能力。
另外，本發(fā)明中，數(shù)據(jù)包的分割符同時具有字符(時鐘時鐘)同步、字節(jié)同步和數(shù)據(jù)塊同步的功能。在傳輸中采取了串行數(shù)據(jù)的“異步/同步”規(guī)程轉換，使計算機的異步串行口的數(shù)據(jù)傳輸速率達到同步傳輸?shù)乃剑岣咂湫?5%，數(shù)據(jù)傳輸速率可任意設置，不受計算機串行口的硬件的局限。本發(fā)明中采用軟件完成密勒碼的編碼過程，從而簡化的發(fā)送調制器和接收解調器的硬件電路。本發(fā)明還對播送的數(shù)據(jù)采取了保護措施，防止數(shù)據(jù)被非法使用，保證信息廣播電臺的效益。
通過下面結合附圖對本發(fā)明最佳實施例的描述，本發(fā)明的以上和其它的目的及優(yōu)點將變得更加明顯。
圖1表示使用本發(fā)明的數(shù)據(jù)信號處理與傳輸方法的一種廣播系統(tǒng)的原理示意圖;
圖2表示一般可用的計算機與立體聲收音機或錄音設備的接口原理圖;
圖3是一般可用的計算機與單聲道收音機的接口原理圖;
圖4表示本發(fā)明發(fā)送端的密勒碼編碼的過程;
圖5表示本發(fā)明接收端的密勒碼解碼的過程;
圖6表示本發(fā)明接收端的時鐘同步原理;
圖7表示本發(fā)明發(fā)送端數(shù)據(jù)調制器的工作原理;以及圖8表示本發(fā)明接收端數(shù)據(jù)解調器的工作原理。
圖1示出了本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理和傳輸方法適用的一個數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)基本原理的示意圖。在圖1中，所有要對公眾進行廣播的數(shù)據(jù)信息通過多種多樣的信息匯集媒介20(比如電話、電傳、電報，計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)等方式)“投稿”至信息處理中心30，這里示出其包括的最基本的部件。要廣播的數(shù)據(jù)信號在計算機內得到編輯分類等處理后，與聲音信號源(如用于傳遞語音信號的傳聲器等)所發(fā)出的聲音信號相關地傳送至發(fā)送調制器。經(jīng)過發(fā)送調制器對數(shù)據(jù)信號的加工轉換和調制之后，送至信息廣播媒介(即雙聲道立體聲廣播網(wǎng))40，有廣播發(fā)射機加以發(fā)送，以供數(shù)目不定的信息用戶10所接收。信息用戶10最基本地包括一接收解調器，用以對所接收到的廣播信號進行解調轉換和還原的處理，將聲音信號送至收/錄音機，而將還原后的數(shù)據(jù)信號送給用戶的個人計算機。
在發(fā)送端，數(shù)據(jù)被傳輸之前，數(shù)據(jù)首先被分割成大小適當?shù)臄?shù)據(jù)塊，然后進行“加碼”處理。以n＝6，x＝1為例，所述"加碼"包括以下"加0"."加1"和"再加0"三個處理過程1.在數(shù)據(jù)流中，每一個連續(xù)為“0”的字符串(包括單個的“0”)，都被再插入一個“0”。經(jīng)過這個“加0”處理之后，原字符串“…101…”變成了“…1001…”，原字符串“…1001…”變成了“…10001”，依此類推。因此，新數(shù)據(jù)流中不再存在單個的“0”(即字符串“…101…”)。經(jīng)過“加0”處理的數(shù)據(jù)，在后續(xù)被編碼和調制之后，傳輸信號中低頻成分將明顯減少，功率頻譜變得比較集中，可以提高信道的利用率和傳輸可靠性。
2.在數(shù)據(jù)流中，當兩個“0”之間連“1”(連續(xù)為“1”)的數(shù)目大于或等于6時，再向這個連“1”字符串中插入一個“1”。經(jīng)過這個“加1”處理后，原數(shù)據(jù)流中的“…01111110…”字符就變成了“…011111110…”，原數(shù)據(jù)流中的“…011111110…”字符就變成了“…0111111110…”，…，依此類推。新數(shù)據(jù)流中不存在“…01111110…”字符，因此，字符“01111110”可以被用作傳輸規(guī)程中的數(shù)據(jù)包“分割符”。
3.在數(shù)據(jù)流中，當兩個“1”之間連“0”的數(shù)目大于或等于7時，再向這個連“0”字符串中插入一個“0”。經(jīng)過這個“再加0”處理后，原數(shù)據(jù)流中的“…100000001…”字符就變成了“…1000000001…”，原數(shù)據(jù)流中的“…1000000001…”字符就變成了“…10000000001…”，…，依此類推。新數(shù)據(jù)流中不存在“…100000001…”字符，因此，字符“100000001”可以被用作“時鐘同步符”。
對于經(jīng)過上述的“加碼”處理后的這種大小適當?shù)臄?shù)據(jù)塊，在每個數(shù)據(jù)塊的頭部添加一個“包頭”，在其尾部添加一個“包尾”，即組成了一個數(shù)據(jù)包，即打包過程?！鞍^”由3個或3個以上的“分割符”(字符“01111110”)開始，隨后是一個“填充符”(如字符“00000000”)，然后緊接著就是經(jīng)過“加碼”處理后的數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)塊的尾部緊接著(也就是“包尾”的開頭)是一個“填充符”，隨后是3個或3個以上的“分割符”。這里“填充符”的選擇原則是，使其不會與其前面的“分割符”，以及與其后面的有效數(shù)據(jù)的組合而成為與“分割符”或“時鐘同步符”相同的字符串，以避免可能發(fā)生的誤碼。
每個“分割符”既表示前一個數(shù)據(jù)包結束，又表示后一個數(shù)據(jù)包的開始。數(shù)據(jù)包的結構為…，“分割符”，“分割符”，“分割符”，“填充符”，“有效數(shù)據(jù)……”，“填充符”，“分割符”，“分割符”，“分割符”，…當兩個“分割符”之間的數(shù)據(jù)長度大于一定的值(如大于2字節(jié))時，接收端將它作為有效數(shù)據(jù)包。于是，數(shù)據(jù)包解包時，有效數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)是其前方最后一個“分割符”之后第二個字節(jié);該段有效數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)是其后方第一個“分割符”之前的第二個字節(jié)。
仍以n＝6，x＝1為例，在接收端，解包后的數(shù)據(jù)要進行以下"去碼"還原處理
1.當數(shù)據(jù)流中一個連續(xù)為“0”的比特串的比特數(shù)大于或等于8比特時，從中抽去一個“0”。
2.當數(shù)據(jù)流中一個連續(xù)為“1”的比特串的比特數(shù)大于或等于7比特時，從中抽去一個“1”。
3.將數(shù)據(jù)流中每一串連續(xù)的“0”的比特串，從中抽去一個“0”。
在發(fā)送端數(shù)據(jù)信號被“加碼”和打包之后，對數(shù)據(jù)信號進行密勒編碼。圖4表示發(fā)送端的密勒碼編碼過程。在本實施例中，數(shù)據(jù)(DTS)與發(fā)送時鐘信號(CKS)進行“同”門(exclusive NOR)運算，生成數(shù)字雙相碼(DP)。再用數(shù)字雙相碼(DP)的前沿(脈沖上升沿)觸發(fā)一個雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器便可得到待發(fā)送的密勒碼(MLS)。設時鐘信號CKS的半周期為T。當CKS的后沿(脈沖下降沿)與DTS的(正負)脈沖沿同步時，由于經(jīng)過“加0”處理后的數(shù)據(jù)流中不存在單個的“0”，也就是沒有“…101…”字符串，所以，經(jīng)密勒碼編碼后的脈沖信號的脈寬只有2T和3T兩種。與之相比，未經(jīng)“加0”處理的數(shù)據(jù)的密勒碼中，脈沖的寬度為2T、3T和4T三種取值，頻譜要寬得多。由于不存在脈寬為4T的脈沖，因此經(jīng)過“加0”處理后的密勒碼的頻譜成分減少了2/3。
為了進一步提高數(shù)據(jù)信號的傳輸速率，簡化信號的頻譜，本發(fā)明還采用了數(shù)據(jù)的異步/同步傳輸規(guī)程的變換。
個人計算機(計算機)的串行輸入/輸出口(SIO口)多采用異步串行通訊規(guī)程，即傳輸時在每一個字節(jié)的開頭加一個起始符(start)，在每一個字節(jié)的結尾加一個停止符(stop)。因此數(shù)據(jù)的傳輸速率低于SIO口比特率的80%。同時，SIO口比特率的值不能任意調整，取值范圍被限定為115200除以一個正整數(shù)(1、2、3、…)，因此不能充分利用信道的傳輸能力，尤其是在比特率較高的時候，更是如此。例如當信道傳輸能力為38.0Kbps時，SIO口的比特率只能設定為28.8Kbps。
本發(fā)明中，發(fā)送端的數(shù)據(jù)調制器與計算機之間的數(shù)據(jù)采用異步串行規(guī)程傳遞數(shù)據(jù)，而傳輸和存儲過程中則采用同步串行規(guī)程。在接收端的數(shù)據(jù)解調器接收的是同步串行數(shù)據(jù)，而送入計算機SIO口的則是異步串行數(shù)據(jù)。經(jīng)對這個同步/異步轉換后可提高計算機的異步串行口的數(shù)據(jù)傳輸效率25%，并使它的實際傳輸速率可以任意設置。
圖7表示數(shù)據(jù)調制器的工作原理。發(fā)送端調制器與計算機之間異步/同步串行規(guī)程的轉換電路包括，一個脈沖分離器PS，用以生成第一發(fā)送時鐘信號CKs1的第一時鐘信號發(fā)生器OSCs1、“串入并出”移位寄存器SIPOs、觸發(fā)器RS、鎖存器LT、“并入串出”移位寄存器PISOs，以及一個用于生成三種時鐘信號的第二發(fā)送時鐘信號發(fā)生器OSCs2。其中計算機把所要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)調制器的TD端送入調制器。TD脈沖經(jīng)過脈沖沿分離器PS后，用來把時鐘信號發(fā)生器OSCs1中分頻器清零，使第一時鐘信號CKs1與TD脈沖保持正確的相位關系。CKs1的頻率等于計算機的SIO口的比特率。TD和CKs1脈沖一起送入“串入并出”移位寄存器SIPOs。在CKs1的前沿的驅動下，數(shù)據(jù)TD送入SIPOs并從Q8向Q0移位。第二時鐘信號發(fā)生器OSCs2產生三種時鐘信號CKs2、4CKs2和1/8CKs2。其中CKs2等于信道中同步數(shù)據(jù)(即從發(fā)送端輸出放大器送出的和由接收端解調器所接收的廣播數(shù)據(jù))的傳輸速率;4CKs2＝CKs2×4;1/8CKs2＝CKs2÷8。1/8CKs2的前沿作為發(fā)送請求信號，通過調制器的CTS端送給計算機的SIO口(如通過“V24”接口的信號線CTS、DSR、DCD、或者RI)。計算機在收到這個請求后，通過TD端向調制器輸送一個字節(jié)。1/8CKs2的前沿同時還將SIPOs的所有寄存器置“1”(即異步傳輸規(guī)程的“停止符”);將觸發(fā)器RS的輸出Q置成“0”;并開啟“并入串出”移位寄存器PISOs的并行輸入端D0～D7。當一個完整的字節(jié)通過TD端送入SIPOs時，SIPOs的Q0為“0”(即異步傳輸規(guī)程的“起始符”)。這時，觸發(fā)器RS的輸出信號PL被SIPOs的Q0輸出置成“1”。用PL的脈沖前沿起動鎖存器LT，將SIPOs中Q8～Q1的狀態(tài)(一個字節(jié))分別存入LT的Q7～Q0。當下一個1/8CKs2脈沖前沿出現(xiàn)時，LT里的這個字節(jié)被送入PISOs的D7～D0。在CKs2的驅動之下，移位寄存器PISOs里的字符從D7向D0移位。PISOs的串行輸出就是串行同步數(shù)據(jù)流DTSyn。CKs2的頻率可以根據(jù)傳輸信道性能而設定，(如等于信道頻帶高端的5/4)。只要SIO口的性能允許，CKs1的頻率應該盡可能地提高，它至少必須大于CKs2的1.25倍。計算機的數(shù)據(jù)是“一包一包”地發(fā)送，數(shù)據(jù)包里不得插入其他數(shù)據(jù)，不得間斷，而在包與包之間可以插入任意個“分割符”。
一般來說，采用雙極性(正負極性交替出現(xiàn))的方波信號傳送二進制數(shù)據(jù)時，傳輸信號的高頻諧波成分很多，頻譜的低端可能包括直流成分，因此要求較寬的信道帶寬。采用密勒編碼后，傳輸速率提高一倍，但信號頻譜中仍有直流成分。即使是已經(jīng)將數(shù)據(jù)經(jīng)過“加0”處理之后，其傳輸信號的頻譜成分大為減少，也依然存在直流和低頻成分。這時如果再進一步采用濾波的辦法，濾去其中的直流和低頻成分，那么信號過零點處的相位將會發(fā)生較大的抖動，相位誤差△＞T×21%。顯然這是不可取的。
為了消除密勒碼形式的數(shù)據(jù)信號中的直流成分，而且最大限度地降低其低頻及高頻分量，以提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，本發(fā)明將其轉換成一種變幅平頂正弦波信號(參見圖4的波形CODE)，而加以傳輸。
參見圖7，根據(jù)本發(fā)明，數(shù)據(jù)調制器還主要包括一個變幅指令發(fā)生器、一個平頂正弦信號發(fā)生器、一個帶通慮波器(FS)和一個可變增益放大器(AS)。
變幅指令發(fā)生器由移位寄存器SF1、同門電路L1、L2、異門電路L3、與門電路L4和D-觸發(fā)器D1組成。在第二時鐘信號CKs2的驅動下，串行同數(shù)據(jù)DTSyn被送入移位寄存器SF1，從Q3向Q0移位。當SF1的輸出端Q3、Q2和Q1的狀態(tài)一樣(同為“1”或者同為“0”)時，同門L1和L2的輸出都為“1”，因此L4輸出為“1”。L4的輸出被送到D1的D端。當SF1的輸出Q1和Q0狀態(tài)不同時，L3輸出為“1”。L3的輸出被送到D1的CK端，它的前沿將觸發(fā)D1，使D1對L4的輸出取樣。D1的輸出就是“變幅”指令Ax。SF1的Q2端輸出為同步數(shù)據(jù)流DTSyn’，它正好比Ax指令落后一個T的時間。
平頂正弦信號發(fā)生器由移位寄存器SF2和R0至R7八個電阻組成，它是一個八階的數(shù)字式正弦信號合成器。在時鐘信號4CKs2的驅動下，同步數(shù)據(jù)流DTSyn’從SF2的串行輸入口送入，從Q7向Q0的移位。SF2的Q7～Q0輸出經(jīng)電阻R7～R0編碼后，得到(包含直流成分的)平頂正弦信號。比如電阻R0＝R7＝57.6Ri、R1＝R6＝30.9Ri，R2＝R5＝23.7Ri，R3＝R4＝2.1Ri。Ri為帶通慮波器FS的輸入阻抗。
平頂正弦信號發(fā)生器的輸出經(jīng)過帶通慮波器FS，(濾去1/3～4/5baud以外頻率成分之后)，送到放大器AS。放大器AS除了把平頂正弦脈沖的幅度放大到所需要的電平之外，還根據(jù)Ax指令改變其放大倍數(shù)，從而改變平頂正弦信號的幅度。AS的輸出就是傳輸和存儲過程中的數(shù)據(jù)信號。這一信號從調制器的DO端輸出，送給廣播發(fā)射機。
如圖4所示，所轉換成的變幅平頂正弦波(CODE)是一種雙極性的變形的正弦脈沖。它的上升沿是一段負90度到正90度的正弦波，下降沿是一段正90度到負90度的正弦波，上升沿和下降沿的時間都為2T。當脈沖的寬度為2T時，它的幅度變?yōu)锳0;當脈沖的寬度為3T時，它的幅度為A0的56%，并且在上下沿之間(也就是脈沖的中部)有一段時間為T的一段平坦部分。或者說，當脈沖寬度為2T時，它為F(t)＝±A0×sin(π×t÷2T)，(0≤t＜2T，π＝3.1416…);
當脈沖寬度為3T時，它為 這種經(jīng)過“加0”處理、密勒編碼、以及變幅平頂正弦脈沖變換后的數(shù)據(jù)信號沒有直流成分，它的頻譜低端為傳輸速率(baud)的1/3，高頻諧波的分量也大為降低，實驗證明它的有效頻譜為1/3、2/5、1/2、4/5baud。因此信號的相位比較穩(wěn)定。當濾去頻譜高于4/5baud的諧波成分后，也就是說，當這種信號經(jīng)過通頻帶為1/3～4/5baud的信道之后，信號的相位誤差△≤T×9%，所以可以提高信號的穩(wěn)定性。于是，調頻立體聲廣播電臺可以有兩種數(shù)據(jù)廣播方式一種是高速率數(shù)據(jù)廣播方式，它適用于直接將數(shù)據(jù)存入接收端用戶計算機以及計算機廣播教學的高速率接收設備的情況。采用調頻立體聲廣播的主信道傳輸數(shù)據(jù)信號和聲音信號。這時，電臺可將數(shù)據(jù)傳輸速率baud設定為66.25Kbps。在這種情況下，2T脈沖的寬度為15.09μS，3T脈沖的寬度為22.64μS。頻譜的低端為22.083KHz，頻率為53KHz以上的諧波分量小于1.5%。濾去22～53KHz以外的頻率成分之后，這種信號可以直接通過調頻立體聲廣播的“L-R”信道傳輸。這時，調頻立體聲廣播的“L+R”信道傳送一路聲音信號，“L-R”信道以66.25Kbps的速率傳播數(shù)據(jù)，并且關閉立體聲導頻信號。由于沒有導頻信號，普通的調頻廣播收音機(無論是立體聲還是單聲道的)只能收聽到“L+R”信道里的聲音廣播;如果將接收機中鑒頻器的輸出經(jīng)過一個22～53KHz的帶通濾波器后，送給數(shù)據(jù)解調器，那么用戶的計算機就可以收到電臺的數(shù)據(jù)廣播。這是調頻立體聲廣播中高速率的數(shù)據(jù)傳播方式。
另一種是低速率的數(shù)據(jù)廣播方式。它適用于經(jīng)改造的普通的接收設備，例如收音機、錄音機等。特別是如果將數(shù)據(jù)傳輸速率設定為12.5Kbps時，接收端可以使用普通的磁帶記錄數(shù)據(jù)信號，然后在需要時經(jīng)過配適器送入計算機，這對廉價的計算機教學系統(tǒng)是特別有意義的。在低速率數(shù)據(jù)廣播方式下，調頻立體聲廣播電臺的數(shù)據(jù)傳輸速率可設定為18.75Kbps。在這種情況下，2T脈沖的寬度為53.33μS，3T脈沖的寬度為80μS，數(shù)據(jù)信號的頻譜主要為6.25～15.0KHz。濾去15KHz以上的頻率成分后，這種信號可以直接利用調頻立體聲廣播的一個聲道進行傳輸。這種低速率的數(shù)據(jù)傳播方式具有較強的抗人類語音干擾的能力。
為了降低由于“信道隔離”引起的數(shù)據(jù)信號對聲音信號的竄音干擾，必須對數(shù)據(jù)信號的電平適當限制，本發(fā)明人經(jīng)過反復測試發(fā)現(xiàn)，當數(shù)據(jù)信號的幅度電平為-24dB為最佳(設100%調制為0dB電平)。這樣，在經(jīng)過-36dB的信道隔離之后，數(shù)據(jù)信號在聲音通道里的竄擾將小于-60dB，達到有關標準所規(guī)定的技術要求。而聲音信號經(jīng)過“信道隔離”進入數(shù)據(jù)通道的竄擾可達-36dB電平，這時數(shù)據(jù)信號的信噪比為+12dB。這樣的信噪比基本可以滿足解調器的要求。人類聲音的功率譜主要分布在3.4KHz以下，5KHz以上頻率的分量已經(jīng)非常的低。因此，當聲音通道中的語音信號通過立體聲廣播的聲道隔離竄入數(shù)據(jù)通道，與數(shù)據(jù)信號混在一起時，可以采用濾波方法(如濾去6KHz以下成分)，排除語音信號對數(shù)據(jù)信號的干擾。因此，送到數(shù)據(jù)解調器的數(shù)據(jù)信號的信噪比實際上遠大于+12dB。如上所述，考慮到目前市場上流通的普通的盒式錄音帶的特性，例如數(shù)據(jù)傳輸速率設定為baud＝12.5Kbps，則數(shù)據(jù)信號的頻譜主要為4.167～10KHz。這時數(shù)據(jù)可以收錄在錄音帶里或通過有線立體聲廣播系統(tǒng)傳播，與計算機廣播教學兼容。這種低速率數(shù)據(jù)廣播方式用在調幅立體聲廣播或有線立體聲廣播時，可將傳輸速率適當降低。
對于調頻立體聲廣播系統(tǒng)來說，原先用于傳送聲音的信道(0～53KHz，不包括SCA副載波信道)，可以有兩種數(shù)據(jù)廣播方式。這兩種方式可以在系統(tǒng)中同時存在。當導頻信號消失時，表示“L-R”信道以高速率方式傳播計算機數(shù)據(jù)。此方式對現(xiàn)有的調頻收音機直接兼容。當導頻信號出現(xiàn)時，表示系統(tǒng)可能在進行正常的雙聲道立體聲廣播，也可能是是以低速率方式傳送數(shù)據(jù)。此時接口電路應該對數(shù)據(jù)通道(立體聲中的聲道)進行監(jiān)測。一旦數(shù)據(jù)通道中出現(xiàn)“數(shù)傳識別符”，接口電路便將兩路音頻輸出(如兩個喇叭)切換到聲音通道上去，數(shù)據(jù)解調器解調出的數(shù)據(jù)送入計算機;“數(shù)傳識別符”消失，并等待一段時間(大于最大的數(shù)據(jù)包的傳輸時間，如小于0.1秒)之后，接口電路便自動將音頻輸出恢復正常狀態(tài)。
值得一提的是，經(jīng)過“加碼”處理后，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量雖有增加，但由于這時傳輸信號的能量比較集中，可靠性增加，因此可以適當提高傳輸速率，使得有效數(shù)據(jù)的傳輸速率不但沒有降低，甚至反而提高。例如，同樣是采用密勒碼和變幅平頂正弦脈沖，信道頻帶高端為10KHz，相位抖動△＝T×7%。經(jīng)“加碼”處理后傳輸比特率可為12.5Kbps，有效數(shù)據(jù)的傳輸速率至少大于8.2Kbps(數(shù)據(jù)全部為“…1010101…”的字符)，實際運用時(統(tǒng)計值)為9.25Kbps。而未經(jīng)“加碼”處理的數(shù)據(jù)的傳輸速率為9.6Kbps時，相位抖動△可達T×28%;如果相位抖動△＝T×7%，那么數(shù)據(jù)傳輸速率只能低于6Kbps。
圖5示出接收端的密勒碼解碼過程。用ML的每一個脈沖沿(極性的跳變)觸發(fā)，生成一個寬度為T的正脈沖，從而得到PP碼。再用接收時鐘信號(CKR)的正脈沖對PP碼取樣，便可還原得到所需要的數(shù)據(jù)流DTR。
圖6表示接收端的時鐘同步原理。當接收端解調器的解碼時鐘信號的相位錯180度(或者說，極性顛倒)時，如CKRf所示，“分割符”將被錯誤地解碼成為“時鐘同步符”。即字符串“…0011111100…”將被解碼成字符串“…100000001…”，如DTRf所示。由于原數(shù)據(jù)經(jīng)過“再加0”處理后，數(shù)據(jù)流中不存在這樣的字符串。因此，當接收端解碼后出現(xiàn)“時鐘同步符”時，說明解碼器的解碼接收時鐘信號的相位(或極性)不對。此時只要將解碼時鐘信號后移或提前半個周期(或者極性翻轉)，便可恢復正常。于是在這個傳輸規(guī)程中，“分割符”不僅僅表示數(shù)據(jù)包與數(shù)據(jù)包之間的分界，同時又可用它監(jiān)測和效驗接收端解碼器的時鐘同步和字節(jié)同步。接收端在接收每個數(shù)據(jù)包之前，都進行一次這兩種同步狀態(tài)的校驗。
圖8示出了本發(fā)明信號接收端解調器的原理圖。在這里采用了同步/異步串行傳輸規(guī)程的轉換，使計算機的異步輸入/輸出口的數(shù)據(jù)傳輸速率達到同步傳輸?shù)乃健Ｔ摻庹{器包括帶通慮波器(FR)、限幅放大器(AR)、脈沖沿分離器(PR)、第一接收時鐘信號發(fā)生器OSCr1、“串入并出”移位寄存器SIPOr、“并入串出”移位寄存器PISOr、以及第二接收時鐘信號發(fā)生器OSCr2和幅度變換器AV24。其中接收到的數(shù)據(jù)信號被送到解調器的DI端。解調器首先用帶通慮波器FR濾去數(shù)據(jù)信號中頻率為1/3～4/5baud以外的成分，然后用限幅放大器AR將數(shù)據(jù)信號還原成正極性的方波脈沖信號DTR。這個DTR脈沖被送到“串入并出”移位寄存器SIPOr和脈沖沿分離器PR。經(jīng)過PR分離出的脈沖沿將時鐘信號發(fā)生器OSCr1的CKr1的兩倍頻置零，使時鐘信號CKr1等于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蔮aud。時鐘信號1/8CKr1為CKr1的八分之一。OSCr1輸出的CKr1等于傳輸信道中的數(shù)據(jù)速率，也就是發(fā)送調制器中的CKs2;1/8CKR1＝CKr1÷8。在CKr1的前沿的驅動下DTR被送入SIPOr，并從SIPOr的Q7向Q0移位。在1/8CKr1的后沿啟開“并入串出”移位寄存器PISOr的并行取樣口D0～D9。此時，SIPOr的并行輸出端Q7～Q0的狀態(tài)(字符)分別被送入PISOr的并行輸入端D9～D2。PISOr的輸入端D0接“1”電平(即異步傳輸規(guī)程的“停止符”);它的D1端接“0”電平(即異步傳輸規(guī)程的“起始符”);它的串行輸入口SI接“1”電平。當PISOr里寄存器的位數(shù)大于10時，D9以后的并行輸入端均接“1”電平。
解調器中第二時鐘信號發(fā)生器OSCr2產生第二時鐘信號CKr2，CKr2的頻率等于接收端計算機的SIO口的比特率。在CKr2的驅動下，PISOr里的字符向串行輸出口SO移位，它的串行輸出端SO的輸出就是異步串行數(shù)據(jù)RD。幅度變換器Av24將RD脈沖的幅度轉換成計算機的SIO口所要求的(V24標準)電平，通過解調器的RD端送給計算機。
接收端的數(shù)據(jù)解調器實際上只完成數(shù)據(jù)信號的還原過程，由它的PISOr所添加的“起始符”和“停止符”，將由計算機的SIO口自動刪除，于是計算機得到的實際上是串行同步數(shù)據(jù)流。
在本發(fā)明中，上述的密勒碼的編碼/解碼過程，以及字節(jié)同步和時鐘同步過程，均由計算機內軟件完成，這樣便能簡化調制器和解調器的硬件電路。下面非限定性地給出本發(fā)明采用軟件實現(xiàn)上述過程的原理。
軟件實施密勒碼編碼過程的原理1.將“加碼”和打包后的數(shù)據(jù)擴展成待發(fā)送的數(shù)據(jù)(DTS)，即原數(shù)據(jù)中的每一個“1”字符對應在DTS數(shù)據(jù)中生成兩個“1”字符，每一個“0”字符對應生成DTS中的兩個“0”字符，因此數(shù)據(jù)流DTS的大小和速率為原數(shù)據(jù)流的兩倍。
2.發(fā)送時鐘信號(CKS)是一組“0”“1”相間的數(shù)據(jù)流，將數(shù)據(jù)流DTS與數(shù)據(jù)流CKS進行“同”運算，得到雙相碼的數(shù)據(jù)流(DP)。
3.密勒碼的數(shù)據(jù)流(MLS)是一個與數(shù)據(jù)流DP大小一樣、平行的數(shù)據(jù)流，當DP數(shù)據(jù)中出現(xiàn)“01”碼時，數(shù)據(jù)流MLS的字符轉換一次，即從“1”變成“0”(出現(xiàn)“…10…”)，或者從“0”變成“1”(出現(xiàn)“…01…”)。
軟件實施密勒碼解碼和接收端解碼器解碼時鐘相位同步、字節(jié)同步以及數(shù)據(jù)塊同步過程的原理
1.數(shù)據(jù)流MLR是解調后的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)流PP是一個與數(shù)據(jù)流MLR大小一樣、平行的數(shù)據(jù)流，當MLR數(shù)據(jù)中出現(xiàn)“01”或者“10”字符時，PP數(shù)據(jù)流中生成一個“1”字符，PP的其余字符均為“0”。
2.接收時鐘CKR是一組“0”“1”相間的數(shù)據(jù)流，用CKR的正脈沖對PP數(shù)據(jù)取樣(“與”運算)，便得到解碼后的數(shù)據(jù)DTR。
3.由于在發(fā)送端對數(shù)據(jù)進行了“再加0”處理，接收端的DTR數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)“100000001”時既表示接收時鐘信號的相位有誤，此時將接收時鐘CKR翻轉(“0”變“1”或者“1”變“0”)，隨后既可得到正確的解碼結果。接收端在接收每一個數(shù)據(jù)包之前都校對一次接收時鐘。
4.由于在發(fā)送端對數(shù)據(jù)進行了“加1”處理，DTR數(shù)據(jù)流中“01111110”的出現(xiàn)既表示一個字節(jié)的開始，也表示一個數(shù)據(jù)包的開始。
5.當兩個“分割符”之間的數(shù)據(jù)長度大于一定的值(如大于2字節(jié))時，前面的“分割符”之后第二個字節(jié)就是有效數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)，后面的“分割符”之前的第二個字節(jié)就是該段有效數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)。
雖然以上結合一個最佳實施例對本發(fā)明進行了描述，但本領域的熟練技術人員應能理解到，在不離開本發(fā)明的精神和公開范圍的前提下，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改和變換。
權利要求
1.一種對數(shù)據(jù)信號進行處理與傳輸?shù)姆椒ǎ軌蛴糜诹Ⅲw聲雙聲道廣播系統(tǒng)同時進行聲音和數(shù)據(jù)廣播，其特征在于所述方法包括下述步驟在數(shù)據(jù)信號發(fā)送端將數(shù)據(jù)信號分割成適當大小的數(shù)據(jù)塊；對所述數(shù)據(jù)塊進行特定的加碼處理，以便使數(shù)據(jù)信號的頻譜經(jīng)后續(xù)編碼和調制之后變得相對集中；對加碼處理后的數(shù)據(jù)塊進行打包，即在其頭部添加一個“包頭”，其尾部添加一個“包尾”；利用一個其周期為2T的編碼時鐘信號(CKS)對打包后的數(shù)據(jù)包進行密勒編碼，從而得到密勒碼(MLS)；利用計算機數(shù)據(jù)總線方式或計算機串行輸入輸出(SIO)口的方式，將所述經(jīng)密勒編碼后的數(shù)據(jù)傳送給調制器；對所述經(jīng)密勒編碼后的數(shù)據(jù)信號進行調制，使之變換成一種變幅平頂正弦脈沖(CODE)；利用廣播發(fā)射機發(fā)送調制后的數(shù)據(jù)信號(CODE)；和在接收端；將接收到的數(shù)據(jù)信號(CODE)進行限幅放大解調，并根據(jù)所接收的所述信號(CODE)對接收解調器的解碼時鐘頻率進行鎖定；對所述經(jīng)解調后的數(shù)據(jù)信號(CODE)進行密勒解碼，其中用密碼(ML)的每一個極性跳變的脈沖沿來觸發(fā)，生成一個寬度為T的正脈沖，從而得到PP碼，利用一個其周期為2T的解碼時鐘信號(CKR)的正脈沖對PP碼取樣，從而還原出數(shù)據(jù)信號(DTR)；利用對所述數(shù)據(jù)信號中一組相關聯(lián)的特定字符，作為所述數(shù)據(jù)包之間的分割符，以及對所述解碼時鐘信號(CKR)進行相位鎖定；根據(jù)“包頭”與“包尾”的識別對經(jīng)密勒解碼后的數(shù)據(jù)信號進行解包處理；以及以與上述發(fā)送端“加碼”步驟相逆的方式，對信號進行去碼處理，從而拼裝和還原出所述數(shù)據(jù)信號。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于利用連續(xù)n個的字符x(x可為1或0)的字符串作為“分割符”，利用連續(xù)(n+1)個的字符x的字符串作為解碼的“時鐘同步符”在所述發(fā)送端對數(shù)據(jù)塊進行打包的步驟中，所述包頭由3個或3個以上的所述“分害割符”和一個“填充符”組成，所述“填充符”的字符是由那些不會與其前面的所述“分割符”和其后面的有效數(shù)據(jù)字節(jié)組合成與所述“分割符”及“時鐘同步符”相同字符串的字符組成;所述“包尾”由一個所述“填充符”和3個或3個以上的“分割符”組成;以及在所述接收端解包的過程包括以下字節(jié)同步和數(shù)據(jù)塊同步的步驟當兩個所述“分割符”之間的數(shù)據(jù)長度大于一定的值(如大于2字節(jié))時，接收端將它作為有效數(shù)據(jù)包，于是，數(shù)據(jù)包解包時，有效數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)是其前方最后一個“分割符”之后第二個字節(jié);該段有效數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)是其后方第一個“分割符”之前的第二個字節(jié)。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其特征在于，其中所述發(fā)送端的加碼處理包括“加x”、“加x”和“再加x”三個處理過程A′.在數(shù)據(jù)流中，每個連“x”的字符串(連續(xù)為“x”的字符串)，包括單個的“x”，都被再插入一個“x”;B′.在數(shù)據(jù)流中，當連“x”的位數(shù)大于或等于n時，再向這個字符串中插入一個“x”;C′.在數(shù)據(jù)流中，當連“x”的位數(shù)大于或等于(n+1)時，再向這個連“x”字符串中插入一個“x”;以及所述接收端的去碼處理包括“去x”、“去x”和“再去x”三個處理過程;A.當數(shù)據(jù)流中連“x”字符串的位數(shù)大于或等于(n+2)比特時，從中刪去一個“x”;B.當數(shù)據(jù)流中連“x”字符串的位數(shù)大于或等于(n+1)比特時，從中刪去一個“x”;C.將數(shù)據(jù)流中每一個連“x”的字符串，從中刪去一個“x”。
4.根據(jù)權利要求3的方法，其特征在于，所述“分割符”為“1000 0001”，所述同步符為“1000 0000 1”，而所述“填充符”為“0000 0000”。
5.根據(jù)權利要求3的方法，其特征在于當所述發(fā)送端的發(fā)送計算機與發(fā)送調制器之間采用所述串行輸入/輸出(SIO)時，采用異步通信規(guī)程把數(shù)據(jù)送入發(fā)送調制器，數(shù)據(jù)在所述調制器中被變換成同步數(shù)據(jù)后輸出;所述發(fā)送調制器與所述接收端的解調器之間采用同步傳輸規(guī)程;當接收端的接收解調器與計算機之間采用所述串行輸入/輸出(SIO)時，數(shù)據(jù)在接收解調器中被轉換成異步串行數(shù)據(jù)，采用異步通信規(guī)程輸入計算機。
6.根據(jù)權利要求1和5的方法，其特征在于所述調制和解調的步驟分別包括在發(fā)送調制器中，利用一第一時鐘信號發(fā)生器產生第一發(fā)送時鐘信號CKs1，其頻率等于所述發(fā)送計算機串行輸入/輸出(SIO)口的比特率;利用一第二時鐘信號發(fā)生器產生第二時鐘信號CKs2、以及4CKs2和1/8CKs2，其中第二時鐘信號CKs2的頻率等于信道中同步數(shù)據(jù)的傳輸速率(baud)，1/8CKs2是送給發(fā)送計算機的異步傳輸請求信號;以及在接收解調器中，利用一第一時鐘發(fā)生器產生第一接收時鐘信號CKr和1/8CKr1，其中CKr1的頻率等于信道中同步數(shù)據(jù)的傳輸速率(baud)并由數(shù)據(jù)信號所鎖定，1/8CKr1是送給接收計算機中的字節(jié)節(jié)拍信號;利用一第二時鐘發(fā)生器產生第二接收時鐘信號CKr2，其頻率等于接收計算機串行輸入/輸出(SIO)口的比特率;其中數(shù)據(jù)傳輸速率baud的值可以根據(jù)信道特性，任意設置，而CKs1和CKr2均必須大于baud的1.25倍。
7.根據(jù)權利要求6的方法，其特征在于所述變幅平頂正弦波(CODE)是一種雙極性的變形的正弦脈沖，它的上升沿是一段負90度到正90度的正弦波，下降沿是一段正90度到負90度的正弦波，當發(fā)送時鐘的周期為2T時，上升沿和下降沿的時間都為2T，當密勒編碼后的數(shù)據(jù)信號的寬度為2T時，它為F(t)＝±A0×sin(π×t÷2T)，(其中0≤t＜2T，π＝.3.1416…，A0為脈沖幅度);當數(shù)據(jù)信號的寬度為3T時，它的幅度A0的56%，在上下沿之間有一段時間為T的平坦部分，即
8.根據(jù)權利要求1和5的方法，其特征在于還包括在所述發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)和/或所述接收端對所接收的數(shù)據(jù)信號進行放大之前，對所述數(shù)據(jù)信號進行帶通濾波的步驟，該帶通濾波器(FS，F(xiàn)R)的頻帶均為1/3baud-4/5 baud。
9.根據(jù)權利要求3的方法，其特征在于所述接收端對所述解碼時鐘進行相位同步鎖定的步驟進一步包括在接收每個數(shù)據(jù)包之前，都利用所述分割符進行時鐘同步和字節(jié)同步兩種狀態(tài)的校驗，其中當在解碼后的數(shù)據(jù)信號中找到所述“時鐘同步符”時，使所述解碼時鐘信號后移或提前半個周期(T)，以實現(xiàn)解碼時鐘信號與數(shù)據(jù)信號之間相位的鎖定。
10.根據(jù)權利要求9的方法，其特征在于當所述立體聲雙聲道廣播系統(tǒng)為調頻立體聲廣播系統(tǒng)時，所述系統(tǒng)可以設定以下兩種數(shù)據(jù)廣播方式A.高速率廣播方式以66.25Kbps的傳輸速率傳輸數(shù)據(jù)信號，濾除22KHz-53KHz以外的頻率成份，關閉立體聲導頻信號，從而利用調頻立體聲廣播的“左-右”信道傳輸數(shù)據(jù)信號，“左+右”信道傳送一路聲音信號;B.低速率廣播方式直接通過立體聲廣播的一個聲道進行傳輸，并且利用中數(shù)據(jù)信號中特定的字符串作為數(shù)傳標記，用以區(qū)別正常的雙聲道立體聲廣播。
11.根據(jù)權利要求10的方法，其特征在于所述低速率廣播方式進一步適用于調頻調幅立體聲和有線立體聲廣播系統(tǒng)以及磁帶錄放音系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)傳輸速率根據(jù)所述聲道的特性來設定。
12.根據(jù)權利要求10-11中任何一個的方法，其特征在于在所述低速率廣播方式中，適當降低數(shù)據(jù)信號的幅度電平，使其等于或低于-24dB(設100%調制為0dB電平)。
13.根據(jù)權利要求9的方法，其特征在于所述密勒編碼、密勒解碼、接收端解碼時鐘相位同步、字節(jié)同步以及數(shù)據(jù)塊同步處理的步驟用軟件來實現(xiàn)。
14.根據(jù)權利要求13的方法，其特征在于所述用軟件實現(xiàn)密勒編碼的步驟包括a.將所述待發(fā)送的數(shù)據(jù)塊中的每一個“1”字符擴展成兩個“1”字符，每一個“0”字符擴展成兩個“0”字符，從而得到數(shù)據(jù)(DTS)。b.將數(shù)據(jù)(DTS)與一組“0”、“1”相間的數(shù)據(jù)發(fā)送時鐘(CKS)進行“同”運算，得到雙相碼的數(shù)據(jù)(DP)。c.當雙相碼數(shù)據(jù)(DP)中出現(xiàn)“01”碼時，使與之平行的數(shù)據(jù)(MLS)的字符轉換一次，即從“1”變成“0”(如“…10…”)，或者從“0”變成“1”(如“…01…”)，從而生成所述密勒碼數(shù)據(jù)MLS。
15.根據(jù)權利要求13的方法，其特征在于所述用軟件實施接收端密勒碼解碼、解碼時鐘信號的相位同步、字節(jié)同步以及數(shù)據(jù)塊同步的過程如下a.當所述解調后的數(shù)據(jù)(MLR)中出現(xiàn)“01”或者“10”字符時，使得與之平行的數(shù)據(jù)(PP)中生成一個“1”字符，數(shù)據(jù)(PP)的其余字符均為“0”，從而生成所述數(shù)據(jù)流(PP);b.利用一組與數(shù)據(jù)(PP)平行的、“0”“1”相間的解碼時鐘數(shù)據(jù)(CKR)的“1”脈沖對所述數(shù)據(jù)(PP)進行取樣，使之得到解碼后的密勒碼數(shù)據(jù)(DTR);c.當所述解碼后的密勒碼數(shù)據(jù)(DTR)中出現(xiàn)“時鐘同步符”時，將解碼時鐘信號(CKR)翻轉(即“0”變“1”或者“1”變“0”)，以便得到正常的解碼結果;每一個數(shù)據(jù)包的解碼之前都進行一次解碼時鐘的相位鎖定。d.當數(shù)據(jù)(DTR)中出現(xiàn)"分割符"時，判定為一個字節(jié)的開始，同時也是一個數(shù)據(jù)包的開始;e.當兩個“分割符”之間的數(shù)據(jù)長度大于一定的值(如大于2字節(jié))時，判定前面的“分割符”之后第二個字節(jié)為有效數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)，后面的“分割符”之前的第二個字節(jié)為就該段有效數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)傳輸中對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)變換、編碼和解碼、串行異步/同步傳輸規(guī)程之間的轉換、以及信號調制/解調過程，使得在調頻、調幅、有線立體聲廣播、磁帶錄音設備中能同時傳輸和存儲聲音信號和計算機數(shù)據(jù)，并對現(xiàn)有的收音機、錄音機兼容。在調頻立體聲廣播中可采用高速率和低速率兩種數(shù)據(jù)傳輸方式。此方法可用于公共信息的數(shù)據(jù)廣播、有聲音的計算機廣播教學、以及計算機通訊等方面。
文檔編號H04L29/02GK1109232SQ9410332
公開日1995年9月27日 申請日期1994年3月24日 優(yōu)先權日1994年3月24日
發(fā)明者王亞倫 申請人:王亞倫