專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于精確小數(shù)分頻適應(yīng)任意數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)插入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及繼電保護(hù)信號(hào)通信中高頻信號(hào)的傳輸及時(shí)鐘平滑技木。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字信號(hào)傳輸介質(zhì)的不斷普及，數(shù)字信號(hào)傳輸技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，在某些特定應(yīng)用場(chǎng)景中(如縱差繼電保護(hù)信號(hào)傳輸)，受限于通信協(xié)議的特殊性及多樣性，對(duì)通信通道質(zhì)量的監(jiān)測(cè)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)比較困難。本專(zhuān)利提出了一種不受通信協(xié)議限制的數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)插入技術(shù)，為通信通道質(zhì)量監(jiān)測(cè)及管理信息的傳輸，提供了有力的支持。

發(fā)明內(nèi)容
I)本發(fā)明提供的是ー種基于精確小數(shù)分頻的在原始數(shù)據(jù)碼流中實(shí)現(xiàn)等間隔的數(shù)據(jù)插入的方法。原始數(shù)據(jù)碼流經(jīng)過(guò)該方法的處理之后，在其中以穩(wěn)定的時(shí)間周期插入固定長(zhǎng)度及格式的管理控制字節(jié)，并以新的發(fā)送頻率發(fā)出，在接收端，對(duì)線路數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，將插入字節(jié)提出，同時(shí)還原原始數(shù)據(jù)碼流及數(shù)據(jù)頻率。通過(guò)該方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)碼流的數(shù)據(jù)插入，可以解決數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程中通道狀態(tài)監(jiān)測(cè)、管理信息傳輸?shù)榷喾矫娴膯?wèn)題。其效果示意圖如圖I所示
2)本方法與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)插入方式不同之處在于，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)插入方式一般基于成幀數(shù)據(jù)或者特定協(xié)議的數(shù)據(jù)碼流。數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)原始碼流特征，選擇恰當(dāng)?shù)姆绞剑谠即a流的空白或者無(wú)效字節(jié)位置插入額外的控制字節(jié)，在接收端檢測(cè)控制字節(jié)并提取，從而還原出原始數(shù)據(jù)碼流。該方法存在著一些弊端
a)該插入方法只對(duì)成幀或者特定數(shù)據(jù)格式的原始數(shù)據(jù)碼流有效，適用范圍有限；b)可插入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度受到原始數(shù)據(jù)格式的限制，從ー方面也弱化了控制字節(jié)插入對(duì)數(shù)據(jù)通道的監(jiān)控管理功能。本方法不受原始數(shù)據(jù)碼流通信協(xié)議的限制，理論上適用于所有數(shù)字信號(hào)。本方法能夠根據(jù)原始數(shù)據(jù)碼流的時(shí)鐘速率、插入字節(jié)的長(zhǎng)度、插入周期等數(shù)值精確計(jì)算出并生成插入數(shù)據(jù)后的碼流速率；在接收端，采用同樣的計(jì)算方法，提取出插入的管理信息并還原原始的數(shù)據(jù)碼流。整個(gè)過(guò)程在保證了原始數(shù)據(jù)碼流精確傳輸?shù)幕A(chǔ)上完成了額外管理信息的交換，且無(wú)論是包含插入字節(jié)的線路碼流或接收端恢復(fù)后出的原始數(shù)據(jù)碼流，均保證了時(shí)鐘頻率的穩(wěn)定平滑，保證了數(shù)據(jù)收發(fā)的穩(wěn)定性。本方法的主要步驟如圖2所示，具體過(guò)程如下
I)首先以?xún)?nèi)部高頻晶體為基準(zhǔn)對(duì)原始數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行信號(hào)采樣，提取出原始數(shù)據(jù)碼流的發(fā)送頻率，利用該發(fā)送時(shí)鐘讀取原始數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)內(nèi)容，讀出的數(shù)據(jù)按照先入先出的原則進(jìn)入發(fā)送緩存區(qū)中，假設(shè)原始數(shù)據(jù)頻率為‘所采用的高頻晶體頻率為fH，當(dāng)二者之間滿足關(guān)系時(shí)，可以得到精度較高的提取頻率fo。2)根據(jù)額外插入數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度、周期值計(jì)算出發(fā)送端的發(fā)送頻率も。為保證發(fā)送端頻率與原始數(shù)據(jù)碼流頻率的相關(guān)性，發(fā)送端頻率も應(yīng)以數(shù)據(jù)碼流原始發(fā)送時(shí)鐘fo為基礎(chǔ)產(chǎn)生，這里選擇對(duì)提取頻率も進(jìn)行N倍頻后再小數(shù)分頻的方式生成發(fā)送頻率。具體計(jì)算公式如下
設(shè)額外插入數(shù)據(jù)的頻度為每秒X字節(jié)，則も與も應(yīng)滿足關(guān)系 fi=f0+X
設(shè)fo倍頻參數(shù)為N,小數(shù)分頻的參數(shù)為M,有 も=ち_)
結(jié)合兩者，小數(shù)分頻系數(shù)為 M=N[1+(X/ f0)]
其中，N為小數(shù)分頻的整數(shù)部分，而X/も為其小數(shù)部分，通過(guò)調(diào)整小數(shù)部分?jǐn)?shù)值可以提高分頻的精度；根據(jù)計(jì)算出的分頻系數(shù)，通過(guò)倍頻分頻模塊可以生成線路發(fā)送頻率も；
3)額外數(shù)據(jù)的插入過(guò)程在數(shù)據(jù)碼流緩存區(qū)中完成，采用了ー個(gè)指針逼近的處理方法，指針逼近的方式如圖3所示。發(fā)送緩存區(qū)總長(zhǎng)度為每秒插入字節(jié)長(zhǎng)度的兩倍(即2X)，數(shù)據(jù)讀寫(xiě)定位采用循環(huán)指針的方式，原始碼流數(shù)據(jù)以fo的速率以從左向右的順序?qū)懭刖彺鎱^(qū)中，當(dāng)fo指針指向緩存區(qū)一半的位置時(shí)，發(fā)送指針開(kāi)始同向啟動(dòng)，并以も的速率將其指針指向的緩存位置中的數(shù)據(jù)順序發(fā)送。由于二者指針?biāo)俾蚀嬖趂i> f。的關(guān)系，因Ifi指針位置將逐步逼近f。指針位置。當(dāng)fo指針與も指針重合時(shí)，進(jìn)行一次額外字節(jié)插入操作此時(shí)發(fā)送指針も暫停計(jì)數(shù)，直接發(fā)送長(zhǎng)度為X的管理控制字節(jié)，而緩存寫(xiě)入指針も繼續(xù)前迸。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)插入完成后，f指針與f。指針之間的位置差值又拉長(zhǎng)為起始時(shí)的X，重復(fù)以上過(guò)程，完成額外字節(jié)插入。由于も，fo的速差恒定，因此每次插入數(shù)據(jù)的周期也是恒定的，確保了周期穩(wěn)定的額外數(shù)據(jù)插入操作，經(jīng)過(guò)額外數(shù)據(jù)插入處理的數(shù)據(jù)碼流以も的數(shù)據(jù)速率發(fā)送到對(duì)端接收端。4)在接收端對(duì)插入了管理控制字節(jié)的數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行數(shù)據(jù)提取及原始數(shù)據(jù)恢復(fù)，是數(shù)據(jù)插入的反操作，示意圖如圖4。與輸出插入操作不同，數(shù)據(jù)提取緩存的是可變長(zhǎng)度的先入先出(FIFO)緩存，長(zhǎng)度范圍為0-2X，寫(xiě)入緩存的碼流速率為も，容易知道，數(shù)據(jù)提取后理想狀態(tài)下的碼流速率應(yīng)與原始碼流相同為f。，在實(shí)際處理中可以通過(guò)逐步調(diào)整得到，設(shè)實(shí)際處理中提取后碼流速率為f2，f2可以通過(guò)小數(shù)分頻器進(jìn)行調(diào)整，f2初始值滿足條件f\>f2且f2通過(guò)調(diào)整小數(shù)分頻器使其近似等于ち。帶有額外字節(jié)的碼流以も的速率從左至右寫(xiě)入緩存區(qū)，緩存區(qū)第0到第X單元為額外插入字節(jié)檢測(cè)窗，其運(yùn)行過(guò)程如下
a)碼流以も速率寫(xiě)入緩存區(qū)，當(dāng)緩存區(qū)長(zhǎng)度等于X/2吋，開(kāi)始以f2的頻率以先入先出的方式輸出緩存數(shù)據(jù)。由于f\>f2，緩存長(zhǎng)度會(huì)不斷變長(zhǎng)；
b)當(dāng)檢測(cè)窗ロ檢測(cè)到額外插入數(shù)據(jù)后，緩存區(qū)直接將這部分長(zhǎng)度為X的數(shù)據(jù)提出，同時(shí)緩存長(zhǎng)度縮短為當(dāng)前長(zhǎng)度減去X ；c)由于近似滿足了 f\=f2+X的關(guān)系，因此緩存長(zhǎng)度的變化被限制在了 0-2X之間；
d)記錄每次窗ロ檢測(cè)出插入數(shù)據(jù)時(shí)緩存區(qū)長(zhǎng)度L，通過(guò)其數(shù)值變化可以分析出ち、f2之間的關(guān)系，通過(guò)調(diào)整小數(shù)分頻參數(shù)，使得L保持穩(wěn)定，可以得到比較精確的提取頻率f2。


圖I數(shù)據(jù)插入效果示意圖 圖2數(shù)據(jù)插入主要步驟過(guò)程圖 圖3指針逼近的緩存插入方式 圖4接收端數(shù)據(jù)提取流程圖 圖具體實(shí)施方式
。
具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的具體應(yīng)用場(chǎng)景如圖5所示，在ー對(duì)需要雙向通信的用戶(hù)設(shè)備之間，在兩端各安裝一臺(tái)本設(shè)備，原始信號(hào)通過(guò)本設(shè)備處理插入管理控制字節(jié)后，再進(jìn)入傳輸線路傳輸，數(shù)據(jù)到達(dá)對(duì)端后，通過(guò)本設(shè)備將線路數(shù)據(jù)中的插入字節(jié)提出，還原出原始數(shù)據(jù)送到用戶(hù)設(shè)備。通過(guò)分析提取出的額外字節(jié)的質(zhì)量及數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)在不破壞原始數(shù)據(jù)碼流基礎(chǔ)上對(duì)通信 通道的監(jiān)測(cè)及管理。
權(quán)利要求
1.ー種基于精確小數(shù)分頻的在原始數(shù)據(jù)碼流中實(shí)現(xiàn)等間隔的數(shù)據(jù)插入的方法，包括以下步驟 1)首先以?xún)?nèi)部高頻晶體為基準(zhǔn)對(duì)原始數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行信號(hào)采樣，提取出原始數(shù)據(jù)碼流的發(fā)送頻率，利用該發(fā)送時(shí)鐘讀取原始數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)內(nèi)容，讀出的數(shù)據(jù)按照先入先出的原則進(jìn)入發(fā)送緩存區(qū)中； 2)根據(jù)額外插入數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度、周期值計(jì)算出發(fā)送端的發(fā)送頻率； 3)采用了ー個(gè)指針逼近的處理方法在數(shù)據(jù)碼流緩存區(qū)中完成額外數(shù)據(jù)的插入過(guò)程； 4)在接收端對(duì)插入了管理控制字節(jié)的數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行數(shù)據(jù)提取及原始數(shù)據(jù)恢復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于精確小數(shù)分頻的在原始數(shù)據(jù)碼流中實(shí)現(xiàn)等間隔的數(shù)據(jù)插入的方法，其特征在于本方法不受原始數(shù)據(jù)碼流通信協(xié)議的限制，理論上適用于所有數(shù)字信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于精確小數(shù)分頻的在原始數(shù)據(jù)碼流中實(shí)現(xiàn)等間隔的數(shù)據(jù)插入的方法，其特征在于發(fā)送端采用了高頻晶體為基準(zhǔn)對(duì)原始數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行了高精度的信號(hào)采樣，提取出其原始發(fā)送頻率ち；同時(shí)，根據(jù)額外插入數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度與周期，以原始發(fā)送頻率も進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算并通過(guò)精確小數(shù)分頻生成發(fā)送頻率も。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于精確小數(shù)分頻的在原始數(shù)據(jù)碼流中實(shí)現(xiàn)等間隔的數(shù)據(jù)插入的方法，其特征在于在發(fā)送端采用了緩存區(qū)中指針逼近的方法完成了額外數(shù)據(jù)的插入，插入過(guò)程中發(fā)送頻率保持穩(wěn)定，插入數(shù)據(jù)的周期保持恒定。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于精確小數(shù)分頻的在原始數(shù)據(jù)碼流中實(shí)現(xiàn)等間隔的數(shù)據(jù)插入的方法，其特征在于接收端采用了可變長(zhǎng)度的先入先出(FIFO)緩存進(jìn)行了插入數(shù)據(jù)的提取及原始數(shù)據(jù)的恢復(fù)，恢復(fù)后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)完全相同，用戶(hù)兩側(cè)設(shè)備感受不到任何變化。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于精確小數(shù)分頻的在原始數(shù)據(jù)碼流中實(shí)現(xiàn)等間隔的數(shù)據(jù)插入的方法。該方法實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)碼流的數(shù)據(jù)插入，可以解決數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程中通道狀態(tài)監(jiān)測(cè)、管理信息傳輸?shù)榷喾矫娴膯?wèn)題。本方法不受原始數(shù)據(jù)碼流通信協(xié)議的限制，理論上適用于所有數(shù)字信號(hào)。本方法能夠根據(jù)原始數(shù)據(jù)碼流的時(shí)鐘速率、插入字節(jié)的長(zhǎng)度、插入周期等數(shù)值精確計(jì)算出并生成插入數(shù)據(jù)后的碼流速率；在接收端，采用同樣的計(jì)算方法，提取出插入的管理信息并還原原始的數(shù)據(jù)碼流。整個(gè)過(guò)程在保證原始數(shù)據(jù)碼流精確傳輸?shù)幕A(chǔ)上完成額外管理信息交換，且無(wú)論是包含插入字節(jié)的線路碼流或接收端恢復(fù)后出的原始數(shù)據(jù)碼流，均保證了時(shí)鐘頻率的穩(wěn)定平滑，保證了數(shù)據(jù)收發(fā)的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H04L29/06GK102655502SQ201110316659
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者丁鼎, 張宇新, 焦群, 解翀 申請(qǐng)人:南京南瑞集團(tuán)公司, 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院