用于通过不完美的电磁通路传输采样信号的系统的制作方法
本申请是申请日为2016年09月21日提交的名为“用于通过不完美的电磁通路传输采样信号的系统”的中国发明专利申请201680046615.5的分案申请。其母案的相关内容作为参考并入本文中。
技术领域：基础设施本地站点传输(lst)
本公开的领域是用于在通过建造环境内(诸如在房间内或在车辆内或遍布整个建筑物或跨越校园)提供的em通路连接的装备对之间运送采样信号的基础设施本地站点传输(lst)。
背景技术：
视频系统
视频系统包括显示器、传感器、信号处理器、图像/视频存储库和控制接口，以及在一些情况下互联网连接。本公开的主题是在本地互连视频系统装备的本地站点传输(lst)。视频装备为本地环境服务。在人们占据的环境内操作的lst有别于互连远程布置的装备的远程通讯。互联网服务器提供内容并管理经由与互联网连接的任何位置中的视频系统呈现给消费者的交互式体验。这就是为什么视频系统是用于像素丰富信息的每个递送系统的固有方面。
基础设施视频系统与移动视频系统
有两种视频系统：移动视频系统和基础设施视频系统。这两种类型的系统在两个方面彼此不同：1)移动系统是单体的，而基础设施系统是由客户或他们的代理从不同的制造装备组装而成的；2)移动系统从电池中汲取电力，而基础设施系统从主电源电汲取电力。概括地说：
·移动视频系统从电池汲取电力并且通常是单体的，每个由单个制造商从各种部件组装。例如，智能电话实现读取多个相机并驱动手掌大小的屏幕的视频处理器，所有这些都被封装在一个外壳内。
·基础设施视频系统由主电源电供电并由客户从各个制造商生产的装备组装。
两种视频系统对于创建和访问互联网内容都是重要的。尽管如此，这两种视频系统面临截然不同的工程挑战。
由于便携性，移动视频系统比基础设施视频系统更容易集成到人们的日常生活中。
由于沉浸式虚拟现实(ivrtm)使我们被显示器和传感器环绕的能力，因此基础设施视频系统产生比其移动对应物更沉浸的体验，同时潜在地在任意长的持续时间内汲取大量电力。
移动视频系统的示例应用包括：
·采集/发布社交媒体材料
·增强现实(ar)游戏，诸如pokémongo
·虚拟现实(vr)系统，其中显示器和/或相机系链到便携式媒体处理单元(mpu)，该便携式媒体处理单元本身可能是智能电话或另一个便携式设备。
基础设施视频系统的示例应用包括：
·视频监控
·机器视觉
·机动车辆安全(有时涉及机器视觉)
·零售标牌
·购物者行为分析(有时涉及机器视觉)
·机动车辆驾驶员和乘客导航、控制和娱乐
·家庭娱乐
·沉浸式虚拟现实(“ivr”)，其中相机监视主体并且显示器环绕主体，使得视频系统从所有角度捕获并呈现像素信息
基础设施视频装备的示例包括桌面(或塔式)pc、pc监视器、机顶盒、tv、视频监控相机、视频监控记录器、视频监控监视器、车辆导航和安全相机、车辆电气控制单元(ecu)、汽车控制&导航显示器、汽车娱乐相机、汽车娱乐显示器、零售和售货亭显示器、ivr相机和ivr显示器。基础设施视频装备市场板块规模庞大并且发展迅速。
相比之下，没有移动视频装备市场。移动视频系统(互联网接口、数字处理器、(一个或多个)相机和(一个或多个)显示器)内的所有部件都非常紧密地操作，使得整个系统可以被穿戴或携带。在良好控制的条件下，互连在短距离内操作，并且所有部件作为单体实体供给，使得客户无需做出选择。
基础设施视频系统相比之下对视频互连提出了很高的要求。基础设施视频装备被安装在建筑物或校园内的任意位置处，并且视频通过独立制造的装备之间的各种各样的物理通路(包括金属电缆、无线电和/或光纤)携带。
视频本地站点传输(lst)
本公开提出基础设施视频系统实现的一个方面：本地站点传输(lst)。lst通过电磁(em)传播通路将视频信号从发送装备件运送到远离发送装备数百米远坐落的接收装备件。
电磁(em)通路的三个示例包括电线上的电，通过空气的辐射以及通过光纤的光子。lst以对介质合适的形式(例如电压、无线电波或光)将传输的视频表示为em能量。
信号的类型
为了本公开的目的，信号是作为其振幅随时间变化的em能量而被运送的变量。
两个属性特征化每个信号：
·时间
ο连续：值之间的时间受可以能够测量时间的分辨率的限制
ο离散(“采样”)：值之间的时间是预定的，并且其倒数是采样信号的“采样率”
·振幅
ο连续：可能值的数量受可以能够测量能量的分辨率的限制
ο离散(“量化”)：可能值的数量是预定的，并且其以2为底的对数是量化信号的“比特数”
这些属性有四种组合，并且因此有四种不同类型的信号：
·“模拟”信号是连续时间、连续振幅信号。
·“数字”信号是离散时间、离散振幅信号。
·“脉冲式”信号是离散时间、连续振幅信号。为了清楚起见，本公开中借用术语“脉冲式”的这种不寻常含义。脉冲式信号通常用“采样模拟”电路进行处理，而本领域其它技术人员可能更喜欢术语“采样保持”电路。
·“神经元”信号是连续时间、离散振幅信号。这不一定是词语“神经元”的通常含义，而是适合分类学的此第四象限。神经元信号在本公开的范围之外。
本公开引入了用于采样有效载荷信号的本地站点传输(lst)方法和装置。每个有效载荷信号是有序的样本系列。有效载荷信号在连续的“片段”中被处理，其中片段是来自包括信号的有序的样本系列的邻近的子系列。本文公开的方法和装置适用于脉冲式信号和数字信号。频带受限的模拟信号可以被采样，使得它们也服从本文公开的通过lst的传输。
视频信号
本文在适当的情况下，视频信号被用作采样的有效载荷信号的示例用于具体说明。视频信号有许多替代的、同样有用的电子格式。在任何情况下，虽然图像是二维对象，但是不管电子格式的颜色空间和每个帧的分辨率以及帧速率如何，每个视频信号最终被表示为颜色值的一维列表，即，有序的输入值系列。这些输入值被量化用于数字视频，并且它们是用于脉冲式视频的连续值。
基础设施视频lst
移动视频系统是单体和紧凑的，因此lst不是移动视频装备设计的中心焦点。相比之下，lst是基础设施视频系统的关键设计考虑因素，因为基础设施视频系统由最终客户从可能在各个工厂制造的装备组装而成，并通过难以预测的并且有时难以约束的基础设施em通路互连。
基础设施视频lst将来自视频发送器(诸如相机或playstation)的输出端的不完美介质上的视频信号通过不完美的em通路运送到视频接收器(诸如显示器或xbox)的输入端。发送器和接收器可以在共同的外壳内实现，诸如具有内置显示器的一体化dvr，或者这两者可以在附近，诸如hdmi显示器和机顶盒，或者这两个装备件可以位于房间的不同角落处、在汽车中的挡泥板和表盘之间、在建筑物的相对端处、在校园建筑物之间或在火车上的不同车厢中。对于运送电信号、rf信号或光信号的普通介质，lst将传输的视频分别表示为电流/电压、无线电或光。
可以重新使用传统基础设施布线的lst将是特别期望的，因为电缆安装是昂贵的，因此重新使用传统基础设施降低了安装成本。这样的lst是本公开的主题。
以下基础设施lst是需要特殊种类的电缆和连接器的示例：
·eia/cea-861(hdmi)是用于家庭娱乐的lst。机顶盒通过hdmi电缆将视频发送到显示器。
·usb视频类别是用于网络摄像头的lst。网络摄像头通过usb电缆将视频流传输到个人计算机。
·以太网是用于ip相机的lst。ip相机通过非屏蔽双绞线(utp)电缆将视频流传输到lan交换机。
以下基础设施lst是不需要特殊种类的电缆和连接器的示例：
·ntsc/pal是用于传统cctv系统的lst。cctv相机通过rg-59同轴电缆将视频流传输到dvr。
·现在有广泛的hdcctvlst可用，包括hd-sdi和几种专有的模拟hd解决方案。
各种lst被用于虚拟现实(vr)系统，该虚拟现实(vr)系统捕捉人的外表和手势，同时呈现全景视频。
基础设施视频系统面临各种多样的布线挑战。在一些基础设施视频应用(诸如cctv)中，当制造单个装备时，em通路特性是未知的。因此，一些lst被设计为容许各种各样的同轴电缆、utp电缆和其它电缆。
dvi、lvds和hdbaset属于许多hd视频lst之中。
lst可以通过施加的特定的一组限制和权衡来特征化。不幸的是，随着基础设施视频装备单元的数量和每视频信号的分辨率响应于永不满足的市场需求而不断增加，这些限制和权衡的影响趋于增加。
ssds-cdma
在寻找替代的lst时，如在威利父子(wiley&sons)1994，第3卷，robertc.dixon所著的“具有商业应用的扩频系统(spreadspectrumsystemswithcommercialapplications)”中定义的扩频直接序列—码分多址(ssds-cdma)传输系统通过引用被并入本说明书中。
ssds是一种信号传输方法，其中输入信号的每个比特在传送器中通过较高频率码进行调制，而接收器通过相同码的同步实例对接收到的信号的每个样本进行相关。
ssds众所周知给予多种益处，包括对em传播通路缺陷(包括例如滚降(roll-off)、分散、反射和攻击者信号)的应变能力。
ssds考虑源自阻抗不连续性的反射波：这些反射波的特性延迟比码片长度长很多。反射的唯一危险在于锁定反射信号而非主要的较高强度信号。
ssds-cdma是通过改变码来组合几个独立的ssds传输的传输方法。ssds-cdma接收器基于每个传送器使用的码来区分各种传送器。
本公开提出适于与任意受损的em通路一起使用的编码器组件和解码器组件。
lst理想地递送适合用途的视频。对于观看视频系统的应用的人类，适合用途的lst尽可能忠实地递送有效载荷视频信号的再现，同时引入最少的视觉干扰伪影。在所有其它条件相同的情况下使用传统布线始终是成本最低的布线方法，并且适合用途的lst可以重新使用传统布线，而不需要新的或特殊的布线，并且为了通过便宜的电缆有用地运送视频信号的本质，可以利用全带宽和动态范围的布线或其它em通路。
除了滚降、分散、反射和攻击者信号的电气破坏之外，诸如不正确的终止、力作用下的卷曲、啮齿动物的啃咬以及浸入水中的因素意味着在基础设施布线上可能存在传播误差。先前的lst使得em通路传播的不完美表现为可能实质上降低感官有效载荷的感知值的感知上的干扰伪影。为了减轻对信号保真度的影响，这些lst施加电缆长度限制以及昂贵的压缩和滤波电路，所有这些都约束了系统实现，同时限制了保真度。
技术实现要素：
本说明书在一个方面中公开了用于采样信号的lst，其使得em传播误差在重构的有效载荷信号中在感知上良好地表现，从而出于人类感知目的在不完美的em通路上提供感官信号的可能实现的最好(best-one-might-do)的传输。
相对于任何给定的目的，并非感官信号的所有方面(例如，视觉、听觉、压力、触觉、化学等)都在人脑对信号内容的感知方面同样有用/有价值。例如，一定水平的噪声(低psnr)可能使视频信号绝对不可观看和无效。另一方面，尽管极低的psnr，人们也能够容易地通过大量的“雪”辨认出重要的表示性形式–小马驹、小狗、其它人等。
特别地，每个人类感知子系统非常适应感官信号的突然变化。例如，视觉系统已经进化到对高时间频率和高空间频率的光图案敏感–一些推测认为这是为了成为更有效的猎手。一些高频感观输入令我们感到不舒服。另一方面，人类也易于受感官刺激的绝对无效(nullity)困扰。这可能是因为相对于高频替代方案，以及根本没有信号，人们的感觉更偏向于低空间频率和低时间频率输入。例如，一些人依赖于人为的音频白噪声才能入睡。在一方面，本公开考虑启用ivrtm(沉浸式虚拟现实)系统，其将电气误差以人们觉得有帮助或舒缓的方式呈现为视觉白噪声。
现有的数字lst引入了各种高时间频率和高空间频率的伪影，这些伪影对眼睛是有干扰的。因此，除了花费在通过在算法上去除信息(压缩)来减少表示有效载荷所需的比特率的计算量之外，这些数字lst还首先对由数字lst引入的伪影施加了进一步额外的昂贵校正。令人反感的高空间频率伪影的示例包括在大数字显示区域上呈现的以渐变梯度出现的“轮廓”边缘，以及在基于运动的压缩算法中由dct块的dc项中的大约0.1％的非常小的误差引起的“阻塞”伪影。
在本公开的一方面中，本文公开的方法和装置使得em通路损害在重构的有效载荷信号中表现为白噪声。例如，大脑“看穿”视觉白噪声或“听到”听觉白噪声或“感觉到”一些表面中的粗糙斑点的能力使得重构的有效载荷维度中的差异相对于感官信号的预期用途具有用于感知的最小值/重要性。
没有em通路将信息完美地从一个地方运送到另一个地方。本公开的主题引入了提供用于经由固有缺陷的em传播介质来运送感官信号的方法的lst。出于人类观看的目的，所主张的lst允许传送器装备在各种各样的信息传播条件下将表示性信号传送到匹配的接收器装备，其中接收器装备将该表示性信号重构为可观看的结果。
在一个方面，本公开的主题包括用于采样的有效载荷的编码器组件和解码器组件，其中采样振幅可以或者连续地(作为脉冲式信号)或者离散地(作为数字信号)来表示。该方法从有效载荷片段中重复地构造输入向量、将输入向量编码为待被提供的有序的值系列、通过同时传送和接收来传输信号、将从em通路接收到的有序的值系列解码为输出向量、并且将输出向量分发作为重构的有效载荷片段。
在一个方面，用于从输入有效载荷片段采集样本到输入向量中、将输入向量编码为待被提供的有序的输出值系列、以及提供输出值用于通过不完美介质进行传输的方法包括一系列步骤。
该方法的第一步是从一个或多个输入有效载荷片段采集样本到一个预定长度n的有索引的输入向量中。n的预定涉及到权衡：在所有其它方面都相同的情况下，更高的n给予更大的吞吐量，但牺牲电气应变力。在实施例中，n＝32。该采集步骤在预定的采集间隔期间进行，该预定的采集间隔可以与进行该方法的其它步骤的间隔不同，那些其它的间隔包括编码间隔、传输间隔、解码间隔和分发间隔。在优选实施例中，所有间隔都具有共同的持续时间。
该采集步骤实现预定置换，该置换是输入有效载荷片段集合中的索引与输入向量中的索引之间的一对一映射。置换的属性并不重要，从而n！种可能置换的任一者都是同样优选的。在实施例中，输入有效载荷片段样本以直接轮询(straightforwardround-robin)的顺序被分配到输入向量位置。
该方法中的另一个步骤将每个输入向量索引与特定码相关联，其中集合中的每个码本身是有索引的值序列，并且其中每个码不同于集合中的其它n-1个码，并且其中码的长度全部等于另一个预定长度l。l的预定涉及到权衡：更高的l以更高速的电路实现为代价给予更大的电气应变力。在实施例中，l＝128。
该方法的下一个步骤是编码步骤。编码步骤将编码内部循环迭代l次，所有迭代都在预定的编码间隔内。对于每个编码间隔，存在l个码片间隔，从而码片间隔的持续时间＝编码间隔/l。编码间隔的预定是不受约束的。在优选实施例中，编码间隔等于传输间隔。
针对码中的l个索引中的每个索引执行一次的编码步骤内部循环包括两个子步骤：
i.通过由对应码中的循环索引寻址的值来调制输入向量中的每个样本，以及
ii.对前面子步骤的所有调制结果进行求和以形成有序的输出值系列中的一个，以及
其中从最后一步得到的有序的值系列(对于每个码索引一个值，并且等效地，对于循环索引的每个值一个值)整体上表示输入向量。
最后一步是提供步骤。对于有序的输出值系列中的l个索引中的每个索引执行一次的提供步骤内部循环包括一个子步骤：
i.提供有序的输出值系列中有索引的一个到不完美的em通路。
提供步骤在预定的传输间隔内进行，从而每个内部循环迭代的持续时间等于传输间隔的持续时间除以l。传输间隔的预定取决于例如权衡，该权衡涉及n、l、em通道的能量密度限制以及实现技术的限制：对于固定的n和l，在所有其它方面都相同的情况下，更短的传输间隔意味着以更高速的实施例为代价的更高的有效载荷吞吐量。在实施例中，传输间隔是100ns，对应于每秒传输1000万个输入向量。
预备步骤是选择n和l的值，每个都是大于等于2的整数。高l意味着高的电气应变力，但是更高的l需要更高速的电路。高n意味着高有效载荷吞吐量，但是对于固定的l，更高的n意味着更低的应变力。在实施例中，n＝128并且l＝1024。
另一个预备步骤是选择n个码的集合(“本”)，对于编码器输入向量中的每个索引一个码。码是有唯一索引的l个值的序列，在优选实施例中，这些码片中的每一个是二进制值，或者+1或者-1，并且每个码是dc平衡的。码本中的每个码都与输入向量中的特定位置相关联。该方法中的第一步是通过与该输入向量索引相关联的码的有对应索引的值来调制向量中的每个索引处的样本。注意的是，当码片被限制为+1/-1或+1/0时，调制可以被尤其经济地实现。
在该方法中的下一步是对第一步的每次调制的结果进行求和以形成用于传输的值。这些值的有序系列在传输间隔期间被运送以表示输入向量内容。
在另一方面，通过编码方法产生的连续值中的每个使用物理机制在不完美介质上被传送。
在另一方面，如果提供输出值用于以数字形式的传输，则该方法还包括在传输到em通路中之前的值的数字到物理模拟转换。
注意的是，这些操作可以或者通过数字电路或者通过模拟电路或者通过其组合来实现。在任何情况下，物理传递都是电磁传播。
在一方面，用于在预定的传输间隔期间从不完美介质接收与通过已经被应用到一个或多个输入有效载荷片段的对应编码方法产生的输出值系列对应的有序的输入值系列、将该有序的输入值系列解码为输出向量、以及将输出向量分发到一个或多个重构的有效载荷片段中的方法包括一系列步骤。
第一步是获取与从不完美介质到达的信号的同步。关于ssds-cdma系统的文献包含许多获取同步的方法和装置。
下一步是准备包含预定数量n个位置以开发重构样本的输出向量。
下一步是将输出向量中的每个索引与来自预定码集合中的码相关联，其中码中的每一个是有索引的值序列或“码片”。每个码与集合中的其它n-1个码中的每一个都不同。而且，每个码都是l个码片长。另外，码集合与在对应编码方法中应用的码集合相同。用于解码方法的l和n与对应编码方法中的对应参数值相匹配。
下一步是接收步骤。接收步骤在其中对应编码方法执行其提供步骤的相同传输间隔期间进行。接收步骤重复对于有序的输入值系列中的l个索引中的每个索引执行一次的内部循环，包括一个子步骤：
i.从不完美的em通路接收有序的输出值系列中有索引的一个。
每个循环迭代的持续时间通过传输间隔除以l给出。通过接收步骤产生的有序的输入值系列整体上表示由对应编码方法编码并将由这个方法进行重构的输入有效载荷片段。
下一步是解码步骤。解码步骤在预定的解码间隔期间进行。在优选实施例中，解码间隔等于传输间隔。解码步骤执行以下循环的l次迭代，对于有序输入系列中的l个索引中的每个索引执行一次迭代：
i.通过对应于输出向量索引的码中的有共同索引的值来调制有序输入系列中的有索引的值
ii.对来自子步骤i)1)的调制结果与输出向量的有对应索引的元素进行求和，
iii.将来自子步骤i)2)的求和结果存储在对应的输出向量索引中，以及
iv.跟踪与发送信号的同步。
最后一步是分发步骤。分发步骤在预定的分发间隔期间进行。在优选实施例中，分发间隔等于传输间隔。该分发步骤实现预定置换，该置换是输出向量中的索引与重构的有效载荷片段集合中的索引之间的一对一映射。该置换是在对应编码方法中应用的置换的逆。这种解码器置换将来自输出向量的零个或多个样本呈现给每个重构的有效载荷片段。
在一方面，用于从一个或多个输入有效载荷片段构造样本的输入向量、将输入向量编码为有序的输出值系列、并且在预定的传输间隔期间将有序的输出值系列传送到不完美介质中的装置包括一组元件。
其中一个元件是用于接收并在预定长度n的输入向量中存储所有样本的存储器。n的预定涉及到权衡：在所有其它方面相等的情况下，更高的n给予更大的吞吐量，但牺牲电气应变力。在实施例中，n＝16。
另一个元件是置换器。置换器将输入有效载荷片段样本分配到输入向量位置。置换器实现预定置换，其也被称为“一对一映射”。存在n！种可能的这样的置换。在优选实施例中，为了方便起见，置换被选择。
另一个元件是用于在预定的采集间隔期间对于输入向量的所有n个索引重复以下步骤的控制器：
配置置换器，以将连续的输入有效载荷片段样本存储到有索引的输入向量位置。
另一个元件是用于生成预定码集合的n个码生成器的集合。对于每个输入向量索引存在一个码生成器。码集合中的每个码都是有索引的值序列，或“码片”。这些码都具有共同的预定长度l，使得每个码中有l个码片。l的预定涉及到权衡：更高的l以更高速的电路实现为代价给予更大的电气应变力。在实施例中，l＝1024。每个码与集合中的所有其它码不同。
另一个元件是n个调制器的集合。存在与每个输入向量索引对应的一个调制器。相当于，存在与码集合中的每个码对应的一个调制器。每个调制器具有两个输入：一个输入来自对应输入样本，而另一个输入是对应码片。
另一个元件是单个n-输入求和器。求和器输入由调制器输出驱动，每个输入向量索引一个求和器输入。
另一个元件是用于以足以在预定的编码间隔内枚举码集合中的所有索引的速率对于码集合中的所有索引重复以下步骤的控制器：
通过存储在对应码中的有共同索引的位置中的值，利用其对应调制器来调制输入向量中的每个元素，以及
利用求和器对步骤g)i)的所有调制的结果进行求和，以形成有序的输出值系列中有索引的一个。
在优选实施例中，编码间隔等于传输间隔，从而可以直接看到每个调制器在一个编码间隔的过程中通过对应码来调制其输入样本。
另一个元件是用于提供在编码间隔期间创建的有序的值系列的输出端。
另一个元件是用于在传输间隔期间对于有序的输出值系列中的l个索引中的每个索引重复以下步骤的控制器，其中每个步骤的持续时间等于传输间隔的持续时间除以l：
以足以在传输间隔内枚举所有系列索引的速率提供在编码间隔期间创建的有序输出系列中的有索引的值。
在上述提供步骤的l次迭代之后已经提供的有序输出系列整体上表示输入有效载荷片段。
在另一个方面，这些值通过不完美的em传播通路传送。
在另一个方面，编码器组件装置在算法控制下改变这些参数，例如，以适应有效载荷性质、em通路传播特性或应用需求的变化。
在一方面，用于在预定的传输间隔期间从不完美介质接收与通过已经被应用到一个或多个输入有效载荷片段的对应编码装置产生的有序的输出值系列对应的有序的输入值系列、将该有序的输入值系列解码为样本的输出向量、以及将输出向量分发作为一个或多个重构的有效载荷片段的装置包括一组元件。
其中一个元件是用于将所有样本重构并存储在预定长度n的输出向量中的存储器，该预定长度n等于对应编码装置的n。
其中一个元件是码生成器集合。存在n个码生成器，对于每个输出向量索引一个码生成器。每个码生成器产生预定码，该预定码是有索引的值序列，或“码片”。码集合中的每个码具有另一个预定长度l，其等于对应编码装置的l。每个码都与集合中的所有其它码不同。该码集合与对应编码装置的码集合相同。
其中另一个元件是n个相关器的集合。存在对应于每个输出向量索引的一个相关器，并且相当于，一个相关器对应于码集合中的每个码。每个相关器具有两个输入：一个输入是接收到的输入值，并且另一个输入是对应码片。
其中一个元件是n个求和电路的集合。存在与每个输出向量索引相关联的一个求和电路。每个求和电路具有两个输入：一个输入是对应相关器的输出，并且另一个是有对应索引的输出向量位置的内容。
其中一个元件是同步获取和跟踪电路。同步和获取电路包括时钟恢复电路和相关尖峰检测器。
其中一个元件是用于在传输间隔期间对于有序的输入值系列中的l个索引中的每个索引重复以下步骤的控制器：
i.配置同步获取和跟踪电路以通过分析从不完美介质到达的信号来推断参考时钟频率和相位，以及
ii.以足以在传输间隔内枚举所有系列索引的速率接收有序输入系列中的有索引的值。
在上述接收循环的l次迭代已完成之后已被接收到的有序输入系列整体上表示待被重构的有效载荷片段。
接收循环中的每个步骤的持续时间等于传输间隔的持续时间除以l。
其中另一个元件是用于在预定的解码间隔期间对于有序的输入值系列中的l个索引中的每个索引重复以下步骤的控制器：
对于输出向量中的n个索引中的每个索引重复以下子步骤：
i.配置有索引的相关器以通过有索引的码中的有共同索引的值对接收到的输入值索引进行相关来贡献有索引的输出样本的一部分，
ii.配置有索引的求和电路以对有索引的相关器的输出与有索引的输出向量位置的内容进行求和，以及
iii.配置输出向量存储器中的有对应索引的位置以接收求和电路的输出。
其中一个元件是用于在预定的分发间隔期间对于输出向量中的n个索引中的每个索引重复以下步骤的控制器：
i.配置同步获取和跟踪电路以通过分析从不完美介质到达的信号来推断参考时钟频率和相位，以及
ii.以足以在传输间隔内枚举所有系列索引的速率接收有序输入序列中的有索引的值。
在以上内部循环的l次迭代完成之后已被接收到的有序输入系列整体上表示待被重构的有效载荷片段。
其中一个元件是用于在预定的分发间隔期间对于输出向量的所有n个索引重复以下步骤的控制器：
i.配置置换器以提供有索引的输出向量位置作为连续重构的有效载荷片段样本。
在另一个方面，通过不完美的电磁传播通路接收有序的输入值系列。
在另一个方面，所主张的是并入与对应解码器组件装置配对的编码器组件装置的lst。
在另一个方面，并入被配置用于携带数字信号的编码装置的lst与被配置用于携带数字信号的解码装置配对。
在另一个方面，并入被配置用于携带脉冲式信号的编码装置的lst与被配置用于携带数字信号的解码装置配对。
在另一个方面，并入被配置用于携带数字信号的编码装置的lst与被配置用于携带脉冲式信号的解码装置配对。
在另一个方面，并入被配置用于携带脉冲式信号的编码装置的lst与被配置用于携带脉冲式信号的解码装置配对。
本领域的技术人员将理解的是，可以使用各种技术和技巧中的任一种来表示信息和信号。例如，可以贯穿以上描述引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、样本、符号和码片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或其任何组合来表示。
本领域的技术人员还将认识到的是，结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或指令、或者两者的组合。为了清楚地图示硬件和软件的这种可互换性，以上已经关于其功能一般性地描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。这样的功能被实现为硬件还是软件取决于施加在整个系统上的特定应用和设计约束。本领域技术人员可以针对每个特定应用以各种方式实现所描述的功能，但是这样的实现决定不应该被解释为导致偏离本发明的范围。
结合本文公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合。对于硬件实现，可以在一个或多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑设备(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器，微处理器、被设计为执行本文描述的功能的其它电子单元或其组合内实现处理。软件模块(也称为计算机程序、计算机代码或指令)可以包含许多源代码或目标代码段或指令，并且可以驻留在任何计算机可读介质中，诸如ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、dvd-rom、蓝光盘或任何其它形式的计算机可读介质。在一些方面，计算机可读介质可以包括非瞬态计算机可读介质(例如，有形介质)。此外，对于其它方面来说，计算机可读介质可以包括瞬态计算机可读介质(例如，信号)。以上的组合也应该被包括在计算机可读介质的范围内。在另一个方面，计算机可读介质可以被集成到处理器中。处理器和计算机可读介质可以驻留在asic或相关设备中。软件代码可以被存储在存储器单元中，并且处理器可以被配置为执行它们。存储器单元可以在处理器内实现，或在处理器外部实现，在这种情况下，它可以经由本领域已知的各种手段通信地连接到处理器。
此外，应该认识到的是，可以由计算设备下载和/或以其它方式获得用于执行本文描述的方法和技术的模块和/或其它适当工具。例如，这样的设备可以连接到服务器以便于用于执行本文描述的方法的工具的转移。可替代地，本文描述的各种方法可以经由存储工具(例如，ram、rom、诸如压缩盘(cd)或软盘的物理存储介质)来提供，从而计算设备可以在将存储工具连接到或提供给设备时获得各种方法。此外，可以利用用于将本文描述的方法和技术提供给设备的任何其它合适的技术。
在一种形式中，本发明可以包括用于执行本文提出的方法或操作的计算机程序产品。例如，这样的计算机程序产品可以包括具有存储(和/或编码)在其上的指令的计算机(或处理器)可读介质，该指令可由一个或多个处理器执行以执行本文描述的操作。对于某些方面，计算机程序产品可以包括包装材料。
本文公开的方法包括用于实现所描述的方法的一个或多个步骤或动作。方法步骤和/或动作可以在不脱离权利要求的范围的情况下彼此互换。换句话说，除非指定了步骤或动作的特定顺序，否则在不脱离权利要求的范围的情况下，可以修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。
如本文所使用的，术语“确定”涵盖各种各样的动作。例如，“确定”可以包括计算、运算、处理、推导、调查、查找(例如，在表、数据库或其它数据结构中查找)、查明等。而且，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。而且，“确定”可以包括解析、选择、选取、建立等。
系统可以是包括显示设备、处理器和存储器以及输入设备的计算机实现的系统。存储器可以包括使处理器执行本文描述的方法的指令。处理器存储器和显示设备可以被包括在诸如台式计算机的标准计算设备、诸如膝上型计算机或平板电脑的便携式计算设备中，或者它们可以被包括在定制的设备或系统中。计算设备可以是单一的计算或可编程设备，或者包括经由有线或无线连接可操作地(或功能上)连接的若干部件的分布式设备。计算设备的实施例包括中央处理单元(cpu)、存储器、显示装置，并且可以包括诸如键盘、鼠标等的输入设备。cpu包括输入/输出接口、算术和逻辑单元(alu)以及通过输入/输出接口与输入和输出设备(例如输入设备和显示装置)通信的控制单元和程序计数器元件。输入/输出接口可以包括网络接口和/或通信模块，用于使用预定义的通信协议(例如，蓝牙、zigbee、ieee802.15、ieee802.11、tcp/ip、udp等)与另一个设备中的等效通信模块进行通信。图形处理单元(gpu)也可以被包括在内。显示装置可以包括平板显示器(例如lcd、led、等离子、触摸屏等)、投影仪、crt等。计算设备可以包括单个cpu(核心)或多个cpu(多个核心)或多个处理器。计算设备可以使用并行处理器、向量处理器或者是分布式计算设备。存储器可操作地连接到(一个或多个)处理器并且可以包括ram和rom部件，并且可以在设备内部或外部提供。存储器可以用于存储操作系统和附加的软件模块或指令。(一个或多个)处理器可以被配置为加载和执行存储在存储器中的软件模块或指令。
附图说明
图1绘出用于从有效载荷片段集合采集输入向量、将该向量编码为有序的输出值系列、并提供输出值用于在不完美的em通路上进行传输的方法；
图2绘出用于对从不完美的em通路接收有序的输入值系列进行解码、解码该输入系列以形成输出向量、以及将输出向量分发到重构的有效载荷片段的方法；
图3图示用于来自一个或多个有效载荷信号的片段的本地站点传输；
图4描述一个特定置换，该置换是从输入有效载荷片段索引到编码器输入向量索引的映射，示出的示例是轮询分配；
图5图示对于给定有效载荷的第一传输间隔，从并行rgb输入视频信号的片段中的索引到8元素编码器输入向量中的索引的示例轮询置换；
图6还图示对于给定有效载荷的第二传输间隔，从并行rgb输入视频信号的片段中的索引到8元素编码器输入向量中的索引的示例轮询置换；
图7示出用于将n-样本输入向量编码为被传送的l-时间-间隔输出值系列的装置；
图8绘出换向调制器的示例；
图9图示用于从接收到的l-时间-间隔输入值系列中解码n-样本输出向量的装置；
图10示出一个同步获取和跟踪电路的体系架构；
图11示出替代的同步获取和跟踪电路的体系架构；
图12描述解码器输出向量索引到重构的有效载荷信号的片段的一个特定轮询分配；
图13图示对于给定有效载荷的第一传输间隔，从8元素解码器输出向量中的索引到重构的并行-rgb输出视频信号的片段中的索引的示例轮询置换；
图14进一步图示对于第二传输间隔，从8元素解码器输出向量中的索引到重构的并行-rgb输出视频信号的片段中的索引的示例轮询置换；
图15示出作为单位矩阵的子集的一个二进制码本的模式；
图16示出其码每个都是共同pn序列的特定旋转的127×127二进制码本的示例；
图17示出作为沃尔什-阿达玛(walsh-hadamard)矩阵的128×128二进制码本的示例；
图18示出通过将walsh-hadamard矩阵的每一行与共同近pn序列逐元素相乘而构造的128×128二进制码本的示例；
图19绘出信号采集、处理和呈现系统的组成部分之间的互连；以及
图20示出在解码器组件输入端处的从em通路到达的信号的示例示波器轨迹。
词汇表
涉及广泛理解的扩频传输系统的术语在wiley&sons1994，第3卷，由robertc.dixon所著的“具有商业应用的扩频系统(spreadspectrumsystemswithcommercialapplications)”中定义和详细阐述。
具体实施方式
所提供的实施例公开了其中某些方法和装置在一系列环境中被使用和可用的方式。
图1中绘出了编码方法和装置的实施例，其中该方法对于每个码片间隔τ以及等效地对于有索引的码片的预定码本的码中的每个共同索引重复，方法的步骤包括但不限于以下步骤：
i)通过对应于输入向量350中的索引的码304中的有共同索引的码片104来调制308每个输入样本300。如果有效载荷信号是脉冲式的，则样本是连续值，并且调制的实施例是模拟乘法。如果码是二进制(1/-1)，则模拟调制的实施例是条件反转。如果有效载荷信号是数字的，则样本是数字，并且调制的实施例是数字乘法器。如果码是二进制(1/-1)，则数字乘法器的实施例是条件否定。
ii)对来自步骤i)的调制结果114进行求和310以形成用于传输的输出值112的有序系列110中的一个。如果有效载荷信号是脉冲式的，则调制结果是连续值并且求和是求和电路。如果有效载荷信号是数字的，则调制结果是数字并且求和是加法器；
iii)以足以在编码间隔12内枚举所有码304索引的速率提供通过步骤ii)产生的输出108。提供以多种方式实现，一个示例是在端口上提供输出，另一个替代方案是将输出存储到存储器中，在该存储器上可以执行读取以提供输出。
通过在编码间隔12期间遵循所公开的在每个码片间隔τ期间对于每个码304的索引产生一个值的步骤，从步骤iii)产生的值112的有序系列110表示输入向量350。对于每个编码间隔，实现这个处理，使得可以针对连续的输入向量重复所描述的方法。
在图1的方法的优选实施例中，码本354是n个相互正交的l-码片104码304的集合，其中每个码是扩频码。码的l个索引对应于在编码间隔期间分配的l个码片间隔τ。比率l/n是如由dixon在第6页定义的“ssds处理增益”。这个比率取得权衡，其中给予输入向量中的每个样本的电气应变力随着l和n之间的比率而增长。可用的实现技术对l设置了上限。n越大，可以被容纳的有效载荷的带宽越高。因此，促动设计者让n非常大。但是，固定的l意味着增加n会减少给予输入向量中每个样本的电气应变力。在优选实施例中，l≥n。
图1的编码方法对于每个码片间隔τ并且等效地对于码中的每个共同索引重复以下步骤：
i)通过对应于输入向量350中的输入信号值的索引的码304中的有共同索引的码片104来调制308每个输入样本300。如果有效载荷信号是脉冲式的，则样本是连续值，并且调制的实施例是模拟乘法。如果码是二进制(1/-1)，则模拟乘法的实施例是条件反转。如果有效载荷信号是数字的，则样本是数字，并且调制的实施例是数字乘法。如果码是二进制(1/-1)，则数字乘法的实施例是条件否定，
ii)对来自步骤i)的调制结果114进行求和310以形成输出值112的有序系列110中的一个，以及
iii)以足以在预定的编码间隔内枚举所有码304索引的速率提供通过步骤ii)产生的输出108，
其中从步骤iii)产生的值112的有序系列110(对于每个码304索引一个值)整体上表示在预定数量l个码片间隔τ内的输入向量350。
仅在图1中的高速时域指示器506内完全出现的信号在编码输入向量350的过程期间改变。
图2绘出了用于从接收到的波形重构有效载荷片段的接收、解码和分发方法和装置，其中接收到的值214的l-码片-间隔时间系列216被解码以产生输出信号样本302的n-元素输出向量352。在被分配用于接收输出向量352的l个码片间隔τ之后，产生全部输出值集合一次。
图2的解码方法依赖于码本356。码本是n个相互正交的l-码片206码202的集合，其中每个码应该可能是扩频码。码的l个索引对应于被分配用于接收输出向量352的l个码片间隔τ。
在每个解码周期的开始(关于
在每个码片间隔τ期间，通过其在码本356中的索引对应于输出向量352中的输出值302的索引的码202的有对应索引的码片206对接收到的值214进行相关334。如果有效载荷信号是脉冲式的，则样本是连续值，并且相关的实施例是模拟乘法。如果码是二进制(1/-1)，则模拟乘法的实施例是条件反转。如果有效载荷信号是数字的，则样本是数字并且相关的实施例是数字乘法。如果码是二进制(1/-1)，则数字乘法的实施例是条件否定。
在编码间隔2的过程中对在每个输入向量350索引处的所有l个相关结果204进行求和336以产生相应的输出样本302。
输出向量352在被分配用于接收输出向量的l个码片间隔τ之后包含重构的有效载荷样本，并且提供它们作为输出向量值344。这种提供适于任何形式的装备内信令。
仅在图2中的高速时域指示器506内完全出现的信号在编码输出向量352的过程期间改变。
样本信号的本地站点传输涉及可能无休止地重复这个步骤序列：
·从输入有效载荷片段组装输入向量；
·在码本的控制下将输入向量编码为传送信号；
·传输信号，其涉及两个并发的活动
ο传送信号(在编码器组件326中)，以及
ο接收信号(在解码器组件328中)；
·在码本的控制下将接收到的信号解码成输出向量；以及
·将输出向量分发到重构的有效载荷片段中。
现在参考图3，表示用于采样的有效载荷的端到端本地站点传输(lst)1的元件1包括通过电磁(em)通路314连接到解码器组件328的编码器组件326。编码器组件接收输入样本504的有序系列350并且在em通路上产生模拟波形。解码器组件接收来自em通路的模拟波形并产生输出值344的有序系列352，其中每个输出值是其对应有效载荷值的近似值。所有的编码和解码操作都在所指示的高速时域506内的预定的传输间隔的l个步骤内进行。在实施例中，em通路是波导，从而使得能够运送最大量的能量。
根据任意的、预定的双射编码器映射函数346，在采集间隔100内从来自一个或多个输入有效载荷信号500中的每个的连续样本504组装编码器输入向量350。通过双射解码器映射函数348在分发间隔102内从解码器输出值向量352组装对应的输出有效载荷信号502。在优选实施例中，解码器映射函数是对应的编码器映射函数的逆。
编码器组件326将编码器输入向量350变换成经由em通路314传送到解码器组件328的值系列。em通路将编码器组件输出端338连接到解码器组件输入端340。阻抗316在解码器组件输入端处使em通路终止。解码器组件从em通路接收传播信号，并将接收到的值的序列变换成解码器输出向量352。
图3中示出的lst1能够将相对大量的干线供应的能量注入到em通路314中。在实施例中，em通路是波导。
在不失一般性的情况下，对于本领域技术人员显而易见的是，虽然系统被描述为从编码器组件326向解码器组件328传输有效载荷，但是，利用与主编码器326并行且附连到传输介质、在338处接收来自与主解码器328并行的次编码器块的信息并且在340处驱动线路以实现或者数字或者脉冲式的信息的双向传输的次解码器的实现，信息也可以在em通路314上以相反的方向流动。主与次编码器/解码器的主要区别在于信息流量的区别。次信息流是例如命令和控制信号，驱动扬声器或类似装置的音频信号。这被称为utc(缆上，upthecable)通信并且由少得多的信息内容组成。通过为utc通信使用分离的码序列，以数字或脉冲式信号形式的信息可以在相反的方向上流动，此分离的码序列与主码序列正交。
图4图示了采集间隔500样本504与编码器输入向量350位置300之间的置换器346的n！种可能置换中的一个。这种模式允许在由附图左手侧的β和ω之间的省略号隐含的列表中的任何数量的有效载荷信号，并且允许每个有效载荷信号在每个采集间隔期间从其片段向输入向量贡献任意数量的样本。
图4示出了在置换器346内执行的直接轮询置换，其中来自有效载荷信号集合504α、β、...、ω中的每个信号500的下一个样本依次被分配给编码器输入向量350中的下一个可用的索引，直到全部n个输入向量位置300都被填充。编号的圆圈指示其中输入有效载荷片段样本被选择用于包括在编码器输入向量中的顺序。在采集间隔期间采集正好n个样本。
虽然对于由置换器346实现的置换存在n！种同样好的选择，但是解码器置换器348实现由对应编码器实现的置换的逆。确保关于这些细节的协议是国际标准的主题，以供将来的实现。
图4中绘制的模式适用于许多可能类型的信号。例如，可能存在由视频的表示组成的单个有效载荷信号，其中每个连续的样本是颜色值(例如，每像素3个分量(r/g/b))。另一个示例也是单个有效载荷信号，这一个有效载荷信号由来自几个交织的独立视频信号的颜色值组成。其它示例包括不同类型的信号，例如，视频、音频、化学、机械/触觉等等。一个这样的混合示例的实施例包括在每个传输间隔期间来自/到每个有效载荷信号的不同数量的样本。其它示例包括四种类型的信号(数字、模拟、脉冲式和神经)中的每一种，单独地或者集体地。
图5图示了图4中描述的一般模式的尤其常见的特定情况。在这个示例中，有效载荷由3个信号500组成，分别表示单个基于rgb的视频信号的r、g和b颜色平面。编码器输入向量350中的元素的数目n恰好是8。这个示例示出了在第一传输间隔的传输期间的轮询分配。
进一步对于图5中开始的示例，图6图示了在第二传输间隔的传输期间的轮询分配。
现在参考图7，编码器组件326从映射346接收输入信号样本504，并且通过其输出端338将信号驱动到em通路314上。编码器组件包括用于接收和存储全部输入信号样本的输入向量存储器326，以及用于接收和存储预定码集合的码本存储器354，每个输入样本300与一个码304相关联。
编码器组件326数据通路以多个调制器308为特征，每输入样本300一个调制器，其中输入样本300被每码片间隔τ一次地一遍又一遍重新使用。在高速域506中的传送时钟的每个周期上，每个调制器将有对应索引的码片306应用到其有对应索引的输入样本，并且求和电路310组合所有调制器输出508以产生用于由线路驱动器312经由输出端338传输到em通路314中的下一个值108。在实施例中，em通路是波导，从而使得能够运送最大量的能量。
如果输入有效载荷信号500是脉冲式的，则输入样本301是连续值，并且调制器308的实施例是模拟乘法器。如果码330是二进制(1/-1)，则模拟调制器的实施例是条件逆变器。如果有效载荷信号是数字的，则样本是数字，并且调制器的实施例是数字乘法器。如果码是二进制的(1/-1)，则数字乘法器的实施例是条件反相器。
比单个采集间隔100更长持续时间的应用有效载荷信号500在几个采集间隔的过程中，并且因此在对应数量的编码间隔12以及对应数量的传输间隔2的过程中被编码。在优选实施例中，定义编码器组件326的参数(包括采集间隔、编码间隔、传输间隔、n8、l10、码本354和置换器346置换)在涉及处理对应于单个输入向量350内容集合的一个输入有效载荷样本504集合的全部步骤中全都保持恒定。在编码器组件的一个实施例中，所有编码参数都是“硬编码的”并且不能被改变。由于一个输入向量的编码在逻辑上独立于所有先前的和所有随后的输入向量的编码，因此编码参数可以从一个输入向量的有效载荷样本的值改变成下一个。因此，在编码器组件的另一个实施例中，例如，响应于有效载荷特性、em通路314特性和/或应用需求的变化，任何编码参数可以在算法的控制之下从一个采集间隔到下一个采集间隔发生变化。
对于其中编码器码片306恰好被约束为二进制(例如，1和0)的编码器调制器308的数字实施例，调制器的一个实施例包括逆变换每个输入样本342的带符号整数表示的组合电路。线路驱动器312的对应实施例实现数字到模拟的转换。
对于其中编码器码片306恰好被约束为二进制(例如，1和-1)的编码器调制器308的模拟实施例，一个调制器实施例包括换向调制器，诸如图8中示出的示例。
图8中示出的示例调制器308将码片输入104应用到对应输入样本342以产生调制输出508。这种风格的调制器(被称为换向调制器)基于码片输入104的极性逆变换输入样本342。耦合电感器606和608跨越相对于连接到信号602的中心抽头的换向二极管612和610施加输入样本342的电位隔离副本，二极管612和610中的每一个基于由信号626施加的偏压的极性依次导通。码片输入104向电感器608的中心抽头，以及通过信号628向电感器608的一端施加差分信号。在码片输入104的两个差分极性中的一个中，根据kirchhoff的电路定律，电流流过电感器622到信号626，然后通过正向偏置二极管612到电感器608中，从电感器608的中心抽头出来到信号602上，通过电感器616完成电流回路。在码片输入104的相反极性下，电流流过电感器616到信号602，并且由此到电感器608的中心抽头上。信号从电感器608出来并且流过正向偏置二极管610到信号626上，其上电流通过电感器622行进返回，从而根据kirchhoff的电路定律再次完成电流回路。应该注意的是，在这两种情况下电路方向在相反的方向上流动。电容器618和620是确保信号628中流动的电流的方向被正确地转换为正极性或负极性并相应地偏置电感器608的dc去除电容器。输入样本342被耦合到上述偏置信号流上。然后，该耦合信号流出耦合电感器608并且通过源自中心抽头602并从电感器608的一端或另一端退出的两个建立的路径之一，从而通过施加在626上的偏置信号的极性建立正信号表示和负信号表示。电容器614是从输出信号624中去除dc分量的dc阻塞电容器。
现在参考图9，解码器组件328在其输入端340处从em通路314接收信号。在实施例中，em通路是波导，从而使得能够运送最大量的能量。em通路通过终止阻抗316而终止。进入解码器组件的信号被线路放大器322接收到，线路放大器322由均衡器324通过反馈路径进行控制。
通过在区域506内部进行的并发高速操作的每个码片间隔500期间在存储元件302中累积部分贡献，在解码间隔的过程中由解码器512产生输出向量352。对于每个输出向量352索引，解码器组件328还包括在码本存储器356中的对应索引处的一个码330、一个相关器334和一个积分器336。
在开始解码接收到的值的有序系列之前，清除输出向量352条目302(通过在每个条目中存储值0)。随后，在被分配用于解码输出向量的每个预定的码片间隔τ期间，对于每个输出向量索引，使用相关器334将由线路放大器322产生的接收到的值214与有对应索引的码片332相关，并使用求和电路336对相关结果702与对应的输出样本存储器302的内容进行聚集。
对于其中码片332恰好被约束为二进制(例如，1和0)的解码器512的数字实施例，相关器334的一个实施例包括根据码片332逆变换每个接收到的值342的有符号整数表示的组合电路。线路驱动器312的对应实施例实现数字到模拟的转换。
对于其中码片恰好被约束为二进制(例如，1和-1)的解码器512的模拟实施例，相关器可以由模拟调制器组成，诸如图8中示出的示例。
每个相关器334的输出通过对应积分器336与其对应的输出样本存储器302的内容一起积分。对于解码器的数字实施例，积分器可以是直接的组合加法器。对于解码器的模拟实施例，积分器的一个实施例包括基于运算放大器的积分器。
如果重构的有效载荷信号502是脉冲式，则输出采样303是连续值，并且相关器334的实施例是模拟乘法器。如果码332是二进制(1/-1)，则模拟相关器的实施例是条件逆变器。如果有效载荷信号是数字的，则样本是数字，并且相关器的实施例是数字乘法器。如果码是二进制(1/-1)，则数字相关器的实施例是条件反相器。
相关尖峰检测器320监视解码器相关器阵列334的输出。在一个实施例中，所有解码器组件328的功能元件通过时钟恢复电路318进行同步，该时钟恢复电路318监视线路放大器322的输出以及相关尖峰检测器的输出来获取并跟踪载波同步。
ssds与本公开中所主张的不同：
·相对于lst跨越的相对有限的距离，ssds是长距离上通信的技术。
·相对于满意lst对于许多应用(包括大多数人类观看的应用)的实际上要求的近似值，当必须正确运送数字信号的几乎每一比特时，应用ssds。
·ssds通常通过经常处于自由空间中的em通路应用于单个信号流，而lst通过经常作为波导的em通路携带一个有效载荷。
ssds-cdma与本公开中所教导的不同：
·在先前的ssds-cdma中，编码值彼此异步地被传送；作为对照，本文公开的lst将n个有效载荷信号样本值的向量中的所有值同步编码为跨em通路运送的l个值的系列。
·先前的ssds-cdma寻求在环境本底噪声中隐藏传送的信号，以便使能量消耗最小、使潜在有害的em辐射最小、并且使拦截的概率最小；作为对照，本文公开的lst将被相关fcc/ce/ccc规则所允许的最大能量发送到em通路中。
·先前的(位串行)ssds-cdma依赖于码片相移码变体来区分传送器；作为对照，本文所主张的编码器和解码器对使用正交码本来最小化轨迹间干扰(ii)。
ο正交码本可以包含非扩频码。单位矩阵(在图15中草绘出)是一个这样的码本的示例。
ο正交码本的一个实施例包含扩频码，使得1)每个输入/输出向量样本的传输针对攻击者享有ssds的应变力益处，并且2)对于用于感官感知的信号，将电气不完美以及任何ii变换成感知上良性的伪影。
ssds-cdma系统中同步信息的获取和跟踪
在任何ssds通信系统中，接收器需要与传送器同步。典型地，同步发生在两个部分：初始粗略同步(也被称为获取)，随后是更精细的同步(也被称为跟踪)。在同步的获取中存在许多误差来源，但是在本文公开的实施例中，由于大部分基础设施em通路的相对约束性质，不存在影响现有ssds-cdma的多普勒频移、多径干扰和一些微妙效应的应用问题。
还有附加的益处，其中在传输间隔期间的初始码片速率(也被称为重复速率)将由晶体振荡器或其它准确的时间源来控制。在接收侧，也存在类似的晶体振荡器或其它或其它准确的时间源，使得基本频率的差异将大约为每百万仅几百。此外，由于重复长度相对短的原因，伪噪声生成电路的序列长度不会过大。所有这些因素加起来就是一个可以被简单实现并且因此成本低廉的系统。
编码/解码系统允许上述简化，从而允许我们能够摒弃漫长的初始获取过程。接收器将以接近传送器的码片速率运行，并且接收器中pn生成器的相对相位可以被容易地获取。实际上，所实现的电路仅仅是获取接收器相对于传送器的相对相位的跟踪系统，在改变频率以匹配传输电路的频率的能力方面略有变化。
同步获取系统可以被描述为滑动相关器，其将来自介质的接收到的信号以及来自接收器本地的pn生成器的输出作为输入。本地pn生成器由具有窄带频率分集的pll或锁相环驱动，即，它本身将以接近目标频率运行，并且具有控制在该中心频率周围的频带。分析滑动相关器的输出以确定锁定条件是否已经达到，或者如果频率太高或太低，则该锁定检测器驱动pll来首先加速或减速以在反馈循环中保持不变。
滑动相关器可以被实现为传入信号的采样和数字化表示，在这种情况下，相关以数字逻辑形成。滑动相关器的另一种实现方式可以是作为开关模拟电路系统，其中在这种情况下，对传入信号进行采样并且在开关电容电路系统中执行相关。
获取处理中的一种经典技术将是通过搜索接收器pn生成器的各个抽头或时延，以及向pll实现微妙的相位频率对准来完成过程相位对准。但是，在本系统的实施例中，搜索pn序列生成器中的所有可用抽头所需的时间相对较短。通常，可以在pn生成器的各个抽头当中搜索，以找到相对近的相关尖峰，并且然后通过改变pll的频率来微调这种相关。通过这样做，有可能实现粗略和精细调整。由于系统的实施例相对不受约束，因此，有可能通过改变频率和通过改变pll实现粗略和精细调整来简单地滑动相位。
另一个实施例允许传送器发送具有预定特性的训练序列以促进同步获取和跟踪。该训练序列可以在数据视频数据的每个分组的开始处出现，或者它实际上可以作为子带存在，即，通过与应用到有效载荷片段的码本中的所有码正交的另外的码进行调制并且同时不断地传送。该独立的训练序列或子带用作em通路的em特性的探测器，其又可以被参考用于信号校正电路的参数化微调，诸如预加重。此后，在不失一般性的情况下，这种信号被称为“探测信号”。对于某个预定的k，这种探测信号可以在k个传输间隔内保持恒定，并且其相关联的码为k*l个码片长。与输入向量中的有效载荷样本一样，这种探测信号可以或者用离散(数字)表示或者用连续(脉冲式)表示来实现。这种方法增强了探测轨迹对噪声、干扰和反射的应变力。在这种应用中，探测信号在促进获取和跟踪方面尤其有力，因为可以使探测信号具有允许直接测量信道衰减的恒定振幅。
另一个优选实施例是图11中示出的并行相关系统。该系统分析pn序列生成器中的相邻抽头。通过研究三个相邻抽头以及关于那些单独抽头中的每一个的相关，锁定检测算法被极大地简化。
在另一个实施例中，接收电路适于在独立的子带中将相位对准且同步的信号重新传送回传送电路。以这种方式完成控制循环允许传送器在提供探测信号与编码有效载荷片段之间转变实施例。在初始加电时，传送电路传送探测信号，直到它获得从接收电路返回的子带信号。当接收到返回信号时，传送电路然后根据接收到的参数开始传送数据。这个闭环控制系统允许实现健壮的且自校准的lst。
lst优化
在lst中，传送器通过em通路向接收器发送能量。lst有效载荷包括一个或多个采样的信号片段。对于每个有效载荷片段集合，lst组装输入向量、编码输入向量、将信号传送到不完美的em通路、从em通路的另一端接收信号、将接收到的信号解码成输出向量、并且将输出向量分发到重构的有效载荷片段。重构的有效载荷与输入有效载荷之间的对应关系的精确性完全由em通路的电气质量以及由编码器组件和解码器组件实现来确定。
em通路的电气质量又取决于材料和组件的物理变化以及取决于环境干扰。因此，在解码器组件处接收到的信号与由编码器组件传送的信号不同。传送的信号和接收到的信号之间的差异由例如滚降、由于阻抗失配引起的反射以及侵犯的攻击者信号来确定。
长于单个分发间隔102的重构的有效载荷信号502在几个分发间隔的过程中并且因此在几个解码间隔14以及对应的几个传输间隔2的过程中被编码。在优选实施例中，定义解码器组件328的参数(包括传输间隔、解码间隔、分发间隔、n8、l10、码本356和置换器348置换)在涉及处理对应于单个输出向量352内容集合的一个重构的有效载荷样本357集合的全部步骤中全都保持恒定。在解码器组件的一个实施例中，所有解码参数都是“硬编码的”并且不能被改变。由于一个输出向量的解码在逻辑上独立于所有先前的和所有随后的输出向量的解码，因此没有理由解码参数不能从重构的有效载荷样本的一个输出向量的值改变成下一个。因此，在解码器组件的另一个实施例中，例如响应于有效载荷特性、em通路314特性和/或应用需求的变化，任何解码参数可以在算法的控制之下从一个分发间隔到下一个分发间隔发生变化。
在解码器组件328的模拟版本的另一个实施例中，模拟部分可以被实现为开关电容器电路。考虑到该电路的操作将需要使用采样和保持电路、乘法器电路和流水线型操作，与现有技术的adc设计的相似性对于本领域技术人员来说应当是显而易见的。实际上，通过简单地选择解码器组件的流水线操作中的阈值水平，模拟解码器组件的一个这样的实现允许适应从二元通过n元到连续的任何振幅表示。在实施例中，解码器组件被设计为参数上可重新配置以适应或者数字信号或者脉冲式信号，由此实现系统的灵活性。
图10示出了可以被描述为滑动相关器的一个同步获取和跟踪电路的实施例的体系架构。关键输入是接收到的信号214，并且关键输出是时钟信号826。图10中的电路包括由锁相环(pll)810提供时钟的pn生成器814，锁相环(pll)810通过相关尖峰检测器320精细地调整。pn生成器被设计成具有窄带频率分集，即，它本身将以接近目标频率运行，并且具有控制在该中心频率周围的频带。在相关尖峰检测器中分析来自滑动相关器的输出824以确定锁定条件是否已经达到或者频率是否太高或太低。然后这个锁定检测器调整pll频率以伺服同步。
图10中示出的滑动相关器可以被实现为传入信号的采样和数字化表示，在这种情况下，相关以数字逻辑形成。滑动相关器的另一种实现方式可以是作为开关模拟电路系统，其中在这种情况下，对传入信号进行采样并且在开关电容电路系统中执行相关。一个实施例简单地通过改变频率和通过调整pll频率实现粗略和精细调整来调整相位。
在替代实施例中，编码器组件326将具有已知特性的训练序列作为前导码发送到一系列向量传输，以便促进同步获取和跟踪。该训练序列可以在每个向量传输的开始处出现，或者它可以作为独立片段与输入有效载荷片段一起被传送。发送训练序列作为独立的有效载荷信号允许这种探测信号特征化传输介质的质量。这种特征化数据用于各种信号校正参数，比如预加重。此外，训练序列信号也可以持续比一个采集间隔长得多的时间段，从而增加了抗噪声和干扰的应变力。在本公开中，训练序列在促进获取和跟踪方面尤其有力，因为可以使训练序列具有恒定振幅。
并行相关同步获取和跟踪系统的示例如图11所示。该系统分析pn序列生成器814中的相邻抽头902、904和906。通过在相关性尖峰检测器320中同时评估三个相邻抽头以及关于那些单独抽头中的每一个的相关，锁定检测算法被极大地简化。
在另一个实施例中，接收电路适于在独立的子带中将相位对准且同步的信号重新传送回传送电路。以这种方式完成控制循环允许传送器在提供探测信号与编码有效载荷片段之间转变实施例。在初始加电时，传送电路传送探测信号，直到它获得从接收电路返回的子带信号。当接收到返回信号时，传送电路然后根据接收到的参数开始传送数据。这个闭环控制系统允许实现健壮的且自校准的lst。
图12示出了置换器348的直接轮询置换，其中来自解码器输出向量352中的每个连续索引的下一个样本302依次被分发到重构的有效载荷片段集合α'、β'、...、ω'中的下一个信号502中的下一个样本804，直到全部n个输出向量位置已经耗尽。每重构的有效载荷片段中存在可能不同数量的样本，全部都在一个分发间隔期间分发。编号的圆圈指示其中在分发间隔期间解码器输出向量内容被分发到重构的有效载荷片段的顺序。在分发间隔期间分发正好n个样本。
虽然对于置换器348置换存在n！种同样好的选择，但是成功的有效载荷传输要求解码器512置换实现编码器510置换510(在其它图中示出)的逆。确保关于这些细节的协议适当地是国际标准的主题，而不是本公开的主题。
图12中绘制的模式适用于许多可能类型的信号。例如，可能存在由视频的表示组成的单个有效载荷信号，其中每个连续的样本是颜色值(例如，每像素3个分量(r/g/b))。另一个示例也是单个有效载荷信号，由来自几个交织的独立视频信号的颜色值组成的这一个信号。其它示例包括不同类型的信号，例如，视频、音频、化学、机械/触觉等等。一个这样的混合示例的实施例包括在每个传输时间间隔期间来自/到每个有效载荷信号的不同数量的样本。其它示例包括四种类型的信号(数字、模拟、脉冲式和神经)中的每一种，单独地或者组合地。
图13图示了从8元素解码器输出向量中的索引到从第一传输间隔的接收中产生的并行rgb输出视频信号的样本的轮询分配。
图13图示了图12中描述的一般模式的尤其常见的特定情况。在这个示例中，重构的有效载荷由3个信号502组成，分别表示单个重构的基于rgb的视频信号的r、g和b颜色平面。解码器512输出向量352中的元素的数目n恰好是8。这个示例示出了在给定的分发间隔期间的轮询分配。
进一步对于图13中开始的示例，图14图示了在紧接着的随后分发间隔期间的轮询分配。
图15示出了对于其中l＝n+3的情况，作为单位矩阵的子集的二进制码本的结构。码片索引j916在该图中水平地从0到l-1延续，并且输入/输出向量索引i914在该图中垂直向下地从0到n-1延续。
图16示出了其码每个是共同pn序列的特定旋转的127×127二进制码本的示例。在该图中，黑色正方形对应于“1”值，而白色正方形对应于“-1”值。用于脉冲式调制的矩阵按照以下步骤构造：
1.实例化l×l单位矩阵
2.仅保留第1个n行
3.将0条目转换为-1值
4.结果是图16中绘出的示例码本
图17示出了128×128二进制码本的示例，它是walsh-hadamard矩阵。在该图中，黑色正方形对应于“1”值，而白色正方形对应于“-1”值。
图18示出了128×128二进制码本的示例，该码本通过用近pn序列卷积walsh-hadamard矩阵来构造。在该图中，黑色正方形对应于“1”值，而白色正方形对应于“-1”值。
在实施例中，有效载荷信号500和502包括视频信号，例如，如图5、图6、图13和图14所示，用于完全填充的r/g/b颜色平面的情况。图19示出了其中本公开的主题应用于(一类)视频系统的一个实施例。图19中绘出的体系架构包括预定数量c的相机516和另一个预定数量d的显示器518。图19中绘出的体系架构还包括媒体处理单元(mpu)548。mpu又包含视频处理器536、视频处理器与其交换存储信号562的非易失性存储装置560以及视频处理器经由互联网协议信号546通过其与互联网576通信的广域网接口544。
图19中绘出的相机516包括透镜520，透镜520折射入射光528以将聚焦光534投影到由图像传感器522占据的焦平面554上。图像传感器产生输出信号524，该输出信号524包括有序的光测量结果序列，每个测量结果对应于焦平面内的几何位置，其中每个测量结果是在预定的图像传感器曝光间隔4期间获取的。在一个流水线平衡实施例中，图像传感器曝光间隔等于传输间隔2。相机还包括编码器组件326。538是使图像传感器输出样本适于作为编码器的输入有效载荷信号的电路。
图像传感器522输出信号524本质上是脉冲式的；转换为数字信号使用附加的模数转换器电路，这不可能增加保真度，同时必然地增加了非零制造成本。本公开主题的最简单的实施例直接运送脉冲式信号，而不需要光测量结果的模数转换，从而导致与现有布置相比至少经济的适合用途的高分辨率视频信号的传输。
图19中示出的显示器518包括解码器组件328、将解码器组件输出(重构的显示控制信号片段)适于显示元件阵列控制器556的输入526的电路540。阵列控制器生成一系列亮度控制值558。每个亮度控制值确定在显示元件的阵列530内的每个几何位置处在发光元件的每个预定显示阵列刷新间隔6期间维持的亮度。在一个流水线平衡实施例中，显示器阵列刷新间隔等于传输间隔2。显示器阵列包括发射光552的元件，诸如某种二极管。观看者的大脑将这种随着时间的推移的活动解释为运动图像。
在图19的视频实施例中，绘出的视频系统的中心部件是中央处理单元(mpu)548，其又基于视频处理器536。mpu经由lst1从每个相机516接收信号，并且mpu经由lst1向系统中的每个显示器518传送信号。所有的相机信号和所有的显示信号每个都独立于系统中的所有其它视频信号。可能无关紧要的电路568使每个解码器组件输出570(重构的相机输出信号片段)适于视频处理器所需的数据格式。类似地，可能无关紧要的电路574将准备的显示输入信号566从视频处理器的数据格式改写为去往对应显示器的输入有效载荷信号566。电路568和574在本领域是众所周知的。
在实施例中，mpu548对视频执行各种操作，包括解码从非易失性存储器560检索到的存储内容562、将压缩的视频信号562存储到非易失性存储器、和/或经由wan调制解调器544与互联网576交换互联网协议信号546。双向转换器542进行以太网分组和占用视频处理器的数据路径的脉冲式或数字信号之间的转换。
在一个实施例中，视频处理器536是cpu。在另一个实施例中，视频处理器是gpu。视频处理器可以或者用数字数据路径或者用脉冲式数据路径来实现。数字数据路径对输入要求a/d和对输出要求d/a，并且因此对于视频而言，本质上比脉冲式数据路径更低效。
常见视频系统的广泛多样性被视为是图19中草绘出的模式的参数化变体，例如：
·在大约1990年的家庭娱乐系统的一个实施例中：c＝0—不存在相机。d＝1—crt显示器装在位于桌子上的盒子中。mpu548是调谐器/放大器电路组件，em通路314是同轴电缆，并且lst1是pal。
·在大约2016年的家庭娱乐系统的一个实施例中，c＝2—kinect系统包括立体单色计算机视觉。d＝1—hdmi显示器挂在墙上。mpu548是游戏机，诸如，例如sony的playstationtm或microsoft的xboxtm，em通路314是hdmi电缆，并且lst1是hdmi。
·在家庭娱乐系统的一个可能的实施例中，例如，实现ivrtm(“沉浸式虚拟现实”)的一个实施例，c＝256—高分辨率相机提供3d360度机器视觉输入，从而使得全新的一系列输入可用于基于手势和移动的界面。d＝2048—每块固体墙壁、天花板和地板都由柔软的、坚固的显示面板构成。mpu548是playstation或xbox的计算增强型变体。em通路314是任何美国线规(americanwiregauge，awg)线对，并且lst1是本公开的主题。该实施例启用了与迄今为止期望的像素丰富的互联网内容质量上不同的体验。
·在客运车辆系统的一个实施例中，c＝8—为了安全起见，各种红外(ir)和紫外(uv)以及可见光传感器采集用于机器视觉分析的数据。d＝4—在表盘和前座头枕中提供有显示器，用于后排乘客娱乐。mpu548是引擎控制单元(ecu)。em通路314是cat-3，并且lst1是lvds。
·在客运车辆系统的一个可能的实施例中，c＝32—为了安全起见，各种ir和uv以及可见光传感器采集用于机器视觉分析的数据，并且为乘客启用了视频密集型互联网交互。d＝64—在所有固体表面和外部玻璃以及表盘上都提供有显示器，既用于控制又用于乘客娱乐。mpu548是引擎控制单元(ecu)。em通路314是便宜的电缆，并且lst1是本公开的主题。这个实施例使得乘客能够享受ivr娱乐体验，同时驾驶员可以利用最可能响应的平视式显示器来控制车辆。
·在零售标牌视频系统(例如，快餐餐馆菜单)的一个实施例中，mpu548是塔式pc或服务器。em通路314是cat-5/6，并且lst1是hdbaset。
·在零售标牌视频系统的一个可能的实施例中，mpu548是塔式pc或服务器。em通路314是任何awg线对，并且lst1是本公开的主题。这个实施例允许显示器518远离mpu放置，从而通过允许单个mpu容纳更多数量的显示器来节省成本。而且，电缆的价格要便宜得多，并且容易在现场端接这样的电缆(目前这是hdmi启用ivr的主要障碍)。
·在hd视频监控系统的一个实施例中，mpu548是dvr。em通路314是同轴电缆，并且lst1是模拟hd。
·在8k视频监控系统的一个可能的实施例中，mpu548是dvr。em通路314是任何awg线对，并且lst1是本公开的主题。这个实施例比传统的基础设施布线更具成本效益地携带高分辨率视频。
·可以被示出为图19的模式的参数化实例的其它实施例包括其中c＝0和d＝1的大约1970年的影院系统、其中c＝0和d＝8的示例环视系统、其中c＝64和d＝64的未来派ivr影院系统、其中c＝8和d＝8的hd摇滚音乐会视频系统、以及其中c＝128和d＝128的8k摇滚音乐会视频系统，其启用了结合表演者、观众成员的视频反馈、准备的视频信号以及合成生成的视频信号的高分辨率现场体验。
本公开的主题是沿着em通路314传递任何类型的采样信号500的lst1的方面。在需要传输视频、音频和其它种类的数据信号的许多应用中，还期望能够沿着em通路以与主有效载荷信息流的方向相反的方向传输信息。例如，图19中示出的mpu548可以受益于将控制和配置信息发送到包括相机和麦克风的传感器的能力。所公开的lst不排除低带宽上游通信。
编码器组件326在每个编码间隔编码n个样本的向量。如果我们调用每秒编码间隔的数目/(因此f＝1/编码间隔)，则编码器组件的吞吐量为每秒nf个样本，从而提供每秒lf个样本用于传输到em通路314中，其中l>＝n。例如，1920x10801080p60hd视频是每帧大约200万像素或600万个样本或每秒3.6亿个样本用于每个像素的rgb编码。这告诉我们nf＝360e6＝.36e9。可以合理地预期lf＝1ghz＝le9。然后n/l＝.36，或者对于l＝128，n＝46。编码器组件在传输间隔1期间传送整个有序的输出值系列。
图20示出了在解码器组件328输入端340处从em通路314到达的信号的示例示波器迹线。垂直标度是电压，并且水平标度是100ps示波器测量间隔。在图20中，20个示波器测量间隔对应于一个码片间隔τ。
贯穿说明书和随后的权利要求书，除非上下文另有要求，否则词语“包括”和“包含”以及变体“包括……”、“包含……”将被理解为暗示包含所述整体或整体组，但不排除任何其它整体或整体组。
本说明书中对任何现有技术的引用不是，也不应当被视为承认这种现有技术形成公知常识的一部分的任何形式的暗示。
本领域技术人员将认识到的是，本发明的使用不限于所描述的特定应用。特别地，虽然示出的一些示例是针对rgb全色图像，但是，无论有效载荷信号的深度/数量或有效载荷中任何视频的颜色空间，包括色度/亮度分离的(和色度子采样的)颜色空间(例如，yuv、yuv4:2:0等)的所有变体以及单色(即，仅y)，本公开的主题都适用。本发明也不限于关于本文描述或绘出的特定元素和/或特征的其优选实施例。将认识到的是，本发明不限于所公开的一个或多个实施例，而是在不脱离由以下权利要求所阐述和限定的本发明的范围的情况下能够进行许多重新安排、修改和替换。
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