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ES2220879T3 - Procedimiento de multiplexado y multiplexor que permiten la optimizacion de la gestion de la banda de paso de una canl de transmision digital. - Google Patents

Procedimiento de multiplexado y multiplexor que permiten la optimizacion de la gestion de la banda de paso de una canl de transmision digital.

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ES2220879T3
ES2220879T3 ES02290734T ES02290734T ES2220879T3 ES 2220879 T3 ES2220879 T3 ES 2220879T3 ES 02290734 T ES02290734 T ES 02290734T ES 02290734 T ES02290734 T ES 02290734T ES 2220879 T3 ES2220879 T3 ES 2220879T3
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ES
Spain
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data
max
traffic
filling
buffer zone
Prior art date
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Expired - Lifetime
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ES02290734T
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English (en)
Inventor
Richard Thales Intellectual Property LHermitte
Eric Thales Intellectual Property Gourmelen
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Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Publication date
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04JMULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00Time-division multiplex systems
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  • Two-Way Televisions, Distribution Of Moving Picture Or The Like (AREA)

Abstract

Procedimiento de multiplexado de M servicios, siendo M un número entero > 1, que permite transmitir paquetes de datos de tamaño Tp predeterminado con tráfico de salida, cuyo tráfico máximo de salida DS max está predeterminado, caracterizado porque comprende el almacenamiento de los datos entrantes de cada servicio en una zona tampón asociada, la presentación en salida de un paquete de datos formados por la totalidad o parte de los datos presentes en la zona tampón cuyo llenado es superior o igual al tamaño Tp de un paquete, y la retirada de los datos presentados en salida de dicha zona tampón.

Description

Procedimiento de multiplexado y multiplexor que permiten la optimización de la gestión de la banda de paso de un canal de transmisión digital.
La invención concierne un procedimiento de multiplexado y a un multiplexor que permiten la optimización de la gestión de la banda de paso de un canal de transmisión digital, especialmente para los sistema de difusión de servicios.
Los difusores de programas de televisión digitales, de radio digitales e incluso de datos multimedia se comparten los canales de transmisión. Estos canales son diversos. Se trata de transmitir por cable, por satélite, por vía hertziana o incluso utilizando la red Internet.
Los multiplexado de los servicios audiovisuales (S_{1}, S_{2}, S_{3}) con tráficos constantes como muestra la figura 1 y con tráficos variables como muestra la figura 2 son conocidos. Una solución de esta clase está descrita en la patente norteamericana US 5446738, depositada por la sociedad "Electronics and Telecommunications Research Institute", Daejeon, República de Corea, el 28 de diciembre de 1993. La banda de paso, cualquiera que sea la red utilizada para difundir su servicio, es limitada y cara. El multiplexado con tráficos variables permite ya una primera optimización de la gestión de la banda de paso. Pero cualquiera que sea el tipo de multiplexado, los algoritmos de multiplexado no saben trabajar sin paquetes de relleno P_{\diameter}. Permiten conservar un margen de banda de paso para paliar las eventuales pérdidas.
Una idea para paliar la pérdida de banda de paso ligada a la obligación de utilizar los paquetes de relleno P_{\diameter} en los algoritmos de multiplexado actuales consiste en sustituir los paquetes de relleno P_{\diameter} después del multiplexado por datos D como se muestra en las figuras 1 y 2. Los datos D reemplazan los paquetes de relleno P_{\diameter} bien en parte (flecha 1), dejando una parte B_{\diameter} de la banda de paso definitivamente no utilizada, o bien en su totalidad (flecha 2). El problema radica entonces en que el difusor no es dueño de este flujo de datos, ya que depende de los servicios multiplexados. Por tanto, según el tipo de datos transmitidos en lugar de los paquetes de relleno, si el tráfico es demasiado lento, el usuario se quejará de la lentitud del servicio, y si el tráfico es demasiado rápido, es el descodificador el que no podrá ya gestionar el flujo de datos entrante.
La presente invención propone un nuevo enfoque para la optimización de la gestión de la banda de paso del canal de transmisión digital. Este nuevo enfoque tiene la ventaja de ser más sencillo de poner en práctica que los multiplexores existentes. La invención tiene por objeto un procedimiento de multiplexado de M servicios (siendo M un número entero > 1) que permita transmitir paquetes de datos de tamaño T_{p} predeterminado con tráfico de salida, cuyo tráfico máximo de salida D_{S \ max} está predeterminado, caracterizado porque incluye el almacenamiento de los datos entrantes de cada servicio en una zona tampón asociada, la presentación en salida de un paquete de datos formados por la totalidad o parte de los datos presentes en la zona tampón cuyo llenado superior o igual al tamaño T_{p} de un paquete, y la retirada de los datos presentados en salida de dicha zona tampón.
La invención propone también un multiplexor de M entradas (siendo M un número entero > 1) y una salida que permita transmitir paquetes de datos de tamaño T_{p} predeterminado con tráfico de salida, cuyo tráfico máximo de salida D_{S \ max} está predeterminado, caracterizado porque incluye M zonas tampón para el almacenamiento de los datos entrantes de cada uno de los M servicios entrantes, estando unida cada zona tampón a una entrada y uniendo un dispositivo de elección la zona tampón cuyo llenado es superior al tamaño T_{p} de un paquete con la salida, permitiendo así la presentación en salida de un paquete de datos formados por la totalidad o parte de los datos presentes en dicha zona tampón y la retirada de los datos presentados en salida de dicha zona tampón.
Otro objeto de la invención es una cadena de emisión digital de servicios de diversos tipos en diferentes tipos de redes de datos síncronos y/o asíncronos, que comprende:
- M entradas cuyas funciones son la adquisición de los datos y la transformación en paquetes de tamaño fijo adaptado al protocolo de difusión,
- M buffers en los cuales las M entradas vienen a almacenar dichos paquetes,
- un multiplexor cuyas M entradas están unidas a los M buffers,
- J buffers unidos a las J salidas del multiplexor permitiendo gestionar los datos síncrono y asíncronos,
- J salidas cuyas funciones son la adquisición de los datos de los J buffers, la adaptación al formato de canal de transmisión y la difusión.
Las características y ventajas de la invención aparecerán más claramente por la lectura de la descripción, dada a título de ejemplo, y de las figuras referentes a ella, que representan:
La figura 1, la gestión de la banda de paso con un tráfico de tasa constante según el estado de la técnica,
La figura 2, la gestión de la banda de paso con un tráfico de tasa variable según el estado de la técnica,
La figura 3, una parte de la cadena de emisión que comprende el multiplexor según la invención,
La figura 4, un ejemplo de representación esquemática del multiplexor según la invención y
La figura 5, la gestión de la banda de paso utilizando el multiplexado según la invención.
La figura 3 muestra que un multiplexor 3 gestiona paquetes de diferentes tipos de datos de entrada. Estos datos pueden estar compuesto de datos de vídeo, audio o audiovisuales difundidos en directo o en diferido, ficheros o incluso datos provenientes de una red del tipo Internet. Estos paquetes de datos son de tamaño fijo. En el ejemplo de la figura 3 una entrada 1a recibe datos difundidos en directo, una entrada 1b recibe ficheros y una entrada 1c está unida a una red.
El multiplexor 3 genera una concatenación de estos paquetes según los tráficos de llegada reales o los tráficos de llegada deseados de los datos. Los intercambios de datos entre las entradas 1/salidas 5 y el multiplexor 3 se hacen con ayuda de zonas tampón 2 y 4 denominadas buffers en inglés. Los buffers 4 son de dos tipos: flip/flop para los datos síncronos y FIFO para los datos asíncronos. En el ejemplo de la figura 3, la salida 5_{i} permite la difusión de los datos multiplexados en directo y la salida 5_{ii} distribuye los datos por una red, tal como, por ejemplo, Internet, ATM, ...
Las tareas de una entrada 1 se descomponen en adquisición de los datos, transformación en paquetes de tamaño fijo adatado al protocolo y almacenamiento en un buffer 2 de destino del multiplexor 3. Las tareas de una salida se descomponen en la adquisición de los datos de un buffer 4 calculados por el multiplexor, la adaptación al formato del canal de transmisión y la difusión.
Cuando el multiplexor 3 tiene varias salidas (S_{i}, S_{ii}) como se representa en la figura 3, todos los paquetes del núcleo de multiplexado son transmitidos al conjunto de las salidas, en el presente caso a las dos salidas del multiplexor 3 de la figura 3. Seguidamente, en cada salida, los paquetes pueden ser filtrados según las necesidades para transmitir únicamente ciertos paquetes. Por ejemplo, se puede efectuar el filtrado para no difundir más que datos síncronos a partir de una de las salidas y más que datos asíncronos a partir de la otra...
Como muestra el ejemplo de representación esquemática del multiplexor 3 propuesto en la figura 4, el multiplexor 3 incluye buffers 31 y un dispositivo de elección 32 que controla el llenado de los buffers 31 con datos a partir de las entradas y la transmisión de estos datos en salida.
Los buffers 2 son buffers reales. Se llenan en función de la llegada de los datos (en el caso del directo) o por bloque completo en el caso de ficheros.
Los buffers 31 pueden ser virtuales, es decir que pueden no tener existencia real. Estos son tablas de valores. Tienen un nivel de llenado predeterminado para una entrada dada (por ejemplo, fijada por el usuario). Si el valor de llenado fuera el nivel real del buffer 2, la eficacia resultaría muy disminuida (en particular en el caso de datos asíncronos). Los niveles de llenado pasarían de lleno a vacío y, a la salida del multiplexado, el nivel del tráfico sería, por tanto, en "dientes de sierra" muy pronunciados. En el caso de la transmisión de un fichero, si los paquetes fueran leídos directamente en un buffer real 2 en lugar de tomarlos bloque por bloque en un buffer 31, las prestaciones globales del sistema se resentirían de ello.
La ventaja de utilización de los buffers 31 es descorrelacionar el tratamiento de los datos de entrada del multiplexado propiamente dicho. Eso resulta mucho más fácil si los buffers 31 son virtuales.
El multiplexor 3 posee M entradas en las que se presentan M servicios. El tráfico de los datos para cada entrada es {D_{E}[i](t)}_{1\leq i \leq M} y el tráfico máximo demandado por los canales de transmisión de todas las salidas del multiplexor 3 es D_{S \ max}. El tiempo de paquete t_{p} es entonces igual a T_{p}/D_{S \ max}, en donde T_{p} es el tamaño de un paquete. B_{E}[i](t) representa el estado de llenado del buffer 31 de la entrada i. El principio general del llenado de los buffers 31 es entonces el siguiente:
- en el instante t = 0,
\hskip1,5cm
\foralli\in[1,M]
\hskip0,5cm
B_{E}[i](0), y
- en el instante t_{n+1}= t_{N}+ t_{p},
\hskip1,5cm
\foralli\in[1,M]
B_{E}[i](t_{N+1})=B_{E}[i](t_{N}) + D_{E}[i](t_{N+1}) \cdot t_{P}.
Y el principio general de elección de un buffer 31 hacia la salida del multiplexor 3 utilizado por el dispositivo de elección 31 es el siguiente:
- si \exists i / B_{E}[i](t_{N+1}) \geq T_{p}, entonces el paquete del buffer 31 en la entrada i se presenta en salida y B_{E}[i](t_{N+1}) = B_{E}[i](t_{N+1}) - T_{p},
- en caso contrario, se presenta en salida un paquete de relleno.
Este procedimiento de multiplexado, que comprende el llenado de los buffers de entrada 31 internos al multiplexor y la elección de aquél de entre ellos que tiene una tasa de llenado superior o igual al tamaño de un paquete para transmitir al menos una parte de los datos que almacena a la salida del multiplexor 3, es más sencillo de poner en práctica que los propuestos en el estado de la técnica. Los paquetes de relleno no son presentados en la salida, salvo en el caso en que ningún buffer esté suficientemente lleno.
Extendamos este principio para no considerar ya un solo estado de llenado por buffer 31, sino dos estados de llenado B_{E \ min}[i](t) y B_{E \ max}[i](t) correspondientes respectivamente a los tráficos de consigna mínimo y máximo D_{E \ min}[i](t) y D_{E \ max}[i](t). Entonces,
- en el instante t = 0,
\hskip1,5cm
\foralli\in [1, M]
\hskip2,5cm
B_{E \ min}[i](0) = 0,
\hskip2,5cm
B_{E \ max}[i](0) = 0, y
- en el instante t_{N+1} = t_{N} + t_{p} \foralli\in [1, M]
\hskip2,5cm
B_{E \ min}[i](t_{N+1}) = B_{E \ min}[i](t_{N}) + D_{E \ min}[i](t_{N+1})\cdott_{p}
\hskip1,1cm
y
\hskip1,1cm
B_{E \ max}[i](t_{N+1}) = B_{E \ max}[i](t_{N}) + D_{E \ max}[i](t_{N+1})\cdott_{p}.
El dispositivo de elección 32 puede elegir el transmitir datos provenientes del buffer 31 de la entrada si su estado de llenado mínimo o su estado de llenado máximo es superior o igual al tamaño de un paquete, como muestra el procedimiento siguiente:
1) Si \existsi /B_{Emin}[i](t_{N+1}) \geq T_{p}, entonces el paquete proveniente del buffer 31 de la entrada nº i es presentado en salida,
B_{E \ min}[i](t_{N+1}) = B_{E \ min}[i](t_{N+1}) - T_{p} y B_{E \ max}[i](t_{N+1}) = B_{E \ lin}[i](t_{N+1}),
2) En caso contrario, si \existsi/B_{Emax}[i](t_{N+1}) \geq T_{p}, entonces el paquete proveniente del buffer 31 de la entrada nº i es presentado en salida,
B_{E \ min}[i](t_{N+1}) = B_{E \ min}[i](t_{N+1}) - T_{p} y B_{E \ max}[i](t_{N+1}) = B_{Elax}[i](t_{N+1}) -T_{p},
3) En caso contrario, se presenta en salida un paquete de relleno.
Los tráficos de consigna pueden ser vistos como un tráfico garantizado para el tráfico mínimo y un tráfico lo mejor posible para el tráfico máximo.
Si el tráfico mínimo de un servicio i es igual al tráfico máximo de este mismo servicio i, entonces el servicio i se difunde con un tráfico fijo y garantizado. Si el tráfico mínimo del servicio i se fija en cero y el tráfico máximo de este mismo servicio i se fija en el tráfico máximo de salida, el modo de difusión del servicio i se denomina entonces "oportunista", es decir que el servicio tiene un tráfico fluctuante que corresponde a la banda de paso que se ha dejado libre.
Debido a la simplicidad del procedimiento utilizado, los buffers 31 pueden ser virtuales y lo mismo ocurre con el dispositivo de elección 32.
En el procedimiento que utiliza el principio general de llenado y de elección, así como en el que emplea los tráficos de consigna, si se eligen los buffers 31 de dos entradas i y j, se puede regular el conflicto elección definiendo un orden de prioridad de los buffers 31 o según el tipo de servicio almacenado en los buffers y/o el tipo de tráfico (oportunista, variable garantizado, constante) y/o el tipo de datos (audio, vídeo ...) y/o el difusor...
La figura 5 muestra un ejemplo de la gestión de un canal por el multiplexor 3. Representa la utilización de la banda de paso completa por seis servicios diferentes. La banda de paso está representada en ordenadas y el tiempo en abscisas. El servicio 1 tiene un tráfico constante, es decir que el tráfico mínimo es igual al tráfico máximo para este servicio en el procedimiento puesto en práctica por el multiplexor 3. Los servicios 2 a 4 tienen tráficos mínimos diferentes de sus tráficos máximos. Sus tráficos mínimos son diferentes de cero. Y sus tráficos máximos son diferentes del tráfico de salida máximo, lo que permite tener una gestión variable de la banda de paso con garantía de poder transmitir. El servicio S_{AV} comprende datos de audio/vídeo difundidos en directo con un tráfico variable no controlable. El servicio 5 tiene un tráfico puramente variable debido a que su tráfico mínimo ha sido fijado en cero y su tráfico máximo ha sido fijado igual al tráfico de salida máximo D_{S \ max}. Este servicio llena así lo que queda de la banda de paso sin que ello le perjudique.
Los tráficos mínimos y máximos son fijados servicio por servicio bien de una manera predeterminada por los productores de los servicios o los difusores, o bien en función del tipo de datos que comprende estos servicios (servicio en directo o en diferido, tipos de datos: audio, vídeo, ficheros, datos multimedia). Esos servicios no pueden ser difundidos mas que con tráfico constante, so pena de ver que éste se degrada. Para otros, es necesario un tráfico de consigna mínimo, ya que la lentitud del servicio engendra incomodidad de utilización. Para ciertos servicios, si éste es recibido con un tráfico demasiado elevado, el descodificador en recepción no es capaz de seguirlo. Y, para servicios tales como la telecarga de ficheros en segundo plano..., el tráfico de difusión importa poco, y, por tanto, es el tipo de servicio el que puede venir a utilizar los bits restantes de la banda de paso a fin de optimizar la gestión de la misma.
Así, se garantizan la utilización máxima del tráfico disponible en el canal de transmisión, la gestión simultánea de flujo de datos síncronos y asíncronos, la gestión de entradas y de salidas heterogéneas y la gestión simultánea de restricciones de tráfico.
El procedimiento de multiplexado según la invención se diferencia de los multiplexores clásicos por los puntos siguientes:
- la utilización de buffers 31 que permiten disociar el almacenamiento y la llegada de los datos del multiplexado;
- la simplicidad del algoritmo de elección con el recorrido de una tabla de valores;
- el multiformato de las entradas/salidas (varias entradas y varias salidas, los datos de cada entrada pueden ser de tipos diferentes e igualmente los datos de cada salida pueden ser de tipos diferentes);
- la gestión optimizada del modo oportunista.

Claims (11)

1. Procedimiento de multiplexado de M servicios, siendo M un número entero > 1, que permite transmitir paquetes de datos de tamaño T_{p} predeterminado con tráfico de salida, cuyo tráfico máximo de salida D_{S \ max} está predeterminado, caracterizado porque comprende el almacenamiento de los datos entrantes de cada servicio en una zona tampón asociada, la presentación en salida de un paquete de datos formados por la totalidad o parte de los datos presentes en la zona tampón cuyo llenado es superior o igual al tamaño T_{p} de un paquete, y la retirada de los datos presentados en salida de dicha zona tampón.
2. Procedimiento de multiplexado según la reivindicación 1, caracterizado porque si ninguna zona tampón tiene un llenado superior o igual al tamaño T_{p} de un paquete, se presenta en salida un paquete de relleno.
3. Procedimiento de multiplexado según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque si varias zonas tampón presentan un llenado superior o igual al tamaño T_{p} de un paquete, la zona tampón que será la primera en ser descargada de al menos una parte de sus datos depende bien de su prioridad, bien de la prioridad del servicio almacenado o bien del tipo de datos almacenados.
4. Procedimiento de multiplexados según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el llenado de las zonas tampón verifica la ecuación siguiente: \foralli\in[1,M]B_{E}[i](t_{N+1})=B_{E}[i](t_{N}) + D_{E}[i](t_{N+1})\cdott_{p}, en donde B_{E}[i](t) representa llenado de la zona tampón de la entrada i en el instante t, D_{E}[i](t) representa el tráfico de los datos para la entrada i en el instante t, en el instante t_{N+1} = t_{N}+t_{p}, con t_{p} = T_{p}/D_{S \ max}, y sabiendo que en el instante t = 0, las M zonas tampón están vacías, y porque las transmisión de los datos en salida verifica la ecuación siguiente: si \existsi/B_{E}[i](t_{N+1}) \geq T_{p}, entonces se presenta en salida el paquete de la entrada nºi y B_{E}[i](t_{N+1})= B_{E}[i](t_{N+1})- T_{p}.
5. Procedimiento de un multiplexado según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque si el servicio de la entrada i tiene un tráfico mínimo D_{E \ min}[i](t) y un tráfico máximo D_{E max}[i](t), y si B_{E \ min}[i](t) y B_{E \ max}[i](t) representan, respectivamente, los llenados mínimo y máximo de la zona tampón de la entrada i en el instante t, sabiendo que este llenado es nulo en el instante t=0 y que en el instante t_{N+1}= t_{N} + t_{p}, con t_{p} = T_{p}/D_{S \ max}, el llenado de las zonas tampón verifica las ecuaciones siguientes:
\foralli\in [1, M] B_{E \ min}[i](t_{N+1}) = B_{E \ min}[i](t_{N}) + D_{E \ min}[i](t_{N+1})\cdot t_{p}
y
\hskip1,5cm
B_{E \ max}[i](t_{N+1}) = B_{E \ max}[i](t_{N}) + D_{E max}[i](t_{N+1})\cdot t_{p}
y la transmisión de datos en salida verifica las ecuaciones siguientes:
si \existsi/B_{E \ min}[i](t_{N+1}) \geq T_{p}, entonces se presenta en salida el paquete de la entrada nºi, B_{E \ min}[i](t_{N+1}) = B_{E min}[i](t_{N+1}) - T_{p} y B_{E \ max}[i](t_{N+1}) = B_{E \ lin}[i](t_{N+1}), en caso contrario, si \existsi /B_{E \ max}[i](t_{N+1}) \geq T_{p}, se presenta entonces en salida el paquete de la entrada nºi, B_{E \ min}[i](t_{N+1}) = B_{E \ min}[i](t_{N+1}) - T_{p} y B_{E \ max}[i](t_{N+1}) = B_{E \ lax}[i](t_{N+1}) - T_{p}, y, en caso contrario, se presenta en salida un paquete de relleno.
6. Procedimiento de multiplexado según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se presentan en salida la totalidad o parte de los servicios con tráficos constantes y/o variables, con o sin consigna mínima y/o máxima.
7. Multiplexor de M entrada, siendo M un número entero > 1, y una salida, que permite transmitir paquetes de datos de tamaño T_{p} predeterminado con tráfico de salida, cuyo tráfico máximo de salida D_{S \ max} está predeterminado, caracterizado porque comprende M zonas tampón (31) para el almacenamiento de los datos entrantes de cada uno de los M servicios entrantes, estando unida cada zona tampón (31) a una entrada y uniendo un dispositivo de elección (32) la zona tampón (31) cuyo llenado es superior al tamaño T_{p} de un paquete con la salida, permitiendo así la presentación en salida de un paquete de datos formados por la totalidad o parte de los datos presentes en dicha zona tampón y la retirada de los datos presentados en salida de dicha zona tampón.
8. Multiplexor según la reivindicación 7, caracterizado porque las zonas tampón (31) y/o el dispositivo de elección (32) son virtuales.
9. Multiplexor según la reivindicación 7, caracterizado porque utiliza el procedimiento de multiplexado según una de las reivindicaciones 2 a 6.
10. Cadena de emisión digital de servicios de diversos tipos en diferentes tipos de redes de datos síncronos y/o asíncronos, que comprende:
- M entradas (1) cuyas funciones son la adquisición de los datos y la transformación en paquetes de tamaño fijo adaptado al protocolo de difusión,
- M buffers (2) en los que las M entradas (1) vienen a almacenar dichos paquetes,
- un multiplexor (3) según una de las reivindicaciones 7 y 8, cuyas M entradas están unidas a los M buffers (2),
- J buffers (4) unidos a las J salidas del multiplexor (3) que permiten gestionar los datos síncronos y asíncronos,
- J salidas (5) cuyas funciones son la adquisición de los datos de los J buffers (4), la adaptación al formato del canal de transmisión y la difusión.
11. Sistema de difusión de servicios de diversos tipos en diferentes tipos de redes de datos síncronos y/o asíncronos, que comprende su cadena de emisión el multiplexor según una de las reivindicaciones 7 y 8.
ES02290734T 2001-03-27 2002-03-22 Procedimiento de multiplexado y multiplexor que permiten la optimizacion de la gestion de la banda de paso de una canl de transmision digital. Expired - Lifetime ES2220879T3 (es)

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FR0104115A FR2823037B1 (fr) 2001-03-27 2001-03-27 Procede d'optimisation de la gestion de la bande passante d'un canal de transmission numerique
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ES02290734T Expired - Lifetime ES2220879T3 (es) 2001-03-27 2002-03-22 Procedimiento de multiplexado y multiplexor que permiten la optimizacion de la gestion de la banda de paso de una canl de transmision digital.

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EP (1) EP1249954B1 (es)
AT (1) ATE268522T1 (es)
DE (1) DE60200572T2 (es)
ES (1) ES2220879T3 (es)
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