增强电话电路交换网的网络传输容量的方法和装置 本发明涉及电信网络中增加传输容量的语音信号压缩领域，更具体地，是涉及在现有的使用T1和E1帧格式的电话电路交换网络中提供语音压缩，并且不改变网络基础设施的领域。
1960年以来，对语音信号进行采样并且对脉冲编码数据流进行调制以便传输的脉冲编码调制技术已经众所周知。两种形式的脉冲编码调制是所谓的分别使用T1和E1帧格式的μ-律和A-律调制。两种调制均遵守共同的原则，即8位脉冲码字描述一个语音信号或者，可选地，携带数据或传真信号。在T1帧中，24个这样的8位字和一个组帧位构成一个193位帧。各8位字均描述不同的语音通信的一个语音信号样本。8位字被组成到图1(a)的193位帧中，使得组帧位101被用来通知帧起始并且/或者被用于同步。跟随组帧位101的是表示24个不同地语音通信或传真/数据信道的24个8位μ-律脉冲码字。24个码字均表示一个时隙或信道，其中时隙或信道#1是时隙102。例如，一个所谓的DS1信道带(bank)最多可以发送24路语音通信。时隙或信道#2是时隙103并且依次类推，直到第24个时隙或信道#24被表示成时隙104。信道#3-23也是时隙并且由时隙103和时隙104之间的虚线框表示。
对语音信号进行编码的脉码调制过程也是众所周知的。在周期离散时间点上对声波进行采样以得到具有不同振幅的脉冲。例如，在128或256个不同的电平之间对声音信号振幅进行量化，并且6个帧中的一个帧中的每个8位字中的最低有效位被用于带内信令。为了量化出256个电平需要8个位，如果采样速率为8000样本每秒，则每个T1载波信道的位速率或信息载送容量为8位×8000样本每秒或64k位/秒。带内信令意味着在具有T信号格式的频带内传递用于寻址或控制的信令信息。目前最好是把带外信令当成可选的，或者是对带内信令的补充，其中通过单独的传输路径，比如通过所谓的SS-7带外信令设备发送信令信息。参照图4，带外信令链路如虚线480-487所示。
参照图1(b)，图中示出了常见的E1帧数据格式，其中提供32个而不是24个信道或时隙。脉码调制形式是E-1格式中的A-律脉码调制。在所提供的32个信道中，有30个信道被用于传输诸如语音，传真和数据通信信号的通信信号。时隙或信道#1如时隙121所示；时隙或信道#2如时隙122所示并且时隙或信道#15如时隙123所示。中间的也是时隙的信道#3-14如虚线省略部分所示。如时隙124所示的第16个信道或时隙，即时隙#16包括8个带内信令数据位。时隙#17或时隙125也是语音，数据或传真信道。时隙#18-30未明确示出，但由虚线省略部分表示，而时隙#31或时隙126则是另一个语音，数据或传真信道。时隙#32包括一个预定的8位组帧信号127。
通过电话交换机之间的中继线进行电信传输。通常有两种电话交换机，即本地交换机和(长途或汇接)交换机。本地交换机把电话用户连接到公共交换电话网。汇接交换机把多个或一个本地交换机连接到一个长途交换机。长途交换机把汇接交换机连接到长途交换机或者连接长途交换机到长途交换机。可以具有64K位每秒的容量的中继线在非峰值传输期间处于空闲，并且在繁忙期间浪费了一部分传输话音的64K位每秒容量。
与语音通信相比数据和传真通信被认为具有相对的数据效率。当没有出现可以检测出声能的、可以听见的声音时，语音通信中会频繁出现静音片段。在常见的，发生在通过通信链路进行通话的双方之间的语音通信过程中，会频繁出现静音片段。因而，在语音通信中存在提供语音压缩的机会；即，通过把来自其它通信的语音片段填入静音部分，从而在语音通信的带宽内对其它的压缩原理中的静音片段加以利用。模拟和数字形式的语音压缩是已知的。如果不是所有的，也是大多数的语音压缩都利用话音中的僵死或静音片段来进行压缩。例如，在一个单独的语音通信信道中一个具体给定的时间周期可以包括来自多个相关的语音通信的多个话音片段。在这种方式下，在信道上传输不止一个语音通信，因而从根本上增加了相同信道上并行处理的呼叫的数量。给定的周期被分成时隙，而时隙可以包括一个活跃的语音片段。静音片段被消除。一个小小的缺点是在这样的信道上进行的原始语音通信的解压缩和拆解会用掉一些时间，从而导致一些延迟，但延迟不太明显。并且需要用于描述压缩处理的控制信息以便在接收器上进行解压缩。与传输容量的增强相比，这些缺点是次要的。实际上没有损失语音通信中的任何原始话音内容。一个已知的语音压缩算法是已知的M.P.E.G.II算法建议标准，在目前正打算用于视频信号压缩应用中。
T载波信道或时隙本身是缺乏效率的，例如，对于时隙102，由于该时隙经常传递静音片段，而这段静音部分应该可以被填充上其它语音通信的语音片段。因为相同的原因，E1帧格式也是缺乏效率的。一旦一个语音通信信道专用于两个或更多的发话人之间的呼叫中的语音通信，则该信道保持专用。没有机会来共享语音通信信道。当然，一个快速发话的人可以比一个慢速发话的人更有效地利用专用信道。不管发话人如何，通信都是非常缺乏效率的。
为了在今天的电话行业中更具有竞争力，减少处理电话呼叫的费用并增加现有网络的容量已成为关键因素。增加网络容量意味着增加更多的中继设施和网络交换机。但是这样做代价高昂。目前，一个语音信道通过前面参照图1所述的A-律或μ-律PCM格式以64Kbps的速率进行发送。从带宽利用的角度看，上述把整个时隙或8个位专用于语音的方式是开销非常大的。传真和数据是以64Kbps脉冲串的形式来发送的，所以比语音具有更好的带宽利用率。现有的T1或E1网络使用分别包含24或30个64Kbps语音信道的T1或E1帧。各个64Kbps语音信道或时隙在每个T1或E1帧中包含一个8位字。采样速率为8000次每秒。由于每秒发送8000帧，所以包括组帧位在内，24个信道的位速率是24信道×64kbps每信道或1.544兆位每秒。这种1.544兆位每秒信号的信息传输效率是非常低的。根据众所周知的数字数据传输的数字多路复用分层结构，有足够的机会来改进从所谓的DS1层到DS4层和更高层的所有层次的信息传输容量。因而，本发明的一个目标是改进数字传输设施的信息传输容量。
随着能满足长途通话质量要求的低位速率话音编码器和高速数字信号处理器(DSP)的出现，本发明的一个目标是通过减少语音信道带宽并且同时保持语音信号的长途通话质量来增加网络容量。
本发明通过把网络传输容量增加7倍(fold)从而在现有的电话电路交换网中产生了一个巨大的优点。在公共交换电话网中提供与标准网络部件接口并且在T1和E1帧中进行语音压缩的本地和长途网络附件。根据本发明，把通常包括一个8位字的各个信道或时隙不是看成8个位字，而是看成包括多个单个的位或子时隙，使得一个帧包含8倍于时隙或信道的子时隙。例如，参照图2(a)中的一个T1帧，根据本发明，针对是否存在声音活动或音频/数据相应识别出192个被动态分配给语音/数据/传真通信的子时隙。第193个时隙101仍然被用于组帧。通过对语音进行编码，使得语音占据常规时隙或信道中的1，2，3，4或更多的位或子时隙，并且在语音通信之间共享常规的信道来减少带宽。在任何时间用于语音通信的子时隙均不超过8个，因而节省了传输容量。
总之，如图2(a)所示，常规的T1帧变成由193个单独的位子时隙构成，而不是由24个8位时隙或信道构成。类似地，如图2(b)所示，E1帧被看成具有240个子时隙。在最优的语音环境下，如果一个单独的位被用于表示一个语音信道而帧中某些其它的位被用于其中的控制，则这种对常规时隙容量的缩减使用可以把网络容量增加7倍。如果识别出传真或数据，由于其信息传输效率较高，整个8位字均被用于传输传真或数据。另一方面，如果识别出话音活动，可以用少至一个单独的子时隙的容量来表示一个空闲的信道或语音片段，也可以用多达8个子时隙的容量来表示一个语音片段。因而，把传输容量增加了7倍。
在T1或E1网络的情况下，本发明不是在一个64 Kbps DS0时隙中发送一个语音信道，而是通过有效减少各个语音信道所需的带宽，利用所形成的低位速率话音编码器和高速数字信号处理器(DSP)技术来增加网络传输容量，同时仍然保持语音的长途通话质量。因而，在不增加网络汇连设备和传输中继设施的情况下本发明提供了增加网络传输容量的方法和装置。
本发明引入了具有动态网络传输带宽管理的低位速率话音编码方案，从而建立了新的网络结构。虽然本发明的实现需要向当前的网络结构增加设备以增大网络容量，但不需要改变现有的网络结构。本发明包括向当前的网络增加提供额外的语音传输容量的附件。
参照图4，基于本发明的网络结构包括与诸如交换机和汇接设备的标准网络部件接口的本地交换机网络附件(LSNA)和汇接/长途交换机网络附件(TSNA)。这些网络附件包括一组低位速率话音编码器，一个动态时隙管理器和其它的支持功能。各个附件均可以很好地发送和接收到达和来自常规T1/T3/OC3/E1中继线的信号，使得在一个常规的64 Kbps DS0信道或时隙上传输不止一个语音信道，同时仍然保持语音的长途通话质量。另外，在标准的T1或E1帧中，单独的子时隙或一组子时隙提供多于24或30的语音信道。以带内方式传输控制解压缩和解码的控制信息，并且可以通过常规的带内或带外的方式来传输信令信息。
图1是关于已知脉码调制格式的图例，其中图1(a)描述了T1帧格式，而图1(b)描述了E1帧格式。
图2是说明如何根据本发明来修改图1的常规帧格式从而提供子时隙的图例，其中图2(a)说明如何用子时隙对T1帧数据格式进行修改，图2(b)说明如何用子时隙对E1帧数据格式进行修改。
图3综述了在一个T1帧内把子时隙动态分配到语音，传真和数据通信的例子，其中在某些时间点上一个语音信道可以表示一个单独的子时隙，而在其它的时间点上，可以表示成两个，三个或更多的子时隙。
图4是说明如何根据本发明，通过在网络的交换机位置上提供本地和汇接或长途交换机网络附件对现有网络结构加以改进，从而提高传输容量的网络图。
图5综述了本发明的本地交换机网络附件所需的功能。
图6综述了本发明的长途/汇接交换机网络附件所需的功能。
图7是关于通过本地交换机网络附件从本地交换机425到达长途网络400的数据流的详细功能模块图。
图8是关于通过本地交换机网络附件从网络400到达本地交换机425的数据流的详细功能模块图。
图9是关于通过长途/汇接交换机网络附件到达和来自长途网络400并且涉及长途/汇接交换机410或420的数据流的详细功能模块图。
本发明提供了对T1和E1帧的新颖观点，其中包含子时隙和子时隙组的思路。目前，T1帧被认为具有24个64 Kbps信道或时隙。一个T1帧中的24个语音信道均包括多个8位字。因而最小传输单位是一个表示64 Kbps信息的8位时隙或信道。在本文中，术语“T1帧”是指包含24个时隙或信道的T1帧，其中各个时隙表示8位字，而位字的各个位表示8 Kbps数据的数据吞吐量。术语“E1帧”是指包含32个时隙的E1帧，其中各个时隙表示8位字，而位字的各个位表示8 Kbps数据的数据吞吐量。本发明试图采用这种观点并且把传输的最小单位重新定义成1位子时隙，各位均表示一个语音/传真/数据样本并且根据话音活动或其音频。数据特性进行动态分配。结果，标准的T1帧现在包含193个子时隙，每个子时隙均是1位，该位表示8 Kbps的数据吞吐量。
虽然脉码调制是在这里比较详细地描述的调制格式，但本发明不会排斥其它的可以利用的格式。这些格式包含但不仅限于自适应差分脉码调制(ADPCM)，自适应预测编码(APC)，码激励线性预测(CELP)编码，向量累加线性预测编码和类似的编码。
图1至3说明了基于本发明的，在动态网络传输带宽管理中使用的，增加网络容量和灵活性的子时隙和子时隙编组的概念。在标准的T1帧(图2(a))中，引入子时隙的概念以便在传输设施上提供更多的语音信道。子时隙201，202，*，205只有1位，因而每个T1帧包含193个子时隙。第一个子时隙201保留用作组帧位，后面跟随192个其它的，可以根据语音的需要被编组，被用于传真或数据，或者被用作包含带内控制信息的控制链路的子时隙。根据话音编码器数据速率和语音信号的活动情况，各个语音信道可能需要对几个子时隙进行编组。结果，一个语音呼叫可以占据从1至8个子时隙中的任何数量的子时隙，其速率范围是8 Kbps到最大的64 Kbps。传真和数据调制解调器传输仍然以64 Kbps的速率进行发送，其中T1帧中的每个传真或数据信道需要8个子时隙。
子时隙和子时隙编组的概念并不仅限于使用T1帧的网络，也可以应用于使用E1帧的网络。因而，虽然使用T1帧来说明本发明，本发明并不仅限于使用T1帧的网络。对于图2(b)，E1帧可以被认为是包含240个1位的子时隙，其中可以根据语音和控制数据传输的需要对子时隙进行编组。如上所述，任何小于8位的时间被用于语音传输，因而增加了传输容量。上述概念可以用于除上述脉码调制调方案之外的其它调制方案。其它可以使用的编码技术包含但不仅限于自适应差分脉码调制(ADPCM)，自适应预测编码(APC)，码激励线性预测(CELP)编码，向量累加线性预测编码(VSLP)和类似的编码。
由于本发明不具有必要的用来解码这种新格式的T1中传递的信息所需要的智能，所以增加容量的子时隙和子时隙编组的概念需要在现有的电路交换网络中增加新的设备。例如，常见的长途交换机是Lucent技术公司制造的#4电子交换系统(ESS)。这种交换机和其它的核心网络部件不具备足够的处理T1或E1格式化帧以外的格式化帧的智能。结果，在网络中放入基于本发明的附件，以便在向交换机发送信息之前取出子时隙并且把它们格式成T1时隙/信道。参照图4-9，本发明需要使用这样的附加设备，例如一个与本地交换机相连的本地交换机网络附件(LSNA)和一个与汇接或长途交换机相连的长途或汇接交换机网络附件(TSNA)。LSNA和TSNA会处理所有的传输，语音，传真和数据。本地和汇接交换机仍然会保持常规的带内或带外SS7信令链路以便用于信令传输。
图3以193个子时隙构成的一个T1帧为例描述了如何对本发明的子时隙进行编组。一个常见的T1帧包含24个8位时隙或信道。根据本发明，根据需要动态地把子时隙分配给语音，数据和传真传输。分配过程可以包括对子时隙进行编组或以预定方式发送可以被交叉的时隙组。产生描述分配和编码方案的控制信息以便和语音/数据子时隙一起发送。一旦在电信用户之间建立了呼叫，则在该时间点之后的控制信息就变得相当一致了。虽然可以选择通过交叉对子时隙进行编组，但交叉会需要传输大量的经常改变的控制信息，可能每发送一帧就需要进行这样的传输。
如下参照图5所述，一个LSNA包括一个通用音频检测器和一个检测通信特性的话音能量或能量检测器。这些特性包括中继线是否空闲，是否正在繁忙的中继线上传输数据或传真，并且在语音通信的情况下还包括当前是否静音片段或是否有语音活动。在峰值传输期间，如果整个中继线群都繁忙，则本发明认为繁忙状态需要较低层次的语音编码。在峰值传输期间通过用4位编码取代8位编码可以支持两倍的语音用户。如果中继线利用率较低，则提供64 Kbps的语音编码不会有什么坏处，并且如下所述，网络附件中的一个编码器选择器也可以相应工作。
参照图3，图3(a)包括基于本发明的T1帧的一个实施例；图3(b)包括一张描述图3(a)的帧实施例的子时隙分配的表格并且图3(c)说明了如何把图3(a)的帧装配成8000个帧构成的T1数据流。参照图3(a)和3(b)，子时隙#0仍然表示常规T1帧中的一个组帧位F。以不同于常规的方式分配剩余的192个子时隙。在子时隙#1-3的编组中可以提供描述如何为解压缩动态分配T1帧的带宽的控制信息。控制信息可以描述如何对进行帧定界，提供帧数据部分的起始和结束信息并且在其它的控制信息中提供信道到子时隙的映射信息。在话音帧的情况下，由于一两个帧的损伤不会严重影响发送的语音信号的质量，所以不用预先确定帧之间的边界。可以在如图3(a)所示的地方或其它地方，例如在前导帧中发送控制信息，以便标识如何压缩和发送下一个帧，也可以通过编组的方式来进行处理。可以根据时间段上的多个帧来收集控制信息并在接收附件上解释该信息，或者可以把控制信息发送成包含所有控制数据的特殊控制帧。
根据本发明，除了组帧和控制信息之外，一个T1帧可以传输多达i个语音，数据或传真通信，其中i大于24。例如，子时隙#4-6可以包括对第一个语音通信V1进行编码的子时隙编组。根据编码层次，一个单独的子时隙，例如子时隙#7可以表示第二个语音信道V2。效率较高的传真或数据传输或根据编码层次所进行的语音传输可能需要常规的8个位或子时隙，例如子时隙#8-15。在基于本发明的T1帧中这些子时隙被标识成第三信道或信道D3。第四信道包括一个如信道V4所示的，用掉两个子时隙#16和#17的语音信道。所示的第五语音信道只用掉一个子时隙#18。所示的第六语音信道用掉三个子时隙#19-21，等等。倒数第二个或第i-1个信道用掉了两个子时隙#190-191；最后一个或第i个信道只用掉一个子时隙#192。这样，可以发现在一个常见的T1帧中，可以传输多于24个的语音或其它通信，从而提高了传输容量，其中i基本上大于24。
下一个帧不必具有和前一个帧相同的编组。并且不必要以上述方式对子时隙进行编组。例如，当编码器的范围可以包括一个8 Kbps编码器，一个16 Kbps编码器和一个24 Kbps编码器时，根据所选择的编码层次可以存在1，2或3个子时隙的编组。通常，当不使用固定长度的帧时，控制信息是非常必要的，但在这种情况下，控制信息可以最少并且被扩展到几个帧上。如上所述，控制信息应当传递足够的数据以便进行帧定界。在话音帧的情况下，由于一两个帧的损伤不会严重影响发送的语音信号的质量，所以边界不是绝对必要的。非常重要的是应当注意到一旦在网络中建立了语音通信或呼叫，则在呼叫建立之后的控制信息就变得相当一致了。
参照图3(c)，可以发现按顺序发送图(a)的示例性T1帧以构成8000帧的T1数据流，其中图(a)的帧被示成图(c)的T1数据流的帧#1。
图4说明了本发明用于电话电路交换网的一个图解实施例。通常，本地交换机，例如本地交换机425用各种设备把用户连接到长途中心网络400。本地用户可以具有产生各种信号的各种类型的设备，例如产生传递用户语音的语音信号的电话422，产生传真信号的传真机423和产生数据信号的个人计算调制解调器421。通过一般被称作用户环路427，428，429的有线或无线装置，这些设备被连接到本地交换机425。这些设备不应被看成只是产生可以被本发明的子时隙传输的信号的设备。也可以考虑其它的诸如有线电视终端，电视终端，寻呼设备，个人定位设备，个人通信终端等等的设备。
根据本发明，LSNA426或436被连接到本地交换机425或430并且被用作与TSNA491，193通信的前端，而TSNA491，193被连接到一个诸如长途交换机405，410或汇接交换机415，420的汇接或长途交换机。，LSNA426，436接收语音通信或数据/传真通信，并且负责对数字设施进行动态带宽分配。诸如数字汇接设备的，具有标准T1/T3/OC3接口的现有网络设备不被改变。可以通过LSN和/或TSN附件以压缩方式发送在任何两个交换机之间传输的语音信道，同时传真/调制解调器数据被保持在初始的数据速率和编码层次上。除了语音/传真/调制解调器信道之外，在任意两个附件之间提供一个带内控制数据链路以便进行解压缩和解码。仍然通过带外SS7网络或以常规的带内方式传输针对各个电路交换信道的呼叫控制和呼叫路由信息。
图5和图6说明了LSNA和TSNA的部件所需的各种功能。基本上，这些网络 附件提供了下面功能的一个子集：●通用音频(tone)检测(仅由LSNA需要) 通用音频检测器被用来检测传真/调制解调器音频并且确定一个具体的通 信是否与语音通信相区别的传真或数据通信。如果检测到传真或数据的适 当音频，则该信道上传递的数据被处理成传真/调制解调器数据并且一个话 音编码器选择器可以跳过话音编码功能并且把数据保持成64 Kbps的PCM。 一个时隙管理器接着会把8个8 Kbps(64 Kbps)的子时隙分配到该信道。●能量检测(仅由LSNA需要) 语音活动检测器被用来检测语音信道的活动。话音编码器选择器可以把最 低速率的话音编码器分配给该信道，1)如果信道中没有活动(中继线空闲) 或者2)如果信道(中继线)繁忙并且被用于传输语音，同时信道上出现静 音。当中继线群活动较少时话音编码器选择器可以选择一个速率更高的话 音编码器。通过这种方式，没有活动的信道总是具有最小的带宽。当检测 到信道活动时，话音编码器选择器根据本地交换机中继线群的活动可以把 该信道接通到速率最高的话音编码器上，或者在出现传真/调制解调器音频 的情况下把该信道接通到64 Kbps的PCM。●话音编码器选择(仅由LSNA需要) 根据音频和话音活动检测结果和本地交换机中继线的利用率，话音编码器 选择器把不同的话音选择器分配到各个语音信道通信，或者选择不对传真/ 调制解调器通信进行编码。如果中继线群非常繁忙，编码器选择器可以选 择一个比64 Kbps的常规层次更低的编码层次以便增加传输容量。所选择的 编码器信息会被传递到附件控制和协议处理器以便建立带内控制信息消息 (例如图3(a)的控制信号C)。●话音编码/解码(仅由LSNA需要) 该功能提供一个低位速率长途通话质量话音编码器组或池，话音编码器选 择器从中可以为特定的语音信道选择相应的编码器。最好提供多个比如从8 kbps编码到32 kbps编码的编码层次。该功能也为64 Kbps传真/调制解调器 数据提供跳过话音编码器的功能。●动态时隙管理器 该功能负责在发送到网络之前把压缩/未压缩语音/传真/调制解调器数据 和带内控制数据转换成子时隙格式。图3示出了T1帧的一个格式，但所描述 的格式只是示例性的并且可以在内容和组成方面发生改变。带内控制信息 被附件控制和协议处理器格式化并且被传递到动态时隙管理器。该管理器 也负责从子时隙中取出数据并且在发送时隙到汇接，长途或本地交换机之 前把数据填到时隙中。目前在美国流行的长途或汇接交换机多数是Lucent 技术公司制造的#4ESS交换机。这种交换机和其它的核心网络部件只知道常 规的T1格式化帧或等价的帧。结果放入网络的基于本发明的附件必须接受 子时隙并且在发送信息到交换机之前把子时隙重新格式化成T1或有关的格 式。动态时隙管理器也负责从控制链路中取出带内控制信息并且把该信息 传递到附件控制和协议处理器。●静音填充器/消除器和控制(仅由TSNA需要) 静音填充器/消除器和控制负责把静音数据填充到压缩语音数据，以便在发 送到汇接/长途交换机之前把数据变成64 Kbps，或者在发送到网络之前消 除所填充的静音数据。对于静音填充器，如果8位被压缩成2位，则静音填 充器知道把剩余的六位填充上静音。静音填充器也负责对各个传输信道的 编码信息进行格式化。●附件控制和协议处理器 附件控制和协议处理器在任何两个附件之间提供所拥有的协议栈并且为各 个附件提供控制功能。附件控制和协议处理器对包含信道到子时隙的映射 和信道的编码信息的带内控制消息进行格式化。附件控制和协议处理器指 示动态时隙管理器如何把输入的可变速率数据放到特定的子时隙或编组子 时隙中。根据带内控制消息，附件控制和协议处理器也指示动态时隙管理 器如何从特定的子时隙或编组子时隙中取出可变速率数据。●OAM和P功能 提供对本地或长途网络附件的操作，管理，维护和后备功能。与附件的所 有部件接口。也被用作与网络操作中心的接口。●中继线接口处理器 提供处理网络中继线接口的功能。
参照图5，其中示出了本地交换机网络附件500所需的功能，并且图6描 述了长途/汇接交换机网络附件。首先参照图5，如本领域中所熟知的，本 地交换机425是通过有线(用户环路)或无线装置596，597，598到电信用 户的接点。电信用户可以配备个人计算机421，进行语音通信的电话422或 传真机423。如上所述，也可以考虑诸如寻呼机，可视会议，有线电视，智 能或哑(dumb)终端设备的其它用户装置，并且在例子中只考虑产生语音/传 真/数据信号。用户发起呼叫并且在呼叫期间，主叫方发起语音/传真/数据 通信，其中在本地交换机425把通信接通到中继线591，592，593，从而到 达多路T1/T3中继线构成的中继线群的另一个交换局。语音活动检测器510 和通用音频检测器520检查中继线的空闲或繁忙状态，如果繁忙，检查通过 本地交换机的语音/数据/传真通信是到达另一个本地交换机还是到达长途 网络交换机410，420。话音编码器选择器530被连接到语音活动检测器510和音频检测器520以便把控制输出到其它的部件，其中包括编码器池560，附件控制和协议处理器570和动态时隙管理器550。中继线接口处理器580在与局间数字中继设施的接口中起支持作用。
参照图6，其中示出了本发明的TSNA 600的功能。具有相关的LSNA 436的本地交换机430与TSNA 600通信，TSNA 600与一个汇接交换机相关。一个汇接/长途交换机410，420与一个TSNA 600通信，这个TSNA 600与另一个汇接/长途交换机405，415相关。TSNA 600的唯一功能是填充或消除子时隙编组中的静音以进行时隙/信道转换的静音填充器/消除器和控制645。中继线接口处理器680与电话交换局中继线群接口；动态时隙管理器以实时方式处理子时隙分配/撤消分配，并且附件控制和协议处理器产生控制数据和其它前面已经描述的功能。
图7说明了通过LSNA 500从本地交换机425到网络400(接收路径)的数据流。来自本地交换机425的语音，传真或调制解调器数据通常占据各个信道中的一个DS0(64 Kbps)。但是，根据本发明，在发送到长途中心网络400之前，LSN附件500会根据某种话音编码格式，例如根据图3的格式对语音进行压缩，并且根据用于压缩信息的编码方案类型动态地把压缩语音数据放到一个子时隙或子时隙编组中。详细的序列如下所示。各个DS0传输首先通过通用音频检测器520和语音活动检测器510的组合以确定语音活动并判定传输是否传真/调制解调器传输。虽然所示的通过顺序是从检测器520到检测器510，但该顺序可以被反过来从510到520，或者可以并行通过(未示出)。如果传输是传真或调制解调器类型，则传输不会被压缩并且会被以64 Kbps的速率发送，其中在每个路径722上对8个子时隙进行编组。根据本地交换机中继线利用率和语音/传真/数据活动以某种话音编码格式对语音和任何未使用(空闲)或静音信道进行编码。一个编码语音信道可以占据一个单独的子时隙或一个子时隙编组。因而，一个空闲信道或中继线和一个静音，繁忙的语音信道需要最低的编码层次，而话音活动和传真/数据活动需要较高的编码层次。根据所使用的编码，话音编码器选择器530接受来自音频检测器和语音活动检测器510的输入并且选择一个编码器。编码器选择器接着从编码器池561，562，563中确定具有上述可变编码层次的编码器，或者选择不进行编码，路径722。这样，存在几个与编码器选择相关的因素，其中包括中继线利用率，传真/调制解调器音频检测和话音/静音检测。最重要的因素是区分不进行编码，例如，路径722和进行某种编码，例如，路径721，723，724两种情况的音频检测。
音频检测器是众所周知的，该检测器包括通用音频检测器，所谓的频带检测器，呼叫进程音，特殊信息音，数据，传真和地址信号音检测器，其中还有其它的在国内和国际网络上使用的音频检测器。语音活动检测器是众所周知的并且在网络中被频繁地使用，例如被用在回声减少装置和其它应用中。
在发送到长途中心网络400之前，动态时隙管理器550负责通过中继线接口处理器580把压缩或未压缩的语音，传真或调制解调器数据，以及由附件控制&协议处理器570提供的描述如何压缩信息的带内控制信息放到T1/T3/OC3中继线741上。通过这种方式，接收设备在解压缩阶段可以利用带内控制信息取出初始的信息。如前所述，可以通过几个帧来发送控制信息，并且收集和解释控制信息。一旦被接收到，控制信息被取出并拼接起来以便得到完整的控制信息。控制信息量因实现和上述网络可以忍受的延迟量的不同而不同。
图7示出了两个中继线接口处理器580。在图例的左上部分，一个本地交换机向中继线接口处理器580提供T1/T3中继线以便把语音/传真/调制解调器传输(DS0)输出到检测器510，520，其中语音被放在时隙中。在图7的底部，动态时隙管理器把子时隙740中的语音输出到中继线接口处理器580以便把T1/T3输出到网络400。对于提供T1中继线接口控制而言，电路装置是已知的，例如可以从Dialogic Corporation，Parsippany，New Jersey得到电路装置。
图8说明了通过LSNA 500从网络400到本地交换机425(发送路径)的数据流。T1/T3中继线群801接收来自长途网络400的传输。来自长途中心网络400的语音传输和来自中继线接口处理器580的输出均具有压缩子时隙格式800。附件控制&协议处理器570会处理带内控制信息并且指示动态时隙管理器550通过把输入子时隙映射到初始的时隙来进行信道化处理。初始的时隙被输出到与本地交换机425相连的中继线接口处理器580。处理器570也会指示话音编码器选择器530向信道提供正确的话音解码器功能561，562，563或不提供功能813。压缩语音信道被解码成64 Kbps的PCM格式并且通过中继线接口处理器580被放到一个DS0中并被发送到本地交换机425。
图9说明了通过TSNA 600的数据流。在发送路径中(从网络400到交换机410，420)，来自长途中心网络400的语音传输以压缩子时隙的格式被从中继线接口处理器680输出到动态时隙管理器650。附件控制&协议处理器635会处理带内控制信息并且指示动态时隙管理器650通过把输入子时隙映射到初始的时隙来进行信道化处理。根据带内控制信息，静音填充器/消除器&控制器645会把静音位填充到各个DS0时隙中，从而构成常规的64 Kbps速率信号并且接着通过连接到汇接/长途交换机410，420的中继线接口处理器680在其初始时隙中发送数据。对于静音填充器功能，如果8位信息被压缩成2位，则一个字中的剩余6位必须被填充静音。因而一个字会具有2位实际数据和6位静音。在图3的控制信息C中必须反映出这点。例如，在对本发明的帧重新格式化之前可以插入一个时延125毫秒的控制帧，该控制帧确定下面的帧带有多少静音位和多少数据位。一个附加的数据控制帧所导致的延迟对语音质量的影响可以忽略。另一方面，消除静音会完全依赖读取控制信息并且取出被加到控制信息所指示的位置上的静音位。从带内控制信息中取出的各个信道的编码信息会被当成控制数据传递通过长途或汇接交换机410，420。在接收路径中(交换机到网络)，来自汇接/长途交换机410，420的语音，传真或调制解调器数据占据各T1/T3信道的一个64 Kbps DS0。语音传输由静音填充器处理成压缩格式，而传真/调制解调器传输未经压缩。静音填充器/消除器&控制器645会检测通过交换机410，420传递的编码信息，并且相应地从语音时隙中消除所填充的静音位。在发送到长途中心网络400之前，动态时隙管理器650负责把压缩或未压缩的语音，传真或调制解调器数据，以及由附件控制&协议处理器635提供的带内控制信息放到T1/T3/OC3中继线上。
虽然没有详细地描述实际的附件协议，带内控制信息格式和编码信息格式，但是在任何情况下，空闲和静音信道比活动的语音，传真或数据信道需要更少的编码的原理均成立。可能只有一种其它的编码层次，例如除了现有的64 Kbps编码层次或诸如8 Kbps，16Kbps，24Kbps和64Kbps的多个编码层次之外的一个最低编码层次。结果，用于发送T1或E1帧中的一个信道的位数小于8，本发明建议使用一个位或子时隙可以足够描述给定时间点上中继线/信道的状态/活动。
这样，已经说明和描述了在现有的数字数据传输设施结构中增加传输容量的方法和装置，其中T1或E1帧数据格式可以被认为包括多个根据话音活动，传真或数据通信被加以编组的子时隙。本发明的概念可以被扩展到超过T1或E1帧长度的更大规模的中继线群上。当一个信道空闲或出现静音时，需要传输的最少量数据释放并增加了公共交换网中的交换局之间的数字传输设施的传输容量。这里所参考的任何美国专利申请或专利应当被认为是对其全部内容的参考引用。应当认为本发明的范围只受下面的权利要求书的限制。