專利名稱：數字通信網絡中的抖動防止的制作方法
技術領域：
本發明通常涉及通信網絡，并且更具體地涉及家庭中使用交流(“AC”)電源以便從多媒體數據分組中消除抖動的數字家庭網絡(“DHN”)。
背景技術：
數字通信技術的新發展已經提高了DHN的耐久性(viability)，其能夠允許家庭中的不同裝置互相通信。尤其是，不斷增長的寬帶接入的可利用率已希望將家庭中的不同裝置連接到單個網關裝置，該網關裝置被耦合以提供集中式的寬帶接入和多媒體數據的分布。在這樣的DHN中，網關裝置根據耦合到此網絡上的各種客戶端裝置的請求來存取和緩存多媒體數據，并通過網絡來分發此數據。
當通過DHN分發這樣的數據時，可能會出現某些問題。例如，由于接收數據的客戶端裝置通常對輸入數據流沒有任何控制，所以存在與進行現場廣播和通過異步DHN分發所述現場廣播相關的許多問題。因此，為了保證聯網的客戶端裝置能夠解碼和顯示以正確的幀速率傳送到該客戶端裝置的所有音頻和/或視頻數據并且同時沒有重復的或丟棄的幀，必須解決數據同步問題。
用于在廣播網絡中提供數字同步的一種方法依賴于利用從廣播的時間至接收的時間的固定延遲將時鐘采樣值從廣播位置傳送至網關裝置。根據該方法，在廣播位置上的計數器利用此廣播位置的參考時鐘來遞增，以生成發送至網關裝置的時鐘采樣值。在網關裝置上接收到這些時鐘采樣值時，對由所述網關裝置的壓控振蕩器(“VCO”)定時的計數器進行采樣。然后，將網關裝置上的計數器的值與利用從廣播位置中提供的時鐘采樣表示的計數值進行比較。如果此網關裝置上的計數器值與從廣播位置中提供的時鐘采樣值之間的差值隨時間而變化，則調整加到此網關裝置的VCO上的電壓，以便將此網關裝置頻率鎖定到此廣播位置的參考時鐘。雖然該方法允許廣播位置和網關裝置之間的數據同步，但它不能提供網關裝置和聯網的客戶端裝置之間的數據同步。
在例如以太網的碰撞檢測網絡中，在網關裝置和聯網的客戶端裝置之間提供數據同步的失敗是大量的。尤其是，在這樣的網絡中，來自多個客戶端裝置的數據分組經常在網絡上碰撞沖突，從而在客戶端裝置接收數據分組時引起變化的和不可預計的延遲。結果，可能在客戶端裝置的時鐘中可能引入“抖動(jitter)”。根據這樣的抖動的大小，可以導致嚴重的副作用，諸如，視頻凍結、音頻啁啾聲和/或不需要的顯示色彩改變。
解決碰撞檢測網絡中的抖動問題的一種方法包括在客戶端裝置處利用具有上溢和下溢門限的緩沖器。尤其是，通過防止緩沖電平通過上溢和下溢門限，能夠控制客戶端裝置的本地時鐘。雖然該技術在某些情況下可能是有用的，但是此技術很難控制并且經常需要視頻幀被重復或者被跳過。
解決碰撞檢測網絡中的抖動問題的另一種方法包括在網絡層上利用時間標記。尤其是，該技術在網絡的不同部分使用不同的時間標記，以試圖提供同步。雖然該技術在某些情況下也是有用的，但是由于通過這樣的裝置的數據分組的傳輸延遲時間不總是恒定的，所以此技術不是總是與某些路由器或網橋配合工作的，從而引入了抖動。
發明內容
因此，需要一種技術來克服上述不足并在DHN中提供同步。本發明解決了這些與其他的問題。
根據本發明的一個方面，提供一種服務器設備，用于通過網絡接收分組化數據和發送分組化數據。該設備包括用于從信號源接收分組化數據的輸入端。一個AC時鐘計數器接收一個AC電源信號，并且根據此AC電源信號的頻率生成計數值。一個輸出端耦合到所述網絡，并且向客戶端裝置發送所述分組化數據和所述計數值，該客戶端裝置根據此計數值來控制與此客戶端裝置相關的時鐘。
根據本發明的另一個方面，提供一種客戶端裝置，用于通過網絡接收分組化數據和第一計數值。該裝置包括耦合到此網絡的輸入端，用于接收分組化數據和第一計數值。一個AC時鐘恢復單元接收一個AC電源信號，并且根據此AC電源信號的頻率生成第二計數值。根據第一計數值和第二計數值的比較來控制與所述裝置相關的時鐘。
參照結合附圖的下述對本發明實施例的描述，本發明的上述和其他的特征與優點以及獲得這些特征與優點的方式將變得更清楚，并且也將更好地理解本發明，其中圖1是適合于實施本發明的示例性環境；圖2是根據本發明原理的示例性網絡服務器設備的相關部分；圖3是適合于與圖2的網絡服務器設備一起使用的示例性AC時鐘計數器；圖4是根據本發明原理的示例性客戶端裝置的相關部分；和圖5是適合于與圖4的客戶端裝置一起使用的示例性AC時鐘恢復單元。
具體實施例方式
在這里陳述的范例舉例說明了本發明的優選實施例，并且這樣的范例不能以任何方式解釋為限制本發明的范圍。
現在參照附圖，并且特別參照附圖1，表示適合于實施本發明的示例性環境100。為了舉例和解釋說明，將圖1的環境100表示為一個衛星廣播系統。但是，注意本發明的原理可以應用于其它類型的系統，例如，地面、電纜或其他的廣播系統。
如圖1所示，環境100包括一個發送端，具有諸如磁帶源(tapesource)10和視頻源12的數據源、數字化裝置/編碼器14、一個信道編碼器/調制器16以及天線18。環境100進一步包括一個接收端，具有天線20、網絡服務器22、網絡24以及包括音頻/視頻輸出裝置28(例如，電視機)的客戶端裝置26。衛星30在所述發送端和接收端之間發送信號。
在操作中，來自諸如磁帶源10或視頻源12的數據源之一的數據通過數字化裝置/編碼器14被數字化和編碼，以生成編碼的數字信號。信道編碼器/調制器16接收所述編碼的數字信號并對這些數字信號執行諸如信道編碼、調制和定時數據插入的操作，以生成信道編碼的調制信號。天線18接收所述信道編碼的調制信號并將這些信號作為上行鏈路信號發射給衛星30。衛星30接收這些上行鏈路信號，并將這些信號作為下行鏈路信號轉發給天線20。
作為用于接收端的網關裝置來操作的網絡服務器22從天線20接收下行鏈路信號，并對這些下行鏈路信號執行諸如信道解碼、解調和定時數據恢復的操作，以生成用于通過網絡24分發的信道解碼的解調信號。網絡24可以實施為諸如以太網(例如，10BASE-T，100BASE-X等)的異步網絡、家庭電話網絡聯盟(“HPNA”)網絡、電力線載波(“PLC”)網絡、無線網絡(例如，IBEE 802.11b)或其他的網絡。或者，網絡24可以實施為例如IEEE 1394網絡的同步網絡。
客戶端裝置26從網絡24接收信道解碼的解調信號，并對這些信號執行諸如解碼和定時數據恢復的操作，以生成例如通過音頻/視頻輸出裝置28的音頻和/或視頻輸出。為了舉例和解釋說明，圖1顯示僅有一個客戶端裝置連接到網絡24。但是，實際上，很多這樣的客戶端裝置可以連接到網絡24。
如先前在本文中所指出的，通過諸如網絡24的網絡的信號傳輸可能會在諸如客戶端裝置26的客戶端裝置的時鐘中引入抖動，從而引起不利的影響，例如，視頻凍結、音頻啁啾聲和/或不希望的顯示色彩改變。如將在本文中所解釋的，本發明使用一個例如可以在家庭中使用的AC電源來同步用于視頻和/或音頻解碼的時鐘，從而有助于使網絡抖動最小化。
現在參見圖2，其表示圖1的網絡服務器22的相關部分。如圖2所示，網絡服務器22包括一個輸入接口32、一個調諧器34、一個傳送處理單元36、一個時鐘恢復單元38、一個本地時鐘40、一個AC時鐘計數器42、一個AC控制器44以及一個網絡接口46。
在操作中，輸入接口32接收來自天線20的下行鏈路信號。接收到的下行鏈路信號包括諸如音頻和/或視頻數據的數據以及定時數據，該定時數據例如是由網絡服務器22用于將其本地時鐘40頻率鎖定到發送端的參考時鐘上的系統時鐘恢復(“SCR”)信息。由輸入接口32接收的信號可以是傳送分組的形式。雖然圖2將輸入接口32表示為從唯一一個信號源(即，天線20)中接收信號，但接口32可以被配置為從諸如衛星、電纜和/或其他信號源的多個源中接收信號。
調諧器34從輸入接口32中接收下行鏈路信號，并對這些下行鏈路信號執行調諧操作，以生成輸出信號。傳送處理單元36從調諧器34中接收輸出信號并對其執行處理操作，在該處理操作中特別地將SCR信息從數據信號中分離出來。將這些數據信號提供給網絡接口46，并最終將這些數據信號作為分組化數據通過網絡24發送給客戶端裝置26，而且將此SCR信息提供給時鐘恢復單元38。時鐘恢復單元38利用此SCR信息來生成控制信號，這些控制信號用于控制本地時鐘40的VCO(未示出)的頻率。以這種方式，網絡服務器22利用此SCR信息將本地時鐘40頻率鎖定到發送端上的參考時鐘，根據一個示例性實施例，該參考時鐘的頻率大約為27MHz。如圖2所示，將來自本地時鐘40的時鐘信號作為定時信息提供給傳送處理單元36。
AC時鐘計數器42(i)從本地時鐘40接收時鐘信號，(ii)從諸如家用墻插座的電源中接收AC電源信號，以及(iii)從AC控制器44中接收噪聲持續時間信號。根據這些輸入，AC時鐘計數器42生成一個AC計數值，該AC計數值被用于在客戶端裝置26上提供同步，并從而防止引入網絡抖動。
現在參見圖3，說明了有關圖2的AC時鐘計數器的更多細節。尤其是，AC時鐘計數器42包括一個數字時鐘發生器50、持續時間計數器52以及一個AC計數發生器54。如圖3所指出的，數字時鐘發生器50接收AC電源信號。持續時間計數器52接收數字時鐘發生器50的輸出并從AC控制器44接收噪聲持續時間信號。AC計數發生器54接收來自持續時間計數器52的輸出和來自本地時鐘40的時鐘信號。將AC計數發生器54的輸出提供給網絡接口46。
在操作中，數字時鐘發生器50接收AC電源信號，并據此生成數字計數值。根據一個示例性實施例，此AC電源信號是從諸如家用墻插座和相關電源線的電源中提供的60Hz信號。但是，將認識到，AC電源信號例如根據地理位置而可以呈現出不同的頻率(例如，在歐洲使用50Hz)。優選地將數字時鐘發生器50實施為零點交叉(過零)電路和緩沖器。因此，當接收到的AC電源信號相對一個過零參考點振蕩時，數字時鐘發生器50生成和緩存數字計數值。在正弦曲線AC電源信號的情況中，過零參考點例如可以選擇為X軸。以這種方式，由數字時鐘發生器50生成的數字計數值表示基于AC電源信號的頻率的時鐘。
持續時間計數器52接收由數字時鐘發生器50生成的數字計數值，并且還接收來自AC控制器44的噪聲持續時間信號(參見圖2)。這些數字計數值用作時鐘輸入，并允許持續時間計數器52以對應于此AC電源信號的頻率的一個頻率來進行計數。噪聲持續時間信號表示一個時間持續時期，在此持續時期上優選地觀測此AC電源信號以補償電源線上的信號不規則性。也就是說，如果在相對短的時間周期內觀測的話，通過家用墻插座和相關電源線提供的AC電源信號通常包括噪聲尖峰和其它的不規則特性，這些噪聲尖峰和其它的不規則特性能夠使這些信號對于建立時基來說是無效的。因此，此噪聲持續時間信號表示一個時間持續時期，在此持續時期上被作為整體觀測的接收到的AC電源信號對于建立時基來說被視為是穩定和可靠的。根據本發明的一個示例性實施例，由噪聲持續時間信號表示的時間持續時期在5-10分鐘的范圍內。持續時間計數器52利用數字計數值和噪聲持續時間信號來生成和輸出持續時間脈沖。特別地，此持續時間脈沖是具有一個脈沖寬度的信號，該脈沖寬度對應于利用噪聲持續時間信號表示的時間持續時期。
AC計數發生器54從持續時間計數器52中接收持續時間脈沖，并且還從本地時鐘40中接收時鐘信號(參見圖2)。根據這些輸入，AC計數發生器54生成用于網絡服務器22的AC計數值。更特別地，AC計數發生器54通過(i)以對應于本地時鐘40的時鐘信號的一個頻率，和(ii)對于相應于此持續時間脈沖的一個持續時間執行一個計數操作來生成此AC計數值。換句話說，AC計數發生器54對于相應于此持續時間脈沖的時間周期以本地時鐘40的時鐘頻率來計數，由此生成此AC計數值。例如，假設本地時鐘40的時鐘頻率是27MHz，并且對應于此持續時間脈沖的時間周期是8分鐘，則此AC計數值將是1.296*1010(即，(27*106/秒)*(8分鐘)*(60秒/分鐘))。生成AC計數值的這個過程被重復執行，因而每當對應于此持續時間脈沖的一個時間周期流逝時生成一個新的AC計數值。以這種方式，AC計數值順序地被生成，并被提供給網絡接46，以便通過網絡24(參見圖1和2)傳送給客戶端裝置26。如將在后文中所解釋的，這些AC計數值被用于在客戶端裝置26上提供同步，并從而防止引入網絡抖動。
現在參見圖4，表示圖1中客戶端裝置26的相關部分。如圖4所示，客戶端裝置26包括輸入接口60、解碼器62、AC控制器64、AC時鐘恢復單元66以及本地時鐘68。如在下文將解釋的，客戶端裝置26接收通過網絡24從網絡服務器22中提供的數據，并對這些數據進行操作，以便生成例如通過音頻/視頻輸出裝置28輸出的音頻和/或視頻信號。
在操作中，輸入接口60通過網絡24從網絡服務器22中接收分組化數據和定時數據，其中所述分組化數據包括音頻和/或視頻數據，并且所述定時數據包括噪聲持續時間信號和當前AC計數值。根據本發明的一個示例性實施例，音頻和/或視頻數據以及定時數據可以一起包括在各個數據分組中。但是，根據另一實施例，所述定時數據可以包括在獨立于所述音頻和/或視頻數據分組的數據分組中。解碼器62從輸入接口60中接收音頻和/或視頻數據并對其執行解碼操作，以生成解碼的信號。解碼器62根據來自本地時鐘68的時鐘信號來執行這些操作，根據一個示例性實施例，此本地時鐘68呈現大約為27MHz的頻率。由解碼器62生成的解碼信號被用于進一步的處理，并且最終通過音頻/視頻輸出裝置28進行輸出(參見圖1)。
AC控制器64從輸入接口60中接收定時數據，該定時數據包括從網絡服務器22中提供的噪聲持續時間信號和當前AC計數值。AC時鐘恢復單元66(i)從AC控制器64中接收噪聲持續信號和當前AC計數值；(ii)從諸如家用墻插座的電源中接收AC電源信號；以及(iii)從本地時鐘68中接收時鐘信號。基于這些輸入，AC時鐘恢復單元66生成另外一個AC計數值，并將該AC計數值與由AC控制器6 4提供的AC計數值進行比較，以允許客戶端裝置26上的同步，從而防止網絡抖動的引入。
現在參見圖5，說明了有關圖4的AC時鐘恢復單元66的其他細節。特別地，AC時鐘恢復單元66包括一個數字時鐘發生器70、一個持續時間計數器72、一個AC計數發生器74以及一個處理器76。如圖5所示，數字時鐘發生器70接收AC電源信號。持續時間計數器72接收數字時鐘發生器70的輸出和來自AC控制器64的噪聲持續時間信號。AC計數發生器74接收來自持續時間計數器72的輸出和來自本地時鐘68的時鐘信號。處理器76接收來自AC計數發生器74的輸出和來自AC控制器64的AC計數值。將來自處理器76的輸出提供給本地時鐘68。如從下面的描述中將會變得明顯的，圖5的AC時鐘恢復單元66和圖3的AC時鐘計數器42在結構和操作上類似。
在操作中，數字時鐘發生器70接收AC電源信號，并據此生成數字計數值。根據一個示例性實施例，所述AC電源信號是從諸如家用墻插座和相關電源線的電源中提供的60Hz信號。當然，所述AC電源信號根據例如地理位置而可以呈現出不同的頻率。與圖3的數字時鐘發生器50一樣，數字時鐘發生器70優選地被實施為過零電路和緩沖器。因此，當接收到的AC電源信號相對于一個過零參考點振蕩時，數字時鐘發生器70生成和緩存數字計數值。在正弦曲線AC電源信號的情況中，例如，過零參考點可以選擇為X軸。以這種方式，由數字時鐘發生器70生成的數字計數值表示基于所述AC電源信號的頻率的時鐘。
持續時間計數器72接收由數字時鐘發生器70生成的數字計數值，并且還從AC控制器64接收噪聲持續時間信號。數字計數值用作時鐘輸入，并允許持續時間計數器72以對應于此AC電源信號的頻率的一個頻率來進行計數。該噪聲持續時間信號和圖3的持續時間計數器52使用的噪聲持續時間信號相同，并相應地表示優選地觀測所述AC電源信號以補償電源線上的信號不規則性的時間持續時期。持續時間計數器72利用這些數字計數值和噪聲持續時間信號來生成和輸出一個持續時間脈沖。如在本文中先前指出的，此持續時間脈沖是一個具有脈沖寬度的信號，所述脈沖寬度對應于利用所述噪聲持續時間信號表示的時間持續時期。
AC計數發生器74從持續時間計數器72接收持續時間脈沖，并且還從本地時鐘68接收時鐘信號(參見圖4)。基于這些輸入，AC計數發生器74以和圖3的AC計數發生器54生成用于網絡服務器22的AC計數值相同的方式來生成用于客戶端裝置26的AC計數值。也就是說，通過(i)以對應于本地時鐘68的時鐘信號的一個頻率，和(ii)對于相應于所述持續時間脈沖的一個持續時間執行一個計數操作，AC計數發生器74生成此AC計數值。如圖3的AC計數發生器54一樣，圖5的AC計數發生器74以重復的方式來生成AC計數值，因而每當對應于此持續脈沖的一個時間周期流逝時生成一個新的AC計數值。
處理器76(i)從AC計數發生器74中接收用于客戶端裝置26的AC計數值，并且(ii)從AC控制器64中接收用于網絡服務器22的AC計數值，而且比較這兩個AC計數值。根據此比較，處理器76生成并輸出一個控制信號，該控制信號驅動本地時鐘68的VCO(未示出)，從而調整其輸出頻率。以這種方式，處理器76繼續調整本地時鐘68的VCO，直至用于客戶端裝置26的AC計數值等于用于網絡服務器22的AC計數值。一旦這兩個AC計數值相等，網絡服務器22的本地時鐘40與68和客戶端裝置26便被同步，并且防止了網絡抖動。
如本文所述，本發明有利地提供了用于在網絡中實現同步的一種方案，并從而防止網絡抖動的引入。雖然本發明已經以優選的設計進行了描述，但本發明能夠在本公開文本的精神和范圍內作進一步的修改。該申請因此將意圖利用本發明基本原理來覆蓋本發明的任何改變、使用或調整。此外，本申請將意圖覆蓋落入本發明所涉及的領域中的共知常識或慣用手段范圍內并且落入所附權利要求書的范圍之內的對本公開文本的偏離。
權利要求
1.用于通過網絡(24)接收分組化數據和發送所述分組化數據的一種設備(22)，所述設備(22)包括一個輸入端(32)，用于從信號源接收所述分組化數據；一個AC時鐘計數器(42)，用于接收一個AC電源信號并根據所述AC電源信號的頻率來生成一個計數值；以及一個輸出端(46)，耦合到所述網絡(24)，用于向客戶端裝置(26)發送所述分組化數據和所述計數值，其中所述客戶端裝置(26)根據所述計數值來控制與所述客戶端裝置(26)相關的時鐘。
2.根據權利要求1的設備(22)，其中所述AC時鐘計數器(42)包括一個數字時鐘發生器(50)，用于根據所述AC電源信號的頻率來生成數字時鐘；一個持續時間計數器(52)，用于根據所述數字時鐘來生成持續時間脈沖；以及一個AC計數發生器(54)，用于根據所述持續時間脈沖來生成所述計數值。
3.根據權利要求1的設備(22)，其中所述網絡(24)是以太網。
4.根據權利要求1的設備(22)，其中所述網絡(24)是HPNA網絡。
5.根據權利要求1的設備(22)，其中所述網絡(24)是PLC網絡。
6.根據權利要求1的設備(22)，其中所述網絡(24)是無線網絡。
7.用于通過網絡(24)接收分組化數據和發送所述分組化數據的一種方法，所述方法包括從信號源接收所述分組化數據；接收AC電源信號，并且根據所述AC電源信號的頻率來生成一個計數值；以及向客戶端裝置(26)發送所述分組化數據和所述計數值，其中所述客戶端裝置(26)根據所述計數值來控制與所述客戶端裝置(26)相關的時鐘。
8.根據權利要求7的方法，其中利用包括下述的步驟來生成所述計數值根據所述AC電源信號的頻率來生成一個數字時鐘；根據所述數字時鐘來生成一個持續時間脈沖；以及根據所述持續時間脈沖來生成所述計數值。
9.用于通過網絡(24)接收分組化數據和第一計數值的一種裝置(26)，所述裝置(26)包括一個輸入端(60)，耦合到所述網絡(24)，用于接收所述分組化數據和所述第一計數值；一個時鐘(68)；以及一個AC時鐘恢復單元(66)，用于接收AC電源信號并根據所述AC電源信號的頻率來生成第二計數值，其中根據所述第一計數值和所述第二計數值的比較來控制所述時鐘(68)。
10.根據權利要求9的裝置(26)，其中所述AC時鐘恢復單元(66)包括一個數字時鐘發生器(70)，用于根據所述AC電源信號的頻率來生成一個數字時鐘；一個持續時間計數器(72)，用于根據所述數字時鐘來生成一個持續時間脈沖；以及一個AC計數發生器(74)，用于根據所述持續時間脈沖來生成所述第二計數值。
11.根據權利要求10的裝置(26)，其中所述AC時鐘恢復單元(66)還包括一個處理器(76)，用于比較所述第一計數值和所述第二計數值并根據所述比較來控制所述時鐘(68)。
12.根據權利要求9的裝置(26)，其中所述網絡(24)是以太網。
13.根據權利要求9的裝置(26)，其中所述網絡(24)是HPNA網絡。
14.根據權利要求9的裝置(26)，其中所述網絡(24)是PLC網絡。
15.根據權利要求9的裝置(26)，其中所述網絡(24)是無線網絡。
16.用于通過網絡(24)接收分組化數據和第一計數值的一種方法，所述方法包括接收所述分組化數據和所述第一計數值；接收一個AC電源信號，并根據所述AC電源信號的頻率來生成第二計數值；比較所述第一計數值和所述第二計數值；和根據所述比較來控制所述時鐘(68)。
17.根據權利要求16的方法，其中利用包括下述的步驟來生成所述第二計數值根據所述AC電源信號的頻率來生成一個數字時鐘；根據所述數字時鐘來生成一個持續時間脈沖；以及根據所述持續時間脈沖來生成所述第二計數值。
全文摘要
一種服務器設備通過網絡接收分組化數據和發送分組化數據。該設備包括一個用于從信號源接收分組化數據的輸入端。一個AC時鐘計數器接收AC電源信號，并且根據此AC電源信號的頻率生成計數值。一個輸出端耦合到此網絡，并且向客戶端裝置發送所述分組化數據和所述計數值。根據所述計數值來控制與所述客戶端裝置相關的時鐘。
文檔編號H04L12/28GK1496617SQ02806256
公開日2004年5月12日 申請日期2002年3月8日 優先權日2001年3月9日
發明者K·E·布里奇瓦特, T·W·洛克里奇, T·E·霍爾蘭德, K E 布里奇瓦特, 洛克里奇, 霍爾蘭德 申請人:湯姆森許可公司