CN1496617A - 数字通信网络中的抖动防止 - Google Patents

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Abstract

一种服务器设备通过网络接收分组化数据和发送分组化数据。该设备包括一个用于从信号源接收分组化数据的输入端。一个AC时钟计数器接收AC电源信号，并且根据此AC电源信号的频率生成计数值。一个输出端耦合到此网络，并且向客户端装置发送所述分组化数据和所述计数值。根据所述计数值来控制与所述客户端装置相关的时钟。

Description

数字通信网络中的抖动防止
技术领域
本发明通常涉及通信网络，并且更具体地涉及家庭中使用交流(“AC”)电源以便从多媒体数据分组中消除抖动的数字家庭网络(“DHN”)。
背景技术
数字通信技术的新发展已经提高了DHN的耐久性(viability)，其能够允许家庭中的不同装置互相通信。尤其是，不断增长的宽带接入的可利用率已希望将家庭中的不同装置连接到单个网关装置，该网关装置被耦合以提供集中式的宽带接入和多媒体数据的分布。在这样的DHN中，网关装置根据耦合到此网络上的各种客户端装置的请求来存取和缓存多媒体数据，并通过网络来分发此数据。
当通过DHN分发这样的数据时，可能会出现某些问题。例如，由于接收数据的客户端装置通常对输入数据流没有任何控制，所以存在与进行现场广播和通过异步DHN分发所述现场广播相关的许多问题。因此，为了保证联网的客户端装置能够解码和显示以正确的帧速率传送到该客户端装置的所有音频和/或视频数据并且同时没有重复的或丢弃的帧，必须解决数据同步问题。
用于在广播网络中提供数字同步的一种方法依赖于利用从广播的时间至接收的时间的固定延迟将时钟采样值从广播位置传送至网关装置。根据该方法，在广播位置上的计数器利用此广播位置的参考时钟来递增，以生成发送至网关装置的时钟采样值。在网关装置上接收到这些时钟采样值时，对由所述网关装置的压控振荡器(“VCO”)定时的计数器进行采样。然后，将网关装置上的计数器的值与利用从广播位置中提供的时钟采样表示的计数值进行比较。如果此网关装置上的计数器值与从广播位置中提供的时钟采样值之间的差值随时间而变化，则调整加到此网关装置的VCO上的电压，以便将此网关装置频率锁定到此广播位置的参考时钟。虽然该方法允许广播位置和网关装置之间的数据同步，但它不能提供网关装置和联网的客户端装置之间的数据同步。
在例如以太网的碰撞检测网络中，在网关装置和联网的客户端装置之间提供数据同步的失败是大量的。尤其是，在这样的网络中，来自多个客户端装置的数据分组经常在网络上碰撞冲突，从而在客户端装置接收数据分组时引起变化的和不可预计的延迟。结果，可能在客户端装置的时钟中可能引入“抖动(jitter)”。根据这样的抖动的大小，可以导致严重的副作用，诸如，视频冻结、音频啁啾声和/或不需要的显示色彩改变。
解决碰撞检测网络中的抖动问题的一种方法包括在客户端装置处利用具有上溢和下溢门限的缓冲器。尤其是，通过防止缓冲电平通过上溢和下溢门限，能够控制客户端装置的本地时钟。虽然该技术在某些情况下可能是有用的，但是此技术很难控制并且经常需要视频帧被重复或者被跳过。
解决碰撞检测网络中的抖动问题的另一种方法包括在网络层上利用时间标记。尤其是，该技术在网络的不同部分使用不同的时间标记，以试图提供同步。虽然该技术在某些情况下也是有用的，但是由于通过这样的装置的数据分组的传输延迟时间不总是恒定的，所以此技术不是总是与某些路由器或网桥配合工作的，从而引入了抖动。
发明内容
因此，需要一种技术来克服上述不足并在DHN中提供同步。本发明解决了这些与其他的问题。
根据本发明的一个方面，提供一种服务器设备，用于通过网络接收分组化数据和发送分组化数据。该设备包括用于从信号源接收分组化数据的输入端。一个AC时钟计数器接收一个AC电源信号，并且根据此AC电源信号的频率生成计数值。一个输出端耦合到所述网络，并且向客户端装置发送所述分组化数据和所述计数值，该客户端装置根据此计数值来控制与此客户端装置相关的时钟。
根据本发明的另一个方面，提供一种客户端装置，用于通过网络接收分组化数据和第一计数值。该装置包括耦合到此网络的输入端，用于接收分组化数据和第一计数值。一个AC时钟恢复单元接收一个AC电源信号，并且根据此AC电源信号的频率生成第二计数值。根据第一计数值和第二计数值的比较来控制与所述装置相关的时钟。
附图说明
参照结合附图的下述对本发明实施例的描述，本发明的上述和其他的特征与优点以及获得这些特征与优点的方式将变得更清楚，并且也将更好地理解本发明，其中：
图1是适合于实施本发明的示例性环境；
图2是根据本发明原理的示例性网络服务器设备的相关部分；
图3是适合于与图2的网络服务器设备一起使用的示例性AC时钟计数器；
图4是根据本发明原理的示例性客户端装置的相关部分；和
图5是适合于与图4的客户端装置一起使用的示例性AC时钟恢复单元。
具体实施方式
在这里陈述的范例举例说明了本发明的优选实施例，并且这样的范例不能以任何方式解释为限制本发明的范围。
现在参照附图，并且特别参照附图1，表示适合于实施本发明的示例性环境100。为了举例和解释说明，将图1的环境100表示为一个卫星广播系统。但是，注意本发明的原理可以应用于其它类型的系统，例如，地面、电缆或其他的广播系统。
如图1所示，环境100包括一个发送端，具有诸如磁带源(tapesource)10和视频源12的数据源、数字化装置/编码器14、一个信道编码器/调制器16以及天线18。环境100进一步包括一个接收端，具有天线20、网络服务器22、网络24以及包括音频/视频输出装置28(例如，电视机)的客户端装置26。卫星30在所述发送端和接收端之间发送信号。
在操作中，来自诸如磁带源10或视频源12的数据源之一的数据通过数字化装置/编码器14被数字化和编码，以生成编码的数字信号。信道编码器/调制器16接收所述编码的数字信号并对这些数字信号执行诸如信道编码、调制和定时数据插入的操作，以生成信道编码的调制信号。天线18接收所述信道编码的调制信号并将这些信号作为上行链路信号发射给卫星30。卫星30接收这些上行链路信号，并将这些信号作为下行链路信号转发给天线20。
作为用于接收端的网关装置来操作的网络服务器22从天线20接收下行链路信号，并对这些下行链路信号执行诸如信道解码、解调和定时数据恢复的操作，以生成用于通过网络24分发的信道解码的解调信号。网络24可以实施为诸如以太网(例如，10BASE-T，100BASE-X等)的异步网络、家庭电话网络联盟(“HPNA”)网络、电力线载波(“PLC”)网络、无线网络(例如，IBEE 802.11b)或其他的网络。或者，网络24可以实施为例如IEEE 1394网络的同步网络。
客户端装置26从网络24接收信道解码的解调信号，并对这些信号执行诸如解码和定时数据恢复的操作，以生成例如通过音频/视频输出装置28的音频和/或视频输出。为了举例和解释说明，图1显示仅有一个客户端装置连接到网络24。但是，实际上，很多这样的客户端装置可以连接到网络24。
如先前在本文中所指出的，通过诸如网络24的网络的信号传输可能会在诸如客户端装置26的客户端装置的时钟中引入抖动，从而引起不利的影响，例如，视频冻结、音频啁啾声和/或不希望的显示色彩改变。如将在本文中所解释的，本发明使用一个例如可以在家庭中使用的AC电源来同步用于视频和/或音频解码的时钟，从而有助于使网络抖动最小化。
现在参见图2，其表示图1的网络服务器22的相关部分。如图2所示，网络服务器22包括一个输入接口32、一个调谐器34、一个传送处理单元36、一个时钟恢复单元38、一个本地时钟40、一个AC时钟计数器42、一个AC控制器44以及一个网络接口46。
在操作中，输入接口32接收来自天线20的下行链路信号。接收到的下行链路信号包括诸如音频和/或视频数据的数据以及定时数据，该定时数据例如是由网络服务器22用于将其本地时钟40频率锁定到发送端的参考时钟上的系统时钟恢复(“SCR”)信息。由输入接口32接收的信号可以是传送分组的形式。虽然图2将输入接口32表示为从唯一一个信号源(即，天线20)中接收信号，但接口32可以被配置为从诸如卫星、电缆和/或其他信号源的多个源中接收信号。
调谐器34从输入接口32中接收下行链路信号，并对这些下行链路信号执行调谐操作，以生成输出信号。传送处理单元36从调谐器34中接收输出信号并对其执行处理操作，在该处理操作中特别地将SCR信息从数据信号中分离出来。将这些数据信号提供给网络接口46，并最终将这些数据信号作为分组化数据通过网络24发送给客户端装置26，而且将此SCR信息提供给时钟恢复单元38。时钟恢复单元38利用此SCR信息来生成控制信号，这些控制信号用于控制本地时钟40的VCO(未示出)的频率。以这种方式，网络服务器22利用此SCR信息将本地时钟40频率锁定到发送端上的参考时钟，根据一个示例性实施例，该参考时钟的频率大约为27MHz。如图2所示，将来自本地时钟40的时钟信号作为定时信息提供给传送处理单元36。
AC时钟计数器42(i)从本地时钟40接收时钟信号，(ii)从诸如家用墙插座的电源中接收AC电源信号，以及(iii)从AC控制器44中接收噪声持续时间信号。根据这些输入，AC时钟计数器42生成一个AC计数值，该AC计数值被用于在客户端装置26上提供同步，并从而防止引入网络抖动。
现在参见图3，说明了有关图2的AC时钟计数器的更多细节。尤其是，AC时钟计数器42包括一个数字时钟发生器50、持续时间计数器52以及一个AC计数发生器54。如图3所指出的，数字时钟发生器50接收AC电源信号。持续时间计数器52接收数字时钟发生器50的输出并从AC控制器44接收噪声持续时间信号。AC计数发生器54接收来自持续时间计数器52的输出和来自本地时钟40的时钟信号。将AC计数发生器54的输出提供给网络接口46。
在操作中，数字时钟发生器50接收AC电源信号，并据此生成数字计数值。根据一个示例性实施例，此AC电源信号是从诸如家用墙插座和相关电源线的电源中提供的60Hz信号。但是，将认识到，AC电源信号例如根据地理位置而可以呈现出不同的频率(例如，在欧洲使用50Hz)。优选地将数字时钟发生器50实施为零点交叉(过零)电路和缓冲器。因此，当接收到的AC电源信号相对一个过零参考点振荡时，数字时钟发生器50生成和缓存数字计数值。在正弦曲线AC电源信号的情况中，过零参考点例如可以选择为X轴。以这种方式，由数字时钟发生器50生成的数字计数值表示基于AC电源信号的频率的时钟。
持续时间计数器52接收由数字时钟发生器50生成的数字计数值，并且还接收来自AC控制器44的噪声持续时间信号(参见图2)。这些数字计数值用作时钟输入，并允许持续时间计数器52以对应于此AC电源信号的频率的一个频率来进行计数。噪声持续时间信号表示一个时间持续时期，在此持续时期上优选地观测此AC电源信号以补偿电源线上的信号不规则性。也就是说，如果在相对短的时间周期内观测的话，通过家用墙插座和相关电源线提供的AC电源信号通常包括噪声尖峰和其它的不规则特性，这些噪声尖峰和其它的不规则特性能够使这些信号对于建立时基来说是无效的。因此，此噪声持续时间信号表示一个时间持续时期，在此持续时期上被作为整体观测的接收到的AC电源信号对于建立时基来说被视为是稳定和可靠的。根据本发明的一个示例性实施例，由噪声持续时间信号表示的时间持续时期在5-10分钟的范围内。持续时间计数器52利用数字计数值和噪声持续时间信号来生成和输出持续时间脉冲。特别地，此持续时间脉冲是具有一个脉冲宽度的信号，该脉冲宽度对应于利用噪声持续时间信号表示的时间持续时期。
AC计数发生器54从持续时间计数器52中接收持续时间脉冲，并且还从本地时钟40中接收时钟信号(参见图2)。根据这些输入，AC计数发生器54生成用于网络服务器22的AC计数值。更特别地，AC计数发生器54通过(i)以对应于本地时钟40的时钟信号的一个频率，和(ii)对于相应于此持续时间脉冲的一个持续时间执行一个计数操作来生成此AC计数值。换句话说，AC计数发生器54对于相应于此持续时间脉冲的时间周期以本地时钟40的时钟频率来计数，由此生成此AC计数值。例如，假设本地时钟40的时钟频率是27MHz，并且对应于此持续时间脉冲的时间周期是8分钟，则此AC计数值将是1.296*1010(即，(27*106/秒)*(8分钟)*(60秒/分钟))。生成AC计数值的这个过程被重复执行，因而每当对应于此持续时间脉冲的一个时间周期流逝时生成一个新的AC计数值。以这种方式，AC计数值顺序地被生成，并被提供给网络接46，以便通过网络24(参见图1和2)传送给客户端装置26。如将在后文中所解释的，这些AC计数值被用于在客户端装置26上提供同步，并从而防止引入网络抖动。
现在参见图4，表示图1中客户端装置26的相关部分。如图4所示，客户端装置26包括输入接口60、解码器62、AC控制器64、AC时钟恢复单元66以及本地时钟68。如在下文将解释的，客户端装置26接收通过网络24从网络服务器22中提供的数据，并对这些数据进行操作，以便生成例如通过音频/视频输出装置28输出的音频和/或视频信号。
在操作中，输入接口60通过网络24从网络服务器22中接收分组化数据和定时数据，其中所述分组化数据包括音频和/或视频数据，并且所述定时数据包括噪声持续时间信号和当前AC计数值。根据本发明的一个示例性实施例，音频和/或视频数据以及定时数据可以一起包括在各个数据分组中。但是，根据另一实施例，所述定时数据可以包括在独立于所述音频和/或视频数据分组的数据分组中。解码器62从输入接口60中接收音频和/或视频数据并对其执行解码操作，以生成解码的信号。解码器62根据来自本地时钟68的时钟信号来执行这些操作，根据一个示例性实施例，此本地时钟68呈现大约为27MHz的频率。由解码器62生成的解码信号被用于进一步的处理，并且最终通过音频/视频输出装置28进行输出(参见图1)。
AC控制器64从输入接口60中接收定时数据，该定时数据包括从网络服务器22中提供的噪声持续时间信号和当前AC计数值。AC时钟恢复单元66(i)从AC控制器64中接收噪声持续信号和当前AC计数值；(ii)从诸如家用墙插座的电源中接收AC电源信号；以及(iii)从本地时钟68中接收时钟信号。基于这些输入，AC时钟恢复单元66生成另外一个AC计数值，并将该AC计数值与由AC控制器6 4提供的AC计数值进行比较，以允许客户端装置26上的同步，从而防止网络抖动的引入。
现在参见图5，说明了有关图4的AC时钟恢复单元66的其他细节。特别地，AC时钟恢复单元66包括一个数字时钟发生器70、一个持续时间计数器72、一个AC计数发生器74以及一个处理器76。如图5所示，数字时钟发生器70接收AC电源信号。持续时间计数器72接收数字时钟发生器70的输出和来自AC控制器64的噪声持续时间信号。AC计数发生器74接收来自持续时间计数器72的输出和来自本地时钟68的时钟信号。处理器76接收来自AC计数发生器74的输出和来自AC控制器64的AC计数值。将来自处理器76的输出提供给本地时钟68。如从下面的描述中将会变得明显的，图5的AC时钟恢复单元66和图3的AC时钟计数器42在结构和操作上类似。
在操作中，数字时钟发生器70接收AC电源信号，并据此生成数字计数值。根据一个示例性实施例，所述AC电源信号是从诸如家用墙插座和相关电源线的电源中提供的60Hz信号。当然，所述AC电源信号根据例如地理位置而可以呈现出不同的频率。与图3的数字时钟发生器50一样，数字时钟发生器70优选地被实施为过零电路和缓冲器。因此，当接收到的AC电源信号相对于一个过零参考点振荡时，数字时钟发生器70生成和缓存数字计数值。在正弦曲线AC电源信号的情况中，例如，过零参考点可以选择为X轴。以这种方式，由数字时钟发生器70生成的数字计数值表示基于所述AC电源信号的频率的时钟。
持续时间计数器72接收由数字时钟发生器70生成的数字计数值，并且还从AC控制器64接收噪声持续时间信号。数字计数值用作时钟输入，并允许持续时间计数器72以对应于此AC电源信号的频率的一个频率来进行计数。该噪声持续时间信号和图3的持续时间计数器52使用的噪声持续时间信号相同，并相应地表示优选地观测所述AC电源信号以补偿电源线上的信号不规则性的时间持续时期。持续时间计数器72利用这些数字计数值和噪声持续时间信号来生成和输出一个持续时间脉冲。如在本文中先前指出的，此持续时间脉冲是一个具有脉冲宽度的信号，所述脉冲宽度对应于利用所述噪声持续时间信号表示的时间持续时期。
AC计数发生器74从持续时间计数器72接收持续时间脉冲，并且还从本地时钟68接收时钟信号(参见图4)。基于这些输入，AC计数发生器74以和图3的AC计数发生器54生成用于网络服务器22的AC计数值相同的方式来生成用于客户端装置26的AC计数值。也就是说，通过(i)以对应于本地时钟68的时钟信号的一个频率，和(ii)对于相应于所述持续时间脉冲的一个持续时间执行一个计数操作，AC计数发生器74生成此AC计数值。如图3的AC计数发生器54一样，图5的AC计数发生器74以重复的方式来生成AC计数值，因而每当对应于此持续脉冲的一个时间周期流逝时生成一个新的AC计数值。
处理器76(i)从AC计数发生器74中接收用于客户端装置26的AC计数值，并且(ii)从AC控制器64中接收用于网络服务器22的AC计数值，而且比较这两个AC计数值。根据此比较，处理器76生成并输出一个控制信号，该控制信号驱动本地时钟68的VCO(未示出)，从而调整其输出频率。以这种方式，处理器76继续调整本地时钟68的VCO，直至用于客户端装置26的AC计数值等于用于网络服务器22的AC计数值。一旦这两个AC计数值相等，网络服务器22的本地时钟40与68和客户端装置26便被同步，并且防止了网络抖动。
如本文所述，本发明有利地提供了用于在网络中实现同步的一种方案，并从而防止网络抖动的引入。虽然本发明已经以优选的设计进行了描述，但本发明能够在本公开文本的精神和范围内作进一步的修改。该申请因此将意图利用本发明基本原理来覆盖本发明的任何改变、使用或调整。此外，本申请将意图覆盖落入本发明所涉及的领域中的共知常识或惯用手段范围内并且落入所附权利要求书的范围之内的对本公开文本的偏离。

Claims (17)

1.用于通过网络(24)接收分组化数据和发送所述分组化数据的一种设备(22)，所述设备(22)包括：
一个输入端(32)，用于从信号源接收所述分组化数据；
一个AC时钟计数器(42)，用于接收一个AC电源信号并根据所述AC电源信号的频率来生成一个计数值；以及
一个输出端(46)，耦合到所述网络(24)，用于向客户端装置(26)发送所述分组化数据和所述计数值，其中所述客户端装置(26)根据所述计数值来控制与所述客户端装置(26)相关的时钟。
2.根据权利要求1的设备(22)，其中所述AC时钟计数器(42)包括：
一个数字时钟发生器(50)，用于根据所述AC电源信号的频率来生成数字时钟；
一个持续时间计数器(52)，用于根据所述数字时钟来生成持续时间脉冲；以及
一个AC计数发生器(54)，用于根据所述持续时间脉冲来生成所述计数值。
3.根据权利要求1的设备(22)，其中所述网络(24)是以太网。
4.根据权利要求1的设备(22)，其中所述网络(24)是HPNA网络。
5.根据权利要求1的设备(22)，其中所述网络(24)是PLC网络。
6.根据权利要求1的设备(22)，其中所述网络(24)是无线网络。
7.用于通过网络(24)接收分组化数据和发送所述分组化数据的一种方法，所述方法包括：
从信号源接收所述分组化数据；
接收AC电源信号，并且根据所述AC电源信号的频率来生成一个计数值；以及
向客户端装置(26)发送所述分组化数据和所述计数值，其中所述客户端装置(26)根据所述计数值来控制与所述客户端装置(26)相关的时钟。
8.根据权利要求7的方法，其中利用包括下述的步骤来生成所述计数值：
根据所述AC电源信号的频率来生成一个数字时钟；
根据所述数字时钟来生成一个持续时间脉冲；以及
根据所述持续时间脉冲来生成所述计数值。
9.用于通过网络(24)接收分组化数据和第一计数值的一种装置(26)，所述装置(26)包括：
一个输入端(60)，耦合到所述网络(24)，用于接收所述分组化数据和所述第一计数值；
一个时钟(68)；以及
一个AC时钟恢复单元(66)，用于接收AC电源信号并根据所述AC电源信号的频率来生成第二计数值，其中根据所述第一计数值和所述第二计数值的比较来控制所述时钟(68)。
10.根据权利要求9的装置(26)，其中所述AC时钟恢复单元(66)包括：
一个数字时钟发生器(70)，用于根据所述AC电源信号的频率来生成一个数字时钟；
一个持续时间计数器(72)，用于根据所述数字时钟来生成一个持续时间脉冲；以及
一个AC计数发生器(74)，用于根据所述持续时间脉冲来生成所述第二计数值。
11.根据权利要求10的装置(26)，其中所述AC时钟恢复单元(66)还包括一个处理器(76)，用于比较所述第一计数值和所述第二计数值并根据所述比较来控制所述时钟(68)。
12.根据权利要求9的装置(26)，其中所述网络(24)是以太网。
13.根据权利要求9的装置(26)，其中所述网络(24)是HPNA网络。
14.根据权利要求9的装置(26)，其中所述网络(24)是PLC网络。
15.根据权利要求9的装置(26)，其中所述网络(24)是无线网络。
16.用于通过网络(24)接收分组化数据和第一计数值的一种方法，所述方法包括：
接收所述分组化数据和所述第一计数值；
接收一个AC电源信号，并根据所述AC电源信号的频率来生成第二计数值；
比较所述第一计数值和所述第二计数值；和
根据所述比较来控制所述时钟(68)。
17.根据权利要求16的方法，其中利用包括下述的步骤来生成所述第二计数值：
根据所述AC电源信号的频率来生成一个数字时钟；
根据所述数字时钟来生成一个持续时间脉冲；以及
根据所述持续时间脉冲来生成所述第二计数值。
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