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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Entwicklung von Hausnetzen ("home
networks") zum digitalen
Verteilen von Videoinhalten stellt Systemdesigner bei dem Versuch,
die Steuerung mehrerer Vorrichtungen in dem Haushalt zu integrieren,
vor neue Probleme. Ein frühes
Beispiel ist die Verwendung von Koaxialkabel zum Verteilen von analogen
Videoinhalten in einem Haushalt. Obgleich es relativ leicht war,
mehrere Fernsehgeräte
an eine gemeinsame Videoquelle wie etwa einen in einem anderen Raum
befindlichen Videocassettenrecorder (VCR) anzuschließen, erlaubten
es die standardmäßigen Fernbedienungen
für den
VCR einem Hausbesitzer nicht, einen entfernt angeordneten VCR direkt
aus dem Raum zu bedienen, in dem sich das Fernsehgerät befand,
wobei es sich um den Raum handelt, in dem die Bedienperson typischerweise
das Video zu betrachten wünscht.
Bei früheren analogen
Systemen wurde die Fernbedienung einer Quelle, die sich nicht in
dem Raum befand, in dem der Inhalt wiedergegeben wurde, entweder
mit UHF-Funkfernbedienungen (eine ungewöhnliche Lösung für Hausgeräte, die für Störungen durch Nachbarn anfällig war)
oder noch typischer unter Verwendung von Infrarot-Repeatern bewerkstelligt,
welche IR-Steuersignale in einem bestimmten Raum sammeln und sie
dann entweder durch Reflektieren entlang eines Korridors rückübertragen,
sie mittels einer dedizierten verdrahteten Verbindung an die Programmquelle
senden, oder die Signale unter Verwendung von Funkwellen rückübertragen,
wobei sie dann wiederum Störungen
von anderen Funkquellen ausgesetzt sind. Alle diese Vorgehensweisen
erfordern zusätzliche
dedizierte Komponenten und eine Verdrahtung, die ihre Installation
relativ aufwändig macht.
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Es
gibt auch beträchtliche
Unterschiede zu Steuermethoden, die eine dedizierte "Home Run"-Verdrahtung anwenden.
Für gewöhnlich müssen dedizierte
Verdrahtungssteuermethoden von Box zu Box separat von denjenigen
Drähten
verdrahtet werden, die zum Tragen des analogen Video/Audiosignals
verwendet werden. Die Steuerdrähte
können
NUR zum Tragen von Befehlsinformationen verwendet werden. Dedizierte
Verdrahtungssteuermethoden sind herstellerabhängig und funktionieren nicht
mit allen IR-Fernbedienungen (z. B. SONY S-Link). Sie beruhen für gewöhnlich darauf,
dass das IR-Signal decodiert wird und nur das Steuerwort gesendet
wird. Die vorliegend beschriebene Erfindung erfordert kein Decodieren
des IR-Signals, sondern arbeitet statt dessen mittels Rekonstruieren
des IR-Signals an der zentralen Box.
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Es
gibt Steuermethoden auf der Grundlage von 1394-Netzen, jedoch beruhen
diese auf der Steuerung einer Box durch eine Andere mittels bekannter
Steuerwort-Protokolle und scheinen nicht in der Lage zu sein, das
ursprüngliche
IR-Signal zu senden und zu rekonstruieren. Insofern funktionieren
sie nicht mit bereits vorhandenen IR-Fernbedienungen oder bereits vorhandenen
A/V-Geräten.
Die vorliegend offen gelegte Erfindung arbeitet mit bereits vorhandenen
A/V-Geräten
und nutzt hierbei das Hausnetz und entfernte/zentrale Boxen, um
das ursprüngliche
IR-Fernsteuerungssignal zu empfangen, auf dem Hausnetz zu übertragen,
und es schließlich
zu rekonstruieren, wodurch eine sehr flexible Steuerung mit minimaler
zusätzlicher
Verdrahtung ermöglicht
wird, während
gleichzeitig die Investition des Hausbesitzers in bereits vorhandene
A/V-Quellen und -Anzeigegeräte
erhalten bleibt.
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Die
WO-A-0013344 beschreibt
ein System für
die Übertragung
von Fernbedienungssignalen über
ein Hausnetz. Dieses Hausnetz verwendet das Hausnetz jedoch nicht
als Rückkanal
für die
Medienübertragung. Das
Gleiche trifft auf die
DE-A-4123206 zu.
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Die
WO-A-0147248 beschreibt
ein Hausnetz für
die Übertragung
von Fernbedienungssignalen und die Verwendung des Hausnetzes als
Rückkanal
für die
Medienübertragung.
Einige Hausnetzvorrichtungen müssen
jedoch die Netzfunktionalität
unterstützen,
um Fernbedienungsbefehle zu empfangen. Dies scheint für viele
Legacy-Vorrichtungen, die nur eine IR-Fernbedienung unterstützen, nicht
gangbar zu sein.
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Weitere
Einschränkungen
und Nachteile herkömmlicher
Heim-A/V-Steuermethoden ergeben sich für den Fachmann aus einem Vergleich
solcher Systeme mit der vorliegenden Erfindung, wie sie im Rest
der vorliegenden Anmeldung unter Bezugnahme auf die Zeichnung dargestellt
ist.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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Aspekte
der vorliegenden Erfindung sind in einem Hausnetzsystem zu finden,
das auf digitaler Übertragung
basiert. Das System ermöglicht
es dem Anwender, Fernsteue rungsbefehle über das Hausnetz zu senden,
was einen physisch separaten Steuerpfad für Befehle an die entfernt angeordnete
A/V-Quelle überflüssig macht.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die Remote-SetTop-Box (die zusammen mit dem TV, Lautsprechern
einer Stereoanlage, einem PC, oder einer anderen Einheit angeordnet
ist, welche in der Lage ist, ein A/V-Programm wiederzugeben oder
darzustellen) mit einer zentralen SetTop-Box vernetzt (die sich
am Ort der A/V-Quelle wie etwa eines VCR, DVD-Spielers oder Dateien-Servers
befindet). Das Netz ist ein beliebiges von Ethernet, HPNA, HCNA,
Wireless 802-11, oder einem anderen digitalen Netz. Die Remote-SetTop-Box
kann die Infrarot-Fernsteuerungssignale empfangen, sie verarbeiten,
Pakete mit Steuerinformationen erstellen, und die Pakete über das
Netzwerk an die zentrale SetTop-Box senden. Die zentrale SetTop-Box
kann die Pakete empfangen und decodieren, und einen IR-Blaster verwenden,
um die Fernsteuersignale zurück
in den Raum mit den anderen A/V-Geräten zu übertragen.
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Ein
solches System ermöglicht
es beispielsweise einem Anwender im Schlafzimmer, eine normale IR-Fernsteuerung
zu verwenden, um einen VCR anzuschalten, der sich entfernt im Wohnzimmer
befindet. Das Videosignal tritt dann als analoges Signal aus dem
VCR aus und wird von der zentralen SetTop-Box digitalisiert und
komprimiert, typischerweise unter Verwendung eines MPEG-Codierers.
Das VCR-Signal wird dann über das
Hausnetz an die Remote-SetTop-Box im Schlafzimmer gesendet. Steuersignale
von der VCR-IR-Fernbedienung werden von der Remote-SetTop-Box über das
digitale Netz und zu dem VCR weiter geleitet, wodurch der Anwender über alle
erwarteten normalen Operationen verfügt.
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Als
Alternative kann eine kleine Remote-Only-Box auf dem Netz irgendwo
in dem Haushalt platziert werden, wo eine IR-Fernbedienungsfähigkeit
benötigt
wird. Dies würde
es einer Fernbedienung ermöglichen, völlig unabhängig vom
Aufstellungsort der AV-Geräte
zu funktionieren. Alles, was bei dieser Ausführungsform benötigt wird,
ist eine mit dem Hausnetz verbundene IR-Digitalisierungseinrichtung.
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Durch
die Nutzung des auf dem Hausnetz verfügbaren digitalen Rückkanals
ist eine Anzahl von Methoden möglich,
die es ohne die Nachteile früherer
Methoden ermöglichen,
dass die Fernsteuerung bereits vorhandene IR-Steuerungen von A/V-Geräten verwendet.
Ein besseres Verständnis
von anderen Aspekten, Vorteilen und neuartigen Merkmalen der vorliegenden
Erfindung sowie von Details einer veranschaulich ten Ausführungsform
davon ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung,
wobei gleiche Ziffern sich auf gleiche Teile beziehen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 zeigt
eine Übersicht über eine
typische Implementierung einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 ist
eine detailliertere Übersicht,
welche das Basissystem und eine alternative Methode für die Verwendung
mit A/V-Quellen zeigt, die nicht mit dem digitalen Hausnetz verbunden
sind.
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3 ist
eine alternative Ausführungsform
mit einem zentralen Decodierungs- und Befehlsverteiler, der es ermöglicht,
dass mehrere Anzeigemedien mehrere Programmquellen gemeinsam nutzen.
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4a ist
ein Blockdiagramm einer Remote-SetTop-Box gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4b ist
ein Logikdiagramm der Paketstruktur von paketisierten IR-Steuerdaten
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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4c veranschaulicht
eine Ausführungsform
einer einfachen Pufferspeicherungsmethode zur Verwendung beim Senden
und erneuten Zusammenstellen von IR-Steuerdatenpaketen.
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5 ist
ein Blockdiagramm einer zentralen SetTop-Box gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines zentralen Decodierungs- und
Befehlsverteilers, beispielsweise für die Verwendung mit dem System
von 3.
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7 ist
ein Diagram einer logischen Übersetzungsfunktion,
wobei das System von 3 dazu ausgelegt sein kann,
andere Vorrichtungen als A/V-Quellen zu steuern.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf 1 weist das Hausnetzsystem bei
einer Ausführungsform
der Erfindung zwei Boxen auf: eine Remote-SetTop-Box 101 und
eine zentrale SetTop-Box 102. Die zentrale SetTop-Box 102 umfasst
eine Hausnetz-Schnittstelle 103 und einen IR-Paketdecoder 104,
auch wenn diese Funktionen auf zwei physisch verschiedene Einheiten
aufgeteilt werden könnte.
Ein IR-Kabel 105 verbindet den IR-Paketdecoder mit einem
IR-Blaster 106, der eine herkömmliche Konstruktion aufweisen
kann. Eine Programmquelle wie etwa ein VCR 107 ist mit
der Netzschnittstelle 103 entweder durch eine analoge oder
eine digitale Verbindung 108 verbunden. Eine IR-Fernsteuerung 109 kann
nun IR-Befehle 110 an die Remote-SetTop-Box 101 senden. Die Remote-SetTop-Box 101 paketisiert
die IR-Befehle 110 und leitet sie über das digitale Netz 111 an
die Netzschnittstelle 103 weiter. Der IR-Paketdecoder 104 übersetzt
paketisierte IR-Befehle, die von dem Netz 111 empfangen
wurden, und leitet sie an den IR-Blaster 106 weiter. Der
IR-Blaster 106 sendet einen IR-Blasterbefehl 115 an
die herkömmliche
Programmquelle 107 aus. Die Programmquelle 107 spricht
auf die Befehle an und sendet ihren Programminhalt über die
Verbindung 108 und die Netzschnittstelle 103 an
das digitale Netz 111. Schließlich empfangen die entfernte
Anzeigevorrichtung bzw. die entfernten Lautsprecher 112 das
Programm von der Quelle 107, obgleich die Quelle 107 durch
eine oder mehrere Wände 113 von
der IR-Fernsteuerung 109 und der Anzeigevorrichtung 112 getrennt
sein kann.
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Remote-Box
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4a ist
eine detaillierte Ansicht der Remote-SetTop-Box 101. Der
IR-Empfänger 401 in
der Remote-Box ist typischerweise eine Fotodiode mit einem einfachen
RC-Filter 402 am
Ausgang. Das RC-Filter 402 besitzt eine ausreichende Bandbreite,
um alle möglichen
Arten von IR-Fernsteuerungssignalen zu empfangen. Die meisten IR-Fernbedienungen 109 erzeugen
Signale 110, die entweder Basisbandsignale mit Pulsbreiten in
dem Bereich von 3–7 μs ein/20 μs aus oder
AM-modulierte Träger
um 30–40
KHz sind. Der Puffer/Verstärker 403 leitet
das empfangene Signal über
die Interrupt-Leitung 404 an den entfernten Signalprozessor 405 weiter.
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Das
Signal 110 wird empfangen, digitalisiert, und auf effiziente
Weise für
eine Verteilung über
das Hausnetz paketisiert. Der entfernte Signalprozessor 405 in
der Remote-SetTop-Box kann diese Funktion auf mehrere Weisen erfüllen:
- 1. Programmiertes Remote: Bei dieser Methode
kann der Anwender die Remote-SetTop-Box über eine
Anwenderschnittstelle 406 programmieren, um den Typ der
verwendeten Fernsteuerung zu identifizieren. Verschiedene Remote-Controller
ver wenden verschiedene Protokolle und verschiedene Übertragungspulsbreiten/-frequenzen.
Die Steuerlogik 407 der Remote-SetTop-Box kann dann eine
Signalverarbeitungsmethode verwenden, die spezifisch für dieses
Remote entworfen ist, indem sie das empfangene Muster mit bekannten
Mustern abgleicht, die in einem ROM 408 gespeichert sind,
oder alternative Methoden ausprobiert, bis eine Methode gewählt wird,
die funktioniert. Üblicherweise
besteht dies im Takten spezifischer Pulsbreiten und Demodulieren
eines Signals zum Decodieren digitaler Bits. Die Sequenz von digitalen
Bits enthält
Fernsteuerungsbefehle. Bei dieser Methode werden nur die decodierten
Bits für
die Befehle über das
Netz gesendet, was in einer Übertragung
von sehr wenigen Bits – einigen
Kilobits/Sekunde – resultiert. Diese
Methode hat den Vorteile, dass sie sehr unempfindlich gegen Rauschen
ist (einige Leuchtkörper
geben IR-Rauschen ab, das stören
kann), und den Vorteil, dass sie sehr wenige Bits der Netzbandbreite
verbraucht.
- 2. Erlerntes Remote: Diese Methode ist der Methode des programmierten
Remote sehr ähnlich,
jedoch programmiert der Anwender den Remote-Typ nicht von einer
Anwenderschnittstelle aus, sondern der Signalprozessor implementiert
einen Lernalgorithmus, indem er ein Probefernsteuerungssignal 110 vom
Anwender nimmt. Beispielsweise könnte
der Anwender das System in den 'Lernmodus' versetzen, die Fernsteuerung
auf den Empfänger
richten, und die Fernsteuerungsknöpfe drücken. Der Signalprozessor braucht dann
nur ein empfangenes Signal mit einem vorausgehend zugeordneten Remote
abzugleichen. Dies hat ähnliche
Vorteile wie das vorstehende programmierte Remote.
- 3. Durchprobieren (brute force): Bei diese Methode tastet die
Remote-SetTop-Box den IR-Empfänger
einfach bei einer sehr hohen Frequenz ab und sendet die Information
von jedem Abtastzeitpunkt über
das Netz. Die meisten IR-Empfänger
arbeiten von einem Empfänger
mit einer sehr hohen Verstärkung
aus, um schwache Signale oder Signale mit einer variablen Stärke in einem
Raum zu empfangen. Aus diesem Grund ist das resultierende IR-Signal
für gewöhnlich auf
entweder einen 0- oder 1-Pegel
beschränkt,
oder kann bei einer sehr niedrigen Quantisierung (eine 4Bit-Quantisierung
kann ausreichend sein) mit einem A/D-Umsetzer digitalisiert werden.
Es ist auch nicht erforderlich, mit einer sehr hohen Frequenz abzutasten, da
die meisten IR-Fernbedienungen
mit Niederfrequenzsignalen arbeiten. Einige Fernbedienungen sparen jedoch
Batterielebensdauer ein, indem sie die Pulsbreiten kürzer machen.
Ein typisches System kann das IR-Signal mit 1 Mhz (Periode von 1 μs) und einer
4Bit- Quantisierung
abtasten. Dieses Signal wird dann paketisiert und über das
Netz gesendet. Der Vorteil dieses Systems ist, dass es ungeachtet
der Verwendung eines AM-modulierten Träger- oder Basisbandsignals
mit jeder Fernsteuerung funktioniert, solange die Bandbreite des
Signals weniger als 500 KHz beträgt.
Es gibt einfache Verbesserungen an dieser Methode zum Einsparen
von Bandbreite, wie etwa die Anwendung einer einfachen Lauflängenkomprimierung
oder anderer verlustfreier Komprimierungsalgorithmen auf das Signal
vor der Übertragung.
Angesichts der Tatsache, dass die meisten IR-Impulse viel länger als
1 μs sind,
sollte das Signal sehr gut zu komprimieren sein, und zwar in der
Größenordnung
einer 6- bis 10-fachen Komprimierung, was die Netzbandbreite gut unter
1 Mbit/s reduziert.
- 4. PWM (Pulsbreitenmodulation): Diese Methode nutzt die Beschaffenheit
von IR-Fernsteuersignalen.
Alle diese Signale können
auf einen sehr hohen Pegel verstärkt
werden, was im Wesentlichen in einem Strom von IR-Signalimpulsen
resultiert, die von der Abstastschaltung 409 in Impulse
0-1 verschiedener Breite konvertiert werden. Zu diesem Zeitpunkt
ist das Signal in ein pulsbreitenmoduliertes Signal umgewandelt:
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Das
pulsbreitenmodulierte Signal kann von der Pulsbreitecodierschaltung 410 gefiltert
werden, um jegliche Impulse mit einer Breite von weniger als 1 μs zu entfernen
(was die Untergrenze für
Pulsbreiten ist, die in Fernsteuersignalen verwendet werden). Das
Filter entfernt den schmalen Impuls und addiert diese Zeit zu der
vorherigen Pulsbreite hinzu. Die Pulsbreite wird mit einem hochfrequenten
Takt, beispielsweise 10 Mhz oder einer Genauigkeit von 100 ns, gemessen.
Der Pulsbreitenwert wird dann mit einem Mechanismus zum Codieren
sehr langer Zeitperioden ohne Pegeländerung als 8Bit-Zahl codiert.
Dies könnte
bewerkstelligt werden, indem der Wert 0 (0 × 00) reserviert wird, um den
Pulsbreitenzählwert
im Mittel um 256 zu erweitern. Diese sehr einfache Lauflängencodierung
könnte
mit anderen einfachen Datenkomprimierungsmethoden verbessert werden.
Bei diesem Verfahren ist die Bitrate auf dem Netz für gewöhnlich sehr
niedrig, könnte
aber eine Spitze erreichen, falls eine Menge von IR-Rauschen im
System vorhanden ist, oder falls der Empfänger von einem sehr schnellen
IR-Signal ausgelöst
wird. Die Untergrenze tritt auf, wenn ein langsames IR-Signal vorhanden ist,
und ist im Allgemeinen eine einzelne 8Bit-Zahl alle 25,6 μs unter Verwendung
eines 10 Mhz-Abtasttaktes, was in 312 Kbits/Sekunde resultiert.
Falls kein IR-Signal vorhanden ist, ist die Bandbreite im Allgemeinen
0, da keine Information gesendet wird. Die Obergrenze tritt nur
dann auf, wenn ein verrauschtes Empfangssignal vorliegt. Impulse
mit einer Länge
von gerade über
1 μs erfordern
im Allgemeinen eine 8Bit-Zahl alle 1 μs, oder etwa 8 Mbits/Sekunde.
Dies kann eingestellt werden, indem der Abtasttakt länger gemacht
wird, die Filtercharakteristiken des impulsverzehrenden Filters
geändert
werden, oder durch die Verwendung einer Huffman-Entropie-Codierung
zum Codieren der Pulsbreitensignale. Eine Spitzendatenrate von 1
Mbit/Sekunde stellt ein zuverlässiges
System zur Verfügung,
das mit den meisten im Handel erhältlichen Fernbedienungen funktioniert.
Die Vorteile diese Systems sind, dass es von dem Protokoll auf der
Fernsteuerung unabhängig
ist, kein Programmieren des Systems durch einen Anwender erfordert,
eine gewisse Rauschfilterung und Rauschimmunität besitzt, und keine Bandbreite
benötigt,
wenn kein IR-Empfangssignal vorliegt.
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Die Remote-Netz-Schnittstelle
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Die
Remote-Netz-Schnittstelle 412 in der Remote-SetTop-Box 101 wird
von einer Software-Anwendung gesteuert, die auf der Steuerlogik 407 läuft, um
diesen Vorgang über
das Netz abzuwickeln. Sie implementiert eine Anzahl von Funktionen,
wie zum Beispiel:
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1. Herstellen einer Verbindung
mit der Anwendung in der zentralen SetTop-Box
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Bei
einer Ausführungsform
sendet die Remote-SetTop-Box 101 beim Hochfahren eine Nachricht
an die zentrale SetTop-Box 102, um eine IR-Verbindung herzustellen.
Dies könnte
auch geschehen, wenn der Anwender ein solches Leistungsmerkmal an
der Remote-SetTop-Box auswählt.
Dies ermöglicht
es der IR-Anwendungssoftware der Remote-SetTop-Box im Wesentlichen,
Informationen an die zentrale Box weiter zu geben, die ebenfalls
eine IR-Anwendungssoftware betreibt. Darüber hinaus sendet die Remote-SetTop-Box
oder die zentrale SetTop-Box nach dem Herstellen der Ver bindung
alle paar Minuten kurze Nachrichten, um sicher zu stellen, dass
die andere Box immer noch angeschlossen ist. Sobald eine Trennung
entdeckt wird, versuchen die Remote-Box und die zentrale Box mit
Time-Out und erneutem Versuch, die Verbindung wieder herzustellen,
falls die andere Box immer noch abgekoppelt ist.
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2. Lokal relevante IR-Signale
für die
Remote-Box entfernen und an den lokalen Prozessor leiten
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Die
Remote-SetTop-Box kann ihren eigenen IR-Remote-Controller aufweisen
und kann die Befehle von diesem Controller verarbeiten. Die Steuerlogik 407 untersucht
das Signal von dem Signalprozessor 405, bestimmt, ob es
mit dem IR-Signal für
die Remote-SetTop-Box-Steuerung überein
stimmt, und falls ja, überträgt sie es
nicht auf der Netzschnittstelle 412. Statt dessen sendet
sie den resultierenden Befehl an jeglichen lokalen Prozessor, der
möglicherweise
Befehle für
den Remote-Box-Betrieb verarbeiten muss. Dies weist mindestens zwei
Vorteile auf: es ermöglicht
der Remote-SetTop-Box, von dem gleichen IR-Empfänger 401 aus wie die
Netzanwendung zu arbeiten, und verhindert auch eine erneute Übertragung
des lokalen IR-Signals, wodurch mehrere Remote-SetTop-Boxen auf
einem Netz ermöglicht
werden, während
verhindert wird, dass andere, ähnliche
Boxen dieses Signal auf unbeabsichtigte Weise über das Netz 111 empfangen.
Bei einer Ausführungsform
braucht eine jegliche Remote-SetTop-Box nur auf ihre eigene IR-Steuerung
anzusprechen.
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Falls
ein Hausbesitzer mehrere identische Remote-SetTop-Boxen in einem
einzelnen Netz haben möchte
und die Fähigkeit
haben möchte,
beliebige von diesen durch das Netz 111 zu steuern, werden
die Remote-SetTop-Box 101 und der IR-Controller für diese
Box beispielsweise so programmiert, dass jede Fernsteuerung nur
mit einer einzelnen Box funktioniert. Alle anderen Signale werden
zur Verwendung durch andere Boxen an das Netz geleitet.
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3. IR-Signal vom Signalprozessor paketisieren
(möglicherweise
mit Komprimierung)
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Die
IR-Anwendungssoftware erstellt ein Paket mit der Information 430 zur
Verwendung durch die zentrale SetTop-Box. Eine Ausführungsform
einer Paketstruktur ist in 4b gezeigt.
Diese Information beginnt mit einer Header-Information, gefolgt
von einer Anzahl von PWM-Abtastproben 434. Die Header-Information 431 enthält Steuerbits
zum Angeben des Übertragungsbeginns
(falls der IR-Empfänger
vorausgehend still war) und des Übertragungsendes 432.
Der Header gibt eine Paketlänge
an, damit die zentrale Box wissen kann, wie viel Information empfangen
werden soll. Der Header gibt einen Paketzählwert oder eine Sequenznummer 433 an,
der bzw. die einfach eine Erhöhung
um +1 von dem vorherigen Paket ist. Jedes Paket besitzt nach einander
einen zunehmenden Zählwert.
Der Zählwert
kann von der zentralen SetTop-Box
zum Ordnen der Daten verwendet werden und ermöglicht einfache Pufferspeicherungsmodelle
(siehe unten). Schließlich sind
die Pakete eine festgelegte, endliche Zeitlänge. 50 ms deckt die meisten
IR-Senderzeitspannen für
ein einzelnes Steuercodewort ab. Bei Verwendung der vorstehend erwähnten PWM-Methode
enthält
ein 50 ms-Paket ca. 4000 Bytes für
typische IR-Codes mit Pulsperioden von 25 μs oder weniger, falls eine Komprimierung
verwendet wird.
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Puffer und Zeitmarkendaten
für die Übertragung
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Bei
einer Ausführungsform
werden die zu übertragenden
Daten vor der Übertragung
zwischengespeichert und bei Empfang zwischengespeichert. 4c zeigt
eine Ausführungsform
davon, wie Pakete für
die Netzübertragung "gebündelt" werden. Dadurch
wird sicher gestellt, dass die Daten lückenlos über das Netz übertragen
werden. Das Netz ist typischerweise paketbasiert und kann noch einen
anderen Informationsverkehr aufweisen. Der resultierende Effekt
ist der, dass Pakete mit IR-Informationen nicht kontinuierlich gesendet werden.
Durch die Verwendung eines Puffers 411 auf der Senderseite
und auf der Empfängerseite 506 wirkt sich
die Netzlieferzeit nicht auf den Systembetrieb aus. Das Puffermodell
kann sehr einfach sein. Beispielsweise könnte das System 4 Pakete
auf der Senderseite zwischenspeichern, nicht mit dem Übertragen
beginnen, bis 4 Pakete zum Senden verfügbar sind, und 4 Pakete auf
der Empfängerseite
verwenden, während
es IR-Daten an der zentralen SetTop-Box hält, bis 4 Pakete empfangen
wurden. Nach dem Hochfahrzustand werden Pakete alle 50 ms in der
Remote-SetTop-Box 101 erzeugt und in der zentralen SetTop-Box 102 alle
50 ms verbraucht, so dass das System arbeitet, solange die Daten
innerhalb von 4 × 50
ms bzw. ca. 200 ms gesendet werden. Da die meisten IR-Fernbedienungen 109 das
IR-Signal mehrere Male wiederholen, ist das System nicht empfindlich
gegen gelegentliche Netzausfälle.
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5. Betrieb mit geringer Verzögerung sicher
stellen (nummerierte Pakete zum Erstellen einer Sequenz)
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Bei
einer Ausführungsform
stellt ein Betrieb mit geringer Verzögerung sicher, dass der Anwender
keine lästigen
Verzögerungen
wahrnimmt, wenn er einen Knopf auf einer IR-Fernbedienung drückt, bis
der Betrieb wirksam zu werden beginnt. Dies kann durch zwei Maßnahmen
erreicht werden. Beispielsweise werden zuerst die Daten an das Netz
gesendet, während
der Knopf gedrückt
bleibt. Ein typischer Tastendruck kann ein paar Sekunden dauern,
und die Signalverarbeitungs- und Anwendungssoftware muss nicht warten,
bis der Knopfdruck beendet ist, um Datenpakete 430 zu senden.
Als Zweites behält
das Puffermodell für
den Puffer 411 eine geringe Anzahl von Paketen mit Informationen
im Puffer, um eine geringe Verzögerung
von der Eingabe (IR an der Remote-Box empfangen) bis zur Ausgabe
(IR an der zentralen Box geblastet) sicher zu stellen. Das vorstehend
erwähnte
Puffermodell verwendet 8 Pakete von jeweils 50 ms für eine Gesamtverzögerung von 400
ms. Dies kann für
verschiedene Zielsetzungen hinsichtlich der Systemleistung modifiziert
werden.
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2 zeigt
eine Variation der in 1 gezeigten Basissystem-Ausführungsform.
Bei dieser Ausführungsform
sind mehrere Remote-SetTop-Boxen 101, 201 und
Programmquellen 107, 207 mit dem Netz 111 verbunden.
Eine Standalone Remote-Erfassungsvorrichtung 215 kann an
jeglicher geeigneten Stelle im Netz 111 angeordnet sein,
so dass die IR-Fernbedienungen 109, 209 in jeglichem
Raum verwendet werden können, selbst
in Räumen,
die keine Programmquellen 107, 207 oder Anzeige-
oder Lautsprechervorrichtungen 112, 212 enthalten.
Die digitale Hausnetzschnittstelle 202 ist konventionell
und weist Digitalisierungsports zum Digitalisieren und Weiterleiten
von digitalem Audio 216 und Video 217 über das
Netz 111 auf.
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Aus 2 ist
ferner zu entnehmen, dass die IR-Fernsteuerung über das digitale Hausnetz selbst
für Programmquellen
bewirkt werden kann, die nicht mit dem Netz verbunden sind, da die
Quelle 107 in 2 IR-Befehle über ihren
IR-Empfänger 114 empfangen
und einen analogen Ausgang an die Anzeigevorrichtung über eine "Homerun"-Verbindung 218 (wie
etwa gewöhnliches
Koaxialkabel oder S-Video) an die Anzeigevorrichtung 112 senden
kann.
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3 zeigt
eine andere Ausführungsform
einer Systemanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei dieser Methode sind die Funktionen der Remote-SetTop-Box 301 in
die Anzeigevorrichtung 312 eingebaut oder können wie
in 1 sein. Mehrere Anzeigevorrichtungen 312, 313 sind
mit dem Netz 111 verbunden. Ferner sind auch mehrere Cluster
von Programmquellen 340, 341 mit dem Netz verbunden.
Die zentrale Decodierungs- und Verteilungsvorrichtung 350 verwaltet
Verbindungen zwischen den Remote-SetTop-Boxen und verschiedenen
Medienclustern, so dass auf mehrere Remotes und Quellen gleichzeitig
zugegriffen werden kann.
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Zentrale SetTop-Box:
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Eine
Ausführungsform
der zentralen SetTop-Box ist in 5 gezeigt.
Der IR-Blaster 106 ist typischerweise eine LED. In 5 ist
er als Teil der SetTop-Box gezeigt, obgleich er sich entfernt an
einem günstigen Übertragungsort,
beispielsweise hoch an einer Wand, befinden könnte. Die meisten IR-Fernbedienungen
sind entweder Basisbandsignale mit Pulsbreiten in dem Bereich von
3–7 μs Ein/20 μs Aus oder
AM-modulierte Träger
um 30–40
KHz. Die Pakete werden von dem Netz 111 empfangen, entpaketisiert,
verarbeitet, und an den IR-Blaster 106 geleitet. Der IR-Blaster 106 überträgt das Signal
in den Raum, wo es von Gegenständen
zurückgeworfen
und wieder zurück
in das A/V-Gerät 107 in
dem Raum reflektiert wird.
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Der
zentrale Signalprozessor 501 in der zentralen SetTop-Box
ist im Allgemeinen komplexer als die Remote-SetTop-Box. Der Signalprozessor 501 ist
an einem Mikroprozessor mit den nachstehend genannten Funktionen
implementiert. Er entnimmt die Datenpakete 430 aus dem
Netz 111, decodiert die Daten gemäß dem gewählten Algorithmus, und rekonstruiert
das ursprüngliche
Signal unter Verwendung einer Zeitbasis ähnlich der Remote-SetTop-Box.
Ein Beispiel wäre
die Verwendung des vorstehend beschriebenen PWM-Verfahrens und Entkomprimieren
der Werte, falls eine Entrop-Codierung oder Huffman-Codierung verwendet
wurde, um das Signal in der Remote-SetTop-Box 101 zu komprimieren.
Nach dem Entkomprimieren zählt
ein 10 MHz-Takt 503 die relevanten Taktzyklen ab, um die
Pulsbreite des Signals wieder herzustellen, und der Ausgang des
Impulszählers
steuert die LED über
einen Treiber 504 (volle Leistung) in den Raum entweder
an oder aus.
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Die
zentrale SetTop-Box betreibt auch eine Softwareanwendung, die das
System über
das Hausnetz verwaltet. Die Operationen sind beispielsweise:
- 1. Verbindung mit Remote-Boxes herstellen.
Dies ist von dem Vorhergegangenen verschieden, da die zentrale SetTop-Box
das Netz 111 "pingt", um festzustellen,
ob Remote-Boxes hochgefahren worden sind. Sie führt dies in einem gleichmäßigen Zeitabstand
in der Größenordnung
von einer Sekunde bis einer Minute durch. Sie stellt auch separate
Verbindungen mit jeder Remote-SetTop-Box her und führt separate
Verbindungsinformationen. Dies unterstützt mehrere Remote-SetTop-Boxen
in einem Haushalt, da jede verschiedene A/V-Geräte an dem zentralen Ort verwenden
kann.
- 2. Auf dem Netz empfangene Informationen decodieren und parsen.
Die Decodier- und
Pars-Routine 505 prüft
die Header-Information 431 und erzeugt – falls ein neues IR-Signal
gestartet wird – Pufferplatz
für den Empfang
dieses Signals. Die Routine 505 überprüft den Paketzählwert 433,
und falls Pakete verloren gehen oder außerhalb der Reihenfolge empfangen
werden, werden sie in dem Puffer auf angemessene Weise neu geordnet
oder von der Remote-SetTop-Box neu angefordert. Die Routine 505 startet
die Signalverarbeitung und den IR-Blaster, nachdem eine minimale
Anzahl von Paketen empfangen wurde. Die zentrale SetTop-Box wartet
die Ankunft einiger Pakete ab, um sicher zu stellen, dass der Puffer 506 während eines IR-Ereignisses
kein Underflow aufweist. Bei einer Ausführungsform ist 4 Pakete die
minimale Anzahl von Paketen, die empfangen werden und in dem Puffer 506 vorhanden
sind, bevor eine Verarbeitung beginnt. Das Pufferspeichern endet,
wenn der Header 432 das Ende des IR-Signalempfangs anzeigt.
- 3. Separate Puffer für
jede Remote-SetTop-Box führen.
Eine Semaphor-Steuerung wird über
den IR-Blaster 106 und die Signalverarbeitung beibehalten.
Der IR-Blaster ist eine gemeinsam genutzte Ressource und wird daher
im Allgemeinen sorgfältig
gesteuert. Wenn ein Netzwerkpaket 430 von einer Remote-SetTop-Box 101 empfangen
wird, fordert sie einen Pfad durch den Multiplexer 507 an,
indem sie ein "Semaphor" für seinen
Puffer setzt. Falls ein späteres
Netzwerkpaket aus einer Remote-Box 201 empfangen wird, sollte
es dem Puffer 509 oder 510 nicht möglich sein,
das Semaphor und die Steuerung über
den IR-Blaster zu empfangen. Die Remote-Box 101 behält die Steuerung über den
IR-Blaster durch den Puffer 508, bis das gesamte IR-Signal auf dem Netz
empfangen, gepuffert, entpaketisiert, und aus dem IR-Blaster- Ausgang ausgesendet
wurde. Signale von anderen SetTop-Boxen können in den Puffern 509 und 510 gehalten werden.
Des Weiteren gibt es im Allgemeinen eine Totzeit in der Größenordnung
von 100 ms oder mehr, nachdem die Remote-Box 101 fertig
ist, bevor zugelassen wird, dass die Remote-Box 201 das
Semaphor erhält
und der Puffer 509 oder 510 an den IR-Blaster
freigegeben wird. Diese Totzeit ermöglicht es dem A/V-Gerät 107,
das Ende des IR-Befehls klar abzugrenzen und nicht das folgende
Signal mit dem vorherigen Signal zu verwechseln. Nach dieser Totzeit
werden die gepufferten Pakete, die aus der Remote-Box 201 empfangen
wurden, verarbeitet und an den IR-Blaster gesendet. Während eine
beliebige Remote-SetTop-Box die Kontrolle über das Semaphor und den IR-Blaster
besitzt, werden alle anderen Pakete von anderen Remote-Boxes in
dem Empfangspuffer 506 gepuffert, aber nicht verarbeitet.
Dies stellt sicher, dass ein einzelnes IR-Signal vollständig gesendet
wird, bevor ein anderes Signal gesendet wird, für den Fall, dass mehrere Fernbedienungen
in verschiedenen Räumen
zur gleichen Zeit benutzt werden.
-
6 zeigt
eine "zentrale Decodier-
und Universalübersetzungs"-Vorrichtung, die
beispielsweise mit dem in 3 gezeigten
System verwendet werden kann. Diese Vorrichtung kann alle Funktionen
des zentralen Signalprozessors 501 besitzen, jedoch anstatt
Pakete in IR-Signale zu konvertieren, werden die konvertierten Pakete
auf Header-Informationen untersucht, welche die richtige Programmquelle
und das richtige Remote für
jedes Paket identifizieren. Diese Vorrichtung kann an einer jeglichen
geeigneten Stelle durch die Netzschnittstelle 602 mit dem
Netz 111 verbunden sein. Die Pakete werden dann an den
geeigneten Medienquellen-Cluster 340 geleitet. Dies ist
deshalb möglich,
weil der zentrale Decoder 350 mittels Anwendereingabe von der
Schnittstelle 606 darauf "aufmerksam" gemacht wird, welche Remotes jeder
Quelle zugeordnet sind. Eine Nachschlagetabelle 650 korreliert
jedes Remote 109 mit jeder Quelle 107 oder jedem
Medien-Cluster 340. Jedes Paket wird dann von dem Repaketisierer 660 auf
geeignete Weise adressiert und über
das Netz 111 zurück gesendet.
Durch die Verwendung dieser Universalübersetzung kann die in 7 gezeigte "Jeder-an-Jeden"-IR-Steuerung erzielt
werden.
-
Obgleich
es andere Wahlmöglichkeiten
für Abtastraten,
Paketgröße und Puffermodelle
geben kann, sind diese bei der Implementierung leicht zu ändern und
können
unter Verwendung der niedrigsten Bandbreite für einen Betrieb mit bestmöglicher
Qualität
optimiert werden. Verschiedene Systeme können eine höhere Rauschimmunität bevorzugen
und Bandbreite dafür
opfern, falls das Systemnetz 111 100 Mbit- Ethernet verwendet,
während
ein anderes System Rauschempfindlichkeit für Bandbreite opfern kann, wenn
es 20Mbit-HPNA oder 10Mbit-Ethernet verwendet.
-
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind völlig verschieden von bekannten
Systemen, die eine herkömmliche
Neuübertragung
von IR-Signalen mittels Funk anwenden. Insbesondere besitzt das
vorliegend beschriebene System zumindest die folgenden Vorteile:
- • Eine
einzelne Netzverbindung mit Systemen existiert bereits bei dem Hausnetz,
das zum Übertragen
von digitalem Video verwendet wird.
- • Minimale
zusätzliche
Kosten bei Integrierung in eine SetTop-Box.
- • Kompatibel
mit mehreren Fernbedienungen, die gleichzeitig in einem einzelnen
Haushalt betrieben werden.
- • Unterliegt
keinen Funkstörungen
von innerhalb des Hauses oder von Nachbarn.
- • Kompatibel
mit mehreren Quellen (mehreren Remote-Boxes) innerhalb eines einzelnen
Haushaltes.
-
Die
vorstehende Beschreibung ist repräsentativ, jedoch sind Variationen
für den
Fachmann ersichtlich, und die Erfindung ist keineswegs auf das beschriebene
konkrete Beispiel beschränkt.
