FR2693864A1

FR2693864A1 - Procédé et dispositif de synchronisation d'un décodeur connecté à un réseau de transmission asynchrone, notamment de type ATM.

Info

Publication number: FR2693864A1
Application number: FR9208846A
Authority: FR
Inventors: Allard Jean-Marc; Dumenil Patrick; Perron Claude
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 1994-01-21
Anticipated expiration: 2012-07-17
Also published as: FR2693864B1

Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif de synchronisation d'un décodeur (2) pour un service acheminé par un réseau (R) de transmission asynchrone. L'information est transmise par paquets de bits appelés cellules d'information. Selon la présente invention, on contrôle le flux au décodeur (2) en surveillant l'état de remplissage de la mémoire tampon (210) du décodeur. Dans une première variante, pour un service à débit fixe, l'état de remplissage est l'état complémentaire de l'état de remplissage de la mémoire tampon (110) du codeur (1). Selon une seconde variante, pour un service à débit variable, on surveille l'écart par rapport à une consigne constituée par l'état de remplissage complémentaire de celui du codeur (1). Application notamment aux CODEC pour services télévision ou son dans un réseau ATM.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE SYNCHRONISATION
D'UN DECODEUR CONNECTE A UN RESEAU DE
TRANSMISSION ASYNCHRONE, NOTAMMENT DE TYPE ATM
La présente invention concerne les réseaux de transmission asynchrones, notamment les réseaux de type dit ATM ("Asynchronous
Transfer Mode" : mode asynchrone de transfert) et plus particulièrement un procédé et un dispositif de synchronisation d'un décodeur connecté à un tel réseau.

Dans ces réseaux, des informations numériques sont transmises de façon discontinue sous forme de paquets, appelés "cellules d'information" en terminologie ATM. Ce mode de transmission consiste, au lieu d'émettre octet par octet, à constituer dans l'équipement terminal émetteur (la source de données) un paquet de bits au fur et à mesure de la création des données numériques, et à attendre d'avoir suffisamment d'informations pour constituer une cellule d'information complète et envoyer celle-ci sur le réseau.

L'équipement émetteur produit ainsi des cellules d'informations à une cadence variable, selon qu'il utilise ou non le canal (par exemple aucune cellule n'est émise pendant les instants de silence), ou selon la cadence variable à laquelle les informations numériques sont produites (par exemple dans le cas typique des signaux vidéo différentiels, dont le voiume de données dépend du caractère plus ou moins mobile de l'image à transmettre).

La cellule d'information qui va transiter sur le réseau comprend, d'une part, un en-tête porteur d'une adresse ou "identifiant de canal virtuel" et, d'autre part, un champ utile porteur de l'information à transmettre.

Les cellules d'informations provenant de plusieurs émetteurs sont mêlées en un flux continu, avec éventuellement des cellules vides intercalaires, qui transite le long d'artères à grand débit.

Les différentes artères du réseau relient une pluralité de noeuds, correspondant chacun à un équipement commutateur assurant le démultiplexagelmultiplexage du flux de cellules en fonction de l'adresse contenue dans l'en-tete et des ressources disponibles à l'instant considéré.

Le réseau est asynchrone en ce que chaque noeud du réseau dispose d'une horloge particulière ayant sa fréquence (et donc sa dérive) propre, sans aucune coordination pour ajuster entre elles les horloges des différents noeuds.

Pour prendre en compte les écarts de fréquences inévitables, des mémoires tampons assurent les ajustements entre les cadences d'entrée et les cadences de sortie de chaque noeud. On voit ainsi que, par principe, le réseau est toujours fournisseur du rythme vers les terminaux qui lui sont raccordés.

La particularité d'un réseau de type ATM tient au fait que le commutateur se contente de gérer exclusivement l'en-tete de chaque cellule d'informations, en déterminant, d'après l'en-tete de la cellule entrante, L'adresse de destination et en calculant à partir de ce paramètre un nouvel en-tête, correspondant au canal (virtuel) qui aura été affecté sur l'artère commutée en aval de ce noeud.

En général, un service correspond à un transfert d'informations entre deux équipements, chacun connecté à un noeud d'accès du réseau, donc pouvant avoir un écart de rythme, les horloges locales respectives de chacun de ces noeuds n'étant ni synchrones ni synchronisées.

La synchronisation d'un service à travers un réseau quelqu'il soit revient à trouver la différence de phase entre les deux extrémités du réseau, émission et réception, lors de l'établissement de la communication et ensuite entretenir ce déphasage constant. Le problème posé est essentiellement celui de la régénération du rythme du service dans le terminal récepteur.

Dans le cas des réseaux synchrones, on utilise classiquement la technique dite de justification. Cependant cette technique, même dans ce cadre, présente un certain nombre de difficultés. Elle est notamment rigide d'emploi.

Enfin, elle ne peut convenir dans le cadre d'un transfert asynchrone. En effet, la synchronisation d'un service acheminé par un réseau mettant en oeuvre une telle technique pose un problème du fait que ce réseau n'assure pas la transparence temporelle. Plus précisément, pour une liaison point à point, par exemple, L'horloge du réseau n'est pas obligatoirement la même aux deux extrémités.

D'autre part, certaines applications, par exemple les services dans lesquels le code temporel transmis avec la vidéo est utilisé, présentent des contraintes strictes. II est notamment nécessaire que le nombre d'images restituées par le décodeur soit exactement le même qu'au codeur. C'est le cas, par exemple, des applications professionnelles de post-prod uction.

L'invention se propose de pallier les difficultés de l'Art Connu tout en satisfaisant les contraintes précitées.

Selon l'invention, on procède à la restitution du rythme du service dans le terminal récepteur.

L'invention présente en outre l'avantage d'être utilisable aussi bien dans un réseau asynchrone que dans un réseau synchrone et dans ce dernier cas avec moins de contraintes que les solutions de l'Art
Connu. Elle s'applique indifféremment aussi aux cas de services à débit fixe ou à débit variable.

L'invention s'applique plus particulièrement à la transmission des services vidéo et/ou son.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description qui suit, en référence aux figures annexées et parmi celles-ci
L'invention a donc pour objet un procédé de synchronisation d'un décodeur connecté à un réseau de transmission asynchrone, notamment de type ATM, dans lequel des informations sont transmises par paquets de bits de données formés d'une cellule d'information entre un codeur et un décodeur, lesdites informations transitant dans le codeur par une première mémoire tampon et dans le décodeur par une seconde mémoire tampon ; caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes
- transmission au décodeur d'une information sur l'état de remplissage de ladite première mémoire tampon
- et surveillance dans le décodeur, de l'état de remplissage de ladite seconde mémoire de manière à ce que la relation suivante soit vérifiée
Eb codeur + Eb décodeur = C dans laquelle Eb codeur est l'état de remplissage de la mémoire tampon du codeur, Eb décodeur l'état de remplissage de la mémoire tampon du décodeur et C une constante.

L'invention a encore pour objet un dispositif mettant en oeuvre un tel procédé.

- la figure 1 illustre un codeur-décodeur de l'Art Connu fonctionnant selon la technique dite de justification
- les figures 2 et 3 illustrent des codeurs-décodeurs selon l'invention permettant la restitution de rythme pour les réseaux asynchrones, selon deux variantes de réalisation adaptées respectivement à un service à débit fixe et à un service à débit variable.

La technique dite de justification utilisée dans l'Art Connu va tout d'abord être rappelée par référence à la figure 1.

Sur cette figure on a représenté un dispositif codeur-décodeur de l'Art Connu assurant la synchronisation d'un service à débit fixe.

Le codeur 1 reçoit sur une entrée e les informations "principales" à transmettre élaboré par un circuit conventionnel 10 que l'on appellera "service à débit fixe D" .

Ces informations sont transmises sur l'entrée d'une mémoire tampon 1 1 dont la sortie est couplée à des entrées d'un multiplexeur 13.

Le cas échéant, d'autres services As ou services supplémentaires sont transmis à une autre entrée de ce multiplexeur 13.

En général, le service est asynchrone du réseau. Une trame de multiplexage est constituée en émettant un motif de verrouillage tous les
L bits (L étant la longueur de la trame). Le séquenceur de trame 12 définit sur cette période de L bits les instants d'émission des différents affluents constituant ce multiplex. Le signal de commande est transmis à une entrée du multiplexeur. Du côté réception (décodeur 2), un automate de verrouillage 24 utilise la propriété que, périodiquement (tous les L bits), un mot de verrouillage connu Mv est émis. L'automate de verrouillage 24 transmet ses signaux de commande à une des entrées d'un séquenceur de trame 22, dont est muni le décodeur 2. Celui-ci commande le démultiplexeur 23. L'automate 24 reçoit le mot de verrouillage par l'une des sorties du démultiplexeur.Le mot de verrouillage peut être imité par l'information transmise et peut aussi être perturbé par des erreurs de transmission. De manière très schématique, dans la phase de verrouillage, L'automate recherche 1 + 6 mots de verrouillage consécutifs (reconnus avec une distance de Hamming égale à 0) espacés de L bits.

Cela signifie, en terme d'imitation, que la probabilité d'avoir 1 + 6 imitations consécutives du mot de verrouillage est considérée comme nulle. Une fois verrouillé, L'automate synchronise le séquenceur de trame 22 qui peut alors séparer correctement les différents affluents du multiplex. Pour repartir dans une phase de verrouillage, L'automate devra trouver au moins a fois consécutivement une erreur sur le mot de synchronisation. Cela signifie donc que la probabilité de faire une erreur sur le mot de verrouillage (distance supérieure ou égale à 1) a fois consécutivement est considérée comme nulle.

Les différents paramètres d'une trame de multiplexage que sont L, a, 6 et la longueur du mot de verrouillage résultent d'un calcul d'optimisation en fonction des contraintes suivantes
- coût des insertions systématiques,
- probabilité d'erreur,
- temps de reprise de verrouillage,
- probabilité de fausse alerte (synchronisation, désynchronsation).

Puisque le service est en général asynchrone du canal, le nombre de bits D du service à émettre pendant une période de trame n'est pas un nombre entier ; ou s'il l'est en faisant le rapport des valeurs nominales, ce nombre n'est pas garanti (sauf si le service est synchrone du canal).

II y a donc trois cas
- le premier cas est celui où quelle que soit la valeur de D comprise dans son domaine de variation, cette valeur se situe toujours entre deux entiers consécutifs
n+ A n < D+ A D < n+ Ilfr A n n ou n +1 bits du service sont transmis à chaque trame. La transmission de n ou n +1 bits est signalée par l'indicateur de justification. Ce dernier est répété trois ou cinq fois dans la trame de manière à pouvoir le retrouver au décodeur par logique majoritaire (très robuste vis-à-vis des erreurs de transmission). Lorsque n bits seulement sont transmis, un bit de bourrage est transmis à la place du n +1 ième (justification positive ou nulle).

- le second cas où le domaine de variations de D est tel que D peut se trouver dans deux intervalles
n- 1 < D+ A D < n
n Df A D < n+ 1
Dans ce cas, n-i, n ou n + 1 bits du service sont transmis par trame. Le nombre de bits transmis est signalé par un indicateur de justification à trois états (justification positive, négative ou nulle) ou bien à deux états seulement si les deux seules possibilités offertes sont la transmission de n-l ou n +1 bits (justification positive ou négative).Cet indicateur de justification est transmis par une des sorties du démultiplexeur 23 à un commutateur 25 à trois positions recevant sur trois entrées, respectivement trois mots binaires n-l, n et n +1 et transmettant en sortie S25 I'un de ces mots selon l'indication d'état. Ce mot binaire de sortie est transmis comme signal de commande à l'entrée de commande d'un diviseur variable 26. Le taux de division est donc n-l, n ou n + 1.

Comme il est indiqué sur la figure 1, I'indicateur de justification est élaboré en observant par exemple l'état "moitié plein" d'une mémoire tampon 11 de type "FIFO" ("First In-First-Out") écrite à un rythme constant D, et lue sous le contrôle du multiplexeur de services 13. Cette mémoire FIFO permet de mémoriser l'information du service pendant l'émission des autres services ainsi que des insertions systématiques (indicateurs de justification, mot de verrouillage...). Cette mémoire il mémorise également l'information du service en attendant la justification (1 bit en justification positive ou nulle et en justification positive négative ou nulle, 2 bits en justification positive ou négative).La sortie de cette mémoire indiquant l'état désiré, par exemple "moitié plein" est connectée à entrée du multiplexeur pour que cette indication soit transmise au décodeur. Cet état peut être détecté, de façon classique, par un pointeur d'adresse.

Côté décodeur 2, une boucle à verrouillage de phase ou "PLL" selon la terminologie anglo-saxonne ("Phase Lock Loop") permet de régénérer le rythme D du service. Cette boucle comprend un oscillateur commandé en tension 29 ou "VCO" selon la terminologie anglo-saxonne ("Voltage Controlled Oscillator"), un filtre passe-bas 28, un comparateur de phase 27 et le diviseur variable 26. Le comparateur de phase 27 compare la phase des signaux issus du diviseur 26 reçus sur une première entrée avec des signaux élaborés par le séquenceur de trame 22 et reçu une seconde entrée. Le signal généré par l'oscillateur 29 sert de commande à un circuit classique 20 restituant sur sa sortie S le service à débit fixe D.

La fréquence de comparaison de la boucle à verrouillage de phase correspond à la fréquence trame.

Dans le cas d'un service synchrone, la boucle à verrouillage de phase fonctionne de manière classique avec un rapport de division constant correspondant au nombre de bits du service transmis pendant une trame. C'est le cas idéal en terme de gigue pour l'horloge du service reconstituée. Les sources de gigue sont essentiellement
- gigue du service au départ,
- gigue introduite par le réseau
- gigue apportée par la récupération de l'horloge réseau au décodeur,
- gigue intrinsèque de la boucle à verrouillage de phase.

En fonction du spectre de la gigue des différentes sources de gigue et de la gigue résiduelle tolérée par le service, on calcule le filtre de la boucle de verrouillage à la recommandation CCIR 601/656 qui précise une gigue de +3ns toutes les 20ms.

Dans le cas d'un service asynchrone, I'utilisation de la technique de justification est une source de gigue supplémentaire appelée gigue de temps d'attente. Celle-ci est due aux composantes de la boucle à verrouillage de phase. Le paramètre déterminant est ici le taux de justification (D-[D]) dans lequel [D] est la partie entière de D.

En fonction du taux de justification, des composantes de gigue à plus ou moins basse fréquence apparaissent et ne sont pas filtrées par la boucle à verrouillage de phase.

Le cas le plus défavorable à cet égard est le taux de justification nul qui correspond à la justification positive, négative ou nulle. En l'absence de gigue sur le service ou sur le canal, il y aurait transmission soit de n/n +1 bits du service par trame, soit de n-l/n bits ce qui en terme d'amplitude de gigue crête à crête revient au même que dans le cas de la justification positive ou nulle. Dans la réalité, les trois cas n-1/n/n+ 1 peuvent être utilisés de manière dynamique à cause de la gigue du service ou du canal ce qui peut conduire à une amplitude de gigue crête à crête deux fois plus importante.

Le même type de problèmes se pose pour tous les affluents des multiplex. Le choix de la longueur de trame est par conséquent fondamental car il détermine les conditions de fonctionnement de la restitution d'horloge pour tous les services
- fréquence de comparaison,
- taux de justification.

De plus, la structure de la trame de transmission peut être utilisée pour synchroniser un code correcteur d'erreur sur les services.

De ce fait, naît encore une contrainte entre la longueur de la trame et la longueur du code correcteur.

En conclusion, beaucoup de contraintes apparaissent lorsqu'il s'agit de choisir une trame de transmission ce qui se traduit bien souvent par une série de trames en cascade.

Pour terminer la description du décodeur, il est utile d'indiquer qu'une sortie supplémentaire, du démultiplexeur 23, restitue les autres services éventuels (As) qui sont transmis sur une des entrées du multiplexeur 13.

L'information principale, pour sa part, est transmise via la mémoire tampon 21 de type FIFO à l'entrée des circuits 20 restituant le service à débit D, service transmis sur la sortie S du décodeur pour une exploitation ultérieure. Le débit est fixé par la boucle à verrouillage de phase, plus particulièrement la sortie de l'oscillateur 29 est transmise à une entrée d'horloge des circuits 20.

On va maintenant décrire brièvement le cas d'un service à débit variable.

La technique utilisée est exactement la même pour la restitution du rythme du service. Dans un service à débit fixe, il y a homothétie entre l'horloge du service et le débit du service. Pour transmettre l'information du service par le canal, celui-ci a obligatoirement une capacité d'acheminement légèrement supérieure et la technique de justification est utilisée pour ajuster à l'aide d'un "bourrage" les deux débits. La restitution au décodeur du débit moyen à l'aide d'une boucle à verrouillage de phase permet égalemént de retrouver l'horloge du service puisqu'il y a homothétie.

Dans le cas du service à débit variable, il n'y a plus de problème pour ajuster exactement le débit du service à la capacité d'acheminement du canal puisque le service possède un dispositif de contrôle de flux.

Par contre, pour pouvoir retrouver l'horloge du service, le séquenceur de trame fonctionne comme si il avait à transmettre un service à un débit fixe (homothétique de l'horloge service). Les indicateurs de justification sont élaborés, de la même façon que dans le cas d'un service à débit fixe, à l'aide d'une mémoire de type "FIFO". Le séquenceur de trame lit n-l /n/n +1 bits dans cette mémoire FIFO mais ne les transmet pas puisque ne c'est pas de l'information.

Le cas du service à débit variable pose un problème supplémentaire de synchronisation du terminal récepteur. En effet,
I'utilisation du codage à longueur variable se traduit par une opération de lissage de débit à l'aide d'une mémoire tampon. L'état de remplissage de celle-ci est le paramètre d'entrée du dispositif de contrôle de flux qui agit sur le débit instantané du service par l'intermédiaire d'une opération de quantification adaptative. Par nature, I'état de remplissage de la mémoire tampon varie et cette variation est seulement dépendante de l'entropie du signal à transmettre. Le temps de transit des informations dans la mémoire tampon du codeur est proportionnel à son état de remplissage.

Si le terminal récepteur est synchronisé, le temps de transit dans les mémoires tampon aux deux extrémités doit être constant quelle que soit la variation de l'entropie de la source. Cela signifie que la mémoire tampon du décodeur est dans l'état complémentaire de celui du codeur.

C'est pour cette raison que périodiquement l'information sur l'état de la mémoire tampon du codeur est transmise au décodeur. A l'établissement de la liaison, le décodeur est en mesure de recaler sa base de temps en fonction de ce paramètre. En principe, une fois cette opération d'initialisation effectuée, cette propriété de complémentarité est toujours vérifiée si la restitution du rythme du service est assurée.

En effet, si ce n'était pas le cas, il y aurait une dérive car la mémoire tampon au décodeur est lue au rythme du service.

Pour des questions de temps de reprise de synchronisation (en cas de problème) cette complémentarité est surveillée en permanence et une décision de resynchronisation est prise par le décodeur si elle n'est pas vérifiée. II faut toutefois faire attention à la validité de l'information sur l'état de la mémoire tampon qui peut être touchée par une erreur de transmission.

Dans le cas d'un service à débit fixe, les fluctuations des mémoires tampon existent mais celles-ci sont de très faibles amplitudes.

Les services sont répartis régulièrement dans la trame de multiplexage ce qui limite les temps d'attente et donc la taille des FlFOs (quelques dizaines de bits).

Pour fixer les idées dans un codec vidéo pour des liaisons de contribution à 34 Mbit/s la capacité de la mémoire tampon est typiquement de 1,5 Mbit d'où un temps de transit de 50ms (le débit réservé à la vidéo codée est de l'ordre de 30 Mbit/s).

On voit donc que les dispositifs de l'Art Connu présentent un certain nombre d'inconvénients et de contraintes à l'utilisation.

En outre, ce qui suit doit également être pris en compte.

La synchronisation d'un service à travers un réseau synchrone repose entièrement sur le fait que l'horloge du réseau est identique aux deux extrémités. Ce n'est pas le cas dans un réseau asynchrone, on dit que celui-ci n'assure pas la transparence temporelle.

Un réseau asynchrone peut engendrer des erreurs de présence.

II suffit en effet que l'en-tête d'un paquet soit erroné pour que celui-ci ne soit pas acheminé vers le bon terminal. Ce n'est jamais le cas dans un réseau synchrone d'où les techniques de verrouillage de trame utilisées.

Les informations du service étant transmises par paquets, le comportement des mémoires tampons est légèrement modifié par les temps d'attente plus importants : les informations sont lues au codeur et écrites au décodeur par saccades et non plus de manière répartie dans le temps.

- Pour un service à débit fixe, cela se traduit par une mémoire tampon nécessairement plus importante.

- Pour un service à débit variable, il sera nécessaire d'augmenter la tolérance sur la complémentarité des deux mémoires tampons. II n'y a pas d'incidence sur la taille car celle-ci est très importante devant la dimension de la cellule.

Le procédé de restitution de rythme proposée par l'invention consiste à effectuer une opération de contrôle de flux au décodeur en surveillant l'état de remplissage de la mémoire tampon.

La figure 2 illustre schématiquement un dispositif selon l'invention assurant la synchronisation d'un service à débit fixe dans un réseau du type ATM.

Le codeur 1 comprend un circuit 100 analogue au circuit 10 de la figure 1. Le codeur 1 et le décodeur 2 comprennent chacun une interface conventionnelle, respectivement 130 et 230.

Le codeur 1 comprend en outre un contrôleur de flux 120.

Celui-ci reçoit via une sortie de la mémoire tampon 110 une indication sur l'état de remplissage de la mémoire tampon et la retransmet à l'interface ATM 130 sous la forme d'un signal "paquet prêt".

Le décodeur 2 possède une architecture exactement symétrique de celle du codeur 1. Une fois le décodeur 2 initialisé, le temps de traversée du codeur 1 et du décodeur 2 doit être constant. Par conséquent, le temps de traversée de la mémoire tampon du décodeur 2 doit être complémentaire de celui du codeur 1. Cela signifie que l'état de remplissage de la mémoire tampon du décodeur est tel que la relation cidessous soit satisfaite
Eb codeur + Eb décodeur = C (1) relation dans laquelle : Eb codeur = état de remplissage de la mémoire
tampon du décodeur
Eb décodeur = état de remplissage de la mémoire
tampon du décodeur
C = constante.

Dans une variante de réalisation préférée les deux mémoires tampons ont la même capacité, cette valeur est égale à C.

Sur la figure 2, le décodeur 2 comprend donc un interface
ATM 230, une mémoire tampon 210 et des circuits classiques 220 de restitution du service à débit fixe. II comprend un circuit de régulation 240 commandé par l'état de remplissage de la mémoire tampon 210 (sortie s210), un circuit 250 convertisseur numérique-analogique commandant un oscillateur 260 de type "VCO". La sortie de cet oscillateur 260 est transmis à une entrée d'horloge des circuits 220.

Enfin, le décodeur 2 comprend une base de temps 230, également commandé par l'état de la mémoire tampon 210 (sortie sas0).

A l'initiation du décodeur 2, la base de temps 230, qui délivre les signaux de commande nécessaire au fonctionnement du décodeur, utilise l'état de remplissage de la mémoire tampon 110 du codeur 1, transmis au décodeur 2 par le réseau R et les interfaces 130 et 230, afin de forcer la mémoire tampon 210 du décodeur dans un état complémentaire à celui de la mémoire tampon pour que la relation (1) précitée soit satisfaite.

Si la fréquence d'horloge du service est parfaitement reconstituée (sortie de l'oscillateur 260) dans le décodeur 2, la mémoire tampon 210 de ce décodeur, une fois initialisée, doit toujours rester dans l'état complémentaire de celle (110) du codeur 1.

L'information sur l'état de remplissage de cette dernière mémoire (110) étant transmise régulièrement, le décodeur vérifie en permanence que cette propriété reste satisfaite.

Jusqu'à présent, on a considéré le cas d'un service à débit fixe. Or pour l'élaboration des services vidéo et son, on fait généralement appel à un dispositif de codage à longueur variable. L'hypothèse de départ est qu'il existe dans un signal à transmettre de la redondance qu'il est possible d'exploiter avec profit afin de réduire le débit. On limite ainsi le coût ou l'encombrement pour la transmission de ce signal. Diverses techniques basées sur la prédiction sont connues ainsi qu'éventuellement sur la compensation du mouvement. A titre d'exemple non limitatif, pour une description plus détaillée de ces techniques, on se reportera à l'article de C.J. RICHARD "Compression du signal vidéo", paru dans les "Techniques de l'lngénieur", E 5500-1 à E 5500-11.

La quantité d'informations à la sortie d'un dispositif de codage à longueur variable est par conséquent elle aussi variable et dépend complètement de l'entropie du signal incident à coder. II est donc indispensable d'ajuster le débit moyen à l'aide d'un quantificateur.

On doit donc ensuite avoir recours à une mémoire tampon qui assure une opération de lissage sous le contrôle d'un organe de régulation.

L'état de remplissage de la mémoire tampon évolue de par le principe même du système de codage utilisé en fonction de l'entropie du signal incident. Le temps de traversée des dispositifs de codage que l'on a regroupé dans les circuits référencés 10 sur la figure 1, peut être considéré comme constant. Ces circuits peuvent être assimilés à un pipeline. Par contre le temps de traversée des informations dans la mémoire tampon du codeur 1 est proportionnel à son état de remplissage.

Le contrôle du flux au décodeur 2 doit s'assurer que la mémoire tampon ne dérive pas. Pour un service à débit variable, la seule différence par rapport au cas d'un service à débit fixe réside dans le fait qu'il est nécessaire de faire abstraction de l'évolution de ltétat de la mémoire tampon due au codage à longueur variable utilisé.

Le paramètre mesuré pour l'observation de la dérive n'est plus dans ce cas l'état de remplissage absolu de la mémoire tampon mais l'écart par rapport à une consigne : état de la mémoire tampon du décodeur complémentaire à celui du codeur.

La figure 3 décrit un exemple de réalisation permettant la restitution du rythme du service dans le décodeur dans le cas d'un service à débit variable.

Le codeur 1 comprend des circuits classiques 140 élaborant un service à débit variable, un multiplexeur 150, un circuit de contrôle flux 120, une mémoire tampon 110 et un interface ATM 130. Outre l'information à transmettre, le multiplexeur 150 reçoit le pas de quantification utilisé pour le codage ainsi que l'état de remplissage de la mémoire tampon 110. L'ensemble des informations ainsi multiplexées est transmis à la mémoire tampon 110, puis à l'interface ATM 130 et au réseau R.

Des services supplémentaires As peuvent égalemerit être transmis au réseau R, via l'interface ATM 130.

Le décodeur 2 comprend, pour sa part, un interface ATM 230, une mémoire tampon 210, un démultiplexeur 270 et des circuits classiques 280 de restitution du service à débit variable. II comprend également un circuit de régulation 240 commandé, d'une part, par l'état de la mémoire tampon 210 et, d'autre part, I'état de remplissage de la mémoire tampon 110 du codeur 1, état fourni par le démultiplexeur 270.

Le circuit de régulation 240 élabore un signal représentatif de la dérive entre ces deux états comme il a été précédemment précisé.

Le signal ainsi élaboré est transmis à un convertisseur numérique-analogique 250 commandant un oscillateur 260 de type "VCO". La sortie de celui-ci est transmise à une entrée d'horloge des circuits 280. Le décodeur comprend également une base de temps 230 utilisant, comme dans le cas du dispositif de la figure 2, I'état de la mémoire tampon du codeur.

Dans l'exemple de réalisation pratique décrit, le circuit de régulation 240 peut être constitué par un micro-contrôleur utilisé pour calculer la dérive ou écart entre les états de remplissage des mémoires tampon 110et210.

Pour fixer les idées, dans le cas d'un service vidéo, les données permettant le calcul de la résolution nécessaire à l'asservissement peuvent être choisies comme suit
- gigue résiduelle souhaitée : +3 ns/20 ms
soit +0,15 ppm
- excursion de l'oscillateur 229 : +50 ppm
La résolution du convertisseur sera donc de 100 ppm : 0,15 = 666 niveaux.

On choisira donc un convertisseur 10 bits et environ 0,1 ppm/Lsb ; Lsb étant l'abréviation de "bit de plus faible poids".

Si on désire respecter la recommandation CCIR 601 (+ 3ns / 2Oms), la commande du convertisseur n'est modifiée que de 1 Lsb au maximum toutes les 20 ms.

Une technique usuelle de codage met en oeuvre un procédé connu sous le sigle anglo-saxon "DCT" pour "Discrete Cosine Transform" (transformée cosinus discrète). Dans ce cas, la résolution de la mesure sur l'état de remplissage de la mémoire tampon pour un codec vidéo de type "DCT" à débit variable est typiquement de 40 bits (ce paramètre est lié à l'architecture choisie pour la mémoire tampon).

Avec une dérive de +0,15 ppm, il est nécessaire d'attendre 9 secondes à 30 Mbit/s pour observer une dérive de la mémoire tampon d'un mot de 40 bits.

D'autre part, l'état observé de la mémoire tampon au décodeur 2 est entaché d'une erreur instantanée liée à la transmission par paquets de l'information vidéo. La mesure est effectuée de manière synchrone à la base de temps vidéo, elle est par conséquent décorellée des instants d'arrivée de paquets. Ceux-ci sont en outre plus ou moins retardés par le réseau dans les files d'attente aux noeuds de commutations traversés.

Il est donc indispensable d'évaluer la dérive moyenne de la mémoire tampon pour calculer la correction à effectuer sur la tension de commande de l'oscillateur. Pour une question de simplicité, cette dérive peut être calculée comme étant la pente entre deux écarts moyens de la position de la mémoire tampon par rapport à la consigne (mémoire tampon au décodeur dans l'état complémentaire de celle du codeur), chaque moyenne étant calculée typiquement sur 256 trames consécutives. La période de mesure est donc de 10,24 secondes. En fonction du résultat une amplitude de correction est calculée et appliquée pendant la période de 512 trames suivantes. A chaque trame, seule une correction de 1 Lsb est autorisée.

A la mise sous tension (initialisation) ou bien au cours de la resynchronisation du décodeur 2, la tension de commande est fixée arbitrairement sur le milieu de la plage de fonctionnement soit au maximum une dérive de 15 Kbits pour la première période de mesure.

Le procédé de l'invention, décrit dans le cas d'un service vidéo est généralisable. Il est en particulier utilisable pour un service son pour lequel la gigue résiduelle à moyen terme de l'horloge d'échantillonnage doit être faible (quelques manosecondes). Les caractéristiques principales de ce service sont les suivantes
- période d'échantillonnage du son beaucoup plus faible qu'en vidéo (32 à 48 KHz en son pour typiquement 13,5 MHz en vidéo),
- par contre, résolution en amplitude de l'échantillon son beaucoup plus grande (16 bits en son, 8 bits en vidéo).

Il s'ensuit un même ordre de grandeur sur la gigue résiduelle en valeur absolue.

L'avantage principal du procédé de l'invention est qu'il s'applique aussi bien aux réseaux synchrones qu'asynchrones, notamment les réseaux de type ATM.

En outre, il présente les avantages supplémentaires suivants
- malgré toutes les sources de gigue possibles rencontrées dans une chaîne de transmission, le respect de la recommandation
CCIR 601/656 est garanti
- il n'y a pas de compromis dans le dimensionnement avec beaucoup de contraintes comme dans le cas de la technique de justification. Le procédé est par conséquent très intéressant par sa flexibilité;
- si une source est giguée et que l'horloge d'échantillonnage suit cette gigue, le codec se comporte alors comme un correcteur de base de temps (ceci est très important, notamment pour pouvoir accepter un signal vidéo en provenance d'un magnétoscope : gigue à 50 Hz due au positionnement des têtes de lecture d'une trame à la suivante) .

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de synchronisation d'un décodeur (2) connecté à un réseau de transmission asynchrone (R), notamment de type ATM, dans lequel des informations sont transmises par paquets de bits de données formés d'une cellule d'information entre un codeur (1) et un décodeur (2), lesdites informations transitant dans le codeur (1) par une première mémoire tampon (110) et dans le décodeur (2) par une seconde mémoire tampon (210) ; caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes

- transmission au décodeur d'une information sur l'état de remplissage de ladite première mémoire tampon (110)

- et surveillance dans le décodeur (2), de l'état de remplissage de ladite seconde mémoire (210) de manière à ce que la relation suivante soit vérifiée

Eb codeur + Eb décodeur = C dans laquelle Eb codeur est l'état de remplissage de la mémoire tampon (110) du codeur (1), Eb décodeur l'état de remplissage de la mémoire tampon (210) du décodeur (2) et C une constante.

2. Procédé selon la revendication 1 ; caractérisé en ce que les capacités des première (110) et seconde (210) mémoires tampon sont identiques et en ce que ladite constante C est égale à la capacité commune aux deux mémoires tampon.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2; caractérisé en ce que, lesdites informations transmises entre le codeur (1) et le décodeur (2) se présentant sous la forme d'un service à débit fixe (100), I'étape de contrôle consiste à maintenir un état de remplissage de la seconde mémoire tampon (210) complémentaire de celui de la première mémoire tampon (110) en valeur absolue et à réguler la fréquence d'une horloge sur cet état de manière à restituer le rythme du service.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que, ladite information transmise entre le codeur (1) et le décodeur (2) se présentant sous la forme d'un service à débit variable (140), l'étape de contrôle consiste à déterminer l'écart entre, d'une part, une valeur de consigne constituée par un état de remplissage de la seconde mémoire tampon (210) complémentaire à celui de la première mémoire tampon (110) et, d'autre part, I'état de remplissage de cette première mémoire (110) ; et à réguler la fréquence d'une horloge sur cet état de manière à restituer le rythme du service.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4; caractérisé en ce qu'il comprend une étape initiale pendant laquelle l'état de remplissage de ladite seconde mémoire (210) forcée à l'état complémentaire de l'état de remplissage de la première mémoire tampon (110 > .

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5; caractérisé en ce que ladite information transmise est constituée par un service vidéo.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5; caractérisé en ce que ladite information transmise est constituée par un service son.

8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de synchronisation d'un décodeur (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans un système comprenant au moins un codeur (1) comportant une première mémoire tampon (110) connecté à un réseau de transmission asynchrone (R), dans lequel des informations sont transmises par paquets de bits de données formés d'une cellule d'information, et un décodeur (2) comportant une seconde mémoire tampon (210); caractérisé en ce que le décodeur (2) comprend des moyens (240) surveillant l'état de remplissage de ladite seconde mémoire (210).

9. Dispositif selon la revendication 8 ; caractérisé en ce que, lesdites informations transmises entre le codeur (1) et le décodeur (2) se présentant sous la forme d'un service à débit fixe, lesdits moyens de surveillance (240) maintiennent l'état de remplissage de la seconde mémoire tampon (210) dans un état de remplissage complémentaire à celui de la première mémoire tampon (110).

10. Dispositif selon la revendication 8 ; caractérisé en ce que, lesdites informations transmises entre le codeur (1) et le décodeur (2) se présentant sous la forme d'un service à débit variable, lesdits moyens de surveillance (240) déterminent l'écart entre une valeur de consigne constituée par, d'une part, l'état de remplissage de la seconde mémoire tampon (210) complémentaire de l'état de remplissage de la première mémoire tampon (110) et, d'autre part, I'état de remplissage de la première mémoire tampon (110).