FR2838203A1 - Procede et dispositif de detection de derive entre deux horloges - Google Patents
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Abstract
Procédé et un appareil de détection de dérive entre deux horloges. L'appareil comprend une mise en oeuvre par composants matériels d'un dispositif d'évaluation de dérive d'horloge surveillant des paquets reçus associés à un train de données et extrayant de chaque paquet un timbre temporel (206) généré par une horloge source. Une différence d entre le timbre temporel extrait et le temps local est comparée (230, 232) à une valeur d_ref pour déterminer si le paquet a été reçu de façon précoce ou tardive. Le degré de réception de façons tardive et précoce des paquets est comparé (252, 254) à un niveau de tolérance pour déterminer si une dérive relative existe entre le rythme de l'horloge source et le rythme de l'horloge locale. La détection de dérive entre les deux horloges constitue un support pour des garanties de niveau de services lors de la fourniture de services par trains de données dans des environnements commutés par paquets.
Description
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DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le transport de données entre des noeuds de réseau de données au niveau du support de services ou de dessertes par trains de données et en particulier, la présente invention concerne des procédés et des appareils pour la détection d'une dérive entre des horloges.
La présente invention concerne le transport de données entre des noeuds de réseau de données au niveau du support de services ou de dessertes par trains de données et en particulier, la présente invention concerne des procédés et des appareils pour la détection d'une dérive entre des horloges.
ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION
Les services par trains largement connus incluent : les communications audio de station à station par ailleurs connues en tant que service de téléphone, les communications du type "nombreuses personnes à nombreuses personnes" par ailleurs connues en tant qu'audio-conférences, les communications à lecture monodirectionnelle telles que le courrier vocal etc.... Ces services par trains constituant un héritage du passé sont typiquement assurés à des niveaux de qualité de service (QoS) très élevés comme assuré par le réseau de téléphone commuté public (PSTN). Le réseau PSTN est une collection de liaisons de données et de n#uds de commutation de ligne à usage spécial qui fonctionnent de façon conjointe afin d'assurer des connexions dédiées commutées par circuits entre des stations d'extrémité. Les niveaux élevés de QoS sont assurés sur le réseau
PSTN au prix d'une utilisation en dessous de l'optimum de la largeur de bande de transport de données disponible sur une infrastructure relativement coûteuse, redondante et inflexible par comparaison avec des réseaux commutés par paquets.
Les services par trains largement connus incluent : les communications audio de station à station par ailleurs connues en tant que service de téléphone, les communications du type "nombreuses personnes à nombreuses personnes" par ailleurs connues en tant qu'audio-conférences, les communications à lecture monodirectionnelle telles que le courrier vocal etc.... Ces services par trains constituant un héritage du passé sont typiquement assurés à des niveaux de qualité de service (QoS) très élevés comme assuré par le réseau de téléphone commuté public (PSTN). Le réseau PSTN est une collection de liaisons de données et de n#uds de commutation de ligne à usage spécial qui fonctionnent de façon conjointe afin d'assurer des connexions dédiées commutées par circuits entre des stations d'extrémité. Les niveaux élevés de QoS sont assurés sur le réseau
PSTN au prix d'une utilisation en dessous de l'optimum de la largeur de bande de transport de données disponible sur une infrastructure relativement coûteuse, redondante et inflexible par comparaison avec des réseaux commutés par paquets.
Les réseaux de transport de données à commutation par paquets, par opposition au réseau PSTN, sont relativement davantage efficaces ou efficients en termes d'utilisation de la largeur de bande de transport de données : en partageant la largeur de bande de liaison de données disponible entre de multiples sessions de communication en utilisant une infrastructure comparativement économique. Dans leurs premières années, les réseaux de transport de données commutés par paquets ont été utilisés pour convoyer des données sans réaliser aucune garantie de transport de données et l'expression transport de données "de meilleur effort" leur a été attribuée. En dépit de l'étiquette, la demande pour des services de meilleur effort tels que le courrier
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électronique ou courriel et que la navigation sur la toile mondiale ou sur web a assuré un niveau de revenus substantiel au point que des fournisseurs de services ont pu fournir des services commutés par circuits (la voix) et commutés par paquets (des données) en parallèle aux mêmes clients.
Les revenus générés à partir de la demande pleinement satisfaite pour des services de transport de données ont favorisé le développement de réseaux de transport de données commutés par paquets avancés rivalisant avec le QoS des réseaux commutés par circuits. Les services de données par trains peuvent être assurés sur des réseaux de transport de données tels que la radio Internet (train de données audio de diffusion), l'audiolvidéo conférence, la diffusion de nouvelles sur l'Internet (lecture audio/vidéo à la demande) etc.. sans qu'on soit limité à ces exemples. Le succès des technologies de transport de données commuté par paquets couplé à la demande pour des services de données de même qu'à la pression pour minimiser les coûts de fourniture de services a abouti à pousser le marché vers la délivrance de services par trains de données hérités du passé sur une infrastructure davantage nouvelle, plus moderne, plus flexible des réseaux de transport de données commutés par paquets.
La migration des services par trains de données hérités du passé depuis les technologies commutées par circuits sur les technologies commutées par paquets ne va pas sans défis. Des différences clés existent entre les deux technologies pour fournir des garanties en termes de QoS.
Une offre de services par trains de données présentant un QoS élevé subit une quantité de gigue ou d'instabilité minimum. L'instabilité est la variation de l'inter-arrivée de paquets de données au niveau d'une station de réception. Dans des réseaux commutés par circuits, une connexion dédiée est instaurée entre des stations et par conséquent, une valeur minimum d'instabilité peut aisément être garantie. Cependant, dans des réseaux de transport de données commutés par paquets, l'instabilité est subie en tant qu'effet connexe du traitement des paquets de données pour assurer une utilisation efficace de la largeur de bande de transport de données. Des niveaux
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élevés d'instabilité aboutissent à une lecture discontinue d'un train de données.
La lecture de trains de données est en outre affectée par les fréquences des horloges d'échantillonnage de données et de lecture de données. Les signaux d'horloge qui sont utilisés au niveau de l'échantillonnage et de la lecture subissent typiquement une dérive du fait d'une certaine variété de facteurs incluant, sans qu'on soit limité à ceux-ci : une incapacité à minimiser des tolérances au niveau des processus de fabrication, une variation de température, un vieillissement de l'horloge etc.... Au fil du temps, des discordances entre ces rythmes d'horloge peuvent aboutir à des conditions de surdébordement/sous-débordement de données mises en évidence par un QoS perçu faible. Des discordances/divergences sévères peuvent de façon ultime aboutir à une perte sévère de données.
Une autre différence clé entre les réseaux de données commutés par circuits et les réseaux de données commutés par paquets concerne la topologie de l'infrastructure. Typiquement, les réseaux commutés par circuits présentent une topologie hiérarchique tandis que les réseaux commutés par paquets sont pour la plus grande part plats.
Dans un environnement de fourniture de topologie hiérarchique, des signaux d'horloge maître peuvent être distribués de façon hiérarchique. Il est habituel d'utiliser des références de temps basées sur césium du fait que les coûts mis en jeu au niveau de la fourniture d'un petit nombre de telles unités coûteuses au sommet de la hiérarchie d'interconnexion peuvent profiter d'un effet de levier sur bon nombre de souscriptions de services.
Cependant, dans un environnement de fourniture de topologie plane, la distribution de signaux d'horloge maître est un problème qui reste non résolu. La topologie plane des réseaux de transport de données commutés par paquets tend à souffrir d'une incapacité à aiguiller/router des signaux d'horloge maître de façon efficace. Une certaine variété de protocoles de distribution de signaux d'horloge maître ont été développés tandis que d'autres sont toujours en cours de développement.
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Bien que des standards de temps global existent tels que le temps de Greenwich, une fois que des horloges sont établies par un tel standard, les horloges sont soumises à une dérive, ce qui fait qu'elles nécessitent des étalonnages supplémentaires. D'autres solutions incluent l'utilisation de signaux de cadencement fournis par exemple par le système de positionnement global (GPS). Ces solutions sont hautement non envisageables dans la pratique pour une mise en #uvre dans des stations d'extrémité du fait d'une certaine variété de facteurs incluant le coût de mise en #uvre et de déploiement. Les récepteurs GPS nécessitent également une vue non obstruée d'un large secteur du ciel, ce qui devrait limiter de façon sévère l'utilisation d'équipements de communication qui mettent en #uvre de telles solutions.
Il existe par conséquent un besoin pour traiter des problèmes qui sont associés à des dérives d'horloge entre de multiples horloges au niveau du support de services par trains de données.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Selon un aspect de l'invention, on propose un dispositif d'évaluation de dérive d'horloge. La mise en #uvre par composants matériels du dispositif d'évaluation inclut un groupe de composants. Un dispositif d'extraction de timbre temporel est utilisé pour extraire des valeurs de timbre temporel à partir de chaque paquet de données reçu d'un train de données. Une unité arithmétique fournit une valeur de différence temporelle entre la valeur de timbre temporel extraite et une valeur de temps local courante pour chaque paquet de données reçu.
Selon un aspect de l'invention, on propose un dispositif d'évaluation de dérive d'horloge. La mise en #uvre par composants matériels du dispositif d'évaluation inclut un groupe de composants. Un dispositif d'extraction de timbre temporel est utilisé pour extraire des valeurs de timbre temporel à partir de chaque paquet de données reçu d'un train de données. Une unité arithmétique fournit une valeur de différence temporelle entre la valeur de timbre temporel extraite et une valeur de temps local courante pour chaque paquet de données reçu.
Un moyen de comparaison est utilisé pour comparer la valeur de différence temporelle à une valeur de temps de référence afin de déterminer si chaque paquet de données reçu est un paquet pris parmi : un paquet reçu de façon précoce, un paquet reçu en temps opportun et un paquet reçu de façon tardive. Un moyen est prévu pour fournir une évaluation d'une dérive d'horloge sur la base d'indications d'une étendue entre des arrivées de paquets de façon précoce et de façon tardive.
Selon un autre aspect de l'invention, un procédé d'évaluation de dérive d'horloge est proposé. Le procédé inclut une séquence
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d'étapes. Une valeur de timbre temporel qui est générée par une horloge source est extraite en aval de l'horloge source à partir de chaque paquet de données reçu d'un train de données surveillé. Une valeur de différence temporelle est dérivée entre la valeur de timbre temporel extraite et une valeur de temps local courante qui est fournie par une horloge locale. Il est déterminé si oui ou non chaque paquet de données reçu est un paquet pris parmi : un paquet reçu de façon précoce, un paquet reçu en temps opportun et un paquet reçu de façon tardive. Une détermination de dérive d'horloge entre l'horloge source et l'horloge locale est réalisée en comparant des degrés d'arrivées de paquets de façon tardive et de façon précoce vis-à-vis d'un niveau de seuil de réglage.
La détection d'une dérive entre des horloges assure un support pour des garanties de niveau de service au niveau de la fourniture de services par trains de données.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les caractéristiques et les avantages de l'invention apparaîtront de façon plus évidente au vu de la description détaillée qui suit des modes de réalisation préférés par report aux dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est un schéma qui représente une comparaison entre des rythmes/fréquences d'arrivée de paquet idéal(e) et typique au niveau d'un récepteur ; la figure 2 est un schéma qui représente des éléments qui mettent en #uvre une détection de dérive d'horloge selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 3 est un schéma qui représente une table de normalisation qui est utilisée conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 4 est un autre schéma qui représente une table de normalisation qui est utilisée selon un autre mode de réalisation de l'invention ; et la figure 5 est un schéma qui représente une comparaison entre une lecture idéale et une lecture corrigée selon le mode de réalisation préféré de l'invention.
Les caractéristiques et les avantages de l'invention apparaîtront de façon plus évidente au vu de la description détaillée qui suit des modes de réalisation préférés par report aux dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est un schéma qui représente une comparaison entre des rythmes/fréquences d'arrivée de paquet idéal(e) et typique au niveau d'un récepteur ; la figure 2 est un schéma qui représente des éléments qui mettent en #uvre une détection de dérive d'horloge selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 3 est un schéma qui représente une table de normalisation qui est utilisée conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 4 est un autre schéma qui représente une table de normalisation qui est utilisée selon un autre mode de réalisation de l'invention ; et la figure 5 est un schéma qui représente une comparaison entre une lecture idéale et une lecture corrigée selon le mode de réalisation préféré de l'invention.
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Il est à noter qu'au niveau des dessins annexés, des caractéristiques similaires ou identiques sont porteuses de symboles ou d'index de référence similaires.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES MODES DE RÉALISATION
La matière de l'invention sera présentée ci-après en relation avec des technologies de protocole de voix sur l'Internet (VoIP) qui incluent des protocoles et des composants matériels adaptés pour échantillonner, générer, convoyer et lire des trains audio de la qualité téléphone. La présente invention n'est pas limitée par les modes de réalisation présentés ; l'homme de l'art devrait reconnaître que les techniques présentées ici peuvent être utilisées pour traiter d'autres trains de données.
La matière de l'invention sera présentée ci-après en relation avec des technologies de protocole de voix sur l'Internet (VoIP) qui incluent des protocoles et des composants matériels adaptés pour échantillonner, générer, convoyer et lire des trains audio de la qualité téléphone. La présente invention n'est pas limitée par les modes de réalisation présentés ; l'homme de l'art devrait reconnaître que les techniques présentées ici peuvent être utilisées pour traiter d'autres trains de données.
Le protocole de l'Internet (IP) est un protocole de couche 3 d'interconnexion de systèmes ouverts (OSI) utilisé pour convoyer des paquets sur des réseaux de données commutés par paquets de bout en bout. Les technologies VoIP fonctionnent de façon conjointe avec le protocole IP pour la réalisation du convoyage de trains audio de la qualité téléphone de bout en bout.
En fonction de la mise en #uvre selon VoIP, un transport de données de bout en bout peut être assuré sur le protocole "Universal Datagram Protocol" (UDP) de couche 4 OSI ou sur le protocole de commande de transport TCP orienté connexion.
En lui-même, le protocole IP ne fournit aucune garantie en ce qui concerne la délivrance de paquets de données ni ne dispose d'un support pour fournir des garanties de niveau de service. Typiquement, les mises en #uvre par VoIP utilisent d'autres protocoles de transport de données afin d'assurer un support pour des garanties de niveau de service. Bon nombre de ces protocoles de transport de données ont été envisagés et la plupart sont encore en cours de développement. Le protocole temps réel (RTP) est un exemple de protocole de transport de données qui tente de contrôler/commander des latences de transport au niveau du convoyage de paquets de données sur des réseaux de transport de données commutés par paquets.
Le sujet présenté ici sera décrit par référence au protocole RTP qui est utilisé en combinaison avec les protocoles de transport de
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données UDPIIP. La combinaison assure le convoyage de paquets de données encapsulés RTP/UDP/IP moyennant des temps machine réduits. D'autres combinaisons de protocoles peuvent être utilisées sans limiter l'invention.
Afin de convoyer des trains de données pour le support de communication temps réel, il est important que des stations d'envoyeur et de récepteur (en relation avec un train de données) soient d'accord sur des fréquences d'échantillonnage et de lecture de signal audio. En l'absence du fait de se reposer sur un signal d'horloge maître, l'utilisation du protocole RTP assure l'inclusion de valeurs de timbre temporel qui sont encapsulées avec des échantillons de trains de données dans les paquets de données qui sont convoyés.
Les problèmes qui suivent doivent être pris en compte au niveau de l'échantillonnage, de la génération, du convoyage et de la lecture d'échantillons vocaux pour la mise en #uvre de services de téléphone : les sessions de téléphone typiques incluent : une lecture seulement selon laquelle la station de réception écoute des demandes vocales par exemple station à station selon lesquelles les deux stations génèrent et convoient des échantillons vocaux et des audioconférences selon lesquelles un train d'échantillons vocaux qui est généré au niveau de l'une des stations est multi-diffusé sur toutes les autres stations participantes au niveau de l'audio-conférence. Par conséquent, de multiples sources de signal d'horloge existent ; il est préférable que chaque horloge de source d'échantillonnage utilise une valeur de temps de début sélectionnée de façon aléatoire différente à partir de laquelle il convient de faire avancer les valeurs d'horloge d'échantillonnage afin d'empêcher des attaques de cryptage de données. Le protocole RTP fournit un numéro de séquence de paquet qui est incrémenté également à partir d'une valeur de début générée de façon aléatoire afin d'empêcher des attaques de cryptage de données. Un cryptage lorsque nécessaire au niveau de communications est assuré par un protocole plus élevé à l'extérieur du cadre du sujet qui est décrit ici ;
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des horloges d'échantillonnage et de lecture doivent être en accord avec une unité de temps qui est utilisée pour exprimer des valeurs du timbre temporel qui est convoyé dans l'en-tête de RTP et doivent être au courant de cette unité temporelle ou de temps. La valeur de timbre temporel est typiquement exprimée en termes d'intervalles de timbrage entiers, chaque intervalle d'échantillonnage présentant une durée de 125 microsecondes ; etun cadencement de lecture correct peut seulement être assuré si la fréquence d'échantillonnage et la fréquence de lecture sont sensiblement les mêmes (c'est-à-dire bien à l'intérieur de tolérances du système d'audition de l'être humain). Les fréquences d'échantillonnage et de lecture, en l'absence d'une horloge maître, dépendent des rythmes de stimulation respectifs afférents.
L'homme de l'art ordinaire devrait comprendre que l'horloge d'échantillonnage et l'horloge de lecture peuvent toutes deux développer un rythme de stimulation légèrement différent. Le développement d'un rythme de stimulation légèrement différent par une horloge est appelé dans l'art une dérive d'horloge.
Indépendamment de l'horloge prise parmi l'horloge d'échantillonnage et l'horloge de lecture qui développe le rythme de stimulation légèrement différent, il est plus approprié de considérer l'horloge d'échantillonnage en tant qu'horloge absolue tandis que l'horloge de lecture est considérée en tant que celle qui est déviée par rapport à l'absolu. Seulement une dérive d'horloge relative est importante. Le fait de réaliser ce choix réduit chacune des configurations de session de téléphone présentées ci-avant à une combinaison de sessions de téléphone de lecture seulement. Une session de téléphone station à station correspond à deux sessions de téléphone de lecture seulement. Au niveau d'une audio-conférence, des données audio échantillonnées peuvent être considérées comme étant envoyées sur chacun des autres participants à l'audio- conférence selon des sessions de téléphone de lecture seulement individuelles.
Par conséquent, une détection de dérive d'horloge doit être réalisée en aval des stations de source VoIP par des dispositifs
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incluant un équipement rapporté à la station de réception VoIP, sans qu'on soit limité à cela.
Par conséquent, seulement trois éléments d'information pertinents sont disponibles au niveau d'un n#ud de réseau de données assurant des services VoIP en aval d'une source : le numéro de séquence du paquet de données VoIP-RTP (les paquets IP ne sont pas nécessairement convoyés en séquence) ; la valeur de timbre temporel qui est contenue dans l'entête RTP, laquelle valeur est représentative du temps relatif auquel les échantillons de données ont été générés (comme exprimé selon des multiples de 125 microsecondes) ; et la valeur de temps courant du n#ud de réseau de données au niveau duquel des paquets de données d'échantillon vocal sont reçus (comme exprimé selon des multiples de 125 microsecondes).
La figure 1 est un schéma qui représente une comparaison entre une stimulation idéale et une stimulation typique de deux horloges l'une par rapport à l'autre tel qu'observé au niveau d'une station qui reçoit un train de données pour une lecture temps réel.
La figure 1A est représentative de la situation idéale selon laquelle aucune dérive relative perceptible n'existe entre l'horloge d'échantillonnage et l'horloge de lecture. Le graphique 100 représente une variation croissant de façon monotone de valeurs de timbre temporel reçues, chaque paquet reçu d'un train de données étant indiqué en tant que n + i.
Le graphique 110 est représentatif d'une variation du temps inter-arrivée entre des paquets reçus n + i d'un train de données comme mesuré selon des tops d'horloge de 125 microsecondes au niveau de la station de réception. Le graphique 110 n'est pas lissé du fait qu'une instabilité est subie par les paquets n + i pendant le transport entre la source et la station de réception. Il est possible, comme il a été mentionné ci-avant, que les paquets associés au train arrivent hors séquence. Ceci est représenté de façon schématique au niveau du schéma selon lequel le paquet n + 2 est arrivé avant le paquet n + 1.
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A une petite échelle de temps, le niveau d'instabilité masque la dérive d'horloge du fait que le niveau de variation d'instabilité peut être beaucoup plus important que le degré de dérive d'horloge. L'instabilité est supposée être générée par un traitement de paquets qui, pour un équipement de transport de données commuté par paquets stable et par conséquent des réseaux de transport de données commutés par paquets, présente une certaine valeur moyenne.
Par conséquent, en surveillant des temps d'arrivée de paquets reçus sur le long terme, des variations de rythme de stimulation d'horloge relatives peuvent être déterminées. Une moyenne mobile des temps d'arrivée des paquets n + i peut être calculée au niveau de l'extrémité de réception. Le graphique 120 correspond à la moyenne mobile qui est associée aux temps d'arrivée des paquets n + i. Selon le scénario idéal qui est représenté, il n'y a pas de dérive d'horloge relative perceptible, les graphiques 100 et 120 sont parallèles et sont espacés d'une durée temporelle constante étiquetée "d~ref'.
La figure 1 B est représentative d'un scénario selon lequel l'horloge source est perçue au niveau de la station de récepteur comme fonctionnant plus rapidement du fait d'une réception rapide perçue de paquets. Une réception rapide de paquets peut être déterminée à partir d'une pente davantage douce du graphique 120 par comparaison avec celle du graphique 100. Ceci bien entendu peut également être dû à une horloge fonctionnant de façon lente dans la réalité qui est associée à l'extrémité de réception. Comme mentionné ci-avant, indépendamment des dérives d'horloge, l'horloge de source est considérée comme étant une horloge absolue et l'horloge de récepteur est considérée comme étant une horloge fonctionnant d'une manière comparativement plus lente.
Dans un tel cas, si l'horloge de récepteur était utilisée pour lire le train audio, la lecture devrait tendre à être lente par comparaison avec la fréquence à laquelle les échantillons sont générés et par conséquent, devrait tendre à lire moins d'échantillons qu'il n'en est reçu par temps unitaire. La situation peut conduire à une saturation du train de données et à des conditions de sur-débordement de tampon.
L'auditeur devrait ressentir une lecture relativement lente entrecoupée,
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avec une parole hachée de façon discontinue du fait que des paquets en provenance des tampons en sur-débordement sont perdus et sont par conséquent absents de la lecture. Comme mentionné ci-avant, le système de l'audition de l'être humain est tolérant jusqu'à un certain point mais des dérives d'horloge sévères peuvent aboutir au ressenti d'un certain inconfort.
La figure 1 C est représentative d'un scénario selon lequel l'horloge de source est perçue par l'extrémité de récepteur comme fonctionnant de façon lente du fait d'une réception lente perçue des paquets. La réception lente des paquets peut être déterminée à partir d'une pente en marches du graphique 120 par comparaison avec la graphique 100. Ceci bien entendu peut également être dû à une horloge fonctionnant dans la réalité de façon rapide associée à l'extrémité de réception. Comme mentionné ci-avant, indépendamment, l'horloge de source est supposée être absolue et l'horloge de récepteur est supposée fonctionner de façon comparativement rapide.
Dans un tel cas, si l'horloge de récepteur est utilisée pour lire le train audio, la lecture devrait tendre à être rapide par comparaison avec le rythme auquel les échantillons de train de données ont été générés et par conséquent, le récepteur devrait tendre à lire davantage d'échantillons qu'il n'en est reçu par temps unitaire. La situation peut conduire à une insuffisance du train de données et à des conditions de sous-débordement de tampon. L'auditeur devrait ressentir une lecture relativement rapide entrecoupée de périodes relativement longues de silences inconfortables lorsque des paquets reçus ensuite permettent la reprise de la lecture. Le système de l'audition de l'être humain est tolérant jusqu'à un certain point mais des dérives d'horloge sévères peuvent aboutir au ressenti d'un certain inconfort.
Selon l'invention, une tentative est réalisée en ce qui concerne la détection d'une dérive de signal d'horloge entre l'horloge de source et l'horloge de lecture, dans le but de corriger ensuite une telle dérive de signal d'horloge. La description se focalisera ici sur la détection de la dérive d'horloge en faisant seulement référence à des procédés de correction de dérive d'horloge. La correction d'une dérive de signal
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d'horloge fait l'objet de recherches en soi. Des procédés et appareils de détection de la dérive d'horloge seront présentés ci-après.
La figure 2A est un schéma qui représente des éléments de mise en #uvre de détection de dérive d'horloge. Conformément au mode de réalisation préféré de l'invention, un dispositif d'évaluation de dérive d'horloge sous forme de composants matériels 200 est prévu.
L'homme de l'art est au courant du fait que la moyenne mobile à laquelle il a été fait allusion ci-avant de même que la réalisation de divisions dans le calcul de la moyenne sont difficiles à mettre en #uvre selon des composants matériels. En utilisant une moyenne mobile, le résultat devrait être : donner une indication du fait qu'une dérive d'horloge relative existe, le type de dérive et la valeur de la dérive d'horloge.
Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, une mise en oeuvre d'une moyenne mobile fournit plus d'informations que nécessaire du fait que la valeur de la dérive d'horloge doit être circonscrite en détectant des indications et le type de la dérive d'horloge aussitôt que possible.
Selon une mise en #uvre par composants matériels présentée à titre d'exemple de l'évaluateur 200 qui est présentée ici, un intervalle temporel relativement long, appelé une époque, est choisi afin d'inclure dans l'évaluation un certain nombre de paquets reçus afin de lisser l'instabilité lors de l'évaluation de la dérive d'horloge. Des procédés d'échantillonnage vocaux typiques génèrent un échantillon vocal toutes les 125 millisecondes. Les tolérances du sens de l'audition de l'être humain mentionnées ci-avant sont de l'ordre de 1 milliseconde. Si la période d'évaluation d'époque est trop courte, alors la sortie fournie par l'évaluateur 200 est hautement corrélée à l'instabilité et de fait, elle mesure l'instabilité. Si la période d'évaluation d'époque est trop courte, alors la lecture a pour effet de procurer l'inconfort mentionné ci-avant.
Des essais en champ réel ont montré que des durées d'époque de 1 à 2 secondes permettent de réaliser un équilibre entre une lecture confortable sous des conditions qui prévalent de façon générale et le fait de minimiser le temps machine de calcul de la détection de dérive d'horloge. Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention,
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la durée de chaque époque peut être choisie de manière à minimiser des paramètres QoS.
Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, la dérive d'horloge est évaluée sur la base de discordances/divergences détectées entre d ref et des différences "d" calculées entre la valeur de timbre temporel et le temps d'arrivée de chaque paquet reçu d'un train de données surveillé par l'évaluateur 200.
Un train de paquets 202 est reçu au niveau d'un équipement de réseau de données évaluant des dérives d'horloge via un port d'entrée 204. Le train de paquets 202 est distingué par rapport à d'autres paquets de données qui sont convoyés via le port 204 en utilisant des procédés qui ont la préférence et qui sont décrits dans la demande de brevet des Etats-Unis connexe de numéro de série 10/033 498 intitulée "Generic Header Parser Providing Support For Data Transport Protocol Indépendant Packet Voice Solutions" déposée par le demanderesse le 27 décembre 2001. La valeur de timbre temporel correspondante 208 est extraite 206 de chaque paquet de données reçu dans le train 202.
Une minuterie de lecture 210 fournit le temps de lecture courant 212. Le temps de lecture courant 212 peut être dérivé à partir d'une horloge système 214.
Sur la base de la valeur de timbre temporel 208 et du temps de lecture courant 212, un soustracteur 216 calcule la différence d 218 entre pour chaque paquet reçu.
La mise en ouvre par composants matériels utilise un groupe de compteurs dont tous sont remis à zéro (0) lors du démarrage et lors de l'expiration (240) de chaque époque. Le groupe de compteurs inclut : un compteur d'époque 220 dont une condition de cyclage signale la fin d'une époque, un compteur 222 qui est associé à l'étape d'extraction 206 et qui indique le nombre total de paquets reçus pendant une époque, un compteur 224 qui indique le nombre de paquets reçus de façon précoce pendant une époque, et un compteur 226 qui indique le nombre de paquets reçus de façon tardive pendant une époque.
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Conformément au mode de réalisation préféré de l'invention, l'indication de la dérive d'horloge est déterminée à partir de : le pourcentage de paquets reçus de façon tardive pendant une époque normalisée par rapport au nombre total de paquets reçus pendant l'époque, et le pourcentage de paquets reçus de façon précoce pendant une époque normalisée par rapport au nombre total de paquets reçus pendant l'époque.
La valeur d (128) est appliquée, de préférence en parallèle, sur des blocs décisionnels 230 et 232. Pour chaque nouvelle valeur calculée d : le bloc décisionnel 230 détermine si oui ou non le paquet correspondant a été reçu de façon précoce et le bloc décisionnel 232 détermine si oui ou non le paquet correspondant a été reçu de façon tardive.
La décision consistant en ce que le paquet a été reçu de façon précoce, c'est-à-dire d < d~ref, est utilisée pour augmenter 234 le compteur 224 de 1. La décision consistant en ce que le paquet a été reçu de façon tardive, c'est-à-dire d > d~ref, est utilisée pour augmenter 236 le compteur 226 de 1. Des paquets arrivant en temps opportun (d = d~ref) contribuent seulement au nombre total de paquets reçus pendant l'époque comptée par le compteur 222.
Le processus d'inspection des paquets se poursuit pendant la durée de chaque époque jusqu'à ce que le compteur temps d'époque 200 ait effectué un cycle.
La valeur du compteur 222 qui contient le nombre total de paquets reçus pendant l'époque est utilisé en tant qu'index dans une table 300. La table 300 est utilisée pour fournir des seuils de réglage normalisés afin de générer une indication de la dérive d'horloge. La table inclut : un groupe de valeurs R~0 à R~m représentatives de la valeur du nombre total de paquets qui sont typiquement reçus pendant une époque, et un groupe de valeurs afférentes T~0 à T~m-1 représentatives de seuils de réglage normalisés. Différentes mises en #uvre peuvent être utilisées comme représenté en 300 sur la figure 3 et en 400 sur la figure 4. Un équilibre doit être trouvé entre le nombre
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d'entrées de table en relation avec le coût de mise en #uvre et la précision de la normalisation obtenue.
Selon l'invention, la normalisation en relation avec le nombre total de paquets reçus prend en compte des périodes temporelles pendant lesquelles aucun échantillon n'est convoyé en connexion avec le train de données surveillé du fait d'un silence au niveau de la station d'origine.
Conformément à une mise en oeuvre préférée de l'invention, lors de l'événement de cyclage 240, la valeur du compteur 222 est chargée en parallèle sur un groupe de comparateurs 242. Un comparateur 242 est utilisé pour chaque entrée R dans la table 300. Chaque comparateur 242 détermine si oui ou non le nombre total de paquets reçus pendant l'époque qui vient juste de se terminer est supérieur à la valeur R correspondante. Par conséquent, un nombre séquentiel de comparateurs 242 émettront en sortie une valeur logique de niveau haut et un nombre séquentiel restant de comparateurs 242 émettront en sortie une valeur logique de niveau bas.
Les sorties des comparateurs 242 sont appliquées sur un groupe de portes ET 244 selon des paires séquentielles. L'une des entrées de chaque porte ET 244 est niée de telle sorte que seulement la porte Et 244 émet en sortie une valeur logique de niveau haut. La porte ET 244 qui émet en sortie la valeur logique de niveau haut correspond à des valeurs R immédiatement supérieure et immédiatement inférieure concernant le nombre total de paquets qui sont reçus pendant l'époque qui vient juste de s'écouler.
Les sorties des portes ET 244 sont soumises à une logique ET 246 avec T valeurs correspondantes et les sorties résultantes sont soumises à une logique OU ensemble 248. Du fait que seulement une porte ET 244 émet en sortie un signal logique de niveau haut, la valeur T correspondante est émise en sortie 250 au moyen de la porte OU 248.
Conformément à une autre mise en #uvre de l'invention, la granulerait des entrées dans la table 400 est spécifiée au moyen de R entrées uniques ayant des éléments numériques de poids le plus faible omis. Une plage de nombre total de paquets reçus (222) devrait
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correspondre à une entrée R. Comme représenté sur la figure 2B, les comparateurs 242 devraient correspondre au nombre total de paquets reçus sur une entrée R directement (c'est-à-dire que les éléments numériques de poids le plus fort des représentations binaires respectives afférentes devraient se correspondre) par conséquent sans la nécessité d'utiliser des portes ET 244.
L'agencement de comparateurs, de portes et de registres de table décrit dans les mises en oeuvre présentées ci-avant assure la valeur de seuil T de réglage normalisée correcte dans un cycle d'horloge comme dérivé à partir de l'événement de cyclage 240.
La valeur de seuil de réglage normalisée T (250), correspond au nombre total de paquets reçus pour l'époque qui vient juste de s'écouler, est appliquée sur deux blocs décisionnels 252 et 254.
Chacun des blocs décisionnels 252/254 détermine 256/258 si oui ou non le nombre de paquets reçus de façon précoce/de façon tardive excède le seuil de réglage T, de façon respective.
Les sorties 256 et 258 sont appliquées sur un bloc de compensation de dérive d'horloge 260 afin de réaliser les réglages nécessaires au niveau de la lecture du train audio.
Une copie de l'événement de cyclage 240 est retardée et est ensuite utilisée pour initialiser tous les compteurs à zéro afin que le dispositif d'évaluation 200 soit prêt pour l'époque suivante.
Une certaine variété de techniques de compensation peuvent être mises en #uvre, ces techniques incluant : le réglage des rythmes de stimulation de la minuterie de lecture 210, la signalisation au générateur de train de lecture 270 lorsqu'il convient de perdre ou d'ajouter des échantillons au train de sortie 272, la perte/l'insertion de paquets dans un tampon de paquet 274 etc... La compensation des dérives d'horloge est au-delà du cadre de la présente description et peut même inclure l'application d'un retour sur la source.
La figure 5 est un schéma qui représente une comparaison entre une lecture idéale et une lecture corrigée conformément au mode de réalisation préféré de l'invention.
La figure 5A est représentative du cas selon lequel aucune dérive d'horloge perceptible n'existe entre l'horloge d'échantillonnage
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et l'horloge de lecture lorsque les variations au niveau des valeurs de timbre temporel reçues 100 et des temps de lecture 500 présentent des graphiques linéaires parallèles.
La figure 5B est représentative d'une lecture rapide corrigée 500 du fait d'une dérive d'horloge qui est réglée, conformément à l'exemple représenté, une époque sur deux.
La figure 5C est représentative d'une lecture lente corrigée 500, du fait d'une dérive d'horloge qui est réglée, conformément à l'exemple représenté, toutes les quatre époques.
La valeur de d~ref doit être fournie afin d'utiliser les procédés et appareils qui ont été présentés ci-avant. Une multitude de procédés peuvent être utilisés pour dériver la valeur de d~ref sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention.
Conformément à un mode de réalisation présenté à titre d'exemple de l'invention, une valeur moyenne de d~ref est obtenue à partir du premier couple de valeurs d calculées. Une façon simple de mettre en oeuvre une telle valeur moyenne de d~ref consiste à accumuler 2n valeurs d et à décaler la représentation binaire du résultat n fois afin d'écarter des bits de poids le plus faible. Des situations selon lesquelles les valeurs d sélectionnées pour le calcul de d~ref sont sévèrement contaminées par une instabilité peuvent se poser, auquel cas la valeur de d~ref résultante est inappropriée. Le calcul de d~ref peut être réalisé sur les premiers paquets qui sont reçus après des réglages de dérive d'horloge afin d'instaurer éventuellement une valeur de d~ref. Un soin particulier doit être pris de manière à ne pas créer des conditions pour un retour positif.
Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, la valeur de d~ref est déterminée à partir de temps de bascule entre l'équipement de réseau de données qui réalise l'évaluation de dérive d'horloge et l'équipement de réseau de données qui encapsule des timbres temporels dans des paquets de données du train de données surveillé. A nouveau, le calcul de moyenne de temps de bascule peut être réalisé sans division en décalant n fois des représentations binaires de 2n temps de bascule accumulés.
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Comme il a été mentionné ci-avant, il doit être bien compris que bien que l'invention ait été présentée en relation avec le traitement d'un train de données mono-directionnel, l'invention s'applique également bien à tous les scénarios d'appel.
En outre, on doit comprendre que des dispositifs selon n'importe quel nombre peuvent être utilisés entre la station de génération de train de données et la station de lecture, incluant des mélangeurs de train de données. Dans de nombreux cas, les mélangeurs de train de données retimbrent les paquets de données avec les nouvelles valeurs de timbre temporel qui sont générées par des horloges de source au niveau du dispositif de mixage ou mélange. Par conséquent, l'invention n'a pas besoin d'être nécessairement limitée à la surveillance des rythmes de stimulation d'horloge d'échantillonnage et d'horloge de lecture et peut également être utilisée pour surveiller des rythmes de stimulation d'horloge de source. L'invention n'a pas besoin nécessairement d'être mise en #uvre seulement selon un équipement associé à une station de réception ; une extrémité d'entrée d'autres dispositifs tels que des mixeurs ou mélangeurs peut également utiliser l'appareil et mettre en oeuvre les procédés présentés ici. Ainsi, une détermination de dérive d'horloge peut être réalisée entre n'importe quelle horloge de source et une horloge locale associée au dispositif d'évaluation 200.
Les modes de réalisation qui ont été présentés sont présentés à titre d'exemple seulement et l'homme de l'art devra apprécier que des variantes par rapport aux modes de réalisation qui ont été décrits ciavant peuvent être apportées sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. Le cadre de l'invention est seulement défini par les revendications annexées.
Claims (23)
1. Dispositif d'évaluation de dérive d'horloge caractérisé en ce qu'il comprend : a. un dispositif d'extraction de timbre temporel (206) pour extraire des valeurs de timbre temporel à partir de chaque paquet de données reçu d'un train de données, les valeurs de timbre temporel étant générées par une horloge source ; b. une unité arithmétique (216) qui fournit une valeur de différence temporelle (d) entre la valeur de timbre temporel qui est extraite à partir de chaque paquet de données reçu et une valeur de temps local courante qui est dérivée à partir d'une horloge locale ; c. un moyen de comparaison (230,232) qui compare la valeur de différence temporelle (d) à une valeur de référence temporelle (d~ref) afin de déterminer si oui ou non chaque paquet de données reçu est un paquet pris parmi : un paquet reçu de façon précoce, un paquet reçu en temps opportun et un paquet reçu de façon tardive ; et d. un moyen pour fournir une évaluation de dérive d'horloge sur la base d'indications d'une étendue des arrivées de paquets de façon précoce et de façon tardive.
2. Dispositif d'évaluation de dérive d'horloge selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'évaluation comprend en outre : a. un compteur d'époque (220) avancé en fonction du temps dont l'événement de cyclage marque une époque d'évaluation ; b. un compteur qui compte (222) un nombre total de paquets reçus pendant l'époque d'évaluation ; et c. un moyen pour fournir un seuil de réglage qui est normalisé par rapport au nombre total de paquets reçus pendant l'époque d'évaluation.
3. Dispositif d'évaluation de dérive d'horloge selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen pour fournir le seuil de réglage comprend en outre :
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une table de consultation (300) qui comporte une pluralité d'entrées de seuil de réglage, chaque entrée de seuil de réglage correspondant à une plage du nombre total de paquets reçus pendant l'époque d'évaluation.
4. Dispositif d'évaluation de dérive d'horloge selon la revendication 3, caractérisé en ce que la table de consultation (300) comprend en outre des entrées de plages groupées par paires, chacune des plages correspondant à chacune de la pluralité d'entrées de seuil de réglage.
5. Dispositif d'évaluation de dérive d'horloge selon la revendication 4, caractérisé en ce que la table de consultation (300) comprend en outre un comparateur pour chacune des entrées de plages groupées par paires, le comparateur comparant le nombre total de paquets reçus pendant l'époque d'évaluation à l'entrée de plage afin de déterminer si le nombre total de paquets reçus excède ou non la valeur qui est spécifiée par l'entrée de plage.
6. Disposition d'évaluation de dérive d'horloge selon la revendication 5, caractérisé en ce que la table de consultation (300) comprend en outre une porte ET pour chaque entrée de la paire d'entrées de plages, la porte ET recevant en tant que première entrée la sortie du comparateur correspondant à une entrée des entrées de plages groupées par paires et en tant que seconde entrée la sortie niée du comparateur correspondant à l'autre entrée des entrées de plages groupées par paires afin d'émettre en sortie une valeur logique de niveau haut lorsque le nombre total de paquets reçus pendant l'époque est à l'intérieur de la plage indiquée, où la sortie de la porte ET est ensuite utilisée pour émettre en sortie le seuil de réglage correspondant.
7. Dispositif d'évaluation de dérive d'horloge selon la revendication 3, caractérisé en ce que la table de consultation (300) comprend en outre une entrée de plage qui représente chacune des plages, chaque entrée de plage contenant sa spécification qui spécifie des éléments numériques de poids le plus fort seulement.
8. Dispositif d'évaluation de dérive d'horloge selon la revendication 7, caractérisé en ce que la table de consultation (300)
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comprend en outre un comparateur pour chacune des entrées de plage, le comparateur comparant le nombre total de paquets reçus pendant l'époque d'évaluation à l'entrée de plage afin de déterminer si le nombre total de paquets reçus est égal ou non à la valeur qui est spécifiée par l'entrée de plage, où la sortie du comparateur est ensuite utilisée pour émettre en sortie le seuil de réglage correspondant.
9. Dispositif d'évaluation de dérive d'horloge selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen pour fournir l'évaluation de dérive d'horloge comprend en outre : a. un compteur de paquets reçus de façon tardive pour compter des occurrences d'arrivées de paquets de façon tardive afin de fournir l'indication de l'étendue des arrivées de paquets de façon tardive ; b. un compteur de paquets reçus de façon précoce pour compter des occurrences d'arrivées de paquets de façon précoce afin de fournir l'indication de l'étendue des arrivées de paquets de façon précoce ; et c. une paire de comparateurs d'évaluation de dérive (252, 254), chacun des comparateurs d'évaluation de dérive qui est déclenché par l'événement de cyclage comparant les indications de l'étendue des arrivées de paquets de façon tardive et de l'étendue des arrivées de paquets de façon précoce vis-à-vis du seuil de réglage normalisé.
10. Dispositif d'évaluation de dérive d'horloge selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'évaluation de dérive d'horloge comprend en outre un moyen pour générer la valeur de temps de référence.
11. Procédé de détection d'une dérive d'horloge entre deux horloges, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : a. extraction d'une valeur de timbre temporel qui est générée par une horloge source à partir de chaque paquet reçu d'un train de données surveillé en aval de l'horloge source ; b. dérivation d'une valeur de différence temporelle entre la valeur de timbre temporel et une valeur de temps local courante fournie par une horloge locale ;
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c. détermination de si oui ou non chaque paquet de données reçu est un paquet pris parmi : un paquet reçu de façon précoce, un paquet reçu en temps opportun et un paquet reçu de façon tardive ; et d. détermination de si oui ou non une dérive d'horloge existe entre l'horloge source et l'horloge locale en comparant des degrés des arrivées de paquets de façon tardive et de façon précoce vis-à-vis d'un niveau de seuil de réglage.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que, au niveau de la détermination de si oui ou non une dérive d'horloge existe entre l'horloge source et l'horloge locale, le procédé comprend en outre une étape de : du degré de paquets reçus de façon tardive et de façon précoce vis-à-vis d'un niveau de seuil de réglage normalisé.
13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que, au niveau de la détermination de si oui ou non une dérive d'horloge existe entre l'horloge source et l'horloge locale, le procédé comprend en outre une étape de : sur une planification prescrite, de si oui ou non une dérive d'horloge existe entre l'horloge source et l'horloge locale.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la planification prescrite comprend des périodes temporelles et au niveau de la comparaison des degrés d'arrivées de paquets de façon tardive et de façon précoce vis-à-vis du seuil de réglage, le procédé comprend en outre une étape antérieure de : du seuil de réglage normalisé par rapport à un nombre total de paquets de données qui sont reçus pendant une période temporelle.
15. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que, au niveau de la détermination de si oui ou non le paquet reçu est un paquet pris parmi : un paquet reçu de façon précoce, un paquet reçu en temps opportun et un paquet reçu de façon tardive, le procédé comprend en outre une étape de comparaison de la valeur de différence temporelle vis-à-vis d'une valeur de temps de référence.
16. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que, au niveau de la détermination de si oui ou non le paquet reçu est un paquet pris parmi : un paquet reçu de façon précoce, un paquet reçu
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en temps opportun et un paquet reçu de façon tardive, le procédé comprend en outre les étapes de : a. comptage d'un nombre d'arrivées de paquets de façon précoce afin de spécifier le degré d'arrivées de paquets de façon précoce ; et b. comptage d'un nombre d'arrivées de paquets de façon tardive afin de spécifier le degré d'arrivées de paquets de façon tardive.
17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre une étape de génération de la valeur d ref.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que, au niveau de la génération de la valeur de temps de référence, le procédé comprend en outre une étape de calcul de moyenne d'une pluralité de valeurs de différence temporelle.
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que, au niveau du calcul de moyenne d'une pluralité de valeurs de différence temporelle, le procédé comprend en outre une étape de réalisation d'opérations binaires au niveau du calcul de moyenne de la pluralité de valeurs de différence temporelle.
20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que, au niveau de la réalisation d'opérations binaires au niveau du calcul de moyenne de la pluralité de valeurs de différence temporelle, le procédé comprend en outre les étapes de : a. accumulation de 2"valeurs de différence temporelle dans un registre qui contient une représentation binaire afférente ; et b. décalage de la représentation binaire n fois afin d'écarter de cette représentation binaire des éléments numériques de poids le plus faible.
21 Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que, au niveau de la génération de la valeur de temps de référence, le procédé comprend en outre une étape de calcul de moyenne d'une pluralité de demi-temps de bascule.
22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que, au niveau du calcul de moyenne d'une pluralité de demi-temps de
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bascule, le procédé comprend en outre une étape de réalisation d'opérations binaires au niveau du calcul de moyenne de la pluralité de demi-temps de bascule.
23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que, au niveau de la réalisation d'opérations binaires au niveau du calcul de moyenne de la pluralité de demi-temps de bascule, le procédé comprend en outre les étapes de : a. accumulation d'un nombre de 2n de temps de bascule à l'intérieur d'un registre qui contient une représentation binaire afférente ; et b. décalage de la représentation binaire n + 1 fois afin d'écarter de celle-ci des éléments numériques de poids le plus faible.
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Effective date: 20051130 |