FR2897228A1 - Methode de transmission d'informations temporelles a latence fixe - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une méthode de transmission d'informations temporelles relatives à l'horloge de la source d'une partie émettrice consistant à autoriser la source par un signal indicateur de latence fixe à insérer des informations temporelles servant à asservir l'horloge du décodeur de la partie réceptrice associée à son horloge.

Description

L'invention se rapporte à une méthode de transmission d'informations

temporelles avec une latence fixe dans une liaison par paquets de données (burstée) par une partie émettrice d'un système de communication numérique, destinées à la reconstruction des images par un décodeur.

Plus particulièrement, l'invention se rapporte à des liaisons vidéos, où sont insérées régulièrement des informations temporelles nécessaire à la reconstruction des images par le décodeur.

Les systèmes de communication numériques utilisent pour le transport des données entre émetteur et récepteur des liaisons par paquets (burstées), regroupés par trame de longueur fixe ou variable. La structure d'une telle liaison tramée burstée est représentée par la figure 1. Chaque trame (Trame#1, Trame#2) regroupe donc plusieurs paquets de données (Burst#1, Burst# 2, Burst#3) qui peuvent être de longueur fixe ou variable et qui débute par une entête 1 connue du récepteur. Les paquets contiennent, en plus des données utiles à transmettre, des données d'informations relatives à la liaison regroupées dans les préambules 2 et middambules 3 de chaque trame. L'insertion de ces données d'information est une des origines des retards, également appelées latences, qui affecte les liaisons burstées. La différence entre les latences maximales et minimales d'une liaison est appelée gigue. Par conséquence, dans le cas d'une liaison continue, la latence de la liaison étant constante, la gigue est nulle. Or dans d'une liaison tramée burstée, la gigue est par principe non nulle car l'insertion des données à transmettre peut se faire à n'importe quel moment et particulièrement lorsque des informations propres à la liaison sont envoyées dans les entêtes, préambules ou middambules. L'architecture d'un système concerné par l'invention est représentée par la figure 2.

La partie émettrice comporte une source S et un émetteur E. La source S délivre les données à transmettre à l'émetteur E. L'émetteur a une structure multicouches et comporte en particulier une couche d'accès au support physique (couche MAC) chargée de la création des paquets de données (bursts) et de leur instant d'émission et également une couche physique (couche PHY) chargée du codage canal et de la modulation des données mises en forme par la couche MAC.

Les horloges Tsrc, rythmant la source S, et Tt<, rythmant l'émetteur E, sont asynchrones et les données délivrées par la source peuvent arriver à n'importe quel moment à l'entrée de l'émetteur et en particulier lorsque la couche MAC ou la couche PHY insère des données qui leur sont propres (entête, préambule, middambule). Il s'agit, comme indiqué précédemment, d'une des origines de la gigue qui affecte les liaisons burstées. Le récepteur R comporte de même une couche d'accès au support physique (couche MAC) chargée de la réception des paquets de données (bursts) et une couche physique (couche PHY) chargée du décodage canal et de la démodulation des données. Les données sont donc extraites des paquets (bursts) par le récepteur R puis délivrées au décodeur D où elles sont décodées. Côté récepteur, les horloges du récepteur Trx et du décodeur Tdec sont également asynchrones. Or l'horloge du décodeur Tdec a besoin d'être asservie sur celle de la 20 source Tsrc pour pouvoir exploiter correctement les données envoyées par celle-ci. Pour garantir cette synchronisation, la source insère dans les données des informations temporelles, relatives à son horloge (dit plus simplement, elle transmet régulièrement l'heure de son horloge). En utilisant ces 25 informations, le décodeur peut asservir sa propre horloge sur celle de la source qui a généré les données. Pour que l'horloge du décodeur puisse se synchroniser sur celle de la source, il est donc indispensable que les informations temporelles transmises par la source soient reçues par le décodeur avec une gigue nulle. 30 Actuellement, deux types de technique sont employés pour transmettre ces informations avec une gigue nulle sur une liaison burstée.

Elles consistent soit à ajouter un bloc de mémoire (buffer) au niveau du récepteur afin d'absorber la gigue temporelle de la liaison, soit à modifier (réestampiller) les informations temporelles envoyées par la source afin de tenir compte de la variabilité du temps de transmission.

Dans le cas de la technique dite de type buffer , c'e st-à-dire la technique consistant à mettre en mémoire les paquets de données, les données sont toujours écrites dans la mémoire (FIFO) au rythme où elles arrivent. La lecture pouvant se faire soit à l'initiative de la couche physique qui délivre alors à un rythme parfaitement régulier les paquets de données au décodeur vidéo, soit à l'initiative du décodeur vidéo qui se base sur son horloge pour demander un paquet à la couche physique quand il le juge nécessaire. Le problème majeur de cette technique réside dans la taille de ce bloc mémoire. En effet, pour être efficace, ce bloc de mémoire doit être dimensionné de telle façon qu'il puisse compenser la gigue maximale de la liaison. Si elle est grande, alors la taille de la mémoire est importante. La latence de la liaison devient constante et égale au temps maximum nécessaire à la transmission. La technique dite de type réestampillage est basée sur le calcul d'une référence temporelle. Au moment où le paquet de données contenant les informations temporelles arrive sur l'émetteur, celui-ci note l'heure à son horloge et insère cette heure dans les données transmises. Lorsque les informations temporelles de la source arrivent sur le récepteur, l'heure d'arrivée est relevée et la durée de la transmission est alors calculée en faisant simplement la différence entre l'heure de d'arrivée et l'heure de départ. Les informations temporelles transmises par la source au décodeur sont alors modifiées (réestampillées) en tenant compte de la durée de la transmission. Le décodeur possède alors une référence temporelle fiable pour asservir sa propre horloge sur celle de la source.

La difficulté principale de cette technique de réestampillage consiste à asservir l'horloge du récepteur sur celle de l'émetteur afin que le calcul du temps de transit soit correct. Cela nécessite la mise en oeuvre d'une boucle à verrouillage de phase PLL ( Phase Lock Loop en anglais) numérique côté récepteur qui complexifie ce bloc. De plus les données temporelles, devant transiter régulièrement entre l'émetteur et le récepteur (en plus de celles venant de la source) pour garantir cette synchronisation, génèrent un surplus de données sur la liaison et en conséquence une légère baisse de sa capacité globale. L'invention vise à remédier à ces inconvénients. L'invention est une méthode de transmission d'informations temporelles relatives à l'horloge d'une source, destinées à la reconstruction des images, dans une liaison par trame de paquets (burst) de données. Un signal binaire de contrôle, indicateur de données à latence fixe, est émis par l'émetteur associé à la source, et des données d'informations temporelles sont insérées par la source suite à la réception de ce signal. L'invention a l'avantage de garantir la transmission de toutes les informations temporelles relatives à l'horloge de la source avec une latence fixe, dans une liaison par paquets (burstée) qui présente par principe une gigue non nulle. Préférentiellement, la reconstruction des images se fait au niveau d'une partie réceptrice associée à l'émetteur et les données d'informations temporelles permettent l'asservissement de l'horloge du décodeur de la partie réceptrice à celle de la source. De préférence, les données ayant une latence fixe sont des données transmises dans l'entête de la trame. Elles peuvent être également des données temporairement non perturbées par l'insertion de préambule ou middambule. De préférence, la source retarde la génération et l'insertion des données temporelles absolues jusqu'à réception du signal binaire de contrôle correspondant à l'autorisation d'insertion. Préférentiellement, dans des systèmes avec répétition automatique, la source insert des données temporelles ayant une latence fixe accompagnée par un signal de nouvelle information temporelle après une requête d'information temporelle associée à la réception du signal binaire de latence fixe correspondant à l'autorisation d'insertion. L'invention concerne également un dispositif d'interface de données asynchrones entre la source et l'émetteur d'une partie émettrice d'un système de communication numérique qui comprend une mémoire dite de découplage permettant l'échange de données asynchrones. Le dispositif comporte également au moins un élément ordonnanceur (aussi appelé scheduler en anglais) pour envoyer vers la source une information indicatrice de latence fixe, afin qu'elle transmette des données temporelles à latence fixe relatives à l'horloge de la source. Cette invention permet de ne pas augmenter la latence moyenne de la liaison par, par exemple, l'ajout d'un bloc de mémoire en réception. Préférentiellement, les données temporelles à latence fixe sont destinées à la reconstruction des images par un décodeur en permettant l'asservissement de l'horloge du décodeur à celle de la source.

Elle permet également d'éviter de synchroniser l'horloge du récepteur à celle de l'émetteur car il est seulement nécessaire pour la reconstruction des images par un certain nombre de données transmises, que l'horloge du décodeur soit synchronisée avec celle de la source. La mise en oeuvre de ce dernier est donc fortement simplifiée.

Les caractéristiques et avantages de l'invention mentionnée ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, faite en relation avec les dessins joints, dans lesquels : - la figure 1 déjà décrite, représente la structure temporelle d'une liaison tramée burstée ; - la figure 2 déjà décrite, représente l'architecture d'un système concerné par l'invention ; - la figure 3 montre une implémentation possible de la méthode selon l'invention et, la figure 4 est un exemple d'une autre implémentation de l'invention. Pour pouvoir exploiter correctement les données envoyées par la source, l'horloge du décodeur à besoin d'être asservie sur celle de la source.

Il faut donc que les informations temporelles transmises par la source soient reçues par le décodeur avec une gigue nulle, de façon à être absolument fiable. La figure 3 montre un exemple d'implémentation possible de la méthode selon l'invention.

De façon classique, les échanges entre la source S et l'émetteur E se font en utilisant une mémoire tampon dite de découplage par exemple une mémoire dite FIFO (en anglais First Input First Output). Ces mémoires de découplage sont caractérisées par le découplage des domaines d'horloge concernant l'écriture et la lecture des données. Suite à l'envoi d'une information d'écriture (Write), les données issues de la source sont écrites dans la mémoire à la cadence donnée par l'horloge source Tsc. L'émetteur aura accès à ces données mémorisées dans la mémoire tampon en générant un signal de lecture (Read). Il existe de plus une information de remplissage de la mémoire tampon. En effet si la mémoire est pleine (Full), une indication de mémoire pleine est envoyée à la source qui ne pourra plus envoyer de données. De même, l'émetteur est averti lorsque aucune information (empty) ne se trouve dans la mémoire. L'écriture et la lecture des données se font d'une manière asynchrone car l'horloge source Tsrc est appliquée sur la mémoire tampon de façon à écrire les données au rythme de cette horloge et l'horloge émetteur TX, asynchrone avec l'horloge source, rythme la lecture. Sur une liaison burstée, certains paquets de données, connus de l'émetteur, en particulier de la couche MAC, sont transmis avec une latence parfaitement fixe. Dans ce cas, le retard entre la lecture et l'écriture des données est un paramètre connu et fixe. L'émetteur peut en informer la source. Pour transmettre cette information, une liaison émetteur source est créé par laquelle un signal binaire de contrôle donnant l'indication de latence fixe ILF est envoyé. Ce signal informe la source des instants auxquels il est possible d'envoyer des informations temporelles critiques, avec une latence parfaitement fixe, sans risque qu'elles ne soient perturbées. C'est le cas par exemple sur une liaison tramée burstée, des données transmises dans l'entête de la trame, ou de données transmises sans retard supplémentaire dû à l'ajout de préambules ou middambules. Suite à la réception de cette indication de latence fixe, toutes les informations temporelles relatives à l'horloge de la source seront donc transmises avec une latence fixe.

En utilisant ces informations, le décodeur peut asservir sa propre horloge TOEC sur celle de la source Tsc qui génère les données et l'horloge du décodeur est ainsi synchronisée sur celle de la source. Le signal indicateur de latence fixe ne transite pas par la mémoire FIFO. Lorsque la source souhaite transmettre des données temporelles critiques, elle en vérifie donc la possibilité en utilisant l'information délivrée par ce signal. En cas d'impossibilité, la génération et l'envoi de ces données sont retardés jusqu'à ce que l'émetteur délivre une indication favorable à ce transfert.

L'émetteur doit tenir compte de la taille de la mémoire FIFO et donc en avoir connaissance afin de générer correctement le signal d'indication. Dans ce mode de réalisation, il est donc préférable d'implémenter la mémoire FIFO dans la partie comportant l'émetteur plutôt que dans celle de la source. Le nombre de paquets de données (bursts) transmis avec une latence fixe doit être suffisant pour que la source puisse envoyer régulièrement ses informations temporelles. Le décodeur reste alors synchronisé et de ce fait, l'exploitation des données transmises par la source n'est pas perturbée. Cette invention s'applique parfaitement au cas d'une liaison vidéo entre une source constituée par exemple d'un encodeur ou d'un élément de stockage spécialisé (serveur vidéo) et un décodeur vidéo en charge de décoder le flux avant qu'il ne soit diffusé ou affiché sur un écran.

Si le codeur est, par exemple de type MPEG (Moving Picture Experts Group), les informations temporelles critiques à transmettre sont connues sous le nom de paquet de type PCR (Program Clock Reference). Différentes exemples d'extensions de cette invention sont envisageables particulièrement lorsque la liaison est bidirectionnelle. Dans ce cas, les horloges de la source et du décodeur reste synchronisées. La nouvelle source, associée au décodeur initial, pour la liaison retour utilise l'horloge de celle-ci et reste donc synchronisée avec celle du nouveau décodeur associée à la source initiale.

La source transmet régulièrement une information temporelle qui lui est propre en utilisant le mécanisme décrit dans l'invention. Le décodeur compare alors cette information temporelle avec celle qui lui est propre, calcule la correction à appliquer sur l'horloge de la source et lui transmet cette information en utilisant la voie de retour du système. Aucune contrainte ne s'applique sur cette voie de retour. L'information d'ajustement transmise par le décodeur peut supporter une gigue temporelle sans que le mécanisme d'asservissement en soit affecté. Un autre exemple concerne les systèmes avec des protocoles intégrés de répétition automatique ARQ (Automatic ReQuest for repetition).

Ils sont utilisés pour la transmission sans erreur de données. La figure 4 est un exemple d'une telle implémentation de l'invention Dans le cas d'une liaison burstée bidirectionnelle, le système de répétition automatique (ARQ), mis en place, contribue fortement à la gigue totale de la liaison. En effet la répétition de données entraîne une augmentation de la gigue. L'émetteur ne doit autoriser la source à transmettre des informations temporelles critiques uniquement lorsque le paquet de données (burst) qui va les transporter n'est pas concerné par le système de répétition automatique (ARQ). Il est alors désactivé pour ces données particulières.

Une autre possibilité consiste à autoriser la source à transmettre des informations temporelles critiques lorsque le paquet de données qui va les transporter sera codé avec un codage de canal plus robuste. La probabilité de réception correcte sans avoir à faire appel à une phase de répétition est alors augmentée. Si une répétition est demandée et qu'il n'est pas possible d'inhiber cette répétition, la même information temporelle est transmise plusieurs fois.

Un mécanisme permettant de l'invalider à la réception est mis en place afin qu'elle ne perturbe pas l'asservissement. D'une manière ou d'une autre, et tel que décrit par la figure 4, un mécanisme d'échange permettant l'échange d'informations temporelles est instauré. Selon le principe de l'exemple décrit précédemment avec la figure 3, une horloge source Tsrc rythme l'écriture de la mémoire de découplage, par exemple une mémoire de type FIFO. L'horloge TX de l'émetteur, asynchrone avec l'horloge Tsrc, rythme la lecture des données de la mémoire. Le principe de l'invention e st, suite à une requête de l'émetteur d'une information temporelle RIT (Requête d'Information Temporelle) et en réception du signal portant l'information de latence fixe ILF, l'envoi par la source d'une nouvelle information temporelle NIT relative à son horloge, afin d'assurer la transmission d'une information valide. D'autres exemples d'implémentation de l'invention sont envisageables pour lesquels une synchronisation de plusieurs systèmes est envisagée par la transmission de données temporelles à latence fixe.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Méthode de transmission d'informations temporelles relatives à l'horloge d'une source (TSRC), destinées à la reconstruction des images, dans une liaison par trame de paquets (burst) de données, caractérisée en ce qu'un signal binaire de contrôle (ILF), indicateur de données à latence fixe, est émis par l'émetteur associé à la source, et des données d'informations temporelles sont insérées par la source suite à la réception de ce signal.

2. Méthode de transmission d'informations temporelles selon la revendication 1 caractérisée en ce que la reconstruction des images se fait au niveau d'une partie réceptrice associée à l'émetteur et en ce que les données d'informations temporelles permettent l'asservissement de l'horloge du décodeur de la partie réceptrice à celle de la source.

3. Méthode de transmission d'informations temporelles selon la revendication 1 caractérisée en ce que les données d'informations temporelles ayant une latence fixe sont des données transmises dans l'entête de la trame de paquets de données.

4. Méthode de transmission d'informations temporelles selon la revendication 1 caractérisée en ce que les données d'informations temporelles ayant une latence fixe sont des données temporairement non perturbées par l'insertion de préambule ou middambule.

5. Méthode de transmission d'informations temporelles selon la revendication 1 caractérisée en ce que la source retarde la génération et l'insertion des données temporelles ayant une latence fixe jusqu'à réception du signal binaire de contrôle (ILF) correspondant à l'autorisation d'insertion.

6. Méthode de transmission d'informations temporelles selon la revendication 1 caractérisée en ce que dans des systèmes avec répétition 25 30automatique (ARQ), la source insert des données temporelles ayant une latence fixe accompagnée par un signal de nouvelle information temporelle (NIT) après une requête d'information temporelle (RIT) associée à la réception du signal binaire de latence fixe (ILF) correspondant à l'autorisation d'insertion.

7. Dispositif d'interface de données asynchrones entre la source (S) et l'émetteur (E) d'une partie émettrice d'un système de communication numérique qui comprend une mémoire dite de découplage permettant l'échange de données asynchrones ,caractérisé en ce que le dispositif comporte également au moins un élément ordonnanceur pour envoyer vers la source une information indicatrice de latence fixe (ILF) , afin qu'elle transmette des données temporelles à latence fixe relatives à l'horloge de la source (TSRC).

8. Dispositif d'interface de données asynchrones selon la revendication 7 caractérisé en ce que les données temporelles à latence fixe sont destinées à la reconstruction des images par un décodeur en permettant l'asservissement de l'horloge du décodeur (TDEC) à celle de la source.