JP3920342B2 - マルチメディアネットワーク用クロスバー／ハブ装置 - Google Patents

Description

関連出願
この特許出願は、１９９５年１１月２２日に出願された、「ホームマルチメディアネットワークアーキテクチャ」と題した米国出願番号０８／５６１，７５８の特許出願と、「セットトップ電子部およびネットワークインターフェースユニット構成」と題して１９９５年１１月２２日に出願された米国出願番号０８／５６１，５３４の特許出願と、「データストリームクロックを修復する方法と装置」と題された１９９５年１１月２２日に出願された米国出願番号０８／５６１，５３５の特許出願に、関連する。
発明の分野
この発明はマルチメディアディジタルネットワークに関し、特に、ネットワークに接続された端ユニットあるいはターミナルを経てネットワーク上で受信および再伝送するネットワークのハブに関する。
発明の背景
ディジタル技術と電子通信技術の急速な進歩とは家庭内の製品を相互に接続しさらに外の世界に接続することに対する要求を高めた。コンピュータの家庭への普及はおおよそ３３％でゆっくり伸びているが、政府は、電子通信を発展させ、交通および環境汚染を低減するために、より一層の普及を望んでいる。家庭へのコンピュータの普及の理由は、大衆娯楽（コンシューマーエンターテインメント）を得ることと、低レベルのユーザインタフェースにより隠されている内蔵コンピュータとオペレーティングシステムを備える情報機器にある。そのような機器とは、セットトップボックスである。
セットトップボックスは、テレビの使用を増大させるマルチメディアコンピュータである。従来のセットトップボックスは、外部ネットワークインタフェースモジュールを備える。このモジュールは、セットトップボックスを外部ネットワークとデータプロバイダに接続する。ネットワークインタフェースモジュールは、多くの洗練された機能、例えば、特定の外部ネットワークとのインタフェースを取ったり、チューニングを取ったり、復調したり、エラー訂正を行ったり、ビデオ信号のデスクランブリング（スクランブル解除）を行ったり、ＭＰＥＧクロックを再生したり、外部ネットワークに固有の暗号化や復号化を行ったりする。従って、ネットワークインタフェースモジュールは、セットトップボックスの比較的高額の部品である。この高額費用は、家に１台しかテレビがない場合でも必要となる。しかし、多くの家には複数台のテレビがあり、さらにそれぞれがセットトップボックスを備え、対応するネットワークインタフェースモジュールが存在するため、高価な装置が複数存在する事になっていた。
ネットワークにおける従来のハブは信号生成機能を有しており、信号は装置からハブにネットワーク内部を最大距離、またハブから他の装置に最大距離それぞれ再度伝送する。ネットワーク内の複雑なハブは記憶装置を有し、また、ハブにより受信されたときにデータパケットのアドレスを検査するスキームを送信あるいいは経路指し、データパケットがそれらの意図した宛先に正しく経路指定するためのスイッチング機能を行う。この機能は高価格化を招き、このようなハブを備えた家庭ネットワークのコストは一般的な自家所有者にとっては非常に高価であり、家庭ネットワークを取り付ける妨げとなる。
発明の概要
上記および他の問題は、ターミナルをネットワークに接続するための方法および装置を提供する本発明により解消される。本発明の特定の実施の形態において、受動的ハブおよび直通回線のクロスバー装置が提供される。受動的ハブは、パケットの経路指定回路を持たず、単に受信した信号を再生しネットワーク上に伝送する。直通回線クロスバーは、ネットワーク上の２っのターミナルのための選択的に切り換えることが可能な直通回線を提供し、ハブおよびネットワークをバイパスする。
直通回線の確立は、例えば、セットトップ電子部にビデオデータを直接伝送するためにネットワークインターフェースとの間で使用される。これにより、ネットワークインターフェースをセットトップ電子部から分離できるという特長があり、つまり、各セットトップ電子部における特定のサービスのためのネットワークインターフェースユニットの重複がなくなり、競合するサービスプロバイダの間からの選択ができる。これらの特長は、クロスバーを経由する直通回線が利用できない場合において、例えば、イーサネットに基づく安価な家庭ネットワークにおいて、場合に生じる可能性があり、信号に受容できないジッタが生じる、画像品質の劣化なしに得ることができる。直通回線クロスバーはネットワークインターフェースユニットとセットトップ電子部の間に、あたかもこれらが物理的に近接して位置しており、また従来のセットトップボックスのように、バスに接続されかのような、直通回線を提供する。
他のデータが、直接的に接続されたネットワークインターフェースユニットに送信されたが、直接的に接続されたセットトップ電子部に対して意図されていない場合には、このデータは、ネットワーク上において、全体としてハブを通るものとして経路指定される。これにより、ビデオデータをセットトップ電子部にデータをネットワーク内に導入する複雑なスイッチング装置の必要がなくなる。
本発明の上記および他の特徴、外観および特長は、添付図面を参照して以下の詳細な説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明の好適実施例に従って構成されたホームネットワークの概略ブロック図である。
図２は、この発明のホームネットワークを家庭内に配置した例を説明する図である。
図３は、図１のホームネットワークの論理ダイアグラムである。
図４は、この発明の好適実施例に従って構成されたネットワークインタフェースユニットとセットトップユニットの概略説明図である。
図５は、この発明の好適実施例に従って構成されたセットトップ電子部のネットワークインタフェースのブロック図である。
図６は、この発明の好適実施例に従って構成されたネットワークインタフェースユニットのネットワークインタフェースのブロック図である。
図７は、この発明の好適実施例に従って構成され、ネットワークインタフェースユニットとセットトップ電子部に接続された、ハブと直接回路クロスバーのブロック図である。
図８は、この発明のホームネットワーク用のユーザインタフェースの論理的ダイアグラムである。
好ましい実施形態の詳細な説明
図１は、本発明の実施形態に従って構成されたホームマルチメディアネットワーク１０の概略図である。本実施形態は例示的なものであるが、しかしながら、ネットワーク１０への連結された異なるデバイスを含む、本発明の範囲内でいくつかの異なる手法のネットワーク１０として配置される。さらに、本発明はホーム内に設置されたネットワークへ限定することなく、オフィスや、アパートメントビルディング等のような、他のタイプの構造のイントールされたネットワークに対しても適用可能である。説明のため、ホームインストレーション（導入）のコンテキストについて記述される例示的な形態について説明する。
ネットワーク１０は、異なるタイプの装置のホーム外界への接続度を供給するデジタルネットワークである。この装置は、例えば、アナログテレビジョン１２、デジタルテレビジョン１４、デジタルＶＣＲ１６、デジタルカムコーダ１８、パーソナルコンピュータ２０、オーディオ機器２２、プリンタ２４、ファクシミリマシン２６、及び電話２８である。この装置に外界との接続に加えて、ネットワーク１０はまたホームのデジタルビデオ、デジタルオーディオ、コンピュータと電話装置を共に接続する。この統合通信及びコントロールはホームにおいてなされ、外部ネットワーク接続を最大限にする、または、ネットワーク１０上のいずれかの端末への内部データソースを利用可能にする。
外界との通信は、いくつかの個々のネットワークインタフェースユニット（ＮＩＵ’ｓ）３２を通じてなされエントランスユニット３０において物理的に結合され、ネットワークインタフェースユニット３２毎に、異なる外部ネットワークとホームネットワーク１０との間の接続を許認する。異なる外部ネットワークは、異なるタイプの信号を搬送する。これらは、例えば、ハイブリッド同軸またはケーブル上で搬送された一斉同報（ブロードキャスト）信号（デジタル、またはアナログとデジタルが混合された）である。他のタイプの信号は、ＩＳＤＮ、一斉同報／デジタル衛星サービス、ＦＴＴＣ、ＦＴＴＨ、ＡＤＳＬ、等である。少なくとも以下のデータタイプが搬送される：圧縮ビデオ、圧縮オーディオ、圧縮インタネットＷＷＷグラフィックス及びデータ、インタネット電子メイル及び他のデータ、コンピュータファイルデータ及びコントロールメッセージデータ。
論理的にホームネットワーク１０におけるすべての端末では、ユーザは物理的な範囲を意識せずにネットワークインタフェースユニット３２に対する受信均等なアクセスを行う。ネットワークインタフェースユニット３２の数は、ホームのターミナルユニット数によるものではなく、例えば同時に要求されたいくつかの異なるプログラムチャネル（つまり、ビデオ、オーディオ他）の、ホーム毎に要求されたストリームの数により決定された数が要求される。
ある好適実施形態において、ケーブルまたはアンテナテレビジョンは、分散不能な正規のホーム同軸（単純な旧式テレビジョンまたはＰＯＴＶ）により固定される。ＰＯＴＳ（ｐｌａｉｎ ｏｌｄ ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ）もまたホームデジタルネットワーク１０上に搬送される。
デジタル信号は、ホーム全体に渡る内部ネットワーク３４で分散される。ある好適実施形態において、内部ネットワーク３４は、本質的に、高ビット−レートビデオの受信が可能ないくつかのターミナルユニット毎に対してネットワークスケーラブルに用いられる特殊なスイッチハブによる１０ｂａｓｅ−Ｔまたは１００ｂａｓｅ−Ｔ型のイーサネットのツイストペアである。
ホームネットワーク１０は、ネットワーキングの帯域幅、プロトコル、ルーティング、バッファリングとアドレッシングを支援可能な、これらのコンピュータ、またはコンピュータに組み込まれた製品に接続する。一方、高帯域幅の製品は、この複合機能を支援できず、ホストユニットのような適時情報交換可能なものに対して直接的にまたはローカルな周辺のネットワークを経由して付随させなければならない。ホームネットワーク１０に配置されたコンピュータまたはコンピュータに組み込まれた製品の例としては、エンドユーザデバイスのような機能、（含む）：外部ネットワークからホームネットワークへの変換及び調整を行うためのネットワークインタフェースユニットのＩ／Ｏコンピュータ；セットトップ式の電子部（ＳＴＥ）のようなコンピュータ；パーソナルコンピュータ（ＰＣ’ｓ）；ワークステーション；ハイエンドプリンタ；ゲートウェイ及びゲートウェイのコントロール機能を供給する特殊なコンピュータがある。他のエンドユーザデバイスは、デジタル圧縮（ＭＰＥＧ）と非圧縮ビデオ装置；デジタルビデオカムコーダ製品；デジタルビデオレコーディング製品とデジタルＴＶディスプレイ製品、及びアナログＴＶディスプレイとレコーディング製品、等のビデオ製品を含むネットワーク１０へ結合されることが可能である。オーディオ製品は、デジタル圧縮（ＭＰＥＧ）と非圧縮オーディオ装置；ＨＩＦＩステレオ；デジタルオーディオテープレコーディング製品を含むネットワーク１０へ結合されることが可能である。他のタイプの製品は、プリンタ及び他の周辺機器のようなデータ製品としてネットワーク１０に接続可能である。未だ将来的な製品は、ネットワーク１０を通じてコントロールされることが可能である。これらは、セントラルヒーティング／エアーコンディショナー（ＡＣ）、セキュリティコントローラ、マイクロ波オーブン及びキッチン機器、照明、スプリンクラーと他のパワーコントロール、を含むホームオートメーション及び器具である。
ある実施形態のホームネットワーク１０では、動画−ＪＰＥＧまたはＩ−ｆｒａｍｅ−ｏｎｌｙ−ＭＰＥＧビデオデバイス、オーディオデバイス、プリンタのような周辺装置が、将来的な高ビットレートのためのローカルな接続を供給する１または多数のローカルな周辺ネットワーク１５が含まれる。これらのデバイスは、例えば、デジタルカメラからデジタルＶＣＲへなされる、継続的なデータ転送元からの、高帯域幅で継続的なローカルなデジタル接続を必要とする。このようなデバイスは、内部ネットワーク３４上で直接的に通常に必要とされたよりも全体のネットワーク３４におけるネットワーク帯域幅を超過する要求に対して調整するものである。代わりに、ローカルな周辺ネットワーク１５は、適時情報交換可能なようにゲートウェイにより内部ネットワーク３４に対して通常に接続される。しかしながら、本発明の他の実施形態では、ホームネットワーク１０は、ローカルな周辺ネットワーク１５を必要としない高速デバイスで調整されるハードウェア及びソフトウェアが供給される。
ホームオートメーションネットワーク１７は、ホームオートメーションが供給される。このホームオートメーションネットワーク１７は、ホームセキュリティシステムや、照明等の器具を制御するために電力供給線または他の低ビットレートのネットワーク上で実行される。この起動は、ホーム内に配置されたコントロールコンピュータ２０からなされる。
図２に記述されたハウス３６内は、本発明のホームネットワーク１０における例示的なモデルのインストレーション（導入例）である。ホームネットワーク１０は、例えば、スイッチハブ３８から内部ネットワーク３４を形成する、長距離のバックボーンが可能な１００ｍまでのケーブル配線である。図２に記述された模範的なインストレーションにおいて、エントランスユニット３０は、スイッチハブ３８とともに、ホームにおけるユーティリティエリアに配置された多重のネットワークインタフェースユニット３２を具備する。
ツイストペアのケーブルは、ハウス３６における部屋毎に配線され壁ソケットに成端する。「Ｃａｔ−５」のツイストペア（１００Ｍｂｉｔｓ／ｓ用）は、例えば、労務コストの多数を占めるものとして、インストレーションの際に使用される。一時的なレトロ−インストレーション用では、ツイストペアのケーブルが充分小さいので、敷物下に顧客が取り付けられる。ホームのユーザは、イーサネットの壁ソケットに対してコンピュータ製品のイーサネットポートをプラグイング（逆転防止）することにより、部屋のコンピュータ製品を接続する。
図２の実施形態では、スイッチハブ３８は、単独のデバイスとして記述されているが、他の実施形態におけるスイッチハブ３８では、１または複数のネットワークインタフェースユニット３２内に一体化される。スイッチハブ３８は、ハウスのすべてのエリアと１または複数のネットワークインタフェースユニット３２とに対する連結度を供給する。アップグレード、内部ネットワーク３４の総計帯域幅及び連結度の双方の拡張は、より大規模なハブへのプラグイングまたは変更の追加により実現される。ハブに関する詳細は後述する。
本発明では、図１及び図２に示したように、セットトップ式の電子部４０からのネットワークインタフェースユニット３２の機能を分離する。一般に、セットトップ式のボックスは、セットトップ式の電子部構成要素へのバスにより、構成要素が内部接続されたネットワークインタフェースユニットを具備する。対象的に、本発明が供給するネットワークインタフェースユニット３２の分離とセットトップ式の電子部４０とは、内部ネットワーク３４のその間に挿入されたものである。この配置は、ネットワークインタフェースユニットの電子部が、セットトップ式の各電子部の複製がなくなった時点から、安価にホーム全体にわたって分散された多重のセットトップ式の電子部に対する許認を行う。さらに、単独のネットワークインタフェースユニット３２は、異なる外部ネットワーク及び共通の内部ネットワーク３４へ結合され、電話またはケーブル会社のような単一のソースからのプログラミングを受信することにより世帯主を既存の束縛から解放する。この分離は、また、ホーム３６全体にわたるすべてのセットトップ式の電子部４０についての交換要求以外の、世帯主の追加、特定のネットワークインタフェースユニット３２の変更によるサービスの削除及び変更を許容する。
ある実施形態において、「ｍａｓｔｅｒ」セットトップ式のボックスでは、多重のネットワークインタフェースユニットが供給される。しかしながら、本実施形態は、論理的に上述の記述と同様であり、セットトップ式の電子部へのバスに依存しない、本実施形態の内部ネットワークへ接続されたネットワークインタフェースである。
図３は、本発明のホームネットワーク１０における論理的な図である。図中の表示は、ネットワーク接続の中央に位置する多重ポートのスイッチハブ３８である。ある実施形態では、妥当にコントロールされたインタ−パケットのジッタは、慣習的に、コマーシャル可能なパケットとしてスイッチハブ３２に用いられる。好適実施形態によれば、図３に記述されたように、スイッチハブ３８は、セッション期間用に直接（サーキット）スイッチされたポートとネットワークポートとの組み合わせである。直接接続されたポート（とシステム）は、ネットワーク（コード化された）クロックを介してロックされたフェーズとなる。この機能を供給する、スイッチハブ３８は、相対的に単純且つ安価なハブ４２と直接サーキットクロスバー４４とにより構成する。ハブ４２は、好適実施形態では、Advanced Micro Devices社（Sunnyvale,California）により製造された「Ａｍ７９Ｃ９８１」のような、コマーシャル可能なデバイスである。直接サーキットクロスバー４４の詳細は、図７において後述される。
スター・トポロジーは、スイッチングハブ３８による結合が使用された１０／１００ｂａｓｅ−Ｔのイーサネットにより定義されたものである。スイッチハブ３８は、ハウス３６の殆どの部屋へのファンアウト（端末増設機能）を供給する。最大システム帯域幅は、多重のワイヤービットレート（（ビットレート×ポート数）／２）であり、例えば、２０ポート数と１００Ｍｂｉｔｓ／ｓビットレートの場合の帯域幅の総計は、１Ｇｂ／ｓとなる
スイッチハブ３８により、極度に非対称なトラヒック、例えば、送信機から受信機に直接的に経路指定することによる圧縮デジタルビデオおよびインターネットデータ、に対する特定の処理が可能になる。このトラヒックは内部ネットワーク３４から分離され、全体の総計の帯域幅は、ブランチ当たり１０Ｍｂｉｔ／秒に依然として制限されるが、ハブ３８の発展性によってのみ制限されることになる。１０ベース−Ｔ技術に代えて１００ベース−Ｔ技術を使用することで、必要に応じてネットワークを改良できる。
スイッチハブの直接同期（マンチェスターあるいはフロック符号化）接続は、連続的な、高ビット速度の、長期間接続が行われる場所でのＭＰＥＧビデオの伝送のために主に使用される。圧縮された形式の高ビット速度のビデオは、最大８Ｍビット／秒であり、またライブビデオおよび高速なアクション映画やスポーツのために必要である。低ビット速度は１．５Ｍビット／秒である。本発明によれば、ＭＰＥＧデジタルビデオはネットワーク１０の全範囲で保持される。実際のビデオへの変換は表示装置（例えば、テレビ１２）あるいはセットトップ電子部４０においてのみ行われる。
二つのセパレート分離回線を図３に示す。例えば、ＩＳＤＮネットワークに接続されているネットワークインターフェースユニット３２は、直通回線クロスバー４４を通じて、ローカルペリフェラルネットワーク１５のパーソナルコンピュータ２０へと接続される。
一方、セパレート直通回線は、異なるネットワークインターフェースユニット３２（例えば、ハイブリッドファイバーコアクス即ちハイブリッド同軸ファイバーに接続されているユニット）と、テレビ１２に結合されたセットトップ式の電子部即ち電子装置４０と、の間の直通回線クロスバー４４によって提供される。ハブ４２に設けられた直通回線クロスバー４４を通じて直接に接続されているわけではないこれらのデバイスは、上述のようにネットワーク化されている。
ダイレクトポイント−トゥ−ポイントパスが形成されるスイッチングハブのアーキテクチャーに関しては、このパスを通るすべてのデータは、たとえそのデータが他の一つ以上のターミナルへのものであったとしても、このパスのエンドポイントターミナルに直接供給される。従って、ある好適実施形態においては、多重化が高レートデータによりなされたデータ（通常はメッセージング）は、このようなパケットをハブ３８へと戻すダイレクトパスのエンドポイントによってネットワーク化されたターミナルへと送る必要がある、というルールに従っている。例えば、ＩＳＤＮネットワークに送られたメッセージであって、ローカルペリフェラルネットワーク１５のデバイスに送ることは意図されいないものは、ローカルペリフェラルネットワークホスト２０によって、ハブ３８にもどされる。このルールによって、パケットルータタイプのスイッチングハブによる費用や複雑さをなくすことができ、デマルチプレキシングをセンターにではなくエンドポイントに配置し、アシンメトリックデータフロー及びローカルデスティネーションに対しても良好に作動する。即ち、スイッチのレイヤーにさらされることはない。
直接スイッチされるパスの利点は、ネットワーク３４にアクセスする際の潜在的遅れ（及び、ＭＰＥＧストリームで送られるデリケートなクロック参照タイミングを狂わせるおそれ）を抑えることができることである。
ハブ３８は、ある好適実施形態においては、全二重認識であることが求められる。この全二重認識とは、直接ルート化されたパスがトランスミッタターミナル”アップ”パスのみを、レシーブターミナル”ダウン”パスのみに接続する、ということである。これとは逆に、トランスミッタへのパスおよびレシーバへのパスは、直通回線には影響されず、通常はネットワークに接続される。即ち、互いに接続された残りのターミナルパスヘと接続される。
ユーザからのサービスリクエストにより、特定のルーティング即ち経路指定が生じる。メッセージは、ハブ制御装置によりピックアップされ、ダイレクトルーティング変更がなされる。ネットワーク接続からスイッチされることなく、かつルーティングのないデバイスが要求される。
ＭＰＥＧクロックリカバリーは、ネットワークインターフェースユニット３２においてなされる。この点は後述する。ネットワークインターフェースユニット３２におけるＭＰＥＧクロックリカバリーや、ホームネットワーク目的地（デスティネーション）への直通回線の確立によって、目的地（例えばテレビ１２）で受信される信号のジッタが実質的に除去される。直通回線容量は、エンターテイメント（ビデオ）ホームシナリオにおいて予測される、非常にアシンメトリックなポイントトゥポイントトラフィックに好適である。
アナログのみのサービス、例えば、トランジショナルケーブルテレビに関しては、これは、デジタルネットワークの範疇とは考えられない。デジタル／アナログの混合サービス、例えばハイブリッドファイバーコアクス（ｈｙｂｒｉｄ ｆｉｂｅｒ ｃｏａｘ：ＨＦＣ）や近年の形態における混合ケーブルテレビ等においては、これは、移行時期であると考えられ、本発明にかかる全デジタルシステムへと一時的にアド・オンされるべきものとして扱われる。ＨＦＣからの信号は、直接セットトップ電子装置４０へと送られるか、あるいは、ネットワークインターフェースユニット３２／セットトップ電子装置４０のコンビネーションに送られる。ホームネットワーク１０に接続するには、二つのポートが必要とされ、一方のポートは、ネットワークインターフェースユニット３２、もう一方のポートは、セットトップ電子装置４０のためにそれぞれ必要となる。好適実施形態においては、バイパスが設けられて、アナログ信号を、セットトップ電子装置４０のオーディオ／ビデオ回路へとリンクがなされる。
ホームネットワーク１０は、ローカルターミナル機器、例えばパーソナルコンピュータ２０やセットトップ電子装置４０等に接続されたコンピュータのキーボードもしくは携帯式コマンダーを通じて制御される。各ホームターミナルのローカルな制御ソフトウェアは、ソースアビリティ、ソースセレクション、ネットワークインターフェースユニット３２とのコミュニケーションによるパスマネージメント、及び外部ゲートウェイのマネージメントをそれぞれ行う。外部ネットワークプロトコルは、ネットワークインターフェースユニット３２内でバッファ処理され、ホームネットワーク１０のターミナルへのスタンダードインターフェスが提供される。
図８に、ユーザインターフェースの一例を示す。この実施形態においては、ホームネットワーク１０は、トランスパレントであり、ユーザは、接続されたサービスの数から、トランスパレントであることが非直接的にわかるだけである。
図４は、単一のネットワークインターフェースユニット３２を示すブロック図であり、このユニットは、内部ネットワーク３４によって単一のセットトップ電子装置ユニット４０に結合されている。ホームネットワーク１０の残りの部分は、スイッチングハブ３８を含めて、図４には示されていない。
ネットワークインターフェスユニット３２は、ネットワークインターフェースモジュール５０を一つ以上有しており、このモジュールは、ネットワークインターフェースユニット３２と特定の外部ネットワークとのインターフェースをとる。図４の実施形態においては、ネットワークインターフェースモジュール５０は、ＭＰＥＧビデオデータを流す外部ネットワークとのインターフェースをとる。このＭＰＥＧビデオデータは、内部ネットワークインターフェースデバイス５２に送られる。このデバイスでは、内部ネットワーク３４に送るようにデータが前処理される。好適実施形態においては、内部ネットワーク３４は、イーサネットネットワークで、内部ネットワークインターフェースデバイス５２は、イーサネットインターフェースデバイスである。
本発明のアーキテクチャーにおいては、いくつかのネットワークに対しては、流入するストリームのコンストラクションによる任意的帯域セットにではなく、限定的な帯域制限の範囲内（一つのストリーム）にとどまるには、ネットワークインターフェースユニット３２における第一ステージデマルチプレキシングが必要である。ＭＰＥＧ−２ビデオが用いられているとすると、マルチプルプログラムトランスポートストリームから、単一のプログラムトランスポートへのデマルチプレキシングがあり、これは、ＭＰＥＧ−２の仕様書に定義されている。これは、ＭＰＥＧトランスポートチップ５４、例えばＣ−Ｃｕｂｅより入手可能な商用の９１１０Ｂチップによりなされる。（ビデオ、オーディオ、及びその他のデータを分離するための第二ステージデマルチプレキシングは、セットトップ電子装置においてなお生じる一方、デコーディングは、好適には、ディスプレイターミナルまたはコンピュータにおいてのみなされる。）この手法により、高帯域ストリームを家に送る必要はなく、家庭３６内のターミナルは、標準化された単一のプログラムインターフェースのみをみることになる。圧縮は、家庭、例えば、セキュリティ用のフロントカメラやビデオコンファレンスカメラ等、において作られたビデオに対して要求される。
外部ネットワークインターフェース、解読、アクセス制御、単一プログラムストリームへのデマルチプレキシング等は、ネットワークインターフェースモジュール５０によりなされる。従って、ネットワークインターフェースモジュール５０は、設けられている外部ネットワークの特性から、ホームネットワークハードウェア及びソフトウェアのバッファ処理を行う。マルチプルディファレントプログラムでは、一つもしくは複数のプロバイダからのマルチプルネットワークインターフェースクロスバーコネクションが必要とされる。ある好適実施形態においては、デュアルモジュールが、クロスバーへの二つのコネクションに設けられており、同じ外部ネットワークから受信した二つのプログラムを供給する。
ＭＰＥＧトランスポートチップ５４は、ＭＰＥＧクロックリカバリーを行い、リカバーされた２７ＭＨｚクロック及び選択されたプログラムを、内部ネットワークコネクション５６に送る。２７ＭＨｚクロックは、ネットワークシンセサイザ５８へのＭＰＥＧによってレシーブされ、例えば、内部ネットワーク３４が１０Ｂａｓｅ−Ｔ イーサネットネットワークのときは、１０ＭＨｚクロックへとコンバートされる。この１０ＭＨｚクロックは、選択されたプログラムとともに、内部ネットワーク３４に接続された従来のトランシーバ６０（例えばイーサネットトランシーバ）に送られる。シンセサイザー５８は、イーサネットクロックをリカバーされたＭＰＥＧクロックへとロックするように作用する。データのパケットがネットワークインターフェースユニット３２からセットトップ電子装置４０へと伝送されるとき、セットトップ電子装置４０は、リカバーされた２７ＭＨｚのＭＰＥＧデータへとロックされる。セットトップ電子装置４０において、他のシンセサイザによって、イーサネットの１０ＭＨｚクロックから２７ＭＨｚクロックが再生される。
データは、ネットワークインターフェース６４を備えたネットワークインターフェースデバイス６２によって、セットトップ電子装置４０内で受信される。ネットワーク３４のデータストリームからネットワークインターフェース６４によって再生された１０ＭＨｚクロックは、ゲーティングにより、ネットワークへのゲート６６を通じてＭＰＥＧシンセサイザ６８へと送られる。ゲーティングは、データのパケットが存在するときにのみロッキング機能が行ううようにするために必要である。１０ＭＨｚクロックは、２７ＭＨｚクロックに変換され、ＭＰＥＧデコーダ７０及びビデオデコーダ／エンコーダ７２へと送られる。選択されたプログラムは、ネットワークインターフェース６４によって、ＭＰＥＧデコーダ７０へと送られる。このデコーダは、ＭＰＥＧデータをデコードして、ビデオデコーダ／エンコーダ７２へと送る。データストリームは、ビデオエンコーダ７２によって、テレビ等の表示装置に好適なフォーマット、例えばＮＴＳＣやＰＡＬ方式に変換される。（ＨＦＣ）のビデオデコーダのＯＳでは、デジタル化すべきＮＴＳＣアナログ信号があり、オンボードのグラフィックハードウェアとマージしている。
図４に、ネットワーク３４を示す。ここで、上述の説明から、ビデオデータはハブ４２を通じてネットワーク３４に流すこともできるが、ネットワークインターフェースユニット３２と、ネットワーク３４のクロスバー４４を通じてのセットトップ電子装置４０と、の直通回線を用いることが、ジッタリングのないビデオデータトランスファーを得るには好適である。
図５に、図４に示すセットトップ電子装置４０のネットワークインターフェースデバイス６２の実施形態のより詳細な説明図を示す。ネットワークインターフェースデバイス６２は、ゲーティングデバイス６６として作動しているプログラムロジックデバイスに結合されたネットワークシンセサイザ６８を有する。ネットワークシンセサイザー６８は、市販のチップ、例えばモトローラ社のＭＣＩ１４５１５１でもよい。プログラムロジックデバイス６６は、市販のチップ、例えばモトローラ社のＭＣ７９５８の中に設けられてもよい。電圧制御水晶発振器８０は、２７ＭＨｚで作動し、その信号をプログラムロジックデバイス６２に送る。このデバイス６２は、受信されたデータパケットがあるときには、シンセサイザ６８への１０ＭＨｚ信号のゲート処理を行う。シンセサイザは、１０ＭＨｚ及び２７ＭＨｚの周波数を、共通の周波数へと分割する。シンセサイザ６９の位相検出器の出力は、電圧制御水晶発振器８０の制御信号として供給され、ローカル周波数をアップまたはダウンさせて、入力イーサネット周波数へとロックする。
データパケットの受信及び１０ＭＨｚのクロックをプログラムロジックデバイス６６に知らせる信号は、受信可能としてサーブするシリアルインターフェースアダプタ８２によって提供される。市販の製品であって、シリアルインターフェースアダプタに好適なのは、アドバンスド マイクロデバイス製のＡｍ７９９２Ｂである。
データストリームは、トランスフォーマー／フィルタ、例えばパルスエンジニアリング社のＰＥ６８０２６を通じて受信可能である。コリジョン情報もまた、他のトランスフォーマー／フィルタ８６、から受信可能で、トランスフォーマー／フィルタ８４と同じタイプのものを用いることが可能である。受信されたデータは、例えばツイステッドペアのイーサネットトランシーバプラス（Ａｍ７９Ｃ１００）等の第一のネットワークトランシーバ８８に送られる。第一のネットワークトランシーバ８８の出力（受信されたデータ）は、レシーブイネーブル８２とコントローラ９０に対してアベラブルな状態となる。コントローラ９０は、市販の製品、例えばシングルチップイーサネットコントローラＡｍ７９Ｃ９７０（アドバンスドマイクロデバイス社製）でもよい。コントローラ９０は、例えばペリフェラルコンポーネントインターコネクト即ちＰＣＩバス等のバス９２に結合され、ネットワーク３４から受信されたデータを、セット電子装置４０のＭＰＥＧデコーダ７０へと送る。
第二のネットワークトランシーバ９２は、コントローラ９０へと接続され、同種の８８等のトランシーバによってインプリメントされてもよい。第二のネットワークトランシーバ９２は、コントローラ９０からネットワーク３４へのデータの伝送通路を、トランスフォーマー／フィルタ８４を通じて提供する。
コリジョン情報は、トランスフォーマー／フィルタ８６を通じて、第二のトランシーバ９２からコントローラ９０へと送られる。
図６は、内部ネットワークコネクション５６のより詳細な説明図であり、このコネクション５６は、ネットワークシンセサイザ５８へのＭＰＥＧを有する。このシンセサイザ５８は、図４に示されるように、ＭＰＥＧトランスポートチップ５４により再生された２７ＭＰＥＧクロックから、１０ＭＰＥＧクロックを合成する。水晶発振器９６は、シンセサイザ５８に接続されて、１０ＭＨｚ信号が得られる。ある実施形態においては、水晶発振器９６は、２０ＭＨｚ発振器で、このシンセサイザにより生成される周波数は２０ＭＨｚで、これはレシーバ（セットトップ電子装置４０）において単純に１０ＭＨｚに分割される。市販のシンセサイザは、モトローラ社のＭＣ１４５１４５−２である。
１０ＭＨｚクロックは、マイクロプロセッサ１００のインターフェースとして作動するマイクロプロセッサインターフェース９８に送られる。このマイクロプロセッサインターフェース９８は、マイクロプロセッサ１００とともに、トランシーバ６０を構成する。このトランシーバ６０は、トランスフォーマー／フィルタ１０２を通じて内部ネットワーク３４に接続している。マイクロプロセッサインターフェース９８は、例えば、モトローラ社のＭＣ６８１６０チップでも良く、マイクロプロセッサは、同じくモトローラ社のＭＣ６８ＥＮ３６０でもよい。トランスフォーマー／フィルター１０２は、図５のトランスフォーマー／フィルター８４、８６と同種でもよい。
セットトップ電子装置４０からネットワークインターフェースユニット３２を分離することで、前述したように、数々の利点が得られる。インテグレートされたネットワークインターフェースユニットに関する従来のセットトップボックスの機能（レスポンシビリティー）は、本発明の実施形態では、分割されている。例えば、好適実施形態においては、ネットワークインターフェースユニット３２は、外部ネットワークの特定のインターフェーシング、チューニングデモジュレーション、及びエラー訂正の実行に応答できる。これにより、外部ネットワークの特定のビデオのデスクランブリング及び暗号化／複合化（クレジットカード番号、ユーザパスワード等）がなされる。ネットワークインターフェースユニット３２は、また、外部ネットワークのここのプログラムガイドを提供する。加えて、それは、ＭＰＥＧトランスポートの単一ストリームへのデマルチプレキシング及びＭＰＥＧ参照クロック再生を行う。本発明の好適実施形態においては、ネットワークインターフェースユニットは、ホームネットワークイーサネットインターフェーシング及びＭＰＥＧ／イーサネットクロックロッキングを提供する。また、マルチプルストリームやマルチプルユーザのための外部ネットワークやホームネットワークプロトコルをサポートするためのソフトウェアをも提供する。ネットワークインターフェースユニットは、ホームネットワークのゲートウェイとして作動し、かつ、必要に応じてデータのバッファリングを制御するソフトウェアを有する。
好適実施形態では、セットトップ電子装置４０は、本質的に、オーディオ、ビデオ、グラフィック、及びアナログテレビインターフェースを備えたアプリケーションとして作動する。例えば、セットトップ電子装置は、ホームネットワークの特定のインターフェーシング及びデータバッファリングを、必要であれば、提供する。これにより、好適実施形態においては、イーサネットクロック／ＭＰＥＧクロックロッキングがなされる。それにより、オーディオやビデオに対するデジタルからアナログへの変換が行われ、赤外線遠隔装置からのコマンドがサポートされる。セットトップ電子装置４０は、アナログビデオ入力（ＮＴＳＣ）のサポートを提供する。これは、プリンタ、ゲームポート等のインターフェースとなり、ブートレベルオペレーティングシステムをサポートし、外部ネットワークからフルシステムのダウンロードが可能である。セットトップ電子装置４０は、アプリケーションプログラムをサポートし、かつ、ネットワークインターフェースユニットを通じてのネットワークプロバイダ及びプログラムビデオサーバへの通信をサポートする。
図７は、ハブ４２及び直通回線クロスバー４４の本発明に係る配置の一例及びそのネットワークインターフェースユニット３２とセットトップ電子装置４０との接続の詳細を示す説明図である。直通回線クロスバー４４、４２は、特定のネットワークインターフェースユニット３２とセットトップ電子装置４０との間の直通回線か、または、これらのユニットのハブ４２を通じての簡素なネットワーク接続か、のいずれかを選択的に提供する。図７においては、図示及び説明のために、ネットワークインターフェースユニット３２とセットトップ電子装置４０との一部のみが示されている。
本発明の好適形態においては、ハブ４２は、比較的シンプルで安価なハブである。なぜなら、このハブは、パケットルーティングスイッチまたはストア及びフォワードスイッチは有していないからである。パケットルーティングスイッチを有するハブでは、トラフィックを試験したり、送信及び受信アドレスに応じてハブをダイナミックにスイッチするインテリジェンス部が必要であるが、ハブ４２には、これらは設けられていない。
また、図７においては、ネットワークインターフェースユニット３２やセットトップ電子装置４０は、直接に接続されているものはそれぞれ一つしか示されていない。しかし、直接接続されたペアをいくつ用いても良く、直通回線クロスバー４４により接続されたペアの数は、クロスバー４４のサイズに応じて、いくつにしてもよい。ネットワークインターフェースユニット３２及びセットトップ電子装置４０は、それぞれ、５つのピンポジションまたは接続により示されており、各接続はペアとなっている。これは、従来の電話プラグであって１０個のピンポジションを有するテレホンＲＪ４５と一致している。
内部ネットワーク３４は、ネットワークインターフェースユニット３２、セットトップ電子装置４０及び直通回線クロスバー４４の間の接続を提供する。好適実施形態においては、内部ネットワーク３４は、１０もしくは１００ベースＴイーサネットである。
インターフェースユニット３２とセットトップ電子装置４０との間のネットワーク接続または直通回線の選択は、多数のスイッチ１０８により確立され、これらは、図７に示され、以下の説明において互いに区別出来るように、符号を付して説明される。図７の例においては、ネットワークインターフェースユニット３２及びセットトップ電子装置４０は、互いに直接接続され、ネットワークインターフェースユニット３２は、セットトップ電子装置４０にデータを伝送する。マイクロプロセッサ１１０は、直通回線クロスバー４４の制御装置として働き、直通回線の作動を要求するユーザコマンドに応答して、スイッチ１０８のポジションを制御する。例えば、ユーザがビデオオンデマンドサービスから映画を見ることを選択した場合、ハンドヘルド式のリモコンで、この選択を行う。マイクロプロセッサ１１０は、この選択に応じて、スイッチ１０８のポジションを変更し、ビデオオンデマンドサービスを流している外部ネットワークに接続されたネットワークインターフェースユニット３２と、ユーザが映画を見るのに用いるテレビ受像機に結合されたセットトップ電子装置４０と、の間に、直通回線を確立させる。
この場合、スイッチ１０８ａは、図示される位置から、ネットワークインターフェースユニット３２のトランシーバ８８の送信ラインを直通回線クロスバー４４のライン１１２に接続する位置へと移動される。トランシーバ８８の送信ラインは、もはやハブ４２のＴｘ１ポートにおけるネットワークに接続されてはいない。同様に、セットトップ電子装置４０のトランシーバ９２の受信ラインは、スイッチ１０８を通じて、直通回線のクロスバー４４の同じライン１１２へと接続されている。この直通回線が確立されることで、ネットワークインターフェースユニット３２を通じて入るデータは、ハブ４２を通じてネットワークにブロードキャストはしない。しかし、その代わりに、このデータは、データが用いられるロケーションにおけるセットトップ電子装置４０に直接送られる。
直通回線クロスバー４４により確立された直通回線は、ネットワークインターフェースユニット３２からセットトップ電子装置４０へのデータのすぐれた経路を確立するが、ネットワークインターフェースユニット３２に流入するデータの必ずしもすべてがセットトップ電子装置４０へのものではないこともあり得る。例えば、電子メールがこの特定のネットワークインターフェースユニット３２で受信され、世帯主がその電子メールを、テレビではなくて、パーソナルコンピュータに送る、という場合がある。しかし、直通回線が確立された後には、ネットワーク３４との接続がなされなくなっている。
この問題を解決するために、セットトップ電子装置４０は、受信するデータパケットのアドレスを調べ、このセットトップ電子装置４０宛てではないデータに対しては、ルーティング機能を実行する。このデータは、セットトップ電子装置４０によって、ハブ４２を通じてネットワーク３４に再度ルーティングされる。このエンドポイントコネクション（この例ではセットトップ電子装置４０）による再ルーティングによって、システムは、高価で複雑なルーターを用いる必要はなくなる。セットトップ電子装置４０は、マイクロプロセッサ１２０及び備えられたメモリ１２２を有して、データパケットの識別及びネットワーク３４へのルーティングを行う。
ネットワークインターフェースユニット３２とセットトップ電子装置４０との間の直通回線により、ビデオデータの「ジッタリングのない接続がなされる。しかし、他のデータを、ハブを通じてのネットワーク３４へと再ルーティングさせることで、ネットワークインターフェースユニット３２により家庭に送られるデータの種類を一種以上とすることが可能となる。ネットワークインターフェースユニット３２と、セットトップ電子装置ユニット４０と、の間に直通回線が確立されると、ハブ４２への送信を可能とするために、セットトップ電子装置４０によって、コリジョン検出が要求される。セットトップ電子装置４０は、コリジョンを検出して、このようなコリジョンが生じた場合、ネットワーク３４へとデータを再送信する。ネットワークインターフェースユニット３２は、ある実施形態においては、コリジョンをディスエイブルにセットすることも可能である。なぜなら、コリジョンは、直通回線では発生し得ないからである。しかし、ある実施形態においては、ネットワークインターフェースユニットポートとセットトップ電子装置ポート（クロスバー４４を通じてネットワーク３４への）とは、便宜上、ともに、同じコリジョンペアが備えられる。
ある好適実施形態においては、５つのペアのワイヤーの一つが、システムのピクチャーインピクチャー容量（ｐｉｃｔｕｒｅ ｉｎ ｐｉｃｔｕｒｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）を得るために、使用可能となっている。例えば、ネットワークインターフェースユニット３２は、他のトランシーバ８８を通じて、第二のペアのトランスミットワイヤに対して、第二のデータストリームを、分離クロスバー接続ライン１１４に送ることもできる。セットトップ電子装置４０は、同じくライン１１４に接続された他のトランシーバ８８ａを有し、テレビのスクリーンにピクチャーインピクチャー状態を実現するよう、この第二のデータストリームを、直通回線を通じて受信する。従って、双方のピクチャーは、分離直通回線によって、ジッタリングが生じることはない。
本発明のある好適実施形態では、クロスバースイッチ１０８は、アナログＭＯＳアレイトランジスタによりインプリメントされており、制御装置１１０からの信号に応答して制御される。これは、単なる一例であり、当業者により、他の設計のスイッチを用いたの設計を用いることもできる。
本発明の説明は、機能的に種々のエレメントのうちから、ある論理ディスティンクション（ｌｏｇｉｃａｌ ｄｉｓｔｉｎｃｔｉｏｎｓ）に関するアレンジメントに関して行われたが、これらの論理ディスティンクションは、他の実施形態では、他のものとすることができる。例えば、ハブ４２は、内部ネットワークに接続された状態で説明された。しかし、ハブ４２は、また、論理的には、内部ネットワークの一部として、またはネットワークを形成しており、残りの配線形成手段は、ハブ４２へのエンドターミナルの取り付けのためのものさえ考えられる。当業者であれば、従って、本明細書において指摘及び説明した論理的区別は、単なる例示に過ぎない。
本発明によって、ネットワークインターフェースユニットとセットトップ電子装置とを分離することで、比較的安価に、屋内と外部世界との多数のデバイスを互いに接続することが可能となる。
以上本発明を図面を参照して説明したが、上記した構成および方法は単に例示および実例のためのものであり、これらに限定されるものではない。

Claims (2)

1. 複数のエンドターミナルを選択的に接続するためのデジタルネットワーク（３４）において使用するための直通回線クロスバーおよびハブ装置において、直通回線クロスバーおよびハブ装置は、
   複数のエンドターミナルの少なくとも２つの結合され２つのエンドターミナルを一緒に選択的に接続するように構成された直通回線クロスバー（４４）を含み、直通回線クロスバー（４４）はこれにより２つのエンドターミナル間の直通回線を確立し、および
   直通回線クロスバー（４４）に接続され直通回線クロスバー（４４）により選択的に結合されない複数のエンドターミナルの２以上のものを接続するように構成された受動的ハブ（４２）を含み、受動的ハブ（４２）はこれにより受動的ハブ（４２）に接続されたエンドターミナルのそれぞれが相互接続されるネットワークを形成し、
   直通回線クロスバー（４４）が、直通回線ライン（１１２）および２つのエンドターミナルを直通回線ライン（１１２）を経て一緒に接続するための制御可能なスイッチ（１０８）を有し、
   直通回線クロスバー（４４）が、２つのエンドターミナルを直通回線ライン（１１２）を経て一緒に接続するためにスイッチ（１０８）を制御するためのコマンド信号に応答するプロセッサ（１１０）を有し、２つのエンドターミナル間の直通回線がエンドターミナルを同じ直通回線ライン（１１２）に接続することにより確立され、
   複数のエンドターミナルのそれぞれが受信ラインおよび送信ラインを有し、また２つのエンドターミナルの間に確立された直通回線により、２つのエンドターミナルの第１のものの送信ラインが２つのエンドターミナルの第２のものの受信ラインとして同じ直通回線ライン（１１２）に接続され、２つのエンドターミナルの第１のものの受信ラインおよび２つのエンドターミナルの第２のものの送信ラインがハブ（４２）に接続される、直通回線クロスバーおよびハブ装置。
2. スイッチ（１０８）がアナログＭＯＳスイッチである、請求の範囲第１項記載の装置。

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