KR101247922B1 - 신호를 동기화시키기 위한 향상된 방법, 시스템 및 장치 - Google Patents

신호를 동기화시키기 위한 향상된 방법, 시스템 및 장치 Download PDF

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Abstract

본원 개시의 시스템은 2개 이상의 브로드캐스팅/멀티미디어 장비 소스로부터 비롯되는 비관련 정보 및/또는 기준 신호를 동기화시키는데 적합하다. 신호는 서로 다른 신호 포맷일 수 있고 및/또는 수신 디바이스에서 서로 다른 딜레이 될 수 있다. 시스템은 패킷 네트워크를 통하여 복수의 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나에 연결된 마스터 기준 시간 발생기를 포함한다. 마스터 기준 시간 발생기는 마스터 기준 시간 카운터 및 마스터 기준 시간 카운터를 샘플링하기 위한 샘플링 디바이스를 포함한다. 마스터 기준 시간 발생기는 마스터 기준 시간 패킷에서의 시간 데이터를 인코딩하고 그들 패킷을 패킷 네트워크로 공급한다. 복수의 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나는 기준 신호를 발생시키기 위해 인코딩된 시간 데이터를 입력으로서 받아들이도록 적응되어 있고, 기준 신호의 위상은 초기 시점 이후로 경과된 시간에 기초하여 계산된다. 슬레이브 기준 신호 발생기는 초기 시점으로부터 경과된 시간 데이터를 발생시키도록 슬레이브 기준 시간 카운터를 포함한다. 슬레이브 기준 시간 카운터는 슬레이브 기준 시간 카운터를 샘플링하기 위한 샘플링 디바이스에 연결되어 있다. 마스터 기준 시간 카운터 및 슬레이브 기준 시간 카운터는 네트워크의 모든 슬레이브 기준 신호 발생기 및 마스터 기준 시간 발생기상에서 동기화된 타임 베이스로부터 유도된 시점에서 샘플링된다.

Description

신호를 동기화시키기 위한 향상된 방법, 시스템 및 장치{IMPROVED METHOD, SYSTEM AND APPARATUS FOR SYNCHRONIZING SIGNALS}
본원에서 설명되는 방법, 시스템 및 장치는 신호 프로세싱에 관한 것이다. 구체적으로, 본원발명은 지리적으로 서로 다른 위치 및/또는 서로 다른 포맷일 수 있는 2개 이상의 소스로부터 비롯되는 정보 신호(예컨대, 비디오 또는 오디오 신호)와 연관된 비관련 기준 신호를 동기화하는 것에 관한 것이다. 이러한 문제에 대한 공지의 접근법은 미국특허 제6,191,821호(Kupnicki)에 개략 나와있다.
종래기술
FR2007/050918은 2개 이상의 스테이션을 갖는 패킷 네트워크에서 동기화 신호를 송신하는 것을 언급하고 있다. 제1 카운터는 이미지 큐에 기초하여 초기화된다. 프로그램 클록 기준 카운터는 매 초마다 또는 제1 카운터의 높은 영 교차마다 초기화된다. 프로그램 클록 기준 카운터는 모든 테크(Tech) 주기를 샘플링한다. 테크는 모든 네트워크 스테이션상에서 동기화된 타임 베이스로부터 유도된다. 샘플을 포함하는 패킷을 네트워크에서 송신된다. 동기화 신호는 젠록(Genlock) 신호이다. 모든 네트워크 스테이션상에서 동기화된 타임 베이스는 IEC 1588 타임 베이스이다.
FR2007/050919는 패킷 네트워크에서 동기화 신호의 송신을 위한 보안 메카니즘을 언급하고 있다. 디바이스는 2개 이상의 스테이션을 포함하는 패킷 통신 네트워크에서 패킷을 송신한다. 디바이스는 신호 수신기를 갖고 수신된 신호를 사용하여 카운터를 제어할 수 있다. 카운터는 매 테크 주기마다 샘플링한다. 테크는 네트워크의 모든 스테이션상에서 동기화된 타임 베이스로부터 유도된다. 카운터의 적어도 다음의 샘플링된 값을 예측하는 증분 값이 계산된다. 샘플링된 값 및 연관된 증분 값은 패킷으로 송신된다. 모든 네트워크 스테이션상에서 동기화된 타임 베이스는 IEC 1588 타임 베이스이다. 수신된 신호는 젠록 (동기화 록) 신호로 되어 있다. 통신 네트워크는 IP(인터넷 프로토콜) 네트워크이다.
FR2007/050914는 패킷 네트워크에서 동기화 신호를 송신하기 위해 더블 시간 기술자(double temporal descriptor)를 생성하고 연산하는 것을 언급하고 있다. 패킷은 2개 이상의 스테이션을 포함하는 패킷 통신 네트워크에서 송신된다. 신호 수신기는 수신된 신호로부터 주파수 및 위상을 유도하도록 적응되어 있다. 마스터 카운터가 제공되고 유도된 주파수 및 위상에 의해 초기화된다. 샘플링 디바이스는 규칙적 간격으로 마스터 카운터의 값을 샘플링한다. 마스터 카운터의 샘플링된 값으로부터 제1 시간 기술자가 발생된다. 제2 카운터는 마스터 카운터의 샘플링이 일어나는 때와 동일한 순간에 모든 네트워크 스테이션상에서 동기화된다. 제2 시간 기술자는 제2 카운터의 샘플링된 값으로부터 발생된다. 2개의 시간 기술자는 네트워크에서 공동으로 송신된다. 패킷 통신 네트워크는 IP 네트워크이다. 제2 카운터는 IEC 1588 표준에 의해 모든 네트워크 스테이션상에서 동기화된다. 수신된 신호는 젠록 신호이다.
도입
본원의 방법 및 장치는 국한되는 것은 아니지만 비디오 카메라, 텔레비전 카메라 및 비디오테이프 머신과 같은 2개 이상의 비디오/오디오/멀티미디어 소스의 동기화를 허용한다. 이러한 동기화 없이는, 소스간 스위칭은 예컨대 이미지 안정도의 순간적 손실을 초래하는 한편 모니터 또는 다른 장비는 자신을 새로운 신호에 록킹(locking)하려 할 것이다. 이것의 친숙한 예는 TV 쇼상의 장면간 매끄러운 전환과는 대조적으로 하나의 스테이션으로부터 다른 스테이션으로 스위칭할 때 TV 이미지의 순간적 깨짐이다.
서로 다른 위치에서의 소스로부터의 신호, 예컨대 비디오 신호 및 그 연관된 오디오 신호가 일체로 되거나 조합되어야 하는 많은 상황들이 존재하는데, 예컨대, 위성 피드 또는 마이크로웨이브 리피터 릴레이 네트워크로부터 수신된 비디오 신호가 (전화) 지상 라인을 통하여 브로드캐스트 설비로 송신된 그 연관된 오디오 신호를 가질 수도 있다. 다른 경우에 있어서, 원격 비디오 피드는 예컨대 브로드캐스트 설비와 원격 위치간 뉴스 브로드캐스트 또는 라이브 인터뷰에서 로컬 비디오 신호와 일체로 될 수도 있다.
일반적으로, 비디오 및 오디오 또는 멀티미디어 장비는 동기화를 위해 외부의 "젠록" 기준 신호("Genlock" reference signal)를 사용한다. 젠록은 비디오 제작 (이후), 비선형 편집 및 브로드캐스트 스튜디오 등에서 흔히 사용된다. 그 사용은 비디오 및 오디오 또는 멀티미디어 장비의 정보 출력이 외부적으로 발생된(GEN) 신호에 록킹되도록(LOCK) 보장하여, 스튜디오의 디바이스(카메라, 비디오테이프 리코더, 캐릭터 또는 타이틀 발생기 등)가 함께 올바르게 기능하는 것을 보증한다. 젠록을 통하여, 정보 출력은 외부 소스에 동기화될 수 있다. 일반적으로 젠록 기준 신호는 정상적 비디오/오디오 정보 신호의 형태를 취하지만 어떠한 프로그램 내용도 없다.
젠록 기준 신호는 정보 신호와 동일한 주파수의 신호를 발생시키는 싱크 발생기에 의해 생성되지만, 정보 신호에 영향을 미칠 수 있는 주파수 드리프트 또는 타임 베이스 에러에 휘둘리지 않는 정밀한 타이밍 신호를 갖는다. 아날로그 컬러 비디오 신호에 있어서, 예컨대, 싱크 발생기는 프로세싱되고 있는 특정 신호의 포맷에 대한 공칭 사양에 대응하는 정밀한 간격으로, 전형적으로는 컬러 블랙 기준 신호로서, 수평 싱크, 수직 싱크, 컬러 기준, 버스트 플래그 및 블랭킹 펄스를 발생시킨다.
NTSC 표준을 따르거나 PAL 표준을 따르는 신호가 현재와 가까운 장래에 여전히 사용될 것이지만, 디지털 기술의 출현은 베이스밴드 및 압축된(MPEG-2, -4 등) 도메인 모두에서 SD(Standard Definition) 및 HD(High Definition) 텔레비전의 광범위한 사용을 가능하게 하였다. 이들 새로운 디지털 TV 표준의 모두는 동기화될 필요가 있는 디지털 브로드캐스팅/멀티미디어 장비를 이용한다.
브로드캐스트 설비 내에 그리고 그로부터 비롯되는 비디오 신호는 다양한 신호를 정렬하기 위한 공통 타이밍 기준을 제공하는 마스터 발생기에 의해 발생된 기준 신호에 젠록킹된다.
비디오 유형의 2개의 정보 신호의 페이징은 다중 레벨의 정렬을 포함한다. 우선, 가장 가까운 수직 싱크 펄스로의 수직 정렬이 필요하다. 그후, 올바른 수평 라인이 정렬되어야 한다. 다음 레벨상에서, 각각의 화면은 공간적으로(수평적 및 수직적) 동기화된다. 아날로그 콤포지트 시스템에 있어서는, 올바른 컬러 재생을 달성하기 위해 최종적으로 서브캐리어의 부가적 페이징이 수행된다.
현대의 디지털 시스템에 있어서는, 서브캐리어의 개념은 더 이상 존재하지 않고 수평 및 수직 페이징만이 필요로 된다. 수직 및 수평(및 적용될 수 있다면 서브캐리어) 정렬을 나타내는 2개의 신호는 동기에 의한다 하고, 스위칭, 믹싱, 중첩 등 생성 프로세스에서의 추가적 타이밍 조절 없이 함께 사용될 수 있다.
서로 다른 위치에서의 소스로부터 비롯되는 정보 신호를 조합하는 것이 필요로 될 때 문제가 생긴다. 예컨대 비디오 신호가 위성을 통하여 중계되고 그 연관된 오디오 신호가 지상 라인을 통하여 송신되어 신호간 딜레이 차를 야기시키거나 또는 예컨대 원격 위치의 사람과 인터뷰하는 로컬 인터뷰어 또는 서로 다른 도시에서의 패널리스트간 패널 토론 등의 흔한 사건과 관련한 정보를 포함하는 독립적 비디오 신호가 신호 경로가 다르면 서로 다른 시간에 브로드캐스트 설비에 도달할 경우 신호 경로의 길이는 다를 수 있다. 각각의 원격 신호 소스는 독립적인 기준 신호에 록킹될 수 있고, 다른 비관련 기준 신호(unrelated reference signals) 또는 브로드캐스트 설비에 의해 사용된 기준 신호와 정밀하게 정렬되지 않을 수 있다.
SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers) 및 EBU(European Broadcasting Union)은 브로드캐스트 인프라스트럭처 동기화에서의 개발을 검토하고 있다(www.ebu-acip.org를 보라). IP(인터넷 프로토콜) 터미널을 통한 오디오는 메인 스튜디오 센터로 원격지 또는 지사로부터 IP 네트워크를 통하여 라디오 프로그램의 스트리밍을 위한 라디오 운용에서 점증적으로 사용되고 있다. 인터넷도 특히 장거리에 걸쳐 비디오/오디오/멀티미디어 기여의 다양한 시나리오에 점증적으로 사용되고 있다. 뉴스 기자는 그 리포트를 전하기 위하여 그들의 장비가 ISDN이든 또는 ADSL을 통한 인터넷이든 또는 다른 이용가능한 IP 네트워크이든 어느 것을 사용할지 선택할 것이다. 매우 드문 예외로, 하나의 제조자로부터의 IP 장비는 다른 제조자의 유닛과 동기화는 커녕 호환성도 여지껏 없을 수 있다. 비디오/오디오/멀티미디어 신호 수송 모드 선택의 증가를 상상해 볼 때, 브로드캐스팅/멀티미디어 장비의 기능성 및 역량을 향상 또는 유지시킬 필요가 있다.
개요
본원 개시의 시스템은 2개 이상의 브로드캐스팅/멀티미디어 장비 소스로부터 비롯되는 비관련 정보 및/또는 기준 신호를 동기화시키는데 적합하다. 신호는 서로 다른 신호 포맷일 수 있고 및/또는 수신 디바이스에서 서로 다른 딜레이 될 수 있다. 시스템은 패킷 네트워크를 통하여 복수의 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나에 연결된 마스터 기준 시간 발생기를 포함한다. 마스터 기준 시간 발생기는 마스터 기준 시간 카운터 및 마스터 기준 시간 카운터를 샘플링하기 위한 샘플링 디바이스를 포함한다. 마스터 기준 시간 발생기는 마스터 기준 시간 패킷에서의 시간 데이터를 인코딩하고 그들 패킷을 패킷 네트워크로 공급한다. 복수의 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나는 기준 신호를 발생시키기 위해 인코딩된 시간 데이터를 입력으로서 받아들이도록 적응되어 있고, 기준 신호의 위상은 초기 시점 이후로 경과된 시간에 기초하여 계산된다. 슬레이브 기준 신호 발생기는 초기 시점으로부터 경과된 시간 데이터를 발생시키도록 슬레이브 기준 시간 카운터를 포함한다. 슬레이브 기준 시간 카운터는 슬레이브 기준 시간 카운터를 샘플링하기 위한 샘플링 디바이스에 연결되어 있다. 마스터 기준 시간 카운터 및 슬레이브 기준 시간 카운터는 네트워크의 모든 슬레이브 기준 신호 발생기 및 마스터 기준 시간 발생기상에서 동기화된 타임 베이스로부터 유도된 시점에서 샘플링된다.
임의의 시점이 초기 시점(t=0)으로 선택되고, 그 초기 시점 시기에는 모든 비관련 정보 및/또는 기준 신호, 그 클록 에지 및 그 위상 관계가 정렬되는 것으로 여겨진다. 슬레이브 기준 시간 카운터는 임의의 시기-정렬된(epoch-aligned) 신호를 결정성으로(deterministically) 발생시키도록 더 프로세싱된다. 네트워크 분산된 타임키핑 서비스(network distributed timekeeping service)는 네트워크상의 마스터 기준 시간 발생기 및 슬레이브 기준 신호 발생기에 제공된다. 마스터 기준 시간 발생기는 마스터 기준 시간 발생기의 카운터를 로딩 및 클록킹하도록 외부적으로 제공된 시간이든 또는 선택적인 타임 베이스이든 어느 하나인 절대 시간 기준을 입력으로 받아들이도록 적응되어 있거나, 또는 시간 및 타임 베이스는 마스터 기준 시간 발생기에 국소적이다.
정밀 시간 카운터(precision time counter)는 GPS 등 시간의 외부 소스에 록킹될 수 있다. 마스터 발생기는 이러한 정밀 시간 카운터의 타임키핑 정보를 복수의 슬레이브 디바이스에 전달하고 그후 복수의 슬레이브 디바이스는 그들 카운터를 여기 개시의 마스터에 록킹할 수 있다. 그러므로, 마스터 및 슬레이브는 모두 동기적으로 동작하는 시간 카운터를 포함한다. 이들 시간 카운터는 브로드캐스팅/멀티미디어 장비 소스의 임의의 (정보) 신호를 합성하는데 사용된다.
관심있는 모든 기준 신호의 위상은 특정한 이전의 시점("시기")에서 정의되므로, 임의의 기준 신호의 위상은 임의의 후속 시점에서 계산될 수 있다. 슬레이브 발생기는 절대 시간에 대한 알려진 관계로 임의의 소망의 기준 신호를 발생시키고, 그리하여 다중 슬레이브 발생기는 동일한 신호의 동기적 복사본을 독립적으로 발생시킬 수 있다. 그후 이들 정렬된 기준 신호는 독립적 정보 신호를 정렬하는데 사용된다. 이러한 접근법은 외부 글로벌 소스로부터 유도되고 마스터 발생기에서 인스턴스 생성되는 시간을 제공한다.
전통적으로 젠록 신호와 같은 기준 신호는 정보 신호의 형태를 취한다. 슬레이브 디바이스는 젠록 기준을 사용하는 2개의 유형으로 될 수 있는데, 일유형은 정보 신호 형태로 레거시 기준 젠록 신호를 생성하고, 다른 유형은 정보 신호를 직접 발생시키는 실제 내용(미디어) 프로세싱 디바이스이다. 과거에는, 이러한 디바이스는 기준 젠록 신호에 록킹되었을 것이다. 여기에 설명되는 장치/방법은 (정보 신호이기도 한 내용을 핸들링하는) 다른 장비를 록킹하는데 순차적으로 사용되는 (슬레이브 발생기에서의 정보 신호인) 기준 신호를 발생시키도록 사용될 수 있다. 그 장비의 출력은 정보 신호의 형태일 수 있다. 또한 이러한 방법은 개재하는 기준 신호의 사용 없이 직접 내용 핸들링 디바이스가 출력 정보 신호를 직접 발생시키게 하도록 사용될 수 있다.
삽입된 데이터 패킷은 장래의 네트워크 시간 카운트 및 장래의 기준 시간 카운트를 포함하는 마스터 기준 신호를 포함하고 있을 수 있다. 마스터 기준 시간 발생기는 네트워크 분산된 시간 카운트 및 마스터 기준 시간 카운트 값을 동시에 샘플링하고, 샘플링된 시간 카운트의 각각에 대하여, 장래의 시간 카운트 값을 계산하도록 적응될 수 있다. 마스터 기준 시간 발생기는 장래의 네트워크 시간 카운트 및 장래의 기준 시간 카운트를 패킷 네트워크를 통하여 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나에 송신하도록 적응될 수 있다. 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나는 로컬 타임 베이스에 의해 클록킹되는 기준 시간 카운터를 포함할 수 있다. PLL(phase locked loop)은 들어오는 마스터 기준 시간 및 국소적으로 동작하는 슬레이브 기준 시간 데이터를 사용하여 슬레이브 기준 시간 카운터를 록킹하도록 구현될 수 있다.
디바이스의 스타트업 때에, 슬레이브 기준 신호 발생기에서의 카운터는 가장 최근에 수신된 기준 시간 카운트로 로딩될 수 있다. 장래의 기준 시간 카운트의 수신 때, 슬레이브 정보 신호 발생기 중 적어도 하나는 동작중인 네트워크 시간과의 비교를 수행하도록 장래의 네트워크 시간 카운트를 비교기 내로 놓을 수 있다. 동작중인 네트워크 시간이 비교된 장래의 네트워크 시간 카운트와 같은 순간에는, 슬레이브 정보 신호 발생기의 기준 시간 카운터가 샘플링될 수 있고, 로컬 기준 시간 카운트는 수신된 장래의 기준 시간 카운트에 비교될 수 있다. 비교로부터의 결과적인 임의의 시간 에러는 슬레이브 기준 신호 발생기의 타임 베이스를 제어하도록 사용될 수 있다. 본원의 시스템을 사용하면, TV/라디오/멀티미디어 정보 데이터도 수송하는 동일한 네트워크를 사용하여, 서브마이크로초 범위에서, 브로드캐스팅/멀티미디어 디바이스를 동기화하도록 시간 기준 신호가 IP 네트워크를 통하여 분산될 수 있다.
2개 이상의 브로드캐스팅/멀티미디어 장비 소스로부터 비롯되는 비관련 정보 신호를 동기화하기 위한 신호를 송신하기 위한 마스터 기준 시간 발생기가 개시된다. 신호는 다른 신호 포맷일 수 있고 및/또는 수신 디바이스에서 서로 다른 딜레이 될 수 있다. 마스터 기준 시간 발생기는 초기 시점으로부터 경과된 시간을 나타내는 시간 코드 데이터를 발생시키도록 카운터를 포함한다. 카운터는 2개의 후속 샘플링 사이의 지나간 시간 간격이 송신기 디바이스가 연결되는 통신 네트워크의 적어도 하나의 수신 디바이스상에서 동기화된 타임 베이스로부터 유도되는 경우에 샘플링을 얻기 위해 반복적으로 샘플링되도록 적응된다. 마스터 기준 시간 발생기는 네트워크에서의 샘플링을 포함하고 있는 패킷을 적어도 하나의 수신 디바이스에 송신한다. 마스터 기준 시간 발생기는 통신 네트워크에서 패킷을 송신한다. 모든 네트워크 스테이션상에서 동기화된 타임 베이스는 바람직하게는 IEC 1588 유형이다.
샘플을 포함하고 있는 패킷을 수신하기 위해 패킷 네트워크에 연결될 슬레이브 기준 신호 발생기가 개시된다. 샘플은 마스터 기준 시간 발생기에 의해 송신된 샘플링된 데이터에서 비롯된다. 슬레이브 기준 신호 발생기는 바람직하게는 PLL에 의하여 카운터의 샘플링을 재생시키도록 적응된다. 슬레이브 기준 신호 발생기는 초기 시점 이후의 경과된 시간에 기초하여 정보 기준 신호의 위상을 계산하도록 적응된다.
이 방법은, 젠록 동기화 정보의 수송을 위해 예컨대 IP 네트워크 등의 비결정성 패킷-지향 컴퓨터 네트워크에 의존한다. 이 방법은 네트워크상에서 존재 및 동작할 IEEE 1588과 같은 네트워크 분산된 시간 서비스에 의존한다. 이러한 서비스는 이 방법의 마스터 및 슬레이브 디바이스에서 요구된다. 마스터 젠록 기준 발생기는 패킷, 예컨대 UDP 데이터그램을 네트워크 내로 삽입한다. 마스터 젠록 발생기는 젠록 로컬 시간 카운터를 로딩 및 클록킹하도록 외부적으로 제공된 시간 및 타임 베이스를 사용할 수 있다. 대안으로, 시간 및 타임 베이스는 마스터 젠록 발생기에 국소적일 수 있다. 마스터는 예컨대 1초 등 반복적으로 네트워크 분산된 시간 카운트 및 마스터 젠록 시간 카운트 값들을 동시에 샘플링한다. 샘플링된 시간 카운트의 각각에 대하여, 마스터는 예컨대 1초 후의 장래의 시간 카운트 값을 계산한다. 장래의 네트워크 분산된 시간 카운트 및 장래의 젠록 시간 카운트는 예컨대 UDP 데이터그램으로 IP 패킷의 형태로 네트워크를 가로질러 슬레이브에 보내진다. 슬레이브 디바이스는 로컬 타임 베이스에 의해 클록킹되는 젠록 시간 카운터를 포함하고 있다. 디바이스의 스타트업 때에, 슬레이브는 가장 최근의 마스터 시간 샘플로 시간 카운터를 로딩한다. 이것은 고속의 록킹을 달성하기 위한 선택사항이다. 젠록 패킷의 수신 때에, 슬레이브는 동작중인 네트워크 시간과의 비교가 계속 진행되는 비교기 내에 장래의 네트워크 시간을 놓는다. 동작중인 네트워크 시간이 래칭된 장래의 시간과 같은 순간에는, 로컬 젠록 시간 카운터가 샘플링된다. 로컬 젠록 카운터는 수신된 장래의 젠록 카운터 시간 값에 비교된다. 이 에러는 로컬 젠록 카운터를 관리하는데 사용된다. (스타트업 때와 같은) 큰 에러에 대하여는, 고속 수렴을 달성하도록 시간이 카운터 내로 직접 로딩될 것이다. 계속 진행중인 동작에 대하여, 젠록 카운터를 클록킹하는 로컬 타임 베이스를 관리하도록 적절한 루프 필터링으로 그 에러가 사용될 것이다. 로컬 젠록 카운터 및 타임 베이스는 비디오/오디오 신호 및 요구되는 프로세싱에 특정한 교번 타임 베이스를 발생시키도록 사용된다. 로컬 카운터는 오디오/비디오 기준 타이밍 신호를 발생시키도록 사용된다.
상세, 이점, 개선점, 대안례 , 수정례
(비결정성) IP 네트워크를 통하여 젠록 기준 신호를 분산시키는 것은 브로드캐스팅/멀티미디어 장비의 동기화를 감안한다. (IP) 네트워크 시간 분산 시스템을 사용하는 것은 젠록킹될 각각의 수신 (슬레이브) 디바이스에서의 동기화된 시간을 제공한다. 마스터로부터 슬레이브로 타임 베이스(주파수)의 직접 전송은 없고, 정밀(절대) 시간의 전송만이 있다. 슬레이브 디바이스에서 운용중인 정밀한 타임키핑 카운터 및 여기서 제안되는 바처럼 '공급'되는 슬레이브 디바이스를 통하여, 슬레이브 타임 베이스 주파수는 마스터의 그것에 록킹될 수 있다.
본원의 시스템/방법으로 해결되는 기술적 문제는 비상수 송신 시간으로 패킷-스위치드 네트워크를 가로질러 하나 이상의 관련 또는 비관련 기준 신호의 결정성 생성이다. FR 2007/050918과 같은 종래기술의 개념은 비디오로부터 '이미지 큐'를 추출하고 특정 주파수(즉, 27 MHz)에서 프로그램 클록 기준(PCR) 카운터를 운용하는 것이지만, 본원의 시스템/방법은 비결정성 패킷 지향 네트워크를 통하여 분산된 고정밀 시간을 사용하고, 슬레이브를 마스터에 동기화시키기 위해 소망되는 어떠한 주파수에서라도 시간 카운터를 운용한다. 본원의 시스템/방법은 젠록 동기화 데이터/신호를 제공하기 위하여 패킷에서의 정밀 시간의 분산에 IP 네트워크를 사용하는 것에 의존한다.
IEEE 1588과 같은 정밀 시간 프로토콜(PTP)은 이더넷 등 IP 네트워크 또는 다른 비결정성 패킷 지향 네트워크를 통하여 매우 정밀한 시간 동기화를 감안한다. 이러한 프로토콜은 TV/라디오/멀티미디어 데이터도 수송하는 동일한 (이더넷) 네트워크를 사용하여 서브 마이크로초 범위에서 브로드캐스팅/멀티미디어 디바이스를 동기화시킬 수 있게 한다. NTP 및 SNTP와 같은 유사한 시간 동기화 프로토콜은 필요한 동기화 정확도 또는 수렴 속도를 달성하지 못하기 때문에 그다지 적합하지 않다.
IP 네트워크상의 프라이빗 트래픽을 사용하여 분산된 시간 서비스를 제공하는 IEEE 1588과 같은 타임키핑 서비스는 특화된 스위치의 사용을 통하여 최적화된다.
본원의 방법/시스템에 있어서, 시간 카운트 및 타임 베이스는 글로벌 소스(GPS 등) 또는 동기화를 위한 그 자신의 타이밍 신호 및 측정 목적 다운스트림(= 타임 베이스)을 생성하는 임의의 다른 정밀한 전자 클록으로부터 유도될 수 있다. 본원의 방법/시스템에 따라 임의의 신호 위상은 특정 시기(t=0)에서 선언되고 임의의 그러한 신호는 임의의 하나 이상의 슬레이브에 의해 결정성으로 재생될 수 있어서, (서로 별개이면 독립적인) 그들 슬레이브의 출력 신호는 동기로 될 것이다.
임의의 시점이 초기 시점(t=0)으로 선택될 수 있고, 초기 시점 시기에 모든 비관련 정보 및/또는 기준 신호, 그들 클록 에지 및 그들 위상 관계는 정렬되는 것으로 여겨진다. 네트워크 분산된 타임키핑 서비스는 네트워크상의 슬레이브 정보 신호 발생기 및 마스터 기준 시간 발생기에 제공될 수 있다. 상기 마스터 기준 시간 발생기에서, 마스터 기준 시간 발생기의 카운터를 로딩 및 클록킹하도록 외부적으로 제공된 시간이든 또는 선택적인 타임 베이스이든 어느 하나인 입력으로서 절대 시간 기준이 받아들여질 수 있거나, 또는 시간 및 타임 베이스는 상기 마스터 기준 시간 발생기에 국소적이다. 삽입된 데이터 패킷은 장래의 네트워크 시간 카운트 및 장래의 기준 시간 카운트를 포함하는 마스터 기준 신호를 구비할 수 있다. 상기 마스터 기준 시간 발생기에서는, 네트워크 분산된 시간 카운트 및 마스터 기준 시간 카운트 값이 동시에 샘플링될 수 있고, 샘플링된 시간 카운트의 각각에 대하여, 장래의 시간 카운트 값이 계산될 수 있다. 마스터 기준 시간 발생기로부터, 장래의 네트워크 시간 카운트 및 장래의 기준 시간 카운트는 패킷 네트워크를 통하여 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나에 송신될 수 있다. 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나는 로컬 타임 베이스에 의해 기준 시간 카운터를 클록킹할 수 있다. PLL은 들어오는 마스터 기준 시간 및 국소적으로 동작하는 슬레이브 기준 시간 데이터를 사용하여 슬레이브 기준 시간 카운터를 록킹하도록 구현될 수 있다. 디바이스의 스타트업 때에, 슬레이브 기준 신호 발생기에서의 카운터는 가장 최근에 수신된 기준 시간 카운트로 로딩될 수 있다. 장래의 기준 시간 카운트의 수신 때, 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나에서는, 동작중인 네트워크 시간과의 비교를 수행하도록 장래의 네트워크 시간 카운트가 비교기 내에 놓일 수 있다. 동작중인 네트워크 시간이 비교된 장래의 네트워크 시간 카운트와 같은 순간에는, 상기 슬레이브 기준 신호 발생기의 기준 시간 카운터가 샘플링될 수 있고, 로컬 기준 시간 카운트는 수신된 장래의 기준 시간 카운트에 비교될 수 있다. 상기 비교로부터의 결과적인 임의의 시간 에러는 슬레이브 기준 신호 발생기의 타임 베이스를 제어하도록 사용될 수 있다. TV/라디오/멀티미디어 정보 데이터도 수송하는 동일한 네트워크를 사용하여, 서브마이크로초 범위에서, 브로드캐스팅/멀티미디어 디바이스를 동기화하도록 시간 기준 신호가 IP 네트워크를 통하여 분산될 수 있다.
일세트의 슬레이브 디바이스가 그들 클록상의 시간 측정과 마스터 디바이스상의 시간 측정간 오프셋을 결정하게 하기 위하여, 이하의 프로시저가 사용될 수 있다. 그러나 그것은 단지 예시적인 액션 모드일 뿐이다. 많은 다른 모드도 본원의 시스템/방법에 적합하다.
변수 t는 물리적 시간을 나타낸다. 소정의 슬레이브 디바이스에 대하여, 시간 t에서의 오프셋 o(t)은 o(t) = s(t) - m(t)에 의해 정의된다. 여기서, s(t)는 물리적 시간 t에서 슬레이브 디바이스의 클록상에서 측정된 시간을 나타내고, m(t)는 물리적 시간 t에서 마스터 디바이스의 클록상에서 측정된 시간을 나타낸다. 마스터 디바이스가 슬레이브 디바이스와의 메시지의 교환을 주기적으로 론칭하게 하여 각각의 슬레이브 클록이 그 클록과 마스터의 클록간 오프셋을 재계산할 수 있게 한다.
이러한 오프셋이 상수라고 간주되어도 괜찮을 만큼 메시지 교환이 일주기의 시간에 걸쳐 아주 작게 일어난다고 가정한다. 또다른 가정은 마스터로부터 슬레이브로 가는 메시지의 주행 시간이 슬레이브로부터 마스터로 가는 메시지의 주행 시간과 같다는 것이다. 나아가 마스터 및 슬레이브 모두는 그들이 메시지를 송신 또는 수신하는 시간을 측정할 수 있다고 가정한다. 이들 가정이 집행되는 정도는 슬레이브 디바이스에서 측정된 오프셋의 정확도를 조절한다.
각각의 메시지 교환은 청취하고 있는 모든 슬레이브로 마스터 클록에 의해 송신된 SYNC 메시지로 시작한다. 마스터 시간은 그것이 이 메시지를 송신할 때 그 클록상에서 측정된 시간(T1)을 스탬핑한다.
이러한 SYNC 메시지를 수신하는 슬레이브는 이 SYNC 메시지를 수신할 때 그 클록상에서 측정된 시간(T2)을 기록한다. d가 이 SYNC 메시지의 주행 시간이고 б가 이 트랜잭션 동안의 상수 오프셋이면,
T2 - T1 = б + d (1)
다음으로, 마스터는 마스터가 SYNC 메시지를 보냈을 때 측정한 시간을 슬레이브에게 통지하도록 멀티캐스트 TIME T1 메시지를 보낸다. 각각의 슬레이브는 이제 T1 및 T2를 알고 있다.
각각의 슬레이브는 이제 마스터에 RESPONSE 메시지를 돌려 보낸다. 슬레이브는 슬레이브가 이 RESPONSE 메시지를 보내는 시간(T3)을 측정하고, 마스터는 마스터가 이 RESPONSE 메시지를 수신하는 시간(T4)을 측정한다.
그후, 마스터는 마스터가 RESPONSE 메시지를 수신한 시간을 슬레이브에 통지하도록 다이렉티드 멀티캐스트 TIME T4 메시지를 슬레이브에 돌려 보낸다. 여기서,
T4 - T3 = d - б (2)
이제 슬레이브는 시간 T1, T2, T3 및 T4를 알고 있다. 상기 2개의 등식 (1) 및 (2)를 조합하면, 이 트랜잭션 동안의 오프셋 б = ½·(T2 + T3 - T1 - T4)이 슬레이브에서의 적절한 컴퓨팅 디바이스에서 계산될 수 있다.
슬레이브는 이제 이 트랜잭션 동안의 오프셋 б을 알고 있다.
이 오프셋이 시간에 따라 드리프팅할 수 있지만, 다음에 트랜잭션의 교환이 수행되는 때 정정될 것이다.
예컨대 원자 시계 또는 GPS(Global Positioning System) 등 고도로 안정된 시간 소스로부터 입력된 절대 시간을 갖는 마스터 기준 발생기는 마스터 기준 신호를 발생시킨다. 피코초 차수로 분해될 수 있는 시간 카운터는 초기 시점으로부터 구현되고 초기 시점으로부터 경과된 시간은 예컨대 초기 시점 이후로 경과한 초의 수를 나타내는 정수부 및 초의 소수의 수를 나타내는 소수부로 이루어진 멀티플 비트 워드 등 시간 코드 데이터로서 마스터 기준 신호로 주기적으로 인코딩된다.
각각의 정보 신호와 연관된 슬레이브 발생기는 마스터 기준 신호에 젠록킹되고, 다양한 정보 신호는 그들 각각의 슬레이브 기준 출력에 록킹된다. 각각의 동기화 이벤트는 동기화 이벤트의 (초기 시점 대비) 절대 시간을 명시하는 시간 코드 데이터와 연관된다. 그러므로 2개의 신호는 연관된 슬레이브 기준 신호의 이전 프레임으로 인코딩된 신호의 위상 오프셋을 나타내는 딜레이 상수에 따라 신호 중 하나를 딜레이 시킴으로써 정렬될 수 있다. 그러므로, 신호 타이밍은 동기화 이벤트에 앞서 검출된다. 이러한 접근법은 국한되는 것은 아니지만 NTSC, PAL, AES, MPEG-2, 타임코드, 타임 오브 데이, ATSC 및 HDTV를 포함하는 많은 포맷의 기준 신호를 동기화하도록 적용될 수 있다.
지리적으로 서로 다른 위치에 있을 수 있는 2개의 TV 스튜디오는 GPS 시스템 또는 다른 정밀 시간 소스를 사용하여 인터넷을 통해 정밀하게 동기화될 수 있어서, 하나로부터 다른 하나로의 송신이 동기로 될 것이고 신호 타이밍은 미리 알려져 있을 것이다.
도 1a 및 도 1b는 슬레이브 기준 신호 발생기 디바이스에 분산된 정밀 네트워크 시간 서비스를 제공하는 마스터 발생기로 다중 슬레이브에서 신호를 동기화시키기 위한 모드의 예시도로서,
도 1a는 동기화 엘리먼트의 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트의 예시도,
도 1b는 개개의 층의 상호작용의 예시도,
도 2는 도 1의 동기화 모드에 대한 마스터 발생기의 예시도, 및
도 3은 시간 패킷이 슬레이브 디바이스에서 수신되고 거기에 포함된 장래의 기준 시간이 슬레이브에서 계속 진행중인 기준 타임키핑과의 비교를 위해 비교기 내로 래칭되는 방법의 예시도.
상세한 설명
도 1a 및 도 1b는 다중 슬레이브 디바이스에서의 신호의 동기화를 제공하기 위한 장치를 예시하고 있다. 이 시스템에 있어서, 예로서, 마스터 네트워크 시간 발생기는 IEEE 1588과 같은 서비스를 사용하여 마스터 및 모든 슬레이브 발생기 디바이스에 분산된 정밀 네트워크 시간 서비스를 제공한다. 더하여, 젠록 마스터 발생기는 네트워크에 젠록 시간 데이터 패킷을 제공한다. 슬레이브 디바이스는 젠록 시간 패킷 뿐만 아니라 네트워크 분산된 시간도 수신하고 이 정보를 사용하여 비디오 및 오디오 기준 신호를 결정성으로 발생시킨다. 독립적인 슬레이브 발생기 모두는 서로 시간-정렬되고 동기인 기준 신호를 생성할 것이다. 도 2에 도시된 바와 같은 마스터 발생기는 마스터 기준 신호를 발생시키는 크리스탈-제어된 또는 다른 고도로 안정된 발진기를 포함한다. 바람직하게는, 마스터 발생기는 예컨대 원자 시계 또는 GPS와 같은 고도로 안정된 기준 등의 시간 소스로부터의 입력을 받아들인다. 대안으로, 마스터 발생기는 최근 알려진 시간 정보를 사용하여 그 자신의 내부 발진기상에서 동작할 수 있다. 이러한 발생기는 브로드캐스트 시스템의 구현에 특정될 수도 있고 또는 관리된 네트워크 인프라스트럭처상의 로컬 "하우스 타임"에 불과할 수도 있다. 이 예에 있어서, 마스터 젠록 발생기는 IEEE 1588 마스터와는 별개의 디바이스이고, 그러므로, IEEE 1588 슬레이브를 포함한다. 그처럼, 그것은 서로 다른 구현으로 IEEE 1588 마스터 발생기와 쉽게 조합될 수 있다.
반복적으로, 네트워크 분산된 시간 카운터 및 젠록 카운터에서의 시간 카운트는 그들 값을 동시에 래칭함으로써 샘플링된다. 이들 시간 카운트는 각각 예컨대 1초 후 등 특정 장래 시간에서의 그들 값을 확립하도록 더 계산에 의해 프로세싱된다. 이들 새로운 카운트 값은 예컨대 UDP(User or Universal Datagram Protocol)를 사용하여 네트워크 패킷 내로 준비되고 네트워크상에서 송신된다. UDP는 인터넷 프로토콜의 프로토콜 중 하나이다. UDP를 사용하여, 네트워킹된 컴퓨터는 데이터그램이라고도 알려진 짧은 메시지를 사용하여 서로 통신할 수 있다. UDP는 데이터그램의 순서 또는 신뢰성을 보증하지 않는다. 데이터그램은 순서가 틀리게 도달할 수도 있고, 복제되어 나타날 수도 있고, 알림 없이 빠뜨려질 수도 있다. 모든 패킷이 실제로 도달했는지를 체크하는 오버헤드를 회피하는 것이 UDP를 고속으로 그리고 효율적으로 만든다.
이 패킷에 대하여 네트워크 상주 시간은 폭넓게 변동될 수 있고, 그것을 모든 슬레이브가 동시에 수신하지는 않을 것이다. 마스터에 의한 장래 시간 계산의 크기는 모든 슬레이브가 계산된 장래 시간의 이전에 패킷을 수신할 가능성이 높도록 예상된 평균적 워스트-캐스트 네트워크 레이턴시에 기초한다.
마스터 젠록 발생기는 네트워크 내로 삽입되는 젠록 패킷을 발생시킨다. 이들 패킷은 장래의 IEEE 1588 네트워크 기준 시간 및 대응하는 장래의 젠록 시간 카운터 카운트 값으로 이루어진 2개의 주요 페이로드를 포함하고 있다. 반복적으로, 마스터 발생기는 그 내부 IEEE 1588 시간 및 젠록 시간 카운터의 값을 동시에 샘플링한다. 이들 시간은 예컨대 1초 후 등 특정 장래의 시간에서의 그들 값을 결정하도록 계산에 의해 더 프로세싱된다. 그후, 이들 2개의 값은 패킷으로 번들링되고 슬레이브로의 분산을 위해 네트워크로 배달된다.
본원의 개념을 가능하게 하기에 적합한 메카니즘은 IP 네트워크상의 프라이빗 트래픽을 사용하여 분산된 시간 서비스를 제공하는 IEC/ISO 1588, IEEE 1588과 같은 네트워크 타임키핑 서비스이고, 특화된 스위치의 사용을 통하여 최적화될 수 있다. 스위치 특화의 이유는 프로토콜의 정확도 또한 기저 네트워크 토폴로지의 레이턴시 지터에 종속되기 때문이다. 포인트 투 포인트 커넥션은 허브가 아주 적은 네트워크 지터를 부과하면서 최고 정밀도를 제공한다. 네트워크 부하가 매우 낮거나 없으면, ISO 층 2 스위치는 매우 낮은 프로세싱 시간, 전형적으로 2㎲ 내지 10㎲ 플러스 패킷 수신 시간을 갖는다. 대략 0.4㎲ 레이턴시 지터를 갖는 스위치도 이용가능하다. 그러나, 스위치는 큐 및 축적 교환(store and forward)으로 동작하고 있고, 그래서, 하나의 큐잉된 최대 길이 패킷만이 다음의 패킷에 대하여 100㎲ 범위의 딜레이를 부과하고, 높은 부하 조건 하에서는, 하나 이상의 패킷이 큐로 있을 것이다. 프로토콜의 정밀도에 대한 다른 요인은 마스터로부터 슬레이브로 및 그 역으로의 양 방향에 대하여 레이턴시가 전적으로 대칭이라는 것이다.
기준 신호는 기준 신호와 연관된 정보 신호를 정렬하도록 동기화된다. 정보 신호는 서로 다른 포맷일 수 있고 및/또는 서로 다른 위치로부터 비롯될 수 있다. 여기서 사용되는 "정보 신호" 또는 "정보 데이터"는 예컨대 현재의 표준인 NTSC, PAL, SDI, MPEG-2, MPEG-4 및 ATSC와 같은 비디오 신호 및/또는 AES 디지털 오디오, MP3, MP4와 같은 오디오 신호 등 아날로그 또는 디지털 형태의 정보를 포함하는 임의의 신호를 포함한다. 본원의 접근법은 브로드캐스팅 설비, 편집 설비 등에 의한 중첩, 조합, 통합 등을 위해 정렬되어야 하는 정보 신호에 적용될 수 있다.
마스터 발생기는 절대 시간 입력으로부터 시간 정보를 판독하고 그것에 그 IEEE 1588 마스터 발생기를 동기화시킨다. (예컨대 GPS로부터) 연관된 외부 타임 베이스의 사용에 의해, IEEE 1588 마스터 발생기는 슬레이브 디바이스에 극도로 정확한 시간 분산을 제공할 수 있다.
임의의 시점이 초기 기준점(t=0)으로서 선택되고, 모든 비관련 타이밍 신호, 클록 에지 및 위상 관계는 초기 기준점에서 인라인되는 것이라 여겨진다. 젠록 시간 데이터는 정보 신호가 통합 또는 조합되어야 하는 임의의 추후 시점에서 각각의 정보 신호의 위치를 계산하고 그리하여 보상 딜레이가 적용될 수 있도록 다른 것들 대비 각각의 신호의 위상 오프셋을 계산하는데 사용될 것이다.
슬레이브 발생기는 각각 IEEE 1588 네트워크 시간에 록킹된다. IEEE 1588 프로토콜 내의 보상 프로시저는 마스터와 각각의 슬레이브간 딜레이 보상을 제공하고, 그리하여, 각각의 슬레이브가 임의의 시간 순간에서 동일한 절대 시간 데이터를 포함하는 것을 보장한다. 시간 데이터를 사용하여, 슬레이브는 출력 신호 및 그들 타임 베이스를 합성할 수 있다. 특정한 이전 시점의 위상에서 이전에 정의된 임의의 신호에 대하여, 소프트웨어 수단에 의해 임의의 다른 시점에서의 그 신호의 위상을 계산하는 것이 가능하다. 슬레이브는 계속 진행 중인 타임키핑 데이터로부터 그 출력 신호에 요구되는 위상을 유도하도록 필요한 계산을 채용한다.
시간 발생기는 프라이빗 패킷에서의 시간 데이터를 IEEE 1588 마스터 발생기와는 독립적으로 IP 네트워크에 공급한다. 슬레이브의 각각은 거기에서 운용중인 1588 타임 엔진을 갖지만, 부가적으로, 프라이빗 패킷으로부터 시간을 수신하는 독립적인 타임 엔진을 갖는다. 마스터 기준 발생기는 (GPS와 같은) 외부 소스로부터 타임 베이스 및 시간을 수신할 수 있는 1588 마스터 발생기와는 별개의 디바이스이고 시간 패킷을 발생시킨다. 1588 마스터 및 젠록 마스터가 하나의 유닛으로 편입되는 것이 가능하다.
슬레이브 싱크 기준 발생기는 마스터 기준 신호를 받아들이도록 적응되어 있다. 이들 슬레이브 싱크 발생기는 초기 시점 이후에 경과된 시간에 기초하여 추후의 시점에서 비관련 신호의 타이밍 차이를 계산하도록 계산 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다. 또한, 그것들은 프라이빗 패킷으로부터의 시간 경과된 값 또는 시간 데이터가 인코딩되는 슬레이브 기준 신호를 발생시키기 위해 독립적인 타임 엔진에서 프라이빗 패킷으로부터 시간 데이터를 수신하도록 하드웨어 및 소프트웨어 인터페이스를 구비하고 있다.
젠록 마스터 발생기는 IEEE 1588 기준 시간 뿐만 아니라 젠록 마스터 절대 시간도 수송하는 젠록 패킷을 네트워크에 제공하기 때문에, 슬레이브 디바이스는, 독립적으로, 비디오 및 오디오 기준 신호를 결정성으로 발생시키도록 시스템 시간 및 젠록 시간 정보를 사용할 수 있다. 독립적인 슬레이브 발생기 모두는 서로 시간-정렬되고 동기인 기준 신호를 생성할 것이다.
도 3에 예시된 슬레이브 기준 발생기 디바이스는 계속 진행중인 시간 카운트를 제공하는 예컨대 IEEE 1588 등의 네트워크 시간 서비스를 호스팅한다. 부가적으로, 젠록 시간 카운터는 로컬 타임 베이스와 클록킹되어 구현된다. 젠록 패킷이 수신되고 거기에 포함된 장래의 네트워크 시간이 계속 진행중인 네트워크 분산된 타임키핑과의 비교를 위해 비교기에 배달된다. 시간 카운터가 비교 시간과 같은 순간에는, 로컬 젠록 시간 카운터의 수신된 값이 래칭된다. 이 시간은 수신된 젠록 카운터 시간과 비교되고 에러 값이 생성된다. 이 에러는 마스터 젠록 카운터와 로컬 젠록 카운터간의 시간차를 나타낸다. 이 에러 값은 로컬 카운터가 비교시에 마스터 카운터보다 이른 카운트 값에 있으면 타임 베이스 주파수가 올려져 로컬 카운터의 카운트 레이트를 증가시키도록 로컬 타임 베이스의 주파수를 스티어링하는데 사용된다. 역으로, 로컬 카운터가 마스터보다 더 큰 카운트 값을 가지면, 타임 베이스 주파수는 줄여진다.
비교 중간 중간에, 루프 필터링 기술을 사용하여, 슬레이브에서의 로컬 타임 베이스의 주파수 에러는 타임키핑에서의 에러로서 측정될 수 있고 이 정보는 시간에 걸쳐 올바른 주파수로 로컬 타임 베이스를 스티어링하는데 사용될 수 있다.
결과로서 슬레이브 젠록 시간 카운터는 마스터에서의 젠록 시간 카운터에 동기로 될 것이고 각각의 슬레이브로부터 유도된 신호는 서로에 동기로 될 것이다.
스탠드얼론 운용의 특정 시간 이후에 네트워크로의 재연결 또는 스타트업 때에, 특정 기준 신호 표준에 의해 허용되는 타임 베이스 오프셋에서의 제한으로 인해 로컬 타임 베이스를 오프셋팅시킴으로써 카운트를 동기화하는데 과도한 시간이 필요하게 되도록 슬레이브 젠록 카운터는 마스터 카운트와는 상당하게 다를 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 루프 관리 알고리즘은 고속의 록킹을 달성하기 위해 마스터 샘플링된 값으로 로컬 젠록 카운터의 로딩을 개시할 것이다.
이제 마스터 카운터와 동기되어 동작하면서, 슬레이브 카운터는 젠록 기준 신호를 합성하는데 사용될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 패킷이 슬레이브에서 수신되고 거기에 포함된 장래의 IEEE 1588 시간은 슬레이브에서 계속 진행중인 IEEE 1588 타임키핑과의 비교를 위해 비교기내로 래칭된다. 현재의 시간이 비교 시간과 같은 순간에, 젠록 시간 카운터의 수신된 값은 그 카운터내로 로딩된다.
비교 중간 중간에, 슬레이브에서의 로컬 타임 베이스의 주파수 에러는 타임키핑에서의 에러로서 측정될 수 있고 이 정보는 시간에 걸쳐 올바른 주파수로 로컬 타임 베이스를 스티어링/정정하는데 사용될 수 있다. 이것을 구현하는 하나의 방법은 루프 필터링 기술을 사용하는 것이다.
결과로서 슬레이브 젠록 시간 카운터는 마스터에서의 젠록 시간 카운터에 동기로 될 것이고 각각의 슬레이브로부터 유도된 신호는 서로에 동기로 될 것이다.
마스터 발생기의 아키텍처는 하드웨어로 구현되는 타임-크리티컬 파트 및 프로토콜 자체를 분리시키는 개념에 기초하고 하드 실시간 조건으로부터 디커플링된다 - 소프트웨어 파트. 그러므로 프로토콜은 낮은 우선순위 프로세스로 및/또는 낮은 성능 요구를 갖는 프로세서 상에서 실행될 수 있다. 마스터 발생기는 고도로 정밀한 실시간 클록 및 타임 스탬프를 발생시키는 타임 스탬프 유닛(TSU)을 가진다. 소프트웨어 파트는 실시간 클록 및 하드웨어 타임 스탬프 유닛으로의 인터페이스를 갖는 실제의 IEEE 1588 프로토콜을 구현한다. 도 1a는 IEEE 1588 동기화 엘리먼트의 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트의 협력을 예시하고 있다.
이 아키텍처의 의도는 거의 운영체제(OS) 독립적인 소프트웨어 컴포넌트 모델링을 지원하는 것이다. 서로 다른 추상화 레벨(abstraction level)을 갖는 3개의 층이 제공된다. 프로토콜 층은 운영체제 독립적인 정밀 시간 프로토콜(PTP)을 구현한다. OS 추상화 층은 PTP와 선택된 운영체제간의 인터페이스를 형성한다. 운영체제에 의해 이용가능하게 된 기능 - 태스크/프로세스, 세마포어, 타이머, 소켓 등 - 은 OS 층 위로 병합된다. 도 1b는 개개 층의 상호작용을 예시한다.
OS 독립적인 프로토콜 층은 네트워크의 IP 네트워크에서의 디바이스를 동기화하기 위한 PTP를 구현한다. 개개의 통신 엘리먼트를 동기화하기 위한 실제의 프로세싱은 여기에 위치된다. 프로토콜 층 내에서, 프로토콜 디스패처는 개개의 프로세스 동안 함수의 어토믹 실행을 보장한다. 프로토콜과 OS 추상화 층간의 통신은 큐 및 3개의 인터페이스에 의해 구현된다.
중간 층, 즉, OS 추상화 층은 네트워크에서 실제로 존재하는 디바이스에 적응되어야 하는 OS 종속 함수를 인케이싱한다. 타임스탬프 인터페이스는 싱크 및 딜레이-요청 메시지의 압류된 타임 스탬프를 정밀 시간 프로토콜에 제공한다. 그러나, 정밀도 요구의 단계에 의존하여, 하드웨어 유닛, 즉, TSU이든 또는 소프트웨어이든 어느 것이 타임 스탬프를 발생시킨다. "소프트웨어 타임 스탬프"를 발생시키는 하나의 가능성은 수송 매체에 가능한 가까이 있는 OS 종속 NIC 드라이버(RX-ISR, 프로세스 송신)에서이다. 로컬 클록은 클록 인터페이스를 통하여 판독 및 수정된다.
하드웨어 실시간 클록을 갖지 않는 구현은 예컨대 UNIX 유도체 하의 나노-커널과 같이 운영체제 또는 최적화된 솔루션의 시스템 클록을 사용할 수 있다. 로컬 클록을 설정하는 것 외에, 이 인터페이스는 시간 동기화의 품질(정확도, 안정성, 과도 거동 등)을 담담하는 제어 알고리즘을 포함한다. 포트 인터페이스는 PTP 메시지를 디스패치 및/또는 수신하는데 사용된다. IEEE 1588 텔레그램은 배타 UDP/IP 멀티캐스트 패킷을 사용하고 그리하여 IP 프로토콜 스택의 소켓 인터페이스를 통하여 그것들을 송신 및 수신하는 것을 가능하게 한다.
클록 또는 타이머는 정의된 시기 이후 시간 경과의 측정을 제공하는 디바이스이다. 바운더리 클록 및 오디너리 클록의 2개 유형의 클록이 있을 수 있다. 바운더리 클록은 하나보다 많은 PTP 포트를 갖는 클록으로서, 각각의 PTP 포트는 개별 PTP 통신 경로로의 액세스를 제공한다. 바운더리 클록은 라우터 및 유사한 네트워크 엘리먼트에 의해 생성된 요동을 제거하는데 사용된다. 이 타임스탬프가 발생되는 아웃바운드 및 인바운드 프로토콜 스택 포인트는 소위 클록 타임스탬프 포인트이다.
개입하는 바운더리 클록 없는 2개의 PTP 클록간 PTP 정보의 통신은 다이렉트 통신이다. UTC 타임 베이스를 확립하도록 시간의 외부 소스로 예컨대 GPS 시스템으로 단일 클록을 동기화시키는 것이 종종 소망될 수 있다. 이러한 동기화는 외부 동기화라고 일컬어진다. 타임 스케일의 기점을 정의하는 기준 시간은 시기(epoch)라 칭한다. 클록의 모음 내 하나의 클록인 그랜드마스터 클록은 모든 다른 것들이 궁극적으로 동기화되는 시간의 주요 소스로 역할할 것이다. 각각의 영역 내에는 시간의 주요 소스로 역할하는 마스터 클록인 단일 클록이 존재할 것이다. 순차적으로 마스터 클록은 다른 마스터 클록에 그리고 궁극적으로 그랜드마스터 클록에 동기화할 것이다. 싱크 및 딜레이-요청 메시지는 이들 메시지에서의 기준 포인트로 역할하는 메시지 타임스탬프 포인트를 두드러진 특징으로 포함하고 있다. 메시지 타임스탬프 포인트가 클록 타임스탬프 포인트를 패싱할 때, 로컬 클록에 대한 필요한 정정을 계산하도록 타임스탬프가 발생되고 사용된다. 오디너리 클록은 단일의 PTP 포트를 갖는 클록이다.
PTP는 정밀 시간 프로토콜의 두문자이다. PTP 도메인은 하나 이상의 PTP 서브도메인의 모음이다. Sync, Delay_Req, Follow-up, Delay_Resp 및 Management의 5개의 지정된 메시지 유형이 존재한다. PTP 메시지는 멀티캐스트를 통하여 통신될 수 있다. 이러한 스타일의 통신에 있어서, 임의의 노드는 메시지를 포스팅할 수 있고 모든 노드는 이 메시지를 수신할 것이다.
PTP 포트는 포트를 포함하고 있는 클록으로의 통신을 위한 논리적 액세스 포인트이다. 2개의 클록은 그것들이 동일한 시기를 갖고 양 클록에 의한 임의의 시간 간격의 측정이 단지 소정의 불확실성만큼만 다르다면 소정의 불확실성으로 동기화된다. 동일한 이벤트에 대하여 2개의 동기화된 클록에 의해 발생된 타임스탬프는 단지 소정의 불확실성만큼만 다를 것이다.

Claims (14)

  1. 2개 이상의 브로드캐스팅/멀티미디어 장비 소스로부터 비롯되는 비관련 정보 또는 기준 신호로서 서로 다른 신호 포맷일 수도 있고 수신 디바이스에서 서로 다른 딜레이 될 수도 있는 상기 신호를 동기화시키기 위한 시스템으로서,
    절대 시간 기준으로부터 입력을 수신하도록 구성되고 패킷 네트워크를 통하여 복수의 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나에 연결되는 마스터 기준 시간 발생기를 포함하고,
    상기 마스터 기준 시간 발생기는 마스터 기준 시간 카운터 및 상기 마스터 기준 시간 카운터를 샘플링하기 위한 샘플링 디바이스를 포함하고,
    상기 마스터 기준 시간 발생기는 마스터 기준 시간 패킷에서의 장래 네트워크 시간 카운트 및 장래 기준 시간 카운트를 포함하는 시간 데이터를 인코딩하고 상기 마스터 기준 시간 패킷을 상기 패킷 네트워크 내로 공급하고,
    상기 복수의 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나는 초기 시점 이후에 경과된 시간에 기초하여 위상이 계산되는 정보 또는 기준 신호를 발생시키기 위해 입력으로서 인코딩된 시간 데이터를 받아들이도록 적응되고,
    상기 슬레이브 기준 신호 발생기는 상기 초기 시점으로부터 경과된 시간 데이터를 발생시키도록 슬레이브 기준 시간 카운터를 포함하고,
    상기 슬레이브 기준 시간 카운터는 상기 슬레이브 기준 시간 카운터를 샘플링하기 위한 샘플링 디바이스에 연결되고,
    상기 마스터 기준 시간 카운터 및 상기 슬레이브 기준 시간 카운터는 상기 네트워크의 모든 슬레이브 기준 신호 발생기 및 상기 마스터 기준 시간 발생기 상에서 동기화된 타임 베이스로부터 유도된 시점에서 샘플링되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    네트워크 상의 슬레이브 기준 신호 발생기 및 마스터 기준 시간 발생기에는 네트워크 분산된 타임키핑 서비스가 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 절대 시간 기준은 외부적으로 제공된 시간인 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 마스터 기준 시간 발생기는 네트워크 분산된 시간 카운트 및 마스터 기준 시간 카운트 값을 동시에 샘플링하고, 샘플링된 시간 카운트의 각각에 대하여, 장래 시간 카운트 값을 계산하도록 적응되고,
    상기 마스터 기준 시간 발생기는 장래 네트워크 시간 카운트 및 장래 기준 시간 카운트를 상기 패킷 네트워크를 통하여 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나에 송신하도록 적응되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나는 로컬 타임 베이스에 의해 클록킹되는 기준 시간 카운터를 포함하고,
    PLL(phase locked loop)은 들어오는 마스터 기준 시간 및 국소적으로 동작중인 슬레이브 기준 시간 데이터를 사용하여 슬레이브 기준 시간 카운터를 록킹하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 2개 이상의 브로드캐스팅/멀티미디어 장비 소스로부터 비롯되는 비관련 정보 신호로서 서로 다른 신호 포맷일 수도 있고 수신 디바이스에서 서로 다른 딜레이 될 수도 있는 상기 신호를 동기화시키기 위한 신호를 송신하는 마스터 기준 시간 발생기로서,
    절대 시간 기준을 수신하도록 결합된 입력, 및
    초기 시점으로부터 경과된 시간을 나타내는 시간 코드 데이터를 발생시키는 카운터를 포함하고,
    상기 카운터는 샘플링을 얻기 위하여 반복적으로 샘플링되도록 적응되어 있고, 2개의 후속하는 샘플링 사이에 경과된 시간 간격은 송신기 디바이스가 연결되는 통신 네트워크의 적어도 하나의 수신 디바이스 상에서 동기화된 타임 베이스로부터 유도되고,
    네트워크에서 샘플링을 포함하고 있는 패킷을 상기 적어도 하나의 수신 디바이스에 송신하고, 상기 샘플링은 장래 네트워크 시간 카운트 및 장래 기준 시간 카운트를 나타내는 것을 특징으로 하는 마스터 기준 시간 발생기.
  7. 제6 항에 따른 마스터 기준 시간 발생기에 의해 송신되는 샘플링된 데이터에서 비롯되는 샘플을 포함하고 있는 패킷을 수신하기 위해 패킷 네트워크에 연결된 슬레이브 정보 신호 발생기로서,
    상기 슬레이브 정보 신호 발생기는 PLL에 의해 카운터의 샘플링을 재생하도록 적응되고,
    상기 슬레이브 정보 신호 발생기는 초기 시점 이후에 경과된 시간에 기초하여 정보 기준 신호의 위상을 계산하도록 적응되어 있는 것을 특징으로 하는 슬레이브 정보 신호 발생기.
  8. 2개 이상의 브로드캐스팅/멀티미디어 장비 소스로부터 비롯되는 비관련 정보또는 기준 신호로서 서로 다른 신호 포맷일 수도 있고 수신 디바이스에서 서로 다른 딜레이 될 수도 있는 상기 신호를 동기화시키기 위한 방법으로서,
    마스터 기준 시간 카운터 및 상기 마스터 기준 시간 카운터를 샘플링하기 위한 샘플링 디바이스를 포함하는 마스터 기준 시간 발생기를 패킷 네트워크를 통하여 복수의 슬레이브 정보 신호 발생기 중 적어도 하나에 연결하는 단계,
    상기 마스터 기준 시간 발생기에서, 절대 시간 기준을 입력으로서 받아들이는 단계,
    마스터 기준 시간 패킷에서의 장래 네트워크 시간 카운트 및 장래 기준 시간 카운트를 포함하는 시간 데이터를 인코딩하는 단계,
    상기 패킷을 상기 패킷 네트워크 내로 공급하는 단계,
    상기 복수의 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나에서, 초기 시점 이후에 경과된 시간에 기초하여 위상이 계산되는 기준 신호를 발생시키기 위해 입력으로서 인코딩된 시간 데이터를 받아들이는 단계,
    상기 슬레이브 기준 신호 발생기의 슬레이브 기준 시간 카운터에서, 상기 초기 시점으로부터 경과된 시간 데이터를 발생시키는 단계, 및
    상기 네트워크의 모든 슬레이브 정보 신호 발생기 및 상기 마스터 기준 시간 발생기 상에서 동기화된 타임 베이스로부터 유도된 시점에서 상기 마스터 기준 시간 카운터 및 상기 슬레이브 기준 시간 카운터를 샘플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 절대 시간 기준은 외부적으로 제공된 시간인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 마스터 기준 시간 발생기에서, 네트워크 분산된 시간 카운트 및 마스터 기준 시간 카운트 값을 동시에 샘플링하고, 샘플링된 시간 카운트의 각각에 대하여, 장래 시간 카운트 값을 계산하는 단계, 및
    상기 마스터 기준 시간 발생기로부터, 장래 네트워크 시간 카운트 및 장래 기준 시간 카운트를 상기 패킷 네트워크를 통하여 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나에 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제8 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나에서, 로컬 타임 베이스에 의해 기준 시간 카운터를 클록킹하는 단계,
    들어오는 마스터 기준 시간 및 국소적으로 동작중인 슬레이브 기준 시간 데이터를 사용하여 슬레이브 기준 시간 카운터를 록킹하도록 PLL을 구현하는 단계,
    디바이스 스타트업 때에, 상기 슬레이브 기준 신호 발생기에서의 상기 카운터를 가장 최근에 수신된 기준 시간 카운트로 로딩하는 단계,
    상기 슬레이브 기준 신호 발생기 중 적어도 하나에서 장래 기준 시간 카운트를 수신하는 때에, 동작중인 네트워크 시간과의 비교를 수행하도록 장래 네트워크 시간 카운트를 비교기 내에 놓는 단계,
    동작중인 네트워크 시간이 비교된 장래 네트워크 시간 카운트와 같은 순간에, 상기 슬레이브 기준 신호 발생기의 기준 시간 카운터를 샘플링하는 단계,
    수신된 장래 기준 시간 카운트에 로컬 기준 시간 카운트를 비교하는 단계, 및
    슬레이브 기준 신호 발생기의 타임 베이스를 제어하도록, 수신된 장래 기준 시간 카운트에 로컬 기준 시간 카운트를 비교하는 단계로부터의 결과적인 임의의 시간 에러를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제8 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    TV/라디오/멀티미디어 정보 데이터도 수송하는 동일한 네트워크를 사용하여 서브-마이크로초 범위에서 브로드캐스팅/멀티미디어 디바이스를 동기화시키도록 IP 네트워크를 통하여 시간 기준 신호를 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
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