CN100492943C - 异步数字家庭网络中的多媒体抖动消除 - Google Patents

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Abstract

一种使用系统级时钟方案来从通过异步网络分发的多媒体分组中消除抖动的方法和装置，特别是一种异步网络。本发明通过如下方法来克服与异步网络中引入的抖动相关联的问题：使用不同的时间戳来使客户设备时钟与头端时钟同步并且控制客户设备中的数据流使之与连接到头端的宽带接收器接收数据的速率相匹配。当从头端接收传输分组时，将第一时间戳加到该分组。当数据帧放入网络时，将第二时间戳置于该数据帧中。当从网络接收该数据帧时，将第三时间戳置于该数据帧中。第二和第三时间戳用于同步客户时钟和服务器时钟，该服务器时钟又频率锁定为头端时钟。第一时间戳用于数据流控制，其中客户控制数据流以相应于在服务器处接收数据的速率。

Description

异步数字家庭网络中的多媒体抖动消除
技术领域
本发明涉及一种异步通信网络，特别涉及一种具有系统级时钟方案以从多媒体数据分组中消除抖动的异步多媒体数字家庭网络。
背景技术
数字通信技术的最近发展增强了数字家庭网络(“DHN”)的活力，DHN可以让各种家庭设备相互通信。特别是日益发展的宽带访问技术使得各种家庭设备能够有利地连接到一个网关设备，其中该网关设备连接到宽带访问，以进行集中化访问和多媒体信息分发。在这种数字家庭网络中，网关设备根据连到网络的各种客户设备的请求，访问并缓冲多媒体内容，并且通过网络分发该内容。
以太网是实现LAN的常见选择。以太网是一种异步冲突检测网络。HPNA也是一种异步冲突检测网络，并且一些基于供电线路的网络也经常是异步冲突检测网络。然而，当使用这些网络来分发多媒体内容时，会出现一些困难。
图1是示出多媒体网络的系统图。系统100包括通过多种通信网络105-107的其中之一连接到媒体服务器103的多种设备108-113。在系统100中，媒体服务器103根据来自连到网络的各种设备的请求，通过卫星抛物面天线(satellite dish)102接收多媒体内容，缓冲该内容，并且分发该内容。媒体服务器103也可以通过多种公知数字媒体访问方法中的任一种进行连接以接收多媒体内容，该方法包括电缆和DSL。通过所选网络传输数据一般是通过使用大缓冲区或者让客户设备对数据进行节流来实现的。
在这一点上，存在很多与进行现场直播并且在异步数字家庭网络上对它进行分发相关联的问题。在现场直播信号中，将数据推送(push)到客户设备，并且客户设备对输入数据流没有任何控制。为了确保网络客户设备能够以正确的帧速率且以不带重复帧或不漏掉帧的方式对传送给它的所有音频和视频数据进行解码和显示，一般需要网络客户设备与网络网关设备保持时钟同步。广播A/V网络中最广泛采纳的时钟同步方法依赖于以从广播时间到接收时间之间的固定延迟将在广播站所采的计数器样本传送给接收器。广播站的计数器由广播站的基准时钟进行计数。在这些时钟样本到达接收器的时刻，对由压控振荡器(VCXO)进行计时的计数器进行采样。将计数器的值与从广播站接收的时间戳进行比较，并且如果本地计数器样本与在广播站所采的时钟样本之间的差值随着时间发生变化，则调节施加于本地VXCO的电压，以试图将本地时钟锁定频率为广播站的基准时钟。
在如以太网络这样的异步冲突检测网络上，从构造分组并将其放在发送缓冲区中的时间到连网设备接收该分组的时间之间的延迟不总是固定的。在这种网络中，在网络上发生冲突的多个设备会导致变化的分组和不可预测的分组接收延迟。在这种环境中，由于变化且不可预测的延迟，因此不可能使用上述方法来将网络接收器的时钟频率锁定为网络发送器的时钟频率。使用这种方法试图将接收器时钟锁定为发送器时钟将在接收器时钟中产生严重的抖动。根据接收器时钟中的抖动幅度，可能不能产生用于视频显示的兼容NTSC的色同步信号。另外，该抖动至少也将需要大于所必需的音频和视频压缩数据缓冲区，而在最坏的情况下将导致缓冲区下溢或上溢。副效应将包括视频冻结、可能的音频啁啾声、以及由于色同步信号变化而动态改变的显示颜色。
一些网络如1394网络，提供可以消除该问题的同步能力。另外，还为ATM网络开发出多种方法如SRTS来解决这些定时问题。SRTS方法假定发送设备和接收设备都访问网络时钟，以进行同步。然而，这些方法不能完全适用于校正如以太网络这样的异步冲突检测网络中的抖动。因此，需要一种系统和方法用来在异步网络特别是在异步冲突检测网络中同步时钟并且控制数据流以克服上述问题。
发明内容
本发明克服上述抖动问题，并且特别提供一种用于通过异步网络分发多媒体内容的系统和方法。更具体地说，本发明使用时间戳来最小化和减轻因软件处理和在异步家庭网络上的冲突而产生的抖动影响。时间戳用来执行客户设备时钟与服务器时钟的同步，并且还用来控制客户设备中的数据流。
根据本发明的一个方面，提供一种服务器装置，用于通过异步网络接收分组多媒体数据并且发送分组多媒体数据，所述装置包括：输入端，用于从信号源接收分组多媒体数据，该分组多媒体数据包含同步信息；时钟，其与所述服务器装置相关联，该时钟的频率根据与所述信号源相关联的时钟来锁定；控制器，连接到输入端和时钟，用于响应同步信息而将该时钟和与信号源相关联的时钟进行同步，控制器生成其中包含有分组多媒体数据的数据帧；输出端，连接到异步网络，用于将数据帧发送到客户设备；时间戳设备，连接到控制器、时钟和输出端，用于在每个数据帧中置放同步时间戳，通过使用响应于与所述服务器装置相关联的时钟而递增的本地计数器来产生该同步时间戳，其中，同步时间戳表示各个数据帧放入异步网络的时间，从而客户设备响应于同步时间戳，同步与客户设备相关联的时钟和与服务器装置相关联的时钟；其中，控制器为了响应分组多媒体数据的接收，生成数据流时间戳，每个数据流时间戳表示在输入端接收各自多媒体数据分组的时间，该数据帧包括多个分组多媒体数据及其相关数据流时间戳，其中，客户设备为了响应数据流时间戳而控制客户设备中的数据流速率，以相应于在输入端接收分组多媒体数据的速率。
根据本发明的另一个方面，提供一种通过异步网络发送分组多媒体数据的方法，所述方法包括：从信号源接收分组多媒体数据，该分组多媒体数据包含同步信息；响应于同步信息，使服务器时钟和与信号源相关联的时钟同步；生成其中包含有分组多媒体数据的数据帧；将数据帧放入异步网络，以将该数据帧发送到客户设备，其中，通过使用响应于服务器时钟而递增的本地计数器来生成同步时间戳，并且将该同步时间戳置于每个数据帧中，每个同步时间戳表示各自数据帧放入异步网络的时间，其中，客户设备响应于同步时间戳，使与客户设备相关联的时钟和服务器时钟同步；当接收到分组多媒体数据时生成数据流时间戳，每个数据流时间戳表示接收对应多媒体数据分组的时间；以及生成数据帧的步骤，包括生成包含有分组多媒体数据和数据流时间戳的数据帧，从而客户设备为了响应数据流时间戳而控制客户设备中的数据流速率，以相应于所接收分组多媒体数据的速率。
根据本发明的另一个方面，提供一种通过异步网络接收并处理分组多媒体数据的装置，其中，分组多媒体数据包括多个具有同步时间戳的数据帧，其中该同步时间戳表示将各自数据帧放入异步网络的时间，所述装置，包括：输入端，连接到异步网络，用于接收由服务器设备发送的数据帧；时钟，其与所述装置相关联；时间戳设备，连接到输入端，用于生成第二同步时间戳，通过使用响应于与所述装置相关联的时钟而递增的计数器来产生该第二同步时间戳并且该第二同步时间戳表示在输入端接收数据帧的时间；控制器，连接到时钟和时间戳设备，用于响应于同步时间戳和第二同步时间戳，使所述时钟和与服务器设备相关联的时钟同步；其中，数据帧还包括与分组多媒体数据相关联的数据流时间戳，该数据流时间戳表示服务器接收每个多媒体数据分组的时间，并且所述装置还包括用于存储分组多媒体数据的缓冲区以及解码器，其中，控制器响应于数据流时间戳，控制将分组多媒体数据传输给解码器的速率，以相应于在服务器处接收分组多媒体数据的速率。
根据本发明的另一个方面，提供一种为了响应通过异步网络的数据帧的接收而控制客户设备的方法，每个数据帧包括分组多媒体数据以及表示将数据帧放入异步网络的时间的同步时间戳，所述方法包括：接收由服务器设备发送的数据帧；在接收到该数据帧时，通过使用响应于与所述客户设备相关联的时钟而递增的计数器来生成第二同步时间戳，每个第二时间戳表示通过异步网络接收各自数据帧的时间；以及为了响应所述同步时间戳和第二同步时间戳，使客户设备中的时钟同步；其中，数据帧包括分组多媒体数据和数据流时间戳，每个数据流时间戳表示服务器设备接收对应多媒体数据分组的时间，所述方法还包括如下步骤：为了响应数据流时间戳，控制将分组多媒体数据从缓冲区传输到解码器的速率，以相应于在服务器设备处接收分组多媒体数据的速率。
增加一组时间戳用于流控制。当一个分组从宽带网络到达时，将服务器中的本地计数器样本锁存到寄存器中。服务器将采样计数器值附于所接收的传输分组。本地计数器使用频率锁定为头端(headend)系统时钟的系统时钟进行计时。一旦分组加上时间戳，服务器就可以将该分组放在发送缓冲区中。该时间戳表示从宽带连接接收数据并且将其放到缓冲区中的时刻，这样它可以由客户设备用来以与它进入缓冲区完全相同的速率从接收缓冲区中移走数据。
另一组时间戳用来同步客户设备时钟与头端时钟。在将数据帧放入网络的时刻，对使用系统时钟的本地计数器进行采样。在网络的物理层实时地将基于采样时钟的时间戳置于数据帧中，从而从对本地计数器进行采样到将采样计数值放入网络之间的时间量固定不变。如果发生冲突，在重新发送数据时更新时间戳。在客户设备的物理层接收新数据帧的时刻，将使用客户本地时钟的本地计数器样本锁存到寄存器中。然后，将该“接收时间”时间戳附于所接收的数据帧，并且将其传递到客户网络协议硬件和软件的后继层。在客户数据通过通信协议之后，客户准备使用该数据。
客户设备使用在服务器网络接口的物理层所附的时间戳，以及在客户设备接收该数据时所附的时间戳，以将客户的本地系统时钟锁定为服务器的本地系统时钟。由于服务器本地系统时钟锁定频率为头端系统时钟，因此客户系统时钟也锁定频率为头端系统时钟。来自服务器的频率时钟样本将允许客户系统时钟非常接近地跟踪服务器系统时钟。
然后，可以使用在数据从宽带网络到达服务器时附于该数据的时间戳，确定应从客户缓冲区提取每个数据分组并且将其传给客户音频/视频子系统的准确时间。通过这种方式，分组到达服务器的时刻完全匹配于输入到客户设备的A/V子系统的时刻。
附图说明
本发明是参照附图来描述的，其中：
图1示出包括连接到多个客户设备的媒体服务器的异步多媒体网络；
图2是示出本发明的异步多媒体网络各个元件的方框图，其中，在网络的不同点将多个时间戳置于数据中；
图3示出包括本发明的异步多媒体网络所利用的时间戳的数据帧格式；
图4是示出用来接收卫星信号的宽带接收器各个元件的方框图；
图5是示出图4所示的PCI DBS调谐板各个元件的方框图；
图6是示出图2所示的客户设备各个元件的方框图；
图7是示出图6所示的传输格式板各个元件的方框图；
图8是示出图6所示的客户视频解码器各个元件的方框图；
图9是示出用于本发明的异步多媒体网络中的时间戳板的方框图；
图10是示出图9所示的时间戳板中的时间戳控制器的方框图；
图11是示出图10所示的时间戳控制器中的接收单元的方框图；以及
图12是示出图10所示的时间戳控制器中的发送单元的方框图。
具体实施方式
图2示出本发明的利用时间戳的数字家庭网络。宽带输入信号由头端(未示出)提供并且由宽带接收器/多媒体服务器202接收。服务器202可以配置为接收如输入Sys 1、Sys 2...Sys n所示的来自多个宽带源如卫星、电缆或DSL的其中之一的输入。该输入信号可以采用传输分组的形式，它包括系统时钟恢复(System Clock Recovery，SCR)信息，由接收器202用来将其本地系统时钟频率锁定为头端系统时钟。SCR用来管理缓冲级别和获得在集成接收器的解码器(integrated receiver decoder，IRD)中的视频定时和色同步信号。值得注意的是，为了使系统200正常工作，在从进入网络到最后表现点的贯穿系统200的整个期间内必须保持SCR信息和分组定时关系。
由服务器202从宽带网络接收的数据是经过分组传输。其中一些传输分组将携带来自按照头端系统时钟进行计时的头端计数器的样本。使用这些计数器样本和携带这些样本的传输分组的到达时间，服务器202能够将其自己的本地系统时钟频率锁定为头端系统时钟。
根据本发明，为了保证在客户设备可以准确地再现分组到达时间，当服务器202接收分组时，在从宽带网络到达的每个分组都加上时间戳T1。时间戳T1是使用服务器202的本地系统时钟进行计时的本地计数器样本。时间戳T1和分组在通过DHN共同广播之前一起存储在缓冲区205中。
在后面的某个时间点，一组传输分组与首标(header)信息组装在一起形成一个数据帧，以在DHN网络上进行传输。在数据帧开始放入该网络的时刻，对使用本地系统时钟的服务器202的本地计数器进行采样，以生成计数器样本时间戳T2。将时间戳T2添加到输出数据帧的开始处，从而从对计数器值进行采样的时间到计数器值进入网络的时间是固定不变的。该时间固定不变是重要的，为此，在网络接口的物理层硬件中执行计数器采样和时间戳置放。由于通过网络从服务器202到客户设备204的传播延迟固定不变，因此从对T2进行采样到包含时间戳T2的分组到达客户设备204的整个传播延迟也固定不变。另外，在码元(symbol)时间可能变化的网络中，只要传播时间保持不变，本发明就能够提供同步。
在数据帧到达客户设备204的时刻，对使用客户系统时钟的客户设备204的本地计数器进行采样以生成时间戳T3。将该计数器值与到达数据帧中的时间戳T2进行比较，以保证客户计数器和服务器计数器之间的差值保持不变。如果该差值随着时间变化，则客户设备将修改其本地VCXO的电压，以将其本地系统时钟频率锁定为服务器202的系统时钟。因此，时间戳T2和T3一起用来将客户设备204的系统时钟频率锁定为服务器202的系统时钟。在客户设备204中使用时间戳T2和T3进行同步之后，可以丢弃时间戳T2和T3。此时，封装多个传输分组及其相关时间戳T1的数据帧可以存储在客户设备204的缓冲区203中。
下一步是，以与分组到达服务器202的输入端的速率完全匹配的速率，从客户设备204的缓冲区移走数据。当客户设备204已在接收缓冲区中累积足够的数据以吸收适当数量的网络抖动时，客户设备204开始从接收缓冲区提取数据，并且使该数据供客户设备204内的解码器使用。基于客户时钟的本地计数器使用从存储器提取的存储在第一传输分组中的计数值进行初始化。该计数器使用锁定为服务器时钟的客户系统时钟进行计时，从而可以在随后分组所存储的时间戳值与计数器值相匹配时从存储器提取该分组。通过这种方式，从客户设备204的接收缓冲区移走数据的速率与在服务器202接收数据的速率相匹配。数据分组格式及时间戳T1、T2和T3在数据帧内的置放如图3所示，其中，当接收经过分组的数据时，生成时间戳T1，当将帧放入DHN网络时，将时间戳T2置于该数据帧中，并且当从DHN网络接收数据帧时，生成时间戳T3。
下面将进一步描述以太网环境下的数据分组格式及时间戳在数据帧内的置放。本实施例的以太网分组使用UDP/IP协议，但是应该理解，也可以使用其他适当协议如TCP或“原始(raw)”以太网来实现本发明的时间戳特性。根据本发明，IP首标利用IP选项来标识需要在其中置放时间戳的数据帧。这些时间戳置于UDP首标之后的数据帧中。在扩展UDP首标中存在一个唯一位置来对应于输出和输入分组。
时钟同步时间戳T2和T3置于UDP首标之后。时间戳T2是32位时间戳，并且在IP分组设有选项25(has an option 25 set)时进行被采用。该时间戳是在物理网络层置于数据帧中的。虽然本实施例利用选项25来表示帧中存在时间戳，但是应该理解，也可以利用其他适当方法来表示时间戳，如指定特定IP地址和端口号。
时间戳T3也是32位输入时间戳，并且在检测到IP分组具有选项25时进行被采用。该时间戳也是在物理网络层置于数据帧中的。下面的表1示出时间戳T2和T3在UDP数据帧中的置放。
表1 UDP数据帧
使用物理层的时间戳，本发明可以开发一个算法来同步两个独立的节点，在本例中为服务器202和客户设备204。
当从宽带网络接收数据时，将数据流控制时间戳T1置于数据流中。时间戳T1是使用服务器202的本地计数器来生成的，其中，该计数器是由频率锁定为头端系统时钟的时钟来计数的。通过当分组到达服务器202时将时间戳T1置于每个传输分组中，客户设备204能够以与服务器202的接收速率相同的位速率进行再现。将数据流控制时间戳T1置于UDP有效荷载中。表2示出用于本发明的示例性实施例中的数据格式。该数据置于表1所示的UDP数据帧的数据部分中。
表2-包括传输分组和时间戳的数据
Figure C01813075D00122
Figure C01813075D00131
一旦数据帧加上时间戳，就对UDP校验和(checksum)进行校验。如果校验和不为0，则使用新创建的校验和替换旧校验和。在解决UDP校验和之后，计算新的CRC，并且替换MAC层中的旧CRC值。如果在分组检查的任何点确定数据帧不是合法的时间戳帧，则通过(pass through)该帧而不对数据作任何修改。
时间戳值是从外部系统时钟生成的。外部时钟驱动32位计数器。当数据帧放入网络时，获取计数器的快照。对于输入分组，获取客户设备计数器的快照。如果它是合法的时间戳分组，则将计数器的快照置于数据帧的有效荷载部分中。32位计数器是与外部系统时钟同步的自运行循环计数器(freerunning rollover counter)。
下面描述搜索次序，该搜索次序确定特定数据帧是否需要时间戳，以及如果需要，在什么地方置放时间戳数据。第一测试是验证MAC帧。验证MAC帧需要计算并比较CRC。如果CRC测试失败，则让该帧通过而不作任何修改，从而保证不将合法CRC加到接收不合法CRC的数据帧。如果CRC测试通过，则执行第二测试来查找MAC帧中的网际协议(Internet Protocol，IP)。按照规范802.3章节3.2.6，MAC帧中的20个八位字节，长度/类型，为长度/类型字段。按照ITEF RFC 1700以太类型表，因特网IP(Ipv4)为0x800(十六进制)。如果该值不为0x800，则通过该分组(pass through)。如果长度/类型为0x800，则执行另一测试来确定IP首标的大小以及它是否包含UDP分组。MAC帧的内容参见IEEE 802.3，章节3.1.1。
如果MAC帧包含IP分组，则下一测试确定大小和选项设置。首先，为了确定大小，检查IP分组的第二半字节(nibble)，它是首标长度。首标长度是构成IP首标的32位字的数目。没有选项的情况下，IP首标通常为20字节，从而首标长度为5。IP首标选项相对于IP首标的开始处偏移20(十进制)。
现在描述确定分组是否为合法时间戳分组的步骤。如果任一步骤失败，则通过该分组而不作任何修改。首先，检查首标长度字段，以确定它是否大于5。如果是，检查相对于IP首标的开始处偏移20字节的第一IP选项是否为0x99040000。选项格式如下面的表3所示：
表3 IP选项25
 
复制(1位) 类别(2位) 编号(5位) 长度(8位) 参数(16位)
1 0 25 4 0
表4示出包含有IP选项25的IP首标。
表4 具有IP选项25的IP首标
如果IP选项包含上述指定的时间戳选项，则本系统将时间戳置于数据帧中。这些时间戳置于IP首标之后的UDP有效荷载部分，具体是在有效荷载部分的开始处。UDP首标的长度为8字节。UDP有效荷载的第一32位字为输出时间戳T2保留，并且UDP有效荷载的第二32位字为输入时间戳T3保留。表1示出UDP数据帧的一般格式，而表2示出为本发明的示例性实施例所选的特定格式。
本发明的一个重要方面是在物理层生成时间戳和CRC，并将其置于数据帧中。这样，在将数据帧实际放入网络或从网络实际接收它的时候，将时间戳和CRC置于数据帧中。这就允许时间戳准确地反映数据进入网络的时间和从网络接收数据的时间。
现在针对DBS接收器进一步详细描述用于实现上述时间戳置放的系统的各个元件。然而，应该理解，也可以为在其他类型的宽带网络如DSL或电缆上接收的多媒体数据执行类似的时间戳置放。
如图4所示，服务器202包括三个通过总线连接的功能块。卫星信号由服务器202通过PCI DBS调谐器402进行接收。主机控制器406通过PCI总线接口405从PCI DBS调谐器402读取卫星信号传输分组。然后，主机控制器406对数据进行处理，并且将处理后的数据通过包括UDP在内的公知协议发送到时间戳板404。另外，PCI DBS调谐器402和时间戳板404之间具有共同时钟。该时钟是在PCI DBS调谐器402上生成的，并且用作时间戳板404的时间基准。
工作时，主机控制器406从PCI DBS调谐器402的FIFO存储器读取传输分组。然后根据网络协议软件对分组进行处理，再将网络帧写入到时间戳板404的以太网MAC中。MAC等待以太网络变得可用，然后通过时间戳控制器将数据发送到以太网PHY。当时间戳控制器检测到视频网络分组时，将时间戳加到那个分组。时间戳T2是时间戳控制器中的由经过恢复的时钟源进行计时的计数器的样本。在服务器202中，用于时间戳控制器的时钟源是PCI DBS调谐器402中的VCXO。
图5示出PCI DBS调谐器402的方框图。PCI DBS调谐器402执行三个主要功能。第一，PCI DBS调谐器402确保对正确的卫星转发器进行选择、调谐和解调。这是通过卫星调谐器502和解调器504来完来的。这些设备执行公知的将卫星信号转换为数字传输流的操作。
第二，PCI DBS调谐器402对传输流的分组进行过滤。调谐控制器406包含仅滤出由主机控制器406请求的传输分组的逻辑。然后，将这些传输分组存储到FIFO缓冲区512中。然后，主机控制器406可以通过PCI总线接口405从FIFO缓冲区512读取这些分组。为了实现PCI总线接口，使用PCI桥芯片508。
第三，PCI DBS调谐器402执行时钟恢复。调谐控制器506执行来自闪存和SRAM 514的软件指令。创建一个软件控制循环来调节压控晶体振荡器(“VCXO”)510的频率。每次接收到包含来自服务提供商头端的时间戳的分组时，对使用VCXO 510时钟的计数器进行采样。调谐控制器506比较VCXO 510时钟与头端时钟的归一化误差(normalized error)。这样，就可以将本地时钟调为与头端时钟相同的频率。
另外，可以使用来自VCXO 510的经过恢复的系统时钟，将时间戳T1加到每个传输分组。时间戳T1基于在调谐器402接收分组的时刻的本地计数器样本。
网络客户204的各个元件如图6所示。数据到达客户的时间戳板602，并且在到达时刻将时间戳T3加到该数据帧。这些分组由通过PCI总线605连接到时间戳板602的客户控制器608进行处理。从网络帧中提取传输分组，然后将其写入到传输格式器板604。传输格式器604的输出是可以由解码器606使用的串行传输流。解码器606的输出端连接到电视或其他显示设备。图8示出解码器606的各个元件。
客户控制器608负责执行时钟恢复算法。在客户204处将数据帧离开服务器202的时间T2与到达时间T3进行比较。通过这种方式，客户控制器608可以确定解码器VCXO 812是否快于或慢于服务器VCXO 510。客户控制器608通过低速串行(RS-232)连接将命令发送到解码控制器810以加快或减慢解码器VCXO 812。
除了客户设备的经过恢复的时钟源来自解码器606的时钟而不是PCIDBS调谐器402的VCXO 510之外，客户设备的时间戳板类似于服务器设备的时间戳板。
传输格式器604的各个元件如图7所示。传输格式器604通过PCI总线702连接到客户控制器608。PCI总线接口将PCI总线转换为连接到传输格式控制器704的标准本地总线。传输格式控制器704在TTL逻辑电平上输出串行传输流。高速串行转换器706对这些信号进行电路转换为传给解码器606的低压微分信号。
传输格式控制器704具有两个工作模式。第一是流控制模式，其中，根据由PCI DBS调谐器402的调谐控制器506加入的可选时间戳，将传输分组转发给解码器606。通过这种方式，传输分组离开传输格式器604的相对时间与传输分组到达调谐控制器506的时间相匹配。这使得位于解码器606输入端的分组定时看上去具有与直接连接到PCI DBS调谐器402的调谐器502和解调器504一样的效果。
第二工作模式允许数据从传输格式控制器704直接流到解码器606。在这种模式下，需要解码器606在内部对数据进行缓冲。这需要解码器606包含比第一模式更多的存储器。
数据从传输格式器604进入解码器606的高速串行接口802。传输处理器804对输入传输分组进行分类，并且将它们放入正确的缓冲区(视频、音频、节目导引、其他数据等)。在视频/音频解码器806中对视频和音频数据进行解压缩。然后，解压缩后的数字数据通过NTSC编码器/音频DAC 808转换为模拟NTSC信号。
现在进一步描述用于实现此时间戳方法的时间戳板。虽然是参照与服务器202相关联的时间戳板来描述的，如上所述，与客户204相关联的时间戳板是类似的。时间戳板404是可以支持10Mb/s和100Mb/s数据速率的PCI以太网NIC。它能够在数据帧中重新设置UDP校验和、置放32位时间戳，以及为指定的数据帧重新计算CRC。外部接口允许板404集成到PC PCI或嵌入PCI架构中。外部时钟接口用来生成时间戳值。
图9示出时间戳板404的方框图。时间戳板包括连接到以太网络902的输入插口904，例如RJ45。输入插口904连接到10/100Base-TX Phy变压器(transformer)906。变压器906连接到物理层设备908，该物理层设备908是带集成PMD子层的全功能物理层设备，用来支持10BASE-T和10BASE-X以太网协议。物理层设备908连接到总线缓冲区912，该总线缓冲区912转换物理层设备908和时间戳控制器916之间的电压电平。总线缓冲区912是低电压CMOS八进制总线缓冲区。它对于低功率和高速3.3V应用是理想的，并且可以与5V信号环境进行连接以进行输入和输出。总线缓冲区912连接到时间戳控制器916，该时间戳控制器916控制并执行大部分时间戳功能，包括，在接收和发送两个方向上为合法数据帧重新设置UDP校验和、置放时间戳以及重新计算CRC。
时间戳控制器916连接到配置设备918，该配置设备918存储并载入用来操作时间戳控制器916的程序。时间戳控制器916还连接到以太网MAC单元914，该以太网MAC单元914是用于10Mb/s和100Mb/s数据速率的LAN控制器。以太网MAC 914向外设部件互连(Peripheral Component Interconnect，PCI)本地总线或卡总线提供直接接口。
时间戳控制器916提供与PHY和MAC的MII接口。如图10所示，控制器916包括接收单元1002和发送单元1004。这两个单元是单独实现的，但是共享同一外部系统时钟和复位信号。
如图11所示，接收单元1002包括接收控制器1102、时间戳生成器1114、移位寄存器1112、CRC验证模块1110、新CRC计算模块1106、3:1MUX 1108和4:1MUX 1104。接收控制器1102检测数据流的状态，从而为适当的输出数据(接收数据、重设UDP校验和、时间戳、新CRC)激活3:1MUX和4:1MUX。
新CRC计算模块1106为修改后的数据流(具有时间戳和重设UDP校验和的以太网分组)计算CRC校验和。该新CRC将在经过修改的数据流到达MAC之前置于该数据流中。接收单元1002与发送单元1004的不同之处在于接收单元1002包括CRC验证模块1110。由于分组数据可能在介质上遭到破坏这一情况，因此对所接收的分组验证CRC是必要的。如果CRC不正确，这表示数据确实受到破坏。在这种情况下，不是将新的正确CRC加到该数据，而是让带错误CRC的数据通过MAC。
控制器1102对所有模块和组件的操作进行同步和控制。使用两个时钟：接收时钟和外部系统时钟。时间戳由外部时钟生成，并且在每个分组的开始，锁存到接收时钟域中。从PHY接收数据，并且根据IEEE 802.3将适当的数据(接收数据、重设UDP校验和、时间戳、新CRC)发送到MAC。
当接收到数据时，将时间戳T3置于适当区域中，计算新CRC，并且替换MAC层中的旧CRC值。在此重申，本发明的一个重要方面是当从网络接收数据帧时，在物理层生成时间戳和CRC，并将其置于数据帧中。这样，当数据帧移到MAC层时，快速且高效地将反映从网络接收数据帧的实际时间的时间戳和CRC置于数据帧中。如果在分组检查的任一点上确定数据帧不是合法的时间戳帧或者接收时存在错误，则让数据帧通过而不对数据作任何修改。
如图12所示，发送单元1004包括发送控制器1202、时间戳生成器1210、移位寄存器1208、新CRC计算模块1206、3:1 MUX 1212和4:1 MUX 1204。发送控制器1102为每个适当的过程控制所有模块和组件的操作。使用两个时钟：发送时钟和外部系统时钟。时间戳由外部时钟生成，并且在每个分组的开始，锁存到接收时钟域中。在此重申，在物理层生成时间戳并将其置于数据帧中。
尽管本发明是以具有优选设计的方式来描述的，但本发明还可以在本发明内容的精神和范围内作进一步的修改。例如，时间戳特性可以在其他异步网络，包括但不限于HPNA、PLC和特定无线网络，例如IEEE 802.11b中实现。因此，本申请包括任何使用本发明一般原理的其变体、应用和改造。而且，本申请包括在本发明所属领域的公知或惯例实施范围内且属于所附权利要求范围内的对本发明内容的变更。

Claims (14)

1.一种服务器装置，用于通过异步网络接收分组多媒体数据并且发送分组多媒体数据，所述装置包括：
输入端，用于从信号源接收分组多媒体数据，该分组多媒体数据包含同步信息；
时钟，其与所述服务器装置相关联，该时钟的频率根据与所述信号源相关联的时钟来锁定；
控制器，连接到输入端和时钟，用于响应同步信息而将该时钟和与信号源相关联的时钟进行同步，控制器生成其中包含有分组多媒体数据的数据帧；
输出端，连接到异步网络，用于将数据帧发送到客户设备；
时间戳设备，连接到控制器、时钟和输出端，用于在每个数据帧中置放同步时间戳，通过使用响应于与所述服务器装置相关联的时钟而递增的本地计数器来产生该同步时间戳，其中，同步时间戳表示各个数据帧放入异步网络的时间，从而客户设备响应于同步时间戳，同步与客户设备相关联的时钟和与服务器装置相关联的时钟；
其中，控制器为了响应分组多媒体数据的接收，生成数据流时间戳，每个数据流时间戳表示在输入端接收各自多媒体数据分组的时间，该数据帧包括多个分组多媒体数据及其相关数据流时间戳，其中，客户设备为了响应数据流时间戳而控制客户设备中的数据流速率，以相应于在输入端接收分组多媒体数据的速率。
2.如权利要求1所述的服务器装置，其中，数据帧包括：数据帧首标；时间戳数据部分，用于接收同步时间戳；以及数据部分，用于接收分组多媒体数据及该多媒体数据所对应的数据流时间戳。
3.如权利要求2所述的服务器装置，其中，时间戳数据部分包括：第一时间戳数据部分，用于接收同步时间戳；以及第二时间戳数据部分，用于接收由客户设备加入的同步时间戳。
4.如权利要求1所述的服务器装置，其中，异步网络是以太网络。
5.如权利要求1所述的服务器装置，其中，异步网络是HPNA网络。
6.如权利要求1所述的服务器装置，其中，异步网络是PLC网络。
7.如权利要求1所述的服务器装置，其中，异步网络是无线网络。
8.一种通过异步网络发送分组多媒体数据的方法，所述方法包括：
从信号源接收分组多媒体数据，该分组多媒体数据包含同步信息；
响应于同步信息，使服务器时钟和与信号源相关联的时钟同步；
生成其中包含有分组多媒体数据的数据帧；
将数据帧放入异步网络，以将该数据帧发送到客户设备，其中，通过使用响应于服务器时钟而递增的本地计数器来生成同步时间戳，并且将该同步时间戳置于每个数据帧中，每个同步时间戳表示各自数据帧放入异步网络的时间，其中，客户设备响应于同步时间戳，使与客户设备相关联的时钟和服务器时钟同步；
当接收到分组多媒体数据时生成数据流时间戳，每个数据流时间戳表示接收对应多媒体数据分组的时间；以及生成数据帧的步骤，包括生成包含有分组多媒体数据和数据流时间戳的数据帧，从而客户设备为了响应数据流时间戳而控制客户设备中的数据流速率，以相应于所接收分组多媒体数据的速率。
9.一种通过异步网络接收并处理分组多媒体数据的装置，其中，分组多媒体数据包括多个具有同步时间戳的数据帧，其中该同步时间戳表示将各自数据帧放入异步网络的时间，所述装置，包括：
输入端，连接到异步网络，用于接收由服务器设备发送的数据帧；
时钟，其与所述装置相关联；
时间戳设备，连接到输入端，用于生成第二同步时间戳，通过使用响应于与所述装置相关联的时钟而递增的计数器来产生该第二同步时间戳并且该第二同步时间戳表示在输入端接收数据帧的时间；
控制器，连接到时钟和时间戳设备，用于响应于同步时间戳和第二同步时间戳，使所述时钟和与服务器设备相关联的时钟同步；
其中，数据帧还包括与分组多媒体数据相关联的数据流时间戳，该数据流时间戳表示服务器接收每个多媒体数据分组的时间，并且所述装置还包括用于存储分组多媒体数据的缓冲区以及解码器，其中，控制器响应于数据流时间戳，控制将分组多媒体数据传输给解码器的速率，以相应于在服务器处接收分组多媒体数据的速率。
10.如权利要求9所述的装置，其中，异步网络是以太网络。
11.如权利要求9所述的装置，其中，异步网络是HPNA网络。
12.如权利要求9所述的装置，其中，异步网络是PLC网络。
13.如权利要求9所述的装置，其中，异步网络是无线网络。
14.一种为了响应通过异步网络的数据帧的接收而控制客户设备的方法，每个数据帧包括分组多媒体数据以及表示将数据帧放入异步网络的时间的同步时间戳，所述方法包括：
接收由服务器设备发送的数据帧；
在接收到该数据帧时，通过使用响应于与所述客户设备相关联的时钟而递增的计数器来生成第二同步时间戳，每个第二时间戳表示通过异步网络接收各自数据帧的时间；
为了响应所述同步时间戳和第二同步时间戳，使客户设备中的时钟同步；
其中，数据帧包括分组多媒体数据和数据流时间戳，每个数据流时间戳表示服务器设备接收对应多媒体数据分组的时间，所述方法还包括如下步骤：
为了响应数据流时间戳，控制将分组多媒体数据从缓冲区传输到解码器的速率，以相应于在服务器设备处接收分组多媒体数据的速率。
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