专利名称：分组交换网络中对同步通信设备的传递延迟补偿的制作方法
技术领域：
本发明涉及设备的同步，更具体地涉及经由通信网络的同步信号传送，目的在 于设备之间的同步，以及对连接至分组交换网络的通信设备的传递延迟补偿。
背景技术：
诸如视频设备(例如，摄像机或视频录像机)之类的特定设备一旦关于参考时基 被同步，就能够提供同步数据(例如定义视频图像)。这种同步通过向设备传输同步信号 来进行，这在视频设备的(非限制)情况下例如被称作“同步锁相(Genlock)”。当同步信号的传输通过例如同轴类型的专用线缆进行时，在该线缆中没有其他 信号流动。因此，传输直达要同步的各种设备的同步信号的延迟是恒定的并且没有抖 动。基于接收到的同步信号，设备的每个接收机能够重构专用于其操作的定时时钟(或 参考时基或参考时钟信号)，并且保证其产生的每个数据集合(例如图像)在相位方面与 作为相同同步对象的每个其他设备所产生的每个数据集合严格同相。因此，例如两个摄 像机可以产生不同的、但彼此严格同相和同频的视频内容。时钟的相位和频率构成被称 作其所谓的定时。当设备连接至引入了从一个设备到另一个设备变化的传输延迟和抖动的通信网 络时，就好像在特别针对所谓的分组交换网络的情况中一样，例如基于有线的网络(以 太网)和基于无线的IP网络，不再能够传输同步信号。然后在网络部件传输代表同步信 号的采样斜坡信号。更具体地，在发送侧上，从由设备中的主设备传递的同步信号(例如，Genlock) 中提取使得能够恢复参考时钟信号和内容时间记号(tick)(例如，图像时间记号)。参考 时钟信号提供传递第一和第二同步斜坡信号的第一和第二计数器，第一和第二同步斜坡 信号代表自上个恢复的内容时间记号和自上个参考时间记号起分别传递的参考时钟信号 的时间记号的数目。每次恢复内容时间记号时将第一计数器的值设置为0。第三定时器 计量(meter)第一斜坡信号的0设置的次数，并且在每次该次数等于选定阈值时产生参考 时间记号。每次产生参考时间记号时将第二计数器的值(通常被称作“PCR” ( “程序 时钟参考”))设置为0。根据采样频率(通常由网络提供)对第二斜坡信号进行采样， 并且经由网络通过分组的帧将所得到的采样传输至设备的接收机。应注意，在视频内容的情况下，例如，内容时间记号的周期在625行标准的情 况下等于40ms。在接收侧上，经由网络接收到的采样用于对锁相环(或PLL)进行同步，并从而 用于重构开始参考时钟信号。更具体地，锁相环基于所传输的第二采样斜坡信号，来重 构参考时钟信号，然后，锁相环重构等于或同相于已经在发送侧上采样的斜坡信号的第 二斜坡信号。利用对同步计数器的值进行初始化来管理处理装置，并基于同步计数器的 值以及重构的参考时钟信号相对于第二重构的斜坡信号同步。以规则间隔(采样周期)在发送侧所采样的第二斜坡信号(PCR)以不规则间隔到达接收侧，这主要因为(例如，通过IP)传送这些第二斜坡信号信号所引入的抖动。在 接收侧上，以规则间隔(Tsamp)再次考虑这些PCR信号。锁相环(PLL)通过周期Tsamp的 采样信号，负责对与PCR计数斜坡的采样时刻有关的抖动进行滤波，从而获取严格地以 与在发送侧产生的第二斜坡信号(PCR)同步的方式形成的第二斜坡信号，作为来自对方 (接收侧)的输出。发送侧与接收侧上的采样时刻之间的不精确度由适当带宽的PLL来 吸收。因此，接收侧重构的参考时钟信号的定时与在发送侧上产生的参考时钟信号的定 时在频率和相位方面均相同。一旦已经重构了定时，就需要重构第一斜坡信号，并且将该第一斜坡信号与第 二重构的斜坡信号同步。相应地，使用与在发送侧上所使用的0设置周期(例如，40ms) 相同的0设置周期。然后，每次将第一斜坡信号设置为0时，就产生内容时间记号，并 且基于内容时间记号和重构的参考时钟信号，来重构初始同步信号。在国际申请PCTFR2007/050918中公开了该同步机制。通过如此进行，由这种参考站所驱动设备同步地产生数据流。但是上述系统不 能解决流产生后的数据传递持续时间，这是一个问题。该问题会例如在如上所述同步的 麦克风与摄像机同时获取声音和视频信号时出现。同步地获取和传递视频和音频流。当 将这样的流发送至电视机时，如果摄像机和电视机之间的视频流的传递持续时间与麦克 风和电视机之间的传递持续时间不严格相同，则会在电视机上出现由两个流之间的延迟 引起的音频对口型效应(lip sync)。摄像机和麦克风上同步信号的重构不能保证两个流在 电视机级处理想同相。当将两个同步摄像机所传递的两个视频流发送至视频混合器时，会遇到另一示 意问题。由于例如由两个不同数据路径上的传送和/或处理持续时间所引起的传递持续 时间的差异，不能在两个视频流之间进行清晰过渡(clean transition)。本发明的一个目的是，改进现有技术中当在各种合成同步信号之间产生数据流 时与由于各种数据传递持续时间所引起的延迟有关的关注，这种改进是通过提供一种补 偿这些延迟的机制来实现的。
发明内容
本发明意在解决的技术问题是，通过网络传输可以用于在所有接收侧上重构同 相同步信号的信息。因此，根据第一方面，本发明涉及一种参考站，能够在分组交换网络中将分组 传递至与网络连接的通信设备，所述参考站包括_用于从同步信号提取图像时间记号的装置；-用于根据那些图像时间记号初始化图像计数器的装置；-用于在图像计数器的每第m次重置时初始化计数器CPT_PCR的装置，计数器 CPT_PCR以图像计数器所产生的时钟为节拍(cadence)；-用于在每个Tsdl周期处对计数器CPT_PCR进行采样的装置，Tsdl由在网络的所 有站上同步的时基发出，以及-用于传递包括计数器CPT_PCR的采样PCRS在内的分组的装置。为此，参考站还包括用于在所述分组中至少插入时间偏移的装置，其中，所述时间偏移描述所述网络的预定路径上的数据传递持续时间。根据第二方面，本发明涉及一种连接至分组交换网络的接收通信设备，所述接 收通信设备能够从连接至网络的参考站接收分组，所述接收设备能够从连接至网络的发 射通信设备接收数据流，所述接收通信设备包括-用于接收包括采样PC艮在内的分组的装置，所述采样PC艮由在周期处实 现的采样操作产生，由在网络的所有站上同步的时基发出；-利用锁相环PL、产生计数器斜坡CPT_PCR的装置，所述锁相环PL、接收采 样并在每个周期处传递合成的时钟CLK—outi和本地采样PCR_loCl ；_用于每次计数器斜坡CPT_PCRi等于0时初始化以合成的时钟CLK—outi为节 拍的图像计数器CPT的装置；_用于每次图像计数器CPT等于0时产生图像时间记号的装置；_用于根据所述图像时间记号产生同步信号的装置；为此，接收通信设备包括_用于接收被插入在所述分组中的至少时间偏移值的装置；-用于从发送通信设备接收数据流的装置；-用于根据接收到的数据流确定在接收到的时间偏移之中其必须考虑哪个时间偏 移的装置；_用于利用所考虑的时间偏移对接收到的数据流进行时间偏移的装置。根据第三方面，本发明涉及一种连接至分组交换网络的发送通信设备，所述发 送设备能够从连接至网络的参考站接收分组，所述发送设备能够通过网络发送数据流， 所述发送设备包括-用于接收包括采样PC艮在内的分组的装置，所述采样PC艮由在Tsdl周期处实 现的采样操作产生，所述Tsdl由网络的所有站上同步的时基发出；-利用锁相环PIA产生计数器斜坡CPT_PCR的装置，所述锁相环PL、接收采 样并在每个周期处传递合成的时钟CLK—outi和本地采样PCR_loCl ；-用于每次计数器斜坡CPT_PCRi等于0时初始化以合成的时钟CLK—outi为节 拍的图像计数器CPT的装置；_用于每次图像计数器CPT等于0时产生图像时间记号的装置；_用于根据所述图像时间记号产生同步信号的装置；为此，发送通信设备包括-用于与同步信号同步地通过网络发送数据流的装置；-用于在所述数据流中插值所述发送通信设备的标识的装置；根据第四方面，本发明涉及一种同步传送容器(container)，用于在通过分组交 换网络连接的两个通信设备之间传送在频率处1/T-实现的计数器斜坡的采样，由所 有通信设备上同步的时基发出。为此，同步传送容器还至少包括对所述网络的预定路径上的数据传递持续时间 加以描述的时间偏移。有利地，接收通信设备还包括用于利用考虑的时间偏移对产生的同步信号进行 时间偏移的装置。
本发明的第一优点涉及，类似于国际申请PCTFR2007/050918中所公开的机 制，确保多个发送通信设备向接收设备发送的流的同时相位控制的能量。具体地，在本 发明中使用的PCR斜坡相对于在该先前申请中描述的斜坡信号没有变化。本发明的第二优点依赖于用于恢复参考信号的协议的通用性。这可以对其他类 型的网络基础设施进行略微改变来实现，并且在工业汽车系统或者甚至在WAN环境中也 是适用的。本发明的第三优点在于，本发明是一种处理多个数据路径所引起的流延迟的补 偿的简单解决方案。由于这些数据路径的长度，这些延迟不能仅通过属于现有技术的减 小网络延迟和抖动效应的系统来补偿。本发明的第四优点在于，本发明是一种可靠的解决方案。来这里“可靠”突出 了以下事实应当在时间上对规则分布的时间偏移值进行修改，以考虑制作环境的变化 (添加或移除新通信设备)。以下阐述了在范围方面与所公开的实施例相同的特定方面。应当理解，所提出 的这些方面仅向读者提供本发明可能采用的特点形式的简要总结，并且这些方面并不意 在限制本发明的范围。确实，本发明可以涵盖以下没有阐述的各个方面。
参照附图，通过以下实施例和执行示例，以非限制的方式，更好地理解和示意 本发明，在附图中图1示出了根据本发明的视频制作环境的高级图示；图2示出了根据本发明的同步传送容器结构的示例。
具体实施例方式图1示出了视频制作环境，其中，不同模块根据它们在流管理中的作用来列 出-内容传递区11;-音频处理区12；-视频处理区13;-内容传递区和监控区16；-已处理内容监控区17；-已处理流重新组合和存储区18；所有这些模块具有网络接口，例如视频以太网插入器VIN 1、5；音频以太网 插入器AINl、4 ；视频以太网提取器VEX 2、6、7、8 ；音频以太网提取器AEX 2、6、 7、8。接口与网络之间的链接由长虚线箭头指示。箭头的方向指示模块之间的流所遵循 的方向。内容传递区聚集了在工作室中传递内容的设备。这些设备属于各种类型摄像 机、麦克风、DMOD、VTR等。这些设备可以位于视频制作工作室中的任何地方，甚至 用于作为存储的补充功能的设备的部件，例如，服务器位于针对信号馈送部件的内容传 递区，并且位于针对信号记录部件的内容传递存储和监控区以及已处理流重新组合和存储区。音频处理区聚集了与音频处理有关的所有设备，视频处理区聚集与视频处理有 关的所有设备。模块参考区10提供根据上述操作模式对属于各个模块的所有设备进行同步的手 段。基于输入数据流动的目的地，不同的模块可以用不同的同步信号运行，以便使 至它们数据的输出传递延迟最优化。出于操作的观点，很难同时显示来自内容传递区和 视频处理区的信息，这是因为操作员需要在对输入应用处理之前对输入流进行可视化。在已处理流重新组合和存储区级别处，强制提供相关且有效的解决方案，以管 理没有问题的数据流关联，例如，避免如上所述的音频对口型效应。模块的接口可以由唯一索引(随后被称作“同步锁相面(Genlock Plane) ” )来 标识。图1示出了8个同步锁相面同步锁相面1标识内容传递区的输出，同步锁相面 2和4标记音频处理区的边界，同步锁相面3和5标记视频处理区的边界；同步锁相面6 对应于内容传递存储和内容传递监控区的输入；同步锁相面7和8对应于已处理内容监控 区、已处理流重新组合和存储区的输入。同步锁相面定义了类似同步锁相信号的帧的开始的定时，该类似同步锁相信号 被视为针对在网络外部的设备的参考信号。通过构造，对同步锁相面所发送的所有流进 行同步。图1示出了在视频制作环境中传递的流的两个不同路径。第一流(音频流)(用 实线表示)从接口 1开始，通过模块2、12和4，并经由网络到达接口 7。第二流(例如 视频HD流)(用虚线表示)从接口 1开始，在仍经由网络到达模块7之前通过模块3、13 和5。考虑同步发送两个流，因为这两个流由相同同步锁相面发送，这两个流由于他 们通过的模块之间的差异不会在相同时间(date)正好到达接口 7。例如考虑以下方面-网络给流传递带来1毫秒(ms)的延迟；
-音频接口 2和4没有给流传递带来任何延迟；-模块12(内部视频处理)给流传递带来50ms的延迟；-接口3和5 (内部视频处理)给流传递带来50ms的延迟；-模块13(视频处理)给流传递带来50ms的延迟。如果在时间0处发送两个流，则第二流在时间1+50+50+50+1 = 152ms处到达接
口 7。这意味着第二流比第一流晚到达，更具体地具有IOOms延迟。该延迟是由于网络 的拓扑和配置理想地该延迟是可预测的，并且可以进行补偿。容易且可靠地实现传递延迟补偿的解决方案在于规则地传输给不同同步锁相 面所发送的数据带来的时间偏移值(或延迟值)，并行地将数据的发送与从中发送数据的 同步锁相面的标识相关联。通过接收这两个信息，接收通信设备可以确定在接收到的时间偏移之中其必须 考虑哪个时间偏移，然后对接收到数据流进行时间偏移，以便对接收到数据流进行时间 对准。该解决方案的特征“容易”与发送时间偏移的选定方式相联系已知发射/接收设备，能够通过使用1588层并且在同步消息中传输预定斜坡信号的采样来对其自身进 行同步。选定的解决方案解决在同步消息(传递的分组)内传输时间偏移，该同步消息 中包含如上所述的这些采样。该解决方案的特征“可靠”与其对网络“拓扑”的适应性相关联。通过对发 送的时间偏移值进行修改，来考虑对视频环境的修改。有利地，每个传递的分组包含时间偏移。然后，当Tedl等于1秒时，可以考虑小于1秒的修改。图2示出了根据本发明的通过参考站的在网络上传递同步消息的实现方式。该 消息应当由传送或传递去往或来自IP流的信号的所有通信设备来处理。在根据本发明的实现方式中，同步消息包含与时刻Tedl处斜坡PCR计数器的值相 对应的第一字段。被称作“扩展类型”的第二字段也可以用于指示数据所包含的扩展以及如何管 理数据。该字段在扩展中仅存在一次，扩展类型是1字节字段。有利地，将时间偏移表示为对于参考站以及连接至网络的所有通信设备公共的 时钟的周期数目。被称作“参考格式”的第三字段也用于描述参考站所传递的信号。例如将该 字段划分成2个字节一个字节涉及视频参考，另一个字节涉及音频参考。允许在接收 侧产生参考信号，该参考信号与在发送侧处接收到的参考信号具有相同的格式。对于视 频参考，必须报告以下信息与参考信号的帧率(50Hz、60Hz、25Hz等)有关的信息； 与参考信号的格式(PAL-BGHI、PALM、PAL N、NTSOM、TLS等)有关的信息；与 信号的类型(SD、HD)有关的信息；以及与例如信号的描述(1920*10801、1920*1080 P 等)有关的信息。被称作“同步锁相面#”的第四字段也用于指示在当前同步消息中列举的时间偏 移的数目。“同步锁相面#”是1字节字段。256是可以在同步消息中描述的时间偏移 (或“同步锁相面”)的最大数目。至少，如果η是“同步锁相面#”字段中的值，则存在η个被称作“偏移值” 的字段。这些“偏移值”字段用参考时钟周期的数目表示的时间偏移值(分解在两个4 字节字中的8字节字段)。必须应用这些时间偏移值，来产生与以上同步锁相面#相关联 的参考信号。
权利要求
1.一种能够在分组交换网络中将分组传递给连接至网络的通信设备的参考站，所述 参考站包括-用于从所述参考站接收到的同步信号获取图像时间记号的装置； -用于根据那些图像时间记号初始化图像计数器的装置；-用于在图像计数器的每第m次重置时初始化计数器CPT_PCR的装置，计数器CPT_ PCR以图像计数器所产生的时钟为节拍；-用于在每个T6dl周期处对计数器CPT_PCR进行采样的装置，T6dl由在网络的所有站 上同步的时基发出，以及-用于传递包括计数器CPT_PCR的采样PCRe在内的分组的装置， 其特征在于，参考站还包括用于在所述分组中至少插入时间偏移的装置，其中，所 述时间偏移描述所述网络的预定路径上的数据传递持续时间。
2.根据权利要求1所述的参考站，其特征在于，每个传递的分组包含时间偏移。
3.—种通过分组交换网络连接的接收通信设备，所述接收设备能够从连接至网络的 参考站接收分组，所述接收设备能够从连接至网络的发射通信设备接收数据流，所述接 收通信设备包括-用于接收包括采样PC艮在内的分组的装置，所述采样PC艮由在Tedl周期处实现的 采样操作产生，Tedl由在网络的所有站上同步的时基发出。-利用锁相环PLL1产生计数器斜坡CPT_PCR的装置，所述锁相环PLL1接收采样并 在每个Tedl周期处传递合成的时钟CUeout1和本地采样PCRJoc1 ；-用于每次计数器斜坡CPT_PCRi等于O时初始化以合成的时钟CLK-Out1为节拍的 图像计数器CPT的装置；-用于每次图像计数器CPT等于O时产生图像时间记号的装置； -用于根据所述图像时间记号产生同步信号的装置； 其特征在于，所述接收通信设备还包括 -用于接收被插入在所述分组中的至少时间偏移值的装置； -用于从发送通信设备接收数据流的装置；-用于根据接收到的数据流确定在接收到的时间偏移之中其必须考虑哪个时间偏移的装置；-用于利用所考虑的时间偏移对接收到的数据流进行时间偏移的装置。
4.根据权利要求3所述的接收通信设备，其特征在于，所述接收通信设备还包括 用于利用所考虑的时间偏移对产生的同步信号进行时间偏移的装置。
5.一种通过分组交换网络连接的发送通信设备，所述发送设备能够从连接至网络的 参考站接收分组，所述发送设备能够通过网络发送数据流，所述发送设备包括-用于接收包括采样PC艮在内的分组的装置，所述采样PC艮由在Tedl周期处实现的 采样操作产生，所述T6dl由网络的所有站上同步的时基发出；-利用锁相环PLL1产生计数器斜坡CPT_PCR的装置，所述锁相环PLL1接收采样并 在每个Tedl周期处传递合成的时钟CUeout1和本地采样PCRJoc1 ；-用于每次计数器斜坡CPT_PCRi等于O时初始化以合成的时钟CLK-Out1为节拍的 图像计数器CPT的装置；-用于每次图像计数器CPT等于0时产生图像时间记号的装置； -用于根据所述图像时间记号产生同步信号的装置； 其特征在于，发送通信设备还包括 -用于与同步信号同步地通过网络发送数据流的装置； -用于在所述数据流中插入所述发送通信设备的标识的装置。
6.一种同步传送容器，用于在通过分组交换网络连接的两个通信设备之间传送在频 率处i/X。h实现的计数器斜坡的采样，Tedl由所有通信设备上同步的时基发出，其特征在 于，所述同步传送容器还至少包括对所述网络的预定路径上的数据传递持续时间加以描 述的时间偏移。
7.根据权利要求6所述的同步传送容器，其特征在于，时间偏移表示为对于根据权利 要求1至2之一所述的参考站以及对于通过网络连接的根据权利要求3至5之一所述的所 有通信设备公共的时钟的周期数目。
全文摘要
本发明涉及设备的同步，更具体地涉及经由通信网络的同步信号传送，目的在于设备之间的同步。本发明涉及一种能够在分组交换网络中将分组传递给连接至网络的通信设备的参考站。根据本发明，参考站包括用于在所述分组中至少插入时间偏移的装置，其中所述时间偏移描述了所述网络的预定路径上的数据传递持续时间。本发明还涉及一种发送通信设备，以及一种接收通信设备。
文档编号H04N7/24GK102017574SQ200980115529
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月23日 优先权日2008年4月30日
发明者休伯特·普里尔, 奥利维尔·马尔利, 布鲁诺·德瑞恩, 帕特里克·哈迪, 贝特朗·普沃 申请人:汤姆森许可贸易公司