專利名稱：用于多媒體網(wǎng)絡的縱橫器/交換中樞裝置的制作方法
相關的申請本專利申請涉及申請?zhí)枮?8/561,758，申請日為1995年11月22日，發(fā)明題目為“家庭多媒體網(wǎng)絡結構”的申請；申請?zhí)枮?8/561,757，申請日為1995年11月22日，發(fā)明題目為“SET-TOP電子設備和網(wǎng)絡接口單元裝置”的申請；申請?zhí)枮?8/561,535，申請日為1995年11月22日，發(fā)明題目為“恢復數(shù)據(jù)流時鐘的方法和裝置”的申請。
本發(fā)明領域本發(fā)明涉及多媒體數(shù)字網(wǎng)，特別是涉及一種網(wǎng)絡的交換中樞，用于經(jīng)該網(wǎng)絡從和向與該網(wǎng)絡連接的終端單元或終端接收和重新發(fā)送數(shù)據(jù)。
本發(fā)明背景數(shù)字技術和遠程通信的迅速發(fā)展增加了對具有一種家庭網(wǎng)絡的需要性，這種家庭網(wǎng)絡能夠將家庭中眾多設備彼此互連并與外界連接起來?？梢蕴峁┑耐饨鐦I(yè)務范圍包括交互業(yè)務，電纜視頻和音頻業(yè)務，衛(wèi)星網(wǎng)絡，電話公司業(yè)務，按需視頻，和其他類型的信息業(yè)務。然而，個人計算機進入美國家庭的滲透率約為30％且增長緩慢，雖然政府打算進一步拓展?jié)B透率以鼓勵“遠程通信”和降低道路擁擠和污染。家庭中計算機的進一步滲透將從消費者對娛樂和信息提供產(chǎn)品的需求產(chǎn)生，這些產(chǎn)品包含有配置的計算機和通過一個不透明用戶接口隱藏的操作系統(tǒng)。這樣的一種產(chǎn)品為普通的SET-TOP盒。
SET-TOP盒為多媒體計算機，它擴展了電視機的使用。普通的SET-TOP盒具有一個外部網(wǎng)絡接口模塊，它把SET-TOP盒與外部網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)提供者連接起來。該外部網(wǎng)絡接口模塊必須執(zhí)行多種復雜功能，諸如與一個特定外部網(wǎng)絡接口，對該特定外部網(wǎng)絡進行調諧，解調，差錯校正，視頻解擾，MPEG時鐘恢復，和加密與解密。因此，該外部網(wǎng)絡接口模塊是SET-TOP盒的一個相對昂貴的部件。這種花費是必要的，即使在家中只有一臺電視機也是如此。然而，多數(shù)家庭擁有多臺電視機，如果每臺電視機都有其自己的SET-TOP盒和相應的網(wǎng)絡接口模塊，則是一種昂貴部件的重復。
在一網(wǎng)絡中的通常的交換中樞具有一種信號再生功能，以便信號可以從一個裝置到一交換中樞在網(wǎng)絡中被傳送一個最大的距離，和再從該交換中樞到另一個裝置傳送另一最大距離。在網(wǎng)絡中的一個復雜的交換中樞擁有一個存儲轉發(fā)或分組路由選擇方案，當數(shù)據(jù)分組被該交換中樞接收時，用于檢查所述數(shù)據(jù)分組的地址，和執(zhí)行一種交換功能以適當?shù)匕阉鰯?shù)據(jù)分組轉送到它們想要的目的地。然而，這種功能帶來了高昂的價格，以致于具有這樣一種交換中樞的家庭網(wǎng)絡的價格對于典型的房主來說可能是高的，他們將會回避安裝這樣的家庭網(wǎng)絡。
本發(fā)明概述以上所述和其他的問題將通過本發(fā)明來克服。本發(fā)明提供了一種用于把各個終端與一網(wǎng)絡連接的方法和設備。在本發(fā)明的某些實施例中，提供了一種無源交換中樞和直接電路縱橫器裝置。該無源交換中樞并不具有任何分組路由選擇電路，而是僅對其經(jīng)網(wǎng)絡接收和發(fā)送的信號進行再生。一個直接電路縱橫器為該網(wǎng)絡上的兩個終端提供了一種選擇交換的直接電路，從而有效地旁路交換中樞和網(wǎng)絡。
例如，可以在網(wǎng)絡接口單元中間利用直接電路的建立將視頻數(shù)據(jù)直接地發(fā)送到各SET-TOP電子設備。這樣就提供了把網(wǎng)絡接口單元與SET-TOP電子設備分開的多種優(yōu)點，即對于在每個SET-TOP電子設備上的一特定業(yè)務，以及在競爭業(yè)務提供者之間進行選擇的能力等等來說，不會出現(xiàn)網(wǎng)絡接口單元的重復。然而，如果通過縱橫器的直接電路不能實現(xiàn)，則要獲得這些優(yōu)點而不損失圖象質量恐怕是不可能的，因為例如基于以太網(wǎng)的廉價家庭網(wǎng)絡將有可能引入不能接受的抖動。直接電路縱橫器在網(wǎng)絡接口單元和SET-TOP電子設備之間提供直接電路，如同它們被物理地彼此靠近地設置在一起并通過一個總線連接，就象普通的SET-TOP盒一樣。
當其他數(shù)據(jù)被送到一個直接連接的網(wǎng)絡接口單元，但其不是為直接連接的SET-TOP電子設備設計的時，這些數(shù)據(jù)可由該SET-TOP電子設備重新發(fā)送回網(wǎng)絡作為一個整體通到所述交換中樞。這樣做除了直接把視頻數(shù)據(jù)傳送到SET-TOP電子設備外，還免除了對為建立把數(shù)據(jù)引入網(wǎng)絡的功能的復雜的交換設備的需要。
通過下面參考附圖對本發(fā)明的詳細描述，本發(fā)明的上述和其他方面，特性和優(yōu)點將會變得更清楚。
附圖的簡要描述
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例構造的一個家庭網(wǎng)絡的示意框圖。
圖2是在家庭中安裝本發(fā)明的家庭網(wǎng)絡的示例的描述。
圖3是圖1的家庭網(wǎng)絡的邏輯圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例構造的一個網(wǎng)絡接口單元和一個SET-TOP電子設備單元的示意性描述。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例構造的SET-TOP電子設備的一個網(wǎng)絡接口的框圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例構造的網(wǎng)絡接口單元的網(wǎng)絡接口的框圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例構造的與一個網(wǎng)絡接口單元和一個SET-TOP電子設備單元連接的一個中樞和直接電路縱橫器的框圖。
圖8是一個用于本發(fā)明的家庭網(wǎng)絡的示例性用戶接口的邏輯圖。
優(yōu)選實施例的詳細描述圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例構造的一個家庭多媒體網(wǎng)絡10的示意性描述。然而，本實施例僅是示意性的，因為網(wǎng)絡10可以在本發(fā)明范圍內以多種方式配置，且可包括與其連接的不同裝置。此外，本發(fā)明不限于家庭中設置的網(wǎng)絡，也可應用于在其他類型結構中設置的網(wǎng)絡，諸如辦公室，公寓大樓等等。然而，為了說明的目的，將以家庭安裝的情況對該示例性實施例進行描述。
網(wǎng)絡10是一個數(shù)字網(wǎng)絡，它把不同類型的設備連接到家庭之外。所述設備例如其中可以是模擬電視12，數(shù)字電視14，數(shù)字VCR16，數(shù)字相機18，個人計算機20，聲頻設備22，打印機24，傳真機26，和電話28。除了把所述設備連接到外界之外，網(wǎng)絡10還把家庭中的數(shù)字視頻，數(shù)字聲頻，計算機和電話設備彼此連接在一起。這樣使得家庭中的通信和控制變?yōu)橐惑w化，使得外部網(wǎng)絡連接的所有功率或內部數(shù)據(jù)資源能為網(wǎng)絡10上的任何終端使用。
與外界通信通過多個分開的網(wǎng)絡接口單元(NIU′s)32進行，這些網(wǎng)絡接口單元可實際組合在一個入口單元30中。每個網(wǎng)絡接口單元32執(zhí)行在不同的外部網(wǎng)絡和該家庭網(wǎng)絡10之間的一種連接。所述不同的外部網(wǎng)絡可以承載不同類型的信號。例如，這些信號可以是在混合同軸光纜或電纜上承載的廣播信號(數(shù)字或混合的模擬/數(shù)字信號)。其他類型的信號是ISDN，廣播/數(shù)字衛(wèi)星業(yè)務，F(xiàn)TTC、FTTH、ADSL，和別的信號等。至少可以承載下列數(shù)據(jù)類型壓縮視頻，壓縮聲頻，壓縮internetWWW圖形和數(shù)據(jù)，internet e-mail和其他數(shù)據(jù)，計算機文件數(shù)據(jù)和控制消息數(shù)據(jù)。
邏輯上，家庭網(wǎng)絡10中的所有終端都可同等地接入網(wǎng)絡接口單元32，而用戶將不會知道它們的實際瞄準方向。所需網(wǎng)絡接口單元32的數(shù)量由每個家庭所需的數(shù)據(jù)流的數(shù)量決定，例如同時所需的不同節(jié)目信道(即視頻，聲頻，等等)的數(shù)量，而不是由家庭中終端單元的數(shù)量來決定。
在某些優(yōu)選實施例中，電纜或天線電視被保留未被修改，通過常規(guī)的室內同軸電纜進行分布(普通老式電視，即POTV)。POTS(普通老式電視業(yè)務)也在該室內數(shù)字網(wǎng)絡10中進行。
數(shù)字信號經(jīng)內部網(wǎng)絡34在整個家庭中分布。在某些優(yōu)選實施例中，該內部網(wǎng)絡34實際上是以太網(wǎng)類型的10base-T或100base-T的雙絞線對，但包含有一個特殊的開關中樞，以使該網(wǎng)絡能接納任何數(shù)量的終端單元，而每個終端單元都能接收高比特速率的視頻信號。
家庭網(wǎng)絡10連接那些計算機或與包含計算機在內的各種產(chǎn)品，它們能夠支持聯(lián)網(wǎng)帶寬，協(xié)議，路由選擇，緩沖和選址。其他不支持這些復雜功能的高帶寬產(chǎn)品必須或直接或經(jīng)一本地外圍網(wǎng)絡連接到這樣一個主機單元以實現(xiàn)相互可操作性。設置在家庭網(wǎng)絡10中作為終端用戶設備的計算機或與包含計算機在內的各種產(chǎn)品的例子包括執(zhí)行外部網(wǎng)絡到家庭網(wǎng)絡轉換和調整的網(wǎng)絡接口單元的I/O計算機；計算機，諸如SET-TOP電子設備(STE)；個人計算機；工作站；高速終端打印機；和提供網(wǎng)關/控制功能的特殊計算機。能夠與網(wǎng)絡10連接的其他終端設備包括各種視頻產(chǎn)品視頻壓縮(MPEG)和未壓縮視頻設備；數(shù)字視頻相機(camcorder)產(chǎn)品；數(shù)字視頻磁帶記錄產(chǎn)品和數(shù)字TV顯示產(chǎn)品以及模擬TV顯示和記錄產(chǎn)品。能夠與網(wǎng)絡10連接的聲頻設備包括數(shù)字壓縮(MPEG)和未壓縮聲頻設備；HIFI立體聲；數(shù)字聲頻磁帶記錄產(chǎn)品。能夠與網(wǎng)絡10連接的其他產(chǎn)品是諸如打印機的數(shù)據(jù)產(chǎn)品和其他外部設備。此外，能夠通過網(wǎng)絡10控制的產(chǎn)品包括家庭自動化和各種電器中央供暖/AC，保安控制器，微波爐和其他廚房設備，照明，噴淋器和其他電源控制。
家庭網(wǎng)絡10的某些實施例包括一個或多個本地外圍網(wǎng)絡15，它們?yōu)榛顒覬PEG或1-幀-MPEG視頻設備、聲頻設備、打印機和所述外部設備提供更高比特速率的本地連接。這些設備需要以高帶寬連續(xù)地進行本地連接，其中數(shù)據(jù)傳輸連續(xù)地例如從數(shù)字相機傳送到數(shù)字VCR。把上述設備直接地容納在內部網(wǎng)絡34上將在整個網(wǎng)絡34上需要比正常需求更大的網(wǎng)絡帶寬。而本地外圍網(wǎng)絡15正常地通過網(wǎng)關連接到內部網(wǎng)絡34以便實現(xiàn)相互可操作性。然而，在本發(fā)明的某些其他實施例中，家庭網(wǎng)絡10被提供有適應高速設備的硬件和軟件以便不必使用本地外圍網(wǎng)絡15。
為了實現(xiàn)家庭自動化提供有一個家庭自動化網(wǎng)絡17。該家庭自動化網(wǎng)絡17可以靠電源線或其他低速率網(wǎng)絡運行，用于對電器，家庭保安系統(tǒng)，照明等等進行控制。這種激勵由設置在家庭中的一個控制計算機20產(chǎn)生。
圖2中描述了一個在房屋36內安裝本發(fā)明的家庭網(wǎng)絡10的示例性模型。家庭網(wǎng)絡10是一個長距離的構架，例如能夠距構成內部網(wǎng)絡34一部分的交換中心38多至100米電纜長。在圖2描述的安裝示例中，具有其多個網(wǎng)絡接口單元32的入口單元30連同交換中心38一起被設置在所述房屋的公用設備區(qū)域內。
雙絞線對電纜通到房屋36的每個房間，并端接在一個墻壁插座上。在進行安裝時，例如可以使用Cat-5雙絞線對(用于100Mbits/s)，因為大多數(shù)費用是人工費。為了臨時拆卸，雙絞線對電纜尺寸可以足夠的小，以便可以由用戶安裝在地毯邊沿的下方。家庭中的用戶在房間中將通過把計算機產(chǎn)品的以太網(wǎng)端口插入到以太網(wǎng)墻壁插座中連接該計算機產(chǎn)品。
在圖2的實施例中，交換中心38是被作為分離設備描述的，但在其他實施例中，交換中心38被集成一個或多個網(wǎng)絡接口單元32中。交換中心38為房屋的所有區(qū)域與一個或多個網(wǎng)絡接口單元32提供了連接可能性。提高、擴展內部網(wǎng)絡34的總帶寬和連接性是通過另外接到或改變到一個大的交換中心來實現(xiàn)的。這種交換中心將在后面進行更詳細的描述。
如圖1和2所示，本發(fā)明將網(wǎng)絡接口單元32的功能從SET-TOP電子設備40中分離出來。通常，SET-TOP盒包含一個網(wǎng)絡接口單元，該網(wǎng)絡接口單元的部件通過一條總線內部連接到各SET-TOP電子設備部件。然而，相反，本發(fā)明為網(wǎng)絡接口單元32和SET-TOP電子設備40的分開提供了插入其間的內部網(wǎng)絡34。這種安排使得多個SET-TOP電子設備將能在整個房屋36中分布而花費不多，因為對于每個SET-TOP電子設備來說，沒有必要對網(wǎng)絡接口單元的電子設備重復設置。此外，由于分離網(wǎng)絡接口單元32連接到不同的外部網(wǎng)絡和一個公共內部網(wǎng)絡34，使得房主避免了被強迫接收來自某一單獨源(諸如電話或電纜電視公司)的所有節(jié)目。這種分離還允許房主簡單地通過改變網(wǎng)絡接口單元32之一對業(yè)務進行增添，去掉或改變，而無需更換整個房屋36中的所有SET-TOP電子設備40。
在某些實施例中，為多個網(wǎng)絡接口單元提供有一個“主”SET-TOP盒。然而，本實施例在邏輯上是與以上描述相同的，因為在本實施例中網(wǎng)絡接口單元被連接到內部網(wǎng)絡，且不是通過一條總線與SET-TOP電子設備連接的。
圖3是本發(fā)明的家庭網(wǎng)絡10的邏輯圖。如該圖所顯示的，多端口交換中心38構成了該網(wǎng)絡連接的中心。在某些實施例中(其中對分組數(shù)據(jù)間的抖動進行了足夠的控制)，使用了一種傳統(tǒng)的、市場上可買到的分組交換中心。在其他優(yōu)選實施例中，諸如圖3中所示的，交換中心38是網(wǎng)絡端口與在一預定時間期間被直接(電路)交換的端口的組合。直接連接端口(和系統(tǒng))能夠經(jīng)該網(wǎng)絡(編碼的)時鐘相位鎖定。為了提供這種功能，因此交換中心38包括一個相對簡單和便宜的中樞42和一個直接電路縱橫器44。在某些優(yōu)選實施例中，中樞42可以是一個市售的設備，諸如Am79c981(由加州Advanced Micro Devices，of Sunnyvale)。直接電路縱橫器44的詳細構造將參考圖7在后面進行描述。
一個根據(jù)以太網(wǎng)10/100base-T定義的星形拓撲連同交換中心38一起被使用。該交換中心38向房屋36的大多數(shù)房間提供輸出。最大系統(tǒng)帶寬是線路比特率的倍數(shù)((比特率×端口數(shù))/2)，例如，20個端口和100Mbits/s＝1Gb/s總的最大帶寬。
交換中心38能夠實現(xiàn)對例如壓縮數(shù)字視頻和internet數(shù)據(jù)的極不對稱業(yè)務進行特殊處理，這是通過為這些情況選擇從發(fā)射機到接收機的路由來實現(xiàn)。于是，所述業(yè)務被從內部網(wǎng)絡34分離開并允許整個總的帶寬能夠僅受該交換中心38的可擴展性限制，雖然其將保持受每個支路10Mbits/s的限制。如果需要，100base-T技術而不是10base-T技術的使用將會提高網(wǎng)絡速率。
對于MPEG視頻傳送，主要使用了交換中心的直接同步(曼徹斯特或分組編碼)連接，其中需要一種連續(xù)的，高比特率，長持續(xù)連接。以壓縮形式的高比特率視頻可以高達8Mbits/s，并且為現(xiàn)場直播視頻和高速電影和運動所需要。低比特速率視頻為1.5Mbits/sec。根據(jù)本發(fā)明，在整個網(wǎng)絡10中都維持MPEG數(shù)字視頻。轉換成真的視頻僅在顯示設備(例如電視機12)或SET-TOP電子設備40上發(fā)生。
兩個分離的直接電路被作為例子在圖3中進行了描述。例如，與一ISDN網(wǎng)絡連接的網(wǎng)絡接口單元32通過直接電路縱橫器44被直接連接到本地外圍網(wǎng)絡15的個人計算機20。另外，通過直接電路縱橫器44，分離直接電路被提供在一個不同網(wǎng)絡接口單元32(例如與混合光纖同軸連接)和與電視機12連接的SET-TOP電子設備40之間。那些要經(jīng)過直接連接設備的不直接連接的設備保持與中樞42連接并從而連成網(wǎng)絡。
就交換中心構造而言，其中構造了一個直接點對點通路，所有經(jīng)過該通路的數(shù)據(jù)被直接提供到該通路的端點終端，即使數(shù)據(jù)是為一個或多個其他終端設計的。于是，在某些優(yōu)選實施例中，遵循一個規(guī)則，即與高速率數(shù)據(jù)(典型地為消息傳送)復用的數(shù)據(jù)必須通過把所述分組數(shù)據(jù)返回到交換中心38的直接通路的端點發(fā)布到各網(wǎng)絡終端。例如，經(jīng)并不是為本地外圍網(wǎng)絡15上的裝置設計的ISDN網(wǎng)絡發(fā)送的消息將通過本地外圍網(wǎng)絡主機20被返回到用于分布的交換中心38。這一規(guī)則減少了費用和消除了擁有一個分組路由器類型的交換中心的復雜情況，去復用被分布在各端點處而不是在中心，且對于非對稱數(shù)據(jù)流和本地目標工作很好，即不受交換層的影響。
直接交換通路的一個優(yōu)點在于完全避免了在獲得接入網(wǎng)絡34中的潛在延遲(和可能擾亂在MPEG中載有的專用時鐘基準定時)。
在某些優(yōu)選實施例中，要求該交換中心38是“全雙工意識的”，意味著一個直接路由選擇的通路僅把一個發(fā)射機終端“上行通路連接到一個接收機終端“下行”通路。相反，到發(fā)射機的下行通路和到接收機的上行通路并不受直接電路的影響，通常將與所述網(wǎng)絡連接，即與連接到一起的所有剩下的終端通路連接。
響應用戶業(yè)務請求發(fā)生特定路由選擇。由中樞控制和實施的任何直接路由選擇改變拾取各種消息。不要求根據(jù)網(wǎng)絡連接對設備進行交換和路由選擇。
如后面所述，在網(wǎng)絡接口單元32中執(zhí)行MPEG時鐘恢復。通過在網(wǎng)絡接口單元32中執(zhí)行MPEG時鐘恢復，和到家庭網(wǎng)絡目的地的直接電路的建立，在目的地(諸如電視機12)接收的信號中的抖動被基本消除。對于在娛樂(視頻)家庭劇場中期望的極不對稱點對點業(yè)務，直接電路性能工作的很好。
對于只有模擬業(yè)務來說，例如瞬時電纜電視，其并不被認為是數(shù)字網(wǎng)絡的一部分。對于諸如混合光纖同軸(EFC)和混合電纜電視的較新形式的混合數(shù)字/模擬業(yè)務，其被認為是一種瞬時狀態(tài)且被對待作為到達本發(fā)明所有數(shù)字系統(tǒng)的一個臨時添加。來自混合光纖同軸的信號被直接提供到一個SET-TOP電子設備40或一個網(wǎng)絡接口單元32/SET-TOP電子設備40的組合。需要兩個端口與家庭網(wǎng)絡10連接，一個用于網(wǎng)絡接口單元32，一個用于SET-TOP電子設備40。在某些優(yōu)選實施例中提供有一個支路以把模擬信號跨越鏈接到SET-TOP電子設備40的聲頻/視頻電路上。
通過在本地終端諸如個人計算機20或SET-TOP電子設備40中運行的軟件，由手持指令器或計算機鍵盤對家庭網(wǎng)絡10進行控制。置于每個家庭終端的控制軟件通過與網(wǎng)絡接口單元32和外部網(wǎng)關通信管理資源利用率，資源選擇，路由安排。外部網(wǎng)絡協(xié)議被緩存在網(wǎng)絡接口單元32中，以便向家庭網(wǎng)絡10上的各終端提供一標準接口。圖8描述了一個用戶接口的例子。在本實施例中，家庭網(wǎng)絡10是透明的，用戶僅從關聯(lián)的業(yè)務數(shù)量中間接地意識到。
圖4是描述一單獨網(wǎng)絡接口單元32的框圖，其通過內部網(wǎng)絡34連接到一個單獨SET-TOP電子設備40。為了說明和描述的目的，包括交換中心38的家庭網(wǎng)絡10的剩余部分在圖4中沒有示出。
網(wǎng)絡接口單元32具有一個或多個網(wǎng)絡接口模塊50，用于把網(wǎng)絡接口單元32與一特定外部網(wǎng)絡接口連接。在圖4的例子中，網(wǎng)絡接口模塊50為一承載MPEG視頻數(shù)據(jù)的外部網(wǎng)絡提供一個接口。該MPEG視頻數(shù)據(jù)被提供給一個內部網(wǎng)絡接口設備52，其準備使該數(shù)據(jù)通過內部網(wǎng)絡34傳送。在某些優(yōu)選實施例中，該內部網(wǎng)絡34是一個以太網(wǎng)，因此內部網(wǎng)絡接口裝置52是一個以太網(wǎng)接口設備。
本發(fā)明的結構假設，對于一些網(wǎng)絡第一級去復用處在網(wǎng)絡接口單元32是必要的，以便保持在一個有界限的帶寬限制(一個數(shù)據(jù)流)內而不是一個由進入數(shù)據(jù)流(多個數(shù)據(jù)流)的結構設定的任意帶寬內。假定MPEG-2正被使用，則存在一個由一多節(jié)目傳送數(shù)據(jù)流變成為一個單獨節(jié)目數(shù)據(jù)流的去復用，如在MPEG-2規(guī)程中定義的。這是通過一個MPEG傳送芯片54(例如從C-Cube可買到9110B芯片)來實現(xiàn)的。(一個第二級去復用把視頻，聲頻分開，其他數(shù)據(jù)仍出現(xiàn)在SET-TOP電子設備中，而解碼最好僅在顯示終端或計算機上執(zhí)行。)利用這種方法，不必在整個房屋中發(fā)送高帶寬數(shù)據(jù)流，且房屋36中的各終端僅需要察看一標準化的單獨編程接口。在房間中例如安全門攝像機或視頻參考攝像機產(chǎn)生的視頻需要被壓縮。
所有的外部網(wǎng)絡接口、解密、 接入控制、去復用成一單獨節(jié)目流等等是通過網(wǎng)絡接口模塊50來完成的。于是，網(wǎng)絡接口調制解調器50根據(jù)所連接的外部網(wǎng)絡的特性對家庭網(wǎng)絡硬件和軟件進行緩沖。多個不同的節(jié)目需要多個網(wǎng)絡接口縱橫器連接器，無論是來自一個或多個提供者。在某些實施例中，假設從同一外部網(wǎng)絡中接收到兩個節(jié)目，則一個雙工模塊被提供有兩個連接器到縱橫器。
MPEG傳送芯片54執(zhí)行MPEG時鐘恢復和向一內部網(wǎng)絡連接器提供恢復的27MHz時鐘和所選的節(jié)目。例如，當內部網(wǎng)絡34是一個10base-T以太網(wǎng)時，該27MHz時鐘通過一MPEG接收到網(wǎng)絡合成器58，并被轉換成一個10MHz時鐘。該10MHz時鐘以及所選的節(jié)目被提供到一個與內部網(wǎng)絡34連接的傳統(tǒng)收發(fā)信機60(例如一個以太收發(fā)信機)。合成器58起著把以太網(wǎng)時鐘鎖定到被恢復MPEG時鐘的作用。當從網(wǎng)絡接口單元32向SET-TOP電子設備40發(fā)送分組數(shù)據(jù)時，該SET-TOP電子設備40被鎖定到處于27MHz的被恢復MPEG數(shù)據(jù)上。在SET-TOP電子設備40處，根據(jù)以太網(wǎng)10MHz時鐘由另一合成器重新產(chǎn)生該27MHz時鐘。
數(shù)據(jù)在SET-TOP電子設備40中通過一個包括網(wǎng)絡接口64的網(wǎng)絡接口設備62接收。由網(wǎng)絡接口64根據(jù)離開網(wǎng)絡34的數(shù)據(jù)流恢復的10MHz時鐘通過門66被選通到MPEG合成器68。需要選通以便僅當有一個數(shù)據(jù)分組存在時執(zhí)行所述鎖定功能。10MHz時鐘被轉換成27MHz時鐘，其被提供給一個MPEG解碼器70和一個視頻解碼器/編碼器72。所選節(jié)目由網(wǎng)絡接口64提供到MPEG解碼器70，MPEG解碼器70對MPEG數(shù)據(jù)解碼并將其提供到視頻解碼器/編碼器72。該數(shù)據(jù)流通過視頻編碼器72被轉換成適于由一顯示裝置諸如電視機使用的格式(例如，NTSC或SVideo)。該視頻解碼器適于其中可能具有NTSC模擬信號的情況(HFC)，以便數(shù)字化和與機載圖形硬件合并。
圖4中示意性地描述了網(wǎng)絡34，從前面的描述中應該明白，視頻數(shù)據(jù)可通過中樞42被放置在網(wǎng)絡34上，但是網(wǎng)絡接口單元32和SET-TOP電子設備40最好是通過網(wǎng)絡34的直接電路縱橫器44提供一個無抖動視頻數(shù)據(jù)轉發(fā)。
圖5是圖4中描述的SET-TOP電子設備40的網(wǎng)絡接口設備62的一個示例性實施例的更詳細示圖。網(wǎng)絡接口設備62包括網(wǎng)絡合成器68，其連接到一個起著選通裝置作用的程序邏輯裝置66。網(wǎng)絡合成器68可利用市售的芯片來實現(xiàn)，諸如摩托羅拉公司制造的MC145151。程序邏輯裝置66也可利用市售的芯片來實現(xiàn)，諸如摩托羅拉公司制造的MC7958。一個壓控晶體振蕩器80工作在27MHz并把其信號提供到程序邏輯裝置66。當具有一個接收的數(shù)據(jù)分組時，程序邏輯裝置66選通10MHz信號到合成器68。該合成器把10MHz和27MHz頻率下分頻為一公共頻率，其被饋入合成器68的一個鑒相器。合成器68的鑒相器輸出被作為控制信號提供到壓控晶體振蕩器80來調整本地頻率的高或低，以便鎖定到進入以太網(wǎng)頻率上。
通知程序邏輯裝置66一數(shù)據(jù)分組接收的信號以及10MHz時鐘由作為接收啟動的一個串行接口適配器82提供。一個市售的適于該串行接口適配器的產(chǎn)品是由高級微設備公司制造的Am7992。
數(shù)據(jù)流通過一個變換器/濾波器84(諸如一種可從Pulse Engineering公司買到的PE68026)接收。沖突信息通過另一個與變換器/濾波器84同類型的變換器/濾波器86接收。接收的數(shù)據(jù)被提供到一個第一網(wǎng)絡收發(fā)信機88，諸如附加的一個雙絞線對以太收發(fā)信機(Am79c100)。該第一網(wǎng)絡收發(fā)信機88的輸出(接收的數(shù)據(jù))被用于接收啟動82和控制器90?？刂破?0可以是市售的產(chǎn)品，諸如單獨芯片以太網(wǎng)控制器AM79c970(由高級微設備公司制造)。該控制器90與一總線92(諸如外圍部件互聯(lián)(PCI)總線)連接，以便把來自網(wǎng)絡34的接收數(shù)據(jù)提供給SET-TOP電子設備40的MPEG解碼器70。
一個第二網(wǎng)絡收發(fā)信機92被連接到控制器90，其可由如同88的同類收發(fā)信機實現(xiàn)。該第二網(wǎng)絡收發(fā)信機92通過變換器/濾波器84提供從控制器90到網(wǎng)絡34的數(shù)據(jù)傳輸通路。
沖突信息通過變換器/濾波器86和第二收發(fā)信機92被傳送到控制器90。
圖6是內部網(wǎng)絡連接器56的更詳細框圖，其具有一個MPEG-網(wǎng)絡合成器58，該合成器58根據(jù)由MPEG傳送芯片54恢復的27MHz MPEG時鐘合成10MHz時鐘(見圖4)。一個晶體振蕩器96連接到該合成器58以提供一個10MHz信號。在某些實施例中，晶體振蕩器96是一個20MHz振蕩器，由該合成器產(chǎn)生的頻率是20MHz，然后其在接收機(SET-TOP電子設備40)處被簡單地分頻為10MHz。市場上可買到的合成器是摩托羅拉公司制造的MC145145-2。
10MHz時鐘被提供到一個微處理器接口98，其作為微處理器100的接口。具有微處理器100的微處理器接口98構成通過一變換器/濾波器102與內部網(wǎng)絡34連接的收發(fā)信機60。微處理器接口98例如可以是摩托羅拉公司制造的芯片MC68150，而該微處理器可以是由摩托羅拉公司制造的MC68EN360。變換器/濾波器102可以與圖5中的變換器/濾波器84，86的類型相同。
如上所述，將網(wǎng)絡接口單元32與SET-TOP電子設備40分開具有許多優(yōu)點。在本發(fā)明的實施例中，與網(wǎng)絡接口單元結合在一起的傳統(tǒng)SET-TOP盒的功能(能力)被劃分開。例如，在優(yōu)選實施例中，網(wǎng)絡接口單元32負責執(zhí)行外部網(wǎng)絡特定接口連接，調諧解調，和差錯校正。其提供外部網(wǎng)絡特定視頻解擾和加密/解密(信用卡號，用戶密碼等)。網(wǎng)絡接口單元32還提供一種外部網(wǎng)絡特定程序引導。此外，其對一單獨數(shù)據(jù)流和MPEG參考時鐘恢復執(zhí)行MPEG傳輸去復用。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，該網(wǎng)絡接口單元提供家庭網(wǎng)絡以太網(wǎng)接口和MPEG/以太網(wǎng)時鐘鎖定。其還提供軟件以支持用于多數(shù)據(jù)流和多用戶的外部網(wǎng)絡和家庭網(wǎng)絡協(xié)議。所述網(wǎng)絡接口單元還具有起著家庭網(wǎng)絡之網(wǎng)關作用和在必要時控制數(shù)據(jù)緩沖的軟件。
在優(yōu)選實施例中，SET-TOP電子設備40基本上起著一個應用計算機的作用，其擁有聲頻、視頻、圖形和模擬電視接口。例如，該SET-TOP電子設備根據(jù)需要提供家庭網(wǎng)絡特定接口和數(shù)據(jù)緩沖。在各優(yōu)選實施例中，其提供以太網(wǎng)時鐘/MPEG時鐘鎖定。SET-TOP電子設備40對MPEG視頻和聲頻進行解碼以恢復數(shù)字聲頻/視頻。其執(zhí)行聲頻和視頻的數(shù)/模轉換，并支持來自一紅外遙控器的命令。SET-TOP電子設備40提供對模擬視頻輸入(NTSC)的支持。其與打印機，游戲機等接口，并支持引導級操作系統(tǒng)和能夠從一個外部網(wǎng)絡下載一完整系統(tǒng)。SET-TOP電子設備40支持應用程序和通過網(wǎng)絡接口單元與網(wǎng)絡提供者和節(jié)目視頻經(jīng)營者通信。
圖7是更詳細描述根據(jù)本發(fā)明安排的中樞42和直接電路縱橫器44的實施例的框圖和其與一網(wǎng)絡接口單元32和SET-TOP電子設備40的連接。直接電路縱橫器44和42可選擇地在一特定網(wǎng)絡接口單元32和一SET-TOP電子設備40之間提供一直接電路，或者是通過中樞42為這些單元提供一個簡單的網(wǎng)絡連接。在圖7中，為了便于說明和解釋，僅給出了網(wǎng)絡接口單元32和SET-TOP電子設備40的一部分。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，中樞42是一個相對簡單和便宜的中樞，因為其不包括任何一種分組路由交換或存儲轉發(fā)交換。不具有如在擁有分組路由選擇交換的中樞中的根據(jù)發(fā)送和接收地址檢查業(yè)務和動態(tài)交換該中樞的智能。
雖然在圖7中僅示出了被直接連接的一個網(wǎng)絡接口單元32和一個SET-TOP電子設備40，但任何數(shù)量的直接連接對都可通過直接電路縱橫器44連接，這取決于該縱橫器44的大小。網(wǎng)絡接口單元32和SET-TOP電子設備40，其每一個都被示出具有五個插腳位置或連接，每個連接均為一對。這與傳統(tǒng)的電話插座(電話RJ45)相一致，其擁有10個插腳位置。
內部網(wǎng)絡34在網(wǎng)絡接口單元32，SET-TOP電子設備40和直接電路縱橫器44之間提供連接。在優(yōu)選實施例，內部網(wǎng)絡34是10或100base-T以太網(wǎng)。
網(wǎng)絡接口單元32和SET-TOP電子設備40之間一網(wǎng)絡連接或一直接電路的選擇通過多個開關108建立，這些開關在圖7中用字母尾標描述，以便在下面的描述中彼此區(qū)分。在圖7的例子中，網(wǎng)絡接口單元32和SET-TOP電子設備40互相被直接連接，網(wǎng)絡接口單元32發(fā)送數(shù)據(jù)到SET-TOP電子設備40。一個微處理器110作為直接電路縱橫器44的控制器，響應要求一直接電路執(zhí)行的用戶命令控制開關108的位置。例如，一用戶可以從一按要求服務的視頻中選擇觀看一部電影，因而在手持遙控器上做出這種選擇。響應這一選擇，微處理器110隨后將改變開關108的位置以便在與承載按要求服務的視頻的外部網(wǎng)絡連接的網(wǎng)絡接口單元32和與用戶想要觀看電影的電視接收機連接的SET-TOP電子設備40之間建立一個直接連接。
在這種情況中，開關108a移動到其所示位置以把網(wǎng)絡接口單元32的收發(fā)信機88的發(fā)送線路連接到直接電路縱橫器44的線路112。在中樞42的Tx端口處，收發(fā)信機88的發(fā)送線路不再與該網(wǎng)絡連接。類似地，SET-TOP電子設備40的收發(fā)信機92的接收線路通過開關108g與直接電路縱橫器44的上述線路112連接。利用此時建立的直接電路，通過網(wǎng)絡接口單元32進入該家庭的數(shù)據(jù)并不是經(jīng)中樞42在整個該網(wǎng)絡上廣播，而是直接提供給位于將使用該數(shù)據(jù)的位置的SET-TOP電子設備40。
雖然通過直接電路縱橫器44建立的直接電路為從網(wǎng)絡接口單元32向SET-TOP電子設備40傳送數(shù)據(jù)提供了一個良好的通路，但有可能發(fā)生這樣的情況，即并不是所有進入網(wǎng)絡接口單元32的數(shù)據(jù)都被指定給SET-TOP電子設備40。例如，有可能e-mail經(jīng)該特定網(wǎng)絡接口單元32接收，而房主想要將e-mail傳送到一個個人計算機，而不是一個電視機。然而，一旦建立了一個直接電路，由于該直接電路將不存在到達網(wǎng)絡34的連接。
為了解決這一問題，SET-TOP電子設備40檢查其接收的數(shù)據(jù)分組的地址和為并不指定給該SET-TOP電子設備40的數(shù)據(jù)執(zhí)行路由選擇功能。該數(shù)據(jù)由SET-TOP電子設備40通過中樞42被傳送到網(wǎng)絡34。這種由端點連接(本例中為SET-TOP電子設備40)進行的重新路由選擇避免了對使用昂貴且復雜的路由器的系統(tǒng)的需要。SET-TOP電子設備40具有一個微處理器120和相關的存儲器122，用于對數(shù)據(jù)分組進行識別和將其回送到網(wǎng)絡34。
網(wǎng)絡接口單元32和SET-TOP電子設備40之間的直接電路為視頻數(shù)據(jù)提供了一種消除了抖動的連接，但通過中樞進入網(wǎng)絡34的其他數(shù)據(jù)的重新路由選擇允許一種以上的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡接口單元32進入家庭。一旦網(wǎng)絡接口單元32和SET-TOP電子設備40之間的直接電路被建立，SET-TOP電子設備40請求進行沖突檢測以允許其發(fā)送到中樞42。如果所述沖突發(fā)生，SET-TOP電子設備40需要知道各種沖突和重新向網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)。在某些實施例中，網(wǎng)絡接口單元32可被設定以阻止沖突的發(fā)生，因為它們不能出現(xiàn)在直接電路上。然而，在某些實施例中，為方便起見，在網(wǎng)絡接口單元端口和SET-TOP電子設備端口(通過縱橫器44到達網(wǎng)絡34)二者中包括有相同的沖突對。
在某些優(yōu)選實施例中，可以使用5對線路中的一對為該系統(tǒng)提供畫中畫功能。例如，網(wǎng)絡接口單元32可通過另一收發(fā)信機88a經(jīng)第二對發(fā)送線路將一第二數(shù)據(jù)流提供到一個分開的縱橫器連接線路114上。具有也連接到線路114的另一收發(fā)信機88a的SET-TOP電子設備40通過該直接電路接收所述第二數(shù)據(jù)流以在電視屏幕上提供畫中畫。
在本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例中，縱橫開關108是用模擬MOS晶體管矩陣、通過響應來自控制器110的信號的控制實現(xiàn)的。然而，這僅僅是一種示例，正如本領域的技術人員所明白的，其他實施例可以使用不同設計的開關。
雖然本發(fā)明的描述對具有各種元件的功能的某些邏輯特征的設置進行了說明，但這些特征在其他實施例中可以不同。例如，中樞42被描述為與內部網(wǎng)絡連接。然而，該中樞42也可在邏輯上被看作是該內部網(wǎng)絡的一部分，或甚至形成該網(wǎng)絡，剩下的連線構成將端接終端連接到中樞42的裝置。因此，本領域的普通技術人員將會明白，本說明書中說明和描述的邏輯特征僅是示例性的。
根據(jù)本發(fā)明，將網(wǎng)絡接口單元和SET-TOP電子設備分開為家庭內大量設備彼此連接，以及連接到外部世界提供了相對廉價的連接。
雖然已對本發(fā)明進行了詳細的說明和描述，但很清楚，上述僅是作為說明和示例而并不是作為一種限制。
權利要求
1.一種網(wǎng)絡的直接電路縱橫器和交換中樞裝置，其具有與所述網(wǎng)絡連接的多個端接終端，該裝置包括一個與所述網(wǎng)絡的所述多個端接終端選擇地連接并與所述網(wǎng)絡連接的直接電路縱橫器，該直接電路縱橫器在兩個端接終端之間建立一個直接電路，并把所述兩個端接終端作為一對連接到所述網(wǎng)絡；和所述網(wǎng)絡的一個無源交換中樞，該無源交換中樞與所述網(wǎng)絡的沒有被選擇地與所述直接電路縱橫器連接的端接終端連接，并通過該直接電路縱橫器還與作為一對連接到網(wǎng)絡的端接終端連接。
2.根據(jù)權利要求1的裝置，其中該直接電路縱橫器具有直接電路線和用于把所述多個端接終端連接到該直接電路線的可控開關。
3.根據(jù)權利要求2的裝置，其中該直接電路縱橫器具有一個處理器，其響應命令信號控制各開關把端接終端連接到所述直接電路線，其中通過端接終端與所述同一直接電路線的連接在兩個端接終端之間建立起一個直接電路。
4.根據(jù)權利要求3的裝置，其中所述多個端接終端具有接收和發(fā)送線，且其中在某兩個端接終端之間建立的一直接電路使該多個端接終端中的第一端接終端的發(fā)送線與該所述同一直接電路線連接作為該多個端接終端中的第二端接終端的接收線，該端接終端中的第一端接終端的接收線和該端接終端中的第二端接終端的發(fā)送線連接到所述交換中樞。
5.根據(jù)權利要求4的裝置，其中開關是模擬MOS開關。
6.一種將多個端接終端與一網(wǎng)絡連接的方法，包括把一網(wǎng)絡上的各端接終端的接收和發(fā)送端口連接到一個無源交換中樞；通過一個直接電路縱橫器有選擇地把該多個端接終端中的一第一端接終端的至少發(fā)送端口直接連接到該多個端接終端中的一第二端接終端的接收線以便在該第一和第二端接終端之間建立一直接電路，和把該端接終端中的第一端接終端的發(fā)送端口與所述交換中樞切斷以及把該端接終端中的第二端接終端的接收端口與所述交換中樞切斷。
全文摘要
一種家用網(wǎng)絡結構具有一個在房屋中的內部數(shù)字網(wǎng)絡互連設備。娛樂服務通過與一外部網(wǎng)絡和所述內部網(wǎng)絡連接的網(wǎng)絡接口單元引入到家庭網(wǎng)絡中。該網(wǎng)絡接口單元通過一個直接電路縱橫器有選擇地與SET－TOP電子設備直接連接,以便例如視頻數(shù)據(jù)可以被直接地從一網(wǎng)絡接口單元提供到SET－TOP電子設備而不存在抖動。隨后,使用一個不具有分組交換能力的無源交換中樞提供信號再生和經(jīng)該網(wǎng)絡進行其他數(shù)據(jù)的重新發(fā)送。
文檔編號H04Q9/00GK1207862SQ96199742
公開日1999年2月10日 申請日期1996年11月21日 優(yōu)先權日1995年11月22日
發(fā)明者理查德·漢普樂門 申請人:三星信息系統(tǒng)美國公司