DE69620439T2

DE69620439T2 - Architektur eines heim-multimedia-netzwerkes

Info

Publication number: DE69620439T2
Application number: DE69620439T
Authority: DE
Inventors: Richard Humpleman
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-11-22
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2016-11-22
Also published as: CA2238394A1; KR100387709B1; JP2000513513A; KR19990071576A; EP0862826A1; US5940387A; WO1997019538A1; JP3785579B2; IL124606A; CN1207844A; EP0862826B1; JP2007318765A; CA2238394C; DE69620439D1; CN1100422C; ATE215763T1; JP2006191558A; JP4224539B2; IL124606A0

Description

In Bezug stehende Anmeldungen

Diese Patentanmeldung steht zu der U.S.-Anmeldung Serial No. 08/561,757, angemeldet am 22. November 1995, mit dem Titel "SET-TOP ELECTRONICS AND NETWORK INTERFACE UNIT ARRANGEMENT; der U.S.-Anmeldung Serial No. 08/561,535, angemeldet am 22. November 1995, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR RECOVERING DATA STREAM CLOCK; der U.S.-Anmeldung Serial No. 08/561,534, angemeldet am 22. November 1995, mit dem Titel CROSSBAR/HUB ARRANGEMENT MULTIMEDIA NETWORK; in Verbindung

Sachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf digitale Netzwerke und insbesondere auf die digitalen Netzwerke für Heimanwendung, die eine Verbindbarkeit miteinander von Produkten innerhalb des Hauses und mit externen Netzwerken außerhalb des Hauses liefern.

Hintergrund der Erfindung

Die schnellen Fortschritte in der digitalen Technologie und den Telekommunikationen haben den Wunsch erhöht, ein Netzwerk zu Hause zu haben, um eine Mehrzahl von Produkten in dem Haus bzw. dem Heim miteinander und mit der Außenwelt zu verbinden. Der Bereich von verfügbaren Servicediensten von Dritten umfaßt interaktive Serviceleistungen, Kabel-Video- und Audio-Serviceleistungen, Satellitennetzwerke, Serviceleistungen von Telefongesellschaften, Video auf Anforderung (Video On Demand) und andere Typen von Informations-Serviceleistungen. Allerdings beträgt die Etablierung von Personal Computern im Heim in den Vereinigten Staaten ungefähr 33% und wächst nur langsam an, obwohl Regierungen eine umfangreichere Etablierung wünschen, um ein "Telekommunizieren" zu fördern und den Verkehr und die Umweltbelastung zu verringern. Eine weitere Etablierung von Computern im Heim wird aufgrund des Erwerbs von Verbraucher- Entertainment und informationsmäßigen Produkten von dem Wunsch ausgehen, die einen eingebundenen Computer und ein Betriebssystem, verdeckt durch eine opake Benutzer- Schnittstelle, enthalten. Ein solches Produkt ist eine herkömmliche Set-Top-Box bzw. ein Aufsatzgerät bzw. Aufsatzkasten.
Set-Top-Boxen bzw. Aufsatzgeräte sind Multi-Media-Computer, die die Verwendung von Fernsehgeräten zunehmen lassen. Eine herkömmliche Set-Top-Box besitzt ein Schnittstellen-Modul zu einem externen Netzwerk, das die Set-Top-Box mit dem externen Netzwerk und Daten-Provider verbindet. Das Netzwerk-Schnittstellen-Modul muß eine Anzahl von anspruchsvollen Funktionen durchführen, wie beispielsweise schnittstellenmäßiges Verbinden mit einem spezifischen, externen Netzwerk abstimmen, Demodulation, Fehler korrigieren, Video-Entscrambeln, Zurückgewinnen des MPEG-Taktes und Entschlüsseln und Verschlüsseln von Einzelheiten mit dem externen Netzwerk. Demzufolge ist das Netzwerk-Schnittstellen-Modul eine relativ teure Komponente der Set-Top-Boxen. Diese Kosten würden sogar dann notwendig sein, wenn ein einzelnes Fernsehgerät in dem Haus vorhanden ist. Allerdings enthalten die meisten Haushalte mehrere Fernsehgeräte und statten jedes mit einer Set-Top-Box aus, und ein zugeordnetes Netzwerk- Schnittstellen-Modul ist eine Duplikation teurer Komponenten.
Ein anderer Punkt für Heimanwender ist die Auflage der Service-Provider. Eine Beschränkung auf einen Service-Provider für alle Serviceleistungen, im Heim über eine Set-Top- Box zugeführt, wie beispielsweise durch einen Telefon-Provider, beschränkt die Auswahlen eines Heimbesitzers und verhindert möglicherweise, daß der Heimbesitzer Serviceleistungen unter dem niedrigsten, konkurrierenden Preis erhält. Ein Versuch, dieses Problem mit mehreren Service-Providern unter Verwendung einer Anzahl von mehreren Set- Top-Boxen auf jedem Fernsehgerät in einem Heim zu beseitigen, ist keine lebensfähige Lösung.
Die PCT-Anmeldung WO 95/19070 offenbart ein Kommunikationsnetzwerk, das existierende Leitungen, zum Beispiel Stromleitungen, verwendet, um Informations-Signale, wie beispielsweise Video-Signale, innerhalb eines Hauses zu liefern. Dieses Kommunikationsnetzwerk liefert eine begrenzte Anzahl von Kanälen, die über die existierenden Leitungen, unter Verwendung von Modems, übertragen werden können. Um ein Video-Signal von einem externen Netzwerk, für jedes Fernsehgerät, auszuwählen, sind ein zugeordneter Video-Signal-Tuner (z. B. eine Netzwerk-Schnittstellen-Einheit) und ein zugeordnetes Modem erforderlich. Um das Video-Signal aufzunehmen und anzuzeigen, ist es erforderlich, dass jedes Fernsehgerät (oder eine Set-Top-Box) ein zugeordnetes Modem und einen Video-Signal-Tuner haben muß. Demzufolge besitzt das Kommunikationsnetzwerk in der PCT-Anmeldung WO 95/19070 nicht nur begrenzte Fähigkeiten, sondern erfordert auch eine kostspielige Ausrüstung und eine Duplizierung der kostspieligen Komponenten (z. B. Netzwerk-Schnittstelleneinheiten, Modems und Tuner).
Digitale Netzwerke, wie beispielsweise ein Ethernet-Netzwerk, sind zur Verwendung als Heimnetzwerke vorgesehen worden, wie dies, zum Beispiel, in Shuang Deng "Capture Effect in Residential Ethernet LAN", veröffentlicht durch IEEE, 1995 (Veröffentlichungs-Nr. 0-7803-2509-5/95), angegeben ist. Dieses vorgeschlagene Ethernet-Local-Area-Network (LAN) für zu Hause erfordert ein Gateway oder einen Personal Computer, um als ein Router für Signale zu funktionieren, die von einem externen Netzwerk empfangen sind. Das Gateway oder der Personal Computer prüft ankommende Daten-Pakete und leitet sie zu dem geeigneten Empfangsknoten, zum Beispiel eine Set-Top-Box, weiter, die mit einem Fernsehgerät verbunden ist. Wie in dem Artikel diskutiert ist, und wie der Titel zeigt, ist ein Potential für Jitter bzw. ein Flattern dahingehend vorhanden, daß es in ein Video- Signal aufgrund des Einfangeffektes, der sich auf digitale Kommunikationen über das Ethernet-LAN zu Hause bezieht, eingeführt wird. Dieser Artikel schlägt vor, dass eine potentielle Lösung diejenige ist, zusätzliche Pufferfähigkeiten einzuführen, um das Jitter bzw. Flattern zu beseitigen, sollte es existieren.
Das Ethernet-Netzwerk-Modell für zu Hause in dem Artikel nimmt an, dass dort nur eine Datenfolge aktiv zu einem Zeitpunkt ist und erfordert deshalb, dass irgendeine potentielle Auswahl/Konkurrenz zwischen anderen Datenfolgen aufgelöst sein muß, bevor das Signal zu dem Ethernet-Netzwerk für zu Hause geliefert wird. Demzufolge tritt, zum Beispiel, eine Kanalauswahl entweder außerhalb des Heims auf oder tritt an der Set-Top-Box/dem Fernsehgerät auf. Deshalb erfordert das Ethernet-Netzwerk führ zu Hause, beschrieben in "Capture Effekt in Residential Ethernet LAN", dass entweder zusätzliche Serviceleistungen und/oder dass doppelte Komponenten für jedes separat kontrollierte Fernsehgerät vorgesehen werden müssen, und kann auch Pufferfähigkeiten erfordern, um ein Jitter, eingeführt durch den Capture-Effekt, zu vermeiden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Bedarf für ein Netzwerk im Heim vorhanden, das eine Fähigkeit zum Verbinden mit Produkten in einem Heim und mit externen Netzwerken in einer relativ kostengünstigen Art und Weise liefert und das auch den Heimbenutzer mit der Möglichkeit ausstattet, von einer Vielfalt unterschiedlicher Serviceleistungen auszuwählen.
Diese und andere Erfordernisse werden durch die vorliegende Erfindung erfüllt, die ein Netzwerk fürs Heim liefert, das mehrere Set-Top-Boxen bzw. Aufsatzgeräte und separate Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten, verbunden miteinander durch ein relativ kostengünstiges, digitales Netzwerk, installiert in dem Heim, wie beispielsweise ein Ethernet, besitzt. Die Separierung der Funktionen der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit von den Set-Top- Elektroniken ermöglicht, dass eine einzelne Netzwerk-Schnittstellen-Einheit verwendet werden kann, um mit einem externen Netzwerk schnittstellenmäßig zu verbinden, und liefert eine Programmierselektivität zu einer Vielzahl von Set-Top-Elektroniken und Fernsehgeräten innerhalb des Heims. Dies verringert das Erfordernis für eine Duplizierung der Netzwerk-Schnittstellen-Funktionen an jedem Fernsehgerät oder an anderen Endprodukten und verringert dadurch die Kosten des Heim-Netzwerks. Weiterhin ermöglicht das Vorhandensein von separaten Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten an dem Netzwerk dem Verbraucher, verfügbare Serviceleistungen in Anspruch zu nehmen und unter diesen auszuwählen, und damit nicht auf einen einzelnen Service-Provider beschränkt zu sein. Ein Ändern einer Serviceleistung kann einfach durch Austauschen oder Hinzufügen einer unterschiedlichen Netzwerk-Schnittstellen-Einheit konfiguriert so, um sich mit dem neuen, externen Netzwerk schnittstellenmäßig zu verbinden, vorgenommen werden.
Die Verwendung eines Ethernet in bestimmten, bevorzugten Ausführungsformen gestaltet auch das Netzwerk relativ kostengünstig, da eine Verdrahtung in Form von Twisted Pairs unter niedrigen Kosten in einem Heim installiert werden kann.
Die vorstehenden und anderen Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung besser ersichtlich werden, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Heimnetzwerks, aufgebaut gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Beschreibung einer beispielhaften Installation des Heimnetzwerks der vorliegenden Erfindung innerhalb eines Heims.
Fig. 3 zeigt ein logisches Diagramm des Heimnetzwerks der Fig. 1.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Netzwerk-Schnittstellen-Einheit und einer Set-Top-Elektronik-Einheit, aufgebaut gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm einer Netzwerk-Schnittstelle der Set-Top-Elektroniken, aufgebaut gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm der Netzwerk-Schnittstelle der Netzwerk-Schnittstellen- Einheit, aufgebaut gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 zeigt ein Blockdiagramm eines Hubs bzw. Verteilers und einer Direkt-Schaltungs- Kreuzschiene, aufgebaut gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, verbunden mit einer Netzwerk-Schnittstellen-Einheit und einer Set-Top-Elektronik-Einheit.
Fig. 8 zeigt ein logisches Diagramm einer beispielhaften Benutzerschnittstelle für das Heimnetzwerk der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Heim-Multimedia-Netzwerks 10, aufgebaut gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ist allerdings nur beispielhaft, da das Netzwerk 10 in irgendeiner Anzahl von unterschiedlichen Arten und Weisen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung konfiguriert sein kann und unterschiedliche Vorrichtungen, verbunden mit dem Netzwerk 10, umfassen kann. Zusätzlich ist die Erfindung nicht auf Netzwerke, die sich zu Hause befinden, beschränkt, sondern ist bei Netzwerken anwendbar, die in anderen Typen von Strukturen, wie beispielsweise Büros, Appartementgebäuden, usw., installiert sind. Zu Zwecken der Darstellung wird allerdings die beispielhafte Ausführungsform im Zusammenhang mit einer Heiminstallation beschrieben werden.
Das Netzwerk 10 ist ein digitales Netzwerk, das eine Verbindungsfähigkeit von unterschiedlichen Typen einer Ausrüstung mit der Welt außerhalb des Heims liefert. Diese Ausrüstung kann bzw. können, zum Beispiel, ein analoges Fernsehgerät 12, ein digitales Fernsehgerät 14, ein digitaler VCR 16, ein digitaler Camcorder 18, Personal Computer 20, eine Audio-Ausstattung 22, Drucker 24, Facsimile-Maschinen 25 und Telefone 28, und dergleichen, sein. Zusätzlich zu einer Verbindung dieser Ausrüstung mit der Außenwelt verbindet das Netzwerk 10 auch die digitale Video-, die digitale Audio-, die Computer- und Telefon-Ausrüstung intern im Heim miteinander. Dies vereinheitlicht eine Kommunikation und eine Steuerung innerhalb des Heims, was zu der vollen Leistung der Verbindungen mit dem externen Netzwerk oder internen Datenquellen, verfügbar mit irgendeinem Anschluß an dem Netzwerk 10, führt.
Eine Kommunikation mit der Außenwelt wird über eine Anzahl von separaten Netzwerk- Schnittstellen-Einheiten (Network Interface Units - NIU's) 32 durchgeführt und kann physikalisch in einer Eingangs-Einheit 30 kombiniert sein, wobei jede Netzwerk-Schnittstellen- Einheit 32 eine Verbindung zwischen einem unterschiedlichen, externen Netzwerk und dem Heimnetzwerk 10 zuläßt. Die unterschiedlichen, externen Netzwerke können unterschiedliche Typen von Signalen führen. Diese können, zum Beispiel, Rundfunksendesignale (digital oder gemischt analog/digital), geführt über ein Hybrid-Faserkoax-Kabel oder ein Kabel, sein. Andere Typen von Signalen sind ISDN, Rundfunksende/Digital-Satelliten- Serviceleistungen, FTTC, FTTH, ADSL, und andere. Zumindest können die folgenden Daten-Typen geführt werden: komprimierte Video-, komprimierte Audio-, komprimierte Internet-WWW-Grafiken und Daten, E-Mail und andere Daten, Computer-Datei-Daten und Steuernachrichten-Daten.
Logisch empfangen alle Terminals in dem Heimnetzwerk 10 einen gleichen Zugriff auf die Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten 32 und ein Benutzer würde sich nicht über die physikalische Sichtung von diesen bewußt sein. Die Anzahl von Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten 32, die erforderlich ist, wird durch die Anzahl von Datenfolgen, die pro Heim erforderlich ist, bestimmt, z. B. die Anzahl von unterschiedlichen Programmkanälen, (d. h. Video, Audio, und andere), die simultan erforderlich sind, und nicht durch die Anzahl von Terminal- Einheiten in einem Heim.
In bestimmten, bevorzugten Ausführungsformen wird ein Kabel- oder Antennen- Fernsehen unmodifiziert mit einer Verteilung über ein reguläres im Heim installiertes Koax-Kabel beibehalten (Plain Old Television, oder POTV). POTS (Plain Old Telephone Service) wird auch in dem im Heim installierten digitalen Netzwerk 10 geführt. Die digitalen Signale werden innerhalb des Heims über ein internes Netzwerk 34 verteilt. In bestimmten, bevorzugten Ausführungsformen ist das interne Netzwerk 34 im wesentlichen ein Ethernet des Typs 10base-T oder 100base-T Twisted Pair, allerdings wird ein spezieller Umschaltverteiler eingesetzt, um das Netzwerk mit irgendeiner Anzahl von Terminal-Einheiten skallierbar zu machen, jede dazu geeignet, ein Video mit hoher Bit- Rate zu empfangen.
Das Heimnetzwerk 10 verbindet diese Computer, oder Produkte mit eingebetteten Computern, die die Netzwerk-Bandbreite, Protokolle, ein Routening bzw. eine Weiterleitung, eine Pufferung und Adressierung unterstützen können. Andere Produkte mit hoher Bandbreite, die nicht diese komplexe Funktionalität stützen, müssen mit einer solchen Host- Einheit entweder direkt oder über ein lokales, peripheres Netzwerk verbunden werden, um eine Betriebsfähigkeit untereinander zu erreichen. Beispiele von Computern oder Produkten mit eingebundenen Computern, angeordnet im Heimnetzwerk 10, die als Endbenutzervorrichtung funktionieren, umfassen: I/O-Computer der Netzwerk-Schnittstellen- Einheiten, die ein externes Netzwerk zu einer Heim-Netzwerk-Konversion und - Konditionierung vornehmen; Computer, wie beispielsweise Set-Top-Eiektroniken (STE); PCs; Workstations; High-End-Drucker; und spezielle Computer, die Gateway/Steuerfunktionen vornehmen. Andere Endbenutzervorrichtungen, die mit dem Netzwerk 10 verbunden werden können, umfassen Video-Produkte: eine digitale, komprimierte (MPEG) und nicht kompimierte Video-Ausrüstung; digitale Video-Camcorder-Produkte; Digital-Video-Band- Aufzeichnungs-Produkte und digitale TV-Anzeige-Produkte und analoge TV-Anzeige- und Aufzeichnungsprodukte. Video-Produkte, die mit dem Netzwerk 10 verbunden werden können, umfassen: eine digitale, komprimierte (MPEG) und nicht komprimierte Audio- Ausrüstung; HIFI-Stereo-, Digital-Audio-Band-Aufzeichnungsprodukte. Andere Typen von Produkten, die sich mit dem Netzwerk 10 verbinden können, sind Daten-Produkte, wie beispielsweise Drucker und andere Peripherie-Geräte. Noch weitere Produkte, die über das Netzwerk 10 gesteuert werden können, umfassen eine Heim-Automatisierung und ein Zusatzgerät: Zentrales Heizen/AC, eine Sicherheits-Steuereinheit, Mikrowellenofen und andere Küchenausstattung, Beleuchtung, Sprinkler- und andere Energiesteuerungen. Bestimmte Ausführungsformen des Heim-Netzwerks 10 umfassen ein oder mehrere lokale, periphere Netzwerk(e) 15, die eine lokale Verbindung für Motion-JPEG- oder I-Frame- Only-MPEG-Video-Vorrichtungen, Audio-Vorrichtungen, Drucker und andere, solcher Peripherie-Einrichtungen, mit zukünftig sehr hoher Bit-Rate, erzielen. Diese Vorrichtungen benötigen eine kontinuierliche, lokale, digitale Verbindung bei einer hohen Bandbreite, wobei die Datenübertragung kontinuierlich von, zum Beispiel, einer digitalen Kamera zu einem digitalen VCR erfolgt. Ein Aufnehmen solcher Vorrichtungen direkt an einem internen Netzwerk 34 würde eine größere Netzwerkbandbreite über das gesamte Netzwerk 34 erfordern, als dies normalerweise benötigt wird. Anstelle davon ist das lokale, periphere Netzwerk 15 normalerweise über Gateway mit dem internen Netzwerk 34 für eine Interoperationsfähigkeit verbunden. Allerdings ist, in bestimmten anderen Ausführungsformen der Erfindung, das Heimnetzwerk 10 mit einer Hardware und einer Software versehen, die Hochgeschwindigkeitsvorrichungen aufnimmt, so dass ein lokales, peripheres Netzwerk 15 nicht notwendig ist.
Ein Heim-Automatisierungs-Netzwerk 17 ist für eine Heim-Automatisierung vorgesehen. Dieses Heim-Automatisierungs-Netzwerk 17 kann auf der Energieversorgungsleitung oder einem anderen Netzwerk mit niedriger Bit-Rate zum Steuern von Geräten, wie beispielsweise Sicherheitssystemen, Beleuchtung, usw., laufen. Diese Stichleitung geht von einem Steuercomputer 20 aus, der innerhalb des Heims liegt.
Ein beispielhaftes Modell der Installation des Heimnetzwerks 10 der vorliegenden Erfindung innerhalb eines Hauses 36 ist in Fig. 2 gezeigt. Das Heimnetzwerk 10 ist ein Langbereichs-Backbone-Kabel mit bis zu 100 m Kabellängen, zum Beispiel von einem geschalteten Verteiler 38, der einen Teil des internen Netzwerks 34 bildet. In der beispielhaften Installation, gezeigt in Fig. 2, ist die Eingangseinheit 30 mit deren Mehrfach- Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten 32 in einem Nutzungsbereich des Hauses, zusammen mit dem geschalteten Verteiler 38, angeordnet. Ein Twisted-Pair-Kabel läuft zu jedem Raum des Hauses 36 und endet an einer Wanddose. Cat-5-Twisted-Pair (für 100 Mbits/s) zum Beispiel kann verwendet werden, wenn eine Installation vorgenommen wird, wobei der Hauptanteil der Kosten Arbeit ist. Für eine temporäre Retro-Installation ist ein Twisted- Pair-Kabel klein genug, so dass es kundenseitig unter einer Teppichkante angeordnet werden kann. Ein Benutzer in dem Heim wird ein Computer-Produkt in einem Raum durch Einstecken des Ethernet-Anschlusses des Computer-Produkts in die Ethernet-Wanddose verbinden.
In der Ausführungsform der Fig. 2 ist der Verteiler 38 als eine separate Vorrichtung dargestellt, allerdings kann der Verteiler 38 in anderen Ausführungsformen in eine oder in mehrere der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit(en) 32 integriert sein. Der Verteiler 38 liefert die Verbindbarkeit mit allen Bereichen des Hauses und der einen oder der mehreren Netzwerk-Schnittstellen-Einheit(en) 32. Ein Aufwerten, Erweitern sowohl der Aggregat- Bandbreite als auch der Verbindbarkeit des internen Netzwerks 34, wird durch zusätzliches Verbinden oder Ändern mit einem größeren Verteiler durchgeführt. Der Verteiler wird in weiterem Detail später diskutiert werden.
Die vorliegende Erfindung, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, separiert die Funktionalität der Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten 32 von den Set-Top-Elektroniken 40. Herkömmlicherweise enthält eine Set-Top-Box eine Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32, deren Komponenten in einem Bus mit den Set-Top-Elektronik-Komponenten verbunden sind. Im Gegensatz dazu sieht allerdings die vorliegende Erfindung eine Separierung der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 und der Set-Top-Elektroniken 40, mit dem internen Netzwerk 34 zwischengefügt, vor. Diese Anordnung ermöglicht, dass mehrere Set-Top- Elektroniken über das Heim 36 kostengünstiger verteilt werden können, da die Elektroniken einer Netzwerk-Schnittstellen-Einheit nicht für jede der Set-Top-Elektronik dupliziert werden muß. Zusätzlich befreit, indem separate Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten 32, verbunden mit unterschiedlichen, externen Netzwerken und mit einem gemeinsamen, internen Netzwerk 34, vorhanden sind, dies den Hausbesitzer davon, dass er gezwungen wird, die gesamte Programmierung von einer einzelnen Quelle, wie beispielweise der Telefon- oder Kabelfirma, zu empfangen. Die Separierung ermöglicht auch dem Hausbesitzer, Serviceleistungen hinzuzufügen, wegzunehmen oder zu ändern, und zwar durch einfaches Ändern einer der Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten 32, ohne das Erfordernis, alle Set-Top-Elektroniken 40 innerhalb des Heims 36 zu ersetzen.
In bestimmten Ausführungsformen wird eine "Master" Set-Top-Box mit mehrfachen Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten vorgesehen. Allerdings ist diese Ausführungsform logisch dieselbe, wie die vorstehend beschriebene, da die Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten in dieser Ausführungsform mit dem internen Netzwerk verbunden sind, und nicht über einen Bus mit den Set-Top-Elektroniken.
Fig. 3 zeigt eine logische Ansicht des Heimnetzwerks 10 der vorliegenden Erfindung. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, bildet der geschaltete Verteiler 38 mit Mehrfachanschluß das Zentrum der Netzwerk-Verbindungen. In bestimmten Ausführungsformen wird, in denen ein Inter-Paket-Jitter adäquat gesteuert wird, ein kommerziell verfügbarer Paket- Umschalt-Verteiler eingesetzt. In anderen, bevorzugten Ausführungsformen, wie beispielsweise derjenigen, die in Fig. 3 dargestellt ist, ist der geschaltete Verteiler 38 eine Kombination von Netzwerk-Anschlüssen bzw. -Ports und -Anschlüssen, die direkt (schaltungsmäßig) für die Dauer einer Sitzung geschaltet sind. Die direkt verbundenen Anschlüsse (und Systeme) können über den Netzwerk (kodierter Takt) phasenverriegelt sein. Um diese Funktionalität zu erzielen, weist der geschaltete Verteiler 38 deshalb einen relativ einfachen und kostengünstigen Verteiler 42 und eine Direkt-Schaltungskreuzschiene 44 auf. Der Verteiler 42 kann, in bestimmten, bevorzugten Ausführungsformen, eine kommerziell erhältliche Vorrichtung sein, wie beispielsweise Am79C981, hergestellt von Advanced Micro Devices, Sunnyvale, Kalifornien. Details der Direkt- Schaltungskreuzschiene 44 werden später in Bezug auf Fig. 7 beschrieben.
Eine Stern-Topologie, wie sie durch Ethernet 10/100baseT definiert ist, wird in Verbindung mit dem Umschaltverteiler 38 verwendet. Der Umschaltverteiler 38 liefert ein Fan-Out zu den meisten Räumen in dem Haus 36. Die maximale Systembandbreite ist in ein Mehrfaches der Leitungs-Bit-Rate ((Bit-Rate · Zahl von Anschlüssen)/2), zum Beispiel 20 Anschlüsse und 100Mbits/s Bit-Rate = 1 Gb/s an aggregater maximaler Bandbreite.
Der geschaltete Verteiler 38 ermöglicht eine spezielle Behandlung für einen stark asymmetrischen Verkehr, z. B komprimierte, digitale Video- und Internet-Daten durch direktes Weiterführen dieser Fälle von einem Sender zu einem Empfänger. Dieser Verkehr wird demzufolge von dem internen Netzwerk 34 separiert und ermöglicht, dass eine gesamte, aggregate Bandbreite nur durch die Expandierbarkeit des Verteilers 38 begrenzt ist, obwohl er durch die 10mbits/s pro Zweig begrenzt verbleiben wird. Die Verwendung einer 100base-T-Technologie anstelle einer 10base-T-Technologie wird das Netzwerk aufwerten, falls dies erforderlich ist.
Die direkt synchronen (Manchester- oder blockcodierte) Verbindungen des Umschaltverteilers werden primär für die Übertragung eines MPEG-Videos verwendet, wo eine kontinuierliche Verbindung mit einer hohen Bit-Rate, einer langen Dauer erforderlich ist. Ein Video mit einer hohen Bit-Rate in einer komprimierten Form kann bis zu 8 Mbits/sec hoch sein und wird für Videos mit lebenden Bildern und für Filme und Sportaktivitäten mit hoher Action benötigt. Ein Video mit niedriger Bit-Rate ist 1,5 Mbits/sec. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein MPEG-Digital-Video durch das Netzwerk 10 hinweg beibehalten. Eine Konversion zu einem realen Video findet nur an der Anzeigevorrichtung (z. B. dem Fernsehgerät 12) oder den Set-Top-Elektroniken 40 statt.
Zwei separate, direkte Schaltungen sind als Beispiele in Fig. 3 gezeigt. Zum Beispiel ist die Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32, die mit einem ISDN-Netzwerk verbunden ist, direkt über die direkte Schaltungskreuzschiene 44 mit dem Personal Computer 20 des lokalen, peripheren Netzwerks 15 verbunden. Eine andere, separate, direkte Schaltung ist durch die direkte Schaltungskreuzschiene 44 zwischen einer unterschiedlichen Netzwerk- Schnittstellen-Einheit 32 (verbunden mit einem Hybrid-Faserkoaxkabel zum Beispiel) und den Set-Top-Elektroniken 40, verbunden mit dem Fernsehgerät 12, vorgesehen. Diese Vorrichtungen, die nicht direkt über die direkte Schaltungskreuzschiene 44 verbunden sind, verbleiben mit dem Verteiler 42 befestigt und sind so netzwerkmäßig verbunden. In Bezug auf die Umschalt-Verteiler-Architektur, bei der ein direkter Pfad Punkt zu Punkt konfiguriert ist, sind alle Daten, die diesen Pfad überqueren, direkt zu dem Endpunkt- Terminal des Pfads vorgesehen, gerade Daten, die für einen oder mehrere andere Terminals vorgesehen sind. Demzufolge wird, in bestimmten, bevorzugten Ausführungsformen, einer Regel gefolgt, dass Daten, multiplexiert mit Daten einer hohen Rate (typischerweise Nachrichtenübermittlung), zu netzwerkmäßig verbunden Terminals durch den Endpunkt des direkten Pfads ausgegeben werden müssen, wobei diese Pakete zu dem Verteiler 38 zurückgeführt werden. Zum Beispiel werden Nachrichten, geschickt über das ISDN- Netzwerk, die nicht für eine Vorrichtung an dem lokalen, peripheren Netzwerk 15 vorgesehen sind, durch den lokalen, peripheren Netzwerk-Host 20 zu dem Verteiler 38 für eine Verteilung zurückgeführt. Diese Regel spart Kosten und die Komplikation ein, einen geschalteten Verteiler vom Paket-Router-Typ zu haben, mit dem Demultiplexieren, verteilt an dem Endpunkt (den Endpunkten), im Gegensatz zu zentral, und arbeitet gut für einen asymmetrischen Datenfluß und eine lokale Bestimmung, d. h. nicht Gegenstand von Schichten von Umschaltungen ist. Ein Vorteil von direkt umgeschalteten Pfaden ist derjenige, dass potentielle Verzögerungen beim Erhalten eines Zugriffs zu dem Netzwerk 34 (und möglicherweise festsetzen der kritischen Taktreferenzzeitabstimmung, geführt in der MPEG-Folge) insgesamt vermieden werden.
Der Verteiler 38 ist, in bestimmten, bevorzugten Ausführungsformen, erforderlich, um "Full-Duplex Aware" zu sein, das bedeutet, dass ein direkt geführter Pfad nur einen Sender-Terminal-"Aufwärts"-Pfad mit einem Empfangs-Terminal-"Abwärts"-Pfad verbindet. Im Gegensatz dazu werden der Pfad herunter zu dem Sender und der Pfad hoch zu dem Empfänger nicht durch die direkte Schaltung beeinflußt und würden normalerweise mit dem Netzwerk verbunden sein, d. h. verbunden mit allen verbleibenden Terminal-Pfaden, die zusammen verbunden sind.
Das spezielle Routing bzw. die Weiterleitung tritt in Abhängigkeit von Benutzerserviceanforderungen auf. Nachrichten werden durch die Verteilersteuerung und irgendwelche direkten Weiterleitungs-Änderungen, die ausgeführt sind, aufgenommen. Vorrichtungen, die nicht von dem Netzwerk geschaltet sind, verbinden sich, und keine Weiterleitung ist erforderlich.
Die MPEG-Takt-Zurückgewinnung wird an den Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten 32 durchgeführt, wie später beschrieben wird. Mit der MPEG-Takt-Zurückgewinnung an den Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten 32 und der Einrichtung einer direkten Schaltung zu der Heim-Netzwerkbestimmung wird ein Jitter in dem Signal, empfangen an der Bestimmung (wie beispielsweise dem Fernsehgerät 12), im wesentlichen eliminiert. Die Fähigkeit einer direkten Schaltung arbeitet gut für den stark asymmetrischen Verkehr Punkt zu Punkt, erwartet in dem Entertainment-(Video)-Heim-Szenario.
Für analoge Nur-Serviceleistungen, z. B. Übergangs-Kabel-TV, wird dies nicht als ein Teil des digitalen Netzwerks angesehen. Für gemischte digitale/analoge Serviceleistungen, wie beispielsweise ein Hybridfaser-Koaxkabel (Hybrid Fiber Koax HFC) und neuere Formen von gemischtem Kabel-TV, wird dies als ein Übergangszustand angesehen und mit einem temporären Hinzufügen zu dem gesamten, digitalen System der vorliegenden Erfindung behandelt. Das Signal von dem Hybridfaser-Koaxkabel wird direkt zu einer Set- Top-Elektronik 40 oder zu einer Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 einer Set-Top- Elektronik-Kombination 40 geliefert. Zwei Anschlüsse sind erforderlich, um das Heimnetzwerk 10, eines für die Netzwerk-Schnittsteilen-Einheit 32 und eines für die Set-Top- Elektronik 40, zu verbinden. Ein Bypass ist in bestimmten, bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, um die analogen Signale über die Audio/Video-Schaltungen der Set- Top-Elektronik 40 zu verbinden. Das Heimnetzwerk 10 wird über eine in der Hand haltbare Befehlseinrichtung oder über ein Computer-Tastenfeld zu einer Software, die auf den lokalen Terminals läuft, wie beispielsweise den Personal Computern 20, oder der Set-Top- Elektronik 40, gesteuert. Die Steuersoftware, lokal zu jedem Heim-Terminal, managt eine Sourcen-Verfügbarkeit, eine Sourcen-Auswahl, ein Pfad-Management durch Kommunikation mit den Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten 32 und externen Gateways. Die Protokolle des externen Netzwerks werden in den Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten 32 gepuffert, um eine Standard-Schnittstelle zu den Terminals an dem Heim-Netzwerk 10 zu liefern. Die Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer Benutzer-Schnittstelle. In dieser Ausführungsform ist das Heim-Netzwerk 10 transparent und der Benutzer ist sich nur indirekt über die Zahl der verbundenen Serviceleistungen bzw. Servicestellen bewußt.
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm, das eine einzelne Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32, verbunden über das interne Netzwerk 34 mit einer einzelnen Set-Top-Elektronik-Einheit 40, darstellt. Die verbleibenden Bereiche des Heim-Netzwerks 10, umfassend den Umschaltverteiler 38, sind in Fig. 4 zu Zwecken der Darstellung und der Erläuterung nicht dargestellt.
Die Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 besitzt ein oder mehrere Netzwerk- Schnittstellenmodul(e) 50, die die Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 mit einem bestimmten, externen Netzwerk schnittstellenmäßig verbinden. Wie in dem Beispiel der Fig. 4 schafft das Netzwerk-Schnittstellen-Modul 50 eine Schnittstelle zu einem externen Zweck, das MPEG-Videodaten führt. Die MPEG-Videodaten werden zu einer internen Netzwerk- Schnittstellen-Vorrichtung 52 geführt, die die Daten für einen Transport über das interne Netzwerk 34 präpariert. In bestimmten, bevorzugten Ausführungsformen ist das interne Netzwerk 34 ein Ethernet-Netzwerk, so dass die interne Netzwerk-Schnittstellen- Vorrichtung 52 eine Ethernet-Schnittstellen-Vorrichtung ist.
Die Architektur der vorliegenden Erfindung nimmt an, dass für einige Netzwerke ein Demultiplexen einer ersten Stufe an der Netzwerk-Schnittsteilen-Einheit 32 notwendig ist, um innerhalb einer definierbaren Bandbreitengrenze (eine Datenfolge) zu verbleiben, im Gegensatz zu einer wahlweisen Bandbreite, eingestellt durch den Aufbau der ankommenden Datenfolge (mehrfache Datenfolgen). Unter der Annahme, dass das MPEG-2-Video verwendet wird, ist ein Demultiplexen von einer Mehrfachprogramm-Transportdatenfolge in einen einzelnen Programmtransport, wie dies in der MPEG-2-Spezifikation definiert ist, vorhanden. Dies wird durch einen MPEG-Transport-Chip 54 durchgeführt, wie beispielsweise der 9110B Chip, kommerziell erhältlich von C-Cube. (Ein Demultiplexen einer zweiten Stufe, um Video-Audio und andere Daten zu separieren, tritt noch in den Set-Top- Elektroniken auf, während ein Dekodieren vorzugsweise nur an dem Anzeige-Terminal oder dem Computer durchgeführt wird.) Mit dieser Maßnahme ist es nicht notwendig, Datenfolgen mit hoher Bandbreite durch das Haus zu schicken und die Terminals in dem Heim 36 müssen nicht nur eine standardisierte, einzelne Programm-Schnittstelle sehen. Eine Kompression ist für ein Video, erzeugt in dem Haus, erforderlich, z. B. einer Eingangstürsicherheitskamera oder einer Video-Konferenzkamera.
Die externe Netzwerk-Schnittstellen-Verbindung, eine Entschlüsselung bzw. Decodierung, eine Zugriffssteuerung, ein Demultiplexing zu einer einzelnen Programmdatenfolge, usw., wird durch das Netzwerk-Schnittstellen-Modul 50 durchgeführt. Demzufolge puffert das Netzwerk-Schnittstellen-Modul 50 die Hardware des Heim-Netzwerks und die Software von den Eigentümlichkeiten des verbundenen, externen Netzwerks. Mehrfache, unterschiedliche Programme erfordern mehrfache Netzwerk-Schnittstellen- Kreuzschienenverbindungen, ob nun von einem oder mehreren Provider(n). In bestimmten Ausführungsformen ist ein Dual-Modul mit zwei Verbindungen zu der Kreuzschiene vorhanden, was zwei Programme vorsieht, empfangen von demselben, externen Netzwerk.
Der MPEG-Transport-Chip 54 führt die MPEG-Taktzurückgewinnung durch und liefert den zurückgewonnenen 27-MHz Takt und das ausgewählte Programm zu der internen Netzwerk-Verbindung 56. Der 27-MHz Takt wird durch einen MPEG-zu-Netzwerk-Synthesizer 80 empfangen und in einen 10-MHz Takt, zum Beispiel, umgewandelt, wenn das interne Netzwerk 34 ein 100base-T Ethernet-Netzwerk ist. Der 10-MHz Takt, ebenso wie das ausgewählte Programm, werden zu einem herkömmlichen Sendeempfänger 60 geliefert (wie zum Beispiel einem Ethernet-Sendeempfänger), verbunden mit dem internen Netzwerk 34. Der Synthesizer 58 ist so, den Ethernet-Takt auf dem zurückgewonnen MPEG- Takt zu verriegeln. Wenn das Paket aus Daten von der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 zu den Set-Top-Elektroniken 40 übertragen ist, werden die Set-Top-Elektroniken 40 auf die zurückgewonnenen MPEG-Daten bei 27-MHz verriegelt. An der Set-Top-Elektronik 40 wird der 27-MHz Takt von dem 10-MHz Takt des Ethernets durch einen anderen Synthesizer regeneriert.
Die Daten werden in der Set-Top-Elektronik 40 durch eine Netzwerk-Schnittstellen- Vorrichtung 62 empfangen, die eine Netzwerk-Schnittstelle 64 umfasst. Der 10-MHz Takt, zurückgewonnen durch die Netzwerk-Schnittstelle 64 von der Datenfolge außerhalb des Netzwerks 34, wird über ein Gate 66 zu einem Netzwerk zu einem MPEG-Synthesizer 68 geführt. Ein solches Führen bzw. Gating wird benötigt, so dass die Verriegelungsfunktion nur dann durchgeführt wird, wenn dort ein Paket von Daten vorhanden ist. Der 10-MHz Takt wird in einen 27-MHz Takt, geliefert zu einem MPEG-Decodierer 10 und einem Video-Decodierer/Codierer 72, geliefert. Das ausgewählte Programm wird durch die Netzwerk-Schnittstelle 64 zu dem MPEG-Decodierer 70 geliefert, der die MPEG-Daten decodiert und sie zu dem Video-Decodierer/Codierer 72 umgewandelt. Die Datenfolge wird durch den Video-Codierer 72 in ein Format (z. B. NTSC oder SVideo) umgewandelt, geeignet für die Verwendung durch eine Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise ein Fernsehgerät. Der Video-Decodierer dient für den Fall (HFC), bei dem ein NTSC-Analog- Signal vorhanden ist, um mit vorhandener Graphik-Hardware zu digitalisieren und sich damit zu verbinden.
Das Netzwerk 34 in Fig. 4 ist schematisch dargestellt und es sollte aus der vorstehenden Beschreibung verständlich werden, dass die Video-Daten auf dem Netzwerk 34 über den Verteiler 42 plaziert werden können, dass allerdings eine direkte Schaltung der Netzwerk- Schnittstellen-Einheit 32 und der Set-Top-Elektronik 40 über die direkte Schaltungskreuzschiene 44 des Netzwerks 34 bevorzugt ist, um eine zitterfreie Übertragung von Video- Daten zu erzielen.
Fig. 5 zeigt ein detaillierteres Diagramm einer beispielhaften Ausführungsform der Netzwerk-Schnittstellen-Vorrichtung 62 der Set-Top-Elektronik 40, dargestellt in Fig. 4. Die Netzwerk-Schnittstellen-Vorrichtung 62 umfaßt den Netzwerk-Synthesizer 68, verbunden mit einer Programm-Logik-Vorrichtung, die als die Gating- bzw. Steuervorrichtung 66 arbeitet. Der Netzwerk-Synthesizer 68 kann durch einen kommerziell erhältlichen Chip, wie beispielsweise den MC145151, hergestellt von Motorola, ausgeführt werden. Die Programm-Logik-Vorrichtung 66 kann durch einen kommerziell erhältlichen Chip, wie beispielsweise den MC7958, auch hergestellt von Motorola, ausgeführt werden. Ein spannungsgesteuerter Kristalloszillator 80 arbeitet bei 27 MHz und liefert sein Signal zu der Programm-Logik-Vorrichtung 62, die das 10 MHz-Signal zu dem Synthesizer 68 gatemäßig führt, wenn dort ein empfangenes Datenpaket vorhanden ist. Der Synthesizer unterteilt 10 MHz und 27 MHz Frequenzen zu einer gemeinsamen Frequenz herunter, die in einen Phasendetektor des Synthesizers 68 zugeführt wird. Der Ausgang des Fasendetektors des Synthesizers 68 wird als ein Steuersignal zu dem spannungsgesteuerten Kristalloszillator 80 geliefert, um die lokale Frequenz nach oben oder nach unten einzustellen, um auf die ankommende Ethernet-Frequenz zu verriegeln.
Das Signal, das die Programm-Logik-Vorrichtung 66 über den Empfang eines Datenpakets, und den 10 MHz Takt, informiert, wird durch einen seriellen Schnittstellenadapter 32, der als eine Empfangsfreigabe dient, gebildet. Ein kommerziell erhältliches Produkt, geeignet für den seriellen Schnittstellenadapter, ist ein Am 7992B, hergestellt durch Advanced Micro Devices.
Die Datenfolge wird über einen Transformer/Filter 84, wie beispielsweise ein solcher, der kommerziell von Pulsengeniering, der PE68026, erhältlich ist, empfangen. Kollisions- Informationen werden auch über einen anderen Transformer/Filter 86 empfangen, der von demselben Typ sein kann wie der Transformer/Filter entsprechend 84. Die empfangenen Daten werden zu einem ersten Netzwerk-Sendeempfänger 88 geliefert, wie beispielsweise ein Twisted Pair Ethernet Tranceiver plus (Am79C100). Der Ausgang des ersten Netzwerk-Sendeempfängers 88 (die empfangenen Daten) wird für die Empfangsfreigabe 82 und eine Steuereinheit 90 verfügbar gemacht. Die Steuereinheit 90 kann ein kommerziell erhältliches Produkt sein, wie beispielsweise die Einzel-Chip-Ethernet-Steuereinheit Am79C970 (hergestellt durch Advanced Micro Devices). Die Steuereinheit 90 ist mit einem Bus 92, wie beispielsweise einem peripheren Komponenten-Zwischenverbindungs- (PCI)-Bus, verbunden, um die empfangenen Daten von dem Netzwerk 34 zu dem MPEG- Decodierer 70 der Set-Top-Elektronik 40 zu liefern.
Ein zweiter Netzwerk-Sendeempfänger 92 ist mit der Steuereinheit 90 verbunden und kann mit demselben Typ eines Sendeempfängers, wie 88, ausgeführt sein. Der zweite Netzwerk-Sendeempfänger 92 schafft den Übertragungspfad für Daten von der Steuereinheit 90 zu dem Netzwerk 34 über den Transformer/Filter 84. Kollisions-Informationen werden über den Transforer/Filter 86 und den zweiten Sendeempfänger 92 zu der Steuereinheit 90 geführt.
Fig. 6 zeigt ein detaillierteres Diagramm der internen Netzwerk-Verbindung 56, die einen MPEG-zu-Netzwerk-Synthesizer 58 besitzt, der den 10 MHz Takt von dem 27 MHz MPEG Takt, zurückgewonnen durch den MPEG-Transport-Chip 54, synthetisiert (siehe Fig. 4). Ein Kristalloszillator 96 ist mit dem Synthesizer 58 verbunden, um ein 10 MHz Signal zu liefern. In bestimmten Ausführungsformen ist der Kristalloszillator 96 ein 20 MHz Oszillator und die Frequenz, erzeugt durch den Synthesizer, ist 20 MHz, was dann einfach zu 10 MHz an dem Empfänger bzw. Receiver (die Set-Top-Elektronik 40) geteilt wird. Ein kommerziell erhältlicher Synthesizer ist der MC145145-2, hergestellt von Motorola. Der 10 MHz Takt wird zu einer Mikroprozessor-Schnittstelle 98 geliefert, die als eine Schnittstelle für einen Mikroprozessor 100 dient. Die Mikroprozessor-Schnittstelle 98, mit dem Mikroprozessor 100, bildet den Sendeempfänger 60, der sich mit dem internen Netzwerk 34 über einen Transformer/Filter 102 verbindet. Die Mikroprozessor-Schnittstelle 98 kann, zum Beispiel, ein MC68160 Chip sein, hergestellt von Motorola, und der Mikroprozessor kann ein MC 68EN360 sein, auch herstellt von Motorola. Der Transformer/Filter 102 kann von demselben Typ wie der Transformer/Filter 84, 86 der Fig. 5 sein.
Die Separation der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 von der Set-Top-Elektronik 40 liefert eine Anzahl von Vorteilen, wie dies zuvor beschrieben ist. Die Funktionen (Verantwortlichkeiten) für die herkömmlichen Set-Top-Boxen mit integrierten Netzwerk- Schnittstellen-Einheiten sind in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterteilt. Zum Beispiel ist, in bevorzugten Ausführungsformen, die Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 zum Durchführen spezifischer Schnittstellen-Verbindungen des externen Netzwerks eine Tuner-Demodulation und eine Fehlerkorrektur verantwortlich. Sie liefert ein spezifisches Video-Descrambling des externen Netzwerks und eine Verschlüsselung/Entschlüsselung (Kreditkartennummer, Benutzer-Passwort, usw.). Die Netzwerk- Schnittstellen-Einheit 32 liefert auch eine spezifische Programmführung des externen Netzwerks. Zusätzlich führt sie ein MPEG-Transport-Demultiplexing zu einer einzelnen Datenfolge und eine MPEG-Referenztakt-Zurückgewinnung durch. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liefert die Schnittstellen-Einheit eine Heim-Netzwerk- Ethernet-Schnittstellen-Verbindung und eine MPEG/Ethernet-Takt-Verriegelung. Sie liefert auch die Software, um die Protokolle des externen Netzwerks und des Heim-Netzwerks für mehrfache Datenfolgen und mehrere Benutzer zu unterstützen. Die Netzwerk- Schnittstellen-Einheit besitzt auch die Software, um als das Gateway für das Heim- Netzwerk zu wirken, und für die Pufferung von Daten, wie dies notwendig ist, zu steuern. Die Set-Top-Elektronik 40 arbeitet im wesentlichen als eine Anwendungs-Computer mit einer Audio-, Video-Graphik und analogen Fernseh-Schnittstellen, und zwar in bevorzugten Ausführungsformen. Zum Beispiel bildet die Set-Top-Elektronik die spezifische Schnittstellen-Verbindung des Heim-Netzwerks und eine Datenpufferung, falls dies notwendig ist. Sie liefert eine Ethernet-Takt-MPEG-Taktverriegelung in bevorzugten Ausführungsformen. Die Set-Top-Elektronik 40 decodiert MPEG-Video und -Audio, um ein digitales Audio/Video zurückzugewinnen. Sie führt eine Digital-Analog-Konversion für Audio und Video durch und unterstützt Befehle von einer Infrarotfernsteuerung. Die Set-Top- Elektronik 40 liefert eine Unterstützung für eine Analog-Video-Eingabe (NTSC). Sie verbindet schnittstellenmäßig Drucker, Game-Ports, usw., und unterstützt ein Boot-Level- Betriebssystem und ist in der Lage, ein vollständiges System von einem externen Netzwerk herunterzuladen. Die Set-Top-Elektronik 40 unterstützt Anwendungsprogramme und Kommunikationen über die Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten zu einem Netzwerk-Provider und einem Programmvideoserver.
Fig. 7 zeigt ein Blockdiagramm, das in größerem Detail eine beispielhafte Ausführungsform des Verteilers 12 und der Anordnung der Direkt-Schaltungskreuzschiene 44 der vorliegenden Erfindung und deren Verbindung mit einer Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 und der Set-Top-Elektronik 40 darstellt. Die Direkt-Schaltungskreuzschienen 44 und 42 bilden selektiv entweder eine direkte Schaltung zwischen einer bestimmten Netzwerk- Schnittstellen-Einheit 32 und einer Set-Top-Elektronik 40, oder eine einfache Netzwerk- Verbindung über den Verteiler 42 für diese Einheiten. In Fig. 7 sind nur Bereiche der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 und der Set-Top-Elektronik 40 dargestellt, und zwar zum Zwecke der Darstellung und Erläuterung.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Verteiler 42 ein relativ einfacher und kostengünstiger Verteiler, da er nicht irgendeine Art eines Paket- Routing-Schalters oder eines Speicher- und Vorwärts-Schalters umfaßt. Dabei ist keine Intelligenz vorhanden, die den Verkehr prüft und dynamisch den Verteiler entsprechend den übertragenen und empfangenen Adressen umschaltet, wie in Verteilern, die Paket- Routing-Schalter haben.
Obwohl eine Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 und eine Set-Top-Elektronik 40 direkt verbunden in Fig. 7 dargestellt sind, kann irgendeine Anzahl von direkt verbundenen Paaren durch die Direkt-Schaltungskreuzschiene 44 verbunden werden, und zwar in Abhängigkeit von der Größe der Kreuzschiene 44. Die Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 und die Set-Top-Elektronik 40 sind jeweils mit fünf Stiftpositionen oder Verbindungen dargestellt, wobei jede der Verbindungen ein Paar ist. Dies stimmt mit einem herkömmlichen Telefonstecker, dem Telefon RJ45, überein, der zehn Stiftpositionen besitzt.
Das interne Netzwerk 34 schafft die Verbindung zwischen den Netzwerk-Schnittstellen- Einheiten 32, der Set-Top-Elektronik 40 und der Direkt-Schaltungskreuzschiene 44. In bevorzugten Ausführungsformen ist das interne Netzwerk 34 ein 10 oder 100base-T Ethernet.
Die Auswahl einer Netzwerk-Verbindung oder einer direkten Schaltung zwischen der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 und der Set-Top-Elektronik 40 wird durch eine Anzahl von Schaltern 108 eingerichtet, die in Fig. 7 mit Buchstabenzusätzen dargestellt sind, um sie voneinander in der nachfolgenden Beschreibung zu unterscheiden. In dem Beispiel der Fig. 7 sind die Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 und die Set-Top-Elektronik 40 direkt miteinander verbunden, und zwar mit der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32, die Daten zu der Set-Top-Elektronik 40 überträgt. Ein Mikroprozessor 110 dient als die Steuereinheit für die Direkt-Schaltungskreuzschiene 44 und steuert die Positionen der Schalter 108 in Abhängigkeit von Benutzerbefehlen, die erfordern, dass eine direkte Schaltung durchgeführt wird. Zum Beispiel kann ein Benutzer auswählen, einen Film von einem Service-Video-On-Demand zu sehen, und er nimmt deshalb seine Auswahl mit der in der Hand haltbaren Fernsteuerung vor. Der Mikroprozessor 110 wird, auf diese Auswahl hin, dann die Positionen der Schalter 108 ändern, um eine direkte Schaltung zwischen der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32, die mit dem externen Netzwerk verbunden ist, das den Service-Video-On-Demand führt, und der Set-Top-Elektronik 40, die mit dem Fernsehempfänger verbunden ist, an dem der Benutzer wünscht, den Film zu sehen, verbindet, einzurichten.
In diesem Fall wird der Schalter 108a zu seiner dargestellten Position bewegt, um die Übertragungsleitungen des Sendeempfängers 88 der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 mit der Leitung 112 der Direkt-Schaltungskreuzschiene 44 zu verbinden. Die Übertragungsleitungen des Sendeempfängers 88 sind nicht länger mit dem Netzwerk an dem Tx1 Anschluß des Verteilers 42 verbunden. Ähnlich sind die Empfangsleitungen des Sendeempfängers 92 der Set-Top-Elektronik 40 über den Schalter 108 g mit derselben Leitung 112 der Direkt-Schaltungskreuzschiene 44 verbunden. Mit dieser direkten Schaltung nun eingerichtet können Daten, die in das Heim über die Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 eintreten, nicht über das Netzwerk über den Verteiler 42 gesendet, sondern anstelle davon direkt zu der Set-Top-Elektronik 40 an der Stelle geliefert werden, wo die Daten verwendet werden sollen.
Obwohl die direkte Schaltung, eingerichtet durch die Direkt-Schaltungskreuzschiene 44, einen exzellenten Durchgangsweg für die Daten von der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 zu der Set-Top-Elektronik 40 liefert, kann es auftreten, dass nicht alle Daten, die zu der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 gelangen, für die Set-Top-Elektronik 40 vorgesehen sind. Zum Beispiel ist es möglich, dass ein E-Mail über diese bestimmte Netzwerk- Schnittstellen-Einheit 32 empfangen wird und der Heim-Eigentümer wünscht, dass eine E- Mail zu einem Personal Computer gerichtet wird, und nicht zu einem Fernsehgerät. Allerdings ist dabei keine Verbindung zu dem Netzwerk 34 aufgrund der direkten Schaltung vorhanden, wenn einmal eine direkte Schaltung eingerichtet ist.
Um dieses Problem zu lösen, prüft die Set-Top-Elektronik 40 die Adressen der Datenpakete, die sie empfängt, und führt eine Routing-Funktion für Daten durch, die nicht für diese Set-Top-Elektronik 40 vorgesehen sind. Die Daten werden durch die Set-Top-Elektronik 40 auf das Netzwerk 34 über den Verteiler 42 geführt. Dieses Umleiten über den Endverbindungspunkt (die Set-Top-Elektronik 40 in diesem Beispiel) vermeidet das Erfordernis für das System, einen kostenintensiven und komplizierten Router zu verwenden. Die Set- Top-Elektronik 40 besitzt einen Mikroprozessor 120 und einen zugeordneten Speicher 122, um die Daten-Pakete zu identifizieren und zurück zu dem Netzwerk 34 zu führen. Die direkte Schaltung zwischen der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 und der Set-Top- Elektronik 40 liefert eine Jitter-freie Verbindung für Videodaten, allerdings ermöglicht das Umleiten der anderen Daten in das Netzwerk 34 über den Verteiler, dass mehr als ein Typ von Daten in das Heim durch die Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 getragen wird. Wenn einmal die direkte Schaltung zwischen einer Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 und einer Set-Top-Elektronik-Einheit 40 eingerichtet ist, ist eine Kollisions-Erfassung durch die Set- Top-Elektronik 40 erforderlich, um ihr zu ermöglichen, zu dem Verteiler 42 zu übertragen. Die Set-Top-Elektronik 40 muß Kollisionen erlernen und die Daten zu dem Netzwerk 34 wieder zurückführen, falls solche Kollisionen auftreten. Die Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 kann, in bestimmten Ausführungsformen, so eingestellt sein, um Kollisionen zu sperren, da sie nicht an der direkten Schaltung auftreten können. Allerdings ist, in bestimmten Ausführungsformen, sowohl in dem Anschluß der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit als auch an dem Anschluß der Set-Top-Elektronik (zu dem Netzwerk 34 über die Kreuzschiene 44), dasselbe Kollisions-Paar zur Vereinfachung umfaßt.
In bestimmten, bevorzugten Ausführungsformen ist eines der fünf Paare von Drähten verfügbar, um eine Bild-in-Bild-Fähigkeit für das System zu liefern. Zum Beispiel kann die Netzwerk-Schnittstellen-Einheit 32 eine zweite Datenfolge über einen anderen Sendeempfänger 88a über ein zweites Paar von Sendedrähten auf einer separaten Kreuzschienen-Verbindungsleitung 114 liefern. Die Set-Top-Elektronik 40, die einen anderen Sendeempfänger 88a besitzt, auch verbunden mit der Leitung 114, empfängt diese zweite Datenfolge über die direkte Schaltung, um ein Bild-in-Bild auf einem Fernsehschirm zu liefern. Demzufolge können beide Bilder ohne Jitter bzw. Zittern durch separate, direkte Schaltungen geliefert werden.
In bestimmten, bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Kreuzschienenschalter 108 durch ein Analog-MOS-Feld aus Transistoren, gesteuert in Abhängigkeit von Signalen von der Steuereinheit 110, ausgeführt. Dies ist allerdings nur ein Beispiel, da andere Ausführungen Schalter eines unterschiedlichen Designs einsetzen, wie dies für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich ist. Obwohl die Beschreibung der Erfindung die Anordnung mit bestimmten, logischen Bestimmungen der Funktionalität von verschiedenen Elementen zeigt, können diese logischen Bestimmungen in anderen Ausführungsformen unterschiedlich sein. Zum Beispiel ist der Verteiler 42 so beschrieben, dass er mit dem internen Netzwerk verbunden ist. Allerdings kann der Verteiler 42 auch logisch betrachtet werden als ein Teil des internen Netzwerks, oder sogar das Netzwerk bilden, wobei die verbleibende Verdrahtung eine Einrichtung zum Befestigen der End-Terminals in dem Verteiler 42 bildet. Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird deshalb erkennen, dass die logischen Bestimmungen, gezeigt und beschriebenen in der vorliegenden Beschreibung, nur beispielhaft sind. Eine Separierung der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit und der Set-Top-Elektronik gemäß der vorliegenden Erfindung liefert eine relativ kostengünstige Verbindung einer Mehrzahl von Vorrichtungen miteinander innerhalb des Heims, und mit der Außenwelt. Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und dargestellt worden ist, wird klar verständlich werden, dass dieselbe nur illustrativ und ein Beispiel ist, und nicht dazu vorgesehen ist, einzuschränken, wobei der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nur durch den Inhalt der beigefügten Ansprüche begrenzt ist.

Claims

1. Multimedia-Netzwerk-Architektur (10) für eine Struktur, umfassend:

einen Port (30) eines externen Netzwerks, der mindestens eine Netzwerk- Schnittstellen-Einheit (32) besitzt, die mit einem einer Mehrzahl von Netzwerken, angeordnet extern der Struktur, gekoppelt ist;

ein internes Netzwerk (34) innerhalb der Struktur mit einem Verteiler (42) und einer Direkt-Schaltungskreuzschiene (44), wobei das interne Netzwerk (34) ein digitales Netzwerk ist, das so konfiguriert ist, um Daten bei einer bekannten Frequenz zu führen, und mit dem Port (30) eines externen Netzwerks gekoppelt ist; und

mindestens einen Aufsatzkasten (40), gekoppelt mit dem internen Netzwerk (34), und so konfiguriert, um die Daten von dem internen Netzwerk (34) aufzunehmen,

wobei der Verteiler (42) und die Direkt-Schaltungskreuzschiene (44) so konfiguriert sind, um eine Netzwerk-Verbindung zwischen der Netzwerk-Schnittstellen-Einheit (32) und dem Aufsatzkasten (40) zu schaffen, und weiterhin so konfigurierbar sind, um selektiv eine direkte Schaltungsverbindung zwischen der Netzwerk- Schnittstellen-Einheit (32) und dem Aufsatzkasten (40) zu schaffen.

2. Architektur (10) nach Anspruch 1, wobei der Port (30) des externen Netzwerks eine Mehrzahl von Netzwerk-Schnittstellen-Einheiten (32) besitzt, wobei die Netzwerk- Schnittstellen-Einheiten (32) jeweils mit unterschiedlichen, externen Netzwerken gekoppelt sind.

3. Architektur (10) nach Anspruch 2, wobei das interne Netzwerk (34) ein Ethernet- Netzwerk ist.

4. Architektur (10) nach Anspruch 2, wobei eine Mehrzahl von Aufsatzkästen (40) mit dem internen Netzwerk (34) gekoppelt ist.

5. Architektur (10) nach Anspruch 3, wobei mindestens eine einer Mehrzahl der Verarbeitungs-Vorrichtungen (20) mit dem Ethernet-Netzwerk gekoppelt ist.

6. Architektur (10) nach Anspruch 5, wobei mindestens eine einer Mehrzahl von peripheren Vorrichtungen (12, 14, 16, 18, 22 und 24) mit dem Ethernet-Netzwerk gekoppelt ist.

7. Architektur (10) nach Anspruch 6, wobei das Ethernet-Netzwerk ein 10baseT Ethernet ist.

8. Architektur (10) nach Anspruch 6, wobei das Ethernet-Netzwerk ein 100baseT Ethernet ist.

9. Architektur (10) nach Anspruch 1, das weiterhin eine Koaxial-Verkabelung innerhalb der Struktur aufweist und mit einer Koaxial-Verkabelung extern zu der Struktur, die audiovisuelle Informationen führt, gekoppelt ist.