Brevet FR2920942A1 — publié le 20090313

SYNCHRONISATION D'EQUIPEMENTS INDEPENDANTE DU STANDARD DU SIGNAL DE SYNCHRONISATION Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine 5 des équipements vidéo. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif émetteur et à un dispositif récepteur pour la transmission d'un signal de synchronisation, par exemple de type � Genlock � 10 (verrouillage de synchronisation), sur un réseau de communication à commutation par paquets, par exemple de type IP (acronyme de l'expression anglaise � Internet Protocol �), que le réseau soit filaire (par exemple Ethernet (IEEE802.3)) ou non filaire, (par exemple IEEE 15 802.16 D- 2004). Etat de la technique Les progrès dans la capacité des réseaux IP à transporter tout type de signaux (données ou vidéo) font qu'il est possible d'utiliser de tels réseaux comme 20 architecture � backbone � pour les studios vidéo. Un intérêt majeur de cette évolution est d'avoir alors une infrastructure unique pour le transport de données. Alors que dans le passé, plusieurs médias étaient nécessaires pour transporter différents types de signaux entre les 25 équipements, les propriétés de multiplexage offertes par la couche IP permettent de réduire à un le nombre des médias nécessaires : un réseau IP qui relie les différents équipements. 30 Dans l'état de la technique, la synchronisation d'équipements vidéo (caméras, etc...) dans un studio est réalisée par la transmission d'un signal de synchronisation communément appelé � Genlock � ou encore 2 � black burst �. Par exemple, le signal Genlock est composé de deux signaux de synchronisation, l'un est répété toutes les 40 ms et indique le début de la trame vidéo, l'autre est répété toutes les 64 �s (pour un format standard et moins pour un format HD) et indique le début des lignes dans la trame vidéo. Les formes d'onde des signaux de synchronisation sont fonction du format de l'image transmise sur le réseau. Par exemple pour une image en haute définition, le signal de synchronisation a une forme dite tri-level (-300mV, OV, +300 mV). Des inconvénients connus présentés par un réseau IP/Ethernet viennent de ce qu'il introduit d'une part une forte gigue, d'autre part une latence, dans une transmission de signaux, et en particulier pour la transmission d'un signal de synchronisation. La gigue se traduit par des fluctuations temporelles de la durée avec laquelle l'information portée par le signal de synchronisation parvient aux équipements, la latence induit un retard, en général fixe dans le temps dans la synchronisation des équipements. Dans l'art antérieur, on connaît des dispositifs pour reconstruire au niveau de chaque caméra, une horloge de cadencement propre à cette caméra permettant de s'affranchir d'une gigue induite par la transmission sur le réseau. Le principe de ces dispositifs repose sur une forte atténuation de l'amplitude de la gigue du signal de synchronisation au niveau de la réception. On peut garantir ainsi qu'une image générée par une caméra est rigoureusement en phase avec toutes les images générées par les caméras voisines reliées au même réseau. Des exemples de tels dispositifs d'atténuation de la gigue sont décrits dans la demande internationale PCT FR2007/050918, ils agissent sur des signaux numériques dits de compteur (ou PCR qui est 3 l'acronyme de l'expression anglo-saxonne � Program Clock Reference �), qui sont représentatifs de signaux d'horloge très précis de référence. Ces signaux numériques sont fournis à des caméras au travers un réseau afin qu'elles puissent localement reconstruire des signaux d'horloge en phase avec l'horloge de référence. La demande de brevet internationale PCT FR2007/050918 propose ainsi un dispositif d'émission et un dispositif de réception permettant de pallier les effets de la gigue. Dans cette demande de brevet internationale, on décrit un dispositif d'émission apte à émettre des paquets dans un réseau de communication par paquets comportant au moins deux stations et un dispositif de réception apte à recevoir des paquets d'un réseau similaire. Un inconvénient des dispositifs d'atténuation de la gigue de l'art antérieur tient en ce que leur fonctionnement est lié à un format vidéo défini a priori. Ainsi, en cas d'évolution du standard des images véhiculées. Par standard on entend essentiellement la durée d'une image. On cherche par exemple à se placer dans une situation dans laquelle la période image est réduite de 40 ms à 33 ms, ces dispositifs doivent uns à uns être adaptés : la nouvelle valeur de la période doit être communiqué à tous les dispositifs d'émission et de réception installés. Une autre conséquence fâcheuse de cette dépendance au format image est qu'elle ne permet pas d'employer sur le réseau des équipements produisant des images de formats différents, comme par exemple un commutateur entre une première source produisant des images au format NTSC et une deuxième source produisant des images au format PAL. 4 Un des buts de la présente invention est de rendre indépendant du format du signal de synchronisation les dispositifs d'émission et de réception de l'art antérieur. Exposé de l'invention Le problème technique que la présente invention se propose de résoudre est la transmission d'un signal de synchronisation au travers un réseau commuté par paquets, à durée de transmission non constante, sans connaissance à priori du format du signal de synchronisation. A cet effet, la présente invention concerne, selon un premier aspect, un dispositif d'émission apte à émettre des paquets dans un réseau de communication par paquets comportant au moins deux stations, ledit dispositif comportant des moyens pour : - extraire des tops image à partir d'un signal de synchronisation, un top image étant identifié de façon univoque par un indice i, le top image i étant chronologiquement suivi du top image i+1, le top image d'indice i se produisant à une date top. ; -initialiser un compteur image à partir desdits tops image; - initialiser un compteur CPT_PCR tous les � m � passages à zéro du compteur image, le compteur CPT_PCR étant cadencé par une horloge produite par le compteur image; - échantillonner le compteur CPT_PCR toutes les périodes Teh, où Teh est issu d'une base de temps synchronisée sur toutes les stations dudit réseau ; et émettre des paquets contenant les échantillons PCRe du compteur CPT_PCR dans le réseau, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour : évaluer une valeur d'excursion Video_Modulus du compteur image; - évaluer une valeur d'excursion PCR Modulus du compteur CPT_PCR à partir de la valeur d'excursion VideoModulus ; - émettre l'excursion Video Modulus et 5 l'excursion PCR Modulus dans le réseau. La présente invention concerne, selon un second aspect, un dispositif de réception apte à recevoir des paquets dans un réseau de communication par paquets comportant au moins deux stations, ledit dispositif comportant des moyens pour : recevoir des paquets contenant des échantillons PCRr dudit réseau, lesdits échantillons PCRr provenant de données échantillonnées toutes les périodes 15 Tech, où Tech est issu d'une base de temps synchronisée sur toutes les stations dudit réseau ; - régénérer une rampe de comptage CSR_PCR1 à l'aide d'une boucle à verrouillage de phase PLL1 recevant les échantillons PCRr et délivrant en outre des 20 échantillons locaux PCR_loc1 toutes les périodes Tech et une horloge reconstituée CLK_out, ; - initialiser, à tous les passages à zéro de la rampe de comptage CSR_PCR1, un compteur image CPT qui est cadencé par l'horloge reconstituée CLK_outl; 25 - générer des tops image tous les passages à zéro dudit compteur image CPT; et - reconstituer un signal de synchronisation à partir desdits tops image ; caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, 30 des moyens pour : - recevoir des paquets contenant une valeur d'excursion Video_Modulus du compteur image et une valeur d'excursion PCR_Modulus du compteur CPT_PCR; - initialiser la rampe de comptage CSR_PCR1 35 dès qu'elle atteint la valeur d'excursion PCR_Modulus-1; - initialiser le compteur image CPT dès qu'il atteint la valeur d'excursion videoModulus-1; 6 Un avantage présenté par l'invention est d'assurer une synchronisation d'équipements à partir d'un signal de synchronisation dont le format n'est pas connu a priori. Brève description des dessins On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées : - la Figure 1 illustre la transmission d'une information Genlock entre deux caméras reliées par un réseau IP/Ethernet ; - la Figure 2 illustre l'interfaçage entre un domaine analogique et un réseau IP/Ethernet, selon l'art 15 antérieur ; - la Figure 3 illustre la régénération du signal Genlock côté réception selon l'art antérieur ; - la Figure 4 illustre le fonctionnement d'une boucle à verrouillage de phase employée côté 20 réception selon l'art antérieur ; - la Figure 5 l'interfaçage entre un domaine analogique et un réseau IP/Ethernet, selon l'invention ; - la Figure 6 la régénération du signal Genlock côté réception selon l'invention. 25 Description détaillée des modes de réalisation de l'invention Le monde actuel analogique est interfacé vers le réseau IP/Ethernet côté émission, et le réseau IP/Ethernet est interfacé vers le monde analogique côté 30 réception, comme cela est illustré Figure 1. Sur cette même figure, le coté émission est constitué d'un � Maître Genlock � (ou � Genlock master �) MGE qui est connecté à une interface Analogique/IP I_AIP. Le Maître Genlock MGE produit un signal Genlock SGO à 35 destination des interfaces I AIP. 7 Le coté réception est constitué de deux caméras (CAM1, CAM2) chacune connectées à une interface IP/Analogique I_IPA. Les interfaces I_IPA qui seront, à terme, incluses dans les caméras elles-mêmes ont la charge de reconstruire des signaux Genlock SG1, SG2 à destination des caméras CAM1, CAM2. Les caméras CAM1, CAM2 produisent chacune un signal vidéo SV1, SV2 qu'on souhaite synchroniser parfaitement. Les cotés émissions et réception sont reliés entre eux par un réseau à commutation par paquets qui est à l'origine d'une gigue apparaissant sur le signal Genlock SGO. Un top d'échantillonnage, à la période Teh, est généré à partir d'une première couche de synchronisation, par exemple IEEE1588, est adressé aux cotés émission et réception. En effet, le protocole PTP (acronyme anglais de � Precision Time Protocol �) basé sur IEEE1588 permet d'obtenir une synchronisation entre les équipements connectés sur un réseau Ethernet de l'ordre de la microseconde. En d'autres termes, toutes les bases de temps de chaque équipement évoluent en même temps à une précision près de l'ordre de la microseconde. Ces bases de temps peuvent être utilisées dans ce cas pour générer chacune leur propre top d'échantillonnage à la période Teh. L'utilisation de la couche IEEE1588 n'est pas un passage obligé. Tout système permettant de fournir des tops d'échantillonnage à la période Teh sur les différents équipements connectés sur un réseau peut convenir. On peut par exemple utiliser un top d'échantillonnage de période 5ms issu d'une couche physique de transmission sans fil. Sur la Figure 2, on détaille des traitements du signal Genlock SGO issu de MGE, au sein de l'interface 35 I_AIP. Tout d'abord, un module EXS extrait des informations de synchronisation du signal SGO afin de 8 récupérer une horloge vidéo de cadencement (notée Clk video sur la Figure 2). Plus précisément, le module EXS est en charge de générer un top image à chaque début d'image. De plus, le module EXS comporte un compteur image, par exemple un compteur à 40 ms, qui n'est pas représenté sur la Figure 2. La sortie de ce compteur image évolue suivant une rampe de comptage passant par 0 à chaque période image, c'est-à-dire toutes les 40 ms si on considère le compteur image cité en exemple ci-dessus. Le compteur image délivre un signal en � dent de scie � composé d'une succession de � marches d'escalier �. Les � marches � ont une hauteur unitaire. L'excursion totale du signal, c'est-à-dire la hauteur correspondant à l'écart de niveau entre la plus basse haute des marches et la plus haute des marches est égale à 40ms.Fout, où Fout est la fréquence de l'horloge de cadencement Clk_video. Le compteur CPT délivre successivement toutes les valeurs entières de 0 à 40 ms . Fout-1 . L'horloge vidéo de cadencement Clk_video est employée pour cadencer un compteur CPT_PCR. La sortie du compteur CPT_PCR est une rampe de comptage CSE_PCR1, dont la période vaut m périodes image. Toutes les � m � images, le compteur CPT_PCR est réinitialisé, c'est-à- dire que la rampe de comptage CSE_PCR est remise à 0. Par � rampe de comptage � on désigne également un signal en � dent de scie � composé d'une succession de � marches d'escalier �. Les � marches � ont une hauteur unitaire. L'excursion totale de la rampe de comptage CSE_PCR, c'est-à-dire la hauteur correspondant à l'écart de niveau entre la plus haute de ses marches et la plus basse de ses marches est donc égale ici à m.40ms.Foät. Le compteur CPT_PCR délivre successivement toutes les valeurs entières de 0 à m.40 ms.Fout-1. Par la suite, un module LCH échantillonne la rampe de comptage CSE_PCR toutes les périodes Teh pour produire des échantillons PCRe. Ces échantillons PCRe sont 9 envoyés sur le réseau et circulent jusqu'au côté réception au travers une interface réseau (bloc INTE). La figure 3 représente le côté réception selon l'art antérieur. L'interface I_IPA récupère les échantillons PCRe qui ont été envoyés sur le réseau. Ces échantillons PCRe sont reçus au travers une interface réseau (module INTR) avec un retard lié au transport entre le dispositif d'émission et le dispositif de réception : le module INTR produit des échantillons PCRr. Les échantillons PCRe qui ont été produits à intervalles réguliers Tech côté émission, arrivent à intervalles irréguliers côté réception : ceci est dû majoritairement à la gigue introduite lors du transport sur le réseau. Les échantillons PCRr sont pris en compte à intervalles réguliers Tech et de ce fait, la majeure partie de la gigue introduite lors du transport de paquets est éliminée. L'imprécision entre les instants d'échantillonnage réalisés du coté émission et ceux réalisés du coté réception est absorbée par une boucle à verrouillage de phase PLL1 dont la bande passante est appropriée. Les caractéristiques de la boucle PLL1 garantissent une génération d'horloge reconstituée CLK_out, avec une gigue réduite. La boucle à verrouillage de phase PLL1 se comporte comme un système recevant les échantillons PCRr et délivrant : - une horloge reconstituée CLK_out1, - une rampe de comptage CSR_PCR1 et, - des échantillons locaux PCR_loc1. Lorsque la boucle PLL1 fonctionne en régime établi, les échantillons PCRr sont sensiblement égaux aux échantillons PCRloc1. L'horloge reconstituée CLK_out, cadence un compteur image CPT similaire au compteur image coté émission, par exemple un compteur 40 ms. Le compteur 35 10 image CPT est réinitialisé à chaque passage par 0 de la rampe de comptage CSR_PCR1. Entre deux initialisations successives, le compteur image CPT évolue librement et produit un top image qui alimente un générateur local de Genlock, GEG pour produire un signal Genlock reconstruit SG1, SG2 destiné à synchroniser les caméras CAM1, CAM2. Le signal Genlock reconstruit SG1, SG2, qui est généré à partir de la rampe de comptage CSR_PCR1 et de horloge reconstituée CLK_out, est en phase avec le signal Genlock SGO du coté émission, au coup d'horloge près. La boucle PLL1 assure un filtrage qui peut être modélisé comme un filtre passe-bas d'ordre 2. La figure 4 illustre un mode de fonctionnement d'une boucle à verrouillage de phase PLL1 employée dans une interface I_IPA. Comme représentée sur la figure 4, la boucle à verrouillage de phase PLL1 comporte : - un correcteur/comparateur CORCMP, qui reçoit les échantillons PCRr ainsi que les échantillons locaux PCR loci. CORCMP, délivre un résultat de comparaison des échantillons ; - un oscillateur paramétrable VCO1 qui est commandé par un résultat de comparaison d'échantillons et 25 qui délivre une horloge reconstituée CLK_out, ; - un compteur CPT_PCR1 produisant une rampe de comptage CSR_PCR1 suivant une cadence imprimée par l'horloge reconstituée CLK_out,; - un système de maintien de valeur LATCH,, 30 qui génère des échantillons locaux PCR_loc1 à partir des valeurs de la rampe de comptage CSR_PCR1 aux instants Teh; La figure 5 illustre la génération d'échantillons PCR coté émission selon l'invention. 35 Cette invention trouve un intérêt particulier lorsque le format du signal de synchronisation est inconnu a priori ou bien est modifié au cours du temps, c'est-à-dire 11 lorsque deux tops image consécutifs sont séparés par une durée inconnue a priori ou bien par une durée susceptible de varier au cours du temps. On identifie de façon univoque un top image par un indice i. Le top image i étant chronologiquement suivi du top image i+1, le top image d'indice i se produit à une date top.. Le compteur image est réinitialisé à chaque top image aussi, lorsque une durée At, séparant le top image d'indice i+1 du top image d'indice i est fixe dans le temps, on peut parler d'une excursion totale du compteur image et d'une excursion totale du compteur CPT_PCR. Dans ce qui suit, la durée At, est inconnue a priori ou bien est susceptible de varier au cours du temps, on définit par � excursion � du compteur image la dernière valeur de la sortie du compteur image avant la réinitialisation réalisé à la date top.,,. L'interface analogique/IP I_AIP comporte, en 20 outre, un module d'évaluation d'excursion EXC. Le module EXC comporte des moyens pour : évaluer une valeur d'excursion Video_Modulus du compteur image; - évaluer une valeur d'excursion PCR Modulus 25 du compteur CPT_PCR à partir de la valeur d'excursion VideoModulus ; émettre l'excursion Video Modulus et l'excursion PCR Modulus dans le réseau. 30 Avantageusement, on évalue par exemple la valeur d'excursion PCR_Modulus par une relation du type PCR Modulus = m. Video Modulus. Le module EXC initialise une valeur d'excursion Video Modulus lors d'une mise en marche du 35 dispositif d'émission. Ultérieurement, les valeurs d'excursion Video Modulus et PCR Modulus sont réinitialisées 12 lorsqu'une modification du format du signal de synchronisation est détectée, c'est-à-dire lorsque une modification de la durée At, est détectée. Une réinitialisation des valeurs d'excursion comporte les 5 étapes suivantes . - une suppression des valeurs d'excursion VideoModulus et PCRModulus courantes ; - une évaluation d'une nouvelle valeur d'excursion VideoModulus ; 10 - une initialisation du compteur image ; - une évaluation d'une nouvelle valeur d'excursion PCRModulus ; - une initialisation du compteur CPT_PCR. 15 Après chaque évaluation de valeur d'excursion Video_Modulus et PCR_Modulus, les valeurs d'excursion Video Modulus et PCR Modulus sont transmises sur le réseau. Avantageusement, le dispositif d'émission 20 comporte, en outre, des moyens pour comparer, à chaque top image i, une durée At, séparant le top image i du top image i-1 à la durée Ati_1. Avantageusement, les moyens de comparaison réalisent une comparaison entre une valeur d'un 25 échantillon du compteur CPT_PCR réalisé à la date tops et une valeur théorique déterminée à partir de la valeur d'excursion Video Modulus. Avantageusement, le dispositif d'émission comporte, en outre, des moyens pour réinitialiser la 30 valeur d'excursion Video Modulus et la valeur d'excursion PCR_Modulus lorsqu'une différence entre la durée At, et la durée Ati_1 est détectée. La figure 6 illustre la réception du signal 35 Genlock selon l'invention. L'interface IP/analogique 1 IPA comporte en outre des moyens pour : 13 -recevoir des paquets contenant une valeur d'excursion Video_Modulus du compteur image et une valeur d'excursion PCR_Modulus du compteur CPT_PCR; - initialiser la rampe de comptage CSR_PCR1 dès qu'elle atteint la valeur d'excursion PCR_Modulus-1; - initialiser le compteur image CPT dès qu'il atteint la valeur d'excursion videoModulus-1; L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. 10 15 20 25 30 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'émission apte à émettre des paquets dans un réseau de communication par paquets comportant au moins deux stations, ledit dispositif 5 comportant des moyens pour : recevoir des tops image, un top image étant identifié de façon univoque par un indice i, le top image i étant chronologiquement suivi du top image i+1, le top image d'indice i se produisant à une date top. ; - initialiser un compteur image à partir desdits tops image; - initialiser un compteur CPT_PCR tous les � m � passages à zéro du compteur image, le compteur CPT_PCR étant cadencé par une horloge produite par le compteur image; échantillonner le compteur CPT_PCR toutes les périodes Teh, où Teh est issu d'une base de temps synchronisée sur toutes les stations dudit réseau ; et - émettre des paquets contenant les échantillons PCRe du compteur CPT_PCR dans le réseau, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour : - évaluer une valeur d'excursion Video Modulus du compteur image; évaluer une valeur d'excursion PCR Modulus du compteur CPT_PCR à partir de la valeur d'excursion VideoModulus ; - émettre l'excursion Video Modulus et l'excursion PCR Modulus dans le réseau. 2. Dispositif d'émission selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens pour comparer, à chaque top image i, 15 une durée At, séparant le top image i du top image i-1 à la durée Ati_1. 3. Dispositif d'émission selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de comparaison réalisent une comparaison entre une valeur d'un échantillon du compteur CPT_PCR réalisé à la date top, et une valeur théorique déterminée à partir de la valeur d'excursion Video Modulus. 4. Dispositif d'émission selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, des moyens pour réinitialiser la valeur d'excursion Video Modulus et la valeur d'excursion PCR_Modulus lorsqu'une différence entre la durée At, et la durée Ati_1 est détectée. 5. Dispositif de réception apte à recevoir des paquets dans un réseau de communication par paquets comportant au moins deux stations, ledit dispositif comportant des moyens pour : recevoir des paquets contenant des échantillons PCRr dudit réseau, lesdits échantillons PCRr provenant de données échantillonnées toutes les périodes Teh, où Teh est issu d'une base de temps synchronisée sur toutes les stations dudit réseau ; régénérer une rampe de comptage CSR_PCR1 à l'aide d'une boucle à verrouillage de phase PLL1 recevant les échantillons PCR et délivrant en outre des échantillons locaux PCRlac, toutes les périodes Tech et une horloge reconstituée CLK_out, ; initialiser, à tous les passages à zéro de la rampe de comptage CSR_PCR1, un compteur image 30 10 15 16 CPT qui est cadencé par l'horloge reconstituée CLK_out 1; - générer des tops image tous les passages à zéro dudit compteur image CPT; et caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens pour . recevoir des paquets contenant une valeur d'excursion Video_Modulus du compteur image et une valeur d'excursion PCR_Modulus du compteur CPT_PCR; initialiser la rampe de comptage CSR_PCR1 dès qu'elle atteint la valeur d'excursion PCRModulus-1; initialiser le compteur image CPT dès qu'il atteint la valeur d'excursion video Modulus-1.