数字帧确定方法和装置.pdf

本发明提供了一种数字帧确定方法和装置，其从某个初始帧起始和一个名义帧频率开始，从数据流中收集一个数据帧，基于规则集合来测试所述数据帧以获得对准，当所述数据帧未对准时，根据所述规则集合来确定一个调整值，根据所述调整值来调整所述帧起始，并重复直到所述数据帧对准并且对准被验证为止。

1.  一种方法，包括：
从某个初始帧起始和一个名义帧频率开始，从数据流中收集第一数据帧；
基于规则集合来测试所述第一数据帧以获得对准；
当所述第一数据帧未对准时，根据所述规则集合来确定一个调整值；
根据所述调整值来调整所述帧起始；以及
从所述调整后的帧起始开始，从所述数据流中收集第二数据帧，直到所述数据帧对准为止。

2.  如权利要求1所述的方法，还包括验证所述数据帧对准，其中，验证包括在不进行任何调整的情况下重复多次确定所述数据帧对准。

3.  如权利要求1所述的方法，其中，所述数据流是数字电话数据流，并且所述规则集合对应于所述数据流专用的预期协议。

4.  如权利要求1所述的方法，其中：
所述初始帧起始是一个猜测值，所述猜测的准确度不重要；并且
所述名义帧频率是由所述规则集合提供的。

5.  如权利要求1所述的方法，其中，所述规则集合包括：
所述数据帧的要求格式；
所述数据帧中某些位的要求值；以及
所述名义帧频率，其中，所述名义帧频率是所述数据流中帧重复之间的时间间隔。

6.  如权利要求5所述的方法，其中，所述规则集合还包括为了验证所述帧起始的准确度，所述数据帧对准不需要调整的次数。

7.  如权利要求1所述的方法，其中，从所述数据流中收集数据帧包括：
以所述名义帧频率连续生成帧起始信号；
取得所述数据流的快照；以及
将所述快照置于缓冲区中。

8.  如权利要求1所述的方法，其中，基于规则集合来测试数据帧以获得对准包括：
将所述数据帧的每个位与所述规则集合中的每个对应位相比较；以及
如果所述数据帧中的位与所述规则集合中的对应位相匹配，则确定所述数据帧是对准的。

9.  如权利要求1所述的方法，其中，确定调整值包括通过将所述数据帧与所述规则集合相比较来估计正确的帧起始。

10.  如权利要求1所述的方法，其中，确定调整值包括对于单个帧，将所述名义帧频率增加1个位。

11.  如权利要求1所述的方法，其中，确定调整值包括对于单个帧，将所述名义帧频率减少1个位。

12.  一种用于锁定电话数据流中的数字数据帧的装置，包括：
帧起始生成器，用于以名义帧频率生成帧起始，所述帧起始指示电话数据流中数字数据帧可能开始的位置，所述名义帧频率指示所述数字数据帧的长度；
块捕获组件，用于捕获所述电话数据流中从所述帧起始处开始并与所述名义帧频率同步的块；
规则数据库，该规则数据库包括与所述电话数据流和所述名义帧频率相对应的规则集合；以及
帧对准组件，用于确定所述数字数据帧是否对准，其中所述帧起始生成器在每次捕获后，响应于来自所述帧对准组件的调整输入而调整所述帧起始，直到所述帧起始符合所述电话数据流中所述数字数据帧实际开始的位置为止。

13.  如权利要求12所述的装置，其中：
所述帧起始生成器使用初始帧起始和所述名义帧频率，所述初始帧起始的准确度不重要；
所述块捕获组件接收捕获所述数据块的指令，取得数据的快照并将所述快照放入缓冲区中；
所述帧对准组件将所述规则集合应用于所述数据快照，以确定正确的帧起始；并且
所述帧起始生成器通过对所述名义帧频率的调整来调整所述初始帧起始，以对应于所述正确的帧起始。

14.  如权利要求12所述的装置，其中，所述帧起始生成器通过对于一个帧增加所述名义帧频率来调整所述名义帧频率。

15.  如权利要求12所述的装置，其中，所述帧起始生成器通过对于一个帧减小所述名义帧频率来调整所述名义帧频率。

16.  一种机器可访问介质，其所具有的内容使计算机执行一种用于数字电话帧确定的方法，该方法包括：
从某个初始帧起始和一个名义帧频率开始，从数据流中收集第一数据帧；
基于规则集合来测试所述第一数据帧以获得对准；
当所述第一数据帧未对准时，根据所述规则集合来确定一个调整值；
根据所述调整值来调整所述帧起始；以及
从所述调整后的帧起始开始，从所述数据流中收集第二数据帧，直到所述数据帧对准为止。

17.  如权利要求16所述的机器可访问介质，还包括验证所述数据帧对准，其中，验证包括在不进行任何调整的情况下重复多次确定所述数据帧对准。

18.  如权利要求16所述的机器可访问介质，其中，所述数据流是数字电话数据流，并且所述规则集合对应于所述数据流专用的预期协议。

19.  如权利要求16所述的机器可访问介质，其中：
所述初始帧起始是一个猜测值，所述猜测的准确度不重要；并且
所述名义帧频率是由所述规则集合提供的。

20.  如权利要求16所述的机器可访问介质，其中，所述规则集合包括：
所述数据帧的要求格式；
所述数据帧中某些位的要求值；以及
所述名义帧频率，其中，所述名义帧频率是所述数据流中帧重复之间的时间间隔。

21.  如权利要求20所述的机器可访问介质，其中，所述规则集合还包括为了验证所述帧起始的准确度，所述数据帧对准不需要调整的次数。

22.  如权利要求16所述的机器可访问介质，其中，从所述数据流中收集数据帧包括：
以所述名义帧频率连续生成帧起始信号；
取得所述数据流的快照；以及
将所述快照置于缓冲区中。

23.  如权利要求16所述的机器可访问介质，基于规则集合来测试数据帧以获得对准包括：
将所述数据帧的每个位与所述规则集合中的每个对应位相比较；以及
如果所述数据帧中的位与所述规则集合中的对应位相匹配，则确定所述数据帧是对准的。

24.  如权利要求16所述的机器可访问介质，其中，确定调整值包括通过将所述数据帧与所述规则集合相比较来估计正确的帧起始。

25.  如权利要求16所述的机器可访问介质，其中，确定调整值包括对于单个帧，将所述名义帧频率增加1个位。

26.  如权利要求16所述的机器可访问介质，其中，确定调整值包括对于单个帧，将所述名义帧频率减少1个位。

数字帧确定方法和装置
技术领域
本发明涉及数字电话领域。具体而言，本发明涉及对数字电话和交换机之间的数据流进行访问。
背景技术
在数字电话的领域中有许多不同的服务提供商。每个提供商都具有专有的方法，用于对运行在电话和交换机或PBX(专用分支交换)之间的通信流进行编码。数字电话和交换机之间的大多数通信是通过在电话和交换机之间发送具有不同数据波形的信号来工作的，所述信号通常在双线对上发送，并且所述数据被数字编码到所述信号中。
在数字电话系统中，常常使用成帧方案或协议在交换机和电话之间发送信息。典型地，在125微秒的时间段上发送帧。帧的格式随协议不同而不同，但一种协议中每个帧的格式是相同的。例如，一种电话协议可能规定其数据帧的格式包含1个起始位、8位语音数据、2位控制数据、2位辅助语音数据和1个奇偶校验位。使用该特定协议发送的每个数据帧都将具有这种格式。另一种协议例如可能要求其数据帧格式包含1个起始位、16位语音数据、2个信令位、8个数据位、1个辅助位和1个停止位。一个特定的专有数据流中的每个数据帧都将具有该协议要求用于该数据流的格式。取决于协议，每个电话数据帧中一般会有20到100位信息。
某些产品可以连接到电话和交换机之间的电话线上。例如，数字电话可以连接到个人计算机(PC)，该PC连接到电话线。所述PC就位于电话和交换机之间的电话线上。所述PC可用于拨出电话呼叫、应答电话、语音邮件或传真。为了进行这些操作，所述PC必须模拟电话和交换机之间的通信协议。
被动地搭接在交换机/电话线上的设备，例如以上的PC的例子，必须可靠地创建界定出每个帧的起始的信号。实现电话协议栈的一个关键要素是帧同步，即把硬件锁定到帧的频率和相位上。一旦实现了这种锁定，就可以执行抽取和重生成电话信息的任务。
在现有技术中，帧同步依赖于协议专用的硬件实现。实现新协议要求新的硬件设计，还要求将该硬件集成到现有的系统中。设计并实现所述新硬件常常要花费数月时间；因此，必须为每个电话协议改变硬件设计，这是个昂贵且费时的问题。
在附图中，示例性而非限制性地图示了本发明，其中相同的标号表示相似的元件，在附图中：
图1是示出本发明一个实施例的方框图；
图2示出了一个样本数据流，由此可以说明本发明的某些方面；
图3示出了一个数据帧格式的例子，由此可以说明本发明的某些方面；
图4示出了一个用于数据帧的规则集合的例子，由此可以说明本发明的某些方面；
图5是一个流程图，示出了由执行本发明一个实施例的计算机来执行的方法；
图6示出了将规则集合应用于数据块(block)的例子，由此可以说明本发明的某些方面；
图7示出了图6中例子的另一步骤，由此可以说明本发明的某些方面；
图8示出了另一样本数据流和样本数据块，由此可以说明本发明的某些方面；并且
图9示出了适用于本发明一个实施例的通用计算设备。
在以下的说明中，描述了本发明的多个方面，并描述了一种用于自动确定数字数据流中的帧边界的方法和装置。阐述了具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员应当理解，仅利用本发明的一些或所有方面、利用或去掉所述具体细节中的一些或全部，也可以实施本发明。在一些示例中，为避免模糊本发明，可能省略或简化了公知的特征。
以下描述的一部分是就计算机系统所执行的操作这方面而叙述的，并且使用了诸如数据、标志、位、值、字符、串、数字等的术语，这些术语符合本领域技术人员向本领域其它技术人员传达他们工作的实质内容时所通常采用的方式。本领域技术人员完全理解，这些量的形式是能够通过计算机系统的机械或电组件而被存储、传输、组合或以其它方式操纵的电、磁或光信号；而术语“计算机系统”包括通用和专用的数据处理机、系统等，它们可以是独立的、附属的或嵌入的。
为了易于说明实施例，按组件来描述本发明。实际上使用分立组件与否都可以实现本发明，并且这些组件可以对应于或不对应于此描述中所使用的组件。而且，即使将一些组件和功能描述为硬件或软件，本领域技术人员也完全理解，哪些组件和功能实现为硬件而哪些实现为软件取决于许多因素，例如所涉及的一个或多个处理器的速度等等，而这些实现上的不同全处于本发明的范围之内。而且，使用术语“硬件”意在包括术语“逻辑”，所述“逻辑”的意思是例如在现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)中实现的布尔逻辑。
按照最有助于理解本发明地方式，将各个操作描述为依次执行的多个分开的步骤。然而，不应将描述的顺序解释为意味着这些操作一定要按所述的顺序执行，或者甚至是依赖于顺序的。最后，对“在一个实施例中”这一语句的重复使用并不一定都指同一实施例，虽然可能指同一实施例。
在一个实施例中，本发明包括硬件和软件的组合，其提供对数字电话帧的起始的确定，以及硬件对帧的相位锁定。在该实施例中，本发明通过加入用于帧起始确定的基于规则的算法，实现了对不同电话协议的支持而无需改变硬件。尽管所应用的规则随着协议的改变而改变，但帧确定系统的结构保持不变。
图1是一个框图，示出了本发明的一个实施例。帧确定系统100包括三个子组件：帧对准组件(FAC)102、帧起始生成组件(FSGC)103和块捕获组件(BCC)104。在该实施例中，FAC被实现为软件，而FSGC和BCC被实现为布尔逻辑。规则数据库101包含用于确定帧起始的协议专用规则。
在该实施例中，规则数据库101至少包含名义帧频率，即数据流108中的帧重复之间的间隔。典型地，名义帧频率对于具有8位语音数据的帧是125微秒，或者对于具有16位语音数据的帧是250微秒，但本发明不局限于这些频率。规则数据库101还包含用于数据帧格式的规则，以及该数据帧中某些位所要求的值即位模式(bit pattern)。规则数据库101还可包含帧捕获为了满足对准要求而必须通过的规则检查的次数，等等。
在该实施例中，FAC 102访问规则数据库101，检查数据帧并计算对帧起始的调整。FSGC 103生成帧起始信号并执行所述调整以对准帧。BCC 104取得数据的“快照”(snapshot)，也就是说，BCC 104将一个数据块置于缓冲区中以供FAC 102使用。在从PBX/电话线获得数据块的过程中可以使用模拟前端106和可编程DPLL 107，但它们不是本发明的一部分，除了本发明所使用的方面以外，将不对其作更多讨论。可编程DPLL 107可以是可编程数字锁相环，例如在同时待审的美国专利中请No.09/750,671“Programmable Digital Phase Lock Loop”中所描述的可编程数字锁相环，该申请被转让给本发明的受让人，加利福尼亚州圣克拉拉的英特尔公司。
图2示出了一个样本数据块，由此可以说明本发明的某些方面。该数据块表示了电话和交换机之间的多个信息帧，并且一般是256位数据；然而，这个量可能根据实施例而变化。样本数据块200表示帧确定系统100的输入。在该例子中，数据块200是一系列的位，每个位的值是“1”、“0”或“V”。为了此例子的目的，“1”表示逻辑1，“0”表示逻辑0，而“V”表示具有代码违反(code violation)的逻辑1。本领域技术人员可以理解，每个位可以具有多种状态或值，因此除了与本发明有关的方面以外，将不再就其出现的方式作更多讨论。
图3示出了一个数据帧格式的例子，由此可以说明本发明的某些方面。为了此例子的目的，数据帧300由具有下述格式的26位组成：1个起始位301、8个语音位302、2个信令位303、8个数据位304、1个辅助位305、1个停止位306和5个保护位307。数据块200由连续的数据帧300组成。在一个特定的数据流108中，所述格式对于每个数据帧都是相同的。示例性数据帧300的名义帧频率是26位。在以下对本发明的说明中使用了这个示例性数据帧300。
图4示出了一个用于数据帧的规则集合的例子，由此可以说明本发明的某些方面。图4所示出的示例性数据帧格式300具有表示每个位所要求的值的示例性规则集合400。这些格式300和规则400存储在规则数据库101中。FAC 102通过应用定义了数据帧中某些位的特定值的规则集合400，来确定数据帧的对准。所示出的规则集合400要求起始位301的值是“1”401，辅助位305的值是“0”405，停止位306的值是“V”406，并且保护位“307”的值是“0”407。这些值仅用于说明性目的，它们可能是也可能不是任何电话协议所实际指定的值。
在本发明的一个实施例中，FAC 102用名义帧频率来配置FSGC103，并且FSGC 103进行对帧起始的初始猜测。这个初始猜测可以是任意进行的，或者也可以基于包含在规则数据库101中的算法或规则来进行。例如，规则数据库101可以包含一条规则，其要求起始位301始终具有值“1”，而FSGC 103可以通过数出x个0，然后选择接下来的“1”作为帧起始位来进行初始猜测，其中值x也存储在规则数据库101中。初始猜测的准确度并不重要，因为帧确定系统100的鲁棒性足够好，即使在作出了最坏可能的猜测时也能收敛。
在该实施例中，在FSGC 103启动时，BCC 104捕获一个数据块200并将其置于缓冲区105中。FAC 102对数据块200应用规则检查算法，并对帧起始位置进行改进。FSGC 103继续以名义帧频率来创建帧起始信号，直到被FAC 102指令调整帧起始为止。FSGC 103可以指令FAC 102调整帧起始，这一调整是通过重复地将名义帧频率增加1位或者将名义帧频率减少1位，直到数据帧被对准为止来进行的。或者，FSGC 103可以通过应用规则数据库101中的规则来估计用于调整名义帧频率的总位数，并指令FAC 102进行单次调整以对准数据帧。
在本发明另一实施例中，BCC 104捕获数据并将其置于缓冲区105中，以便随后由FAC 102处理，而不是实时处理。这种延后处理位监控(post-processing bit monitor)类型的功能在某些应用中可能是有用的。
图5是一个流程图，示出了由执行本发明一个实施例的计算机来执行的方法。参照图5中的流程图，就计算机软件这方面而对本发明的方法的某些方面进行了描述。由计算机执行的方法构成了由计算机可执行的指令组成的计算机程序。参照流程图来描述所述方法，这使得本领域技术人员能够开发出包括这种指令在内的这种程序，以便在适当配置的计算机(计算机中执行来自计算机可访问介质上的指令的一个或多个处理器)上执行所述方法。所述计算机可执行的指令可以用计算机编程语言编写，或者可以包含在固件逻辑中。如果用符合某种公认标准的编程语言来编写，则这种指令可以在多种硬件平台上执行，并用于与多种操作系统的接口，或者在没有操作系统的情况下执行。
此外，并未参照任何特定的编程语言来描述本发明。应该意识到，可以使用多种编程语言来实现这里所描述的本发明的教导。而且，在本领域中，某种形式(例如程序、过程、处理、应用)的软件采取某种动作或导致某种结果，这样的说法是很常见的。这种说法仅仅是对以下说法的简略表述：计算机对所述软件的执行导致该计算机的一个或多个处理器进行某种动作或产生某种结果。
如图5所示，在一个实施例中，在处理器503、508和509所示出的区域中，如上所述，软件与图1所示的逻辑组件进行交互。处理508和509造成了对软件的硬件中断，这些中断使得处理流程从第一判决501开始。本领域技术人员可以意识到，所述处理也可以依靠硬件中断之外的方式，例如依靠软件调用来开始。所述处理测试501用以查看缓冲区105是否完成。当缓冲区105未完成时，作出一个函数调用，以从所述逻辑获得另一数据块508。当缓冲区105完成时，判决502使用规则数据库101来确定帧起始是否与帧数据正确对准。
如果在502帧被对准，则在505检查连续对准的帧的数量。如果所对准的连续帧的数量不足以验证帧对准，则在508对FSGC 103作出对数据帧的另一请求。取决于协议，验证帧对准所需的连续帧的数量可能不同，这个数量可以在规则数据库101中定义。如果在502帧被对准，并且在505已经重复多次对准，则在504帧对准完成。如果在502帧起始未对准，则在503，在FAC 102中计算帧起始信号的正确位置。在506进行检查，如果已经对帧起始信号进行了多次调整而仍无法确认帧对准，则发生对准失败507。如果帧起始对准的次数未超过最大允许值506(该值在规则数据库101中提供)，则处理509向FAC 102提供调整值。
图6示出了将规则集合应用于数据块的例子，由此可以说明本发明的某些方面。图6示出了在初始帧对准尝试502的起始处对数据块200应用规则集合400。数据块200中的某些位的值符合规则集合400的要求(即，位201和位226具有规则集合400所要求的值“0”)，但其它位不符合。对于此例，数据帧并未正确地对准。在此情况下，在一个实施例中，FAC 102计算帧调整。
图7示出了图6中例子的另一步骤，由此可以说明本发明的某些方面。最终，通过移动帧起始并将规则400应用于数据块200中不同的起始点，帧确定处理500找到了一个与规则集合400相对准的数据帧，如图7所示的示例性对准中所示。规则集合400中的每一位都精确地与数据块200中开始于位208的数据帧中的位相对准。当帧确定处理500发现了与规则集合400相对准的数据帧时，它将该帧起始移动一整帧，捕获另一帧数据并再次进行比较，以验证对准的正确性。在图7所示的例子中，帧起始将会被移动26位，26位是数据帧长度。为了完成验证，所述验证必须成功x次(其中x的值由规则数据库提供)。
图8示出了另一样本数据流和样本数据块，由此可以说明本发明的某些方面。数据块801是样本数据流108的一部分。对于此例，数据块801中的帧起始802-807每7秒出现一次，这样的频率就是该例子中的名义帧频率808。数据块809是示出了BCC 104所捕获的一个数据块的样本数据块的一部分。当FAC 102要求一个数据块时，它将来自规则数据库101的名义帧频率808给予FSGC 103。FSGC 103对初始帧起始进行猜测，对于此例，初始的帧起始810是一个任意的猜测。在该例子中，初始帧起始810未对准，即帧起始810未与帧起始802或帧起始803相对准。如上文参照图5所述，FAC 102检查数据帧811的对准情况，并指令FSGC 103在时间上正向或负向地调整帧起始。为了将帧起始813与实际帧起始对准，FSGC 103通过创建早于或迟于名义帧频率808的一个帧起始813，来作出调整812。在单次调整812之后，FSGC 103返回到使用名义帧频率814。
继续所述的捕获数据块和调整帧起始的过程，直到FAC 102满足于帧起始被正确定位这一条件，即帧中的每一位都与规则数据库101所要求的值相对应。当FAC 102满足于帧起始被正确定位这一条件时，上述对准处理被验证，即重复若干次，重复的次数足以让人确信所述对准是正确的。此后，FSGC 103负责生成锁定到交换机/电话线的重复的帧起始信号815-817。
图9示出了适用于本发明一个实施例的通用计算设备。如图所示，本发明的帧确定功能可以实现在计算机系统900上。计算机系统900包括处理器系统901、输入/输出(I/O)设备903、数据存储设备(storage)904和网络接口905，这些组件经由总线906互相耦合。此外，主存储器902也耦合到所述总线，用于存储指令和数据以供处理器系统901使用，所述主存储器可以包括一个或多个缓存、系统存储器(RAM)和非易失性存储设备(例如磁盘或光盘)。I/O设备903表示多种输入和输出设备，包括键盘、光标控制设备(例如轨迹板或鼠标)等等。
应该意识到，计算机系统900的各个组件可以被重新安排，并且本发明的某些实现可能不需要也不包括以上所有的组件。另外，计算机系统900中可以包括多条总线(例如一条标准I/O总线和一条高性能I/O总线)。而且，系统900中还可以包括另外的组件，例如另外的处理器、存储设备、存储器(memory)、网络/通信接口等等。
在图9所示的实施例中，上述根据本发明的帧确定方法和装置被部分地实现为由图9的计算机系统900运行的一系列软件例程。这些软件例程包括由硬件系统中的处理系统来执行的一系列指令，所述处理系统例如是图9的处理器系统901。起初，所述的一系列指令存储在主存储器902的存储设备上。应该意识到，可以使用任意传统的计算机可读或机器可访问的存储介质，例如磁盘、CD-ROM、磁带、DVD、ROM、闪存等等，来存储所述的一系列指令。还应该意识到，所述的一系列指令不需要存储在本地，而是也可以存储在从远程存储设备经由网络/通信接口接收的传播数据信号上，所述远程存储设备例如是网络上的服务器。所述指令被从诸如大容量存储设备之类的存储设备，或者从所述传播信号中拷贝到主存储器902中，然后由一个或多个处理器901访问和执行。应该意识到，这些软件例程可以用很多种编程语言中的任何一种来实现。
在其它实施例中，本发明被实现在分立的硬件或固件中，并可被实现在另外的电路板的一个或多个ASIC中，所述另外的电路板用于插入到图9的计算机系统900中。在另一实施例中，本发明整个实现在软件例程中，所述软件例程由诸如计算机系统900之类的系统中的一个或多个高速处理器901来执行。
因此，本发明不受所描述的细节的限制。相反，本发明可用所附权利要求的精神和范围之内的修改和变更来实施。