CN1287551C - 高数据率家用音频视频互用网络中表示的低数据率的网络 - Google Patents

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Abstract

一种基于PC的家用自动化系统，采用低数据传送率的传输层和基于COM的软件成员来控制家用自动化网络中的设备。该家用自动化系统与基于消息传送的HAVi网络合并，后者使用IEEE 1394作为高数据传送率的传输层。该HAVi网络控制家用娱乐系统中的音频/视频设备。这些家用自动化服务和设备向该HAVi网络的FAV或IAV设备注册为适应HAVi的元素。这些家用自动化资源(设备和服务)同时含有COMOLE自动化接口和适应HAVi的接口以允许该HAVi网络控制该家用自动化系统。

Description

高数据率家用音频视频互用 网络中表示的低数据率的网络
本发明涉及一种家用自动化系统和一种家用娱乐系统。
电子设备制造商用户协会，其中包括皇家菲利普电子公司，正致力于开发用于家用网络的数字用户电子设备的核心API(应用程序接口)的规范说明书，以便为音频/视频电子和多媒体工业提供一个标准。API规定了所要求的用于向操作系统或应用程序作出请求的方法。家用网络被认为是分布式计算平台。该标准的主要目标，即所谓的HAVi(家用音频/视频互用性)体系，是保证不同厂家的产品可以互用，即协作完成应用任务。目前的CE设备，比如家用娱乐设备(DVD播放器，DV便携式摄象机，数字电视机，等等)是数字处理和数字存储系统。在网络中连接这些设备使得可能共享处理和存储资源。这样允许同时协调几种CE设备的控制，比如，为了简化用户交互。例如，第一台设备可以例化(instantiate)第二台设备上的记录，同时访问第三台设备上的EPG(电子程序指导)。家用网络提供用于连接CE设备的结构。它允许相连设备交换控制(一台设备发送命令到另一台)和AV(音频/视频)数据(一台设备发送音频或视频流到另一台设备)。该网络必须满足几个要求以便实现所有这些。它必须支持高数据传送率的AV流的适时传送。该网络必须支持自我配置，自我管理，和热插拔的即插即用。它必须要求低成本电缆和接口。
该HAVi软件体系是与平台无关的、基于Java的。HAVi采用IEEE1394高性能串行总线协议来在连接到网络的设备之间传送控制和内容。IEEE 1394标准是动态可配置的，低成本的数字网络。IEEE 1394定义了底板物理层和点对点电缆连接的虚拟总线实现。该底板版本工作于12.5，25或50兆位/秒。该电缆版本支持100，200和400兆位/秒的数据传送率。该标准规定了媒体，布局，和协议。IEEE 1394传输协议对于支持音频和视频通信协议尤其有用，因为其高数据传送率的能力。
该HAVi体系通过CE设备的抽象代表来控制网络中的CE设备。抽象代表由一个控制器操纵和隐藏相关真实CE设备的特性。于是抽象代表为更高级别的软件提供统一接口。这些抽象代表注册其控制特性以反映那些被表示的设备。抽象代表将其互用性API暴露给应用程序，并共同形成一套服务，用于在家用网络上建造便携式，分布式应用程序。
该体系允许一台设备发送命令或控制信息到家用网络中的另一台设备。一台适应HAVi的设备包含与其用户接口(比如，GUI)和其控制能力相关的数据(上面的抽象代表，即所谓设备控制模型或DCM，另见下面)。该数据包括，例如，可被网络中其它设备上载和执行的HAVi字节码(Java)。一台适应HAVi的设备至少含有足够的功能以与系统中的其它设备通信。在交互中，设备可以对等通信的方式交换控制和数据。这样保证了在通信级上，不要求任何设备充当系统主机或控制器。另一方面，它允许逻辑主机或控制器向基本的对等通信模型上强加一个控制结构。HAVi区别控制器和被控设备，如下所述。控制器是为被控设备充当主机的一种设备。控制器容纳被控设备抽象代表。控制接口通过抽象代表的API暴露。该API是应用程序控制设备的访问点。
适应HAVi的CE设备是分类如下的设备：全AV设备(FAV)，中间AV设备(IAV)和基础AV设备(BAV)。
FAV包含上述HAVi软件体系(见下面)的完整的软件成员组。FAV的特征在于它有用于HAVi字节码的运行时间环境。这使FAV能从其它设备上载字节码以，比如，为其控制提供增强的能力。FAV可由下列设备形成，比如，适应HAVi的机顶盒，适应HAVi的数字电视接收机，和家用PC。例如，智能电视接收机可以是连接到该网络上的其它设备的HAVi控制器。该接收器得到从另一台设备上载的字节码用于为该设备创造用户界面(UI)和提供该设备的外部控制。表示该设备的图标可出现在电视屏幕上，用户与该图标交互可使得控制程序的部件以一种预定方式激活被表示的设备。
IAV不为HAVi字节码提供运行时间环境，但可为控制家用网络中的具体设备提供本机支持。IAV包含嵌入式软件部件，可提供用于控制具体设备的通用功能的接口。这些软件部件不必是HAVi字节码，并可以作为IAV上采用本机接口来访问其它设备的本机应用程序来执行。
BAV可提供可上载的HAVi字节码，但不容纳该HAVi体系中任何软件部件。BAV通过FAV用前者被上载的字节码方式是可控的。BAV通过IAV用本机代码是可控的。FAV或IAy，一方面，与BAV，另一方面，之间的通信要求该HAVi字节码和用于BAV的命令协议可以互相翻译。
包含在该HAVi体系中核心说明中的主要软件部件如下所列。若需要这些部件的更详细说明，请见该HAVi说明书，此处引用作为参考。
1)1394通信媒体管理器(CMM)-充当其它软件部件和IEEE 1394之间的接口。
2)事件管理器(EM)-通知各种软件部件网络中的事件，比如当设备增加到网络中或从网络中去除时网络配置所发生的变化。
3)注册表-保持连接到该网络的设备和它们所提供功能的信息。应用程序可从注册表获得该信息。
4)消息传送系统(MS)-充当API以实现网络中各种设备的软件部件之间的通信。消息传送系统给HAVi软件部件提供通信工具。它与网络和传输层无关。消息传送系统嵌于任意FAV和IAV中。消息传送系统负责为FAV或IAV中的抽象代表分配标识符。这些标识符首先被抽象代表用来在FAV或IAV上注册。接着它们被抽象代表用来在家用网络中互相识别。当一位抽象代表要发送消息给另一位抽象代表时，它必须在调用传送消息的API时使用后者的标识符。
5)设备控制模块(DCM)-代表网络中的设备。应用程序可直接与DCM交互。这可使它们屏蔽每台个别设备的特性。
6)DCM管理器-安装DCM。它通过为新设备安装新DCM来自动响应网络中的变化。
7)数据驱动交互(DDI)控制器-代表HAVi软件部件向设备显示提供GUI(图形用户接口)。它支持广泛范围的显示方式，可从图形到纯文本变化。
8)流管理器(SMGR)-在网络中的两台或更多设备之间创建连接和传送实时AV流。
该HAVi体系规定了至少两级互用性，所谓1级和2极。
1级互用性致力于通用需求以允许现有设备在基本功能级别上通信。为达此目标，1级互用性定义和使用了一组通用控制消息(命令)，可使一台设备与另一台设备通信，和一组事件消息，在给定设备类型(TV，VCR，DVD播放器，等等)后它应能合理推断出。为支持这种方法需要一套基本机构：设备发现；通信；和HAVi消息组。
关于设备发现：家用网络中的每台设备均需要一种明确定义的方法，使其可向其它设备展示其能力。该HAVi方法利用了所谓的SDD数据：自我描述数据。网络中的所有设备都要求SDD数据。SDD数据包含关于设备的信息，可被其它设备访问。该SDD数据至少包含足够信息以允许所谓的嵌入式设备控制模块(嵌入式DCM)例化。嵌入式DCM是一段代码，预安装在控制IAV或FAV上与平台有关的代码中，并采用本机接口去访问该IAV或FAV的资源。如上所述，设备的DCM是提供控制该设备的通用功能的接口的软件部件。嵌入式DCM的例化会使该设备的能力在注册表上注册。注册表提供目录服务，并使得网络上的任何对象都能定位该网络中的另一对象。注册使得应用程序可以推断出能被发送到网络中某具体设备的基本命令消息组。
关于通信：一旦应用程序确定了设备的能力，该应用程序需要能够访问那些能力。这需要一个通用的通信工具来允许应用程序向设备发送请求。这项服务由HAVi消息传送系统和DCM提供。应用程序发送HAVi消息给DCM，然后该DCM便与设备进行所有权(proprietary)通信。
关于HAVi消息组：为了支持1级互用性，需要一组明确定义的消息，它必须能被某特殊已知类型(比如，电视接收机类，VCR类，DVD播放机类，等等)的所有设备支持。这保证了一台设备可与现有设备一起工作，以及与未来的设备一起工作，不论其制造商。
这三项基本要求支持一定最小级别的互用性。由于任何设备都能通过注册表询问另一设备的能力，任何设备都能确定另一设备所支持的消息组。由于应用程序可以访问消息传送系统，任何设备都能与任意其它设备交互。
1级互用性保证了设备可在基本功能级别上互用。然而，需要更扩展的机构来使得一台设备也能和其它设备交流任何附加的，不出现在FAV的嵌入式DCM上的功能。例如，嵌入式FAV可能不支持现有产品的所有特性，并且不大可能支持那些未来产品种类的全新特性。2级互用性提供该机构。为达此目标，该HAVi体系允许可上载的DCM作为上面提及的嵌入式DCM的可替代选择。上载的DCM可以代替FAV上的现有DCM。可上载的DCM可由任何合适的来源提供，但一项可能技术是把可上载的DCM置于BAV设备的HAVi SDD数据中，并在该BAV与家用网络相连时从该BAV上载至该FAV设备。因为该HAVi体系是不分厂家的，上载的DCM能在各种可能拥有不同硬件体系的FAV设备上工作是必要的。为达此目标，上载的DCM是在HAVi(Java)字节码中执行的。该HAVi字节码在FAV设备上的运行时间环境支持上载的DCM的例化和执行。一旦被创建且在FAV设备中运行，该DCM便以上述的相同方式与BAV设备通信。
当考虑访问某具体设备的功能所需的资源时，2级互用性的效能就变得明显了。2级允许一台设备通过上载的DCM来控制，该DCM表现该设备提供的所有能力，尽管实现和1级里类似的功能，该DCM必须嵌在网络中某处。例如，当一台新设备加入网络时，1级要求至少一台其它设备包含与该新设备兼容的嵌入式DCM。相比之下，2级只要求一台设备为从该新设备上载的DCM提供运行时间环境。
上载和执行字节码的概念也提供了称为设备控制应用程序的可能性的设备专用应用程序。通过这些应用程序，设备制造商能提供用户一种方法来控制设备的专门特性，而不需要标准化HAVi中的所有特性。该应用程序由DCM提供HAVi字节码，并能由网络中的任一台FAV设备上载和安装。
若需更多信息，可参考公共领域内现有的HAVi说明书和IEEE 1394说明书。该HAVi核心标准已能从网上获得于，例如，http：∥www.sv.philips.com/news/press，此处引用作为参考。
目前，该HAVi标准没有考虑PC在HAVi网络中的作用。PC可从几个方面补充HAVi网络。HAVi目前仅涉及音频/视频，并不特别致力于，比如，家用安全系统，空调单元，照明系统的控制。众所周知，创建家用自动化系统要使用PC上的专用软件应用程序和通信协议，比如，CEBus或X-10，以经由电源线作为传输层传送命令。这些家用自动化功能显然不要求相对昂贵的高性能，高比特率的传输协议，比如，1394串行总线。把普通家用自动化设备集成到HAVi系统中，并让它们通过1394串行总线在传输层互连，会在某种程度上过度削弱它们。
本发明的一个目标就是合并低比特率的家用网络和高比特率的家用网络。更进一步的目标是使HAVi系统与低比特率的基于PC的家用自动化系统能共存和互相增强彼此的功能。
为此，本发明提供了一种方法来使得高数据传送率的第一控制网络能够控制低数据传送率的第二网络中的一台设备。高数据传送率涉及，例如，IEEE 1394，而低数据传送率涉及，例如电源线使能的CEBus或X-10。第一网络包含一个HAVi网络。第二网络有个控制器，比如，一台PC，用于控制该设备，通过应用程序与表示该设备的软件对象交互。本方法包括使得该控制器能利用适应HAVi的传输层连接到该HAVi网络上。本方法还包括在低数据传送率网络中为适应HAVi的SDD提供功能代表，并使该HAVi SDD在该HAVi网络上注册。优选地，该控制器包含软件服务来把本机接口暴露给应用程序，并且本方法还包括使得该软件服务能把适应HAVi的接口暴露给第一网络，以及使得第二网络可在该HAVi网络上注册为一台FAV设备。
从系统汇编程序器的角度，第一网络对第二网络的控制可以通过连接这些网络和加载正确的软件成员，比如，通过磁盘或通过从互联网下载，来实现。从用户的角度，控制可以通过允许第一网络和第二网络通信来实现。
PC控制第二网络是基于，比如，COM(成员对象模型)，微软公司的一项技术。COM是基于成员的软件模型的一个实例，用于创建使用模块化软件成员的应用程序。这些技术已广泛可用，并已被软件开发业接受。其它的实例有DCOM，ActiveX，Java，JavaBeans。COM是使得应用程序可以一致方式通信的通用机构，也是用于开发和支持程序成员对象的框架。它提供类似于那些在CORBA(公共对象请求调度程序体系)中定义的能力，CORBA是网络中分布式对象互用的框架。OLE(对象链接和嵌入)自动化为用户在他们的显示器上看见的复合文件提供服务，COM提供接口协商的基础服务和事件服务(使一个对象进入服务作为一事件发生在另一对象上的结果)。在本实施方案中，家用设备在PC上作为OLE自动化对象(抽象代表)模型化，这些对象利用属性来暴露设备控件和事件以发送状态变化信号。OLE自动化是一项COM技术，可允许编写(scripting)和后期连接(latebinding)客户机至服务器。OLE自动化通过调用该程序已使外部可用的特性(命令和询问)提供与其它程序的通信。在使用对象之前，客户机应用程序必须首先获得该对象的接口指针。该接口指针是通过网络目录汇集对象名称或列举设备来获得的。可使用用于名称汇集的标准COM API。对象引用的获得可通过调用GetObject或CoGetObject，同时用一个字符串来说明所需设备的名称或标识。然后应用程序就能通过设置或检索其特性来操纵该对象。当应用程序设置或修改相应于一台家用设备的对象特性时，该特性设置操作或修改操作被转化为一条通过网络发送到相关设备的命令。这些对象可能在实现和协议支持上不同，但把一个类似的基于特性的模型暴露给正运行在带视窗操作系统的PC上的客户机应用程序。
本发明的典型实施方案是，基于PC的家用自动化系统采用低数据传送率的传输层和基于COM的软件成员来控制家用自动化网络中的设备。该家用自动化系统与基于消息传送的HAVi网络合并，后者采用IEEE 1394作为高数据传送率的传输层。该HAVi网络控制家用娱乐系统中的音频/视频设备。该家用自动化服务和设备向该HAVi网络中的FAV或IAV设备注册为适应HAVi的部件。这些家用自动化资源(设备和服务)同时拥有COM OLE自动化接口和适应HAVi的接口来允许该HAVi网络对家用自动化系统进行控制。
为了完整起见，可参考Lawrence Freemany于1998年8月13日申请的“家用网络自我配置”，存档的律师记录摘要PHA 23,488号，与本申请有相同受让人，美国服务号----，此处引用作为参考。该文件涉及自动配置网络中的PC以共享已向个别PC注册的资源。一台PC本地的服务和资源向其它PC注册，反之亦然。注册表隐藏了一项服务或资源是远程的还是本地的。在网络的操作使用中，一台PC本地的服务或资源对于远程PC是可寻址的，就好象后者是本地的。家用网络中的PC可以这种方式自动配置。
本发明是通过实例和参考附图的方式来阐明的，其中：
图1是本发明中系统的方块图；以及
图2是同时含有HAVi API和COM OLE自动化接口的软件部件的方块图。
图1是本发明中系统100的方块图。系统100包含第一网络102和第二网络104。网络102包含一个子系统，它基于组成该子系统的设备软件代表之间的消息传送。此处一个实例是上面讨论的HAVi。网络104包含一个子系统，基于将其设备模型化为抽象对象。对象的特性把相关设备的控制功能暴露给软件应用程序。由外部事件引起的对象的状态变化被传送到该软件应用程序。该应用程序通过改变或设置这些对象的特性来操纵它们。当应用程序修改与某台特定物理设备相关的对象特性时，一条命令被发送到相关设备。这种系统的实例是基于微软的COM或基于CORBA的系统。
本例中的网络102包含一个基于HAVi的子系统，它含有FAV 106，以及第一和第二BAV 108和110，通过1394总线在传输层连接到FAV。连接到FAV 106的BAV可在它自己和FAV 106之间采用私有通信协议。BAV 108拥有已被上载到FAV 106的抽象代表112。BAV 110拥有已被上载到FAV 106的抽象代表114。FAV 106还包含注册表116，消息传送系统118和软件应用程序120。注册表116提供设备的详细目录，比如，BAV 108和110，它们已向FAV 106注册，从而功能上已与网络102相连。注册表116提供API来注册软件部件。注册表116为每个部件保持其注册的标识符和属性，正如相应的SDD所指定的。注册表116还提供询问接口，可供软件部件用于搜索目标软件部件。消息传送系统118充当API来促进网络中各种设备，比如，BAV 108和110，的软件部件之间的通信。消息传送系统118给HAVi软件部件提供通信工具。消息传送系统118负责为FAV 106中的抽象代表112和114分配标识符。这些标识符被抽象代表112和114用来在网络102中互相识别。当抽象代表112要发送消息给抽象代表114时，它必须在调用传送消息的API时使用后者的标识符。应用程序120通过其抽象代表发送请求到设备108和110，并接收来自设备108和110的调用。例如，应用程序120发送一条消息给抽象代表112，于是抽象设备112便与设备108进行通信。子系统102的典型特征是，FAV 106具有接受上载的字节码作为抽象代表的能力，该抽象代表向FAV 106注册，并在为控制AV设备108-110所提供的运行时间内交互。该HAVi体系用于控制通常要求高数据传送率的音频/视频设备，比如，DTV(数字电视)和DVCR(数字录像机)。
网络104包含PC 122连接到设备124，126和128上，它们采用，比如，X-10，CEBus，用以经由电源线来与PC 122通信的USB(未示出)服务提供器，以及用户红外线(IR)和射频(RF)(来示出)服务提供器，这些都是相对低数据传送率的协议。注意1394是相对高数据传送率的协议。PC 122有基于视窗的操作系统，比如Win95，Win98，WinCE，或Windows NT。PC 122上的主机软件依赖现有的COM技术来为应用程序130提供访问子系统104中设备和服务的手段。设备124-128与PC 122上的抽象对象132，134和136相关联。对象132-136的特性暴露相关设备的控制功能。抽象对象132-136向应用程序130提供事件以指示由设备124-128的相关设备所引起的对象的状态变化。应用程序130通过改变或设置对象132-136的特性来操纵它们，比如，由于接收到事件。当应用程序130修改，比如，对象132的特性时，该修改操作被转化为一条发送给与之相关的设备124的命令。在本例中，PC 122含有必要的附件和驱动程序来使X-10，CEBus和用户IR服务提供器控制兼容的照明系统，家用安全系统和电视。在使用对象之前，应用程序130必须首先获得该对象的接口指针。该接口指针是通过目录138汇集对象名称或列举设备来获得的。
PC 122经由上述的1394串行总线在传输层与FAV 106相连。设备124，126和128在FAV 106中由抽象代表140，142和144代表，就好象它们是BAV。从应用程序130的角度，控制器106是IAV或FAV。抽象代表140-144是嵌入式DCM或通过应用程序130或其它手段，比如，通过互联网，上载的DCM，并与COM接口一起被提供用以与PC 122中的应用程序130通信，以便通过应用程序130控制对象132-136。对象132-136利用私有方式和接口控制设备124-128。BAV应用程序，比如，“激活安全系统128”或“打开灯124”，可以访问这些由PC控制的服务132-136，作为任何其它第三方应用程序130。该BAV应用程序可以询问PC 122的目录138，确定哪台设备可用，以SDD方式向HAVi网络102描述它们，把网络102的消息翻译和传送到网络104，通知网络102在网络104中的事件和状态变化，等等。因此，本实施方案在HAVi网络102和网络104之间充当了合算的控制网桥。例如，合并网络102和104的协作方面在家用娱乐系统中变得明显，其中HAVi控制音频/视频表现，并与网络104同步，网络104自动控制环境照明，空调，窗帘，等等，的设置。PC 122可被给予上载HAVi字节码到FAV 106的能力。
本配置的另一个有趣的特征是，PC 122有能力从BAV升级到IAV或FAV。这只要在PC 122上安装合适的软件。这使得HAVi控制服务可同时暴露给网络102和104。优选地，在PC 122的HAVi升级之后，网络104从控制器106注销，并在必要部件已被安装到PC 122之后，再次注册为一台新的IAV或FAV。如果PC 122表示自己是一台IAV或FAV，一定的体系结构上的要求需被满足。例如，IAV必须至少含有HAVi SDD数据，1394通信管理器，消息传送系统，事件管理器，注册表，和DCM管理器(见上面“背景技术”部分)。在PC 122里，这些软件成员可用COM来编译。这些COM编译的HAVi网络成员对于非HAVi应用程序暴露为COM接口，并如上述的HAVi标准所规定的，含有HAVi定义的API来使得HAVi应用程序可以访问这些成员。图2中说明了这一点，它是采用COM的注册表的实施方案200的方块图。注册表200向应用程序130暴露COM OLE自动化接口202，并向应用程序120暴露HAVi API 204。在这种方式下，部件200是适应HAVi的注册表，比如FAV 106的注册表116，还实现担任目录138角色的目标。因此，COM或类似技术可用于在PC 122上编译适应HAVi的软件部件，通过给予它们HAVi API以使其可从网络102访问，和COM OLE自动化接口以使其可被PC 122访问，作为基于视窗(比如，Windows 95，Windows 98，WinCE或WindowsNT)的控制器。这可能不只适用于目录138，也可能适用于部件140，142和144，它们在图中被示为属于FAV 106。上述的DCM程序代码位置是不相关的，只要应用程序120可以通过该HAVi体系访问它。

Claims (4)

1.一种可使高数据传送率的第一控制网络(102)去控制低数据传送率的第二网络(104)中的一台设备(124，126，128)的方法，其中的第二网络含有一个控制器(122)用以控制上述的设备，该方法包括：
一允许采用适应第一网络的传输层把该控制器连接到第一网络；
一提供代表该第二网络中的一个功能并且适应该第一网络的描述(140、142、144)；以及
-允许在该第一网络上注册该描述。
2.权利要求1的方法，其中的控制器包含一台PC(122)。
3.权利要求1的方法，其中的控制器包含一台带有基于视窗的操作系统的PC。
4.一种使第一网络(102)可与第二网络(104)交互的方法，其中：
-该第一网络包含：
-高数据传送率的传输层(IEEE 1394)；
-第一设备(110)，含有第一抽象代表(114)用于该第一设备的第一可控功能；
-第二设备(108)，含有第二抽象代表(112)用于该第二设备的第二可控功能；
-第一控制器(106)，用于控制上述的第一和第二设备，通过与上述的第一和第二抽象代表交互，这些抽象代表分别以第一和第二标识符向该控制器注册；以及
-消息传送系统(118)用于分配上述的第一和第二标识符，以通过使其在使用该第二标识符时能调用消息传送系统的API，使得上述的第一设备可向上述的第二设备发送消息；
-该第二网络包含：
-低数据传送率的传输层；
-带有操作系统的第二控制器(122)；以及
-子系统(124，126，128)，通过该第二控制器上的软件应用程序(130)可控；
该方法包括：
-使上述第二控制器的一项资源(132，134，136，138)可向上述第一控制器注册为第三设备，利用第三抽象代表(140，142，144)来使上述的第一设备可通过上述的消息传送系统去控制上述的子系统。
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