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DE69431332T2 - Kombinieren von Ton- und Fernsprech-Daten für einem Rechner - Google Patents

Kombinieren von Ton- und Fernsprech-Daten für einem Rechner

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DE69431332T2
DE69431332T2 DE69431332T DE69431332T DE69431332T2 DE 69431332 T2 DE69431332 T2 DE 69431332T2 DE 69431332 T DE69431332 T DE 69431332T DE 69431332 T DE69431332 T DE 69431332T DE 69431332 T2 DE69431332 T2 DE 69431332T2
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Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine Computereingabe/Ausgabe und insbesondere auf Audio- und Telefondienste für einen Computer.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Rolle des Computers dehnt sich von der einfachen Datenverarbeitung auf allgemeinere Informationsverarbeitung und Kommunikation aus. Zum Beispiel werden Computer zum Verarbeiten abstrakterer Informationen verwendet, wie z. B. Audio, Bilder und Video, sowie zum Steuern der Kommunikation von Informationen, wie z. B. Steuerung von Faksimile- und Telefondiensten. Der Bedarf nach einer Eingabe/Ausgabe (I/O = Input/Output) wird immer größer und gleichzeitig wird mehr Computerfunktionalität auf eine oder wenige integrierte Schaltungen mit immer begrenzterer Verbindungsverfügbarkeit integriert. Es besteht ein Bedarf nach effizienter und kosteneffektiver Datenübertragung und -Steuerung zwischen den zentralen Verarbeitungseinheiten und externen Vorrichtungen, wie z. B. analogen Audiomikrophonen und Lautsprechern und analogen Telefonsignalen. Außerdem besteht ein Bedarf nach schnittstellenmäßigem Verbinden zu digitalen Telefonsystemen, wie z. B. den digitalen netzwerkintegrierten Diensten (ISDN = Integrated Services Digital Network), welches eine Mischung aus Stimm-, Computer- und Videosignalen überträgt. Schließlich besteht der Bedarf, die Zahl der Verbindungen integrierter Schaltungen zu minimieren, die zum Liefern all dieser Dienste erforderlich sind.
  • Die US-A-5,072,442 lehrt einen Zeitmultiplexbetrieb (TDM = time division multiplexing), wobei der TDM- Kommunikationspipelinebus, der alle gemultiplexten Daten überträgt, einen reservierten Zeitschlitz aufweist, der für alle Daten von allen Knoten verfügbar ist. Mehrere Knotenstellen, die mit verschiedenen Taktraten arbeiten, sind an den Bus gekoppelt. Der TDM-Kommunikationspipelinebus weist einen Video-/PC-Dateidatenbus und einen Audio- /Befehlsdatenbus auf und arbeitet mit einer Taktrate, die ein Mehrfaches der Anzahl von Knoten in den Netzwerkzeiten der höchsten Taktfrequenz aller Knoten in dem Netzwerk ist. Somit gehen keine Daten, die von einem beliebigen Knoten übertragen werden, verloren. Gemäß der US-A-5,072,442 sind Video-/PC-Dateisignalpakete während eines reservierten aus einer Mehrzahl fester Video-/PC-Dateidatenbus-Zeitschlitze auf dem Video/PC-Dateidatenbus positioniert. Auf ähnliche Weise sind digitalisierte Audio-/Befehlsdatenpakete während eines reservierten einer Mehrzahl von Audio- /Befehlsdatenbus-Zeitschlitze auf dem Audio- /Befehlsdatenbus positioniert. Somit werden gemultiplexte Daten mit der gleichen Rate übertragen. Es bestehen feste Zeitschlitze für alle Datentypen und die Zeitschlitze wiederholen sich mit einer festen Rate.
  • Die US-A-4,488,287 lehrt, daß Stimme und Daten in einem gemeinsamen Informationsfeld kombiniert und in dem gleichen Kanal übertragen werden können, Rahmen für Rahmen. Eine feste Anzahl von Sprachbits ist mit einer festen Anzahl von Datenbits in einen Rahmen kombiniert.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Flexibilität beim Verbinden eines Computers mit einer Mehrzahl von Peripheriegeräten bereitzustellen.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Diese Aufgabe wird durch ein Computersystem gemäß Anspruch 1 oder 5 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist ein Blockdiagrammschema, das ein Computersystem zeigt, das einen seriellen Bus für Telefon- und Audiodienste umfaßt.
  • Fig. 2 ist ein Blockdiagrammschema, das zusätzliche Details für Teile von Fig. 1 zeigt.
  • Fig. 3 ist ein Blockdiagrammschema, das den Aufbau des seriellen Busses ausschließlich mit Audiodiensten zeigt.
  • Fig. 4 ist ein Blockdiagrammschema, das den Aufbau des seriellen Busses mit Telefon- sowie Audiodiensten zeigt.
  • Fig. 5 zeigt Datenformate für Daten- und Steuerbits innerhalb von Rahmen.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS DER ERFINDUNG
  • Fig. 1 ist ein Blockdiagrammschema, das ein Computersystem zeigt, das die vorliegende Erfindung umfaßt. In Fig. 1 weist ein Computer 100 ein Audio/Telefon-I/O-System 102 auf, das mit einem zeitbereichsgemultiplexten, seriellen Bussystem 104 verbunden ist, das mit einem Telefondienstsubsystem 106 und einem Audiodienstsubsystem 108 verbunden ist. Der Computer 100 umfaßt einen oder mehrere Prozessoren 110 und einen Direktzugriffsspeicher (RAM = random access memory) 112, die durch einen Prozessorbus 114 verbunden sind. Ein separater I/O-Bus 116 ist durch eine I/O- Steuerung 118 vom Prozessorbus 114 isoliert. Das Audio/Telefon-I/O-System 102 umfaßt einen Bereich mit Registern 122, die direkt adressierbare Steuerfunktionen und eine unterbrechungsgetriebene I/O vorsehen. Außerdem besteht ein Direktspeicherzugriff (DMA; DMA = direct memory access) für ISDN-Daten (120) und ein DMA für Audioabtastdaten (124). Eine unterbrechungsgetriebene, serielle I/O 126 wird für eine Steuerung und für serielle MODEM-Daten verwendet. Die serieller I/O 126 und der Audio-DMA 124 werden beide durch Zuerst-Hinein-Zuerst-Hinaus-Puffer (128 und 130) gepuffert. Der ISDN-DMA-Kanal 120, die serielle I/O 126 und der Audio-DMA 124 sind alle durch eine Audio- /Telefonbussteuerung 132 auf dem zeitbereichsgemultiplexten, seriellen Bussystem 104 zusammengeführt. Das Telefonsystem 106 ist entweder ein System, wie es gezeigt ist, das zwei analoge Telefonleitungen verbindet, oder alternativ ein System, das zu einer einzelnen ISDN-Leitung verbindet (nicht abgebildet). Das Audiosystem 108 liefert eine A/D- Umwandlung, D/A-Umwandlung und eine Steuerung für externe Audiogeräte, wie z. B. ein Mikrophon, Kopfhörer, einen Lautsprecher und einen Stereo-Eingang und -Ausgang.
  • Fig. 2 zeigt ein zusätzliches Detail für das Bussystem 104, das Telefonsystem 106 und das Audiosystem 108. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Audiosystem 108 ein handelsüblich erhältliches CODEC. Passende Beispielteile sind das CS4215 CODEC von der Firma Crystal Semiconductor Corporation oder das AD1849 CODEC, erhältlich bei der Firma Analog Devices. Jeder CODEC-Entwurf geht von einem seriellen Datenbus mit 64-Bit-Datenrahmen aus, die für das CODEC reserviert sind. Bei der vorliegenden Erfindung sind die 64-Bit-CODEC-Datenrahmen mit anderen Daten über einen seriellen Datenbus mit einer höheren Bandbreite auf eine Weise zeitgemultiplext, die für das CODEC transparent ist.
  • In das Telefonsystem 106 ist für jeden Kanal ein digitaler Signalprozessor (DSP) integriert. Ein passendes Beispielteil ist der AD2105 DSP, erhältlich von Analog Devices. Jeder DSP ist für das korrekte Implementieren verschiedener MODEM-Protokolle verantwortlich, wie z. B. V.32 bis. Zusätzlich hat jeder DSP die Fähigkeit, Audio- und Stimmdaten mathematisch zu verbinden und diese Informationen über einen Audio-DMA zu dem Computer und/oder für eine sofortige akustische Rückkopplung zum CODEC zurückzuleiten. Das Bussystem 104 ist nur von der Datenbewegung betroffen. Das heißt, das Bussystem 104 ist nicht von externen Telefonsystemprotokollen oder seriellen Datenprotokollen betroffen. Für das Bussystem ist ISDN z. B. nur ein digitales Datentor.
  • Gemäß Fig. 2 weist das Bussystem 104 einen zusammengeführten seriellen Bus 143 (für kombinierte Steuerungs-, Telefon- und Audiodaten), einen seriellen Audiobus 138 (für Audiodatenabtastwerte und eine CODEC-Steuerung), einen Puffer 136, eine Pufferkonfigurationssteuerungsleitung 140 und zwei Puffertaktsteuerleitungen 135 auf. Das Telefonsystem 106 ist als ein optionales System entworfen. Wenn das Telefonsystem installiert wird, wird die Leitung 200 auf einen hohen Pegel gezogen, um der Audio/Telefonbussteuerung 132 zu signalisieren, daß das Telefonsystem 106 vorliegt. Entsprechend wird die Pufferkonfigurationssteuerleitung 140 auf einen niedrigen Pegel gezogen, um den Puffer 136 in eine normalerweise nicht aktivierte Betriebsart zu zwingen. Wenn das Audiosystem 108 das einzige vorliegende System ist, ist die Pufferkonfigurationssteuerleitung 140 auf einem hohen Pegel, derart, daß das Bussystem 104 automatisch, wie in Fig. 3 gezeigt ist, konfiguriert ist. Wird ein Telefonsystem 106 hinzugefügt, deaktiviert die Konfigurationssteuerleitung 140 den Puffer 136, derart, daß das Bussystem 104 effektiv, wie in Fig. 4 gezeigt ist, verbunden ist. Sogar wenn das Telefonsystem 106 installiert ist, besteht ein Steuermodus zur direkten Steuerung des Audiosystems 108 durch den Computer 100, was das Bussystem 104 temporär in die in Fig. 3 gezeigte Konfiguration positioniert. Die Steuerleitung für diesen Modus ist die Data/Control-Leitung (D/C-Leitung; D/C = Daten/Steuerung) 202. Der Computer 100 kann dem Telefonsystem 106 über die D/C-Leitung 202 befehlen, den Puffer 136 zu aktivieren. Deshalb zeigt Fig. 3 den Aufbau des Bussystems 104 für einen Audiosystemsteuermodus oder für eine Datenübertragung, wenn das Telefonsystem 106 nicht vorliegt. Fig. 4 zeigt die Konfiguration des Bussystems 104 für eine Datenübertragung, wenn das Telefonsystem 106 vorliegt.
  • Es gibt drei Takte, die für das Steuern des Bussystems 104 verfügbar sind. Diese Takte sind vollständig asynchron und variabel. Wenn sich das Audiosystem 108 im Steuermodus befindet, wird die Taktrate des Bussystems 104 durch das Audio/Telefon-I/O-System 102 gesteuert. Ansonsten wird die Taktrate durch das Audiosystem 108 oder das Telefonsystem 106 gesteuert, wie unten beschrieben ist. Zwei Taktsteuerleitungen 135 steuern, welches System die Taktrate steuert. Es ist entweder eine oder keine der Taktsteuerleitungen 135 gleichzeitig aktiv. Wenn eine beliebige Taktsteuerleitung 135 aktiv ist, befinden sich der zusammengeführte serielle Bus 134 sowie der serielle Audiobus 138 auf der gleichen Frequenz. Wenn eine Taktsteuerleitung 135 aktiv ist, wird die gemeinsame Bussystemtaktrate durch das Audio/Telefon- I/O-System 102 gesteuert. Wenn die andere Taktsteuerleitung 135 aktiviert ist, wird die gemeinsame Bussystemtaktrate vom Audiosystem 108 gesteuert. Wenn weder die Taktsteuerleitung 135 aktiviert ist noch ein Telefonsystem 106 vorliegt, steuert das Telefonsystem 106 den Takt für den zusammengefaßten, seriellen Bus 134, das Audiosystem 108 steuert den Takt für den seriellen Audiobus 138 und das Audiosystem 108 steuert die Datenrahmensynchronisierung, wie unten beschrieben.
  • Jeder der seriellen Busse (134 und 138) hat, wie folgt, fünf Signale.
  • 1. SDOUT - serielle Daten hinaus
  • 2. SDIN - serielle Daten hinein
  • 3. SCLK - serieller Tortakt (Bitrate)
  • 4. FSYNC - Rahmensync
  • 5. RESET - Zurücksetzen
  • Daten werden in Rahmen übertragen. Wie unten beschrieben, sind Datenrahmen für das Audiosystem 108 an dem seriellen Audiobus 138 immer 64 Bit/Rahmen. Wenn ein Telefonsystem 106 installiert wird, werden zusätzliche Bits am zusammengeführten, seriellen Bus 134 jedem Rahmen hinzugefügt. Für jeden seriellen Bus (134 oder 138) bedeutet das Rahmensync- Signal (FSYNC) den Beginn eines Rahmens. Zeitteilungsmultiplexen wird automatisch an die Systemkonfiguration angepaßt, durch Steuern, welche Systeme FSYNC und SCLK bestimmen und erzeugen. Wie oben beschrieben, wird SCLK durch das Audio/Telefon-I/O-System 102 gesteuert, wenn sich das Audiosystem 108 im Steuermodus befindet. Ansonsten wird SCLK durch das Audiosystem 108 oder das Telefonsystem 102 gesteuert. Die Rahmensync-Rate (FSYNC) wird durch die Anforderungen des Audiosystems 108 bestimmt. Wenn das Telefonsystem 106 installiert ist, wird das Rahmensync-Signal (FSYNC) für den zusammengeführten, seriellen Bus 134 durch das Telefonsystem 106 erzeugt, wobei jedoch die Rahmensync- Rate des zusammengeführten seriellen Busses 134 wird durch die Anforderungen des Audiosystems 108 bestimmt wird. Das Audiosystem 108 kann einen Abtastwert pro Rahmen eines Stereosignals oder einen Abtastwert pro Rahmen eines monoakustischen Signals ein Muster pro Rahmen erzeugen und empfangen. Für Stereo- sowie monoakustische Audiodaten ist die vom Audiosystem 108 benötigte FSYNC-Rate identisch mit der Audiomusterrate.
  • Fig. 5 zeigt das logische Format von Datenrahmen für den zusammengeführten seriellen Bus 134. In Fig. 5 ist ein Rahmen 500 in Bytes (8 Bit) unterteilt. Die ersten 64 Bit (Fig. 5, 502) eines Rahmens sind für Informationen zum oder vom Audio-DMA-Tor reserviert (Fig. 1, 124). Die verbleibenden Bits sind logisch in kleinere 16-Bit-Telefondatenrahmen (T-Rahmen) 514 unterteilt. Wenn sich das Audiosystem 108 in einem Steuermodus befindet, so sind die ersten 64 Bit Steuerinformationen, wie durch Fig. 5, 502 gezeigt ist. Wenn sich das Audiosystem 108 in einem Datenmodus befindet, dann sind 32 Bit für Daten reserviert und 32 Bit für eine Steuerung reserviert, wie durch Fig. 5, 504 gezeigt ist. Die 32 Datenbits können zwei 16-Bit Stereoabtastwerte (506) aufweisen, einen 16-Bit Monoakustikabtastwert (508), zwei 8- Bit Stereoabtastwerte (510) oder einen 8-Bit Monoakustikabtastwert (512). Die 32-Bit-Audioabtastwertdaten können entweder Telefonstimmenabtastwerte (ausschließlich 8-Bit- Abtastwerte) enthalten, Audioabtastwerte für das Audiosystem 108 oder digital gemischte Telefonstimmenabtastwerte und Audioabtastwerte. Der Rest des Rahmens wird je nach Bedarf mit Daten für ISDN oder seriellen I/O-Daten gefüllt. ISDN oder die serielle I/O können mehrere Byte pro Rahmen aufweisen, derart, daß die gesamte Bandbreite des Busses verwendet werden kann, auch wenn einige Vorrichtungen nicht aktiv sind.
  • Wenn das Telefonsystem 106 installiert ist, wird die Bitrate (SCLK) für den zusammengeführten seriellen Bus 134 durch das Telefonsystem 106 auf 13,824 MBit pro Sekunde eingestellt. Ist ein Telefonsystem 106 installiert, variiert die Anzahl der Bits in einem Rahmen, die für ISDN oder eine serielle I/O verfügbar sind, mit der Abtastrate des Audiosystems 108. Die Bitrate (SCLK) für den seriellen Audiobus 138 wird durch das Audiosystem 108 eingestellt. Ist kein Telefonsystem 106 installiert, wird die Bitrate (SCLK) und Rahmensync (FSYNC) für beide seriellen Busse (134 und 138) vom Audiosystem 108 erzeugt. Ist kein Telefonsystem installiert, ist die Bitrate (SCLK) 64-mal die Rahmensync- (FSYNC-) Rate.
  • Bei den folgenden Beispielskonfigurationen wird angenommen, daß ein Telefonsystem 106 installiert ist. Als eine erste Beispielkonfiguration für Stereoaudio kann das Audiosystem 108 gesteuert werden, um zwei 16-Bit-Abtastwerte pro Rahmen (Fig. 5, 506) bei einer Rahmenrate von 48.000 Rahmen pro Sekunde aufzunehmen und zu erzeugen. Bei einer Bitrate von 13,824 Mbit pro Sekunde und einer Rahmenrate von 48.000 Rahmen pro Sekunde existieren 288 Bit pro Rahmen. Die ersten 64 Bit werden für die zwei Audioabtastwerte (und die CODEC-Steuerung) reserviert, und die verbleibenden 224 Bit (28 Byte) werden mit ISDN-Daten oder seriellen I/O-Daten oder beidem gefüllt. Als eine zweite Beispielskonfiguration kann das Audiosystem gesteuert werden, einen 8-Bit- Abtastwert pro Rahmen (Fig. 5, 512) bei 5.512,5 Rahmen pro Sekunde zu empfangen oder zu erzeugen. Für das zweite Beispiel sind 2.508 Bit pro Rahmen vorhanden. Die ersten 64 Bit des Rahmens werden für den 8-Bit-Audioabtastwert reserviert, und die verbleibenden 2.444 Bit stehen für ISDN- Daten und serielle I/O-Daten zur Verfügung.
  • Jeder 16-Bit-T-Rahmen (514) ist in 8 Datenbits und 8 Bits mit Systeminformationen unterteilt. Ein 3-Bit-Feld zeigt die Ziel-/Quelladresse (ADDR) (518) an. Ein 3-Bit-Feld zeigt den Datentyp an, der in dem Datenbyte enthalten ist (TYPE) (516). Ein Bit eines 2-Bit-Feldes wird als ein Bereitsignal verwendet (RDL) (aktiv Tief, bereit für Daten) (520). Es sein in Erinnerung gerufen, daß der Bus vollduplex ist. Wenn das Telefonsystem 106 einen Rahmen zu der Audio-/Telefonbussteuerung 132 überträgt, empfängt das Telefonsystem 106 gleichzeitig einen Rahmen von der Audio/Telefonbussteuerung 132. Wenn das Telefonsystem z. B. einen T-Rahmen 514 mit einer Adresse 518 zur Zeit des RDL- Bits überträgt, überträgt die Audio-/Telefonbussteuerung RDL aktiv, wenn die Vorrichtung mit der Adresse 518 bereit ist, um das entsprechende Datenbyte zu empfangen. Entsprechend überträgt das Telefonsystem 106 RDL aktiv zur Zeit des RDL-Bits, wenn der adressierte serielle Kanal oder das ISDN-Tor bereit ist, ein Datenbyte aufzunehmen.
  • Die Reihenfolge gemultiplexter Daten hängt von der Richtung des Datenflusses ab. Zurückkehrend zu Fig. 1 werden T- Rahmen (Fig. 5, 514), die durch das Audio/Telefon-I/O- System 102 ausgegeben werden, auf einer Prioritätsbasis mit der folgenden Prioritätsreihenfolge übertragen: (1) Telefonsteuerinformationen, (2) ISDN-Daten und (3) Telefondaten. Wenn Informationen zum Übertragen verfügbar sind, wird ein Indikator zu der Audio/Telefonbussteuerung 132 durch das ISDN-DMA-Tor 120, das Audio-DMA-Tor 124 oder das serielle I/O-Tor 126 eingestellt. Die Audio/Telefonbussteuerung 132 entscheidet zwischen den verschiedenen Informationsquellen und serialisiert die Informationen zur Übertragung zum Telefonsystem 106. Umgekehrt haben T-Rahmen, die vom Telefonsystem 106 ausgegeben werden, keine Prioritätsreihenfolge und werden einfach übertragen, wie sie von dem (den) DSP(s) im Telefonsystem 106 empfangen werden. Jeder DSP im Telefonsystem 106 empfängt Informationen von den Telefonleitungen und stellt T-Rahmen her, die nach Bedarf an das Audio/Telefon-I/O-System 102 gesendet werden.
  • Jeder DSP in dem Telefonsystem 106 ist programmierbar und wird durch den Computer 100 gesteuert. Das Telefonsystem 106 enthält ebenfalls eine A/D- und D/A-Umwandlung für Telefonstimmensignale unter DSP-Steuerung. Diese Signale werden mit einer festen Geschwindigkeit von 8.000 Abtastwerten pro Sekunde mit 8 Bit pro Abtastwert abgetastet. Jeder DSP hat auch Zugriff zu Audiodaten vom Audiosystem 108 (siehe Fig. 4). Jeder DSP kann programmiert werden, um digitalisierte Stimm- oder Audio-Daten oder digital gemischte (hinzugefügte), digitalisierte Stimm- und Audio-Daten zu übertragen. Telefonstimmenabtastwerte (oder gemischte Abtastwerte) werden in den ersten 64 Bit eines Rahmens in dem in Fig. 5, 510 oder 512, gezeigten Format übertragen/empfangen (ausschließlich 8-Bit-Abtastwerte).
  • Zurückkehrend zu Fig. 1 werden Audioabtastwerte über einen DMA-Kanal 124 schnittstellenmäßig mit dem Computer verbunden und ISDN-Daten werden schnittstellenmäßig über einen DMA-Kanal 120 mit dem Computer verbunden. Jeder dieser Kanäle ist bidirektional mit gleichzeitiger Datenübertragung in jeder Richtung. Der Speicher 112 in dem Computer ist in logische Seiten unterteilt. Um einen fortlaufenden Daten-

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