CN101120536A - 用于传递通过ip网络访问的用户娱乐服务的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明向多个***用户提供以IP为中心的、多信道、时移和实时远程通信服务。该***可以捕获数字和模拟两种多信道输入信号，并且通过交叉连接层可以将该信号转变为数字格式以及随后将它们发送给编码器，以进行压缩。编码处理可以使用被开发为降低数据比特率而将信息质量保持在期望级别的固件可升级软件。该编码压缩信号可以被存储在数据点播服务器上以进行随后的查看服务，诸如电视/视频点播或音频点播，或可以使用媒体流子***(MSS)被直接地流到***用户。该MSS可以响应***用户请求并可操作地通过网关装置将选择的压缩数字数据流转发到该***用户。该***可以包括***控制器，其可以提供对由该***提供的***组件和服务的管理和控制。所述的网关装置能够从媒体流子***接收压缩数字数据，并且将该数据传输到通过通信网络发送请求的***用户。电缆调制解调器、DSL调制解调器或其它适当接口可以位于每个***用户的位置，从而提供用于将多种信号源发送给***用户的用户计算设备(UCD)连接的***用户局域网(LAN)的装置。该UCD从网关装置接收压缩数据，随后解码该压缩数据并通过可以是或不是集成在所述UCD中的呈现***，将该解压缩信息提供给***用户，从而向该***用户提供请求的娱乐服务。

Description

用于传递通过IP网络访问的用户娱乐服务的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于提供用户娱乐服务的***，特别涉及一种通过宽带广域网提供视频和音频数据的***和方法。

背景技术

可以使用常规的通信***结构传递包括视频点播(VOD)和个人视频录像机(PVR)服务的用户娱乐服务。在常规的数字电缆***中，信道专用于需要持续视频的用户。从中央视频服务器传递试图模仿数字万能/视频光盘(DVD)播放的VOD服务，所述中央视频服务器是大型、超级计算机类型的处理机。这些机器典型地位于在电缆多服务运营商(MSO)的城域网上支持的城域服务传递中心。用户从菜单选择视频，该视频从视频服务器流出。所述视频服务器不停顿地(on the fly)将该视频编码，并且将该内容流出到置顶盒不停顿地进行解码，该置顶盒不需要超高速缓存或本地存储。在这样的集中式视频服务器结构中，该视频服务器的容量限制了并发用户的数量。该解决方案可能相当昂贵并且难以升级。“Juke-box”类型的DVD服务器遭受类似的性能和升级问题。

可以使用网际协议(IP)流以避免将信道宽度专用于每个用户。IP流已经被设计为通过提供对分组丢失更友好并且可以允许多个可用比特率的编解码器而克服典型IP网络的缺点。因此，如果网络突然堵塞，尽管质量较差，但是同一视频流可以继续播放。

诸如TiVo和Replay TV的个人视频录像机服务允许用户将所选择的节目记录在本地存储器上并且以后在他们方便时播放它们。这样的服务很受用户的欢迎，因为这样的服务用随机访问硬盘取代了顺序访问且笨重的录像带。这样的硬盘能够使设备具有优秀的纪录和重放能力，诸如即时快进和同时记录多个节目。

然而，由这样的PVR所提供的能力可能产生相当高的价格。尽管硬盘价格已明显降低，但是其仍然构成个人视频录像机成本的很大一部分。例如对于个人计算机，批量生产和其它物流已经使硬盘的中间价格保持在最佳水平，但是对于诸如PVR的低成本用户设备等就相对高。硬盘具有大约300,000小时或30年左右的平均故障间隔时间(MTBF)。随着使用的硬盘的数量增加，故障的频率也增加。例如，对于30,000用户的用户基数，服务提供商可能每月替换大约100块硬盘。因此，从服务提供商观点来看，服务用户端设备(CPE)的频率和成本随着用户设备的数量而增加。此外，额外的功率和冷却要求使硬盘使能设备的可靠性比没有硬盘的相同设备低许多。

当用户和服务提供商面对上述问题时，内容提供商要面对其它问题，包括严重的盗版风险。数字记录内容除了可以写入可写CD、DVD以及其它存储介质之外，还可以很容易地通过高容量网络被共享。

特别对于典型的DVD播放器，它们以最小8倍(150KBps)速操作，产生例如具有＜100ms反应时间的8×150KBps×8bits/byte＝9.6Mbps。DVD播放器要求以触发模式可预测吞吐量(例如，每100毫秒固定地以128Kb取块)。

当前视频服务器使用高效处理器或高效处理器的网络来提供视频内容。所述视频服务器的容量限制了它们可以支持的并发用户的数量。典型的视频服务器不停顿地将其内容进行编码，例如使用Real Media或Windows Media格式，并且置顶盒不停顿地进行解码。

在酒店电视***中人们已经了解视频点播服务多年了。视频点播服务允许用户选择要看的节目，并且将这些节目的视频和音频数据传输到他们的电视机。这样***的例子包括：美国第6,057,832号专利，公开了一种具有快速播放和正常播放模式的视频点播***；美国第6,055,560号专利，公开了一种支持通常仅仅在VCR上发现的诸如倒带、停止、快进等功能的交互视频点播***；美国第6,055,314号专利，公开了一种通过分布网络安全购买和传递视频内容节目以及DVD的***，包括当订购节目并付费时从视频源下载密钥；美国第6,049,823号专利，公开了一种通过LAN或交互电视信道上的电视向用户群传递交互式多媒体服务的交互式视频点播；美国第6,025,868号专利，公开了一种包括高容量存储媒介的付费播放(pay-per-play)***；美国第6,020,912号专利，公开了一种具有服务器站点和用户站点的视频点播***，该服务器站点能以正常、快进、慢速、倒带或暂停模式传输所请求的视频节目；美国第5,945,987号专利，教导了一种视频点播网络***，该***允许用户将预告片集合在一起，以他们自己的速度查看，然后直接从这些预告片订购该节目；美国第5,935,206号专利，教导了一种提供访问数字视频电影的服务器，用于采用带宽分配方案点播观看，所述带宽分配方案将请求节目的数量与阈值进行比较，然后在高点播的某些条件下，原始硬盘不具有向所有请求者提供电影的带宽时，在另一硬盘上创建该视频电影的另一个副本；美国第5,926,205号专利教导了一种视频点播***，该***提供通过将节目分割成N段有序序列来访问视频节目并向用户提供并发访问该N段序列的每一段；美国第5,802,283号专利，教导了一种公共交换电话网络，该网络用于通过交换局从多媒体信息服务器向个人电话订购者提供信息，该交换局连接到所述多媒体服务器并接收用户的请求，该网络包括传递路由数据的网关和通过连接到用户的ADSL的第一、第二和第三信号信道将所述多媒体数据从所述服务器路由到请求用户的交换机。

被设计为从用户接收节目或诸如高速度访问因特网或访问其它宽带服务的服务请求的以IP为中心的、多信道信道、时移(time-shifted)以及实时远程通信的服务还没有充分发展。这些***接收上行请求并传递所请求的具有相关联的视频、音频和其它数据的节目，以及双向传递来自于连接到前端的LAN或WAN数据源的网际协议分组以及双向传递来自或到达宽带网络的T1、T3或其它高速线的数据分组。因此，需要能够在一个综合***中更加高效和更好品质地向用户传递多个服务的以IP为中心的、多信道、时移以及实时远程通信的服务***。

提供该背景信息是为了将申请人认为可能与本发明相关的信息变为已知信息。并不必然意味着承认，也不应该被解释为，任何前述信息构成本发明的现有技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于传递通过IP网络访问的用户媒体服务的方法和装置。依据本发明的一个方面，提供了一种***，该***用于向多个***用户提供包括直播电视、电视点播、视频点播、音频流、音频点播的以IP为中心的、多信道、时移以及实时远程通信服务，所述***包括：压缩数据创建子***，用于接收每一个具有几个工业标准通信格式之一的多个数据信号流，并且用于将输入数据信号流转换为压缩数字数据，所述的压缩数字数据采用预定压缩方案创建；存储装置，用于存储所选择的压缩数字数据并允许从中检索所存储的压缩数字数据；媒体流子***，用于接收和转发压缩数字数据流，所述的媒体流子***响应用户请求并可操作地将选择的压缩数字数据流从所述压缩数据创建子***或所述存储装置转发到网关装置；网关装置，用于从所述媒体流子***接收所述的压缩数字数据，并且用于准备所述压缩数字数据，用于通过宽带通信网络向发送所述用户请求的用户传输；以及连接到宽带通信网络的用户计算设备，用于接收所选择的压缩数字数据流，所述用户计算设备解压缩并向所述***用户呈现所述所选择的压缩数字流。

根据本发明的另一个方面，提供了一种方法，该方法用于向多个***用户提供包括直播电视、电视点播、视频点播、音频流、音频点播的以IP为中心的、多信道、时移以及实时远程通信服务，所述方法包括：接收每一个具有几个工业标准通信格式之一的多个输入数据信号流，并且采用预定压缩方案将输入数据信号流转换为压缩数字数据；存储所选择的压缩数字数据；响应于用户请求从压缩数字数据和所选择的压缩数字数据中选择用户所请求的压缩数字数据，并且将用户所请求的压缩数字数据转发到网关装置；在所述网关装置中接收用户所请求的压缩数字数据，并且准备用户所请求的压缩数字数据，以通过宽带通信网络向发送所述用户请求的用户计算设备传输；以及通过所述用户计算设备接收用户所请求的压缩数字数据，并且通过所述用户计算设备解压缩和播放用户所请求的压缩数字数据。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方案的示意***的概要图；

图2是根据本发明的一个实施方案的***结构的示意图；

图3是图2中所说明的***结构的前端部分的示意图；

图4是图2中所说明的***结构的传输网络的示意图；

图5是图2中所说明的***结构的家庭网络的示意图；

图6是根据本发明的一个实施方案的置顶盒的功能元件的框图；

图7是根据本发明的一个实施方案的集成到置顶盒中的软件元件的框图；

图8是说明根据本发明的一个实施方案的用于***控制的多个模块和元件之间相互连接性的框图；

图9说明了根据本发明的一个实施方案的编码/转码***的程序流程控制；

图10说明了根据本发明的一个实施方案的编码/转码***方法；

图11说明了根据本发明的另一个实施方案的编码/转码***方法；

图12说明了根据本发明的另一个实施方案的编码/转码***方法。

具体实施方式

定义

使用术语“远程通信服务”定义各种服务，包括直播电视、可点播的时移(time-shifted)、视频点播、类似视频点播、音频流、音频点播、宽带因特网访问、以及本领域的技术人员容易理解的其它宽带服务。

使用术语“编码器”定义能将数据编码或转码成预定格式的计算装置。

使用术语“计算装置”定义能执行与该计算装置相关联的预定功能组的计算设备，例如，计算装置可以是微芯片、微处理器、或本领域的普通技术人员容易理解的其它计算装置。

使用术语“用户计算设备”(UCD)定义置顶盒(STB)、数字电话、个人计算机、数字VCR、个人数字助手(PDA)或如本领域的普通技术人员容易理解的能从宽带通信网络接收信息的其它类似设备。

如果没有其它定义，这里所使用的所有技术和科学术语与本发明所属领域内的普通技术人员通常所理解的意思相同。

本发明向多个***用户提供以IP为中心的、多信道、时移以及实时远程通信服务。这样的远程通信服务可以包括直播电视、电视点播、视频点播、音频流、音频点播、宽带因特网访问以及其它宽带服务。媒体服务传递可以典型地被指为三种播放：视频、音频、数据。该***能够捕捉数字和模拟多信道输入信号，并且通过交叉连接层能够将该信号转换成数字格式并且随后将它们发送到编码器进行压缩。所述编码处理可以使用被开发用来使信息质量保持在期望级别的同时降低数据比特率的固件可升级软件。该被编码的压缩信号可以被存储在数据点播服务器上以供随后查看诸如电视/视频点播或音频点播服务，也可以使用媒体流子***(MSS)直接地流至***用户。该MSS可以响应***用户请求，并且可操作地将所选择的压缩数字数据流通过网关装置转发给所述***用户。该***可以包括***控制器，其能够对该***的组件和该***所提供的服务进行管理和控制。该网关装置能够从媒体流子***接收压缩数字数据，并将该数据传输到通过通信网络发送请求的***用户，其中该通信网络可以包括，例如数字用户线路(DSL)、光纤同轴电缆混合网(HFC)、无线因特网或其它通信网络。可以将电缆调制解调器、DSL调制解调器或其它适当的接口设置在每个***用户的位置，从而提供用于向***用户的所述用户计算设备(UCD)所连接的***用户的局域网(LAN)发送多信号源的装置。该UCD从所述网关装置接收压缩数据，随后解码该压缩数据，并且通过可以被集成或可以未集成到UCD中的演示***将该解压缩信息呈现给***用户，从而向***用户提供所请求的娱乐服务。

图1是本发明的一个实施方案的功能结构的概要图。内容提供商10向该***提供内容，服务提供商20准备通过传输网络30向家庭网络40传输的内容，其中该内容随后被显示给用户。

图2说明了本发明的一个实施方案的***结构。该***包括：前端200，能够进行信号的收集和编码；传输网络210，能够将该信息从所述前端传输到用户；以及家庭网络220，使用户能够解码来自于所述前端的信号以便随后呈现给该用户。图3说明了所述前端的各种组件，包括***控制器310、视频点播(VOD)服务器320、计费***330、条件访问***(CAS)340以及编码/转码***350。该编码/转码***构成该压缩数据创建子***的一部分。图4说明了用于通过IP网络广播媒体的传输网络的各种组件，其中该传输***构成媒体流子***的一部份。图5说明了基于DSL的IP连接的家庭网络。该家庭网络说明了通过家庭路由器共享因特网连接的个人计算机(PC)和置顶盒(STB)，其中该个人计算机和置顶盒是用户计算设备的例子。

在一个实施方案中，本发明的压缩数据创建子***(CDCS)接收多种数据信号流，并使用动态编码器分配(DEA)将输入数据信号流转换为压缩数字数据。通过将数据动态地路由到较少活动的非专用硬件编码器可以改进***资源，而不是使专用硬件编码器用于特定数据流。例如，如果视频帧的序列是复杂的，可以将其划分并且路由到多硬件编码器，以明显降低压缩时间。更多的数据还可以被路由至较少活动的硬件编码器，其可能压缩了不太复杂的数据并且可自由接收更多数据。在一个实施方案中，由于大部分有严格容错率的商业应用典型地要求编码器的完全冗余，DEA要求每个专用解码器至少有一个备用解码器。

在一个实施方案中，本发明包括能将所传输的压缩数据解码并将信号输出到显示设备的置顶盒(STB)，诸如电视和/或音频接收机。该STB可以包括轮询/中断协议，其能够与包括数字信号处理器(DSP)和中央处理单元(CPU)的多处理器耦合实现在STB中进行IP通信。DSP和CPU的该耦合实现能够提高DSP的生产率，因为操作***和诸如因特网浏览器的其它应用可以位于CPU上。该耦合实现可以通过较大指令集、以及具有广泛的各种软件应用的更灵活的环境允许增加功能性而克服只具有DSP的许多限制。该置顶盒可以被连接到能提供访问网关的高速服务质量(QoS)使能通信网络。该轮询/中断协议能够使得在DSP和进程间通信/远程过程调用(IPC/RPC)堆栈之间进行独特通信。

在一个实施方案中，所有***组件和子***能够利用通过网络下载的软件重构驻留的操作***和应用软件。该能力使***运营商能通过网络将***组件和子***(包括置顶盒)升级到新的软件版本。在该实施方案中，由于STB和编码器软件都是可升级的，所以该***可以防止恶意的盒子连接到该网络。例如，在更新之前可以验证所有固件已升级，否则可能形成最终能够破坏整个网络的蠕虫或病毒。在一个实施方案中，该***能够使用一种帮助flash软件升级的验证和源鉴别的加密方法。网络上的每个STB都可以被监控，所以它们具有最新的固件。为了促使人们升级他们的STB，例如对于过滤掉升级请求的那些人，如果使用专有的编解码器，该***可以升级该编解码器的编码和解码，以便旧的固件版本将被变为非功能性。

在一个实施方案中，该媒体流子***能够通过实时转发压缩数字数据而响应***用户输入，其中该压缩数字数据表示从本身正在通过卫星、电缆或其它源接收节目数据的压缩数据创建子***(CDCS)接收的实时节目。替代地，MSS可以通过从诸如数据点播(DOD)服务器或视频点播(VOD)服务器的***存储单元检索所请求的数据文件并随后将其传输到该***用户来响应该***用户的输入。CDCS中的服务器可以管理用于数据输入流的数据创建。可以通过交换机将该实时数据引导到所述存储单元和MSS。在更复杂的***中，可以使用具有多个流媒体服务器和存储单元的多个交换机交换机。例如，这些交换机可以是光纤信道交换机。替代地，这些交换机可以是Ultra SCSI、Serial-ATA(SATA)、或SATA/II交换机。例如，小型计算机***接口(SCSI)是一组发展中ANSI标准电子接口，它允许个人计算机比以前接口更快、更灵活地与诸如硬盘驱动器、磁带驱动器、CD-ROM驱动器、打印机、以及扫描仪等***硬件进行通信。Serial-ATA是比并行ATA更快、灵活、可升级以及增强的代替物，SATA/II提供额外交换逻辑。所述媒体流子***可以通过从数据点播服务器或从压缩数据创建子***检索所请求的数据、基于预定的编解码器编码该数据、以及通过宽带通信信道将该编码数据传输到该***用户而管理用户请求。

压缩数据创建子***

所述压缩数据创建子***(CDCS)提供了一种用于接收多个数据信号流并将这些流转换为压缩数字数据以便随后存储在存储装置中或随后通过基于IP的宽带通信***传输到***用户的装置。

由CDCS接收的数据流可以包括诸如数字和模拟卫星信号源以及不播出(off-air)电视输入或本领域内的普通技术人员容易理解的其它源。适当的数字卫星接收机、模拟卫星接收机、解调器等能够接收该信号并且可以连接到CDCS的交叉连接层。例如，对于数字信号，可以通过数字视频广播异步串行接口(DVB-ASI)建立数字接收机和交叉连接层之间的连接，这样在设备之间提供了诸如MPEG-2流的简单传输和互相连接。该DVB-ASI信道可以具有分别以不同数据率传输MPEG单个节目传输流(SPTS)或多节目传输流(MPTS)的能力。例如，对于模拟信号，可以使用能够传输合成和分量数字视频的串行数字接口(SDI)建立接收机或解调器与交叉连接层之间的连接。该交叉连接层可以将多个信道转移到编码器子***。本领域的普通技术人员将理解的是，将CDCS的结构设计为可升级的，以便该***可以很容易承受任何输入数量的增加。

可以将来自于CDCS的信息流指向至少两个可能目的地。一个目的地可以是所述存储装置，其中可以存储该输入节目数据以备将来检索和使用。此外，可以将该输入数据指向所述网关装置并路由到请求诸如实时新闻广播的实时节目的***用户。替代地，可以由媒体流子***处理***用户所请求的以前存储的节目，这样可以帮助该请求通过与其或与所述存储装置相关联的数据点播(DOD)服务器。可以以时间效率高的方式处理和管理这样的请求，其中所述媒体流子***可以定位所请求的节目，检索这些节目以及将它们转发到所述网关装置以传输到所述请求***用户，从而使该***能“实时”播放该节目。

编码子***包括两个或多个能够使用预定压缩方案压缩数据的编码器。用于压缩该数据的编解码器和软件可以是完全可升级的，并且不硬连线到编码器芯片中。编码器元件管理器(EEM)，其可以是***控制器中单独的专用CPU，可以用于控制所述交叉连接层与所述编码芯片之间的数据流。编码器的输出可以是固定比特率或具有指定最大阈值的可变比特率，该最大阈值是由在任何给定时间使用的软件和编解码器所确定的。该编码器可以接收将要被编码的正常基带音频/视频，或将要使用***的相关编解码器转码的已经压缩的音频/视频流。编码器元件管理器可以给每个编码器分配唯一的单点传送或多点传送IP地址。所述编码器能够将数据传递到媒体流子***，该子***能够在将该信息传递到网关装置之前确定是否要存储该数据。在一个实施方案中，在存储以前，该编码数据可以被格式化成适于通过诸如因特网的宽带网络传输的基于IP的数据分组，其中媒体流子***可以将该数字化的、编码的以及格式化的基于IP的数据分组编入索引并存储在大容量存储单元中。

在本发明的一个实施方案中，压缩数据创建子***能够接收多种数据信号流并使用动态编码器分配(DEA)将输入数据信号流转换为压缩数字数据。通过将数据动态地路由到较少活动的非专用硬件编码器可以改进***数据源，而不是使专用硬件编码器用于特定数据流。例如，如果视频帧的序列是非常复杂的，则可以将其划分并且路由到多硬件编码器，以明显降低压缩时间。更多的数据还可以被路由至较少活动的硬件编码器，该硬件编码器可能压缩了不太复杂的数据并且可以自由接收更多数据。在一个实施方案中，由于大部分有严格容错率的商业应用典型地要求编码器的完全冗余，为每个专用解码器提供了至少一个备用解码器。

为了进一步输送(pipeline)编码处理，在一个实施方案中，每个硬件编码器可以包括多个与中央处理单元(CPU)连接的数字信号处理器(DSP)。在CPU上运行的主应用可以管理原始视频单元的流程。在一个实施方案中，视频单元由持续时间为1秒的视频组成。每个DSP可以负责将一视频单元编码，并将压缩结果发送回主应用；其中所编码的视频单元依次被分类、缠绕在***流中，然后被传输到媒体流服务器。主应用能够监控与它连接的DSP并且能够通过首先将数据单元动态地路由到将变为空闲的DSP来改进***资源，从而输送该编码处理。此外，如果一个DSP出现问题，EEM能够确保将不使用该损害的DSP，从而能“从容的”失败。该处理可以是可升级的解决方案，因为可以向所述硬件编码器增加更多DSP以提高编码多个数据信号的整体速度。当来自将要被编码信号的数据更复杂时，例如当编码分辨率非常高的视频信号时，可以向该***增加更多DSP以容纳该信号。

在一个实施方案中，每个DSP可以独立地具有分别使用复杂性节流阀(complexity throttle)和比特率节流阀(bitrate throttle)基于编码统计调整编码复杂性和比特率的能力。为了保证全部帧频编码，可以基于单元的持续时间、原始帧频和***中DSP编码的数量分配给DSP某一编码视频单元的时间段。当编码视频单元时，DSP可以使用诸如线性函数的函数来调整处理的复杂性为较快的效率较低的模式或恢复为原始高效率的模式。由于简化了编码，比特率将很可能增加。DSP也可以监控编码处理的比特率，并确保比特率决不超过主应用所设置的阈值，其中这被称为比特率节流阀。因此，由于选择了不太复杂的模式，该比特率节流阀将迫使编解码器降低质量，因而使该内容易于编码。复杂性节流阀和比特率节流阀(CTBT)具有共生关系，以确保该片断(clip)的比特率和复杂性决不会降低到可接收级别以下。硬件编码器结合DEA和CTBT，能够无缝支持比原始设计更复杂的信号的编码。在一个实施方案中，编码器盒中的每个DSP都可能被分配电视信道，由此CTBT就作用为类似StatMUX，共享每个VBR信道的全部比特率。

该编码器能够将状态数据发送回所述编码器元件管理器，其可以是分离的CPU，专用于供应硬件编码器、监控硬件编码器故障、评估单个硬件编码器的活动以及管理它们之间的数据流程。具体地，如果一个硬件编码器有问题，则可以通过使用编码器元件管理器将数据转移到其它硬件编码器或备份硬件编码器，从而最小化信号干扰。

对于编码处理，可以使用编解码器(“编码和解码”的简称)创建视频/电视信号的数字格式。当通过编解码器发送模拟视频信号时，该信号被编码(转码)成数字格式。例如，在数字视频信号中，每帧大小大约是2.5Mbit，基于每秒30帧以限制或消除可见闪烁，其大小与大约每秒75Mbit(Mbps)比特率相对应。因此，也可以设计编解码器压缩信号以使视频流比特率较低。数字信号的质量取决于所使用的编解码器。例如，用于DVD的MPEG-2是一种有损耗的编解码器，数据被丢弃并且编码之后决不可能检索到原始未解压缩的信号。该编解码器去除尽可能多的冗余信息，诸如减少描述运动(motion)的冗余数据。为了维持信号的高质量，必须维持高比特率。替代地，HuffYUV是无损编解码器，其压缩视频数据而不降低任何质量。然而，HuffYUV仅仅能获得大约2∶1至3∶1的压缩。

通常，编解码器通过使用所选择的压缩/解压缩方案试图降低比特率。它们都使用通常被称为“关键帧”或“帧内帧(intra frames)”(I-帧)和“内部帧(inter frames)”，其通常包括“预测帧(predictiveframes)”(P-帧)和“双向预测帧(bi-directional frames)”(B-帧)。I-帧是包含生成完整图片的所有数据的帧。为了显示，P-帧和B帧都取决于I-帧。P-帧是由以前的帧(可以是另一个P-帧、I-帧或B-帧)所形成的帧，并且它们只存储两帧之间的变化。B-帧与P-帧类似，除了它们可以由未来的帧而不是以前的帧形成，或以前的帧与未来的帧的结合而形成。典型地，由两帧形成的B-帧在文件大小上与P-帧相比可以提供实质的改进。由于B-帧取决于“未来”帧，所以在编码直播视频时通常不使用它们。

为了降低比特率，编解码器典型地通过发送包含所有图像数据的I-帧而开始，然后发送内部帧，通常是P-帧。内部帧只包括自I-帧以来所包括的图像数据中的变化。因此，数字视频流以I-帧开始，然后可以诸如只包含P-帧，一直到发送下一个I-帧。第一I-帧包含用于特定图像的所有数据。此后，所述流可以包括多个P-帧，每一个P-帧都包括反映了自I-帧以来图像中变化的数据。当该图像已经改变了一定量时，可以提供另一个I-帧以包含所改变图像的所有图像数据。

例如，两帧每一帧可以各自包括图像的所有图像数据(200Kb)。然后确定两帧之间的差别以便以50Kb创建P-帧。通过只发送从一帧到另一帧的变化，可以显著降低传输该视频流所需的比特率。通过最小化数据流中的I-帧的数目，可以进一步降低该比特率。存在两个主要步骤用于决定提供视频流中的I-帧的频率，即，i)可以指定特定间隔(例如，每30帧是一个I-帧)；以及ii)可以使用原始I-帧，其中算法可以计算从一帧到另一帧的差别并且决定是否需要I-帧。原始I-帧经常出现在图像完全改变时，例如，当从一个照相机转换到另一照相机或电影中场景变化时。

由于只有I-帧包含图像的所有图像数据，所以从第一数字视频输入流转换到第二数字视频输入流时典型地必须在第二视频流的I-帧上进行。在本发明的一个实施方案中，提供了可以在低于1秒内可用的I-帧，以便无论何时要求都可以基本完成所述转换。

在稍微复杂些的***中，每个视频流可以具有与仅有I-帧的信道相连的“原始I-帧”编码器。当用户请求信道变化时，UCD可以连接到I-帧信道，解码该帧，然后连接“原始I-帧”信道。如果I-帧是P-帧的无损编码，那么将没有可见伪迹；然而，如果I-帧是P-帧的有损编码，典型地将被忽略的差别将被传播到发生下一个原始I帧。该***将使瞬态信道改变，并且与每单元间隔具有固定I-帧相比将提供更好的压缩结果。为了防止快速信道改变中的带宽超载，如果所有I-帧信道是同步的并且每秒只有1或2帧，以便I-帧信道实质上将决不会超过该***的阈值比特率，那么将是非常有利的。

媒体流子***

媒体流子***提供了一种用于接收压缩数字信息流并将其转发给***用户的装置，其中可以基于***用户请求特定的压缩数字信息而执行这些动作。

媒体流子***从压缩数据创建子***接收编码的流程序数据。该流节目数据可以被分组并准备通过该媒体流子***传输。在一个替代实施方案中，可以通过压缩数据创建子***执行编码信号的IP分组。该数据文件可以被索引并被存储在存储设备中，由此可用于快速检索。该媒体流子***可以从***用户输入的选择接收特定文件的请求。该媒体流子***可以从存储设备或从压缩数据创建子***中检索所请求的数据，并且将该文件发送给网关装置，用于传输给***用户。

媒体流子***可以以高效率的方式检索对应于***用户所请求的节目的数据分组。在本发明的一个实施方案中，该***用户可以位于该网络内的任何一个地方，并且可以使用宽带使能的任何访问设备访问数据。媒体流子***可以通过例如Ultra SCSI/光纤信道I/O模块与其它需要的模块通信。

对于按照***用户的请求改变压缩数据输入，媒体流子***可以通过每秒编码至少一个I-帧确保每个***用户在信道/流变化之间的等待时间最大是一秒。例如，当***用户转换到一新信道时，该新输入可以在一秒内被显示。

举例来说，假定存在100个视频输入流，并且当前其中一个正被广播到特定***用户。其它99个流也正由该***编码，每一个流的I-帧每秒至少发生一次。当***用户从一个流转换到另一流时，在另一个I-帧可以被显示给该***用户之前，将有视频数据的最大一秒的延迟。

在一个可选实施方案中，对于按照***用户的请求改变压缩数据输入，媒体流子***可以包括多个用于暂时存储来自于视频源的输入流的缓冲器。该输入流包括I-帧和多个P-帧。可以缓冲来自于I-帧的数据。许多其它缓冲器位置可以分别存储来自于相同I-帧的I-帧数据，以及另外存储来自于相应连续P-帧的P-帧数据。因此，每个缓冲器位置包含特定图像帧的所有数据(I-帧数据本身或将所有变化附加或结合到该I-帧的最近的I-帧的数据)。通过使用缓冲器，在任何时间时都可以实现从一个视频流到另一个视频流的转换，而不是仅在实际输入视频流的I-帧时刻。因此，在基本没有损害数据质量的情况下可以完成转换。特别地，当操作者从另一个输入流的源转换到视频流时，第一帧可以来自于缓冲器，所有后续帧可以来自于该源的实际输入视频流。因为每一缓冲帧包含最近I-帧和任何变化，因此在任何时间可以进行转换并且不必等待下一个I-帧。

作为上述用于提供信道变化之间的低等待时间的可选实施方案的一例，假定有四个视频输入流，并且其中一个将要被广播给观众。其它三个被缓冲并被实时更新。取得来自于每个“等待”视频流的第一I-帧，对于各个流，正输入到流中的每个比特都与缓冲器中的比特比较。如果相同(即，没有变化)，则被放弃。如果与缓冲帧中的比特不同，则原来的比特被替换为新的比特。因此，总是有更新的帧备用于转换。在转换的时刻，使缓冲帧成为已转换视频流的第一帧，并且其余帧是来自于实际输入视频流。

媒体流子***包括至少一个将CDCS连接到MSS的交换机。对本领域的技术人员来说显而易见的是，该交换机可以是光交换机，或替代地，可以使用以太网交换机、Ultra SCSI交换机、或SATAI/II交换机。该交换机可以帮助选择以及在CDCS、多存储单元、以及媒体流子***之间的通信。***控制器可以管理包括在MSS中的一个或多个多媒体流服务器和一个或多个存储设备的交互操作。此外，网站服务器子***可以通过网站将界面呈现给用户。本领域的普通技术人员将理解的是，网站服务器子***和***控制器可以位于同一物理单元上或可以分布在几个服务器上。可以通过网站服务器子***接收用户输入，并且通过媒体流子***处理以检索***用户所请求的各种数据文件，并且将它们传给网关装置以转发给正在请求的***用户。

存储装置

该***包括用于存储所选择的压缩数字数据并且允许检索所存储的压缩数字数据的存储装置。该存储装置可以包括配置为存储来自编码数据流的大量数据的多个存储设备。对本领域的普通人员来说显而易见的是存储单元的大小取决于需要存储在给定***上的文件的数量。例如，该存储装置可以包括大容量硬盘驱动(HDD)的RAID阵列。所需要的存储容量的数量是与待存储的数据的数量成正比的。例如，可以使用11太比特(Terabyte)的存储容量来存储一周每天24小时的标准定义的50个信道的MPEG-2视频节目。替代地，例如，高清电视(HDTV)将典型地需要至少四倍的数据存储。

存储装置也可以包含一个或多个数据点播(DOD)服务器，以传递诸如视频点播、音频点播、电视点播等内容。在一个实施方案中，DOD服务器以固定比特率从硬盘或硬盘阵列传递比特流。DOD服务器可以确保一旦接受流请求，则以特定比特率传递该流，直到该流结束或给予该服务器诸如停止、倒带、快进等另一个命令。

在本发明的一个实施方案中，可以将为特定地理区域生成的一周电视节目存储在该存储装置中。本领域的普通技术人员应该了解的是，该CDCS和存储装置的设计是可升级的，以允许更大存储容量和该***中的更多传输量。

所传递的数据流可以是独立的，因为它们可以独立地分别停止和开始。此外，这些传递的比特流可以分别包括不同的内容(即，每一个是不同的电影)或多个传递的流可以来自于同一内容流，诸如包含来自于同一电影的视频数据的多个视频流。此外，来自于同一内容的数据流不必同步化，以便不止一名观众可以同时观看同一电影，尽管一个用户与其他用户在不同的时间开始观看电影。

通常有两种模式用于DOD服务器***。一个是“拖”模式，在这一模式中***用户可以从DOD服务器请求信息，然后DOD服务器响应这些请求。在这样的“拖”类型***中，存在固有地呈现控制，以确保即使在比特错误的情况下还可以准时并以适当顺序接收数据，因为接收设备可以重新请求信息或将请求一直保留到先前的请求被正确接收。例如，该“拖”模式可以使用实时传输协议(RTP)或实时流协议(RTSP)支持IP单点传送(Unicast)环境。

用于DOD服务器的另一模式是“推”模式，在这一模式中DOD服务器不使用动态流控制或错误恢复协议而将视频流“推”出。在流传递的这个“推”模式中，服务器从硬盘阵列传递数据流。DOD服务器的请求客户端必须假定一旦接受一流请求，则传递该流，直到该流结束或服务器被告知停止。例如，该“推”模式可以使用RTP或RTSP支持IP多点传送(Multicast)环境。

当该***能够有推和拖两种模式时，典型地使用拖模式，以向用户提供诸如倒带、快进、片断/场景变化、暂停等更多功能。当提供商希望限制这样的功能时典型地使用推模式。

用户计算设备(UCD)

该***进一步包括一个或多个用户计算设备(UCD)，该用户计算设备连接到宽带通信网络，用于接收所选择的压缩数字数据流和随后解压缩这些流并将它们呈现给***用户。该UCD能够解码该压缩数据并可视和/或可听地输出该信息或将解码信号发送给诸如电视和/或音频接收机或扬声器等的另一个设备。该UCD也可以能够收集信道信息，显示电子节目导航，并且可以用于改变信道。该UCD可以提供与其它基于IP的服务完全无缝集成，例如，诸如网上冲浪、在因特网上传输话音(VoIP)、IP视频电话、即时消息、以及电子商务。在一个实施方案中，UCD可以发布因特网组管理协议(IGMP)加入和离开消息以及可以向媒体流子***和/或***控制器发送成员报告。当***用户改变信道时，该UCD可以通知该***不需要原来的多点传输流并需要加入新的组。然后它接收新的流，解码该流，并且输出该信号或将该解码信号发送给另一个输出设备。该UCD可以是固件或可升级的软件，以允许编解码器、GUI以及UCD或***上其它应用的无缝修改。此外，可以允许某些UCD存储内容，例如为了时移目的而记录广播电视的多个信号；典型地被称为数字记录设备(DVR)。根据本发明该***通过使用UCD中的硬盘可以包括DVR能力。由于该***可以使用低比特率视频编解码器，该DVR功能可以不要求信号编码，仅仅将流捕获到硬盘。由于信号典型地是被加密的，所以可以保护每个DVR数字输入。对于ADSL部署，可以捕获的流的数量取决于UCD的可用带宽。例如，在大多数情况下，可用带宽可以帮助每个DSL线路记录3-4个视频信道。例如在有线***中，整个多点传输的带宽对于每个UCD都可能是可用的，从而使硬盘或以太网连接将可记录数字输入限制在例如30至500之间的视频信道。

在UCD，专用于诸如音频和视频数据的数据节目的所有节目时段上的有效载荷数据可以被解压缩恢复其原始分辨率，除去由于压缩导致的任何损失，并且被转换成适于输出的信号格式，诸如电视、计算机监视器或其它显示设备。例如，如果显示设备是NTSC、PAL或SECAM电视的电视，就产生诸如调制在RF信道3或4上的NTSC信号的适当模拟信号格式。如果该UCD被连接到旁路调谐器的电视的视频或S-视频和音频输入，该视频和音频数据可以被转换为模拟合成视频和音频信号。如果该电视符合高清或数字标准，则可以从DV-I，1394或任何其它适当的数字接口发送该视频和音频数据。置顶盒(STB)或其它UCD也可以通过诸如S/PDIF的标准接口输出数字音频信号。在某些实施方案中，每个STB可以具有诸如无线键盘或远程控制的无线输入单元。举例来说，如果使用了智能遥控或键盘则可以提供额外功能。这些智能遥控的每一个都可以具有双向无线频率或到STB或其它UCD的红外连接，并且这些遥控的每一个可以在其上具有微型显示器，通过它可以将与节目相关联的数字数据与显示在电视上的数据同步或不同步显示。消息可以只被显示在遥控上的微型显示器上，或显示在遥控上的显示器和电视或其它输出设备上。

在一个实施方案中，本发明包括置顶盒(STB)，该置顶盒能够将所传输的压缩数据解码并将信号输出到诸如电视和/或音频接收机的显示设备。该STB可以包括轮询/中断协议，其在STB中能与数字信号处理器(SSP)和中央处理单元(CPU)的多处理器耦合实现进行IP通信。DSP和CPU的该耦合实现能够提供增加DSP的生产率，因为操作***和诸如因特网浏览器的其它应用可以位于CPU上。该耦合实现可以通过较大指令集以及有广泛的各种软件应用的更灵活环境允许增加的功能，而克服只具有DSP的许多限制。该置顶盒可以被连接到能提供访问网关的高速、服务质量(QoS)的使能通信网络。该轮询/中断协议使得能够在DSP和进程间通信/远程过程调用(IPC/RPC)堆栈之间进行独特通信。

该STB可以解码从网关拖来的音频/视频流，从该流解析出节目和多媒体信息，并生成图片覆盖图，以显示该节目和多媒体信息，其可以是分层在视频流上。此外，位于STB上的所有软件和编解码器信息可以是完全可升级的，并且不硬连线到电路板中。该STB可以提供与其它例如网上冲浪、在因特网上传输话音(VoIP)、IP视频电话、即时消息、电子商务等基于IP的服务的无缝集成。该STB也可以连接到家庭计算机网络，所述的家庭计算机网络可以提供诸如应用、图片、音频、以及视频交互的扩展媒体服务。家庭计算机也可以在期望将计算机作为UCD的那些情况下运行整个STB软件。

该STB CPU可以通过轮询/中断协议与DSP通信。在一个实施方案中，本发明使用RPC/IPC作为基本通信层，在该基本通信层上的下列分段在主CPU和多媒体DSP之间通信；即视频、音频、图片、以及编解码器API。视频API负责获取视频显示缓冲并添加到显示队列。类似地，音频API负责获取音频缓冲并添加到输出队列。图片API负责呈现画中画(PIP)、电子节目导航(EPG)或视频信号上的任何其它图像数据。最后，编解码器API处于视频和音频编解码器通信，以与编码/解码多媒体数据的地方。

在本发明的一个实施方案中，图6说明了表示STB的每个芯片组件的各种功能的置顶盒。IXP 600是负责用户交互、图片接口和输入的通用处理器(CPU)。BSP 610是负责视频解码和输出的专用多媒体DSP处理器。图7说明了根据本发明的一个实施方案的IPX、通用处理器和BSP、多媒体处理器的软件功能。图6和图7说明了，BSP 610负责视频解码和信号显示，而IXP 600确保音频和视频是同步的。IXP还负责用户接口、用户交互和信道选择。在一个实施方案中，为了允许信道通过，BSP可以具有RF调节器。

在一个实施方案中，当使用STB时，STB在起动时可以初始化配置并配置其硬件和软件***。一旦初始化，该STB可以通过电视显示允许用户选择节目和服务的初始图形用户界面(GUI)。可以自动地加载用户认证，并且在完成用户认证之后，该STB可以显示***的主GUI页。***用户可以选择诸如新闻、体育或电影等期望的节目分类。***用户可以输入特定子分类内的选择，诸如体育的概括分类下的足球子分类。***用户也可以使用电视遥控设备，以操纵显示在电视机上的虚拟键盘并输入其选择。***用户可以确认其对特定节目的选择而选择并激活所选择的节目。***用户可以选择应用于正显示在电视机上的节目的各种功能，诸如暂停、倒带、或快进等。***用户可以通过使用诸如电视遥控或无线键盘的输入设备选择特定功能，通过从屏幕视控***(OSD)操纵和选择期望功能来选择可用的特定功能。***用户可以通过选择停止功能或GUI的标题栏上的返回(home)图标而终止特定节目的显示。停止/返回按钮的选择可以允许***用户返回到可以输入新分类、子分类和节目选择的上一个GUI。对本领域内的普通技术人员来说显而易见的是，可以使用其它GUI和节目选择装置实现节目选择功能。

在一个实施方案中，该GUI可以允许***用户通过直观简明的节目显示界面操纵而选择其期望的节目和功能。例如，***用户可以在第一步从可用频道列表中选择期望的频道。该GUI打开多个新窗口，显示在给定时间段通过该频道播放的可用节目的选择。对本领域的普通技术人员显而易见的是，可以通过用户服务级别协议定制GUI并且访问特定节目可以被限制。这可以通过不显示访问被限制的节目和频道或不允许选择这样的节目和频道来实现。特定节目或频道的选择也可以是被***用户故意限制的，例如父母控制(parental control)。

每个客户端是可以允许来自于除了诸如DSL线路或电缆调制解调器的单个宽带数据源之外的其它数据源的信号和数据被提供给通过LAN连接到网关的***设备。典型的网关可以有卫星收发器、电缆调制解调器、DSL调制解调器、公共服务电话网络的接口和用于普通电视天线的调谐器。所有这些电路可以通过IP分组和路由处理以及一个或更多个网络接口卡而被连接到一个或多个局域网。

***控制器

***控制器可以提供对该***提供的***组件和服务的管理和控制。该***控制器可以被设计，以便所有独立的过程能够在同一硬件上运行或在***负载增加时被移动到不同的硬件上。然而，典型地，可以有许多个各自执行特定功能的分离的组件。该***控制器可以包括编码器元件管理器(EEM)、数据点播元件管理器(DOD-EM)、置顶盒元件管理器(STB-EM)、网络元件管理器(NEM)、数字视频广播服务信息(DVB-SI)、计费***(BS)接口、电子节目导航(EPG)服务器、条件接入***(CAS)以及主控制应用。容易理解地是，取决于***控制器的设计，许多任务可以通过一个特定设备或管理器而被执行。

编码器元件管理器(EEM)可以提供编码器的供应和状态。它也可以配置交叉连接层和交换机/路由器，以允许适当的源匹配期望的服务。它也可以处理编码器的冗余或回控。如果编码器变为不工作的或需要离线，则EEM可以带来新的编码器在线，以取代失效的编码器。EEM的功能可以包括诸如开始和停止捕获这样的任务，诸如平滑交换或在硬连接频道失效时从一个频道转换到另一频道的频道管理发布以及其它这样的管理发布。此外，EEM可以执行诸如打开或关闭频道、或控制编码处理的格式、分辨率和速度这样的功能。在一个实施方案中，该EEM可以是分离的专用CPU。

数据点播元件管理器(DOD-EM)可以提供数据点播服务器的供应和状态。它可以监控内容，并且帮助DOD服务器和***中的其它元件之间的通信。

置顶盒元件管理器(STB-EM)可以包括网络中的所有STB的数据库，并且在一个实施方案中，STB-EM数据库可以包括UserID、IP/MAC地址、序列号并且可以包括每个STB被授权接收的所有服务。STB-EM也可以向每个STB提供初始配置信息。STB-EM能够通过用户管理***与EPG服务器、CAS以及还有VOD服务器进行通信，从而使其能向该STB提供有效数据。可以通过能够允许I P/MAC地址访问该***上的内容的STB-EM来控制CAS接口。STB-EM也可以包括能够控制应用、软件和维护STB的分离的STB服务器。该STB服务器可以与STB交互，以更新STB上的编解码器的固件和/或软件，以及向STB上的所有软件提供补丁和修改，包括***用户可以访问该***的图形用户界面(GUI)。此外，STB服务器可以包括网站服务器和***用户的个性化用户界面，其可以被STB访问。使用这样的界面，***用户可以访问通过该***所提供的多个动态和/或个性化服务。

网络元件管理器(NEM)可以提供诸如路由器、交换机等的所有网络设备的供应和状态。可以在NEM上为所有网络元件的状态维持数据库，以有助于容错率和错误隔离。NEM可以提供诸如带宽、IP地址、连接等网络资源的分配。

通过***控制器也可以提供***信息和通告服务。使用数字视频广播服务信息(DVB-SI)标准，与服务相关的元数据可以伴随广播信号并可以帮助UCD和***用户导航通过所提供服务的阵列。可以通过***控制器生成DVB-SI，以使UCD能理解如何定位并访问网络上的服务。

计费***接口也可以位于***控制器上，以与外部计费***连接。可以基于通用计费接口规范进行交易。计费***接口可以从***控制器的不同组件分发和收集交易信息。

电子节目导航(EPG)服务器可以作为导航信息提供商和***信息生成处理之间的桥梁。该EPG服务器可以周期性地从服务提供商收集导航信息。该信息可以被分组并映射到局域网中定义的实际信道线上。一旦该信息被分组到特定网络，该数据可以被传输到***信息生成器以***网络中。该EPG可以被连接到CAS接口和BS接口，以基于每个***用户的服务级别提供定制的EPG数据。

条件接收***(CAS)可以提供该***所提供的服务的加密。该CAS可以提供授权管理信息(EMM)和授权控制信息(ECM)，以控制访问该服务。该EMM可以以特定解码器或用户设备为目标，而该ECM可以以特定节目或服务为目标。EMM可以提供关于用户和用户状态的普通信息，并且可以与ECM一起被发送。该ECM可以是可以包括用于解密传输节目的密钥的数据单元。该CAS能够防止有人加入到其没有付费的广播流中。即使有人能加入到广播流，媒体加密程序(DRM)也可以使这些流对于没有付费的人是不可用的。

主控制应用可以负责控制网络中的服务。该主控制应用可以维持服务定义的数据库，该数据库可以是基于通过BS接口提供的信息。该服务定义可以用作产生***信息和确定要求CAS的服务的基础。该主控制应用可以提供用于控制和监控整个***的用户接口。该用户接口可以显示该元件和网络元件的连接性的图形表示，以及提供报警指示和事件日志的监控。

在本发明的一个实施方案中，图8说明了整个***组件和集成在***控制器中的组件之间的交互连接性。图8说明了与本发明的该实施方案相关联的不同模块的通信流和相互作用，其中该附图着重与IP广播视频前端相关联的通信流。特别地，基本上存在基于用户的***的两个共生功能，即传递期望的信息和计费***，其中可以通过条件接入***(CAS)连接这两个功能。该CAS作为在例如视频流、EPG的数据和计费***之间的层，典型的结果是数据流被引导通过该CAS。

在本发明的一个实施方案中，用户管理***(SMS)可以是计费***的子组件，并且可以跟踪***用户和他们在该***中的ID。当主控制应用通过SMS/计费***例示了对该***上的个体供应信息的改变，则可以向CAS、EPG以及VOD服务器传输通信，以更新该特定***用户的访问权限。

网关装置

该***可以包括用于从媒体流子***接收压缩数字数据并准备通过宽带通信网络向发送请求的***用户传输该数据的网关装置。宽带通信网络所提供的宽带频率可以允许数据的复用，该数据可能是在该带宽内并发地在许多不同频率或信道上传输的。宽带通信可以允许在给定的时间内更多数据的传输，从而提供高数据传输率。宽带通信信道的实际宽带因技术不同而不同。网关装置允许用于传递视频/声音/数据统一服务的各种远程通信服务的无缝集成。网关装置可以被设计，以完成线速IP路由和向现有普通特定服务网络与接入网络提供用于多个电信服务和连接的单一服务接入点。

在一个实施方案中，传送宽带通信的主干网可以是基于快速以太网结构。替代地，宽带网络服务可以是基于非对称数字用户线(ADSL)***或光纤同轴电缆混合网(HFC)。

网关装置可以包括核心网和接入网两者。该核心网可以是IP或基于以太网两者，可以支持很高带宽，并且可以升级。该核心网可以是在边缘上用高端光纤传输***支持因特网组管理协议(IGMP)的以太网路由器的主干网。IGMP可以提供多点传送的标准，并且可以用于建立单一网络上的特定多点传送组中的主机关系。该协议的机制可以允许主机使用主机成员报告通知其本地的路由器，所述主机想接收编址到特定的多点传送组的消息。该核心网可以通过三/四层交换机或路由器连接到接入网。可以使用宽带交换机、桥接器或集线器以控制并将通过宽带连接的传输细分到更小带宽信道中。例如，2GB宽带信道可以被细分到24个或任何其它数量的10或100Mbit/s的以太网连接。内容创建和处理单元的数据存储和处理能力使该***能提供时移电视服务，其中N个频道的节目可点播给用户，不管这些频道是否在网络内。交换机可以从高容量主干网向较低容量的接入网分配传输。该交换机可以有效地转换，并且支持高服务质量(QoS)。

接入网可以是用于提供宽带访问客户端的带宽的许多普通技术之一。这可以包括光纤同轴电缆混合网(HFC)、数字用户线(DSL)、诸如宽带ISDN的综合服务数字网(ISDN)、无线等。在一个实施方案中，可以使用DSL接入复用器(DSLAM)将IP网络桥接到延伸到用户家中的铜线。该DSLAM可以支持IGMP和QoS，以支持该***的视频和高速数据服务。该DSLAM可以通过吉比特(Gigabit)以太网、经过同步光纤网络(SONET)的DS3(T-3载波)以太网、或类似以太网连接到边缘交换机。DSLAM可以通过IGMP将期望的多点传送流传输给适当的用户。多点传送传输典型地可以只发送给请求成为特定多点传送组的成员的端口。该DSLAM可以监控从每个UCD发送的IGMP消息，并且可以只在必要时将这些消息转发到边缘路由器。它可以转发所有查询、加入报告和成员报告，并且可以只在需要时转发留言。该DSLAM可以跟踪每个端口的成员，并且可以只向在特定组中的请求成员的那些端口转发多点传输。

接入网可以连接到包括多个PC、STB以及其它用户计算设备的家庭网络。在一个实施方案中，DSL调制解调器可以作为向DSLAM转发所有请求以及将来自于该DSLAM的数据转发回该UCD的桥接器。调制解调器上的以太网端口可以是完全双向的，从而数据上载将不干扰下行多点传送传输。调制解调器可以被连接到以太网转化器/路由器，其将允许每个UCD有它自己的连接。

在一个实施方案中，宽带因特网接入IP分组可以通过网关或电缆/DSL调制解调器被封装到以太网分组中并且被编址到用户计算设备。UCD的网络接口卡可以接收以太网分组，去掉以太网标题，并且通过IP协议堆栈将IP分组传给请求它们的应用。如果应用将IP分组发送回因特网，则该分组在应用中被生成并被发送到网络接口卡(NIC)。该NIC将它们封装到以太网分组中并将它们传输到电缆/DSL或其它调制解调器。然后该调制解调器得到这些分组，并通过网关装置将它们传输给媒体流子***。例如，如果该调制解调器是电缆调制解调器并且上行数据路径是光纤同轴电缆混合网，则该IP分组可以被分解并被交错、格形(trellis)编码、码分多址到任何分配给电缆调制解调器的逻辑信道、以及QAM调制到用于从下行数据频分多址上行数据的RF载波。媒体流子***可以接收从电缆调制解调器接收上行信号，并且以常规方式恢复IP分组，并将通过数据路径输出到因特网的IP分组路由到连接在因特网上的服务器或路由器。

电话可以类似地工作。网关装置典型地连接到公知的T3接口电路，该T3接口电路负责从分配给特定会话的T3时间槽收集字节并将它们分组到编址到例如特定UCD的IP分组中。这些IP分组可以从分组流挑选出来并被输出到专用于信道和节目槽的输出流中，然后被传输到下行流，所述的信道和节目槽被分配给特定的会话。这些IP分组被调制解调器恢复和被封装到在该调制解调器上的以太网或其它LAN分组中，然后被传输给指定的UCD。UCD生成的用于传输回媒体流子***的信号将沿着相反事件序列，所述事件使用常规用于上行路径的复用和调制的任何形式。如果上行数据路径被用于上行和下行数据的客户端共享，则可以使用诸如SCDMA、CDMA、FDMA或TDMA的上行多址的某种形式从各客户分离该上行数据。此外，上行数据典型地必须被复用，以使其与下行数据保持分离。典型地，FDMA被用于这个目的，但是也可以使用其它形式的复用。如果下行和上行数据路径是DSL线路，则可能不需要使用复用从不同客户分离该数据，因为每个客户有他们自己的DSL线路，也可以使用常规的DSL复用分离上行和下行数据。

网关装置中的DSL调制解调器可以专用于每个到***用户的DSL线路。网关装置上的每个DSL调制解调器可以具有常规的结构。网关装置和***用户端的每个DSL调制解调器可以运行以发送和接收三个信道上的信息：用于普通老式电话服务(POTS)的独立模拟信道；基于T1标准的增量为1.536Mbp8至6.144Mbps的高速宽带下行信道，例如本文所指的宽带信道；以及增量为64Kbps至640Kbps的双向信道，例如本文所指的双向信道，其可以传送请求和上行数据。DSL在Horak& Miller，Communication Systems and NetWork，Voice，Data andBroadband Technologies(1997)M&T Books，Foster City，California中被描述。

该***能够传送在NTSC视频信号的垂直回扫期(VBI)的线21上发现的字幕数据。该编码器可以解析出VBI和扩展发布***(EAS)信息，并将其与时间戳信息一起发送给广播流。该数据可以被重新***到UCD的输出中。例如，如果该UCD是STB，则该STB可以捕获该数据，并将其发送到图形输出芯片，以用于电视的普通方式呈现。数据的格式可以符合CEA-608-B。该***可以能够利用除字幕数据之外的其它VBI数据，诸如通过北美广播图文电视***(NABTS)和公知为AMOL的Neilson rating服务数据。

该***可以能够支持对UCD上的所有模拟和数字输出的标准版权保护。该能力可以使该***能限制用户复制输出。此外，该***在编码处理时能够加密和/或扰频(scramble)所有内容。

该***能够支持FCC需要的应急警报***。

该***能够提供备份或冗余组件或所有压缩数据子***、媒体流子***和网关装置中的子***。可以以自动和手动控制两种方式转换到备份***。可以使用手动控制以提供组件与子***的维护和修复。

该***能够通过授予条件接收***预授权的***用户访问权，以在特定时间间隔期间解密或解扰频视频/音频节目而提供付费播放服务。此外，该***可以通过向通过UCD请求授权的***用户授予访问权，以解密或解扰频视频/音频节目而提供脉冲付费播放服务。该脉冲付费播放服务也可以以通过CAS授权为条件。这两种付费播放服务都只有在事件活动期间的指定时间间隔中在整个网络中被连续传输或流动。该付费播放服务可以与诸如由***用户请求数据、该数据只发送给该***用户而不在整个网络广播的DOD服务形成对比。

该***能够传递非加密或只加密音频的节目，如果是加密的就只将访问限制在通过CAS预授权的那些用户。该服务可以使用“推”模式，例如使用IP多点传送的RTP，而在整个网络中被连续传输或流动。该服务可以附有提供关于当前音频节目的信息的数据，如以某个时间间隔更新的标题跟踪的数据或静态图像。

该***能够为需要第二语言的音频的视频/音频节目传递多种视频流。

信道切换装置

在一个实施方案中，对广播在IP上传输的媒体技术方案的要求是能处理***用户快速搜索(surf)信道时的大量信道变化或切换。由于信道改变实际发生在网络中，可能存在时间延长和性能问题，可能导致信道改变使用户经历太长时间。典型的UCD可以在小于一秒的时间内改变信道并显示视频。在非常大的网络中，会有非常多的用户向该网络发送信道改变请求，边缘交换器可能变为超载，从而导致信道改变超过一秒的界限。而且，每个信道改变时间取决于该网络中的负载。如果负载较高并且交换器已加载，则信道改变可能较长，而如果网络加载较少，则信道改变时间可能较短。为了提供典型的***用户经历，典型地将网络组件、负载、以及转变时间设计为允许信道改变时间小于一秒。该UCD可以使用IGMP加入/离开消息，以连接或变化信道。交换器可将所有IGMP消息缠绕到该流中，从而该DSLAM可以为该UCD执行流加入/离开。典型地仅仅使该DSLAM知道每个信道改变请求，从而例如中央事务设备不会充满信道改变请求。非订购UCD可以连接到在供应信息中不允许的信号也是可能的；然而，该信号将没有CAS任务中的解密密钥，从而使该被盗信号不可用。

实例：视频编码***

图9说明了根据本发明的一个实施方案的视频编码***或编码/转码***的节目流程控制。该视频编码***包括多个基于DSP的单元910，每一个单元可以由DSP管理线程901启动、初始化和控制，所述的DSP管理线程可以创建和控制一个或多个实时视频编码器903，所述的实时视频编码器可以创建和控制一个或多个DSP编码器905，所述的DSP编码器可以为每个基于DSP的单元控制编码。实时视频编码器可以控制每个可以实时编码视频的基于DSP的单元。分配线程907控制来自于需要由DSP编码器905编码的原始视频帧队列906的视频帧的流程，也可以控制压缩视频帧队列913中的编码视频帧的流程。视频媒体流程912和视频源911节目流程组件为实时视频编码器903控制帧源。节目流程组件902可以控制硬件和软件对象的初始化。应理解的是，基于DSP的单元可以包括两个或多个DSP。

图10说明了根据本发明的一个实施方案的视频编码器方法。例如，本方法可以利用TI^TMDSP 1010，其可以将视频帧捕获到TI^TMDSP的SDRAM 1020中，可以生成调用IXP 1030的PCI中断，以及可以通过DMA(直接存储器访问)将帧地址传送到IXP SDRAM 1040。然后该IXP调用图9中所描述的节目流程控制，例如，调用一个或多个BSP处理器1050，并将指向Y、U、和V组件的指针传给BSP SDRAM 1060。应该理解的是，视频编码器的多处理器结构可以被引入到节目流程控制中。该BSP可以通过PCI接口从TI^TMDSP卡请求帧，并且TI^TMDSP可以通过DMA将该帧传输到BSP SDRAM。该BSP编码该帧，并通过可以提供指向压缩帧信息的指针的回调函数通知IXP，所述信息可以位于BSP SDRAM中。随后，该IXP将压缩帧数据复制到可以被格式化的SDRAM中，例如复制到RTP分组中，以随后传输给MSS或保存在存储设备上。

图11说明了根据本发明的另一个实施方案的视频编码器方法。该方法类似于图10中所说明的方法。利用SDRAM 1120的TI^TMDSP 1110另外可以通过一个或多个BSP处理器1150为分配处理指派视频序列。这允许TI^TMDSP通过DMA将帧传输给BSP SDRAM 1160。视频信号的其它处理类似，并且当从TI^TMDSP接收到中断请求时，具有IXP SDRAM1140的IXP处理器1130可以调用该节目流程控制软件以调用编码处理。

图12说明了根据本发明的另一个实施方案的视频编码器方法。在该方法中，一个或多个BSP处理器1250可以自主地编码视频数据流，而不受IXP 1230或IXP SDRAM 1240干预。该IXP处理器初始化一个或多个BSP处理器1250，并且可以将帧数据转发到BSP SDRAM 1260中，以由编码处理来处理。类似于图11中所说明的方法，TI^TMDSP 1210可以指派视频数据，以由一个或多个BSP处理，并且可以通过DMA直接将视频帧传输到BSP SDRAM1220中。应理解的是，IXP处理器1230可以控制编码器参数，并且一个或多个BSP处理器1250中的每一个可以通过诸如RPC或IPC请求这样的参数。

实例：置顶盒API

在本发明的一个实施方案中，下面提供了用于置顶盒的应用程序接口(API)。实质上有五个分离的API集成在本实施方案中的置顶盒中，即视频API、音频API、图片AP I、RPC/IPC API和编解码器API。

部分1：视频API

(a)    InitVideo(

           unsigned int uiWidthParam，

           unsigned int uiHeightParam，

           double dFramerateParam)

描述：

该子程序需要3个输入参数以初始化视频显示驱动器，包括视频宽度和高度，以及视频重放速率。它可以为视频显示分配视频句柄。

参数：

unsigned int uiWidthParam；   视频宽度

unsigned int uiHeightParam；  视频高度

double dFramerateParam；      帧速率

(b)    DeInitVideo(

          VIDEOVAR*pvideovarParam)

描述：

该子程序可以结束初始化多媒体显示处理器。可以将视频显示句柄指针作为输入。

参数

VIDEOVAR*pvideovarParam；      视频显示句柄指针

(c)    GetVideoBufferPtr(

          VIDEOVAR*pvideovarParam，

          unsigned chat**ppucFrameParam，

          int iBlockParam)

描述：

该指令可以从视频驱动器获得视频显示缓冲器。

参数：

VIDEOVAR*pvideovarParam；      视频显示驱动器句柄

unsigned chat**ppucFrameParam；从显示驱动器返回的缓冲器指针

int iBlockParam；              标记，如果功能应被阻塞直

到返回缓冲器

(d)    AddVideoBuffer(

          VIDEOVAR*pvideovarParam，

          unsigned chat*pucFrameParam，

          unsigned long long ullTimeStampParam，

          int iBlockParam)

描述：

该子程序可以将已充满的视频显示缓冲器放到用于显示的视频驱动器。

参数：

VIDEOVAR*pvideovarParam；    指向视频显示句柄的指针

unsigned chat*pucFrameParam；指向已充满的视频缓冲器的指针

unsigned long long ullTimeStampParam；显示视频的时间戳

intiBlockParam；              标记，如果功能应被阻塞直到

返回缓冲器

部分2：音频API

(a)    InitAudio(

          unsigned int uiPCMBufferSize，

          unsigned int uiNumChannels，

          unsigned int uiSamperate，

          unsigned int uiSampleSize，

          BufferFreeCallback userCallback，

          Void*firstBuffer)

描述：

该子程序需要6个输入参数，以初始化音频重放驱动，包括音频缓冲器大小、音频信道、每个信道的抽样频率以及每个抽样的比特。其可以为音频重放分配音频句柄。

参数：

unsigned int uiPCMBufferSize；分配给音频驱动器的整个缓冲器大小

unsigned int uiNumChannels；  音频流的信道数量

unsigned int uiSamperate；    音频流的抽样频率

unsigned int uiSampleSize；   每个音频抽样的比特深度

BufferFreeCallback userCallback；用户指定的回调功能

Void*firstBuffer；            指向音频缓冲器的指针

(b)   DeInitAudio(

         AUDIOVAR*paudiovarParam)

描述：

该子程序可以结束初始化音频重放处理器。其可以将视频播放句柄指针作为输入。

参数：

AUDIOVAR*paudiovarParam；音频驱动器句柄

(c)    GetAudioBuffer(

         AUDIOVAR*paudiovar，

         int wait)

描述：

该子程序可以从音频驱动器获得音频重放缓冲器。

参数：

AUDIOVAR*paudiovar；音频驱动器句柄

int wait；          标记，如果功能应被阻塞直到返回缓冲器

(d)PutAudioBuffer(

      AUDIOVAR*paudiovar，

      unsigned char*pucAudio)

描述：

该指令可以将已充满的音频缓冲器放到用于重放的音频驱动器。

参数：

AUDI OVAR*paudiovar；   音频驱动器句柄

unsigned char*pucAudio  指向音频缓冲器的指针

部分3：图片API

(a) gfxInit(

       tGfxStatus*pStatus)

描述：

该子程序可以使用内部定义的固定参数，以初始化该图片驱动器。

其可以为图片显示分配图片句柄。

参数：

tGfxStatus*pStatus；指向返回状态的指针

(b)  gfcDeInit(

         GRAPICSVAR*pgraphicsvarparam)

描述：

该子程序可以结束初始化图片显示句柄。其可以将图片句柄指针作为输入。

参数：

GRAPICSVAR*pgraphicsvarparam；图片驱动器句柄

(c)  gfxRefreshBuffer(

          GRAPHICVAR*pgraphicsvarParam，

          const tGfxSquare*pGfxSquare)

描述：

该子程序可以刷新开始时的图片显示，以避免图片中止。

参数：

GRAPHICVAR*pgraphicsvarParam；图片驱动器句柄

const tGfxSquare*pGfxSqure；  指向正方形结构图片的指针

(d)setFrameBufferUpdate()

描述：

该子程序可以在一旦新图片可用时则更新它。

部分4：RPC/IPC API

(a) InitPSIVIntHandler(

          tBspMemoryMap*pmmap，

          GRAPHICSVAR*pgraphics，

          VIDEOVAE*pvideo，

          AUDIOVAR*paudio)

描述：

该子程序需要将视频、音频和图片句柄作为输入参数。其可以初始化RPC/IPC通信。它可以为RPC/IPC通信分配RPC/IPC句柄。

参数：

tBspMemoryMap*pmmap；  BSP存储器映射的全局存储器

GRAPHICSVAR*pgraphics；图片驱动器句柄

VIDEOVAE*pvideo；      视频驱动器句柄

AUDIOVAR*paudio；      音频驱动器句柄

(b)ServeRPC()

描述：

该子程序可以响应任何IPC消息。

部分5：编解码器API

(a) InitializePSIV(

         volatile_uncached_int*pioSema0，

         volatile_uncached_int*pioMsgSize0，

         volatile_uncached_unsigned char*pcBuffer0，

         volatile_uncached_int*pioSema1，

         volatile_uncached_int*pioMsgSize1，

         volatile_uncached_unsigned char*pcBuffer1，

         int Length，

         int*width，

         int*height)

描述：

该子程序可以解码第一视频帧并且可以初始化IRIS解码器引擎。

参数：

volatile_uncached_int*pioSema0；           视频缓冲器0

的信号机的指针

volatile_uncached_int*pioMsgSize0；        视频缓冲器0

的实际字节大小的指针

volatile_uncached_unsigned char*pcBuffer0；指向视频缓冲

器0的指针

volatile_uncached_int*pioSema1；           视频缓冲器1

的信号机的指针

volatile_uncached_int*pioMsgSize1；        视频缓冲器1

的实际字节大小的指针

volatile_uncached_unsigned char*pcBuffer1；指向视频缓冲

器1的指针

int Length；                               视频缓冲器的

最大大小

int*width；                                指向要返回的

宽度的指针

int*height；                               指向要返回的

高度的指针

(b)DecodeLoopPSIV(

     tPSIVIntData*pPSIVIntData，

     void(*pFunc)(chat*pcParam)，

     char*pcFuncParam，

     double dFrameRateParam)

描述：

该子程序可以解码循环中的所有帧。

参数：

tPSIVIntData*pPSIVIntData； 指向IPC句柄的指针

void(*pFunc)(chat*pcParam)；回调功能指针

char*pcFuncParam；          传递到回调功能中的参数

double dFrameRateParam；    帧速率

因而描述了本发明的实施方案，显而易见的是，同一事物可以有许多变化方式。这些变化不被认为是偏离本发明的精神和范围，并且对于本领域的普通技术人员显而易见的是，所有这样的修改应被认为是被包括在下面权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种用于向多个***用户提供包括直播电视、电视点播、视频点播、音频流、音频点播的以IP为中心的、多信道、时移和实时远程通信服务的***，所述***包括：

a)压缩数据创建子***，用于接收每一个具有几个工业标准通信格式之一的多个数据信号流，以及用于将输入数据信号流转换为压缩数字数据，所述的压缩数字数据采用预定压缩方案创建；

b)存储装置，用于存储所选择的压缩数字数据并允许从中检索所存储的压缩数字数据；

c)媒体流子***，用于接收和转发压缩数字数据流，所述的媒体流子***响应用户请求并可操作地将所选择的压缩数字数据流从压缩数据创建子***或存储装置转发到网关装置；

d)网关装置，用于从媒体流子***接收所述的压缩数字数据，并准备所述压缩数字数据，用于通过宽带通信网络向发送用户请求的用户传输；以及

e)连接到宽带通信网络的用户计算设备，用于接收所选择的压缩数字数据流，以及该用户计算设备解压缩并向所述***用户呈现所选择的压缩数字流。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于该压缩数据创建子***包括两个或多个用于将输入数据数字信号流转变为压缩数字数据的编码设备。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于每个编码设备包括一个或多个数字信号处理器。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于该一个或多个数字信号处理器可操作的连接到编码设备中的中央处理单元，并且该中央处理单元管理将输入数据信号流的预定部分流到可操作的连接其上的一个或多个数字信号处理器。

5.根据权利要求2所述的***，其特征在于两个或多个编码设备的每一个被动态地分配部分输入数据信号流。

6.根据权利要求2所述的***，其特征在于两个或多个编码设备的每一个包括用于调整与转换输入数据信号流的步骤中形成的压缩数字数据相关的复杂性和比特率的装置。

7.根据权利要求2所述的***，其特征在于所述压缩数据创建子***还包括一个或多个备份编码设备。

8.根据权利要求2所述的***，其特征在于所述压缩数据创建子***和用户计算设备每一个包括一个或多个固件可升级设备，从而提供用于动态地改变与该***相关联的编码计划。

9.根据权利要求1所述的***，其特征在于所述压缩数据创建子***还产生描述每一所述的输入数据信号流的I-帧信道，从而提供用于改变所选数字数据的选择流以随后转发给用户计算设备的装置。

10.根据权利要求1所述的***，其特征在于所述用户计算设备是置顶盒，所述置顶盒包括多处理器配置。

11.根据权利要求9所述的***，其特征在于多处理器配置包括数字信号处理器和中央处理器，其中多处理器配置之间的IP通信可以使用轮询/中断协议。

12.根据权利要求11所述的***，其特征在于所述轮询/中断协议使用RPC/IPC被配置为通信层，以提供用于每一个视频API、音频API和编码解码器API的装置，以在数字信号处理器和中央处理单元之间通信。

13.根据权利要求9所述的***，其特征在于所述中央处理单元提供用于***用户与置顶盒交互、生成呈现给用户的图形界面和接收数字数据的选择流的装置，其中数字信号处理器提供用于解码所述的数字数据选择流。

14.一种用于向多个***用户提供包括直播电视、电视点播、视频点播、音频流、音频点播的以IP为中心的、多信道、时移以及实时远程通信服务的方法，所述方法包括：

a)接收每一个具有几个工业标准通信格式之一的多个输入数据信号流，以及使用预定压缩方案将输入数据信号流转换为压缩数字数据；

b)存储所选择的压缩数字数据；

c)响应于用户请求从压缩数字数据和所选择的压缩数字数据中选择用户所请求的压缩数字数据，以及将用户所请求的压缩数字数据转发到网关装置；

d)将用户所请求的压缩数字数据接收到网关装置中，以及准备用户所请求的压缩数字数据，以通过宽带通信网络向发送用户请求的用户计算设备传输；以及

e)通过所述用户计算设备接收用户所请求的压缩数字数据流，以及通过所述用户计算设备解压缩和播放用户所请求的压缩数字数据。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于转换输入数据信号流的步骤包括动态地分配从两个或多个编码设备中选择的编码设备，以转换输入数据信号流的特定部分。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于每个编码设备包括一个或多个可操作地连接到中央处理单元的数字信号处理器，该中央处理单元管理将输入数据信号流的预定部分流到一个或多个可操作地连接其上的数字信号处理器。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于两个或多个编码设备的每一个可独立地调整转换与其相关联的输入数据信号流的特定部分的比特率和复杂性。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于调整转换输入数据信号流的特定部分的比特率和复杂性是基于预定的参数组。

19.根据权利要求14所述的方法，还包括为每个所述的输入数据信号流生成描述性的I-帧信道的步骤。

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