DE60032467T2

DE60032467T2 - Verfahren und System für Video-auf-Anfrage

Info

Publication number: DE60032467T2
Application number: DE60032467T
Authority: DE
Inventors: Etienne Gomez
Original assignee: EADS Astrium SAS
Current assignee: Airbus Defence and Space SAS
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: CA2350593C; EP1164796B1; ES2277820T3; US20020087994A1; US6988278B2; CA2350593A1; EP1164796A1; DE60032467D1

Description

Die Erfindung betrifft Video-On-Demand (VOD), das Anwendern mit einer Anzeigebox durch einen Server vermittels eines Telekommunikationsnetzwerks oder einer Satellitenverbindung, möglicherweise durch das Internet, bereitgestellt wird.
Das Bereitstellen verschiedener Programme durch deren wiederholte Ausstrahlung, wobei jede neue Ausstrahlung beginnt, wenn die vorherige beendet worden ist, befriedigt die Anwender nicht. Andererseits ist das Bereitstellen des ausgewählten Videoprogramms auf Anforderung auf einem separaten Kanal zu jedem Anwender teuer und ineffizient.
Um die Anwenderanforderung für ein Videoprogramm ohne zu große Verzögerung zu befriedigen, wurde ein Ansatz entwickelt, welcher als Near-Video-On-Demand (N-VOD) bekannt ist, wobei jedes Videoprogramm zu einem fest versetzten Zeitintervall verfügbar gemacht wird, wodurch die maximale Verzögerung auf das versetzte Zeitintervall reduziert wird, das typischerweise einige Minuten beträgt.
Eine Verbesserung, welche die maximale Zeitverzögerung zwischen der Anwenderanforderung und der Verfügbarkeit des Videoprogramms reduziert, ist als Hybrid-Video-On-Demand (HVOD) bekannt. Eine Beschreibung dieses Ansatzes ist in der US-A 5 682 597 gegeben, auf welche Bezug genommen wird. Gemäß diesem Ansatz werden mehrere Kopien von jedem Programm kontinuierlich auf separaten Kanälen gesendet, und der Beginn jeder Kopie ist wieder um ein versetztes Zeitintervall verschoben. Auf Anwenderseite werden VOD-Anforderungen, die nicht synchron mit dem Beginn einer Übertragung sind, anfänglich mit dem Beginn einer spezifischen zusätzlichen Übertragung des Anfangsabschnitts des ausgewählten Videoprogramms für diesen Anwender erfüllt, während gleichzeitig die Verwendung der NVOD-Übertragung für diesen Anfordernden beibehalten wird. Die im Gange befindliche Übertragung des ausgewählten Videoprogramms wird in einem der Anzeigebox zugeordneten Puffer gespeichert und mit einem Abschluss des Anfangsabschnitts des Videoprogramms zur Ausgabe durch die Anzeigebox und den Bildschirm zusammengefügt.
Der Ansatz erfordert die spezifische Übertragung des Anfangsabschnitts des ausgewählten Videoprogramms bei Anforderung durch einen einzelnen Anwender und erhöht die Menge an erforderlichen Netzwerkressourcen. Netzwerkressourcen können eingespart werden durch Bereitstellen eines Puffers erheblicher Größe in der Anzeigebox und durch Speichern des Anfangsabschnitts jedes Videoprogramms einmal für jede Periode, während der die Programme unverändert bleiben (beispielsweise einmal pro Woche). Es besteht dann kein Bedarf, den Anfangsabschnitt eines ausgewählten Programms an den jeweiligen Anfordernden zu übertragen. Das zu übertragende Datenvolumen wird reduziert, und die Übertragung der Anfangsabschnitte kann stattfinden, wenn die Netzwerklast gering ist. Eine Anwenderanforderung für ein sich in Gang befindliches Programm wird anfänglich und sofort erfüllt durch Lesen des Anfangsabschnitts aus dem Puffer, während der restliche Abschnitt für späteres Auslesen nach dem Zusammenfügen gespeichert wird. Da das Speichern nach dem Verbinden weitergeht, ist ein Puffer erforderlich, der gleichzeitiges Auslesen und Schreiben ermöglicht. Ein solcher Ansatz ist in der EP 0 633 694 beschrieben.
Ein limitierender Faktor bei der Implementierung dieses Ansatzes ist die Puffergröße. Typischerweise beginnen die Übertragungen von allen Video- oder Multimediaprogrammen auf dem Netzwerk zur gleichen Zeit. Für irgendein ausgewähltes Programm, das auch unter ungünstigsten Bedingungen für den Anwender sofort verfügbar sein soll, wenn die Anfrage gerade vor einer neuen Übertragung der N-Programme stattfindet, ist die erforderliche Pufferkapazität zum Speichern der Anfangsabschnitte etwas kleiner als N mal das versetzte Zeitintervall. Ein kürzeres versetztes Zeitintervall und umgekehrt eine größere Anzahl von simultan zeitversetzten Übertragungen des gleichen Programms erfordern eine geringere Puffergröße, nehmen aber vermehrt Netzwerkressourcen in Anspruch.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes VOD-System und -Verfahren bereitzustellen unter Verwendung eines Puffers zum Speichern von Anfangsabschnitten der verfügbaren Programme, der bei einer gegebenen Puffergröße Netzwerk- oder Satellitenverbindungsressourcen einspart. Die Erfindung wird durch die Ansprüche 1 und 4 definiert.
Die obigen und zusätzliche Merkmale werden aus der nachfolgenden Beschreibung spezieller Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich, welche nur beispielhaft gegeben sind. Die Beschreibung nimmt Bezug auf die anliegenden Zeichnungen, in denen:
1 ein Zeitdiagramm ist zum Illustrieren der Hauptmerkmale von Hybrid-Video-On-Demand;
2 ein Zeitdiagramm ist, welches die Anforderungen für ein System mit Speicherung in einem Puffer darstellt, wenn alle Übertragungen zur gleichen Zeit beginnen;
3 ein Zeitdiagramm ist, welches eine spezielle Ausführungsform darstellt;
4 ein Zeitdiagramm ist, welches eine andere Ausführungsform darstellt; und
5 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Client-Server-Systems gemäß der der Erfindung ist.
Zum Zweck des Vergleichs zeigt 1 die Zeitbeziehung zwischen aufeinanderfolgenden Übertragungen von zwei Videoprogrammen 1 und 2 durch einen Server in einem HVOD-System. Aufeinanderfolgende Übertragungen von Programm 1 finden zu Zeiten statt, welche durch Intervalle δ getrennt sind. Eine Anforderung R durch einen Anwender findet zu einem Zeitpunkt t statt, welcher asynchron mit dem Anfang einer Übertragung ist. Die Anforderung wird anfänglich und sofort durch eine spezifische Übertragung des Anfangsabschnitts zu dem einzelnen Anwender erfüllt zum sofortigen Anzeigen ohne Speicherung. Während dieser spezifischen Übertragung verarbeitet das Anwenderendgerät auch die im Gang befindliche Übertragung und speichert sie in einem Puffer der Anzeigebox. Am Ende des Anfangsabschnitts (früher als der gespeicherte Abschnitt), wie dies beispielsweise durch ein beim Server gespeichertes Flag angezeigt wird, wird die spezifische Übertragung gestoppt und das Auslesen aus dem Puffer wird angestoßen. Der gespeicherte Abschnitt wird an das Ende des Anfangsabschnitts angefügt und zur gleichen Zeit wird der noch nicht übertragene Abschnitt des Programms im Puffer gespeichert.
Unter Bezugnahme auf 2 erfordert eine verbesserte Version, welche den Bedarf für Übertragungsressourcen verringert, einen Puffer mit einer erhöhten Kapazität zum kontinuierlichen Speichern der Anfangsabschnitte aller Videoprogramme. Typischerweise beginnen alle N Videoprogramme zum gleichen Zeitpunkt. Wenn es erforderlich ist, dass der Anwender in der Lage ist, das Ansehen irgendeines Programms zu starten, einschließlich wenn er von einem Programm, das er oder sie angeschaut hat, umschaltet (zappt), muss der Puffer Daten speichern, welche für die N-fache Dauer der versetzten Zeit übertragen werden, wenigstens wenn in einem ungünstigsten Falle eine sofortige Verfügbarkeit erforderlich ist (Anforderung gerade bevor eine neue Übertragung des ausgewählten Programms beginnt, wie in 2 dargestellt). Dann beträgt die Puffergröße (speicherbare Zahl von Megabytes) C: C = N·δ·βwobei

N: die Anzahl unterschiedlicher Videoprogramme ist,
δ: die versetzten Zeitintervalle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Übertragungen des gleichen Programms repräsentiert,
β: die Bitrate für ein Programm ist.

Dies bedeutet, dass es eine Beziehung zwischen der maximalen Pufferkapazität Co, welche der Speicherung von Anfangsabschnitten zugeordnet ist, den versetzten Zeitintervallen und der Anzahl von erforderlichen gleichzeitigen Übertragungen gibt, abhängig von der Anzahl von unterschiedlichen Videoprogrammen und dem versetzten Zeitintervall. Für eine gegebene Kapazität Co und eine erforderliche Anzahl N von Programmen sollte eine ausreichende Anzahl von gleichzeitigen Übertragungen für das versetzte Zeitintervall δ kleiner sein als Co/(N·β).
Die Anforderungen an die Puffergröße und/oder die erforderlichen Ressourcen sind wesentlich verringert durch Verschieben des Beginns von Übertragungen eines gleichen Satzes von Programmen um einen Bruchteil des Zeitintervalls. In einer bevorzugten Ausführungsform, welche in der 3 dargestellt ist, ist der Beginn der N Programme gleichmäßig innerhalb einer Zeitdauer verteilt, welche gleich dem versetzten Zeitintervall ist, d.h. zu Intervallen μ = δ/N. Der übertragene Abschnitt von jedem Programm, welcher in dem Puffer gespeichert wird, ist in schraffierten Linien angezeigt. Ebenso könnte es eine gleiche Abfolge von gleichmäßig abnehmenden Speicherperioden sein, welche von einem anderen Programm beginnt.
In einer ersten Ausführungsform, welche es ermöglicht, das Anschauen irgendeines Videoprogramms sofort bei Anfrage zu beginnen, außer ausgehend von einer Situation, in der ein anderes Programm angeschaut wird, kann eine Einsparrate von nahezu [(N – 1)/2N] bei der Netzwerk- oder Satellitenverbindungsressource erreicht werden bei gleicher Puffergröße, verglichen mit einer Situation, in der die Übertragungen aller Programme des gleichen Satzes gleichzeitig starten. Wenn es eine große Anzahl von unterschiedlich übertragenen Programmen im Satz gibt, kann die Ressourcenersparnis in diesem Falle 50% annähern.
Unter Bezugnahme auf 3 sind zwei aufeinanderfolgende Übertragungen eines Satzes von N=7 Programmen und von Teilen einer dritten Übertragung dargestellt. Die Übertragungen der Programme beginnen zu Intervallen von δ/N. Unter der Annahme, dass die für die Programmspeicherung maximal verfügbare Puffergröße Co ist, entsprechend einer Zeitdauer To, ist die minimal akzeptierbare versetzte Zeit δm zwischen zwei Übertragungen des gleichen Programms δm = To/N.
Wenn es notwendig oder bevorzugt ist, das gesamte Programm für gleichzeitigen Zugriff durch irgendeinen Anwender in der Anordnung gemäß 2 zu übertragen und jedes Programm die gleiche Dauer D aufweist, beträgt die Anzahl von gleichzeitig übertragenden Kanälen Sallvp, welche für alle Programme erforderlich ist:
Wenn andererseits der in 3 dargestellte Ansatz verwendet wird, tritt der ungünstigste Fall erneut dann auf, wenn es eine Anforderung für ein Videoprogramm gibt gerade vor dem Beginn einer Übertragung dieses Programms, wie dies zum Zeitpunkt t2 angezeigt ist, wenn Programm 2 ausgewählt wird. Dann entspricht der übertragene Abschnitt, welcher nicht permanent im Puffer gespeichert werden muss, den unausgefüllten (nicht schraffierten) Räumen. Die Zeitperioden, welche dann gespeichert werden müssen, sind wie folgt:
Videoprogramm 1: μ
Videoprogramm 2: Nμ = δm
Videoprogramm 3: 2μ
...
Videoprogramm N: (N – 1)μ
Die zu speichernde totale Dauer To ist dann: To = μ + 2μ + 3μ + 4μ + ... + (N – 1)μ + Nμ = N·(N + 1)·μ/2,egal, welches Programm ausgewählt wird.
Ein solches Speicherverfahren ermöglicht es, das Ansehen irgendeines Videoprogramms zu irgendeinem Zeitpunkt zu beginnen, ermöglicht es aber nicht, ein anderes als das ausgewählte Programm anzusehen, wenn das Ansehen einmal begonnen hat.
Folglich ist δm = 2To/(N + 1).
Die Anzahl
Ein Vergleich mit (1) zeigt, dass die Anzahl von gleichzeitig übertragenden Kanälen für alle Videoprogramme für eine gegebene Speicherkapazität um einen Faktor (N + 1)/2N reduziert worden ist verglichen mit dem Grundfall.
Die Reduzierung ist im Verhältnis (N – 1)/2N.
Eine andere Ausführungsform (4) bietet die Möglichkeit das Ansehens irgendeines von N Videoprogrammen zu irgendeinem Zeitpunkt zu beginnen, einschließlich während des Anschauens eines gegebenen Programms; in diesem Falle ist das Kommunikationsnetzwerk oder die Satellitenverbindung optimiert zum Einsparen eines Anteils von (N² – 3N + 2)/(2N²) der Netzwerkressource unter Bezugnahme auf den Fall, in dem keine Zeitverschiebung zwischen den Übertragungsstartzeiten der unterschiedlichen Videoprogramme angewendet wird. In diesem Falle muss auch eine zusätzliche Speicherdauer δ für das angesehene Programm während dem Ansehen des Programms bereitgestellt werden.
Der ungünstigste Fall ist dann, wenn ein ausgewähltes Videoprogramm am Ende des Anfangsabschnitts angefordert wird. Dann setzt der kontinuierliche Zusammenfügungsprozess voraus, die Speicherdauer δ für das Programm während des gesamten Anschauens bereitzustellen. Der ungünstigste Fall ist die Auswahl μ Sekunden nachdem das erste Programm ausgewählt worden ist.
Gerade bevor der Anfangsabschnitt von Videoprogramm 3 stoppt (ungünstigster Fall), betragen die Perioden, für welche die Übertragung gespeichert werden muss, wie in 4 dargestellt:
Videoprogramm 1: 2μ
Videoprogramm 2: μ
Videoprogramm 3: Nμ
Videoprogramm 4: (N – 1)μ
...
Videoprogramm N: 3μ
Somit ist die gesamte „Dauer", welche auf der Anwenderpuffervorrichtung gespeichert werden muss: To = 2μ + 3μ + ... + (N – 1)/Nμ = Nμ + δ = (μ + 2μ + 3μ + ... + Nμ) + Nμ – μ – N(N + 1)μ/2 + Nμ – μ To = μ(N(N + 1)/2 + N – 1)
Die Summe ist wieder konstant, egal, welches Programm zuvor angeschaut wurde, und das neu ausgewählte Programm, mit dem irgendein Videoprogramm angeschaut wird, kann zu irgendeiner Zeit gestartet werden, und es ist möglich, ein anderes Programm als das zuerst ausgewählte anzuschauen, wenn das Anschauen begonnen hat.
Wenn die erforderlichen Bedingungen erfüllt sind: To = (N(N + 1)/2 + N – 1)·δm/NAlso: δm = To/((N + 1)/2 + 1 – 1/N)
Die Anzahl von gleichzeitig übertragenden Kanälen für alle Videoprogramme wurde um einen Faktor (N(N + 1)/2 + N – 1/N² reduziert verglichen mit Formel (1) des Grundfalls. Dies entspricht einer Reduktionsrate von: (1 – (N(N + 1)/2 + N – 1)/N2) = ((N2 – 3N + 2)/(2N2))
Das in 5 schematisch dargestellte System enthält einen Server 10, der mit einem interaktiven Netzwerk 12 verbunden ist, das den Transfer von Daten zu und von Anwenderendgeräten 14 über mehrere Kanäle ermöglicht. Jedes Endgerät 14 kann konventioneller Art sein und ein Decodierer verfügbaren Typs sein, welcher typischerweise eine Anzeigebox in Übereinstimmung mit kommerziellen Standards, wie DVD, MPEG 2, MPEG 4, VIDEO CD, MACROVISION aufweist. Das Endgerät ist verbunden mit oder eingebaut in einen oder mehrere Fernsehgeräte 16 und ist mit dem Netzwerk vermittels eines bidirektionalen Übertragungsanschlusses 18 verbunden. Ferner umfasst es einen Puffer 20 genügender Größe, um die oben erwähnten Anforderungen zu erfüllen, und verschiedene konventionelle Komponenten, einschließlich einer Bearbeitungseinheit 22, in der Software zum Bestimmen des Endes der Anfangsperiode und zum Zusammenfügen der Videoprogrammabschnitte gespeichert ist. Eine solche Verarbeitungseinheit steuert die verschiedenen Schritte, welche hier oben definiert worden sind.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von Video-on-demand (VOD), umfassend die Schritte: – wiederholtes Übertragen eines Satzes, welcher eine Mehrzahl von N Videoprogrammen umfasst, zu versetzten Zeitintervallen (δ) von einem VOD-Server zu einem Netzwerk für den Zugriff durch eine Anzeigebox eines Anwenders, und – in Reaktion auf eine Zugriffsanforderung auf ein ausgewähltes Programm durch den Anwender, Auswählen derjenigen im Gange befindlichen Übertragung des ausgewählten Programms, für welche ein Einführungsabschnitt am kürzesten ist, und Speichern des Programms in einem der Anzeigebox zugeordneten Puffer, wenn es übertragen wird, Auswählen eines zuvor gespeicherten Anfangsabschnitts des ausgewählten Programms, welcher eine Zeitdauer aufweist, die ausreichend ist zum Kompensieren der Zeitdauer der versetzten Zeitintervalle, in einem der Anzeigebox zugeordneten Speicher und Ausgeben des Anfangsabschnitts an die Anzeigebox zur Anzeige, und kontinuierliches Zusammenfügen der im Gange befindlichen Übertragung, welche im Puffer gespeichert ist, mit einem Abschluss des Anfangsabschnitts, wobei alle unterschiedlichen Videoprogramme in einem gleichen Satz mit Zeitverschiebungen (μ) übertragen werden, die gleichgroß wie ein Bruchteil des versetzten Zeitintervalls (δ) sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei alle Zeitverschiebungen (μ) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Übertragungen ein gleicher Bruchteil 1/N des versetzten Zeitintervalls (δ) sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend den Schritt: Herunterladen des Anfangsabschnitts eines spezifischen Programms in alle Anzeigeboxen, welche vor der Verfügbarkeit des Programms vom Server während einer letzten Periode geringer Netzbelastung mit dem Server verbunden sind.
Video-on-demand-System, umfassend: – an einem Kopfende des Netzwerks einen Server zum wiederholten Übertragen eines Satzes, welcher eine Mehrzahl von N Videoprogrammen enthält, zu versetzten Zeitintervallen (δ) zu einem Netzwerk für den Zugriff durch eine Anzeigebox eines Anwenders, und – an den Benutzerenden mehrere Anzeigeboxeinheiten, von denen jede eine bidirektionale Verbindung mit dem Server aufweist, wobei jede Anzeigeboxeinheit umfasst: – einen Puffer zum Schreiben von einem durch den Server auf dem Netzwerk übertragenen Programm und zum gleichzeitigen Auslesen des Programms mit einer Zeitdifferenz zwischen dem Schreiben und Lesen eines gleichen Abschnitts, – Speichermittel zum Speichern von Anfangsabschnitten vorbestimmter Dauer von mehreren Programmen, welche dazu eingerichtet sind, von der Anzeigeboxeinheit empfangen und angezeigt zu werden, – Anwenderbetätigte Mittel zur selektiven Abstimmung der Anzeigeboxeinheit für den Empfang eines Programms, welches wiederholt vom Server als aufeinanderfolgende Übertragungen zu Zeitintervallen auf unterschiedlichen Kanälen stammt, und Speichern der Übertragung des Programms, die als letztes begonnen hat, während ihres Verlaufs, – Mittel zum Auslesen des Anfangsabschnitts des Programms, das vom Speichermittel ausgewählt worden ist, und – Schaltmittel zum Zusammenfügen des ausgewählten Anfangsabschnitts mit dem nachfolgenden Abschnitt des gleichen Programms zur Anzeige, sobald der nachfolgende Abschnitt aus dem Puffer verfügbar ist, wobei der Server zum Übertragen von allen unterschiedlichen Programmen in einem gleichen Satz mit Zeitverschiebungen (μ) eingerichtet ist, welche gleich groß wie ein Bruchteil des versetzten Zeitintervalls (δ) sind.
System nach Anspruch 4, bei dem der Puffer ein Teil des Speichermittels ist.