CN100380961C - 用于同时显示第一和第二视频信号的接收机 - Google Patents

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Abstract

公开了一种交互式有线电视系统，其利用标准有线电视分配网络来同时向多个观众提供交互式的电视节目，交互式电视节目包括多个在时间和内容上相关的信号。视频信号以数字格式发送，在单个信道上将多个信号复用到数据流中。该视频信号可以被压缩以提高效率。与信号选择器相结合的接收机选择特定的NTSC频道以进行重放。接收机(470)能够以画中画的格式同时显示多个视频信号。接收机能够在画中画格式的视窗中显示的视频信号之间无缝切换。

Description

用于同时显示第一和第二视频信号的接收机
本申请为1998年12月16日提交的申请号为98811211.6发明名称为“用于执行两个数字视频信号之间无缝切换的方法和装置”的申请的分案申请
技术领域
本发明涉及用于同时显示第一和第二数字视频信号的接收单元。
发明内容
根据本发明的第一个方面，提供了一种接收单元，用于同时显示从一节目信号中接收的第一和第二数字视频信号，该接收单元包括：
微处理器，该微处理器选择信号以进行显示；
调谐器，其与微处理器连接，用于调谐到RF频道，其中调谐器根据微处理器的指令选择所述RF频道；
数字解调器，其与调谐器连接，用于解调所述节目信号；
第一数字分离器/解码器，其与数字解调器和微处理器连接，用于分离节目信号以获得第一数字视频信号，并解压缩第一数字视频信号；
第二数字分离器/解码器，其与数字解调器和微处理器连接，用于分离节目信号以获得第二数字视频信号，并解压缩第二数字视频信号；和
显示装置，用于同时显示第一和第二数字信号；
其中所述接收单元包括用户接口以接收用户选择并将所述用户选择传送给微处理器，由此就能够响应用户选择分别选择第一和第二视频信号，并且
响应进一步的用户选择，能够使微处理器从所显示的第一或第二视频信号无缝地切换到第三视频信号。
在终端用户处接收节目并连接到合适的接收设备。接收设备可以包括例如但不限于：有线电视接收机/转换器，卫星接收机，陆上广播接收机，个人计算机等。接收机接收一个或多个电视频道的一些或者所有包含复用的视频信号数据流或未复用的数字视频信号，并与信号选择器结合，选择一特定的数据频道/数据流用于重放，然后从数据流的被复用的信号中选择特定的视频信号，最后，如果需要的话，将视频信号扩展以在电视机上重放。
信号选择器可在例如数字机顶盒中包括控制器和软件。在数字机顶盒中的控制器和软件工作以控制接收机和信号选择器以选择特定的数字视频信号。
用户优选地通过标准遥控装置输入响应。用户可以简单地从一个数字频道换到另一个，或向交互式节目作出响应。
各种不同的视频信号可以同时显示，这些视频信号优选地在实时和内容上相关。在每个频道上可以使用多个信号。作为另一种选择，也可以显示在实时和在内容上不相关的各种视频信号。
一旦信号被解调，数字数据流就被分离为其构成要素，如视频、音频、图形和数据。分离的数字数据流流向合适的解码装置，即视频流向视频解码器、音频流向音频解码器、图形流向显示驱动器，以及控制数据流向应用程序软件。
本发明还涉及一种接收单元，用于同时显示第一RF频道接收的第一节目信号中复用的第一数字视频信号和第二RF频道接收的第二节目信号中复用的第二数字视频信号，该接收单元包括：
微处理器，该微处理器选择信号以进行显示；
第一调谐器，其与微处理器连接，用于调谐到第一RF频道，其中第一调谐器根据微处理器的指令选择所述第一RF频道；
第一数字解调器，其与第一调谐器连接，用于解调所述第一节目信号；
第一数字分离器/解码器，其与第一数字解调器和微处理器连接，用于分离第一节目信号以获得第一数字视频信号，并且包括一缓冲器用于缓冲第一数字视频信号，并解压缩第一数字视频信号；
第二调谐器，其与微处理器连接，并预调谐到第二RF频道，其中第二调谐器根据微处理器的指令选择所述第二RF频道；
第二数字解调器，其与第二调谐器连接，用于解调所述第二节目信号；
第二数字分离器/解码器，其与第二数字解调器和微处理器连接，用于分离第二节目信号以获得第二数字视频信号，并且包括一缓冲器用于缓冲第二数字视频信号，并解压缩第二数字视频信号；和
显示装置，用于同时显示第一和第二数字视频信号；
其中所述接收单元包括用户接口以接收用户选择并将所述用户选择传送给微处理器，由此就能够响应用户选择分别选择第一和第二视频信号，并且
响应进一步的用户选择，能够使微处理器从所显示的第一或第二视频信号无缝地切换到第三视频信号。
以下将参照附图，以实例的方式对本发明的实施方式进行描述。
附图说明
图1是交互式电视系统的方框图。
图2是在双向发送结构中的交互式电视系统的方框图。
图3是实现视频信号间无缝切换的接收机的方框图。
图4是显示可以用作本发明的接收机以同时显示两个视频信号的另一种接收机的方框图。
图5是中央控制器的方框图。
图6是显示视频帧结构和视频节目流中视频拼接点和时隙的方框图。
图7是可以用作本发明的接收机的接收机的另一种实施例的方框图。
图8是显示音频帧的方框图。
图9是电视广播站交换机的方框图。
图10是用于无关节目切换的控制器的方框图。
图11是用于多事件节目切换的控制器的方框图。
图12是显示根据本发明用于画中画节目无缝切换的控制器的实施例的方框图。
图13是用于多个商业购物节目的切换的方框图。
图14是显示数字式节目插入一可寻址广告的方框图。
图15是显示在服务器中从一组信号到其它信号的无缝切换的方框图。
图16A和16B是本发明的接收机的一种双调谐器(Two-Tuner)实施例的方框图。
图17是本发明的接收机的另一种双调谐器实施例的方框图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于同时显示两个数字视频信号的接收机。但是为了清楚并且完整起见，这里描述一种能够使多个观众可同时收看到多个不同的节目信息消息信号的交互式电视系统。提供了多个视频信号1。视频信号1可以是例如体育节目中的各种现场和/或音频同步的摄像机视角，或是具有内容和对用户选择作出反应的主持人的游戏节目。另外，视频信号1可是任何适合于交互式会话的、如在美国专利4,847,700、3,947,972、4,602,279、4,264,925或4,264,924中所描述的视频信号，其具体内容在本说明书中引用作为参考。存在适合于交互式操作的各种类型的在时间和内容上相关的视频信号。
在先前的系统中，这些各式各样的信号将发送到接收机上的各广播或有线频道上，每个接收机要求有分立的6MHZ NTSC频道。在图1所示的系统中，视频信号1是去模/数(A/D)转换器2的，其将模拟信号转换为数字格式以进行发送。A/D转换器2可以是用于将模拟信号转换为数字格式的任何常规类型的转换器。可能不是每个视频信号1都需要A/D转换器，而是用更少的转换器或甚至于一个转换器就能够将各种视频信号1数字化。交互式视频节目还可以以预数字化和/或预压缩的格式传送至有线或其它分配网。
数字转换造成了非常大量的数据。因此希望减少被发送的量，以使更多的信号可经过单个发送频道发送。例如，单个帧的数字NTSC视频表示350K字节的数据。因此，两个小时的标准视频大约是80G字节。因为在这种视频中每秒有30帧，数据传送率是22M字节/秒。最好通过数字压缩来减少这种大量的数据。
为了减少数据传送的需求，各种数字视频信号最好在发送前压缩。该视频可被任何常规的压缩算法所压缩，两种最普通的类型是“处理器加强(processor intensive)”和“存储器加强(memory intensive)”。
处理器加强的方法是通过从在信息的逐帧(frame-to-frame)传送的处理中消去画面不变的部分，并通过其它涉及算术运算的画面信息的操作，确定画面中一给定动作能够被人眼所感受到的程度。这种方法取决于在传送点的高速处理能力。
存储器加强方法包括将画面的帧分为数百个极小的像素块，其中给每个块一个代码，表示其色彩设置和亮度的变化。该代码与描述给定的图像块的整个的信息相比所增加的量是很少的。将该代码发送到接收机。在那里，其从储存在接收机的存储器中的块库中调用等同编码的块。
这样，位流在此方法中占图像信息中的很小部分。该系统一般被各种图像块所限制，这些块可以储存在接收机中，其直接与存储器的大小和微处理器的能力有关。
在本发明中可用的公知的压缩技术的例子如：JPEG，MPEG1和MPEG2。
设置数据压缩器3以减少必须被发送的各视频信号的数据。数据压缩器3可以是任何合适类型的用于压缩视频图像的装置，如前面曾经说明过的。可以用比每个视频信号一个压缩器的方式数量少的数据压缩器3进行各种视频信号的压缩。例如，在常规的模拟NTSC系统中，习惯上按每6MHZ信道发送一个视频信号。通过使视频信号数字化，就可能将含有多于一个视频信号的数据流在一个信道上发送。压缩数字信号，使甚至更多的视频信号通过单个发送信道发送。可在单个信道上发送的信号的数目一般与例如下面一些因素有关，a)被发送的视频类型；b)使用中的视频压缩方案；c)所使用的压缩器和存储器的能力；和d)发送信道的带宽。
压缩技术利用了这样一种情况，即在运动图像中帧与帧之间的改变非常小。将帧之间的冗余量进行剪辑和仅对变化部分编码可以得到高得多的压缩率。一般包括大量的高速运动的视频类型，例如在现场体育节目中经常出现的，将因此具有最低的压缩率。而在另一方面，电影通常比现场体育节目具有更低的帧速率，帧与帧之间的改变也更小，其将实现更高的压缩率。目前，公知的压缩方案的对卫星的压缩率是从2∶1变到10∶1，而对有线电视系统是从2∶1变到5∶1，这种变化取决于运动的程度。
一旦各种视频信号1已经被数字化和被压缩之后，复用器4将各种数字信号合成为数量减少的传输数据流，以进行传输。例如，如果68个NTSC频道可用，而每个频道能够发送或者是4个数字化的、压缩的缓慢运动的视频信号(例如电影)，或者是2个数字化的、压缩的、高速的视频信号(例如体育节目)，那么各种NTSC频道应当按预定的方式分配，以使可同时发送的数目最大。
举一个例子，与第一个NTSC频道对应的广播频率可包括分开进行数字压缩的非交互式电影的数据流。在该频率上，数据流将包含表示大量电影的视频信号。但是，视频信号与那些交互式的节目不同，在时间和内容上没有关联。与第二频道对应的广播频率可包括交互式体育节目的数字数据流，由两个复用的压缩高速视频信号构成，这两个视频信号最好在时间和内容上相关。与第三频道对应的广播频率包括交互式电影的数字数据流，由四个复用的压缩视频信号构成，这四个视频信号最好在时间和内容上相关。与第四频道对应的广播频率包括与本地节目相关的模拟NTSC信号，因此，四个NTSC频道可包含复用的电影频道、交互式体育节目、交互式电影、和本地节目。
复用器4接收送来的经压缩、数字化的视频信号并以预定的常规方式，与发射机5相结合将所要的视频信号复用到所要的频道上，并经过NTSC频道发送这些信号。某些NTSC频道可只包含模拟或数字形式的视频或其它信号。
如前所述，可被复用到单个发送频道上的数据流中的视频信号的数目会改变。另外，使用数据流的频道数目会改变。传送的数据流被发射机4经发送介质6发送到接收站7。发射机4、介质6和接收机7可以是任何用于发送数字视频信号的装置，包括广播电视、有线电视、直播卫星、光纤或任何其它传输装置。另外，如下所述，可以提供一种独立的单机系统。
传输装置也可以是发送数字视频数据流的电话系统。这样，包含几个广播频道或带有相关视频信号的交互式节目的复用数据流可以直接经单根电话线发送到用户。上述数字传输设备也可包括用于发送模拟信号的装置。
在一个实施例中，数字传输信号用有线电视系统发送。接收机7接收各种NTSC频道、某些或所有的包含复用或不复用的数字视频信号。通常，通过发射机5将发送多于一个的频道，并由接收机7接收，这与普通的有线电视系统一样。但是，每个不同的频道可具有包含多个数字视频信号的数据流。
因此，接收机7优选地结合信号选择器8一起进行操作，以选择用于重放的特定NTSC频道，并由此从数据流的复用信号中选出特定的视频信号，并在最后如果需要重放到监视器10上时，再进一步对该压缩视频信号进行解压缩或展开处理。
多选择控制器9用于控制接收机7和信号选择器8，以选择所要进行重放的特定视频信号。实际应用中，用户并不需要知道每个频道上正在使用多个信号。如果，例如使用的是每频道4个信号的68个频道，则其将对控制器9，以及接收机7和信号选择器8一起进行程序设定，以将这些频道向用户表示为频道12-72。监视器10可以是，例如，常规的电视机。信号选择器8优选地包括一种用于从当前由接收机7正接收的频道上的数据流中选出特定视频信号的常规信号分离器。信号选择器8另外还包括，与压缩器3所采用的压缩方案所对应的必要解压缩或展开装置。
在实际应用中，利用允许在单独一个NTSC频道(例如，频道34)上传送两套体育视频信号(例如，A和B)的压缩-复用方案，其可以在6MHZ的有线电视信号上传送一个交互式体育比赛节目。对于上述特定的体育比赛项目，其可能需要有4种视频信号(例如，A-D)。第一视频信号(信号A)可以包含该比赛的标准广播信号；而第二视频信号(信号B)则可以包含比赛动作的特写画面；第三视频信号(信号C)可以包含对比赛精彩画面的连续更新的重放；第四视频信号(信号D)则可以包含关于比赛的统计信息。其中，可以以如下方式来对这4种视频信号(A-D)进行复用：视频信号A和B被复用到有线频道(cable channel)34上所传送的数据流上；视频信号C和D则被复用到有线频道35上所传送的数据流上。另选地，其也可以将所有4种视频信号(A-D)一起复用到一个频道上所载送的数据流上。然而，其也可以利用控制器9，或信号选择器8来对这4种信号进行映射，以作为单独频道画面向用户播出，由此使得当观众在多选择控制器上进行选择时，在各频道之间可以实现无缝切换。
此种交互式节目的每种视频信号可以包括一个写的是，例如，“全屏动作-按A；特写动作-按B；重放-按C；统计信息-按D”的提示文本(label)。
如图所示，如果对于某个交互式节目，其需要多于可映射到单独一个频道上的数据流的信号，则其可以对信号选择器8与接收机7一起进行程序设定，以在多种视频信号与多种广播频道之间进行切换，由此提供所需的交互水平(level)。然而，在优选情况下，与某个特定交互式节目相关的多种视频信号将被复用到单独一个频道上。
此外，信号选择器8可以存储与当前和先前用户响应有关的信息。例如，其可以将观众的个人档案(profile)或观众先前的响应模式存储到存储器中。正如美国专利No.4,602,279中所讨论的那样，其可以将此信息与视频信号内所传送的各种命令结合起来使用。所存储的个人档案信息和所接收到的各种命令，可以被用来在不需要来自用户的回应的情况下，在数据流和各视频信号之间以交互的方式进行切换。
如果愿意，其也可以在单独一条电话线上传送该种复用的交互式节目。在此实施例中，其将多选择控制器9用程序设定为在单独一条电话线上的各视频信号之间进行切换。如果还需要另外的频道，则也可以如下所述使用双向(two-way)配置。
在教育型实施例中，也可以使用交互式电视系统系统。在此类实施例中，信息被存储在多个可重放信息段的每个数据流上，其每个均包含可由接收机、对应于根据用户在多选择控制器9上的选择而通过信号选择器8所选出的视频信号，而可直接重放出的完整讯息。各数据流中的上述每个信息段均包含有具有相关多选择回应、回应消息、信息型消息，或其组合的询问型消息。
各数据流中的各信息段优选地，与内容实时相关，以使其在显示视频信号时，可以进行交互式的对话，而用户则可以回应视频信号中所包含的各种询问。当用户利用多项选择回应来回答某个特定询问问题时，其将利用信号选择器8来显示与其所作出的特定选择相关的视频信号中的信息。通常可以将上述各种询问、回应消息、以及信息型消息包含在任一个，或多于一个的，或所有的视频信号中。
其中每个广播频道包含有多种视频信号的数据流，可以被用于很多类型的交互式节目，诸如上述美国专利中所公开的那些节目或者其他可开发出的交互式节目。
如上所述，可以提供不需要传送装置的单机系统。在这种情况下，构成某交互式节目的数字化视频信号被存储在诸如录像带、影碟、存储器(例如，RAM，ROM，EPROM等)的本地存储装置，或计算机中。优选地，数字式视频信号被复用到标准的NTSC信号上。上述特定的存储装置可以与图3-5中所示的任何一种交互盒(interactive box)相连。这些交互盒将与一台电视机相连。另选地，图3-5中下方所示的电路可以由一块插板来实现，并被插入到标准的个人电脑(PC)中。由于标准的PC处理器可以提供图3-5中所示处理器108的各种功能，因此该交互板不再需要配置单独的微处理器。
如图2所示，交互式电视系统可以以一种双向配置来进行操作。在此模式中，将以先前所述的方式来对各信号进行处理，即由A/D转换器2进行数字化处理，再由视频压缩器3进行压缩。这些信号随后被择路发送给中央交换台14。在此实施例中，各视频信号之间的切换是在数据转发器上而不是在接收机上完成的。多选择控制单元9通过中继盒17将用户的多选择选定结果(multiple choice selection)中继回位于远程位置上的中央交换台14。这些多选择选定结果可以由中继盒17利用常规装置，诸如双模式有线电视，电话，或FM传送方式中继回交换台。交换台14接收用户的多选择选定结果，并将所需的信号路由给用于以常规方式沿用于该特定用户的合适有线频道传送所需视频信号的发射机5。如果需要，发射机5也可以在被用来播出交互式节目的有线电视频道上传送常规的节目。另选地，交换台14可以包括如前所述的复用设备，并由此在单独一个电视频道上，播出多套交互式或非交互式节目。
例如，如果其希望以如上所述的方式来实现交互式足球比赛节目转播，则其可以为该套节目分配单独的一条NTSC有线频道。然而，在此实例中，在发射端将出现多个视频信号。响应于来自无线控制器9的信号，中继盒17将向用于将所需视频信号路由给点播观众的有线电视交换台发送一个信号。此类系统一般需要配备十分快速的交换设备，但也可以利用数字成像的技术来实现。
另选地，其也可能会希望通过单独一条电话线来传送体育比赛节目。当该用户在控制器9上输入了某一项选择后，其将通过电话线，向用于通过该用户的电话线来择路发送交互式节目所需信号的中央交换台，发送一个信号，以使其通过单一链路来同时对正在接收机上进行的交互式选择、以及从来自实际响应于在接收机上进行的交互式选择而发生切换操作的数据转发器的多种选择中选出的一种选项的传输进行处理。
用户与交换台之间的双向链路可以被用于其它的用途。例如，出于商业目的，如定位于特定收视群的广告、计费、向比赛竞猜活动获奖者发送用于领取奖品的获奖号码，或其它的商业或非商业目的，可以从用户那里向广播网络传送人口统计数据。
如上所述，当帧与帧之间的内容包含有诸多基于象素内容的变化时(例如，在快速运动的过程中或场景发生变化时)，压缩系统的压缩效率通常会变得非常低。而在根据本发明的系统中，则具有通过程序设定来减轻解压缩程序上的处理负担的优点。当用户按下了控制器上的一个按键，以选择所需的信号时，如果愿意，也可以实现一个很细微的感觉不到的延迟。此延迟将允许解压缩或展开算法有一段很短的时间，来对从一种视频信号到另一种视频信号的快速变化(其通常会使该算法的效率有所下降，从而在屏幕上出现一些视频干扰)作出相应的调整。
图3，4，7，16和17所示为根据本发明的能够在同一频道或不同频道上的数字视频信号之间进行无缝无闪烁(flick-free)透明切换的接收机7和信号选择器8的多种优选实施例。这些实施例可以与任何类型的传输介质相连，或只是简单地与任何用于数字化复用交互式节目的单机存储装置相连。优选地，接收机7和信号选择器8均是与电视机或其它的显示监视器相连的交互式节目盒11的组件。另选地，通过在个人电脑上增添一些必要的组件，其也可以将RF接收机7、信号选择器8和监视器所需的功能合并到一台标准个人电脑中。为了提供此种能力，其只需将一块RF解调器板、数字信号分离器、解压缩器、帧缓冲器、以及同步组件添加到个人电脑上即可。上述物件或其它组件，可以与图3，4，7，16和17所示的PC处理器和存储器件相连。本实施例中，用户将通过计算机键盘来进行选择。
图3所示为一种具有单独一个模拟帧缓冲器的实施例。图4包括如下所述的多对RF解调器，纠错器，和信号分离器和/或一对数字视频缓冲器。
图3所示为一种允许在两个或多个单独数字视频信号之间进行无缝视频切换的接收机的实施例。如图3所示，微处理器108与RF解调器102和信号分离器106相连。微处理器108对合适频道和数据流的解调和信号分离进行控制，以获得正确的视频信号。该合适频道是通过检查来自用户接口130的用户输入和/或存储在RAM/ROM 120中的任何其它信息或标准(诸如个人档案信息)来确定的。例如，如美国专利No.4,602,279中所述，RAM/ROM 120可以存储各视频信号中所提供的多种命令。用户接口130则可以是一个用于从多选择控制器9接收信息的红外型、无线型、或有线型接收机。
RF解调器102是接收机7的部件，并用于在微处理器108的控制下，对来自广播频道的数据进行解调。在数据流被解调之后，其将经过前向纠错电路104而进入到数字信号分离器106中。信号分离器106在微处理器108的控制下，提供从该数据流中的各种视频、音频和数据信号中选出的具体视频、音频和数据信号，并将导引给该系统所用的合适装置。为了无缝地从一个视频流拼接(splice)到另一个视频流上，其优选地在数字压缩域上来进行上述切换，以由此免去了同时对两个视频、音频和数据流进行解码的需要。
当压缩数字视频被发送给上述视频解码功能部件时，其首先被存储在存储器160中，直到已经缓存下足以确保视频流进行连续重放的信息为止。正是由于视频信息的压缩特性，使得相对很小的缓冲器160便可以保存足够数量的信息(平均来说为5到6帧)。其意味着从压缩视频被接收一直到其被解码和显示的过程中，存在有充分长的延迟。因此，用于机顶盒中进行切换的本优选方法，是在继续在监视器上播放原先旧视频的同时，在到视频缓冲器160的路径上选择新的视频。由于可以通过产生语法正确的可拼接MPEG段来创建输入数据流，所以其可以很容易地实现上述方法。利用此方法，在接收机中将不再需要另外的硬件。并由此使得观众感觉就象在观看单独一段没有重复帧和丢失帧的视频流一样。
MPEG允许利用叫做PCR(节目时钟参考)的数据字段，在接收机11上重构视频时钟。这对于保证解码器能够以其所输入的速率相同的速率来播放解码后的视频是必需的，从而避免了丢失或重复图象帧。MPEG流所内嵌的其它信息包括PTS(播放时间标记)和DTS(显示时间标记)。其将利用这些信号来保持与音频的声像同步，并用来通知接收机何时在显示器上播放上述视频和音频信号。
图4所示为一种用于在各个视频信号之间进行无缝切换的另选双调谐器实施例。在此实施例中，其将在微处理器108的控制下，来选择所要由RF解调器102A，102B进行解调的RF频道。
解调所得的数据流进入到前向纠错器(forward error corrector)104A，104B中。并通过这些前向纠错器的输出，将各数据流传送给数字信号分离器106A，106B的输入。
与RF解调器102A，102B相同，数字信号分离器106A，106B由微处理器108来控制。此种配置将允许微处理器108独立地在不同的频道和数据流上，选出两个不同的单独被时间复用的视频信号。如果某交互式节目的所有的视频信号均被包含在单独一个频道或数据流上，则其将只需要配置单独一个RF解调器、前向纠错器、和与之串联并馈送到两个数字视频缓冲器中的数字信号分离器。
数字信号分离器106A，106B提供两个数据流。这些信号分离器的输出包含有可以在微处理器108的控制下被导引给合适装置的视频、音频和数据。以此方式，其将不再需要将所有的信息均包含在一个RF频道中。取而代之的是，可以将信息分布于该RF频谱的不同频率上，而同时仍有可能将各数据流拼接起来。通过在上述两个信号分离器的输出上放置一个简单的数字开关，能够避免复制上述解码链。这里应当注意的是，该方法只是一种节省成本的途径，复制其余的解码链也同样可以工作。
标准MPEG流包含有不同类型的编码帧。其中有多个I帧(内编码)，P帧(预测编码)和B帧(双向预测)。标准MPEG结构便是常说的GOP(图象组)。GOP一般起始于I帧，并可以结束于P或B帧。通常每GOP只有一个I帧，但可以有多个P和B帧。尽管也不是一定要有I帧，但出于许多原因，有I帧仍是有用的。
结束于B帧的GOP被视为开放型。而结束于P帧的GOP则被被视为闭合型。对于本系统来说，GOP优选是被闭合以确保没有指向在当前GOP外部的图象帧的运动向量。
在编码处理的过程中，为了更高效地对视频进行编码，MPEG还将对原来的显示顺序重新进行排序。而在解码器中，为了正确地显示该视频，必须再把重排后的顺序还原为原先的顺序。
帧顺序：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
帧类型：I B B P B B P B B P  I  B  B  P  B  B  P  B  B  P
典型帧重1 4 2 3 7 5 6 10 8 9 11 14 12 13 17 15 16 20 18 19
排序：
传输顺序I P B B P B B P B B  I  P  B  B  P  B  B  P  B  B
帧类型：
GOP1                              GOP2
拼接发生在GOP1末端的B帧之后与GOP2的I帧之前。需要重点指出的是通过合适的控制，编码器可以对长度可变的GOP进行编码，并能够准确地放置拼接帧，以实现所需的交互效果。如果内容彼此没有关系，则编码器可以在每个GOP的末端进行拼接，以便于进行切换操作。由于上述GOP结束于P帧，所以其将产生一个闭合的GOP。
数字系统中的改进型无缝切换
如上所述的任何一种类型的接收单元实施例均可以被用来处理无缝切换。然而，通过对编码处理进行改进，将可以进一步改善接收单元上的无缝视频切换。
无论其所表示的是多个相互独立的电视节目，抑或是一个交互式节目内的不同相关信号，观众视觉感受好坏的关键在于各数字视频信号之间无缝切换的好坏。无缝切换的定义是，不会在视觉上感受到人为的视频流切换。编码处理的效果就是要简化无缝切换处理步骤以及提高其处理的质量。
其中，编码处理是在图5所示的为其部分元件的中央位置(centrallocation)上来进行的。图5中所示为可以包括现场直播的或原先录制好的视频流的多种视频信号300。视频信号的数据源可以来自用于直播视频的摄像机、视频服务器、录像机，DVD，卫星信号馈送器等诸如此类的设备。
视频信号的制式可以是MPEG格式，HDTV，PAL等等。而音频信号308则可以源自CD，磁带，麦克风等等。
而如图5所示从数据代码计算机316中发出的多个数据代码，是用于如上所述机顶盒转换器中所用到的交互处理的交互命令。优选地，这些数据代码是源发自编码计算机316的诸如ACTV标记语言等类型的，交互式标记语言(interactive scripting language)的一部分。这些数据代码将简化接收单元上多种交互式节目功能选项的实现。本实施例需要一个使其能够在第一视频流与第二视频流之间进行同步切换的数据频道。此数据频道包含有将不同节目元素(element)以及不同视频信号上的信息段连在一起的代码。
再次参看视频信号300，在视频同步锁定装置304中各视频信号300将被同步锁定，以由此实现时间同步。上述时间同步后的视频信号被导引到视频和音频编码器312中。在本优选实施例中，有线数据转发器需要配置多个兼容编码器312，以与多个远程位置上的数字接收单元一起协同工作。本发明优选地通过将数据转发器上的各命令同步到特定的视频帧和特定的音频帧上，来简化(facilitate)其交互式应用。此级别的同步可以在MPEG-2、4或7规范的语法标准内来实现。
为了便于各接收站点上的无缝切换，其将优选地对视频编码器312进行时间同步。进行上述同步处理的目的在于，确保其所已经放置于视频内容中的多个拼接点出现在正确的帧号(frame number)上。尽管并不是对所有的节目类型均需要获得此级别的准确性，但其是可以以此种方式来实现的。其将使节目制作人具有，在图象组(GOP)分辨率内的帧边界上进行视频切换的能力。SMPTE时间代码或垂直时间代码(VTC)信息可以被用来对编码器312进行同步。此外，利用长度可变的GOP，其可以在任一帧上准确地放置一个拼接点(splice)。一旦接收到来自外部控制装置，如ACTV命令代码计算机313的命令，其将可以控制编码器312，在某个帧号位置上插入一个拼接点。通过改进数据转发器上的编码器，将可以确保在机顶盒转换上所进行的无缝切换更为有效。
如图5所示，多个视频信号300，数据代码316和音频信号被输入到编码器312中。在本优选实施例中，编码器312一共输入有4个视频频道。然而，根据其所要传送的内容，也可以输入数目多于或少于4个的视频流。在当前的环境下，视频数目的实际应用限制取决于图象的质量。然而，归根结底，其对于单独一个频道内所能包含的视频和音频的数目没有限制。另外，利用采用了双调谐器实现方式的另选实施例，当前的所有限制均可以被去掉。
优选地，编码器312采用MPEG-2压缩格式。然而，其也可以采用MPEG-4和MPEG-7，以及诸如小波和分形(fractle)等其它的压缩格式，来进行压缩处理。这些技术均与现有用于数字视频系统的ATSC和DVB标准兼容。然而，为了更便于在机顶盒上进行优选的无缝切换，其将对MPEG流进行一定形式的改动。接下来将参照图6中所示的视频帧结构332，来对编码方案的上述改动进行说明。
当在接收信号中遇到视频拼接点336时，远程接收站点上将相应地发生切换。通过提供多个拼接点，节目切换将变得很容易。通过匹配(adaptation)字段数据，其可以识别出节目流中的各个拼接点。根据用户输入，存储在机顶盒转换器或数据转发器上的存储器中的个人档案信息，以及来自节目源的命令，将在这些点上进行节目切换。
而在生成视频拼接点336时，视频编码器在每个图象组(GOP)上插入多个如图6所示的拼接点。一个GOP，根据MPEG方案中的参数集，通常由一个I帧和一系列P和B帧组成。优选地，该GOP被编码成“闭合型”GOP结构，即意味着该GOP结束于P帧。因此，将不会出现指向下一GOP的运动向量。如果存在从一个GOP到另一个GOP的运动向量，则其将会产生非自然信号，并可以在画面切换时被看出来。因此，其需要采用一种闭合型的GOP结构，以与MPEG语法相兼容，并确保在执行拼接后不会出现可见的非自然信号。
GOP长度是可程序设定的，并可以在1到有限视频帧的范围内任意取值。然而，优选情况下，GOP将包括10-15个视频帧。参照图6，其所示为4个视频信号。同时其希望能够实现从任一视频信号到任一另外视频信号的无缝切换。
如图6所示，无缝视频切换发生在GOP视频帧边界上。对于预先录制好的资料，为找出切换点需要先识别出拼接点。而对于那些需要进行“自由”频道选择的节目(例如体育节目)，则将把所有的GOP边界编码为拼接点。尽管切换必须是无缝的，但其并不一定要是立即的。例如，一条命令或按键输入需要有一段有限的时间来进行处理。因此，其可以延迟视频切换，最长可达1.5倍GOP的长度。
如图6所示，利用MPEG数据在通过数字信道传输的过程中非实时性的特点，可以产生一个时间间隙340，在该间隙340中，解码器可以从对一个视频流的解码处理切换到对另一个视频流的解码处理。因而，图6中所示的间隙340代表了切换时间(switch time)。其中的关键在于，在下一GOP的第一个数据包通过该信道之前，大多数复杂视频将已完成处理并通过了该信道。通过以低于该信道容量的数据率来进行编码，在所要进行切换的GOP的末端，将产生一些额外的时间。以此方式，两个MPEG流将被合并到一起，而生成一个单独的语法上完全正确的MPEG数据流。其中，其可以在如图5所示的编码器312上，利用任何类型的压缩方案来产生上述时隙。
而对于音频信号，则优选地利用AC3格式来进行编码。然而，本发明可以对任何常规类型的音频编码方案进行转换。
所有各种视频、音频和数据信号均是在编码器312中进行数字化以及组合处理的。优选地，压缩及编码信号是以DS2、数字高速展开接口(DHEI)或其它任何常规格式来进行输出的。数据类型并不重要，其只是数据。编码处理随后以用于目标信道的适宜位速率，来输出数字数据流。
调制器320可以采用多种不同的可用调制方案中的任一种。优选地，其选用64-QAM作为调制方案。如果是这样的话，调制器320的输出上的数据率将大约为29.26Mbps。然而，本发明也可以使用如下所示的多种具有各自近似数据率的调制方案，或其它的常规调制方案(诸如FSK，n-PSK等)中的任一种。
调制方案数据率
64-QAM        29.96Mbps
256-QAM       40Mbps
8VSB          19.3Mbps
64QAM PAL     42Mbps
256QAM PAL    56Mbps
随后在一种常规的组合器中，优选地利用频率调制的方法，将各个单独的NTSC频道组合在一起，因而，如下所述，其可以在机顶盒转换器上，实现从一个信号到NTSC频道中的另一个信号，或从一个NTSC频道到另一个NTSC频道的无缝切换。
总之，通过在编码器312上对信号进行时间同步，对编码器进行时间锁定，以及为每个数字视频流创建一个时间间隙340(其代表了编码率和信道容量之间的差别)，而实现了解码器的无缝切换。
在进行完编码、调制和复用处理之后，可以通过卫星、无线电、陆上线路、广播、或任何其它的常规传输系统，将信号传送给多个接收站。在本优选实施例中，各信号是通过电缆或其它类型的传输介质分送给各个远程站点的。
接收站
在接收站，如在图7所示接收机上，其是通过调谐器机构344来接收信号的。当采用的是卫星分送方式时，调谐器344可以是一种宽带调谐器，而对于标准的MPEG信号，则可以是一种窄带调谐器，或也可以是如下所述，用于在位于不同频道上的不同信号之间进行无缝切换的两个或多个调谐器。对于MPEG信号，调制器344调谐到由主处理器360所给出的命令所指示的特定NTSC频道上。该主处理器360优选地是一个Motorola 68331处理器，但也可以是任何包括PowerPCTM，IntelPentiumTM等在内的任何其它的常规类型处理器。
该信号随后被转发给调制器364。调制器364对该组合信号进行解调，去掉FEC，并将各数字信号转发给视频和音频解码器372。在数字解码器372那里，将对各信号进行分离和解压缩。解码器372去掉节目标识号(PID)，并将这些PID路由给合适的解码器，无论其是视频、数据、音频或图形。音频优选地被转发给DolbyTM数字处理IC380。随后，其将以下述方式，来对所选出的视频和音频进行解码，并将视频发送给用于准备所要显示的所选视频的视频数字-模拟(D/A)转换器388。
锁相环(PLL)恢复被编码在MPEG匹配字段的PCR段中的编码时钟。优选地，其利用一个ROM来保存用于接收单元342的操作系统，同时利用闪存(Flash-ROM)来进行备份，以供可下载代码使用。另外，解码器372，380和图形芯片376上还连接有许多其它的存储装置，以用来存储例如图形重叠部分的数据(graphic overlay)。另外，各家庭用户的档案数据也可以被存储在非易失性RAM或ROM 352中。
其中，还配备有一个回送信道(backchannel)编码器和调制器368，以用于将数据发送回数据转发器。此类数据可以包括个人档案信息，交互选择，用于向特定收视群作广告的人口统计信息数据，比赛竞猜得分，等诸如此类的信息。
另外，接收单元342允许将新的应用软件下载于其上。这些应用软件可以在硬件条件允许的情况下来对该单元进行控制，以及重新定义这些单元的功能。上述控制的范围可以十分广泛，包括对面板画面(front-panel display)、屏幕画面、全部输入和输出端口、MPEG解码器、RF调谐器、图形芯片和红外遥控功能映射的控制。
优选地，本发明的交互式节目技术，包括提供多个摄像机角度的画面，针对个人播出广告等诸如此类的功能，是作为应用软件在接收单元342中实现的。其相应的应用程序优选地被存储在如图7所示的接收单元的ROM或闪存352中。然而，上述交互技术应用程序也可以被存储在包括RAM、EPROM、EEPROM、PROM等在内的其它任何类型的存储装置中。同样地，该软件也应该可以存取及控制该装置的各种硬件元件。不再需要另外的硬件便可以在接收单元342中完全地应用上述交互式节目技术，来实现如上所述的性能。
本发明可以使用任何类型的常规遥控装置348。然而，优选地，遥控装置348是一种红外型(IR)装置，并包括有4个或多个功能选项按钮及其相关的IR代码。
接下来将对接收单元342上的无缝视频切换进行说明。如图7所示的接收单元342优选地能够进行实时MPEG-2，MPEG-4或MPEG-7解码。接收单元342监控从程序源传送来的用户交互和信息，并对视频和音频流进行适宜的无缝切换。
根据观众的回应和请求，该单元自动且无缝地在反映了观众早先回应的视频、图形和音频节目序列(programming sequence)之间进行无缝切换。交互技术允许很高级别的交互性，而同时却并不要求机顶盒单元342，来向节目源传送回任何的信息。
在如图7所示的视频解码器372中，其从MPEG数据流中去掉头信息数据。该特定视频随后根据来自主处理器360的命令被选中。同时，与其相关的音频则被发送给音频解码部380。所选中的视频先被缓存在标准的视频缓冲器中，而后再进行输出，以对其进行解码。缓冲器大小由MPEG标准来定义。在开始进行解码时，其必须容留有足够长的时间，以用I帧和其它数据来“填满”该缓冲器。
在缓存结束之后，所选中的视频将通过MPEG解码处理的各个步骤，其中优选地是利用可变长度解码(VLD)方法。通常，可变长度解码技术将以运行长度进行编码的数据流转换为长度稍长一些的位流格式。该位流被解码为其相应的成分，即运动向量、dct系数和诸如此类，以便于重构出该视频。接着，其利用一个反离散余弦变换(DCT)滤波器，将该数据流转换为频域信息。如果各帧是以彼此相互关联的方式来进行编码的(intercode)，则其将可以产生象素数据并将其存储在缓冲器中。
接下来将参照图7，对从一个到另一个MPEG视频流的无缝切换进行说明。各次切换均出现在如图6所示的各个拼接点上。当如图7所示的信号分离器/解码器372“遇到”上述拼接点时，其将切换到被发送到缓冲器中的所选视频信号。随后，从主处理器360将下一个信号PID装入到解码器372中。为了实现到4个视频流中的一个的切换，如图7所示的视频解码器372，必须可以识别出新视频流的PID号。另外，为了便于在多个相互独立的视频和音频流之间进行无缝切换，每个输入视频和音频流将优选地分别具有属于其自己的并为机顶盒转换器342的存储器中所存储的交互应用软件所知的PID。随后其必须调用相应的例程来执行所述切换操作。而标识了下一所选视频信号的下一PID则可以根据用户的选择或利用交互式控制代码、或同时根据两者，来进行确定。一旦装入了下一个PID，则解码器372将开始查询所选的视频流，同时，由于在视频数据流中创建有间隙340，因此解码器372将总能够找出下一视频信号的头信息。一旦解码器看到了第一视频的拼接点标识，同时由解码器识别出了第二视频信号，则在第一视频信号继续播出的同时，第二压缩视频信号将开始载入到缓冲器中。其中，将根据用户的选择或根据交互控制代码来选择新的视频信号。
进行无缝切换所需的多个标识项(item)包含有拼接点计数器和拼接点标志。这两个标识被放置在MPEG视频流的匹配字段中。拼接点计数器表明了该拼接点之前的视频数据包的数目。拼接点标志表明了在该数据流中存在有拼接计数(splice count)。一旦解码器372确定了该拼接点，其将可以开始缓存下一视频信号，并继续对该信号进行解压缩，就好象在一个MPEG流上一样。
音频切换
同视频流一样，优选地，在每次服务中存在有4个分别由唯一PID进行标识的AC-3音频流。上述PID号是在启用该种交互服务时，从诸如SI、PG和PM的MPEG-2传送表中获得的。这些PID中的一部分被选作缺省的音频信道，并在得到某次服务的同时被选定。其余的3个信道是任选的，并且其应由控制程序根据控制消息和/或用户输入来选定。尽管音频信道通常均根据相关的视频频道来进行切换，但其也可以独立地进行切换。
在本实施例中，如图8所示的4个音频流的数字帧表示形式(representation)392中所示，切换发生在各帧边界上。当从一个频道切换到另一个频道上时，可能会丢失掉一个图象帧(本例中，为帧5)，而音频将从新频道的帧6来重新开始。音频解码器380能够通过由如图5所示的解码器312插入音频拼接点来进行音频切换。优选地，解码器312将在当前音频帧的匹配字段的拼接倒计数时隙中插入合适的数值。
当音频解码器380检测出此拼接点时，解码器380将会切换音频信道。尽管上述音频拼接并不是无缝的，但其对用户来说几乎是察觉不到的。
数据命令
因为数据命令在数值实施例中是对时间敏感的，所以其将从数据转发器通过命令数据PID(数据包标识)来进行发送。这些命令必须在编码器端与视频GOP进行同步。为了实现上述操作，如图5所示的数据代码计算机316必须将各个单独的命令作为整个数据包来进行发送。而每条命令可以仅由2个字节来构成。因此，其发生器必须用代码FF(16进制)来填充该数据包剩下的字节。当此整个数据包被发送给编码器312时，编码器312将尽可能早地对其进行传送处理。如果仅有部分的数据包被发送给编码器312，则编码器312将不会发送命令，直到接收完该数据包中所剩下的其余各条命令为止。
各条命令，如在(1)ACTV编码语言，教育型命令集1.1版，以及(2)ACTV编码语言，娱乐扩展命令集2.0版(其均已作为参考文献收入于本说明书中)所定义的，是通过将2字节到6字节的长命令串在一起而形成的。该命令数据将被输出给编码器的ISO接口，同时将填满数据包，以确保能够及时地完成命令代码的传送。
控制程序优选地被存储在RAM 352中。处理器360接收来自控制程序的指令。另外，诸如用户回应的按键输入、个人档案信息以及控制消息被处理器360用来进行切换判定。
优选地，该控制程序以由所接收到的交互命令消息所决定的5种模式来运行。这5种模式分别是：
·根据用户输入切换音频和/或视频
·根据用户输入和所存储的数据切换音频
·根据用户输入和所存储的数据切换音频和/或视频
·根据控制消息切换音频和/或视频
·根据控制消息和所存储的先前输入切换音频和/或视频该控制程序可以同时采用多种上述模式。
上面的第一种模式，“切换音频和视频频道”，是最简单的运行模式。该控制程序由微处理器360“下达”命令，以接受4种遥控器按键代码中的一种，并切换对应的音频/视频频道。该程序在当前GOP末端上的视频帧边界上执行此种切换。一旦显示了新频道，该程序具有利用来自数据转发器的，或者以本地方式存储的新文本和/或图象消息，来更新屏幕画面的能力。
上面的第二种模式，“显示一个视频频道及切换音频频道”，将连续地显示一个单独的视频频道。当其接收到遥控器按键输入代码时，视频将继续播出，而音频频道将被切换。如上所述，通过检查匹配字段中的拼接点计数值，其可以确定合适的音频帧边界。由用户所作出的选择被存储在RAM寄存器中。每当用户作出选择时，该程序将再次检查上述按键代码和先前所存储的选择，以确定下一音频频道。
如上所述的第三种模式，“根据用户输入和先前的选择切换音频/视频频道”，将显示一个初始的音频/视频频道。当命令消息流发出命令时，在屏幕画面上将显示其文本信息。该程序随即等待用户的输入。当其接收到用户输入时，其将与先前的用户选择一起被存储在RAM寄存器中。利用该程序对该寄存器进行检查，并随后根据所存储的逻辑来确定所要显示的下一音频/视频频道。
在上面的第四种模式是“根据控制消息切换音频/视频频道”，其也将显示一个初始音频/视频频道。上述程序随后等待来自控制消息流的控制输入。根据此输入，该程序在当前GOP末端的视频帧边界上切换各个频道。
上面的第五种模式，“根据控制消息和先前的选择进行切换”，将显示一个初始音频/视频频道。上述程序随后等待来自控制消息流的控制输入。当控制消息输入被接收到时，其将与先前的用户选择和控制消息一起被存储到RAM寄存器中。随后上述程序将对此寄存器进行检查，以确定所要显示的下一音频/视频频道。
数字视频系统及其应用
接下来将对如图1-8中所示的数字实施例，以及如下参照图16和17所说明的双调谐器实施例的几种应用进行说明。
TV广播电台切换
在此实施例412中，从一个信号到另一个信号的无缝切换在TV广播控制中心来完成，并被转发到如图9所示的用户数字接收装置。在数据转发器396，其将根据如上所述的任何一种方法将多个数字节目组合在一起。
一旦接收到由广播电台所播出的节目，则各信号将被馈送到一个数字数据流选择器400中。此选择器由如上述在任一种用于进行无缝切换的另选实施例(图1-4，7，15-17)中所说明过的元件构成，只是此单元的位置并不在远程站点上。无论数字流选择器400是在中心位于某个频率的一个频道上的一个数据流中的多个复用信号之间，还是在不同数据流中的信号之间，或是从某个接收信号到所插播广告的范围内进行选择的，在如图9所示的实施例中上述切换均是无缝的。如上所述，上述选择是作为电台特权，远程用户选择和/或个人档案信息(通过回送信道所传送的)，或特定收视群广告的函数来进行的。
一旦其作出了选择，则其将可以通过任意类型的常规装置404，将节目信号传送给远程站点408，以进行播放。
不相关节目切换
图10所示为用于在不相关节目之间进行切换的一种实施例430。换句话说，其只是简单地从一个TV频道切换到下一个TV频道。目前，在数字环境中，其还不能实现在不出现闪烁的情况下，从一个信号到另一个信号的切换。这里所描述的系统能够使一个观众可以从一个节目切换到另一个节目，无论其是否相关，其之间的过渡均是无缝的。换句话说，在从一个节目切换到另一个节目的过程中，将不会出现可见的非自然信号。
如果各个节目均经过压缩处理并被复用到一个MPEG流中，则本文中所公开的任一种实施例均能够进行无缝切换。如果各节目是在单独的NTSC频道上，则其将必须使用各种数字“双调谐器”实施例(图4，16和17)中的一种，以允许进行频率偏移。
图10所示为用于不相关节目切换的系统430的高层(high-level)元件的示意图。优选地，上述不相关节目均经过了压缩处理，并在视频编码器上利用MPEG流将其复用到一个使用一个NTSC频道的数据流中。不相关节目可以被组合到一个MPEG流中，或也可以被送到不同的NTSC频道上。例如，上述节目可以由体育、新闻、连续剧或儿童节目组成。这些节目由调制器/上变频器420进行调制，并通过如上所述的任一种合适的传送装置进行传送。
最终用户可以在数字监视器/调谐器、个人电脑上，或通过与模拟电视机相连的外部转换器428(当在该转换器上可进行无缝切换时)，收看上述数字节目。上述装置的任一种均可以让用户根据其自己的喜好，而在各个频道上进行“冲浪”。另外，接收单元也可以选用图1-4，7，15-17中所示的任一种另选实施例。
多比赛项目节目内的无缝切换
在此应用中，如图11所示，提供了系统450，以使用户能够在单独一个节目内的各个独立比赛项目之间进行切换。例如，在进行奥运会比赛转播时，可能会包括对应于例如滑雪、速滑、花样滑冰、跳台滑雪等多种不同比赛项目的多种节目。优选地，其将在视频编码器基座(chassis)434上，对这些独立的比赛项目节目进行压缩，并将其复用到一个MPEG数字流中，随后再经过调制器/上变频器438，并通过传送装置442，作为单独的NTSC信号来进行传送。然而，在广播中心也可以将这些比赛项目节目分别编码到彼此独立的NTSC频道上。
在调制及接下来的传送处理之后，多个远程站点446上将接收到这些节目。这些远程站点446均包括，一个包含有数字监视器/调谐器，个人电脑，或者是与监视器相连的外部数字转换器的接收单元。而用户则可以通过其遥控装置，在不同的比赛项目节目之间进行选择。当用户想要切换到另一个比赛项目节目上时，切换处理将根据如上所述的任一种方法和系统无缝地进行。
无缝画中画节目切换
图12公开了一种用于利用“画中画”在优选地不相关节目之间进行切换的实施例470。无论该用户是否正在以小帧显示的节目与以大帧显示的节目之间进行切换，利用这里所描述的系统和方法，所有的此类切换将均是无缝的。
观众可以在所显示的两个窗口的任一个中，从一个节目切换到另一个节目。换句话说，在从一个节目切换到另一个节目的过程中，将不会出现可见的非自然信号。
在图12中所显示的是用于画中画节目切换470的系统的高层次元件。优选地，在视频编码器基座454上，将4到7个节目压缩并复用到一个MPEG流中，再到一个NTSC频道上的一个数据流中。在视频编码器基座454上，其它的节目也可以被组合成其它的MPEG数据流。例如，上述节目可以包括体育，新闻，连续剧或儿童节目。其中，可以以如上所述的方式，对这些节目进行调制，并通过任何合适的传送装置来进行传送。
最终用户可以在数字监视器/调谐器、个人电脑上，或通过与模拟电视机相连的外部转换器428(当在该转换器上可进行无缝切换时)，收看上述数字节目。该实施例以及图12所示的流程，将允许用户调用画中画功能，并无缝地在单独一个MPEG流内的各不同节目之间进行切换。如果想要从一个MPEG复用流切换到另一个上，上述转换器，PC或数字监视器/调谐器466将需要采用多个调谐器/解码器，图4，16和17中给出了其几种实例。
多个商业/购物节目内的切换
图13示出了一种具有返回路径的交易系统。与如上所述的其它实施例相同，视频编码器474对多个不同的节目进行压缩，并将其复用到一个或多个NTSC频道上，以将其传送给多个远程站点。
优选地，多个不同类型的购物节目被压缩及复用到单独一个NTSC频道上。例如，可以有分别针对服装、首饰、家用器皿等等的节目。如果所需要的节目多于单独一个NTSC频道上所允许的节目数，则本发明也可以使用多于一个的NTSC频道。
这些节目通过合适的传送装置482，被传送给如图13所示最终用户的接收单元486。在接收单元486上，用户可以无缝地在不同产品种类的节目之间进行切换。另选地，接收单元486也可以根据个人档案或人口统计信息切换到某个产品节目上。以此方式，只有那些最接近匹配或适合于特定个人的兴趣和需求的产品，将被展示给该用户。这些数据可以被存储在接收单元486或数据转发器中。
如果用户决定其想购买某种产品或接收关于某产品的额外信息，则其可以采用诸如图10所示的回送信道490，来将此类请求传送回中心位置。
数字节目插播-可寻址广告播放(addressable advertising)
图14所示为一种用于提供数字节目插播的实施例526。在播出节目过程中的预定时间，通过其将向观众播放某些广告。根据个人档案信息或人口统计信息，针对特定的观众也可以播放“个性化”(individualized)的广告。接下来将对此类针对特定收视群广告形式进行说明。
在中央位置，多条广告被插入到节目播出流中。优选地，该中央位置所采用的是一种用于将广告插入到节目中去的混合数字插入系统。如本文中作为参考文献所收入的“CableLab有线广告白皮书”中所述，混合数字系统利用计算机，磁盘驱动器和解码卡代替了模拟系统的磁带机(tape deck)。广告内容506可以源自于多种可能的数据源中的任一种，其中包括(但并不仅限于此)：服务器，磁带机，卫星信号馈送器。至于存储方面，优选地将通过离线处理，并利用MPEG1，MPEG1.5，MPEG2，或其它合适的方法，来对各光点(spot)进行数字化编码和压缩处理。从编码器到服务器再到重放系统的分送，可以通过网络或磁盘或磁带来完成。
在进行完编码之后，光点将被分送给服务器，以进行存储，直到需要进行重放时。优选地，光点可以直接从服务器播放到解码卡上，以将其转换回模拟信号。该光点被转换成模拟信号，随后将通过插入转换开关以常规的方式来进行发送。在以如上参照图5所述的方法对各镜头进行完数字编码和压缩之后，其输出视频和音频将被转发给图5中的中央站配置中所示的音频和视频编码器。
尽管其效率不如数字广告插播方法，但利用常规的采用模拟或基于磁带的系统的广告插播系统，也可以实现将广告插入到节目中的实际切换。
将广告插入到节目流中以及广告的播放，均是利用信令和可寻址性命令插入装置498来控制的。通过为某些观众“寻址”某些其会感兴趣的广告，便可以实现个性化广告宣传。例如，某个汽车公司可能会想要使其商品广告“个性化”，以最好地满足观众的不同需求和意愿。如果其知道某个特定用户是男性并且喜爱户外活动，则节目制作人便可能想要为其播放对应于该汽车公司的体育专用车，而并不播放其小型商用车的广告。根据存储在远程最终用户单元上的、或通过该节目提供商的数据转发器中的机顶盒控制器寻址到该最终用户的数据流中的数据，可以将这些对应于其爱好的广告“推送”给最终用户。
优选地，其将根据参照图5所述的方式，来对多种广告功能选项进行编码。因为在编码器510上已对广告镜头视频进行了强制同步和时间同步，因此从主节目到各广告之一的切换，对于观众来说将是无缝的。在服务器中从一组信号到另一组信号的无缝切换
接下来将根据另一实施例，对直播和已提供的视频内容之间的切换处理进行说明。与从单独一个数字信号到另一个单独数字信号的切换相反，此实施例允许从一组信号到另一组信号的无缝切换。这就要求上述切换过渡是以能够使其输出位流在MPEG语法上连续和正确的方式来进行的。正确的切换将确保任何类型的标准MPEG解码器均能够象播放其中没有错误的数据流一样，来播放所得到的位流。
图15所示即为用于进行此种切换的优选实施例530。图15所示的各元件位于一个有线数据转发器上，或另选地，位于一个用于卫星分送网络的集中式op中心上。为了便于进行说明，将直播信号组标注为A组信号，而B组信号则被假设为所存储的预先录制的信号(优选地被存储在服务器550上)。例如，A组信号可以包括多个代表了某个体育比赛项目中各个不同摄像机角度的视频信号。而B组信号则可以表示一系列的商品广告。然而，其所应理解的是，A组信号和B组信号均可以表示预先录制的或直播的信号。
在此实施例中，其想要从A组信号切换到B组信号上。而A组信号是在服务器550上从位于本地或远程站点上的实时编码器546接收来的。同时，其将在特定频道上的A组内容流中插入专用的MPEG数字数据包。而命令和控制终端534则将在进行模拟-数字转换之前，提供上述视频信号的模拟单音(tone)。一旦这些信号从命令和控制终端534到达实时编码器546那里，则实时编码器546将在检测到模拟单音的同时，在A组信号数字数据流中的合适位置点上插入一个数字单音。在插入了上述单音之后，其将从实时编码器546输出该A组数字流，并将其转发给数据转发器上的服务器550。服务器550一接收到A组数据流，便将其转发给服务器550中的MPEG传送开关装置。控制终端538将向该MPEG传送服务器开关装置发送一条命令，以使该开关开始寻找先前所插入的数字单音。
为了重放B组内容，该服务器开关装置必须从A组数字数据流中解码出定时信息，并在随后，利用来自A组信号的合适定时信号，来对B组内容重新进行标记。优选地，其是通过对PCR视频流(优选地，其为嵌入有上述数字单音的同一数据流)进行强制同步、以及从该视频流中剥离出节目时钟参考(PCR)、由此创建出原始A组内容的编码时钟，来实现的。
一旦检测到该数字单音，服务器开关装置便启动到由B组预先录制信号组成的B组数字数据流的转换。优选地，该服务器开关装置具有关于B组内容长度的在先知识，因此，当该服务器开关装置检测出B组内容的末尾时，其将切换回A组内容。从服务器到发射机的所得数字数据流输出，同时包含有A组和B组内容。而如上所述，发射机554将把数字数据流转发给远程接收站点，以进行播出。
以此方式，在播放由多个直播数字视频信号所表示的体育比赛(即A组内容)的过程中的某些时段，例如，根据例如服务器开关的动作，在接收转换器单元上所接收到的视频流，将自动地过渡到B组预先存储的内容。如上所述，接收站点上的解码器随后将选出B组内容中的一条广告。在这些广告的末尾，该解码器将如上所述，自动地重新开始接收A组内容，并选出一个直播信号。以此方式，其可以实现从直播编码视频内容到预先录制内容的无缝切换。
用于无缝切换的双调谐器实施例
数字数据流到数字数据流的无缝切换
图16A和16B所示为，用于提供从位于一个频道(以下简称为“频道A”)内的数字信号，到位于另一频道(以下简称为“频道B”)的无缝切换的双调谐器实施例558。在该实施例中，提供了两个调谐器560A，560B(用于调谐独立的频道)，微处理器564(用于选择频道以及嵌于其中的数字信号)，数字解调器568A，568B(用于解调来自载波的信号)，数字信号分离器/解码器572(用于从合成数字数据流中剥离出所选的音频、视频和所选内容的数据)和显示处理器576(用于对所要显示的视频信号进行格式化)。
此实施例将通过如下步骤，从频道A中的一个数字数据流切换到B频道中的另一个数字数据流。第一调谐器560A被调谐到频道A上并接收一个合成数字数据流(优选地由相关频道中的多个数字视频、音频和/或数据信号组成)。该合成数字数据流从第一调谐器560A被送到数字解调器568A，以进行解调。而解调的类型可以是任何合适的类型。
该合成数字数据流随后被送往数字信号分离器/解码器572，其中先在信号分离器573中从合成数字数据流中剥离出所选的音频和视频信号，而随后分别将其转发给音频和视频解码器575和574。随后，将根据其信号编码方案(优选地是一种MPEG方案)对这些信号进行解压缩和解码。一旦解码完毕，上述音频和视频(和/或数据，如果需要)将被转发给显示处理器576，随后再由其发送给监视器。
一旦作出决定要切换到频道B上的另一个数字信号上去，则微处理器564将向第二调谐器560B发送一条命令，以预先调谐到频道B的频率上。频道B中的合成数字数据流经过解调器568B处理后，被转发给数字信号分离器/解码器572。此时，数字信号分离器572将同时接收位于频道A和频道B上的数字数据流。因此，如果频道A和频道B均载送有4种数字信号时，信号分离器572将会接收到8个数字信号。随后，该数字信号分离器572将接收到来自微处理器564的一条指明要从来自频道B的合成数字数据流中剥离出哪些数字信号的命令。由此数字信号分离器/解码器572分别地从来自频道A和B的合成数字数据流中剥离出所选中的视频和音频(和/或数据)。而后，所选出的这些信号被转发给视频和音频解码器574和575。而视频解码器574则将以如上参照图6和7所述的方法，从当前所显示的视频信号切换到新选中的视频信号上。因此，解码器574识别当前数据流中的拼接点。一旦解码器574检测到拼接点，其将确定切换到第二数据流的适宜时间。随后，解码器574将开始将第二数据流装入缓冲器中，并利用第一数据流中的时间间隙来实现无缝切换。一旦解码器输出了第二数据流，其便被转发给显示处理器576，在此将为了进行显示而对该视频信号进行相应的格式化。
音频解码器575用于，以如上参照图11所述的方式，进行从当前音频流到第二音频流的切换。一旦完成了上述切换，则第二音频流将被转发给显示处理器576。
从模拟信号到数字信号，或从数字信号到模拟信号的切换
图17所示为双调谐器实施例590，用于从位于第一RF频道上的模拟信号，到第二RF频道中以数字方式进行压缩的信号的切换或其反向切换。在此实施例中，观众正在收看某个特定频率上的特定频道(无论其是模拟还是数字信号)，而后其决定切换到另一RF频率的另一个频道上(无论其是模拟还是数字信号)。其中使用了两个调谐器560A，560B，来进行从一个RF频率到另一个不同RF频率的转换。
举例假设该观众当前正在收看某个具有模拟信号的频道(频道A)，而现在决定要切换到另一不同频道(频道B)中的以数字方式压缩的信号上，则本实施例将以如下方式进行操作。对于模拟信号，其中的一个调谐器560A调谐到与频道A相关的RF频率上。因此该频道传送的是模拟信号，所以调谐器560A将把该信号送往模拟解调器569A和VBI解码器570A。模拟解调器569A可以利用本技术领域中的任何常见的常规模拟解调方案，来对该模拟信号进行解调。而VBI解码器570A则将剥离出嵌在垂直消隐间隔(VBI)中的任何信息(例如，交互命令，结束字幕(c1ose captioning))。解调后的模拟信号随后被转发给模拟显示处理器580，由其对该模拟信号进行格式化，随后将其输出给VBI开关588，再由其传送给显示装置。
当其决定要切换到包含有复用和压缩数字信号的频道上时，微处理器564将确定此频道的RF频率，并将其信息通过一条命令转发给第二调谐器560B。第二调谐器560B一接收到此命令，其便预先调谐到所指明的第二RF频率(频道B)上。频道B的输出随后被转发到数字解调器568B的输入上，由其利用本技术领域中任何常见的数字解调方案来进行解调处理。而后解调器568B输出该数字数据流，并由数字信号分离器/解码器572来接收。微处理器564向该信号分离572发送一条指明了所选数字信号的命令。数字信号分离器/解码器572对多个数字信号进行信号分离，并对其进行解压缩。随后将以如上参照图16所说明的方式，将处理所得的所选分信号(音频，视频和数据)转发给合适的解码器574，575(见图16B)，由此视频解码器574将开始对该视频信息进行解码，并向微处理器564发送一个信号，以信号的方式通知该数据流已被正确地解码，同时音频与图像正保持声像同步。
上述视频和音频随后被转发给数字显示处理器584，其中将把各信号从数字形式转换为模拟形式。所得到的与频道B相对应的模拟信号随后被输入到VBI开关588中。一旦微处理器564发命令要在两个视频之间进行切换时，则VBI开关588将在垂直消隐间隔的合适时段内进行切换，从而实现从模拟频道到数字频道的切换。
如果其想要从数字频道切换到模拟频道，则只需简单地将上述处理反过来执行，同时第二调谐器560B预先调谐到模拟频道上即可。另外，图17所示的实施例也可以从模拟频道切换到模拟频道。
应当意识到，在如所附权利要求所定义的本发明的范围内，可以进行多种形式的变型和修正。

Claims (14)

1.一种接收单元，用于同时显示从一节目信号中接收的第一和第二数字视频信号，该接收单元包括：
微处理器，该微处理器选择信号以进行显示；
调谐器，其与微处理器连接，用于调谐到RF频道，其中调谐器根据微处理器的指令选择所述RF频道；
数字解调器，其与调谐器连接，用于解调所述节目信号；
第一数字分离器/解码器，其与数字解调器和微处理器连接，用于分离节目信号以获得第一数字视频信号，并且包括一缓冲器用于缓冲第一数字视频信号，并解压缩第一数字视频信号；
第二数字分离器/解码器，其与数字解调器和微处理器连接，用于分离节目信号以获得第二数字视频信号，并且包括一缓冲器用于缓冲第  二数字视频信号，并解压缩第二数字视频信号；和
显示装置，用于同时显示第一和第二数字视频信号；
其中所述接收单元包括用户接口以接收用户选择并将所述用户选择传送给微处理器，由此就能够响应用户选择分别选择第一和第二视频信号，并且
响应进一步的用户选择，能够使微处理器从所显示的第一或第二视频信号无缝地切换到通过第一或第二分离器/解码器获得的第三视频信号。
2.一种接收单元，用于同时显示第一RF频道接收的第一节目信号中复用的第一数字视频信号和第二RF频道接收的第二节目信号中复用的第二数字视频信号，该接收单元包括：
微处理器，该微处理器选择信号以进行显示；
第一调谐器，其与微处理器连接，用于调谐到第一RF频道，其中第一调谐器根据微处理器的指令选择所述第一RF频道；
第一数字解调器，其与第一调谐器连接，用于解调所述第一节目信号；
第一数字分离器/解码器，其与第一数字解调器和微处理器连接，用于分离第一节目信号以获得第一数字视频信号，并且包括一缓冲器用于缓冲第一数字视频信号，并解压缩第一数字视频信号；
第二调谐器，其与微处理器连接，用于预调谐到第二RF频道，其中第二调谐器根据微处理器的指令选择所述第二RF频道；
第二数字解调器，其与第二调谐器连接，用于解调所述第二节目信号；
第二数字分离器/解码器，其与第二数字解调器和微处理器连接，用于分离第二节目信号以获得第二数字视频信号，并且包括一缓冲器用于缓冲第二数字视频信号，并解压缩第二数字视频信号；和
显示装置，用于同时显示第一和第二数字视频信号；
其中所述接收单元包括用户接口以接收用户选择并将所述用户选择传送给微处理器，由此就能够响应用户选择分别选择第一和第二视频信号，并且
响应进一步的用户选择，能够使微处理器从所显示的第一或第二视频信号无缝地切换到通过第一或第二分离器/解码器获得的第三视频信号。
3.根据权利要求1或2所述的接收单元，其中第一和第二视频信号由所述显示装置并排显示。
4.根据权利要求1或2所述的接收单元，其中第一和第二视频信号由所述显示装置以画中画的格式显示。
5.根据权利要求1或2所述的接收单元，其中节目信号或至少一个节目信号是从包含了卫星发送系统、有线发送系统、广播发送系统、专用网络以及体育场内网络的组中之一接收的。
6.根据权利要求1或2所述的接收单元，其中节目信号或至少一个节目信号是从包含了下面内容的组中之一接收的：数字视盘、CD ROM、计算机硬盘。
7.根据权利要求1或2所述的接收单元，其中所述接收单元是从包含了下面内容的组中选择的：带有电视卡的计算机工作站，与模拟有线机顶盒工作连接的电视，数字电视，与数字有线盒工作连接的电视，和与计算机工作站工作连接的电视。
8.根据权利要求1或2所述的接收单元，其中三个视频信号中至少之一与预定的摄像机视角对应。
9.根据权利要求1或2所述的接收单元，其中三个视频信号中至少之一是从包含了实况节目事件和预录制节目事件的组中选择的。
10.根据权利要求1或2所述的接收单元，其中三个视频信号中至少之一对应于主节目馈送。
11.根据权利要求10所述的接收单元，其中第一数字视频信号对应于主节目馈送。
12.根据权利要求1或2所述的接收单元，其中三个视频信号中至少之一对应于重放。
13.根据权利要求1或2所述的接收单元，其中第一视频信号对应于主节目馈送，第二和第三视频信号分别对应于从下面的组中选择的一项：重放、预定的摄像机视角、广告、个人聚焦、慢动作视频以及播放器统计。
14.根据权利要求1或2所述的接收单元，其中在根据微处理器命令向第三数字视频信号切换时，第一数字分离器/解码器搜索第一数字视频信号的拼接点，一旦识别出该拼接点，就随着第一数字视频信号根据微处理器的指令连续地重放，将第三数字视频信号装入缓冲器中，并且从第一数字视频信号切换到第三数字视频信号是无缝地进行的，由此使得视频流的切换不产生视觉上的人为效应，显示装置同时显示第二数字视频信号。
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