CN100399316C - 通用机顶盒结构和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明讲解了用于以非指定客户方式提供全面的数字服务的方法和系统，例如，VOD、数字广播以及能够处理该多种数字服务的通用机顶盒(STB)。若干硬件结构和通过一电子节目指南识别这些特色服务的数据传输方法使得该传输能够进行。本发明的通用STB能够基于在该电子节目指南中收到的信息区分不同的服务，且能够处理非指定客户数据。本发明还提供有收视选择，例如多路广播、虚拟VCR时移特性，包括暂停、记录和固定广播的成帧。而且，还可通过一单向通信链路提供该多种数字服务。

Description

通用机顶盒结构和控制方法
技术领域
本发明涉及点播数据(DOD)和数据广播技术。具体地，本发明涉及一种通用机顶盒(STB)和用于控制该通用STB的若干方法，该机顶盒可操作来处理包括点播数据的非指定客户数字数据。
背景技术
可使用多种机构来编码和传输数字数据。例如，国际标准组织(以后称之为ISO/IEC)已推出了用于编码活动图象及其相关的音频的标准(MPEG-2)。鉴于该MPEG-2的普遍性及其与本发明的相关性，有必要对其进行一些初步的说明。
对ISO/IEC MPEG-2标准的阐述见于四个文件中。文件ISO/IEC13818-1(系统)指定了系统编码。其定义了用于组合音频和视频数据的多路复用的结构和代表需要用于实时地重放同步序列的定时信息的装置。文件ISO/IEC13818-2(视频)指定了视频数据的编码表示和需要用于重建图象的解码过程。文件ISO/IEC13818-3(音频)指定了音频数据的编码表示和需要用于重建音频数据的解码过程。最后，文件ISO/IEC13818-4(一致)指定了用于确定编码的位流的特征和用于侧视与ISO/IEC文件13818-1、13818-2和13818-3所提出的要求的一致性的步骤。这里参考引用这四个文件(一起称之为“MPEG-2标准)。
在数字广播系统领域，根据MPEG-2标准多路复用的位流“传输流”，该传输流由打包的基本流(PES)包和包括其它必要信息的包构成。该打包的基本流(PES)数据包是用于携带基本流数据的数据结构。“基本流”是用于(a)编码视频、(b)编码音频、或(c)其他编码位流其中的一个的原生术语，这些位流以具有一个流ID(标识)的PES数据包的顺序被携载。传输流支持使用共同的时间基准对来自一个节目的视频和音频压缩流进行多路复用。
图1的现有技术示出将视频序列102的压缩视频数据106打包成PES数据包108的数据流，然后在打包成一传输流数据包112的数据流。具体地，视频序列102包括各种头104和相关的压缩视频数据106。该视频序列102可分为不同长度的分段，每一个具有一个相关的PES数据包头部110以形成一个PES数据包流108。然后将该PES包流108分成若干段，每一个提供一个交通头114以形成一传输流112。该传输流112的每个传输流包的长度为188个字节。
传输流具有一个或更多独立时间基准的一个或多个节目组合成一个单个流。在数据存储和/或交通装置嘈杂的情况下，传输流有用。传输流的速率、以及合成的打包基本流(PES)可以是固定的或是可变的。该速率是由在该传输流内的节目时钟参考区域的值和位置定义的。
PES包，如在MPEG-2标准中所定义的那样，包括PES包头，八位流识别区域，16位PES包长度区域，可选PES头和负载或数据部分706，所述包头包括24位其始码前缀区域。这些区域中的每一个在MPEG-2标准中都有描述。
MPEG-2标准强调视频和音频数据的编码和传输。总的来说，MPEG-2标准使用压缩算法使得可更有效地存储和交换视频和音频数据。
现有技术的图2为一数字广播系统200的方框图，包括一数字广播服务器202和一适用于处理数字广播数据的机顶盒204。图2不仅示出了该系统的各组件，而且示出了根据MPEG-2标准编码、传输(从数字广播服务器202到机顶盒204)及解码视频和音频数据的过程。可以看到，在典型现有技术的广播方法中，以流化的方式使用MPEG-2传输流。
在数字广播服务器202中，视频数据被提供给一视频编码器206，其根据MPEG-2标准(在文件ISO/IEC13818-2中指定的)对视频数据进行编码。该视频编码器206将编码的视频208提供给一打包机201，该打包机201对该编码视频208进行打包。然后，由该打包机210提供的经打包的编码视频212被提供给一传输流多路复用器214。
类似地，在数字广播服务器202，音频数据被提供给一音频编码器214，其根据MPEG-2标准(在文件ISO/IEC13818-3中指定的)对音频数据进行编码。该音频编码器214将编码的音频218提供给一打包机220，该打包机对该编码音频218进行打包。然后，由该打包机220提供的经打包的编码音频222被提供给传输流多路复用器214。
传输流多路复用器214对该编码的音频和视频包进行多路复用并通过分配基础设施224将所得到的复用流传输给机顶盒204。该分配基础设施224可以是，例如，电话网络和/或电缆TV(CATV)系统，使用光纤并实现异步传输模式(ATM)传输协议。在机顶盒204，在分配基础设施224的远端，传输流解多路复用器230接收该多路复用传输流。基于一特定包的包识别号，该传输流解多路复用器230分离该编码音频和视频包，并通过链路238将该视频包提供给一视频解码器232，通过链路240将该视频包提供给一音频解码器236。
该传输流解多路复用器230还将定时信息提供给一时钟控制单元236。时钟控制单元236基于由该传输流解多路复用器230提供的定时信息(例如，基于PRC域的值)将定时输出提供给该视频解码器232和音频解码器236。该视频解码器232将视频数据，该视频数据对应于原始提供给视频编码器206的视频数据，音频解码器236提供音频数据，该音频数据对应于原始提供给音频编码器216的音频数据。
图3所示为现有技术的VOD系统300的简化功能的方框图。在该VOD系统300的中心处为视频服务器310，将驻留在电影存储系统312中的数字电影路由到分配基础设施314。该分配基础设施314可以为，例如，一电话网络和/或一电缆TV(CATV)系统，使用光纤并实现异步传输模式(ATM)传输协议。该分配基础设施314基于由视频服务器310提供的路由信息将电影传递到各个家庭。
VOD系统300还包括若干VODSTB304，适用于处理该VOD系统300中的VOD。每个STB 304接收并解码数字电影，并将其转换为用于显示在电视或监视器上的信号。将会理解，现有技术的STB304利用与上述参考图2所述的STB204非常相似的流化数据结构。此外，分配基础设施314包括一反向信道，观看者通过该信道点播并控制该数字影象的播放。该反向信道通常为与主传输媒体分离的一电话线等，或是双向电缆系统中的上游。该反向信道将来自VOD STB304的命令通过分配网络314路由回到该视频服务器310。该视频服务器310的主要功能是将压缩的数字视频流从其存储位置路由到点播的观看者。
从以上描述可以看到，在数字广播DOD系统中的典型客户STB利用一硬线连接的流化数据类型结构。该结构可工作于现有技术的应用，其中，可按一已知的时隙和顺序，例如数字广播，或指定客户的VOD格式传输所接收的数字数据，因为STB可被设计用于特定的应用。然而，现有技术的STB的硬线连接结构不具备访问所接收的数据并执行更复杂的操作的灵活性。此外，指定客户的VOD类型系统所使用的带宽与客户的数量成正比。
上述数字广播和DOD系统的典型模型与被称为“双向客户-服务器模型的术语有关。为指出该现有技术中内在的缺陷，以下将参考图4描述该DOD系统的特有的典型的硬件结构。而且，还将参考图5分别描述用于控制现有技术DOD服务器和现有技术ODO客户的方法。
图4示出了现有技术的具有双向客户-服务器结构的DOD系统320的通用图。该DOD系统322包括一DOD服务器322，其通过一通信链路326与若干DOD客户324双向连接。将会理解，图3的该VOD系统300该DOD系统320的某以特定的实施例。
广义地讲，该DOD系统320的操作与如下众所周知的客户-服务器模式有关。以某种方式，通常是通过由DOD服务器322传输一电子节目指南(EPG)，客户324被告知可获得需求数据。使用该EPG作为参考，一请求DOD客户324通过通信链路326从DOD服务器322点播指定的数据。该DOD服务器322翻译该客户点播，然后以适用于客户使用的格式准备该指定客户数据。
一旦准备好该指定客户数据，服务器322就将该指定数据传输给请求客户324。请求客户24通过该通信链路326的一特定分配的部分接收该为可读写使用格式的请求指定客户数据。该被请求的指定数据被以易于由DOD客户展现的格式提供给终端用户。以下将参考图5-6详细地描述该客户-服务器处理。
在图4的客户-服务器模式下，通信链路326可用的带宽必须被分开成各分配的部分328，每个所分配的部分专用于一特定的用户。由此，该现有技术DOD系统所需的带宽与所服务的客户的数量成正比。
尽管通信链路326可以是真正的双向通信媒体，但该结构并不常见。现今典型的实施而是将现有的基础设施，例如纤维光学电缆和电话线缠接在一起来实现所需的双向通信。例如，可将纤维光学电缆用于由服务器传输指定客户数据，同时将现有的电话线用于由客户请求传输。
下面转到现有技术图5，以下将描述根据现有技术的DOD服务器方法340。在第一步342，DOD服务器将可用的传输带宽分配给该DOD客户。当现有技术DOD系统的每个DOD客户期望收到指定客户点播数据时需要进行该分配，该客户无法以更复杂的格式处理更多的数据。于是，必须为每一个激活的客户预留专用的带宽部分。
进一步参考图5，在下一步344中，DOD服务器准备并将适合的EPG传输给每个客户。将会理解，可根据申请级别、可用服务、个性化设定、付费历史等等因素对不同的客户传输不同的EPG。在任何情况下，在下一步346，DOD服务器从一特定的客户收到一指定数据的请求。接着，在步骤348。该DOD服务器将用于传输的请求指定客户数据准备成适用于该请求客户的格式。该格式通常为流化数据格式。步骤348可包括这样的操作，如从一永久存储媒体检索该指定客户数据，并准备适当的信道服务器用于数据传输。
接着进行步骤350，该DOD服务器通过分配给该请求客户的带宽来传输该指定客户数据。在循环步骤352中，当收到用于指定数据的客户请求时，重复接收命令步骤346、准备指定客户数据步骤348和传输指定客户数据步骤350。
以下转到图6，现在描述用于检索点播数据的客户方法360。在调音步骤362，DOD客户将调到适当的信道节目，在接收步骤364，DOD客户接收由该DOD服务器传输的EPG，该DOD客户将该EPG信息提供给DOD用户，且在步骤368，接收来自DOD用户的对特定数据的请求。接着在步骤370，该DOD客户命令该DOD服务器提供该请求指定客户数据。在步骤372，为获得该请求的指定客户数据，该DOD客户调到所分配的带宽。接着，在步骤374，DOD客户通过所分配的带宽接收该为读取使用格式的请求指定客户数据，并将其提供给DOD用户。
如上所述反映出，现有技术DOD系统是带宽和处理密集型的，因为所需的带宽和处理能力是与所服务的客户的数量成正比的。此外，必须以指定客户的方式提供所需数据，没有丝毫用于复杂数据处理的灵活性。现有技术的数据处理的灵活性还受到该硬线连接的客户结构的限制。而且，现有技术VOD系统要求双向的通信链路以便进行操作，于是收税并使现有基础设施很难看。没有一种现有技术的数字数据方法可以提供一种在单个系统中既包括VOD又包括数字广播的paradigm.
因此，期望提供一种可在现存的单向通信链路上操作的DOD系统，使得带宽和处理功率与客户无关。在用于双向链路的情况下，该与客户无关的系统益处更大。此外，还期望提供一种数字广播系统，其能够在虚拟的任何传输媒体上同时向大量的客户提供数字广播和请求服务，而不需更换现有的通信基础设施。还需要为观看者提供一些收看选项，例如多广播和虚拟VCR(虚拟通信联系)十分特征，如暂停、录音和冻结帧化广播。还期望通过一单向通信链路提供该功能。
发明内容
本发明讲解用于从任一广播媒体提供全数字服务，例如VOD、数字广播和时移的方法和系统。包括通用数字数据系统、通用STB和多种用于处理这些数字服务和控制该通用STB的方法。
本发明的第一实施例讲解一种能够接收和处理若干数字服务，例如VOD和数字广播的通用STB。该实施例讲解了结构非常灵活的、能够对所接收的数据进行复杂处理的通用STB。该结构包括数据总线，适用于连接到一数字广播通信媒体的第一通信装置，双向连接于该数据总线的一存储器，典型地包括永久性和暂时性存储器，双向连接于该数据总线的一数字数据解码器，和双向连接于该数据总线的中央处理器(CPU)。
本发明第一实施例的CPU实现用于控制该存储器、数字解码器和解调器的STB控制处理。该STB控制处理可操作来处理如在第一通信装置收到的数字数据。
该STB控制处理能够，例如通过在EPG中提供的信息，确定在若干信道收到的数据的特性。而且，该STB还可向用户提供EPG数据，接收并执行来自该通用STB的用户的指令。该STB控制处理还可操作来将该STB调到第一信道以选择用户点播数据，确定所选数据的特性，解码该所选择的数据，解压缩该所选择的数据，重组该解码的数据，将所选择的数据存储到存储器，该所选择的数据被按正确方式处理后提供给一输出装置。在较佳实施例中，该STB控制处理可操作来同时调到两个或更多的信道，并同时处理来自该若干信道中的两个或多个信道的数据。
该CPU还可实现一用户接口驱动器，适用于翻译从连接于该数据总线的用户接口收到的命令。该用户接口可为任意适用的接口，例如远程控制装置，键盘或单独的计算机系统。
本发明的另一实施例讲解了一种通用的数字数据系统，该系统可通过一单向通信链路在若干信道上提供全面的数字服务。该通用的数字数据系统包括广播媒体，双向或单向连接于该广播媒体的通用广播系统，和单向连接于该广播媒体的通用STB。该通用广播系统包括用于第一数字广播信道的数字广播电路，用于第二信道的数据点播电路，和可操作来通过广播媒体在该第一信道和第二信道传输EPG和其他数据的广播电路。
本发明的一个方面讲解了一种用于控制通用STB的计算机实现方法。该方法包括接收若干信道内的数字数据和指示在该若干信道的每一个中传输的数据的特性的电子节目指南(EPG)，向该通用STB的用户提供该EPG数据，从该通用STB的用户接收数据处理指令，并执行来自该通用STB的用户的指令。
在本发明的较佳实施例中，该方法能够响应于从该通用STB的用户收到的指令，从第一信道选择数据用于显示，从第二信道选择数据用于记录。为完成上述过程，该方法包括调到第一信道并对选自第一信道的数据进行显示处理，同时调到第二信道并对选自第二信道的数据进行存储处理。
附图说明
现有技术图1所示为对压缩视频数据进行分组，形成分组流和传输分组流的过程。
现有技术图2所示为根据MPEG-2标准的一系统的方框图。
现有技术图3所示为一VOD系统的简化功能的方框图。
现有技术图4所示为附于现有技术的双向客户-服务器结构的DOD系统。
现有技术图5示出了用于通过双向指定客户的数据传输机构提供DOD的DOD服务器方法。
现有技术图6示出了用于通过双向传输机构接收和处理指定客户数据的DOD客户方法。
图7所示为根据本发明一实施例的数字广播服务器的方框图。
图8所示为根据本发明另一实施例的VOD服务器的方框图。
图9所示为根据本发明另一实施例的通用数字数据服务器的方框图。
图10所示为根据本发明一实施例的适用于传输VOD数据的信道服务器的方框图。
图11所示为根据本发明又一实施例的通用STB的硬件结构的方框图。
图12所示为用于控制本发明的通用广播系统的计算机实现方法的流程图。
图13所示为脱机准备信道服务器用于传输非指定客户点播数据的计算机实现方法的流程图。
图14所示为用于控制本发明的通用STB的计算机实现方法的流程图。
图15所示为根据本发明的另一实施例的计算机实现通用广播方法的流程图。
图16所示为脱机准备数据用于广播非指定客户数据的计算机实现方法的流程图。
图17所示为接收和处理包括非指定客户点播数据的若干数字数据的计算机实现方法的流程图。
图18所示为根据本发明的又一实施例的一种计算机实现方法的流程图，该方法产生一恒定带宽的时序安排矩阵，用于传递非指定客户点播数据。
具体实施方式
以下参考作为实施例一部分的附图，来详细地描述这些实施例。这些附图通过图示的方式示出实现本发明的特定的实施例。以下将充分详细地描述这些实施例，使本专业技术人员能够实现本发明，并理解也可实现其它的实施例，且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行结构上的、逻辑上的、电学的改变以及其它的改进。
本发明讲解了用于提供全数字服务，例如VOD系统和数字广播的方法和系统，以及能够处理这些不同数字服务的通用的机顶盒(STB)。本发明的该通用机顶盒能够基于在电子节目指南中收到的信息区分不同的服务，其由包括大缓冲器的独特的硬件结构设计而成。
此外，本发明的通用STB能够处理非指定客户的点播数据并向用户提供所选择的点播数据。该STB功能使得在单向通信框架中的DOD无需象现有技术中的DOD系统那样要求高的带宽。本发明还提供收视选项，例如多路广播，以及虚拟VCR时移特征，包括暂停、记录、保持广播的固定帧而不会受到因特网数据流广播的易变性和劣质性的影响。该多种数字服务通过一单向通信链路来提供。然而，本专业技术人员将会了解可在双向通信范例内实现本发明的所有方面，唯一的不同是当可使用双向通信链路时，还可向数字广播和DOD用户提供进一步的功能。
对通用广播服务器的讨论从图7开始，图7所示为根据本发明的提供适用于数字广播节目的数字广播服务器。以下转到图8，描述根据本发明的另一实施例的VOD服务器。在图9中，将描述用于提供多频道的数字广播和VOD的通用广播服务器。接着参考图10，描述适用于VOD传输的信道服务器。
参考图7，数字广播服务器400的单个信道部分包括若干视频源402，若干MPEG编码器404，数据合并器408，信道服务器410，上变频器412和组合放大器414。该视频源402可提供(例如，来自照相机、VCR、TV节目的)模拟视频数据或数字视频数据(例如，MPEG文件、MPEG传输流)。该数字数据解码器404的每一个通常为一MPEG编码器/转换器硬件装置。本专业技术人员将会理解也可使用其它的编码标准，且不使用硬件，使用软件和固件也能实现该编码。
将该MPEG编码器404的MPEG节目流输出提供给该数据合成器装置408，用于产生一组合的数据流416。该数据合成器装置408可采取任何适合的形式。例如，如果该MPEG编码器404的输出和信道服务器410的输入是以太网兼容的，则该数据合成器装置408可以是以太网开关。同样的，该数据合成器装置408可在具有适用接口的计算机系统内实现。
信道服务器410对该组合的数据流416进行操作以产生一输出418，该输出包括具有子块和块的分组。在一较佳实施例中，该块的块号将顺序地增加，最后当块号到达32位、64位或更多位二进制的最大值(即，232-1、264-1或2n-1)时，返回到零。由信道服务器410产生的每个分组将包括一相应的节目ID。该节目ID将使得通用STB之后确定所收到的数据分组，即数字广播数据或点播数据的特性。
在本发明的较佳实施例中，将每个数据合成器装置408和与其相关的信道服务器410制作在单个装置406内。当然，这些装置也可制成独立的装置，
图8示出了根据本发明一个实施例的VOD服务器450的结构。该VOD服务器450包括若干信道服务器411，若干上变频器412，每一个对应于一信道服务器411，一组合放大器414，一中央处理服务器502，和一中央存储器504，以上各部分如图所示通过数据总线506连接在一起。正如以下马上要讨论到的以及随后进一步参考图12-13所要进行的讨论，中央处理服务器502控制该信道服务器411的脱机操作，以及一旦信道服务器411准备好后，开始进行实时的传输。中央存储器504典型地以数字格式存储数据文件。当然，也可使用任何适用的海量永久存储装置。
在一示例性实施例中，任何连接到一网络的经授权的计算机，例如中央处理服务器502，都可通过一标准网络接口(如，以太网连接)获得存储在中央存储器504中的数据文件。信道服务器411根据来自中央处理服务器502的指令提供从中央存储器504检索的数据文件。脱机完成对数字数据的检索和对VOD的数字数据传输的时序安排，以便充分地准备每个信道服务器411用于进行实时的数据传输。当每个信道服务器411准备好提供VOD时，就通知中央处理服务器502，此时，该中央处理服务器502可控制信道服务器411开始VOD传输。
在一较佳实施例中，该中央处理服务器502包括一图形用户界面(未示出)，使服务提供者通过拖放操作来安排数据传递的时间。此外，中央处理服务器502根据传递矩阵来验证并控制该信道服务器来起停。在Khoi Hoang的专利申请中对提供单向DOD广播矩阵的系统和方法进行了讲解，其申请发明的名称为“提供用于广播系统的视频点播服务的系统和方法，其申请日为2000年5月31日，申请号为09/584,832，这里参考引用该申请。该09/584,832发明的进一步的改进是用于产生一恒定带宽时序安排矩阵的方法，以下参考图18描述该恒定带宽时序安排矩阵。
简单地来说，中央处理服务器502自动地选择一信道并计算用于在该选择的信道内传输数据文件的传递矩阵。该中央处理服务器502脱机提供对数据文件信息(例如，持续时间、类别、等级和/或简短描述)的增加、删减以及更新。此外，该中央处理服务器502通过更新存储在其中的数据文件和数据库来控制该中央存储器504。
每一个信道服务器411分配有一个信道且连接于一上变频器412。每一个信道服务器411的输出为经正交调幅(QAM)调制的中频(IF)信号，其频率适用于相应的上变频器412。该QAM调制的IF信号与所采用的标准有关。美国当前所采用的标准为电缆系统接口上的数据规范(DOCSIS)标准，其所需IF大约为43.75MHz。以下参考图10来更详细地描述一较佳信道服务器411。
上变频器412将从信道服务器104收到的IF信号转换为射频信号(RF信号)。该RF信号包括频率和带宽，其与所需的信道和所采用的标准有关。例如，在美国当前用于有线电视信道80的标准下，RF信号的频率大约为559.25MHz，带宽大约为6MHz。
上变频器412的输出被施加到组合器/放大器414。该组合器/放大器414放大、调节并组合所接收的RF信号，然后将该信号输出到一传输媒体。
图9示出根据本发明一较佳实施例的通用广播服务器500。该通用广播服务器500在单个广播服务器系统中既提供点播数据又提供数字数据广播。该通用广播服务器500包括若干视频源02，若干MPEG编码器404，若干数字广播装置406，该若干数字广播装置406的每一个具有一个数据合并器408和信道服务器410，若干信道服务器411、若干上变频器412、一组合放大器414、一中央处理服务器502，一中央存储器504，上述各部分通过数据总线506连接在一起。
中央处理服务器502控制数据合并器408，信道服务器410和411。通过流化节目数据来实时地进行数字广播，同时，提供VOD服务包括信道服务器的脱机准备。这样，通用广播服务器500提供全数字服务，例如VOD和数字广播。
图10示出根据本发明一实施例的示例性信道服务器411。该信道服务器411包括一CPU550，一QAM调制器522，一本地存储器554，和一网络接口556。该QAM解调器602通过命令CPU550将数据文件分成块(进一步分成子块和数据包)，在点播数据服务的情况下，根据由中央处理服务器502提供的传递矩阵选择用于传输的数据块，编码所选择的数据，压缩经编码的数据，然后向该QAM调制器552传递压缩的数据，来信道服务器411的整个操作。
QAM调制器552通过总线(即PCI(外设部件互连)、CPU本地总线)或以太网连接接收所传输的数据。在一示例性实施例中，该QAM调制器552可包括一下游QAM调制器，具有前向错误检测解码器和/或上游调谐器的上游正交调幅/相移键控(QAM/QPSK)。该QAM调制器552的输出为一可直接施加到一上变频器412的IF信号。
该网络接口556将该信道服务器411连接到其它信道服务器411和中央处理服务器502以执行来自中央处理服务器502的定时和控制指令，将状态向这样控制服务器502回报，接收来自中央存储器504的数据文件。在根据来自服务器控制器502的指令处理数据文件之前，可将任何从中央存储器504检索到的数据文件存储在该信道服务器411的本地存储器554中。该信道服务器411可根据有线信道(如6、6.5或8MHz)的带宽、QAM调制(如QAM64或QAM256)以及DOD数据流的压缩标准/位率(如MPEG-1或MPEG-2)传输一个或多个DOD数据流。
在模拟信道中可根据信道带宽、调制体制和所需的节目位率(MPEG)来广播多个数字节目。例如，在适用QAM64的6MHz CATV信道中，信道最大的输出为27Mb/s。如果所需的位率为14Mb/s，理论上可在一个模拟信道上传输6个数字节目。因为协议的系统开销，该实际数会更小一些。
图11所示为根据本发明一实施例的通用STB600。该STB600包括QAM解调器602、CPU604、存储器608、缓冲器存储器610，具有视频和音频解码功能的解码器612，图形覆盖模块614，用户接口618，通信链路(以太网、USB、火线调制解调器)620和一连接这些装置的快速数据总线622。CPU 604控制通用STB600的整个操作以响应于客户的请求选择数据，解码所选择的数据，解压缩解码的数据，重新组合解码的数据，将该解码的数据存储在存储器608或缓冲器存储器610中，并将所存储的数据传递到解码器612。在一示例性实施例中，给存储器608包括非易失性存储器，其可以为海量存储器(例如，硬驱)，该缓冲器存储器610包括易失性存储器，其可以为高速缓存存储器。
在一实施例中，该QAM解调器602包括发射器和接收器模块，以及下述装置的一个或多个：专有加密/解密模块、前向错误检测解码器/编码器，调制器控制，上游和下游处理器，CPU和存储器接口电路。该QAM解调器602接收调制的IF信号，采样和解调该信号以恢复数据。
在一示例性实施例中，当获准接入时，解码器612解码至少一个数据块以将该数据块转换为可在输出屏幕上显示的图象。该解码器612支持来自申请客户的指令，如播放、停止、暂停、步进、后退、前进等。该解码器612将解码的数据提供给一由客户使用的输出装置624。该输出装置624可以是任何适用的装置，例如电视、计算机，任何适当的显示监视器，VCR(盒式录像机)等等。
图形覆盖模块614通过，例如提供阿尔法复合或画中画功能来加强所显示的图象的质量。在一示例性实施例中，该图形覆盖模块614可用于在玩游戏模式期间，例如当服务提供者使用根据本发明的系统提供请求游戏的服务时的图象加速。
该用户接口618使用户能够控制STB600，且可以是任何适用的装置，例如远程控制装置，键盘，智能卡，计算机系统等等。通信链路620提供附加的通信链接。其可连接于另一计算机或可用于实现双向通信。该数据总线622最好为可购买到的“快速”数据总线，适用于如本发明所要求的以实时的方式执行数据通信。适用的例子如USB、火线等。
在一示例性实施例中，尽管数据文件被向所有的有线电视用户广播，仅有具有兼容的STB600的DOD用户能够解码并享受点播数据服务。在一实施例中，可通过用户接口618中的一智能卡系统来获得对点播数据文件获得的许可。可在服务提供者设置的本地店或售货机中对智能卡重新充电。在另一示例性实施例中，一平价系统(flat fee)系统可向申请者提供对所有可获得的数据文件的无限制的访问。
在较佳实施例中，点播数据互动特征允许客户随时选择可获得的数据文件。客户按压选择建的时间和所选数据文件开始播放的时间之间的时间量被称作响应时间。由于可分配更多的资源(如带宽，服务器能力)来提供DOD服务，因此响应时间会变短。在一示例性实施例中，可基于对资源分配和所需服务质量的评价来确定响应时间。
参考图12，描述用于控制图11的通用广播系统的一种计算机实现方法650。在起始步骤652中，方法650讲解了通过第一信道提供适用于传输数字广播数据的第一信道服务器。该第一信道服务器可与上述参考图7所述的数据合成器装置连接在一起，或者可以为一单独的装置。
在下一步654中，方法650讲解了通过第二信道提供适用于传输数字广播数据的第二信道服务器。该第二信道所包括的存储器和处理能力要被充分地进行脱机准备用于之后实时数据的传输。相应地，在在步骤656，该方法讲解了在数据广播之前准备该第二信道服务器用于实时传输点播数据信息。该信息可以是VOD信息，视频游戏信息等。以下将参考图13详细描述适用于为点播数据广播准备信道服务器的一种方法。
在下一个步骤658，方法650讲解了准备和传输一EPG，该EPG包括指出在第一个第二信道内传输的数据的特性。尤其是，EPG将指出该第一信道包括数字广播数据，而第二信道包括点播数据。在第一步660中，该方法650讲解了组合并传输来自所述第一信道和所述第二信道的数据。
将会理解，方法650可容易地扩展为提供若干数字广播和数据点播信道，以及其它数字信息。此外，该EPG可向客户提供范围很广的多种信息，例如节目信息，商业信息等。
参考图13，现在描述用于为实时传输点播数据信息准备信道服务器的一种计算机实现方法656。在第一步670中，信道服务器接收并存储一传递矩阵，该矩阵用于提供以非指定客户单向方式实时传递一个或多个数据文件的顺序。在下一步672中，信道服务器检索由来自永久存储媒体的传递矩阵指示的文件。脱机执行对数字数据的检索并完成对传输该数据文件的时间安排，以便充分地准备每一个信道服务器用于实时数据传输。在最后一步674中，信道服务器停止这样控制服务器它准备好开始传输，以及该中央控制服务器何时可以控制该数字广播系统开始DOD传输。
参考图14，描述用于控制根据本发明的一实施例的通用机顶盒(STB)的一种计算机实现方法700。在初始步骤700中，方法700讲解了节候包括若干信道和电子节目指南(EPG)的数字数据。可通过有线调制解调器或其它适用的通信装置来接收该数字数据。该EPG通过在每个信道传输的数据的特性的信息。这些信道中的数据可采用任意适用的形式，例如数字广播信息或点播数据信息。
在下一步706中，方法700讲解了向该通用STB的用户提供EPG数据。该步骤706使用户能够通过一接口装置从若干信道选择所需的内容。在步骤708中，方法700讲解了接收并执行来自该通用STB的用户的指令。这可以包括调到来自多个信道的数据，例如命令观看来自第一信道的数据，记录来自第二信道的数据，并执行数据视频功能，例如快进，后退，暂停等。
参考图15-17，以下将以更通用的方式重新描述图12-14的方法。
首先参考图15，描述用于向若干DOD客户提供非指定客户数据的一种计算机实现方法通用广播方法630。该方法630可提供多种数字广播数据，点播数据，例如VOD和游戏，标准有线电视等等。
在第一步632，该广播服务器脱机准备用于非指定客户DOD的数据、数字数据和其它数据。在该DOD的特定情况下，可包括产生广播矩阵、通过块等来组织数据文件，以及准备用于实时广播的DOD信道服务器。更详细的描述可参见以下参考图17-18进行的描述，以及在上述参考图12描述的黄炎的两个专利申请。
在步骤634，广播服务器准备一EPG，其指示一般客户可获得的内容的特性。该较佳EPG将包括数据类型，例如数字广播或DOD，以及内容的指示，用于非点播数据的节目时间。在步骤636和638，广播服务器会将准备好的EPG广播给所有的客户，然后再将该非指定客户数据向所有的客户广播。
转向图16，现在描述用于脱机准备用于非指定提供DOD、数字广播和其它适用于完成图15的步骤632的数据的DOD服务器方法。在第一步骤640中，该DOD服务器产生用于若干数据文件的非指定客户DOD广播的传递矩阵。在上述参考图12所引用的黄炎的两个专利申请中，对用于产生传递矩阵的较佳实施例进行了详细的描述。在下一步骤642，DOD服务器对所有的DOD服务器进行准备，用于非指定客户DOD数据广播。以下将参考图13详细地描述上述的过程。一旦准备好信道服务器，DOD服务器就准备广播数字数据。
参考图17，描述用于控制根据本发明的一实施例的通用机顶盒(STB)的一种计算机实现方法750。在第一步骤752中，该通用STB接收包括一EPG和非指定客户点播数据的数字数据。该EPG指示所接收的数字数据的特性，该非指定客户点播数据包括至少一个数据文件，例如视频节目。在步骤754中，该STB该EPG数据提供给该通用STB的用户。在步骤756，该STB接收一指令以使用该至少一个数据文件完成特定的功能。接着，在步骤758，该STB处理该非指定客户点播数据以实现所请求的功能。在最后一步760，该STB完成用于该通用STB的用户的请求功能。
参考图18，描述产生一非指定客户时间安排矩阵的计算机实现方法800。在黄炎的专利申请09/584,832中，描述了用于产生一非指定客户时序安排矩阵的方法。发明09/584,832讲解了如何产生用于传输被排列为数据块的数据文件的时间安排矩阵，和能够使任何客户随时以点播数据格式访问数据文件的顺序的数据块广播。图18的方法800讲解了如何使用发明09/584,832讲解的定时顺序产生一常数带宽定时矩阵。
在方法800的第一步802，产生一定时矩阵用于由固定个数的数据块表示的数据文件M。该定时矩阵提供在固定时隙传输一定数据的顺序，以便提供非指定客户点播数据。在下一步804，该定时矩阵被重新解释为定时顺序，而不考虑传输时隙。在步骤806，确定所需的恒定带宽利用率(constant bw utilization)K，这里K为待在每个传输时隙传输的数据块的常数。在步骤808中，选择之后的K个数据块用于传输。脱钩定时顺序重复循环步骤808执行的K个数据块的选择，以便形成一常数带宽定时矩阵。
上述例子示出了本发明的某些示例性的实施例，通过上述例子，本发明的其它实施例、变化和修改对本专业技术人员来说将会变得为。因此不应将本发明限定于上述特定的实施例，而是由下述的权利要求来定义。

Claims (50)

1.一种通用机顶盒，其能够接收和处理多种数字服务，所述通用机顶盒包括：
数据总线；
适用于一数字广播通信媒体的第一通信装置(602)，所述第一通信装置可被操作来接收数字广播数据；
与所述数据总线双向连接的中央处理单元；
与所述中央处理单元双向连接的存储器；
与所述数据总线双向连接的数字数据解码器；
与所述数据总线双向连接的用户接口，接收用户指令，
其中，所述中央处理单元执行控制所述存储器、所述数字数据解码器和所述第一通信装置的一机顶盒控制处理，所述通用机顶盒通过单向传输从广播数据服务器中接收视频点播数据，并且所述机顶盒控制处理用于基于所述用户指令处理在所述第一通信装置收到的数字数据。
2.如权利要求1所述的通用机顶盒，其中，所述数据总线为一高速数据总线，适用于按要求以实时的方式执行数据通信，用以完成对在所述第一通信装置收到的所述数字数据的实时处理。
3.如权利要求1所述的通用机顶盒，其中，所述数据总线为一USB数据总线。
4.如权利要求1所述的通用机顶盒，其中，所述数据总线为一火线数据总线。
5.如权利要求1所述的通用机顶盒，其中，所述存储器包括一海量存储装置。
6.如权利要求5所述的通用机顶盒，其中，所述海量存储装置为一硬盘。
7.如权利要求1所述的通用机顶盒，其中，所述存储器包括高速缓冲存储器。
8.如权利要求7所述的通用机顶盒，其中，所述高速缓冲存储器为随机存取存储器。
9.如权利要求1所述的通用机顶盒，其中，所述数字数据解码器具有视频和声频解码功能。
10.如权利要求1所述的通用机顶盒，其中，所述数字数据解码器为一MPEG解码器。
11.如权利要求1所述的通用机顶盒，其中，所述数字数据解码器支持多种数字数据指令，包括播放、停止、暂停、步进、后退和前进。
12.如权利要求1所述的通用机顶盒，其中，所述第一通信装置包括一解调器。
13.如权利要求1所述的通用机顶盒，其中，所述解调器为一正交调幅解调器。
14.如权利要求1所述的通用机顶盒，其中，所述第一通信装置为一电缆调制解调器。
15.如权利要求1所述的通用机顶盒，其中，所述中央处理单元实现一用户接口驱动器，用于解释从连接于所述数据总线的用户接口收到的指令。
16.如权利要求15所述的通用机顶盒，其中，所述用户接口包括一远程控制装置。
17.如权利要求15所述的通用机顶盒，其中，所述用户接口包括一键盘。
18.如权利要求15所述的通用机顶盒，其中，所述用户接口包括一计算机系统。
19.如权利要求1所述的通用机顶盒，其中，所述机顶盒控制处理能够确定通过提供在一电子节目指南内的信息，确定在若干信道收到的数据的特性。
20.如权利要求19所述的通用机顶盒，其中，所述机顶盒控制处理可操作来同时调准所述若干信道的两个或多个信道，并同时处理来自该若干信道的两个或多个的数据。
21.如权利要求20所述的通用机顶盒，其中，所述机顶盒控制处理可操作来向所述通用机顶盒的用户提供电子节目指南数据。
22.如权利要求21所述的通用机顶盒，其中，所述机顶盒控制处理可操作来接收和完成来自所述通用机顶盒的所述用户的指令。
23.如权利要求22所述的通用机顶盒，其中，所述机顶盒处理可操作来将所述机顶盒调到第一信道以便选择所述用户点播的数据，确定所述选择的数据的特性，解码所述选择的数据，解压缩所述选择的数据，重组所述经解码的数据，存储所述选择的数据到所述存储器，并将所述经正确处理的选择数据提供给一输出装置。
24.一种通用机顶盒，能够向用户提供用于多种数字服务的数据控制，通过单向传输从广播数据服务器中接收非指定客户视频点播数据，所述通用机顶盒包括：
高速双向数据总线，适用于执行实时控制和数据处理；
连接于所述高速双向数据总线的中央处理单元，所述中央处理单元实现机顶盒控制处理和用户接口驱动器；
与所述高速双向数据总线双向连接的第一通信装置(602)，所述第一通信装置目的在于通过一数字广播通信媒体接收数字广播数据，所述第一通信装置包括解调器；
双向连接于所述中央处理单元的永久海量存储装置；
双向连接于所述中央处理单元的暂态存储装置；
双向连接于所述高速双向数据总线的MPEG解码器，所述MPEG解码器具有视频和音频功能；
与所述高速数据总线双向连接的用户接口，接收用户请求；且
其中，所述机顶盒控制处理可操作来控制所述第一通信装置、所述永久海量存储装置、所述暂态存储装置、所述MPEG解码器和所述解调器，所述机顶盒控制处理可操作来处理在所述第一通信装置收到的数字数据，包括确定通过提供在一电子节目指南内的信息在若干信道收到的数据的特性，所述机顶盒控制处理还可操作来将所述机顶盒调到第一信道以便选择由所述用户请求的数据，确定所述选择的数据的特性，解码所述选择的数据，解压缩所述选择的数据，重组所述经解码的数据，存储所述选择的数据到所述存储器，并将经正确处理的所述选择的数据提供给一输出装置，所述机顶盒控制处理还可操作来向所述用户提供多种数字数据指令。
25.一种通用数字数据系统，其通过在若干信道上的单向通信链接提供全面的数字服务，每个所述信道提供VOD或数字广播中的一种，所述通用数字数据系统包括：
广播媒体；
单向连接于所述广播媒体的通用广播系统，所述通用广播系统包括：
用于所述通用数字数据系统的第一信道的数字广播电路，所述第一信道为一数字广播信道，所述数字广播电路可操作来在所述第一信道上产生数字数据；
数据点播电路，用于所述通用数字数据系统的第二信道，所述第二信道为一数据点播信道，所述点播数据电路可操作来在所述第二信道上产生非指定客户点播数据；
中央处理服务器，可操作用于控制所述数字广播电路和所述点播数据电路，所述中央处理服务器还可操作来产生一电子节目指南，该电子节目指南包括指示通过所述第一信道和所述第二信道传输的数据的特性；和
可操作来通过所述广播媒体在所述第一信道和所述第二信道传输所述电子节目指南和其它数据；和
连接于所述广播媒体的通用机顶盒，所述通用机顶盒可操作来处理通过所述第一广播媒体收到的数字数据，包括确定通过提供在一电子节目指南内的信息在若干信道收到的数据的特性，所述通用机顶盒还可操作来将所述通用机顶盒调到一特定信道以便选择由所述用户请求的数据，确定所选择的数据的特性，解码所选择的数据，解压缩所选择的数据，重组所述经解码的数据，存储所选择的数据到所述存储器，并将经正确处理的所选择的数据提供给一输出装置。
26.如权利要求25所述的通用数字数据系统，其中，所述点播数据电路包括一相应的信道服务器，其具有一信道服务器中央处理单元、本地存储器、调制器和网络接口，其中，所述中央处理服务器可操作来选择一特定的数据点播信道并结算一传递矩阵，用于传输存储在所述数据点播信道的中央存储装置上的数据文件，提供对所述控制服务器上的数据文件信息的脱机增加、删除以及更新。
27.如权利要求25所述的通用数字数据系统，其中，所述通用机顶盒还可操作来向所述用户提供多种数字数据指令。
28.如权利要求25所述的通用数字数据系统，其中，所述机顶盒包括：
适用于执行实时控制和数据处理的高速双向数据总线，
与所述高速双向数据总线双向连接的第一通信装置(602)，所述第一通信装置用于通过一数字广播通信媒体接收数字广播数据，所述第一通信装置包括解调器；
与所述高速双向数据总线双向连接的中央处理单元；
与所述中央处理单元双向连接的永久海量存储装置；
与所述中央处理单元双向连接的暂态存储装置；
与所述高速双向数据总线双向连接的MPEG解码器，所述MPEG解码器具有视频和音频功能。
29.一种用于控制通用机顶盒的计算机实现方法，所述方法包括以下步骤：
接收数字数据，该数字数据包括在若干信道内的数据和指示在所述若干信道内的每一个信道内传输的数据的特性的电子节目指南；
将所述电子节目指南数据提供给所述通用机顶盒的用户；
从所述通用机顶盒的所述用户接收数据处理指令；且
执行来自所述通用机顶盒的所述用户的所述指令。
30.如权利要求29所述的计算机实现方法，其中，所述从所述通用机顶盒的所述用户接收数据处理指令的步骤包括接收来自所述通用机顶盒的所述用户的请求，以向所述通用机顶盒的所述用户提供来自第一信道的存在于所述数字数据的数据。
31.如权利要求30所述的计算机实现方法，其中，所述执行来自所述通用机顶盒的所述用户的所述指令的步骤包括以下子步骤：
将所述通用机顶盒调到所述第一信道以便选择由所述用户请求的数据；
按需处理所选择的数据，所述处理包括借助于所述电子节目指南确定所述选择的数据的特性和以下处理中的至少一种：
解码所选择的数据；
解压缩所选择的数据；
按需重新组合所解码的数据；和
将来自所述第一信道的数据存储到存在于所述通用机顶盒内的一个本地存储器；以及
将来自所述第一信道的经处理的数据提供给由所述通用机顶盒的所述用户选择的一个输出装置。
32.如权利要求31所述的计算机实现方法，其中，所述输出装置为一电视。
33.如权利要求31所述的计算机实现方法，其中，所述输出装置为一显示监视器。
34.如权利要求31所述的计算机实现方法，其中，所述输出装置为一录像机。
35.如权利要求31所述的计算机实现方法，其中，所述输出装置为一计算机系统。
36.如权利要求29所述的计算机实现方法，其中，所述从所述通用机顶盒的所述用户收到的所述数据处理指令包括从第一信道中选择用于显示的数据和从第二信道中选择用于记录的数据，所述方法还包括以下同时出现的步骤：
调到所述第一信道并处理用于显示的从所述第一信道选择的数据；和
调到所述第二信道并处理用于存储的从所述第二信道选择的数据。
37.一种计算机实现的通用数据广播方法，包括以下步骤：
在一通用数据广播系统执行以下步骤：
提供适用于通过第一信道传输数字广播数据的第一信道服务器；
提供适用于通过第二信道传输数字广播数据的第二信道服务器；
在数据广播之前，准备所述第二信道服务器，用于传输点播数据信息；
传输包括指示所述第一信道包含数字广播数据这一信息的电子节目指南，所述电子节目指南还指示所述第二信道包含点播数据；且
组合并传输来自所述第一信道和第二信道的数据；且
在一通用机顶盒中执行以下步骤：
接收包括在所述第一信道和所述第二信道中的数据的数字数据，且所述电子节目指南
向所述通用机顶盒的用户提供所述电子节目指南数据；
接收来自所述通用机顶盒的所述用户的数据处理指令；并
执行来自所述通用机顶盒的所述用户的所述指令。
38.如权利要求1所述的通用机顶盒，其中，所述机顶盒控制处理执行以下指令：
处理通过所述第一通信装置收到的电子节目指南，所述电子节目指南指出通过连接到所述通信装置的通用数字广播的数据广播的特性；
向所述通用机顶盒的用户提供对所述广播数据的指示；
接收所述通用机顶盒收到的对所需数据的请求，其中，以非指定客户的点播数据格式接收所述所需的数据，所述格式由所述电子节目指南指定；
处理以非指定客户的点播数据格式接收到的所述所需的数据；和
向所述通用机顶盒的所述用户提供所述所需的数据。
39.如权利要求38的通用机顶盒，其中，所述机顶盒控制处理可由所述通用广播服务器操作来同时调准所述若干信道的两个或多个信道，并同时处理来自该若干信道的两个或多个的数据。
40.如权利要求38的通用机顶盒，其中，所述机顶盒控制处理可操作来将所述通用机顶盒调到第一信道以便选择由所述用户请求的数据，确定所述选择的数据的特性，解码所述选择的数据，解压缩所述选择的数据，重组所述解码的数据，存储所述选择的数据到所述存储器，并将所述正确处理的选择数据提供给一输出装置。
41.一种用于控制通用机顶盒的计算机实现方法，所述方法包括以下步骤：
接收具有至少一个数据文件的包括非指定客户的点播数据的数字数据；和
处理所述非指定客户的点播数据以便为所述通用机顶盒的用户准备所述至少一个数据文件。
42.如权利要求41所述的计算机执行方法，还包括以下步骤：
接收一电子节目指南，该电子节目指南指示具有至少一个数据文件的包括所述非指定客户的点播数据的所述数字数据的特性；
向所述通用机顶盒的所述用户提供所述电子节目指南数据；和
接收所述通用机顶盒的所述用户的对所述至少一个数据文件的请求。
43.如权利要求41所述的计算机执行方法，其中，所述点播数据包括请求视频数据。
44.如权利要求41所述的计算机执行方法，其中，所述点播数据包括游戏数据。
45.如权利要求41所述的计算机执行方法，其中，所述非指定客户的点播数据包括若干数据文件，且所述处理所述非指定客户的点播数据包括处理该非指定客户的点播数据以便向所述用户至少提供两个数据文件。
46.如权利要求45所述的计算机执行方法，其中，所述至少两个数据文件的第一个被实时地提供给所述用户。
47.如权利要求45所述的计算机执行方法，其中，所述至少两个数据文件的第一个被存储到一永久存储装置。
48.一种用于控制一通用机顶盒的计算机实现方法，所述方法包括以下步骤：
接收一电子节目指南，该电子节目指南指示具有至少一个数据文件的包括所述非指定客户的点播数据的所述数字数据的特性；
向所述通用机顶盒的所述用户提供所述电子节目指南数据；和
接收所述通用机顶盒的所述用户的对所述至少一个数据文件的请求；和
处理该非指定客户的点播数据以便向所述用户至少提供两个数据文件。
49.一种计算机通用数据广播方法，包括以下步骤：准备一规定一数据传输顺序的传递矩阵，该顺序适合于向若干用户传输为非指定客户形式的点播数据，由此传输所述点播数据文件所要求的发射带宽的大小不依赖于所述若干客户的个数。
50.如权利要求49所述的计算机执行的通用数据广播方法，还包括准备适合于向所述若干客户广播的电子节目指南。
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