CN101370121A - Ibtv矩阵环流数字电视与数据广播单向点播系统 - Google Patents

Abstract

一种在数字有线电视、数字地面电视、数字无线电视、数字卫星电视与数字手机电视单向网上实现数字电视与数据广播的单向点播方法包括两个方法：一个是采用切割节目成元素并标识、增补前面节目元素个数、二维矩阵排列、二维矩阵扫描式化为一维环流及加速播出方法实现节目的播出，终端边接收、边存储、边播放的方式，通过识别元素号，恢复被点播的节目流的顺序，实现单节目的单向点播的方法；另一个是在此基础上，采用子信道法、相同等待时间三维矩阵排列降维法、不同等待时间三维矩阵排列降维法、多维矩阵排列降维法及扫描式二维矩阵一维环流转化法，实现多节目的单向点播的方法；本发明实现了对现有数字电视的升级及解决了IPTV系统中所面临的问题。

Description

IBTV矩阵环流数字电视与数据广播单向点播系统

技术领域：

本发明属于一种数字视音频与数据广播点播系统，特别是一种矩阵环流数字电视与数据广播单向点播系统(Itinerant & IP Board TV)，它可广泛应用于数字有线电视、数字地面电视、数字无线电视、数字直播卫星电视与数字手机。

技术背景：

数字电视与数据广播主要是单向传输，它能支持用户数量的无限增长，缺点是用户只能被动式的接收；NVOD采用多个通道轮播的方式，但用户得到想接收的内容等待时间太长，而且NVOD占用太多的信道资源。

IPTV系统能实现双向点播，但要为个性化用户提供几乎单一的视音频节目流，必须依赖强大的计算机双向网并占用巨大的网络资源，必将导致投资的巨大、对用户的服务费用高及忙时的服务质量降低；IBTV的另一技术P2P，可以减轻中心及各级分中心服务器的负担，提供较高的终端接收速度，但它是吞噬网络带宽资源的黑洞。

以电话线或移动通信终端作为上行及广播式通道作为下行的数字视音频点播系统，能较大幅度的降低投资规模、降低对用户的服务费用及改善忙时服务质量，但仍然不能解决支持用户数量的无限扩展问题，不能从根本上降低投资规模、降低对用户的服务费用及达到广播式的服务质量。

技术内容：

本发明的目的在于提出一种在现有单向广播式的数字电视或数据广播通道上实现点播的方法，为它克服了数字电视不能点播的严重缺点，可实现用户的自由点播选择式接收，完全做到与现有的广播式数字电视网络兼容；它克服了NVOD等待时间太长与信道利用率太低的缺点，点播等待时间可以控制在秒钟级，做到与现有的IPTV相当，它的信道利用高，是NVOD的好几倍以上；它与IPTV及利用电话线或移动通信作上行的变异式IPTV相比，它实现的是连续性的广播级质量，传输质量较IPTV有根本性的提高，它可支持用户数量的无限增长，它不需要上行通道，直接应用在现有的数字有线电视、数字地面电视、数字无线数字电视、数字卫星电视与数字手机电视上，现有的广播电视网不需任何双向改造，网络投资成本下降为零，极大的降低了IPTV电视的成本；本发明的目的在于能实现电视剧与电影等长节目的点播收视，且能实现节目的快进快到，具有一种类似真VOD一样点播特点；本发明的目的在于能实现较高效率的如新闻、相声、小品、音乐、课件、及MTV等短片的自由式点播；本发明的目的还在于将被动式存储接收的数据广播升级为能实现计算机互联网一样的网页点击浏览，并能具有与计算机互联网一样的海量传输特点，利用数字电视的DVB通道提供信息的高速下载；本发明的目的在于能实现图文式音频式及视音频式的电子邮件接收；本发明的目的还在于节目的内容格式可以是MPEG-1、或MPEG-2、或MPEG-4、或H·264或H·26X或AVS或MWV9等所有数字视频格式及其配套的数字音频格式，可以是计算机互联网的信息资源格式。

本发明总的实现方法包括两个方面：

一个是实现单节目的单向点播的方法：将数字视音频节目或数据广播节目封装成TS流格式，形成一个个TS包；把每一套节目的TS流切割为播出时间长度相等的节目元素，对每一个节目元素标注元素号，依次为0、1、2、…X，根据节目的点播收视时顺序特点，增补插入前面节目元素，增补插入的前面节目元素的元素数遵循D1>D2>D3>…Dk，这样得到一种新的元素集，将新的元素集按顺序排列成一个二维节目矩阵，扫描式循环传输形成一维环流；将此标注了元素号的数字视音频节目或数据广播节目一维环流加速N倍；终端采用边接收、边存储、边播放的方式，通过识别元素号，恢复被点播的节目流的顺序，通过时间的控制恢复被点播的节目流原来的码率，以此来进行播放；终端关机或开机时，利用存储器将每一套节目的起始元素第“0”元素存储在存储器中，用户点播任意一套节目均能实现即点即播无需等待，也可存储一些广告元素，用户在等待时间看一元素广告。

另一个是在此基础上形成实现多节目的单向点播方法：使用多节目切割元素编号法将多套数字视音频与数据广播节目切割为多个节目元素，并标注元素号；使用子信道法实现更多节目的传播；使用高效多节目多维矩阵排列多套数字视音频与数据广播节目的节目元素；使用降维及扫描播出法将多维矩阵逐次化为一维环流矩阵，加速播出供终端用户点播的多套数字视音频节目及数据广播节目一维环流，实现数字前端的播出；采用一系列与上述实现方法相配套多节目矩阵公式、多节目带宽公式、多节目元素增补算法、环流排列算法、播出最小加速倍速算法、终端最小容量算法及终端最短等待时间算法；终端根据用户对节目的选择式点播与节目元素编号，采用边接收受、边下载、边存储与边播放的方式顺序播出用户所点播的节目。

所述单节目的单向点播的方法，其实现方法在于：所述二维矩阵与扫描式形成一维环流的方法是：

a、节目元素矩阵由N列与B行组成，每个节目数据元素为此矩阵中的一个元素，每行的元素数(即列数)为加速倍数N；为使终端用户的等待时间尽可能短，在环流中要增补插入节目起始元素第“1”元素及一定数量的前面元素；保证在播出了第“1”元素能顺利的播出第“2”元素，在播出了第“i”元素能顺利的播出第“i+1”元素；因播放时间是接收下载时间的N倍，每行由起始元素第“1”元素开始，由第“2”元素结束，这样就保证了播出了第“1”元素能顺利的播出第“2”元素；插入的前面元素的元素数遵循D1>D2>D3>…Dk，从第“2”到第“K”元素均须增补元素数，其间任意第“i”元素须增补的元素数为Di，元素号i越大，Di越小，第“K”元素只须增补1元素，第“K+1”元素直到第“X”元素，均不需增补元素数；环流中加入了增补元素后的总元素数A＝NB

b、须增补的最末尾元素第“K”元素的元素号确定方法：

起始元素“1”元素播出时，必须在播出“K+1”元素之前出现第“K+1”元素，因环流加速了N倍，第“K+1”元素节目距首“1”元素的最大相距元素数L＝N(K+1)；第“K+1”元素必须在环流发完了一遍之前出现，即第“K+1”元素距首“1”元素的最大元素数L等于总元素数A，即L＝A＝NB；由此推断需增补的第“K”元素的最大元素号K＝B-1，即第“K”元素必须增补一元素，从第“K+1”元素直到第“X”元素，均不需增补元素数。

c、任意第“i”元素元素数Di的确定方法：

每行均排列了第“1”元素与第“2”元素，因此D1＝B，D2＝B；

对第“3”元素来说，要求播出两元素即发送两行必须出现，因此D3＝B/2；

对第“i”元素来说，要求播出(i-1)元素即发送(i-1)行必须出现，因此Di＝B/(i-1)；

d、环流的排列方法：

将第“i”元素中的(Di+1)元素在环流中尽力作均匀分布；无需增补的X-B元素，在环流的每一行未填满处排列

所述单节目单向点播的方法，其实现方法在于：所述终端存储器的存储播出规则是：

终端采用边接收、边存储、边播放的方式，为了保证连续播放，定义如下：DB为当前播出元素号，DR为当前接收元素号，M为终端存储器的存储元素数，终端存储器的存储规则如下

a、FIFO先入先出，先存储的元素数先播放；

b、每元素播出完毕，从存储器中清除该元素；

c、DR≤DB+(M-1)时，存储DR，即在播放时，接收的元素号DR小于等于当前播出元素号DB与存储器存储元素数M减1之和的元素存储。

d、DR≥DB+M时，不存储DR，即在播放时，对接收的元素号DR大于等于当前播出元素号DB与存储器存储元素数M之和的元素放弃存储。

e、在存储器存满的情况下，当前接收的元素号DR小于存储器中的最大元素号DM时，DR替换DM。

所述单节目单向点播的方法，其实现方法在于：终端存储器的最小存储容量M与切割的总元素数X及节目元素矩阵加速发送倍数N的关系满足下列关系：

2(B-1)+【B〖1/2+1/3+1/4+…+1/(B-1)+1/B)〗-(B-1)】+X＝NB，

即单即单节目矩阵公式：矩阵公式1

X/B＝N-【1+1/2+1/3+…+1/(B-1)】，B/X＝1/{N-【1+1/2+1/3+…+1/(B-1)】}

当节目总长度与节目的码流率一定时，切割的元素数越多，则行数B越大，X/B越小，所需存储器的容量越大；加速倍数N越高，行数B减小，两相促进作用，X/B越大，B/X越小，所需存储器的容量越小；但切割的元素数少时，将导致用户点播时的较长等待时间，加速倍数高时，将导致占用过多的信道资源。

所述单节目单向点播的方法，其实现方法在于：终端存储器的最小存储容量M、终端的点播最长等待时间与最小加速倍数的具体确定方法是：

a、终端存储器的最小存储容量M的确定：

本发明终端采用边接收、边存储、边播放的方式，为了降低终端成本，必须最大限度地减少终端存储器的容量，本发明采用如下方法确定终端最小存储容量M：

对于第一个未增补元素及随后的各个未增补元素来说，由于它在矩阵中只出现一次，此时必须出现，否则，就要等待一个循环的时间；第一个未增补元素的元素号为B，第一个未增补元素距第“1”元素最大相距B×N元素；最差情况时，存储器从节目元素矩阵的第首“1”元素顺序播出，依次播出M元素，此时元素号为B的码元素必须出现，由于播出时间是接收时间的N倍，因此M×N＝B×N，则M＝B；因此考虑最差的播出情况，存储器的最小存储元素数M＝B，存储器的最小存储容量MD＝每元素节目的时间长度×节目的码流率×节目矩阵的行数B＝(节目时间总长度/总元素数X)×节目的码流率×节目矩阵的行数B＝A

(B/X)。

b、终端的点播最长等待时间确定：

由于每一行都有第“1”元素，用户点播节目从头到尾收视时，只需等待一行的发送时间，终端的点播最长等待时间Td＝每行的元素数N×(节目正常播出时间总长度/总元素数X)/加速倍数N＝节目正常播出时间总长度/总元素数X，显然，切割的元素数越多，终端的点播最长等待时间越短。

c、最小加速倍数N的确定方法：

降低加速倍数，有利于提高信道的节目容量，由于每行都要增补第“1”元素与第“2”元素，因此最小加速倍数Nmin>3，根据单节目矩阵公式：

B【1+1/2+1/3+1/4+…+1/(B-1)+1/B)】+X-1＝NB

确定B的精确范围，再确定B，然后确定N

所述多节目的单向点播的方法，其实现方法在于：它的相同等待时间的多节目高效单向点播的实现方法是：

将P套各个节目切割为多个节目元素，建立一个三维节目元素矩阵，一个矩阵平面内为同一个节目的元素组成，每行有N个元素，共B行，三维矩阵的纵轴为不同的节目。将此三维矩阵化为二维矩阵再到一维环流，在三维化二维时，每行矩阵的元素个数设定为QN+2P倍，2P为矩阵外壳，每行都有，排列P套节目的第“1”与第“2”元素，QN排列P套节目的其余各元素，这里命名为内容元素，这样通过增加行数，即二维矩阵的长度，而降低二维矩阵的列数，达到节省信道带宽资源的目的。

其矩阵环流的组成方法，总行数的确定方法，每套节目各增补段的数量确定方法，每套节目增补元素与未增补元素在总环流中的排布方法，终端存储器的最小存储容量的确定方法，终端存储器的最小存储容量的与节目切割元素数及加速倍数的关系，用户点播的最长等待时间，最小加速倍数的确定方法与所述单向点播的方法基本一致，所述不同之处其矩阵公式为：

矩阵公式2：PB【1+1/2+1/3+1/4+…1/(B-1)】+PX＝(QN+2P)B

式中P为节目套数，B为节目总行数，X为每套节目的切割元素数，N为每套节目单独组成矩阵环流时的加速倍数，Q为总的加速系数。

据此还将可电视剧与电影等播出时间长的节目，切分成多个播出时间短的节目，按所述相同等待时间的多节目高效单向点播的实现方法，实现电视剧与电影的快进快倒式点播。

所述多节目的单向点播的方法，其实现方法在于：它的不同等待时间的多节目高效单向点播的实现方法是：

按照用户点播节目的频繁程度设置节目的不同等待时间，对P套节目，第一套是点播率最高的节目，其最长等待时间设置为最短值Tmin，其余节目的等待时间为SiTmin(Si为大于二的整数)，其第“1”与第“2”元素在矩阵外壳中出现的次数由每行出现一次降为Si行出现一次，则矩阵外壳的大小可降低为

总的加速倍数可降低为

倍，可以大幅度提高信道利用率。

其三维矩阵及降维为一维环流的方法，总行数的确定方法，每套节目各增补段的数量确定方法，每套节目增补元素与未增补元素在总环流中的排布方法，终端存储器的最小存储容量的确定方法，终端存储器的最小存储容量的与节目切割元素数及加速倍数的关系，用户点播的最长等待时间，最小加速倍数的确定方法与所述相同等待时间的多节目单向点播的实现方法中的基本一致，所述不同之处其矩阵公式为：

矩阵公式3：

式中P为节目套数，Si为第“i”套节目相对最短等待时间节目的等待时间倍数，B为节目总行数，X为每套节目的切割元素数，N为每套节目单独组成矩阵环流时得加速倍数，Q为总的加速系数。

据此还可得出P1组每组P2套节目的多节目四维矩阵数字电视与数据广播单向点播方法，只须将矩阵公式3中的P更换为P1×P2即可。

据此还将可电视剧与电影等播出时间长的节目，切分成多个播出时间短的节目，按所述不同等待时间的多节目高效单向点播的实现方法，实现电视剧与电影的快进快倒式点播。

所述数据广播单向点播的方法，其实现方法在于：

它采用所述多节目三维矩阵或多节目四维矩阵法对数据广播的网页性节目实现高效点播，其网页制作方式有两种方法：

将图文网页制作成一个个图片，进行传输，本方式的优点是终端不需存储字库及最基本的图片库，缺点是需要传输的信息量太大，相应同等的信道资源，传输的网页数将减少；

如同计算机网络网页一样只传输字库及最基本的图片库中每个信源的代码，在终端中存储字库及最基本的图片库，完全等同于计算机互联网的网页，这就是把数字电视中的数据广播升级为数据点播，本方式的优点是实现了与计算机互联网的完全兼容，可以大幅度减少信息传输量，信道利用率大幅度提高，但需终端有更大的容量。

所述数字电视单向点播的方法，其实现方法在于：

电视节目有电视剧、电影短片、MTV、歌曲、教育、新闻、栏目及电视商务等多种类型，它们的节目长短码流率有较大的差异，从数字视音频格式上有MPEG-1、或MPEG-2、或MPEG-4、或H·264或H·26X或AVS或MWV9等所有数字视频格式及其配套的数字音频格式，可以根据这些特点将其划分为多种类型，分别灵活采用所述单节目与所述多节目的单向点播方法；在一个DVB通道中，可以设置多个子信道，多个子信道采用复用的方式合成一个DVB通道，每个子信道可以所述的数字电视与数据广播单向点播的方法。

所述数字电视与数据广播单向点播的方法，其实现方法在于：

其有条件接收收费管理系统的实现方法有两种方式：

方式一：采用CA有条件接收收费管理系统，

由于环流中的任一元素的最大延时时间为M元素时间播出，因此将CW控制字的变化时间改为每隔大于M元素播出时间变化一次，这样终端就能实现同步解扰。

方式二：由于环流已完全打乱了节目的的播放次序，可不对环流加扰，仅实行对每个用户的寻址控制，授权用户可以在终端执行正常的环流中各元素的顺序播出，而非授权用户则不能。

所述数字电视与数据广播单向点播的方法，其实现方法在于：其点播菜单的实现方法是：

在每一个DVB通道中设立电子节目指南EPG，用户点击EPG中的具体节目时，就选中了该节目的PID值，即实现了对该节目的点播；本发明EPG还可分成一级级的子目录，当有的节目不在本EPG所在的射频通道中时，本发明通过设置节目PID附加码的方法，指示DVB通道，这时终端控制调谐器转到相应的射频通道；本发明也可每个射频通道设置一个本通道的EPG，此时终端无需控制调谐器跳转。

所述数字电视与数据广播单向点播的方法，其实现方法在于：其实现图文式、音频式及视音频式的电子邮件传输的方法是：

将邮件节目作为SI信息，并根据用户名设置标识信息，插入TS流中传输，中断接收时自动将其下载到存储器中。

附图说明：

图1所示为本发明总的原理结构框图

图2所示为本发明单节目二维矩阵排列图

图3所示为本发明四节目子信道降维二维矩阵排列图

图4所示为本发明多节目相同等待时间降维二维矩阵排列图

图5所示为本发明多节目不同等待时间降维二维矩阵排列图

具体实施方式：

如图1所示为本发明总的原理结构框图，一个或多个TS流封装格式的IBTV矩阵环流数字电视与数据广播单向点播节目通过其服务器输入到多路TS流再复用器，被合成一路宽带TS流信号输入到CA独立加扰机加扰；CA独立加扰机通过宽带以太网桥依次与CAS用户授权管理系统双向连接通信，与SMS用户收费管理系统相连通信，对交费用户通过CA独立加扰机输出EMM密钥包及ECM密钥包；每个CA独立加扰机加扰输出的数字基带信号被分别送到数字有线电视网、数字地面电视网、数字无线电视网、数字卫星电视网与数字手机电视网进行传输，实现这五个网络的终端用户选择式单向点播接收。

如图2所示为本发明单节目二维矩阵排列图，单节目单向点播的实现方法如下：

a、二维矩阵与扫描式形成一维环流的方法

节目元素矩阵由N列与B行组成，每个节目数据元素为此矩阵中的一个元素，每行的元素数(即列数)为加速倍数N；为使终端用户的等待时间尽可能短，在环流中要增补插入节目起始元素第“1”元素及一定数量的前面元素；保证在播出了第“1”元素能顺利的播出第“2”元素，在播出了第“i”元素能顺利的播出第“i+1”元素；因播放时间是接收下载时间的N倍，每行由起始元素第“1”元素开始，由第“2”元素结束，这样就保证播出了第“1”元素能顺利的播出第“2”元素；插入的前面元素的元素数遵循D1>D2>D3>…Dk，从第“2”到第“K”元素均须增补元素数，其间任意第“i”元素须增补的元素数为Di，元素号i越大，Di越小，第“K”元素只须增补1元素，第“K+1”元素直到第“X”元素，均不需增补元素数；环流中加入了增补元素后的总元素数A＝NB

b、需增补的最末尾元素第“K”元素的元素号确定方法：

起始元素“1”元素播出时，必须在播出“K+1”元素之前出现第“K+1”元素，因环流加速了N倍，第“K+1”元素节目距首“1”元素的最大相距元素数L＝N(K+1)；第“K+1”元素必须在环流发完了一遍之前出现，即第“K+1”元素距首“1”元素的最大元素数L等于总元素数A，即L＝A＝NB；由此推断需增补的第“K”元素的最大元素号K＝B-1，即第“K”元素必须增补一元素，从第“K+1”元素直到第“X”元素，均不需增补元素数。

c、任意第“i”元素元素数Di的确定方法：

每行均排列了第“1”元素与第“2”元素，因此D1＝B，D2＝B；

对第“3”元素来说，要求播出两元素即发送两行必须出现，因此D3＝B/2；

对第“i”元素来说，要求播出(i-1)元素即发送(i-1)行必须出现，因此Di＝B/(i-1)；

d、环流的排列方法：

将第“i”元素中的(Di+1)元素在环流中尽力作均匀分布；无需增补的X-B元素，在环流的每一行未填满处排列

e、存储播出规则：

终端采用边接收、边存储、边播放的方式，为了保证连续播放，定义如下：DB为当前播出元素号，DR为当前接收元素号，M为终端存储器的存储元素数，终端存储器的存储规则如下

FIFO先入先出，先存储的元素数先播放；

每元素播出完毕，从存储器中清除该元素；

DR≤DB+(M-1)时，存储DR，即在播放时，接收的元素号DR小于等于当前播出元素号DB与存储器存储元素数M减1之和的元素存储。

DR≥DB+M时，不存储DR，即在播放时，对接收的元素号DR大于等于当前播出元素号DB与存储器存储元素数M之和的元素放弃存储。

在存储器存满的情况下，当前接收的元素号DR小于存储器中的最大元素号DM时，DR替换DM。

f、终端存储器的最小存储容量M与切割的总元素数X及节目元素矩阵加速发送倍数N的关系满足下列关系：

2(B-1)+【B〖1/2+1/3+1/4+…+1/(B-1)+1/B)〗-(B-1)】+X＝NB，

即单即单节目矩阵公式：矩阵公式1：

X/B＝N-【1+1/2+1/3+…+1/(B-1)】，B/X＝1/{N-【1+1/2+1/3+…+1/(B-1)】}

当节目总长度与节目的码流率一定时，切割的元素数越多，则行数B越大，X/B越小，所需存储器的容量越大；加速倍数N越高，行数B减小，两相促进作用，X/B越大，B/X越小，所需存储器的容量越小；但切割的元素数少时，将导致用户点播时的较长等待时间，加速倍数高时，将导致占用过多的信道资源。

g、终端存储器的最小存储容量M的确定：

本发明终端采用边接收、边存储、边播放的方式，为了降低终端成本，必须最大限度地减少终端存储器的容量，本发明采用如下方法确定终端最小存储容量M：

对于第一个未增补元素及随后的各个未增补元素来说，由于它在矩阵中只出现一次，此时必须出现，否则，就要等待一个循环的时间；第一个未增补元素的元素号为B，第一个未增补元素距第“1”元素最大相距B×N元素；最差情况时，存储器从节目元素矩阵的第首“1”元素顺序播出，依次播出M元素，此时元素号为B的码元素必须出现，由于播出时间是接收时间的N倍，因此M×N＝B×N，则M＝B；因此考虑最差的播出情况，存储器的最小存储元素数M＝B，存储器的最小存储容量MD＝每元素节目的时间长度×节目的码流率×节目矩阵的行数B＝(节目时间总长度/总元素数X)×节目的码流率×节目矩阵的行数B＝A(B/X)。

h、终端的点播最长等待时间确定：

由于每一行都有第“1”元素，用户点播节目从头到尾收视时，只需等待一行的发送时间，终端的点播最长等待时间Td＝每行的元素数N×(节目正常播出时间总长度/总元素数X)/加速倍数N＝节目正常播出时间总长度/总元素数X，显然，切割的元素数越多，终端的点播最长等待时间越短。

i、最小加速倍数N的确定方法：

降低加速倍数，有利于提高信道的节目容量，由于每行都要增补第“1”元素与第“2”元素，因此最小加速倍数Nmin>3，根据单节目矩阵公式：

B【1+1/2+1/3+1/4+…+1/(B-1)+1/B)】+X-1＝NB

确定B的精确范围，再确定B，然后确定N

如图3所示为本发明四节目子信道降维二维矩阵排列图，它采用子信道的方式实现多节目的单向点播，具体实现方法是：

每一套节目按所述单节目二维矩阵排列，其单向点播方法与所述单节目的实现方法一致，一个DVB信道可以容纳多个子信道，多个子信道合成一个信道的方法是采用多路TS流再复用器；2套3套及5套及更多套节目的单向点播方法与此完全一致，其总带宽不能超出一个DVB通道的带宽；此方法实现了简单的多节目单向点播，其不足之处在于没有提高信道利用率。

如图4所示为本发明四节目相同等待时间降维二维矩阵排列图，更多套节目的相同等待时间降维二维矩阵排列图可以依次类推。

将P套各个节目切割为多个节目元素，建立一个三维节目元素矩阵，一个矩阵平面内为同一个节目的元素组成，每行有N个元素，共B行，三维矩阵的纵轴为不同的节目。将此三维矩阵化为二维矩阵再到一维环流，在三维化二维时，每行矩阵的元素个数设定为QN+2P倍，2P为矩阵外壳，每行都有，排列P套节目的第“1”与第“2”元素，QN排列P套节目的其余各元素，这里命名为内容元素，这样通过增加行数，即二维矩阵的长度，而降低二维矩阵的列数，达到节省信道带宽资源的目的。

其矩阵环流的组成方法，总行数的确定方法，每套节目各增补段的数量确定方法，每套节目增补元素与未增补元素在总环流中的排布方法，终端存储器的最小存储容量的确定方法，终端存储器的最小存储容量的与节目切割元素数及加速倍数的关系，用户点播的最长等待时间，最小加速倍数的确定方法与所述单向点播的方法基本一致，所述不同之处其矩阵公式为：

矩阵公式2：PB【1+1/2+1/3+1/4+…1/(B-1)】+PX＝(QN+2P)B

式中P为节目套数，B为节目总行数，X为每套节目的切割元素数，N为每套节目单独组成矩阵环流时得加速倍数，Q为总的加速系数。

据此还将可电视剧与电影等播出时间长的节目，切分成多个播出时间短的节目，按所述相同等待时间的多节目高效单向点播的实现方法，实现电视剧与电影的快进快倒式点播。

如图5所示为本发明多节目不同等待时间降维二维矩阵排列图，更多套节目的不同等待时间降维二维矩阵排列图可以依次类推，

在所述相同等待时间的多节目高效单向点播的实现方法中，矩阵外壳占据了相当多的节目元素元素，限制了信道利用率的提高，如果能将外壳大幅度减少，则可大幅度提高信道利用率；本发明按照用户点播节目的频繁程度设置节目的不同等待时间，对P套节目，第一套是点播率最高的节目，其最长等待时间设置为最短值Tmin，其余节目的等待时间为SiTmin(Si为大于二的整数)，其第“1”与第“2”元素在矩阵外壳中出现的次数由每行出现一次降为Si行出现一次，则矩阵外壳的大小可降低为

总的加速倍数可降低为

倍，可以大幅度提高信道利用率。

其三维矩阵及降维为一维环流的方法，总行数的确定方法，每套节目各增补段的数量确定方法，每套节目增补元素与未增补元素在总环流中的排布方法，终端存储器的最小存储容量的确定方法，终端存储器的最小存储容量的与节目切割元素数及加速倍数的关系，用户点播的最长等待时间，最小加速倍数的确定方法与所述相同等待时间的多节目单向点播的实现方法中的基本一致，所述不同之处其矩阵公式为：

矩阵公式3：

式中P为节目套数，Si为第“i”套节目相对最短等待时间节目的等待时间倍数，B为节目总行数，X为每套节目的切割元素数，N为每套节目单独组成矩阵环流时得加速倍数，Q为总的加速系数。

据此还可得出P1组每组P2套节目的多节目四维矩阵数字电视与数据广播单向点播方法，只须将矩阵公式3中的P更换为P1×P2即可。

据此还将可电视剧与电影等播出时间长的节目，切分成多个播出时间短的节目，按所述不同等待时间的多节目高效单向点播的实现方法，实现电视剧与电影的快进快倒式点播。

网页类数据广播节目的单向点播实现方法：

网页类数据广播节目的特点是码率低，节目播出时间长度短，它的单向点播采用所述多节目三维矩阵或多节目四维矩阵法或多节目五维矩阵及依次降维为一维，对数据广播的网页性节目实现高效点播，其网页制作方式有两种方法：

将图文网页制作成一个个图片，进行传输，本方式的优点是终端不需存储字库及最基本的图片库，缺点是需要传输的信息量太大，相应同等的信道资源，传输的网页数将减少；

如同计算机网络网页一样只传输字库及最基本的图片库中每个信源的代码，在终端中存储字库及最基本的图片库，完全等同于计算机互联网的网页，这就把数字电视中的数据广播升级为数据点播，本方式的优点是实现了与计算机互联网的完全兼容，可以大幅度减少信息传输量，信道利用率大幅度提高。

不同种类不同格式的数字视音频节目的单向点播实现方法：

电视节目有电视剧、电影短片、MTV、歌曲、教育、新闻、栏目及电视商务等多种类型，它们的节目长短码流率有较大的差异，从数字视音频格式上有MPEG-1、或MPEG-2、或MPEG-4、或H·264或H·26X或AVS或MWV9等所有数字视频格式及其配套的数字音频格式，可以根据这些特点将其划分为多种类型，分别灵活采用所述单节目与所述多节目的单向点播方法；在一个DVB通道中，可以设置多个子信道，多个子信道采用复用的方式合成一个DVB通道，每个子信道可以所述的数字电视与数据广播单向点播的方法。

有条件接收收费管理系统的实现方法有两种方式：

方式一：采用CA有条件接收收费管理系统，

由于环流中的任一元素的最大延时时间为M元素时间播出，因此将CW控制字的变化时间改为每隔大于M元素播出时间变化一次，这样终端就能实现同步解扰。

方式二：由于环流已完全打乱了节目的的播放次序，可不对环流加扰，仅实行对每个用户的寻址控制，授权用户可以在终端执行正常的环流中各元素的顺序播出，而非授权用户则不能。

点播菜单的实现方法：

在每一个DVB通道中设立电子节目指南EPG，用户点击EPG中的具体节目时，即选中了该节目的PID值，即实现了对该节目的点播；本发明EPG还可分成一级级的子目录，当有的节目不在本EPG所在的射频通道中时，本发明通过设置节目PID附加码的方法，指示DVB通道，这时终端控制调谐器转到相应的射频通道；本发明也可每个射频通道设置一个本通道的EPG，此时终端无需控制调谐器跳转。

电子邮件的实现方法：

本发明的目的在于能实现图文式、音频式及视音频式的电子邮件接收，实现方法是：将邮件节目作为SI信息，并根据用户名设置标识信息，插入TS流中传输，中断接收时自动将其下载到存储器中。

最后说明，以上实施方法仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管本发明以对上述方法进行了详细的说明，但依然可以对本发明进行修改与替换，而不脱离本发明精神和范围的的任何修改或局部替换，均应被包含在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种在数字有线电视、数字地面电视、数字无线电视、数字卫星电视与数字手机电视单向网上实现数字电视与数据广播的单向点播方法包括两个方案：

一个是实现单节目的单向点播的方法：将数字视音频节目或数据广播节目封装成TS流格式，形成一个个TS包；把每一套节目的TS流切割为播出时间长度相等的节目元素，对每一个节目元素标注元素号，依次为0、1、2、…X，根据节目的点播收视时顺序特点，增补插入前面节目元素，增补插入的前面节目元素的元素数遵循D1>D2>D3>…Dk，这样得到一种新的元素集，将新的元素集按顺序排列成一个二维节目矩阵，扫描式循环传输形成一维环流；将此标注了元素号的数字视音频节目或数据广播节目一维环流加速N倍；终端采用边接收、边存储、边播放的方式，通过识别元素号，恢复被点播的节目流的顺序，通过时间的控制恢复被点播的节目流原来的码率，以此来进行播放；终端关机或开机时，利用存储器将每一套节目的起始元素第“0”元素存储在存储器中，用户点播任意一套节目均能实现即点即播无需等待，也可存储一些广告元素，用户在等待时间看一元素广告。

另一个是在此基础上形成实现多节目的单向点播方法：使用多节目切割元素编号法将多套数字视音频与数据广播节目切割为多个节目元素，并标注元素号；使用子信道法实现更多节目的传播；使用高效多节目多维矩阵排列多套数字视音频与数据广播节目的节目元素；使用降维及扫描播出法将多维矩阵逐次化为一维环流矩阵，加速播出供终端用户点播的多套数字视音频节目及数据广播节目一维环流，实现数字前端的播出；采用一系列与上述实现方法相配套多节目矩阵公式、多节目带宽公式、多节目元素增补算法、环流排列算法、播出最小加速倍速算法、终端最小容量算法及终端最短等待时间算法；终端根据用户对节目的选择式点播与节目元素编号，采用边接收受、边下载、边存储与边播放的方式顺序播出用户所点播的节目。

2.根据权利要求1所述单节目的单向点播的方法，其特征在于：所述二维矩阵与扫描式形成一维环流的方法是：

节目元素矩阵由N列与B行组成，每个节目数据元素为此矩阵中的一个元素，每行的元素数(即列数)为加速倍数N；为使终端用户的等待时间尽可能短，在环流中要增补插入节目起始元素第“1”元素及一定数量的前面元素；保证在播出了第“1”元素能顺利的播出第“2”元素，在播出了第“i”元素能顺利的播出第“i+1”元素；因播放时间是接收下载时间的N倍，每行由起始元素第“1”元素开始，由第“2”元素结束，这样就保证了播出了第“1”元素能顺利的播出第“2”元素；插入的前面元素的元素数遵循D1>D2>D3>…Dk，从第“2”到第“K”元素均须增补元素数，其间任意第“i”元素须增补的元素数为Di，元素号i越大，Di越小，第“K”元素只须增补1元素，第“K+1”元素直到第“X”元素，均不需增补元素数；环流中加入了增补元素后的总元素数A＝NB

须增补的最末尾元素第“K”元素的元素号确定方法：

起始元素“1”元素播出时，必须在播出“K+1”元素之前出现第“K+1”元素，因环流加速了N倍，第“K+1”元素节目距首“1”元素的最大相距元素数L＝N(K+1)；第“K+1”元素必须在环流发完了一遍之前出现，即第“K+1”元素距首“1”元素的最大元素数L等于总元素数A，即L＝A＝NB；由此推断需增补的第“K”元素的最大元素号K＝B-1，即第“K”元素必须增补一元素，从第“K+1”元素直到第“X”元素，均不需增补元素数。

任意第“i”元素元素数Di的确定方法：

每行均排列了第“1”元素与第“2”元素，因此D1＝B，D2＝B；

对第“3”元素来说，要求播出两元素即发送两行必须出现，因此D3＝B/2；

对第“i”元素来说，要求播出(i-1)元素即发送(i-1)行必须出现，因此Di＝B/(i-1)；

环流的排列方法：

将第“i”元素中的(Di+1)元素在环流中尽力作均匀分布；无需增补的X-B元素，在环流的每一行未填满处排列。

3.根据权利要求1所述单节目单向点播的方法，其特征在于：所述终端存储器的存储播出规则是：

终端采用边接收、边存储、边播放的方式，为了保证连续播放，定义如下：DB为当前播出元素号，DR为当前接收元素号，M为终端存储器的存储元素数，终端存储器的存储规则如下

FIFO先入先出，先存储的元素数先播放；

每元素播出完毕，从存储器中清除该元素；

DR≤DB+(M-1)时，存储DR，即在播放时，接收的元素号DR小于等于当前播出元素号DB与存储器存储元素数M减1之和的元素存储。

DR≥DB+M时，不存储DR，即在播放时，对接收的元素号DR大于等于当前播出元素号DB与存储器存储元素数M之和的元素放弃存储。

在存储器存满的情况下，当前接收的元素号DR小于存储器中的最大元素号DM时，DR替换DM。

4.根据权利要求1所述单节目单向点播的方法，其特征在于：终端存储器的最小存储容量M与切割的总元素数X及节目元素矩阵加速发送倍数N的关系满足下列关系：

2(B-1)+【B〖1/2+1/3+1/4+…+1/(B-1)+1/B)〗-(B-1)】+X＝NB，即单即单节目矩阵公式：矩阵公式1

X/B＝N-【1+1/2+1/3+…+1/(B-1)】，B/X＝1/{N-【1+1/2+1/3+…+1/(B-1)】}

当节目总长度与节目的码流率一定时，切割的元素数越多，则行数B越大，X/B越小，所需存储器的容量越大；加速倍数N越高，行数B减小，两相促进作用，X/B越大，B/X越小，所需存储器的容量越小；但切割的元素数少时，将导致用户点播时的较长等待时间，加速倍数高时，将导致占用过多的信道资源。

5.根据权利要求1所述单节目单向点播的方法，其特征在于：终端存储器的最小存储容量M、终端的点播最长等待时间与最小加速倍数的具体确定方法是：

终端存储器的最小存储容量M的确定：

本发明终端采用边接收、边存储、边播放的方式，为了降低终端成本，必须最大限度地减少终端存储器的容量，本发明采用如下方法确定终端最小存储容量M：

对于第一个未增补元素及随后的各个未增补元素来说，由于它在矩阵中只出现一次，此时必须出现，否则，就要等待一个循环的时间；第一个未增补元素的元素号为B，第一个未增补元素距第“1”元素最大相距B×N元素；最差情况时，存储器从节目元素矩阵的第首“1”元素顺序播出，依次播出M元素，此时元素号为B的码元素必须出现，由于播出时间是接收时间的N倍，因此M×N＝B×N，则M＝B；因此考虑最差的播出情况，存储器的最小存储元素数M＝B，存储器的最小存储容量MD＝每元素节目的时间长度×节目的码流率×节目矩阵的行数B＝(节目时间总长度/总元素数X)×节目的码流率×节目矩阵的行数B＝A(B/X)。

终端的点播最长等待时间确定：

由于每一行都有第“1”元素，用户点播节目从头到尾收视时，只需等待一行的发送时间，终端的点播最长等待时间Td＝每行的元素数N×(节目正常播出时间总长度/总元素数X)/加速倍数N＝节目正常播出时间总长度/总元素数X，显然，切割的元素数越多，终端的点播最长等待时间越短。

最小加速倍数N的确定方法：

降低加速倍数，有利于提高信道的节目容量，由于每行都要增补第“1”元素与第“2”元素，因此最小加速倍数Nmin>3，根据单节目矩阵公式：

B【1+1/2+1/3+1/4+…+1/(B-1)+1/B)】+X-1＝NB

确定B的精确范围，再确定B，然后确定N。

6.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4与权利要求5所述的多节目的单向点播的方法，其特征在于：它的相同等待时间的多节目高效单向点播的实现方法是：

将P套各个节目切割为多个节目元素，建立一个三维节目元素矩阵，一个矩阵平面内为同一个节目的元素组成，每行有N个元素，共B行，三维矩阵的纵轴为不同的节目。将此三维矩阵化为二维矩阵再到一维环流，在三维化二维时，每行矩阵的元素个数设定为QN+2P倍，2P为矩阵外壳，每行都有，排列P套节目的第“1”与第“2”元素，QN排列P套节目的其余各元素，这里命名为内容元素，这样通过增加行数，即二维矩阵的长度，而降低二维矩阵的列数，达到节省信道带宽资源的目的。

其矩阵环流的组成方法，总行数的确定方法，每套节目各增补段的数量确定方法，每套节目增补元素与未增补元素在总环流中的排布方法，终端存储器的最小存储容量的确定方法，终端存储器的最小存储容量的与节目切割元素数及加速倍数的关系，用户点播的最长等待时间，最小加速倍数的确定方法与所述单向点播的方法基本一致，所述不同之处其矩阵公式为：

矩阵公式2：PB【1+1/2+1/3+1/4+…1/(B-1)】+P X＝(QN+2P)B

式中P为节目套数，B为节目总行数，X为每套节目的切割元素数，N为每套节目单独组成矩阵环流时得加速倍数，Q为总的加速系数。

据此还将可电视剧与电影等播出时间长的节目，切分成多个播出时间短的节目，按所述相同等待时间的多节目高效单向点播的实现方法，实现电视剧与电影的快进快倒式点播。

7.根据权利要求1与权利要求6，所述的多节目的单向点播的方法，其特征在于：它的不同等待时间的多节目高效单向点播的实现方法是：

按照用户点播节目的频繁程度设置节目的不同等待时间，对P套节目，第一套是点播率最高的节目，其最长等待时间设置为最短值Tmin，其余节目的等待时间为SiTmin(Si为大于二的整数)，其第“1”与第“2”元素在矩阵外壳中出现的次数由每行出现一次降为Si行出现一次，则矩阵外壳的大小可降低为

总的加速倍数可降低为 $\mathrm{QN}+2+2\underset{i=2}{\overset{i=P}{\mathrm{\Σ}}}(1/\mathrm{Si})$ 倍，可以大幅度提高信道利用率。

其三维矩阵及降维为一维环流的方法，总行数的确定方法，每套节目各增补段的数量确定方法，每套节目增补元素与未增补元素在总环流中的排布方法，终端存储器的最小存储容量的确定方法，终端存储器的最小存储容量的与节目切割元素数及加速倍数的关系，用户点播的最长等待时间，最小加速倍数的确定方法与所述相同等待时间的多节目单向点播的实现方法中的基本一致，所述不同之处其矩阵公式为：

矩阵公式3：

式中P为节目套数，Si为第“i”套节目相对最短等待时间节目的等待时间倍数，B为节目总行数，X为每套节目的切割元素数，N为每套节目单独组成矩阵环流时得加速倍数，Q为总的加速系数。

据此还可得出P1组每组P2套节目的多节目四维矩阵数字电视与数据广播单向点播方法，只须将矩阵公式3中的P更换为P1×P2即可。

据此还将可电视剧与电影等播出时间长的节目，切分成多个播出时间短的节目，按所述不同等待时间的多节目高效单向点播的实现方法，实现电视剧与电影的快进快倒式点播。

8.根据权利要求1与权利要求7，所述的数据广播单向点播的方法，其特征在于：

它采用所述多节目三维矩阵或多节目四维矩阵法对数据广播的网页性节目实现高效点播，其网页制作方式有两种方法：

将图文网页制作成一个个图片，进行传输，本方式的优点是终端不需存储字库及最基本的图片库，缺点是需要传输的信息量太大，相应同等的信道资源，传输的网页数将减少；

如同计算机网络网页一样只传输字库及最基本的图片库中每个信源的代码，在终端中存储字库及最基本的图片库，完全等同于计算机互联网的网页，这就是把数字电视中的数据广播升级为数据点播，本方式的优点是实现了与计算机互联网的完全兼容，可以大幅度减少信息传输量，信道利用率大幅度提高。

9.根据权利要求1，所述的数字电视单向点播的方法，其特征在于：

电视节目有电视剧、电影短片、MTV、歌曲、教育、新闻、栏目及电视商务等多种类型，它们的节目长短码流率有较大的差异，从数字视音频格式上有MPEG-1、或MPEG-2、或MPEG-4、或H·264或H·26X或AVS或MWV9等所有数字视频格式及其配套的数字音频格式，可以根据这些特点将其划分为多种类型，分别灵活采用所述单节目与所述多节目的单向点播方法；在一个DVB通道中，可以设置多个子信道，多个子信道采用复用的方式合成一个DVB通道，每个子信道可以所述的数字电视与数据广播单向点播的方法。

10.根据权利要求1所述的数字电视与数据广播单向点播的方法，其特征在于：

其点播菜单的实现方法与其有条件接收收费管理系统的实现方法是：

在每一个DVB通道中设立电子节目指南EPG，用户点击EPG中的具体节目时，即选中了该节目的PID值，即实现了对该节目的点播；本发明EPG还可分成一级级的子目录，当有的节目不在本EPG所在的射频通道中时，本发明通过设置节目PID附加码的方法，指示DVB通道，这时终端控制调谐器转到相应的射频通道；本发明也可每个射频通道设置一个本通道的EPG，此时终端无需控制调谐器跳转。

其有条件接收收费管理系统实现方式一：采用CA有条件接收收费管理系统，由于环流中的任一元素的最大延时时间为M元素时间播出，因此将CW控制字的变化时间改为每隔大于M元素播出时间变化一次，这样终端就能实现同步解扰。

其有条件接收收费管理系统实现方式二：由于环流已完全打乱了节目的的播放次序，可不对环流加扰，仅实行对每个用户的寻址控制，授权用户可以在终端执行正常的环流中各元素的顺序播出，而非授权用户则不能。

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