CN1157062C - 用于视频点播的可增容系统 - Google Patents

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Abstract

在NVOD结构中模仿VOD业务。内容信息可以供NVOD结构中的终端用户使用。内容信息的介绍部分例如通过前一天晚上进行下载而被存储在终端用户设备中。在终端用户播放介绍部分时，能够在终端用户设备中缓存通过NVOD结构所得到的内容信息。该设备受到控制，从而能够从播放被存储的介绍部分切换到被被缓存的内容信息。

Description

用于视频点播的可增容系统
发明领域
本发明特别涉及利用任意传输网络(例如有线电视以及互联网)去实现视频点播(视频点播)业务的系统和方法。
背景技术
视频点播传输系统是这样一种系统，它通过介于供应中心与用户之间的双向传输通路来提供节目信息。从更广的意义上讲，视频点播传输系统应该能够处理包括静止图象、高质量电视图像以及计算机软件等在内的多媒体信息。然而由于系统通常仅用于处理电影或者电视节目，所以术语“视频点播传输系统”通常被用于较窄的范畴之内。因此典型的说，术语“视频点播(视频点播)”就是表示如下这种业务：即用户能够从中央服务器中选择视频资源，并且通过电视或者PC显示器进行观看。由于视频信息所需要的数据量非常大，所以通过数据网络(例如互联网)而实现的视频点播不能够适应大量用户的要求。视频点播业务要求占用非常宽的网络带宽，并且需要大容量服务器。仿视频点播(仿视频点播)是一种视频点播用户容量可增容性(Scalability)问题的解决方案。但是这种情况下，用户并不能真正地对视频资源进行控制：即用户既不能控制节目的开始时间，也不能使节目暂停或者对视频信号进行回倒。在仿视频点播节目编排中，交互式娱乐系统以广播的形式向所有共享通信通路的用户发送同一交互式应用的若干个时间偏移的版本(即广播所述应用的若干复制版本，每个版本的起始时间相差一个唯一预定的时间增量)。典型地，交互式系统利用仿视频点播业务去提供一部电影的多种表现形式，其中每种表现形式的起始时间都是错开的，使得没有两个表现形式的起始时间是相同的。
在已公开的欧洲专利申请EP 0 749 242 A1中就描述了一种视频点播系统，其中包括以近端视频点播(仿视频点播)模式进行工作的服务器。该服务器通过多个单独的传输仿视频点播信道为每个节目传送多个副本。从时间上讲，一个仿视频点播信道中所传输的特定节目与另一仿视频点播信道中所传输的同一节目之间存在一个固定的时间间隔偏移。这样所得到的结果是：不同仿视频点播信道中出现同样节目的不同时间进展阶段。根据从客户机接收的特定节目的请求，服务器通过视频点播信道(它不是仿视频点播信道)把节目的起始部分发送给提出请求的客户机。所提供的起始部分的时间长度要等于或小于错开的时间间隔。客户机受到控制，以便在一个特定仿视频点播信道上开始录制正在播放的节目。这个特定的仿视频点播信道就是在提出请求时刻之前，最后一个开始节目传输的信道。这样就能够保证从某一特定时刻开始，在起始部分的录制与播放之间存在有信息内容的重叠。原则上讲，这种重叠能够保证从视频点播信道到特定仿视频点播信道切换的无缝过渡。
这种已知系统的缺点在于：其中不能针对用户的数量而增容。为了实现仿视频点播模式，对每个起始部分的请求都需要有一个对于终端用户的单独视频点播信道，并且还需要仿视频点播信道序号。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种在仿视频点播结构中模仿视频点播业务的新方法。另一个目的在于提供一种允许增容的方法。在本发明的方法中，内容信息可以供仿视频点播结构的终端用户使用。内容信息的介绍部分能够被存储在终端用户的设备中。在终端用户播放介绍部分的同时，能够在终端用户设备中缓存通过仿视频点播结构所供应的内容信息。该方法还能够从播放被存储的介绍部分切换到播放被缓存的内容信息。在一个更加特定的实施例中，内容信息中包含多个节目，介绍部分中包含与多个节目当中的各个节目相关的多个介绍部分当中的各个部分。此时的切换操作就要包括能够从播放特定介绍部分转移到播放与特定介绍部分相关的特定节目。
本发明人提出：要在用户的客户机处存储仿视频点播模式下可用的所有不同节目的起始部分。这样用户就能够在其自己的存储设备中(其中最好要包括硬盘存储器)进行信道浏览，并且在所存储部分的基础上进行选择。一旦某个部分被选中并且开始播放，则开始录制相关仿视频点播信道中的内容，对于该特定节目来说，该相关信道在时间上与选择时刻最为接近。对介绍部分进行本地存储可以使得系统能够增容。介绍部分可以预先被存储，例如可以在前一天晚上从特定的电视频道中录制得到，或者能够从数据网(例如互联网)上下载得到，或者可以从物理设备的存储中得到(例如DVD或者具有固态半导体存储器的存储卡，诸如闪存卡)。
通过IP网络传输的视频流要求对数据进行缓存。要求这种缓存的目的在于：把IP网低质量业务的负面影响减到最小。这样就会导致起始时间存在有时延。本发明支持例如设在机顶盒(STB)中的本地大容量存储能力，并且利用仿视频点播业务去模仿视频点播业务。数据广播技术在机顶盒内的本地大容量存储设备中存储所有电影的起始部分。当用户选择观看某一特定电影时，STB开始从本地存储设备中播放这部电影。与此同时，STB调谐到适当的仿视频点播信道上，并且开始对该电影的其余部分进行缓冲存储。本地所存储的电影部分的时间长度不必长于仿视频点播业务中节目的交错时间间隔。STB能够提供电影回放的瞬时启动。由于STB对视频流进行了缓存，所以用户能够象控制VCR那样去暂停电影的播放或者实现电影的回倒。当然，超出当前缓存内容的快进是不可能的。如果缓存器是循环使用的(即每当缓存器满的时候，新内容就会去覆盖已经存储的旧内容)，则超出被覆盖内容的快倒也同样是不可能的。
根据用户简档和个性，可以去自动选择哪些电影需要被存储在本地大容量存储设备当中。
用于存储介绍部分的用户设备装置可以与用于缓存仿视频点播所提供的内容信息的装置是同一装置，但也不必一定是相同的。如果存在两种单独的装置，则要求它们能够共同合作，使得从一种装置切换到另一种装置进行播放时，这种由中断造成的可察觉影响能够减到最小。如果它们是同一个存储设备，则要求允许能够同时对该存储设备进行读与写的操作。
附图说明
下面通过实例以及参考附图来解释本发明，附图中包括：
图1是本发明中仿视频点播服务器系统的框图；
图2和图3是与图1系统相连的用户框图；以及
图4是客户机某些细节的框图。
所有的附图中，相同的参考数字表示类似或者对应的部分。
具体实施方式
首先详细讨论模拟视频情况。然后再讨论数字视频系统。
图1是用于传输模拟视频和音频的仿视频点播服务器系统100的框图。系统100包括模拟音频/视频(A/V)源102(例如录像机VTR)，帧计数器104，数据插入子系统106以及存储子系统108。A/V源102能提供模拟A/V节目内容，计数器104对A/V内容介绍部分的帧进行计数，而且子系统106要把帧序号作为数据添加在相关帧之后的VBI(场消隐间隔)中。或者，只在最后一帧或者A/V节目内容起始部分的最后几帧之一后面的VBI中插入标志。该标志表示是否应该进行切换。例如考虑到交换控制过程的执行时间，因此最好是在倒数第二帧之后插入标志。然后在存储系统108中存储A/V内容，其中包括每个A/V节目介绍部分中那些被标注过的帧。系统100内还包括节目信息生成器110，下载调度器112，用于在VBI中插入数据的子系统114，以及与传输网络118的接口116。生成器110能够在下载调度器112的控制下产生节目信息。该节目信息包括介绍部分中所包含的帧的数量(即被标注过的帧的数量)，以及例如节目的标题、内容拥有者的姓名以及作者的姓名等信息。调度器112用于判断提供节目的频度，以及每个节目的介绍部分何时能够提供给传输网络118使用，从而在客户机中(没有画出)进行存储，例如每夜从凌晨3点到4点。子系统114在每个节目(这些节目都将要通过网络118被下载到用户端)介绍部分的开始阶段把生成器110产生的信息插入到VBI中。
图2是客户机200的框图，用于接收从系统100中下载的、并在本地存储的A/V内容节目的介绍部分。客户机200包括接口202、VBI分析器204、存储器206、A/D转换器208和210、MEPG编码器212和214、复用器216和存储器218。
接口202连接客户机200与传输网络118，并且提供音频通路和视频通路。分析器204被连接到视频通路，并对VBI信息进行分析。分析器204提取那些由生成器110所产生的节目信息，例如节目标题、内容拥有者姓名以及作者姓名等等信息。分析器204还提取节目介绍部分中的被标注过的视频帧的序号，以及当前所接收到的帧序号。节目信息以及被标注过的帧的总数量都被存储在存储器206中。A/D转换器208把通过网络118所接收到的模拟视频信号转换成为数字视频信号。然后数字视频信号被送到MPEG 212编码器，对数字视频信号进行压缩。A/D转换器210把通过网络118所接收到的模拟音频信号编码形成数字音频信号。该数字音频信号在MPEG编码器214中进行压缩。然后通过复用器216，把经过压缩的数字音频和视频信号存储在存储器218中。
图3是图2中客户机200的框图，其中给出用于播放节目内容的部分。除了图2中所介绍的部分之外，客户机200中还包含一个缓存器302、带有输出端306的开关304、控制器308以及帧计数器310。当用户开始播放存储在本地储存设备218中的特定A/V内容节目的介绍部分时，开关304要处于连接输出端306与存储设备218的位置上。计数器310一直对存储设备218所提供的帧进行跟踪。控制器308接收一个表示由存储设备218所提供的帧数量信号。控制器还从数据库206中接收被存储的介绍部分中所包含帧的总数量。控制器308比较从计数器310接收到的帧的数量以及所存储的介绍部分的帧的总数量。如果控制器判断到这两个数值相等，则对开关304进行控制，将其连接到缓存器302。
缓存器302接收经过压缩的数字化内容，这些内容都是由工作于仿视频点播模式的系统100所提供的，并且是通过A/D转换器208和210以及编码器212和214由客户机200所接收的。缓存器302的规模大小是由仿视频点播的交错时间间隔所决定的，而且接下来它又会决定介绍部分所需要的长度。当用户开始播放出本地存储器218内的节目介绍部分时，系统100在传输网218内的仿视频点播节目中选择最后一个开始提供同一节目的特定信道。用于控制这种选择的信息例如可以来自数据库206。假设介绍部分的最后一帧是从本地存储器218中得到的。由于要求内容中存在有覆盖，所以在缓存器302内会存在有一些相同的帧。介绍部分中所有帧都被做了标号或者进行了标注。因此控制器308可以控制缓存器302在最后一个被标注过的帧之后去开始提供该帧。
图4对开关304进行更加详细地说明。开关304包括解复用器402和404、音频解压缩器406和408、音频混合器410、D/A转换器412、视频通路开关414、译码器416以及D/A转换器418。解复用器402连接到开关304的输入A，解复用器404被连接到开关304的输入B(见图3)。每个解复用器402和404都产生视频流和音频流。
来自解复用器402的音频流被送到解压缩器406。来自解复用器404的音频流被送到解压缩器408。解压缩器406和408的输出被连接到混合器410的数据输入端。混合器410接受控制器308的控制。混合器410的输出被连接到能够提供模拟音频输出的D/A转换器412。混合器410受到控制，以便产生出无干扰的音频信号，这是例如通过逐步采用来自缓存器302的信号并逐步停止使用来自本地存储器218的音频信号而实现的。
视频流在开关414中在来自输入A和输入B的两个帧之间进行切换。开关414还要受到控制器308的控制。这样就会在译码器416中经过译码产生连续数字视频比特流，然后在D/A转换器418中把这些比特流转换成为供播放的模拟信号输出。视频编码方式最好是这样的，即能够使最后一帧不是B帧(双向帧)。换句话说就是，介绍部分最后一帧的译码并不需要存在一个后续帧。而且编码方式最好也如此，即由缓存器302所提供的第一帧是一个I帧(内部帧)，这种帧的译码不需要前一帧。这种限制能够确保开关414的输出是一个连续的视频流。
上述的实例都涉及到模拟信号内容。有关数字内容的情况就要相对简单一些。数字视频比特流都具有时间标记。因此它们可以在任何帧转换时刻被切断，然后使用适当的时间标记作为参考来进行重新拼接，重新生成完全一样的比特流。为了实现VOD的概念，节目介绍部分末尾处的时间标记需要在下载阶段被发送给客户机。为了拼接节目内容，客户机要比较所存储的时间标记(它表示介绍部分的结束)与从本地存储设备中所播放出的比特流的当前时间标记。当信号比较得到相同时间标记时，客户机就把视频源从本地存储设备切换到缓存器。从功能上讲，用于数字内容的系统配置类似于上述讨论的模拟情况，但其中不包括A/D和D/A转换器208、210、412和418，也不包括压缩器212和214以及解压缩器406和408，而且也不包括用于处理帧序号的部件，而且也不需要音频混合器410。
在本发明的内容叙述中，引入如下的专利文献作为参考：
--Yevgeniy Eugene Shteyn的美国专利申请(代理人文档号PHA23633，序号No.09/283545，1999年4月1日提交，标题为“基于时间和位置的个人化电视(TIME-AND LOCATION DRIVEN PERSONALIZEDTV)”。该文献涉及到这样一种服务器系统，其中能够使用户选择特定的广播节目进行录制，并且还可以选择特定的位置和时间段来播放所录制的节目。
--Raoul Mallart的美国专利(代理人文档号PHA 23495)，序号No.09/149950，1998年9月9日提交，标题为“广播事件中通过互联网利用仿真流进行实时的视频游戏(REAL-TIME VIDEO GAME USESEMULATION OF STREAMING OVER THE INTERNET IN A BORADCASTEVENT)”。在客户机-服务器型网络的广播应用中，互联网内的数据流被模拟成动画数据发送给大量的客户机。这种动画被当做一系列状态。被发送给用户的是这种状态信息，而不是发送图片数据本身。在状态信息的控制下，客户机再恢复动画数据。服务器和客户机利用共享的对象协议进行通信。这样就实现了数据流的传送，而且在广播过程中也不会碰到严重的网络带宽问题。这种方法可以用于把真正的活动事件(例如摩托赛车)映射到虚拟环境中，使得用户能够与真正的职业选手一样参加虚拟比赛，这种虚拟环境的动态变化就是由发送给用户的状态变化所决定的。
--Raoul Mallart和Atul Sinha的美国专利(代理人文档号PHA23491)，序号No.09/138782，1998年8月24日提交，标题为“广播应用中通过互联网进行数据流模拟(EMULATION OF STREAMING OVERTHE INTERNET IN A BROADCAST APPLICATION)”。该文献涉及到客户机-服务器型网络中的广播应用，其中互联网内的数据流被模拟成动画数据而发送给大量的客户机。这种动画被当作一系列状态。这种状态信息被发送给用户，而不是发送图片数据本身。在状态信息的控制下，用户再恢复动画数据。服务器和用户利用共享的对象协议进行通信。这样就实现了数据流的传送，而且在广播过程中不会碰到严重的网络带宽问题。
--Raoul Mallart和Atul Sinha的美国专利(代理人文档号PHA23383)，序号No.09/053448，1998年4月1日提交，标题为“利用广播事件的3D图像模型进行集体可视会议(GROUP-WISE VIDEOCONFERENCING USES 3D-GRAPHICS MODEL OF BROADCAST EVENT)”。该文献涉及到利用会议模式集中在一起、但又分布在不同地理区域的终端用户的电视广播业务。根据广播特定事件，特定终端用户组在软件的控制下可以被切换到会议模式，使得该用户组可以对某一事件进行讨论。会议模式可以通过被下载到该用户组中的该事件视频表现形式的3D图形模型得到改善。终端用户能够与模型进行交互以便讨论该问题的其它方案。

Claims (11)

1.在仿视频点播结构(108)中模仿视频点播业务的方法，该方法包括：
-使内容信息可以供仿视频点播结构的终端用户(200)使用；
-启动在终端用户设备中对内容信息的介绍部分的存储(218)；
-在终端用户处播放介绍部分的过程中，启动在终端用户设备处对仿视频点播结构中所得到的内容信息的缓存(302)；
-启动从播放被存储的介绍部分到播放被缓存的内容信息的切换。
2.权利要求1的方法，其中：
-内容信息中包含多个节目；
-介绍部分中包含与多个节目当中的各个节目相关的多个介绍部分当中的各个部分；以及
-所述启动切换包括启动从播放介绍部分中的一个特定部分到播放与该特定介绍部分相关的多个节目中的一个特定节目的转移。
3.权利要求1中的方法，其中：
-内容信息通过数据网络(118)进行广播；
-介绍部分通过数据网络来提供。
4.权利要求1中的方法，其中：
-内容信息通过电视网络进行广播；以及
-介绍部分通过电视网络来提供。
5.权利要求1中的方法，其中：
-内容信息通过电视网络进行广播；以及
-介绍部分通过数据网络来提供。
6.权利要求1的方法，其中介绍部分被提供给终端用户，并被存储在物理设备中。
7.权利要求2中的方法，其中：
-内容信息包括模拟形式的帧；
-所述启动切换包括对场消隐间隔信号内介绍部分中的连续帧进行标注(104/106)；以及
-由所述标注来控制所述切换。
8.权利要求2的方法，其中：
-内容信息包括具有时间标记的数字形式的帧；以及
-由所述时间标记来控制所述切换。
9.在仿视频点播结构中模仿视频点播业务的客户机-服务器系统中所使用的客户机装置(200)，其中：
-所述系统内包括把内容信息提供给仿视频点播模式下的客户机使用的服务器(108)；
-客户机中包括用于存储内容信息介绍部分的存储设备(218)；
-客户机中包括在播放介绍部分时用于缓存在仿视频点播模式下所得到的内容信息的缓存器(302)：
-客户机中包括用于控制从播放来自存储器的介绍部分到播放来自缓存器的内容信息的切换的括开关(304)。
10.权利要求9中的客户机装置，其中：
-服务器以模拟形式提供可用内容信息；
-介绍部分中包括带有标号的帧；
-客户机中包括用于提取与标号相关的信息的分析器(204)；以及
-用户中包括用于在信息控制之下去控制切换操作的控制器(308)。
11.权利要求9中的客户机装置，其中：
-服务器以数字形式提供带有时间标记的可用内容信息；以及
-客户机中包含用于在时间标记的控制下去控制切换操作的控制器。
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