DE102005046382A1

DE102005046382A1 - Verfahren, Kommunikationsanordnung und dezentrale Kommunikationseinrichtung zum Übermitteln von Multimedia-Datenströmen

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Publication number: DE102005046382A1
Application number: DE200510046382
Authority: DE
Inventors: Thomas Treyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-04-05

Abstract

Über zumindest ein Kommunikationsnetz (AGG, ACCESS) übermittelte, für die Weiterverarbeitung erforderliche Referenz-Informationen aufweisende Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) werden zumindest teilweise in dem zumindest einem Kommunikationsnetz (AGG, ACCESS) gespeichert, wobei für jeden der gespeicherten Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) die jeweilige Position zumindest einer der enthaltenden Referenz-Informationen festgehalten wird. Bei Auswahl zumindest eines der Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) wird dieser ab einer der jeweils festgehaltenen Positionen ausgelesen und an zumindest eine teilnehmerseitige Kommunikationseinrichtung (STB) weitergeleitet. DOLLAR A Vorteilhaft wird das durch teilnehmergesteuertes Umschalten bedingte Zapping-Delay minimiert.

Description

In aktuellen Teilnehmeranschlussnetzen – auch als Access-Networks bezeichnet – findet der z.B. gemäß einem xDSL-Übertragungsverfahren ausgestaltete und hohe Übertragungsraten bereitstellende Teilnehmeranschluss zunehmende Verbreitung. Durch den beispielsweise dadurch ermöglichten breitbandigen Internet-Zugang wird die Anzahl der durch diese Teilnehmeranschlussnetze bzw. Teilnehmerzugangsnetze bereitgestellten Anwendungen bzw. Applikationen zunehmend vergrößert. Eine dieser Applikationen ist die Übertragung von Informationen multimedialer Inhalte – auch als breitbandige Multimedia-Datenströme bezeichnet – wie etwa Videos bzw. Video-Streams. Mit Hilfe dieser Applikationen können Breitband-Verteildienste, insbesondere Multimedia-Verteildienste (z.B. Radio und Fernsehen) sowie Abrufdienste wie beispielsweise "Video-on-Demand" oder breitbandige Internet-Kommunikationen (z.B. Videokonferenzen) realisiert werden.

Für die Übermittlung breitbandiger Multimedia-Datenströme über Kommunikationsnetze werden zunehmend Rundsende-Übertragungsverfahren wie z.B. "Multicast" bzw. "Multicasting" eingesetzt. Multicast – in gemäß dem Internetprotokoll bzw. IP ausgestalteten Kommunikationsnetzen auch als "IP-Multicast" bezeichnet – ermöglicht es, mehrere Empfänger über das Internet oder ein anderes Kommunikationsnetz gleichzeitig mit Multimedia-Daten ggf. auch in Echtzeit zu versorgen, ohne das Kommunikationsnetz (Server, Router) zu stark zu belasten.

Die Verwaltung von Gruppen-Mitgliedschaften im Umfeld von Multicast erfolgt bei IP-Kommunikationsnetzen im Rahmen des Internet-Group-Management-Protokolls bzw. IGMP.

Unter "IPTV" ist die Übertragung von Fernsehkanälen in Form von Multimedia-Datenströmen bzw. Daten- oder Vidio-Streams über gemäß dem Internetprotokoll IP ausgestaltete Kommunikationsnetze zu verstehen. Ein beispielsweiser mittels der xDSL-Übertragungstechnologie an das übergeordnete Internet angeschlossener Teilnehmer bzw. Endkunde kann dabei aus einer Vielzahl von Fernsehkanälen auswählen; üblich sind 100 bis 200 Fernsehkanäle.

Mehrere Endkunden sind beispielsweise über Kupferleitungen (Kupferdoppeladern) an eine Multiplexereinrichtung – auch als DSLAM, Digital Subscriber Line Access Multiplexer bezeichnet – angeschlossen, welcher wiederum über einen Uplink mit dem übergeordneten IP-Kommunikationsnetz verbunden ist. Da ressourcenbedingt nicht alle Fernsehkanäle bzw. TV-Kanäle gleichzeitig über die Kupferleitungen bzw. Teilnehmeranschlussleitungen des Endkunden übertragen werden können, muss im DSLAM – im Folgenden auch als Access Node bezeichnet – eine Auswahl getroffen werden, wobei nur die aktuell von den jeweiligen Endkunden ausgewählten Fernsehkanäle über die in der Übertragungsbandbreite begrenzte Teilnehmerzugangsleitung in Richtung Teilnehmer übertragen werden.

In 1 ist in einem Blockschaltbild die grundlegende Architektur aktueller Teilnehmerzugangsnetze für die Übertragung von Multimedia-Datenströmen bzw. TV-Kanälen dargestellt. Gemäß dem Blockschaltbild werden alle für den Endkunden möglichen empfangbaren TV-Kanäle parallel und zeitgleich zum DSLAM bzw. Access Node übertragen. Die zu übertragenen TV-Kanäle werden beispielsweise über eine Satellitenverbindung von einer TV-Broadcast-Kopfstation empfangen, ggf. durch einen mit der Kopfstation verbundenen Video-Encoder in ein geeignetes digitales Datenformat – z.B. MPEG oder H.264 – enkodiert und über das Access-Netzwerk zu den einzelnen Access Nodes übermittelt. Im Access Node wird je nach Teilnehmerauswahl ein TV-Kanal ausgewählt und der ausgewählte TV-Kanal über die Teilnehmeranschlussleitung zu einer auf der Teilnehmerseite angeordneter Set-Top-Box übermittelt. An die Set-Top-Box des jeweiligen Teilnehmers können ein oder mehrere Kommunikati onsendgeräte bzw. Multimedia-Endgeräte (TV-Bildschirm, Personalcomputer, usw.) angeschlossen sein.

Üblicherweise wird durch den Teilnehmer mittels Fernbedienung ein neuer TV-Kanal ausgewählt und anschließend eine entsprechende Kanalanforderung von der Set-Top-Box an den Access Node übertragen. Nach Empfang dieser Anforderung beendet der Access Node die Übertragung des bisher gewählten TV-Kanals und sendet die angeforderten Informationen des ausgewählten TV-Kanals bzw. TV-Streams zum Teilnehmer. Dieser Vorgang wird auch als "Zappping" bezeichnet.

Für den Teilnehmer sollte das Zapping im Idealfall verzögerungsfrei ablaufen, d.h. nach Auswahl des neuen TV-Kanals sollte dieser Kanal sofort auf dem TV-Schirm zu sehen sein. Tatsächlich tritt bei der im Blockschaltbild dargestellten Architektur eine erhebliche zeitliche Verzögerung bzw. "Zapping-Delay" auf. So läuft, nachdem der Teilnehmer einen neuen TV-Kanal ausgewählt hat, auf dem TV-Schirm der alte Kanal zunächst noch ein Stück weiter, die Anzeige auf dem TV-Schirm friert dann ein, und erst nach einer gewissen Zeitspanne ist der neue, d.h. ausgewählte TV-Kanal auf dem TV-Schirm sichtbar. Typischerweise liegt das Zapping-Delay der gezeigten Architektur bei ca. 2 Sekunden, bei HDTV-Programmen werden aufgrund der größeren Datenmenge Zapping-Delays bis zu 10 Sekunden erwartet. Zapping-Delay hat folgende Ursachen:

– Signalisierungs-Delay zwischen Fernbedienung und Access Node.
– Buffer-Delay in der Set-Top-Box,
– I-Frame-Delay.

Im Folgenden wird auf die genannten Ursachen näher eingegangen:

Signalisierungs-Delay:

Das Signalisierungs-Delay kann bei typischen Leitungslängen in xDSL-Kommunikationsnetzen auf Werte unter 50 ms reduziert werden. Derartige Werte sind dann durch den Teilnehmer kaum mehr wahrnehmbar.

Buffer-Delay:

Ein in der Set-Top-Box angeordneter Puffer wird dazu benutzt, den Delay-Jitter zwischen dem Video-Encoder und der Set-Top-Box auszugleichen. Bei einem Zapping-Vorgang wird dieser Puffer und damit die gespeicherten Werte des bisher ausgewählten TV-Kanals zunächst gelöscht. Anschließend wird der übertragene Multimedia-Datenstrom bzw. Streaming-Daten des neuen, ausgewählten TV-Kanals gespeichert, bis eine Mindestmenge im Puffer enthalten ist. Ist diese Mindestmenge gespeichert, kann die Decodierung des empfangenen Multimedia-Datenstroms bzw. Video-Streams beginnen. Durch dieses Zwischenspeichern einer Mindestmenge von Videoinformationen kann der Puffer eine vorübergehende Erhöhung des Delays zwischen der Daten-Quelle und Daten-Senke (Jitter) ausgleichen. Typische Werte sind ungefähr 200 ms, wobei dieser Wert beim Benutzer spürbar ist jedoch noch im Bereich des erträglichen liegt.

I-Frame-Delay:

Eine Eigenschaft der in 1 dargestellten Netzwerkarchitektur ist es, dass die dargestellte Set-Top-Box den Video-Stream eines neu ausgewählten TV-Kanals, ab einer willkürlichen zeitlichen Position empfängt, die völlig asynchron zur Video-Quelle durch Eingaben an der Fernbedienung des Teilnehmers festgelegt wird. Aktuell verwendete Video-Codecs, wie beispielsweise MPEG-2 oder H.264 können jedoch nicht ab einer beliebigen zeitlichen Position innerhalb des empfangenen Multimedia-Datenstroms decodiert werden. Ein Grundprinzip der Codierung ist es, dass die meisten Einzelbilder der Videodaten nicht vollständig übertragen werden, sondern dass nur eine Differenzinformation zu den vorher übertragenen Referenzbildern übertragen wird. Diese Referenzbilder können nur ih rerseits von vorhergehenden Referenzbildern abgeleitet werden. Ohne Kenntnis dieser Referenzbilder kann die Referenzinformation nicht ausgewertet werden.

Um allgemein eine Aufsynchronisierung auf einen empfangenen Video-Datenstream zu ermöglichen, werden bei aktuellem Video-Codecs in gewissen Zeitabständen I-Frames (MPEG-2) oder IDR-Pictures (H.264) als Referenz-Informationen eingefügt. Durch diese eingefügten Informationen wird jeweils ein komplettes Einzelbild übertragen, welche alle vorherigen Referenzbilder im Video-Decoder zurücksetzen. Referenz-Informationen können z.B. in annähernd regelmäßigen Zeitabständen bzw. periodischen Intervallen in einen Video-Datenstream eingefügt sein. Es gibt jedoch auch Encoder, die z.B. bei Szenewechsel zusätzliche Referenz-Informationen vorsehen. Finden keine Szenewechsel statt (z.B. Standbild) werden jedoch trotzdem Referenz-Informationen in den Video-Datenstream eingefügt.

Ein I-Frame-Delay besteht nun darin, dass der Decoder nach dem Zappen bzw. Umschalten auf den nächsten eintreffenden I-Frame warten muss, bevor die Decodierung des eintreffenden Multimedia-Datenstroms beginnen kann.

I-Frame-Delay kann natürlich auch dadurch reduziert werden, dass möglichst oft innerhalb des Multimedia-Datenstroms I-Frames eingefügt bzw. übertragen werden. Nachträglich steigt jedoch dadurch die Datenrate des Multimedia-Datenstromes bzw. Video-Streams drastisch an, da für die Komprimierung von I-Frames auf jede Frame-Interpolation verzichtet werden muss. Speziell bei HDTV steigt die erforderliche Datenrate mit der Zahl der IDR-Frames bzw- I-Frames stark an. Übliche Werte für den Abstand zweier I-Frames liegen bei 2 bis 5 Sekunden. Damit macht das I-Frame-Delay den größten Anteil des Zapping-Delays aus, welches dadurch nicht nur spürbar ist, sondern auch in vielen Fällen störend für den Teilnehmer bzw. Anwender ist.

Moderne Video-Codecs verwenden eine bidirektionale Interpolation. Diese sog. B-Frames werden aus einem vorhergehenden und einem nachfolgenden Referenzbild extrahiert. In diesem Fall benötigt der Decoder nicht nur den I-Frame sondern auch noch das nächste Referenzbild um mit dem Decodieren beginnen zu können. Da aktuelle Decoder jedoch die Reihenfolge der Bildübertragung optimieren, indem beispielsweise das nächste Referenzbild unmittelbar nach dem IDR-Frame übertragen wird, weist dieses B-Frame-Delay Werte unter 40 ms auf und wird somit im Folgenden nicht weiter betrachtet.

Eine weit verbreitete Lösung mit dem geringsten Zapping-Delay besteht in der analogen (d.h. unkomprimierten) Übertragung von Multimedia-Datenströmen mittels Funk oder Kabel. Bei dieser Lösung ist das Zapping-Delay nicht spürbar und ist auf Seiten des Teilnehmers akzeptierter Standard.

Bei digitaler und komprimierter Übertragung von Multimedia-Datenströmen mittels Frame-Interpolation ist ein Lösungsansatz die bereits beschriebene Übertragung einer höheren Anzahl von I-Frames. Der Nachteil liegt in der erhöhten Datenrate.

Eine weitere bekannte Lösung besteht darin, unmittelbar nach dem Umschalten auf einen neuen TV-Kanal einen Burst von Daten bzw. Informationen in Richtung Teilnehmer zu übertragen. Dieser Daten-Burst soll zum einen den Jitterausgleichspuffer der Set-Top-Box möglichst schnell füllen und zum anderen die noch fehlenden Informationen seit Empfang des letzen I-Frames übertragen, damit der Decodiervorgang sofort beginnen kann. Nachteil dieser Lösung ist es jedoch, dass zur Übertragung von Daten-Bursts eine wesentlich höhere Datenrate erforderlich ist, als für den eigentlichen Multimedia-Datenstrom. Bei aktuellen Teilnehmerzugangsnetzen bzw. Access-Networks mit jeweils begrenzten Übertragungsressourcen, d.h. bei denen die Leitung zum Endkunden nur eine begrenzte Übertragungs-Bandbreite aufweist, die knapp über derjenigen liegt, die für die Übertragung des jeweils ausgewählten Video-Streams benö tigt wird, scheidet diese Lösung jedoch aus. Dazu kommt der Nachteil der höheren Komplexität, da der Daten-Burst unmittelbar nach dem Umschalte- bzw. Zapping-Befehl des Teilnehmers in einem zugeteilten Server berechnet und außerhalb des eigentlichen Video-Streams übertragen werden muss.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, dass Umschalte-Verhalten bzw. Zapping im Umfeld von Multimedia-Anwendungen in aktuellen Teilnehmerzugangsnetzen zu verbessern. Die Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale sowie durch eine Kommunikationsanordnung und eine dezentrale Kommunikationseinrichtung ausgehend von den jeweiligen Merkmalen des Oberbegriffs der Patentansprüche 10 und 11 durch jeweils kennzeichnende Merkmale gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Übermitteln von für die Weiterverarbeitung erforderliche Referenz-Informationen aufweisenden Multimedia-Datenströmen über zumindest ein Kommunikationsnetz wird zumindest einer der Multimedia-Datenströme ausgewählt und an zumindest eine dem zumindest einem Kommunikationsnetz zugeordnete, teilnehmerseitige Kommunikationseinrichtung weitergeleitet. Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Multimedia-Datenströme zumindest teilweise in dem zumindest einem Kommunikationsnetz gespeichert werden und dass für jeden der gespeicherten Multimedia-Datenströme die jeweilige Position zumindest einer der enthaltenen Referenz-Informationen festgehalten wird. Bei Auswahl zumindest eines der Multimedia-Datenströme wird dieser ab einer der jeweils festgehaltenen Positionen ausgelesen und an die zumindest eine teilnehmerseitige Kommunikationseinrichtung weitergeleitet.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das durch teilnehmergesteuertes Umschalten bedingte Zapping-Delay minimiert wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Multimedia-Datenströme paketorientiert übertragen, wobei die Referenz-Informationen als Nutzinformationen aufweisende Datenpakete eine die Referenz-Information anzeigende Information im Paketkopf aufweisen – Anspruch 6. Vorteilhaft können dadurch „wichtige" Datenframes von „unwichtigen" Datenframes unterschieden werden wodurch das Auffinden der wichtigen Referenz-Informationen wie z.B. I-Frames oder IDR-Picures in den Multimedia-Datenströmen erleichtert wird.

Die Multimedia-Datenströme können beispielsweise im Rahmen des Real-Time-Protokoll, RTP übermittelt werden – Anspruch 7. Durch diese vorteilhafte Weiterbildung kann durch Auswertung der Informationen im RTP-Header eine weitere Reduktion des Buffer-Delays in Set-Top-Boxen erreicht werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der ausgelesene Multimedia-Datenstrom zunächst mit einer erhöhten Übertragungsgeschwindigkeit an die zumindest eine teilnehmerseitige Kommunikationseinrichtung übermittelt – Anspruch 9. Durch diese vorteilhafte Weiterbildung kann die durch das im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bedingte Programmverzögerung, hervorgerufen durch das Auslesen ab der Position des zuletzt festgehaltenen I-Frames, im Laufe der Übermittlung des Multimedia-Datenstromes reduziert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Kommunikationsanordnung und eine dezentrale Kommunikationseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand mehrerer Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
1 die grundlegende Architektur aktueller Teilnehmerzugangsnetze für die Übertragung von Multimedia-Datenströmen bzw. TV-Kanälen
2 eine Kommunikationsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt in einem Blockschaltbild eine Kopfstation bzw. Headend HE, an welchen über eine Satellitenverbindung z.B. 200 Fernsehkanäle tv_bc1...200 empfangen werden. Diese Fernsehkanäle werden in diesem Ausführungsbeispiel digital als Video-Streams (mit einem Datenformat gemäß z.B. MGEG-2 oder H.264) übertragen wobei die an der Kopfstation HE empfangenen Video-Streams bzw. TV-Kanäle tv_bc1...200 in ein mit der Kopfstation HE angeschlossenes Aggregationsnetzwerk AGG weitergeleitet werden, welches einen Bestandteil (Second Mile) eines Access-Networks ACCESS bildet.
Alternativ können die Fernsehkanäle auch analog an der Kopfstation empfangen werden. In diesem Fall werden die empfangenen Fernsehkanäle durch einen Encodierer – nicht dargestellt – in ein digitales Datenformat (MGEG-2 oder H.264) umgewandelt.
Die Übertragung der TV-Kanäle tv_bc1...200 (MPEG-2- oder H.264-Datenstrom) über Access-Network ACCESS erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe des RTP (Real Time Protocol).
An das Aggregationsnetzwerk AGG sind mehrere dezentrale Kommunikationseinrichtungen wie beispielsweise digitale Multiplexer-Einrichtungen (DSLAM, Digital Subscriber Line Access Multiplexer) bzw. Access-Nodes angeschlossen. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Access Node DSLAM stellvertretend für viele dargestellt. An den Access-Node DSLAM ist über eine Teilnehmeranschlussleitung TAL (z.B. Kupferdoppelader) eine einem Teilnehmer TLN zugeordnete Set-Top-Box STB angeschlossen, wobei die Informationsübermittlung über die Teilnehmeranschlussleitung TAL (First Mile) z.B. gemäß einem xDSL-Übertragungsverfahren erfolgt. Über die Set-Top-Box STB sind mehrere dem jeweiligen Teilnehmer TLN zugeordnete Multimedia-Kommunikationsendgeräte (z.B. Fernsehgerät TV, Personalcomputer PC, IP-Telefon VoIP) mit dem Access-Node DSLAM bzw. mit einem an das Aggregationsnetzwerk AGG angeschlossenes, IP-komformes Kommunikationsnetz IP (Internet) verbunden.
Der Access-Node DSLAM weist einen Ringpuffer bzw. Ringspeicher RP auf, dem eine weitere Speichervorrichtung MEM und eine Steuervorrichtung STG zugeordnet ist. In der Set-Top-Box ist ebenfalls eine Steuervorrichtung STG angeordnet, welche mit der im Access-Node DSLAM angeordneten Steuervorrichtung STG mittels IGMP-Protokoll kommuniziert – im Blockschaltbild durch einen strichlierten Doppelpfeil verdeutlicht. Wie im Blockschaltbild durch einen weiteren strichlierten Pfeil dargestellt, werden die an der Kopfstation eingespeisten TV-Kanäle tv_bc1...200 über das Aggregationsnetzwerk AGG an den Access-Node DSLAM übermittelt. Die Übertragung der TV-Kanäle tv_bc1...200 zum Access-Node DSLAM kann z.B. im Rahmen von Multicast erfolgen. Erfindungsgemäß werden alle übermittelten TV-Kanäle tv_bc1...200 für einige Sekunden in dem Ringpuffer RP des Access-Node DSLAM zwischengespeichert. Die Größe des Ringpuffers RP ist so bemessen, dass dieser größer ist als der größte zeitliche Abstand zweier IDR-Pictures bzw. I-Frames, typischerweise also größer als 10 Sekunden.
Bei 100 TV-Kanälen mit einer jeweiligen Datenübertragungsrate von 2 MBit/s ergibt dies eine Größe des Ringpuffers RP von 250 MBit mit einem Datendurchsatz von 400 MBit/s. Beide Werte sind mittels aktueller Hardware-Anordnungen ohne größeren Aufwand realisierbar.
Die am Access-Node DSLAM empfangenen TV-Kanäle bzw. Video-Streams tv_bc1...200 werden durch die im Access-Node DSLAM angeordnete Steuervorrichtung STG beobachtet, wobei die Positionen der in den Video-Streams tv_bc1...200 jeweils enthaltenen IDR-Pictures (H.264) bzw. I-Frames (MPEG-2) durch die Steuerungsvorrichtung STG detektiert und die jeweilige Position mittels Pointer im Speicher MEM gespeichert wird. Somit wer den durch die im Speicher MEM gespeicherten Pointer die Position der jeweils zuletzt empfangen I-Frames oder IDR-Pictures pro Video-Stream tv_bc1...200 referenziert.
Die Anforderung eines neuen TV-Kanals tv_bc1...200 seitens des Teilnehmers, beispielsweise durch Bedienung der Fernbedienung, wird mittels IGMP-Protokoll von der Steuervorrichtung STG der Set-Top-Box STB an die im Access-Node DSLAM angeordnete Steuervorrichtung STG weitergeleitet. Nach Eingang dieser Zapping-Anforderung am Access-Node DSLAM wird durch die Steuervorrichtung STG mittels der im Speicher MEM gespeicherten Pointer die Position des zuletzt empfangenen IDR-Pictures bzw. I-Frames des angeforderten TV-Kanals tv_bc1...200 ermittelt und der angeforderte TV-Kanal bzw. Video-Stream ab der ermittelten Position aus dem Ringspeicher RP ausgelesen und die ausgelesenen Informationen tv_sel über die Teilnehmeranschlussleitung TAL an die Set-Top-Box STB des Teilnehmers bzw. von dieser an das jeweils angeschlossene Endgerät TV, PC, VoIP des Teilnehmers TLN übermittelt. Durch das erfindungsgemäße Auslesen der angeforderten Informationen ab dem zuletzt gespeicherten I-Frame bzw. IDR-Pictures ist das I-Frame-Delay für den Teilnehmer jeweils Null. Anstelle dessen ergibt sich für den Teilnehmer eine gleichmäßige Verzögerung der Programmwiedergabe (je nach Position des zuletzt gespeicherten I-Frames), die sich jedoch bei Live-Ausstrahlungen trotzdem störend bemerkbar machen können.
Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren vollständig im Access-Node implementiert und kommt ohne Modifikationen sowohl der Set-Top-Box STB als auch des gegebenenfalls in der Kopfstation HE angeordneten Video-Encoders aus.
Es sei angemerkt, dass alternativ der angeforderte TV-Kanal nicht ab der Position des zuletzt gespeicherten bzw. festgehaltenen I-Frames bzw. IDR-Pictures sondern z.B. ab der Position des vorletzten I-Frames bzw. IDR-Pictures aus dem Ringspeicher RP ausgelesen werden kann.
Die z.B. im MPEG-2 Datenformat vorliegenden Video-Streams tv_bc1...200 werden auf gemäß dem Internet-Protokoll ausgestaltete Datenpakete (IP-Pakete oder Ethernet-Frames) aufgeteilt welche im Rahmen von UDP (User Data Protocol) mittels RTP-Datenstrom übermittelt werden. Für das im Ringspeicher RP eingesetzte Speicherformat kommen deshalb zwei Formattypen in Frage, nämlich zum einen Byte-Stream oder eine Folge von IP-Paketen bzw. Ethernet-Frames. Vorteilhaft werden die übermittelten TV-Kanäle tv_bc1...200 in Form von IP-Paketen bzw. Ethernet-Frames gespeichert, da dann im jeweiligen Access-Node DSLAM der Aufwand für das Depaketieren und Paketieren entfällt.
Bei aktuell eingesetzten Codierverfahren wird durch im Header der paketorientierten Video-Informationen (MPEG-2 oder H.264) angeordnete Informationen der Typ der jeweils als Nutzdaten übertragenen Bilder gekennzeichnet, z.B. durch das "NAL-REF_IDC"- und "NAL_TYPE"-Feld bei H.264. Bei Übertragung der H.264-Video-Streams mittels RTP müssen die Header der RTP-Pakete ebenfalls entsprechende die Referenz-Informationen anzeigende Informationen aufweisen. Referenz-Informationen bzw. "wichtige" Frames sind erfindungsgemäß solche Informationen, die für den Aufbau der Referenzbilder erforderlich sind. Vorteilhaft sind durch Auswertung dieser im Header der am Access Node empfangenen RTP-Pakete enthaltenen Informationen die Pointer-Positionen für die IDR-Pictures leicht ableitbar und speicherbar, insbesondere wenn die Nutzdaten der RTP-Pakete (RTP-Byte-Stream) im Access-Node nicht ausgewertet werden.
Als weitere Vorteil ergibt sich durch Auswertung der RTP-Header im Access Node DSLAM die Möglichkeit unmittelbar nach dem Umschalten bzw. Zappen zunächst nur "wichtige" Frames der ausgelesenen Informationen tv-sel in Richtung Teilnehmer TLN zu übertragen. Damit kann innerhalb der z.B. ersten Sekunde problemlos der ausgewählte Video-Stream tv_sel mit höherer Übertragungsrate als die Abspielrate übertragen werden, auch wenn die Übertragungsleitung TAL keine Bandbreitenreserven aufweist. Innerhalb dieser z.B. ersten Sekunde kann deshalb der Jitter-Ausgleichspuffer (nicht dargestellt) einer entsprechend modifizierten Set-Top-Box schnell und sicher gefüllt werden. Eine derartige Set-Top-Box kann deshalb ohne die Gefahr von evt. auftretenden späteren Aussetzern sofort mit dem Dekodieren der empfangenen Datenströme beginnen, ohne abwarten zu müssen, bis der Puffer einen vorgebbaren Mindestdatenbestand erreicht hat.
Das Weglassen von unwichtigen Frames ist nur eine von zwei Möglichkeiten, den Jitterausgleichspuffer der Set-Top-Box zu füllen. Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsvariante werden die aus dem Ringpuffer RP ausgelesenen Informationen (tv-sel) mit erhöhter Übertragungsrate über die Teilnehmeranschlussleitung TAL in Richtung Teilnehmer übertragen, was zusätzlich zur Verfügung stehende Bandbreitenressourcen voraussetzt. So kann durch eine beispielsweise um 10% erhöhte Bandbreite das Zapping-Delay durch den in der Set-Top-Box angeordneten Jitterausgleichsbuffer ebenfalls reduziert werden.
Das Umschalten auf einen neuen TV-Kanal läuft folgendermaßen ab: Sofort nach Drücken einer Taste an der Fernbedienung wird der angeforderte TV-Kanal tv_bc1...200 ab der zuletzt gespeicherten I-Frame-Position auf dem Ringpuffer ausgelesen und in Richtung Teilnehmer TLN übertragen. Dabei wird in der ersten Sekunde die Bildqualität reduziert, da, wie beschreiben, die "unwichtigen" Frames nicht übertragen werden. Ab der zweiten Sekunde ist die volle Bildqualität sichergestellt. Es sei angemerkt, dass diese Art der Übertragung bereits in aktuellen Internet-Anwendungen wie beispielsweise Präsentation von Webseiten verwendet wird. So werden z.B. hochauflösende JPEG-Bilder progressiv aufgebaut, d.h. zuerst ist das Bild in groben Klötzchen sichtbar, mit weiterer Übertragung der Bildinformationen wird die Darstellung im Web-Browser immer detaillierter.
Bei dem beschriebenen Verfahren ist die maximale Verzögerung der auf Seiten des Teilnehmers empfangenen Informationen bei Live-Ausstrahlung identisch mit dem maximalen Abstand zweier im jeweiligen Multimedia-Datenstrom enthaltenen IDR-Pictures bzw. I-Frames. Wenn dieser Abstand z.B. 10 Sekunden beträgt kann sich die daraus resultierende zeitliche Verzögerung beispielsweise bei Fußballspielen oder anderen Live-Veranstaltungen für den Teilnehmer durchaus störend auswirken. Physikalisch entsteht diese Verzögerung im Ringpuffer RP. Eine Reduzierung dieser Verzögerung ist möglich, indem durch den Access-Node die Bandbreite der Teilnehmeranschlussleitung TAL voll ausgenutzt wird, um den kompletten Inhalt des Ringpuffers RP in Richtung Set-Top-Box STB zu überspielen. Hat die Teilnehmeranschlussleitung TAL beispielsweise eine 10 Prozent höhere Übertragungskapazität als die für die Übertragung des jeweils angeforderten Video-Streams erforderliche Übertragungsbandbreite, ist der Inhalt des Ringpuffers RP innerhalb von weniger als 2 Minuten an die Stet-Top-Box übermittelt und im Puffer der Set-Top-Box STB gespeichert, selbst für den Fall, dass der zeitliche Abstand zweier IDR-Pictures bzw. I-Frames 10 Sekunden beträgt. Eine entsprechend modifizierte Set-Top-Box kann vorteilhaft auf den höheren Füllgrad des Puffers reagieren und die Abspielgeschwindigkeit des empfangenen und gespeicherten Video-Streams geringfügig erhöhen, bis der Pufferfüllgrad auf die für den jeweiligen Jitter-Ausgleich benötigte Größe abgesunken ist. Für den Teilnehmer ergibt sich dann das Verhalten, das in den ersten Minuten einer Live-Übertragung die Ausstrahlung verzögert ist (in Abhängigkeit der zuletzt gespeicherten I-Frame- oder IDR-Picture-Position); diese Verzögerung wird aber nach kurzer Zeit auf z.B. 200 ms reduziert.
Anstelle von RTP können die Video-Streams tv_bc1...200 als MPEG2-TS (Transport Stream) übermittelt werden. Im Rahmen von MPEG2-TS folgen auf einen UDP-Header z.B. 7 Transport Container mit jeweils einem Datenvolumen von 288 Byte. In den Transport-Containern ist eine vorgebbare Bitposition zur Markierung von Referenzinformationen vorgesehen durch welche ebenfalls ein I-Frame als Nutzdatenanteil markiert werden kann. Im Rahmen der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun in der Payload eines MPEG2-TS innerhalb der 7 Container diese Bitposition überprüft. Ist in einem der Container eines MPEG2-TS Datenrahmens dieses Bit gesetzt, wird der vollständige Datenrahmen als „wichtig" eingestuft. Das erfindungsgemäße Verfahren läuft ansonsten in beschriebener Art und Weise ab. Es sei angemerkt, dass die Anzahl der in einem MPEG-TS Datenrahmen anordenbaren Container beliebig wählbar ist.

Claims

Verfahren zum Übermitteln von für die Weiterverarbeitung erforderliche Referenz-Informationen aufweisenden Multimedia-Datenströmen (tv_bc1...200) über zumindest ein Kommunikationsnetz (AGG, ACCESS), bei dem zumindest einer der Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) ausgewählt und an zumindest eine dem zumindest einem Kommunikationsnetz (AGG, ACCESS) zugeordnete teilnehmerseitige Kommunikationseinrichtung (STPB) weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) zumindest teilweise in dem zumindest einem Kommunikationsnetz (AGG, ACCESS) gespeichert werden, dass für jeden der gespeicherten Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) die jeweilige Position zumindest einer der enthaltenen Referenz-Informationen festgehalten wird, dass bei Auswahl zumindest eines der Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) dieser ab einer der jeweils festgehaltenen Positionen ausgelesen und an die zumindest eine teilnehmerseitige Kommunikationseinrichtung (STB) weitergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) an zumindest eine in dem zumindest einem Kommunikationsnetz (AGG, ACCESS) angeordnete dezentrale Kommunikationseinrichtung (DSLAM) übermittelt und zumindest teilweise in dieser gespeichert werden, dass der ausgewählte Multimedia-Datenstrom an die zumindest eine mit der dezentralen Kommunikationseinrichtung (DSLAM) verbundene, teilnehmerseitige Kommunikationseinrichtung (STB) weitergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzinformationen als Referenzbilder ausgestaltet sind, welche in den Multimedia-Datenströmen angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) gemäß einem MPEG-Codierverfahren und dass die Referenzbilder als I-Frames ausgestaltet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) gemäß dem H.264-Codierverfahren und dass die Referenzbilder als IDR-Pictures ausgestaltet sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) paketorientiert übertragen werden, wobei die Referenzinformationen als Nutzinformationen transportierenden Datenpakete eine die Referenzinformation anzeigende Information im Paketkopf enthalten.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) im Rahmen des Real Time Protocol bzw. RTP übermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) mit Hilfe eines Ringspeichers oder Ringpuffers (RP) gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgelesene Multimedia-Datenstrom (tv_sel) zumindest teilweise mit erhöhter Übertragungsgeschwindigkeit an die zu mindest eine teilnehmerseitige Kommunikationseinrichtung (STB) übermittelt wird.
Kommunikationsanordnung zum Übermitteln von für die Weiterverarbeitung erforderliche Referenz-Informationen aufweisenden Multimedia-Datenströmen (tv_bc1...200) über zumindest ein Kommunikationsnetz (AGG, ACCESS), mit Auswahlmittel (STG) zum Auswählen zumindest eines der Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) und zur Weiterleitung des zumindest einen ausgewählten Multimedia-Datenstromes (tv_sel) an zumindest eine dem zumindest einem Kommunikationsnetz (AGG, ACCESS) zugeordnete teilnehmerseitige Kommunikationseinrichtung (STB) dadurch gekennzeichnet, dass in dem zumindest einem Kommunikationsnetz (AGG, ACCESS) Speichermittel (RP) vorgesehen sind, durch denen die Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) zumindest teilweise gespeichert werden, dass weitere Speichermittel (MEM) vorgesehen sind, durch welche für jeden der gespeicherten Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) die jeweilige Position zumindest einer der jeweils enthaltenen Referenz-Informationen festgehalten wird, dass die Auswahlmittel (STG), die Speichermittel (RP) und weiteren Speichermittel (MEM) derart ausgestaltet sind, dass bei Auswahl zumindest eines der Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) dieser ab einer der jeweils festgehaltenen Positionen ausgelesen und an die zumindest eine teilnehmerseitige Kommunikationseinrichtung (STB) weitergeleitet wird.
Dezentrale Kommunikationseinrichtung zum Übermitteln von für die Weiterverarbeitung erforderliche Referenz-Informationen aufweisenden Multimedia-Datenströmen (tv_bc1...200), bei dem Auswahlmittel vorgesehen sind, durch welche zumindest einer von an die dezentrale Kommunikationseinrichtung übermittelten Multimedia-Datenströmen (tv_bc1...200) ausgewählt und an zumindest eine mit der dezentralen Kommunikationseinrich tung verbindbare teilnehmerseitige Kommunikationseinrichtung (STB) weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass Speichermittel (RP) vorgesehen sind in denen die übermittelten Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) zumindest teilweise gespeichert werden, dass weitere Speichermittel (MEM) vorgesehen sind, durch welche für jeden der gespeicherten Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) die jeweilige Position zumindest einer der jeweils enthaltenen Referenz-Informationen festgehalten wird, dass die Auswahlmittel (STG), die Speichermittel (RP) und weiteren Speichermittel (MEM) derart ausgestaltet sind, dass bei Auswahl zumindest eines der Multimedia-Datenströme (tv_bc1...200) dieser ab einer der jeweils festgehaltenen Positionen ausgelesen und an die zumindest eine teilnehmerseitige Kommunikationseinrichtung (STB) weitergeleitet wird.
Dezentrale Kommunikationseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dezentrale Kommunikationseinrichtung (DSLAM) als digitale Multiplexereinrichtung bzw. DSLAM, Digital Subscriber Line Access Multiplexer ausgestaltet ist.
Dezentrale Kommunikationseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dezentrale Kommunikationseinrichtung (DSLAM) als in zumindest einem Kommunikationsnetz angeordnete Servereinrichtung ausgestaltet ist.