JP3953512B2 - 分散ビデオデータを観察するためのｖｃｒのようなトリック・モード機能を提供するための方法ならびにその装置 - Google Patents
分散ビデオデータを観察するためのｖｃｒのようなトリック・モード機能を提供するための方法ならびにその装置 Download PDFInfo
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Description
発明の分野
本発明は、オンデマンドにビデオ・プログラムを提供することに関し、特にポーズ、早送り、巻戻しなどのＶＣＲのような「トリック・モード」を分散ビデオ・オンデマンド・プログラム環境で提供するための方法ならびにその装置に関する。
発明の背景
米国の市民は、都合に合わせた私的再生(playback)のための映画の貸出やその他の記録済みビデオ・プログラムに毎年７５億ドルを支出している。このようなビデオ・プログラムは、たとえばビデオ・カセットテープ・レコーダ（ＶＣＲ）を用いて再生するためのビデオ・カセットテープやビデオディスク・プレーヤで再生するビデオディスク、またはパーソナル・コンピュータやその他の形のＣＤ−ＲＯＭプレーヤを用いて再生するためのＣＤ−ＲＯＭなど多様な形態で賃貸できる。このような形態のビデオ・プログラムの賃貸は、多くの理由の中でも、ユーザが所望の速度でどちらの方向にでもビデオ・プログラムの好きな部分を見ることができることから、望ましいものである。たとえば、ユーザはプログラムのある部分を見て、次に所望の中断時間（即ち見る速度をゼロにセットする）にわたってプログラムを「ポーズ」し、また中断の後プログラムの残りを見ることができる。更に、ユーザはプログラムの所望の部分の見る速度をスローモーションまたは早送りに変更したり、見る速度を実効的にマイナスにすることでプログラムを巻き戻すこともできる。このような、見る速度を変更するための機能は、本明細書で「トリック・モード」視聴機能と呼ぶことにする。ＶＣＲがこれらトリック・モード機能をサポートしているため、ユーザは伝統的なネットワークおよびケーブルテレビ・プログラムの直線的な時間的制約から好都合に開放されることになる。
ケーブルテレビや直接放送衛星（direct broadcast satellite：ＤＢＳ）の企業は、ユーザにビデオレンタルによる同様の使用の自由度を提供することで、この分野で競合しようとしている。このサービスは「ビデオ・オンデマンド」として知られる。これらの企業はユーザがビデオ・プログラムのコピーを賃借するために自宅の安楽から去らなくとも良い（また終ってから返却しなくとも良い）ことから、こうしたサービスの提供においてビデオレンタル業に対して明らかに利点がある。しかし、これらの企業は既存の再生および配信技術によってこれまで制約されて来た。
ケーブルテレビ企業が現在知られている技術を用いてビデオ・オンデマンドを提供するのは考えられない程高価になる。ビデオレンタルと家庭内再生の利点を再現するためには、企業は各々のケーブル加入者に専用の再生資源を提供する必要があり、加入者が専用の資源で再生するプログラムを選択できるようにするために、ビデオ・プログラムのライブラリを含む高価なメモリ・アレイを合わせて提供しなければならない。更に、ネットワークに接続された各々の加入者へ異なるビデオ・プログラム、または少なくともビデオ・プログラムの異なる再生を配信するために、十分なバンド幅をケーブル配信のインフラストラクチャが有している必要がある。当然技術的な飛躍と現在の配信インフラストラクチャの交換なしにはこれは困難である。
ひとつの考えられる妥協策は、同一のビデオ・プログラムの多重、重複再生（即ち提示）を作成して、たとえばプログラムの新しい提示が５分毎に始まるようにすることである。２時間のビデオ・プログラムの場合、プログラムの重複提示合計２４個を加入者が利用できるようにする。各々の加入者は２４個の提示のいずれかひとつを選択的に受信できる受信機を保有する。加入者は完全なビデオ・オンデマンドを楽しめないが、加入者はプログラムの視聴を始めるまでに最大でも５分以上待たなくとも良い。
親の出願に開示し説明しているようなこのアプローチの制約は、加入者は重複提示の別のひとつにアクセスすることによって、プログラム内の所望の点にアクセスできるが、重複提示がアクセスしようとする所望の点に到達するまで加入者が５分間（即ち時間間隔の長さ）待たなければならないことである。したがって、更なる拡張なしには、親出願のアプローチでは、ポーズ、早送り、巻き戻しなどＶＣＲユーザが期待するような事実上連続した形の「トリック・モード」を加入者が楽しめるようにはならない。
各々がメモリ内に数千本のビデオ・プログラムを記憶し各々が２００までの加入者にサービスできるような複合ディスクドライブ・アレイまたはビデオ・サーバが最近提案された。５７００万の現行のケーブル加入者にビデオ・オンデマンド・システムを実現する費用は、こうした先進技術を実現できたと仮定して、推定２００億ドルの投資額（加入者あたり約３５０ドル）が必要になる。更に、このような提案されたサーバ技術に基づくサービスの完全な実現には、現行のケーブルおよび電話配信ネットワークのインフラストラクチャを再構成し、今後数年に渡ってバンド幅を増大するため毎年更に２０億ドルの経費でアップグレードする必要がある。ＶＣＲ様のトリック・モード機能を実現するのはサーバの複雑さが増大する以外にも、各々の加入者が専用のサーバへ戻る命令を通信できる必要があるため利用可能なバンド幅で干渉が起こる。これら「戻りチャンネル」は既存のＤＢＳシステムの状況や、既存のケーブル配信システムの多くでも利用できない。
今日まで、ケーブルテレビやＤＢＳ企業は、ユーザが提供されたビデオ・プログラムを有料で要求できる（電話でまたは直接ケーブルネットワークを経由してのどちらかで）ペイ−パー−ビュー・サービス(pay-per-view service)を提供している。企業側は加入者に選択したビデオ・プログラムの送信を受信できるようにする。しかし、これらのサービスはビデオ・オンデマンドからは程遠く、またその他の制約の中でも、ＶＣＲなどの家庭内視聴資源のトリック・モード機能に関連した自由を加入者に提供していない。
米国特許第5,371,532号は情報サービスを分配するための通信アーキテクチャならびにその方法を開示している。このアーキテクチャは３つの部分に分割できる。第１の部分は複数の情報書庫(information warehouses)で、多数のサービス・ベンダーから多数の情報プログラムのアーカイブを受信して高速バーストで第２の部分−複数の集中オフィス−へセグメントとして情報プログラムを分配する。集中オフィスはサービスに対する加入者の要求を管理し加入者の対話的制御の下にリアルタイムで加入者へ配信する情報プログラムのセグメントをバッファリングする。そのためにどの第２の部分も複数の宅内装置と接続することができる。この宅内装置は第３の部分で、情報プログラムの対話的な呼出(play-out)のために加入者の要求および制御信号を生成し、情報プログラムを加入者が使用するために受信する。このシステムでは、バッファ手段は宅内機器から離れた第２の部分に組み込まれている。
ヨーロッパ特許第EP-A-0,605,115号では双方向テレビジョン・システムのためのプログラム・サーバを開示している。このため、サーバは要求プロセッサ、プログラム・ライブラリ、ビデオ・データを複数のユーザへ配信するための分散インタフェースに接続されている。要求プロセッサは、データリンク経由でユーザからの要求を受信して、プログラム・ライブラリの一部とサーバを制御する。プログラム・ライブラリから取り出されたデータは、サーバに内蔵されたデータ・メモリに記憶できる。サーバから制御可能な方法で、ユーザへとデータを供給できる。サーバ、要求プロセッサ、およびプログラム・ライブラリは、用途によって同一のまたは異なる地理的ロケーションに配置することができる。このシステムのバッファ手段は、サーバ内に配置されユーザの装置には置かれていない。更に、オーバラップする時間間隔の間に異なるチャンネルを経由するデータ・ブロックの反復送信も開示されている。
米国特許第5,371,532号とヨーロッパ特許第EP-A-0,605,115号のシステムでは、バッファ手段が宅内装置から離れて配置されている。そのため、限られた多数のユーザだけが同時に集中オフィスからのデータ配信を要求できる。どちらの参考文献もサーバによるプログラム供給システムに関連している。これらの参考文献の技術は、プログラム・データが無制限の数の受信者に所定のレートでブロードキャスト・パラダイムの下で供給されるようなビデオ・プログラム“ブロードキャスト”シナリオでの各種プログラム再生モードのために実現することができない。このようなプログラム供給アプローチでは、受信者は集中データソースへの命令指示を提供して受信者へのプログラム情報の供給レートを制御することはできない。
米国特許第4,949,187号では、ビデオおよびオーディオ・データの遠隔制御集中ソースを有するビデオ通信システムを開示している。このシステムでは、家庭内の視聴者が大量のアーカイブ・ライブラリからデジタル・フォーマットで映画をダウンロードすることができる。集中ソースから取り出した完全なデジタル映画ファイル・データは、たとえばユーザ装置に内蔵されたディスク記憶システムなどにローカルにバッファリングされる。したがって、何時でも便利な時間に映画を鑑賞することができる。プログラム・ソースのデジタル化によって画質の損失や歪みなしに各種速度での再生、またポーズが可能になる。
つまり米国特許第4,949,187号は、ユーザが要求を送出してダウンロードする映画を選択するような、サーバによる環境を説明している。しかしエンド・ユーザは集中データソースへ命令指示を送出して、プログラム供給の変更を行なわせることができない場合が多い。第２に、ローカルに鑑賞する前に映画全体をダウンロードし、バッファリングする必要がある。したがって、このシステムでは、視聴者の受信機に必要な望ましくないほど相当量のメモリが要求される。
したがって、既存の電話およびケーブル配信インフラストラクチャで動作できる方法で、事実上連続したトリック・モード機能を含め、ビデオ・プログラムへの事実上のランダム・アクセスを事実上無制限の観察者に提供できる新規技術が必要とされている。
発明の要約
本発明は、ポーズ、早送り、巻戻しなどのＶＣＲのような「トリック・モード」を分散ビデオ・オンデマンド・プログラム環境で提供するための方法ならびにその装置を開示する。トリック・モードは、当該機能を要求する各々のユーザが見る速度をローカルに変更することで、集中データ・ソースの動作に何らかの影響を与えることなくサポートされる。本発明によれば、事実上無制限の視聴者が、事実上連続したトリック・モード機能を含め、ビデオ・プログラムへのランダム・アクセスを楽しむことができるようになり、既存の電話回線およびケーブル配信インフラストラクチャで動作可能な方法で実現できる。
これらおよびその他の目的は、集中データ・ソースからユーザへ送信される分散プログラム・データとともに使用する新規な方法および装置によって満たされる。受信されるプログラム・データの一部はユーザのローカル記憶媒体に書き込まれる。所望のプログラムについてのプログラム・データはローカル記憶媒体から読み込まれ、一般に通常の見る速度でユーザに表示される。特定のユーザがたとえば速度ゼロ（即ちポーズ）、マイナス速度（即ち巻き戻し）、通常速度より速い速度（即ち早送り）または通常速度の数分の一の速度（即ちスローモーション）などの変更速度（即ちトリック・モード）を要求した場合、プログラム・データがローカル記憶媒体から読み込まれて所望の変更速度でそのユーザに表示される。他のユーザは通常の速度で、または別の変更速度でビデオ・データを読み取って、見ることができる。
この方法および装置は、所定の間隔で集中データ・ソースから複数のコンポーネント・データ・ストリームにそってプログラム・データの複数コピーを反復送信することによってサポートされるのが望ましい。時間とともに、特定のコンポーネント・ストリームからのプログラム・データが、要求されたトリック・モード機能をサポートするのに必要とされるため、かつ本明細書に開示した好適なルールにしたがってローカル記憶媒体への記憶のために選択される。本発明の別の特徴において、複数の書き込みポインタの各々がコンポーネント・データ・ストリームの異なるものに関係し、書き込みポインタはどのプログラム・データを時間とともにローカル記憶媒体へ書き込むべきかを指定する。
本発明の更に別の好適な側面において、ローカル記憶媒体に記憶されたプログラム・データをアドレスするためのテーブルが提供され、プログラム・データはランダム・アクセス式にローカル記憶媒体から読み込まれる。本明細書で詳細に説明するように、ローカル記憶媒体とアドレス変換テーブルはリング状に構成するのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来技術によるビデオ・プログラムのケーブル配信用「セット−トップ」ボックス・アーキテクチャを示す。
図２ａは、本発明の「統合型」アーキテクチャを示す。
図２ｂは、本発明の「セパレート・ボックス」アーキテクチャを示す。
図３は、本発明によるビデオ・プログラム・データを符号化するのに適したデータ・インタリーブ技術を要約したものである。
図４は、本発明による好適な装置の更に詳細なアーキテクチャである。
図５は、本発明の好適実施例によるデジタル記憶媒体（ＤＳＭ：digital storage medium）の基本的アーキテクチャを示す。
図６ａは、「ポーズ」トリック・モード命令の実行中のＤＳＭのひとつの状態を示す。
図６ｂは、「ポーズ」トリック・モード命令の実行中のＤＳＭの別の状態を示す。
図７は、「ポーズ」トリック・モード命令の実行中のＤＳＭ読み取りポインタおよびＤＳＭ書き込みポインタの動作を説明する状態遷移図を提供する。
図８は、「スローモーション」トリック・モード命令の実行中のＤＳＭを示す。
図９は、「スローモーション」トリック・モード命令の実行中のＤＳＭ読み取りポインタおよびＤＳＭ書き込みポインタの動作を説明する状態遷移図を提供する。
図１０ａは、早送りトリック・モードを実行するための簡略化した多領域(multi-region)実施例を示す。
図１０ｂは、早送りトリック・モードを実行するための簡略化した例の別の側面を示す。
図１１は、早送りおよび巻き戻しトリック・モードを実行するのに適した好適実施例を示す。
図１２は、本発明のＤＳＭの機能図を示す。
図１３は、本発明のＤＳＭの第２の機能図を示す。
図１４は、本発明のＤＳＭの第３の機能図を示す。
発明の詳細な説明
アーキテクチャ概要
図１はビデオ・プログラムのケーブル配信用の代表的な従来技術の「セット−トップ」ボックス・アーキテクチャを示す。セット−トップ・ボックス１０は加入者のテレビ・セット（ここではディスプレイ・ユニット１８として図示してある）に接続される物理的に独立した箱で、以下に簡単に説明するように到着するビデオ・プログラムを処理するために用いられることからこのように呼ばれている。このようなシステムでは、ビデオ・プログラムはケーブル回線上を、本明細書ではデータ・ストリーム１６で表わされている電気信号の形で、配信される。従来のシステムでは、データ・ストリーム１６は一般にアナログ・データを含むが、技術的に進歩したことでデータ・ストリーム１６はまもなくデジタルデータを含むようになると広く仮定できるようになった。いずれにせよ、データ・ストリーム１６はセット−トップ・ボックス１０に供給され、データ・ストリーム１６の所望のプログラム・チャンネルが選択されてチューナ／復調器１２により復調され、復号器１４により復号（および／または暗号解読）される。セット−トップ・ボックス１０はディスプレイ・ユニット１８に適したビデオ信号を出力し、加入者は所望のプログラム・チャンネルを視聴できる。データ・ストリーム１６がデジタル符号化したビデオ・データから構成される場合、復号器１４はＭＰＥＧやＤｉｇｉＣｉｐｈｅｒなどの方式を使用して圧縮されたデジタルデータを展開するための論理を含むのが望ましい。
図２ａは本発明によるひとつの考えられる高レベル・アーキテクチャを示す。本明細書ではこのアーキテクチャを統合型アプローチと称するが、これは本発明を実施するハードウェアがこのアプローチにしたがってセット−トップ・ボックス１０内部に統合されているためである。特に、図２ａに図示してあるように、記憶・制御ブロック２２はセット−トップ・ボックス１０内部に配置され、チューナ／復調器１２と復号器１４の間に挿入することができる。記憶・制御ブロック２２は、以下で詳しく説明するように、本発明の機能を実現するハードウェアまたはソフトウェアの論理を含む。手持ちリモコン装置の性質を備えるユーザ・インタフェース２４は、ポーズ、早送りなどのトリック・モード機能のための命令を選択的に加入者が発行できるようにする手段として提供される。記憶・制御ブロック２２は、更に以下で詳しく説明するように本発明にしたがって、こうしたトリック・モード命令を実現する。
図２ｂは本発明の別の高レベル・アーキテクチャを示す。このアーキテクチャは、既存のセット−トップ・ボックス１０へ物理的に独立したボックス２５を接続することを仮定しているため、セパレート・ボックス・アプローチと呼ぶことができる。図２ｂに図示してあるように、データ・ストリーム１６は、セパレート・ボックス２５内部でチューナ／復調器ユニット２６によって最初に処理される。データは、ユーザ・インタフェース２４からの要求に応答して本発明のトリック・モード機能を提供する役割を担っている、記憶・制御ボックス２２により更に処理される。データは、変調器ユニット２８により割り当て済みチャンネル（たとえばチャンネル３）へ変調され、セパレート・ボックス２５から従来のセット−トップ・ボックス１０へ渡されて、ここで更に従来の方法で処理される。
図２ａおよび図２ｂに図示してあるように、データ・ストリーム１６はユーザへ集中データ・ソース２０から送信される。集中データ・ソース２０は、全てのユーザが視聴するプログラム・データの集中供給源である。ひとつの例として、集中データ・ソース２０はファイル・サーバなどのシステムを含むことができる。データ・ストリーム１６は、集中データ・ソース２０から送信され、衛星リンク、ケーブルテレビ回線、電話回線、電力回線、またはプログラム・データを配信するのに適した何らかの回線などの通信回線を含む送信手段２１経由で、ユーザへ分配されるのが望ましい。
本発明の好適実施例の目的では、データ・ストリーム１６は、インタリーブ技術にしたがって符号化されているデジタルビデオ・プログラム・データを含む。好適なデータ・インタリーブ技術の詳細な説明については読者が親の特許出願を参照すべきだが、図３にはこの目的での幾つかの基本的な点を要約してある。データ・ストリーム１６は、図３のストリーム３０〜４０などの複数のデータ・ストリームを含むのが望ましい。これらのコンポーネント・ストリーム３０〜４０は時間線４８で示してあるように、時間とともに送信される。各々のコンポーネント・ストリームは注目しているビデオ・プログラム全体を含むのが望ましく、またシーケンシャルなセグメントに時分割され、各々のセグメントがプログラム全体の次の数分だけを表わすのが望ましい。特定のビデオ・プログラムがＬ秒の長さであり、セグメントの長さがＴ秒であると仮定すると、各々のコンポーネント・ストリームはＬ／Ｔ＝Ｍ個のビデオ・データの独立したセグメントを含むことになる。望ましくはＭ個のストリームが送信される。Ｍ個のストリームが全部同じビデオ・プログラムのコピーを含むが、ストリームは図３に図示したような時間的にインタリーブした方法で送信され、ビデオ・プログラムのセグメントｎに対応するビデオ・データがストリーム３４の一部として送信されているのと時間的に同じ瞬間に、ビデオ・プログラムのセグメントｎ＋１がストリーム３６の一部として同時に送信されるようにする。合計Ｍ個のストリームが送信されているので、ビデオ・プログラム全体のＭ個のセグメント全部からの情報が全ての時間に送信されている。
したがって、Ｔ秒毎に完全なビデオ・プログラムが全部再送信されることになる。たとえば、図面に示してあるように、プログラムのセグメント１内部の点４２は、時間的に特定の瞬間にコンポーネント・ストリーム４０の一部として送信され、正確にＴ秒後に、全く同じデータが、時間線４８の範囲４６で示したように、コンポーネント・ストリーム３８の内部で送信される。このインタリーブ技術によってビデオ・プログラム内のどの点も送信されてからＴ秒以上離れないように基本的に保証することで、機能的にビデオ・オンデマンドを可能にする。たとえば、加入者はビデオ・プログラムの視聴を始めから、また望む時には事実上何時でも完全に始めから開始できる。大抵、加入者は、Ｍ個のコンポーネント・データ・ストリームのひとつで送信されるビデオ・プログラムのセグメント１の開始（またはビデオ・プログラム内の他の所望の点）を最大Ｔ秒間待たなければならない。
図４は、本発明の好適実施例にしたがった装置の更に詳細なアーキテクチャを示す。図４において、データ・ストリーム１６はすでに（図２ａまたは図２ｂのような）復調を通過しており、処理のために記憶・制御ブロック２２へ渡されている。記憶・制御ブロック２２は、データ・ストリーム１６をこれの構成コンポーネントであるストリーム１〜Ｍ（図３に詳細に図示した）に分割するデマルチプレクサ５２を含むのが望ましい。ユーザ・インタフェース２４を用いて、たとえば注目する映画の再生を開始するように要求するなどの命令を加入者が入力できる。命令は記憶制御装置５６で受信処理され、バッファ兼セレクタ５４に対して所望のビデオ・プログラムの最初のセグメント（セグメント１）を含むデータのＭ個のコンポーネント・ストリームの特定のひとつを選択させる。デジタル記憶媒体（“ＤＳＭ”）５０とアドレスポインタ・メモリ５８は、以下に説明するように、トリック・モード視聴機能をサポートするために使用される。
ＤＳＭ５０は、以下に説明する使用を満たすのに適した容量と応答時間のランダム・アクセス・メモリ論理として、またはハードディスク装置として、実現するのが望ましい。この目的では市販のハードウェアで十分である。図５はＤＳＭ５０の基本的アーキテクチャを示す。図面で示唆されるように、（簡略にまた説明の目的で）リング状の時計回りの処理として描かれているＤＳＭ５０に、データ・ストリームが記憶され、読み出される。データは、ＤＳＭ５０に順次書き込まれ、書き込みポインタ６２が現在の挿入点を示しながら時計回りの方向に移動する。同時に、ＤＳＭ５０から同様の時計回りにデータが読み出され、読み取りポインタ６０が読み取っている現在の点を示している。これらのポインタはアドレス・ポインタ・メモリ５８で実現する。何らかのレートで、データがＤＳＭ５０から読み出されると、図４、図２ａおよび図２ｂに示してあるように、そのデータはバッファ兼セレクタ５４経由で復号器１４または変調器ユニット２８へ送信される。図５に示した例では、ビデオ・プログラムのセグメント（ｎ個）の最初のｔ２秒分がＤＳＭ５０の部分６６にすでに書き込まれている。書き込みポインタ６２は、残りのセグメント（ｎ）の書き込みを継続するように動作し、処理中が進むと、セグメント（ｎ−１）（ＤＳＭ５０の部分６４に位置する）の残りの部分を上書きする。読み取りポインタ６０は、点ｔ１で後ろに続き、セグメント（ｎ）読み取りの半ばである。一般に、書き込みポインタ６２と読み取りポインタ６０が互いに交差しない限り、互いを追い越さずにＤＳＭ５０の周囲を時計回りに回転し続ければ、受信ビデオ・データのスムーズな処理とその加入者へのビデオ・データの表示が連続する。
どのようにトリック・モード機能を実現するかについてのはっきりとした枠づけができる。たとえば、ポーズまたはスローモーションなどのトリック・モード命令を実現するため、読み取りポインタ６０が所定位置で保持されているかまたは速度低下されている場合、書き込みポインタ６２は最終的には読み取りポインタ６０と交差し追い越すことになる。結果として、通常の再生へリジュームした時に、未だ読み取りポインタ６０によって読み込まれておらず、視聴加入者に未だ表示されていない必要なプログラム・データが、書き込みポインタ６２によって永久に上書きされていることになる。同様に、早送りなどのトリック・モード命令を実現するために読み取りポインタ６０がスピードアップされると、読み取りポインタ６０は書き込みポインタ６２に追いつき、最終的にこれを追い越すことになる。この時点で、読み取りポインタ６０は、書き込みポインタ６２が未だ更新する機会を持たなかったシーケンスはずれの古いデータを読み取ることになる。では、ＶＣＲユーザが使い慣れた連続的な方法で、プログラム・データを失うことなく、トリック・モード機能をどのように実現できるだろうか？答えは、図３に図示してあるビデオ・プログラム・データ・ストリームがオーバラップする性質の優れた新規な使用法を作り出すことにある。本技術は、後述するようにＤＳＭ５０の優れた使用方法も作り出している。
「ポーズ」の実現
「ポーズ」トリック・モード機能を実現するのに適した技術を最初に記載する。（一般性を失うことなく）図５がポーズ命令が発行された時間的瞬間のＤＳＭ５０と読み取りおよび書き込みポインタの一般的状態を表わしているものと仮定する。図６ａ〜図６ｂはポーズ命令の実施中のＤＳＭ５０の様々な後続の状態を表わし、一方、図７は読み取りポインタ６０と書き込みポインタ６２の動作を表わす状態遷移図を提示している。図７の状態８０（“ポーズ開始”状態）で、読み取りポインタ６０はすぐに停止する。「ポーズ」が有効な間はディスプレイの内容は変更されない。しかし、状態８０の間にも、書き込みポインタ６２はＤＳＭ５０へデータ・ストリーム１６の選択したコンポーネントの書き込みを継続している。この状態は、書き込みポインタ６２が読み取りポインタ６０の位置に追い付くまで、即ちＴ−（ｔ２−ｔ１）秒の間、継続する。この時点でのＤＳＭ５０の図示が図６ａに示されている。つまり、図示した例では、読み取りポインタ６０が位置ｔ１−−セグメント（ｎ）の残りとセグメント（ｎ＋１）の始めのｔ１秒分に相当する−−に停止していても、書き込みポインタ６２は、ＤＳＭ５０に、適当なシーケンスでプログラム・データの記憶を継続している。
注意すべきは、状態８０が未だ動作している時にユーザがポーズを終了した場合に、通常再生のリジュームのため、読み取りポインタ６０が停止した位置から読み取りポインタ６０の動作を単純にリジュームすることにより、状態８６（“安定状態リジューム”(Steady-State Resume)）への直接遷移が起こる。この流れが図７の遷移線８８で表わしてある。しかし、ポーズ命令が少なくともＴ−（ｔ２−ｔ１０）秒に渡って有効な場合、即ち書き込みポインタ６２が読み取りポインタ６０と交差しようとする時点でまだポーズが有効なら、この瞬間に図７の状態８２（“安定状態ポーズ”(Steady-State Pause)）への遷移が行なわれる。状態８２では、読み取りポインタ６０と書き込みポインタ６２のどちらもこれ以上進まず、状態８２の間にデータ・ストリーム１６の一部として受信したデータはどれもＤＳＭ５０に記憶されず、ディスプレイ・ユニット１８にも表示されない。
本発明によれば、プログラム内容の何らかの損失なしに、また何らかの目だった遅延なしに、通常再生のリジュームが可能である。特に、ユーザがリジューム命令を発行することでポーズを終了した時、図７の状態８２から状態８４（“リジューム開始”(initiate Resume)）への遷移が起こる。状態８４では、書き込みポインタ６２は停止したままだが、読み取りポインタ６０はまた通常速度で前進を開始し、ポーズ命令の前および／または状態８０の間にＤＳＭ５０へ書き込まれたデータを読み取る。図６ｂはこの状態の間のＤＳＭ５０と関連ポインタを示す。図６ｂに図示した例では、読み取りポインタ６０はｔ３と標記してある点まで前進しており、一方書き込みポインタ６２はｔ１に留まったままである。つまり、状態８４の間、ポーズを開始したビデオ・プログラムの点にすぐに後続する（各々ＤＳＭ５０の部分７２と７０に記憶されている）セグメント（ｎ）とセグメント（ｎ＋１）のこれらの部分に対応するビデオ・プログラムの連続した通常の視聴のリジュームをユーザがすぐに見られることになる。
プログラム・データの何らかの損失やシーケンス誤りを避ける方法で書き込みポインタ６２を再開するためには、書き込みポインタ６２が停止した時点から正確にＴ秒の整数倍の後に書き込みポインタ６２を再開する。書き込みポインタ６２が停止する前に書き込みポインタ６２が占有していたプログラム・セグメントを、現在送信している特定のコンポーネント・ストリームからデータを書き込みポインタ６２に供給すれば、書き込みポインタ６２は、停止したところを正確にピックアップすることができる。
ここで、図７に図示したように、書き込みポインタ６２は状態８２と８４に渡ってポーズしたままである。状態８２が有効なままの持続時間は、一般に（ｐ＊Ｔ）＋ｔｄで表わすことができる。ここでｐは整数＞＝０、およびｔｄはＴより小さい数（即ち、残り）である。したがって、状態８４が開始してから正確にＴ−ｔｄ秒後の瞬間に書き込みポインタ６２が再開すると、言い換えれば、状態８４がＴ−ｔｄ秒後に正確に終了すると、状態８２および状態８４（即ち書き込みポインタ６２がポーズしている持続時間全体）は、合計でＴの整数倍である（ｐ＋１）＊Ｔ秒でともに終る。状態８４について持続時間（Ｔ−ｔｄ）は、本明細書で説明している他の持続時間と同様に、記憶制御装置５６の論理を用いてリアルタイムで簡単に計算できる。
図７の状態８６（“安定状態リジューム”(Steady-State Resume)）への遷移が起こり、読み取りと書き込み両方のポインタが通常の前向き移動をリジューム（回復）する。しかし、記憶制御装置５６はバッファ兼セレクタ５４に対してＭ個のコンポーネント・データ・ストリームの異なるコンポーネントから書き込みポインタ６２へデータを提供するように指示する。さらに詳しくは、コンポーネント・ストリーム（ｎ）がポーズ命令の直前にＤＳＭ５０へ書き込まれる処理中だと、書き込みポインタ６２がプログラム・データのｐ＋１セグメントに対応する合計で正確に（ｐ＋１）Ｔ秒のあいだ停止していたので、状態８６で書き込みがリジューム（回復）されるとコンポーネント・ストリーム（ｎ−（ｐ＋１））の内容を選択すべきである。これにより、状態８６に入り書き込みをリジュームした時点で、状態８２に入り書き込みポインタ６２がもともとポーズした瞬間に、コンポーネント・ストリーム（ｐ）で送信されていたのと同じプログラム・データをコンポーネント・ストリーム（ｎ−（ｐ＋１））が正確に送信する。つまり、ポーズした時またはリジュームした時のどちらかでユーザが遅延を知覚しないような連続的方法でポーズが実現され、ビデオ・プログラムは正しいシーケンスで見られる。
状態８４は、読み取りポインタ６０と書き込みポインタ６２がともに図６ａに図示したような位置で始まることに注意すべきで、状態８４では読み取りポインタ６０が前進し書き込みポインタ６２が止まっている必要があり、状態８４はＴ秒までの時間的長さであるＴ−ｔｄ秒間続く。この後、読み取りポインタ６０が状態８４の間に書き込みポインタ６２と交差しないように保証するために、ＤＳＭ５０はプログラム・データの少なくともひとつのセグメントに等しいものを保持する必要がある。この方法では、ビデオ・プログラムの表示は連続的にまた「リジューム」を要求した瞬間からのシーケンスで進む。これはプログラム・セグメントの長さ＝Ｔ＝１２０秒（即ち２分間）で、かつ（Ｍコンポーネント・セグメントの各々について）平均データ伝送レートが毎秒１．５メガビットと仮定すれば、少なくとも２２．５メガバイトのＤＳＭ５０の記憶容量要求ということになる。Ｔ＝３００秒と仮定すると、ＤＳＭ５０は５５．１２５メガバイト保持する必要がある。ハードディスク・ドライブ装置は広く利用可能でこの容量要求を満たしており、毎秒１．５メガビットまたはそれ以上のデータアクセス・レートもサポートしている。
「スローモーション」の実現
図９は、「スローモーション」トリック・モード機能を実現するための好適な技術による、読み取りポインタ６０と書き込みポインタ６２の動作を説明する状態遷移図を提示する。ユーザがスローモーション命令を発行すると、命令の実行は状態９０の“スローモーション開始”(Initiate Slow Motion)から始まり、読み取りポインタ６０は通常速度の数分の一で移動し始め（これによって要求されたように表示視聴レートを遅くする）、一方で書き込みポインタ６２は通常速度での移動を続ける。一般に、変更した速度をＸで表わし、読み取りと視聴が通常速度のＸ倍で行なわれることを表わす。スローモーション開始状態９０は、読み取りポインタ６０よりＸ-1倍速く移動する書き込みポインタ６２が読み取りポインタ６０に追い付くまで動作し続ける。スローモーションの開始状態はすでに説明したポーズの開始状態と類似している。また、図６ａはｔ１で書き込みポインタ６２が読み取りポインタ６０に追い付く瞬間でのＤＳＭ５０の図示を提示する。
ポーズ機能について正しかったように、開始状態９０がまだ動作している時にユーザがポーズを終了すると、読み取りポインタ６０の移動を通常速度で単純にリジュームすることによって、通常再生のリジュームにあたる安定状態リジューム（ここでは状態１０２）への直接遷移が行なわれる。簡略化するため、この流れは図９では明示的に表わしていない。この場合、書き込みポインタ６２は停止または遅延しておらず、ポインタどうしも互いに交差することがないことから、連続的なシーケンシャル観察が保証される。
しかしスローモーションが十分に長く作用し続けると、書き込みポインタ６２が読み取りポインタ６０に追い付く瞬間に、図６ａに図示したように、状態９２（“スローモーション安定状態”（Steady-State Slow Motion））に入る。状態９２は実際にはスローモーション安定状態の下に更に２つの下位状態またはモード、即ち状態９４（モード“Ａ”）と状態９６（“Ｂ”）を含む。両方のモードで、読み取りポインタ６０は通常レートのＸ倍で前進を続ける。しかし、初期状態であるモードＡでは、書き込みポインタ６２は完全に停止する。モードＡは正確にＴ秒に渡って作用する。正確にＴ／（Ｘ-1−１）秒に渡って動作するＢモードでは、書き込みポインタ６２は通常速度で前進する、即ち読み取りポインタ６０のスローモーション・レートよりＸ-1倍速く前進する。モードＢが完了するとすぐに、モードＡがまたリジュームされる。この周期的処理は、安定状態スローモーション状態９２が作用している間、即ちユーザが通常再生のリジュームを要求するまで反復される。しかし、各々の後続サイクルの状態９６の間、バッファ兼セレクタ５４は、直前のサイクルで状態９６の間に使用したコンポーネント・ストリームより正確に１セグメント後のコンポーネント・ストリームに対応するデータを書き込みポインタ６２に供給する。
状態９４と状態９６を含むこの安定状態サイクルを用いるのが望ましいのは、シーケンシャルに正しい方法でビデオ・プログラムの連続的視聴を保証するようにスローモーション機能を実現するためである。状態９４／状態９６のサイクルは幾つかの理由でこれを実現する。第１に、書き込みポインタ６２は、各サイクルの状態９４の間に正確にＴ秒の期間必ず停止するため、書き込みポインタ６２は、最後に使用したセグメントから正確に１セグメントだけオフセットしているコンポーネント・ストリームからのデータを単純に書き込むことにより、ビデオ・プログラム内部の正確に正しい位置で状態９６の書き込みをリジュームできる。また、状態９６は合計で正確にＴ／（Ｘ-1−１）秒間続くので、書き込みポインタ６２は各サイクルの間に合計でＴ／（Ｘ-1−１）秒分のデータを書き込む。読み取りポインタ６０は状態９４と状態９６を通してスローモーション・レートで前進し、各サイクルの間に（Ｔ＋Ｔ／（Ｘ-1−１））＊Ｘ秒分のデータを書き込み、これは代数的にＴ／（Ｘ-1−１）に等しい。つまり、状態９４／状態９６サイクル各々の終りで、書き込みポインタ６２は読み取りポインタ６０にちょうど追い付くことになり、ポインタどうしは互いに交差しない。これに続けて、安定状態スローモーション状態９２の全体でビデオ・プログラムのシーケンシャルで正確な観察が保証される。
図８は状態９４の間のＤＳＭ５０を示す。書き込みポインタ６２は現在のセグメントでｔ１秒分のプログラム・データを処理してから停止したままになる。しかし読み取りポインタ６０は通常レートのＸ倍の速度で進む。図８は通常速度の１／２のスローモーション（即ちＸ＝１／２）を仮定しており、ＤＳＭ５０は合計で正確にＴ秒分のプログラム・データを保持すると仮定する。この例では、図８は状態９４の開始後Ｔ秒の瞬間（即ち状態９４のちょうど終り）でのＤＳＭ５０の状態を示す。読み取りポインタ６０はＤＳＭ５０の半分まで前進しており、セグメント（ｎ）の残りと、セグメント（ｎ＋１）から初めのｔ１−（Ｔ／２）秒分のプログラム・データを処理している。
安定状態スローモーションの状態９２の間の何らかの時点で、ユーザは最終的に通常再生をリジュームする命令を発行する。これを取り扱う方法は、状態９４（モードＡ）または状態９６（モードＢ）のどちらの間にリジュームが要求されたかによる。図９に図示してあるように、状態９６（モードＢ）の間に、即ち書き込みポインタ６２がすでに通常速度で前進している間に、リジュームが要求された場合、通常速度での読み取りポインタ６０の前進を単純にリジュームすることによって安定状態リジューム（ステップ１０２）に直接入る。
一方で、書き込みポインタ６２が停止している状態９４（モードＡ）の間にリジュームが要求された場合、リジューム開始状態１００(Initiate Resume)に入らなければならない。状態１００では、読み取りポインタ６０は通常速度にすぐ復旧し、ユーザは要求にしたがった連続前向き再生を経験することになる。しかし、書き込みポインタ６２は状態９４で進行中の現在のＴ秒遅延区間が完了するまで待ち続けなければならない。この時点で、状態１０２（安定状態リジューム）に入り、書き込みポインタ６２は通常速度にリジュームする。当然、状態１０２へ状態１００から入る時、書き込みポインタ６２には最後の直前状態９６の間に使用したコンポーネント・ストリームの正確に１セグメント分後ろにオフセットしているコンポーネント・ストリームに対応するビデオ・データが供給される。これは書き込みポインタ６２が正確にＴ秒間の中断を行なったためである。この方法では、プログラム・データは正しいシーケンスでＤＳＭ５０に書き込まれる。
読み取りポインタ６０が前進しても、状態９４の間に合計Ｔ秒間に渡って書き込みポインタ６２が停止していることに注意する。したがって、ポーズ機能に関して正しかったように、ＤＳＭ５０は状態９４の間に読み取りポインタ６０が書き込みポインタ６２と交差しないことを保証するため、ビデオ・プログラム・データの少なくとも１セグメント（即ちＴ秒分）に等しい分を保持する必要がある。ここでも、市販されているハードディスクはこの容量要求と関連するデータ・アクセス・レート要求を満たしている。また、ＤＳＭ５０の１セグメント分の容量は、読み取りポインタ６０が状態１００の間に通常速度へ加速した場合でも、読み取りポインタ６０が書き込みポインタ６２と交差しないことを保証することに注意すべきである。すでに議論したように、読み取りポインタ６０と書き込みポインタ６２は状態９４の先頭で同期していることに準じるもので、読み取りポインタ６０は書き込みポインタ６２に追い付くまでにＴ秒分のデータを処理しなければならないことを意味する。書き込みポインタ６２は、通常の動きにリジュームする前に、リジュームが要求されて特定のサイクルの間に状態１００にはいったかどうかと関係なく、正確にＴ秒間ポーズしていること、および、読み取りポインタ６０は最大速度の数分の一でＴ秒間の少なくとも一部を消費していることから、読み取りポインタ６０は書き込みポインタ６２が最大速度で前進をリジュームする前に書き込みポインタ６２に追い付かないことになる。これにより、連続しシーケンシャルな正しい方法でプログラム・データがＤＳＭ５０へ書き込まれ、ここから読み込まれることを保証している。
早送りと巻戻しの実現
早送りでは、通常速度のＸ倍の速さでプログラムを表示する。ここで、Ｘは１より大きな正の数である。つまり、早送りモードでは、読み取りポインタ６０（つまり見ること）は、各々のＴ秒“サイクル”または期間毎にプログラム・データのＸセグメント分のレートでビデオ・プログラムを前向きに進んでいる。逆に、巻戻しは通常速度のＹ倍に等しい大きさの負の速度（即ち逆転シーケンス）でプログラムを表示する。巻戻しは高速なことがあり、たとえばＹが１より大きな数でも良く、またはＹが１の数分の一のスローモーション巻戻しであることもある。後述する等式や方程式ではＹを正の数として扱う、即ち単純に速度の大きさの尺度として扱うが、Ｙは「負の」速度で（即ち逆転方向に）プログラム再生を表わすことに注意すべきである。
早送りおよび巻戻し機能を実現するためには、複数の独立した書き込み処理を用いて、複数のプログラム・セグメントから即ちデータ・ストリーム１６の複数のコンポーネント・ストリームから、ＤＳＭ５０へデータを同時に記憶する。好適実施例による基本的な規則は次の通りである：
最大速度Ｘの早送りと最大速度Ｙの巻戻しをサポートするため、好適実施例ではＸ＋Ｙの合計の論理書き込みポインタ（以下ｗ（ｉ）と称する）を提供する。任意の時刻では、各論理書き込みポインタはプログラム・データの特定セグメントと関連している。特に、（一般性を失わずに）読み取りポインタ６０が時刻ｔ１でプログラム・セグメント（ｎ）へｄ１秒入った点でプログラム・データを読み込んでいると仮定する。当然ｄ１＜Ｔである。さらに、時刻ｔ１で、図３に関連してすでに説明したように、データ・ストリーム１６は、各々かつ全てのプログラム・セグメントについて、各セグメントへｄ２秒入った点でインタリーブしたプログラム・データを伝送している（ここでも、ｄ２＜Ｔ）。表Ｉで述べたデータを記憶するための基本的ルールを実現するため、好適実施例は次のように動作する：
つまり、異なるＸ＋Ｙセグメントからのプログラム・データはＤＳＭ５０へ常に同時に記憶されている。特に、前向き再生の場合、処理すべき次のＸセグメントからのプログラム・データは、最近読み込んだＹセグメントからのプログラム・データと一緒に書き込まれる。逆に、逆転再生の場合、処理すべき次のＹセグメントからのプログラム・データは最近読み込んだＸセグメントからのプログラム・データと一緒に書き込まれる。
記憶すべきデータはＸ＋Ｙ個の論理書き込みポインタによって指定する。このような書き込みポインタｗ（ｉ）の各々は、任意の瞬間に、書き込もうとするＸ＋Ｙプログラム・セグメントの関連するひとつに対応するデータ・ストリーム１６の特定のコンポーネント・ストリームと関連している。各書き込みポインタｗ（ｉ）は、これに現在割り当てられているプログラム・セグメントから通常の前向き再生の速度で前進する。Ｘ＋Ｙ個の論理書き込みポインタは同時に動作するため、データ・スループットはポーズおよびスローモーション・トリック・モードに関連してすでに説明した速度（即ちＸ＝１でＹ＝０）よりＸ＋Ｙ倍大きくなる。ＤＳＭ５０にすでに記憶されているデータを書き換えないことで、幾らかスループット要件を減少することを当業者は選択できよう。しかし、ここでは、表Ｉおよび表IIの規則にしたがって、ＤＳＭ５０にすでにデータのいくらかが存在している場合でも、書き込みポインタで指定された全てのデータを必ず書き込むことにより、書き込みポインタの論理制御を簡略化する方を選択している。
前述の規則にしたがう場合、および更にＤＳＭ５０が少なくともＸ＋Ｙ2／（Ｙ＋１）セグメント分のプログラム・データについて連続記憶を提供する場合、早送りおよび巻戻しトリック・モード機能は原理的に一般にサポートされることを当該技術の熟練者は代数的に確認できよう。啓蒙目的で大まかな代数的証明は次のように提供される：
Ｉ．前向き再生
記憶装置の図が図１２に示してある。書き込みポインタＷ（ｉ）の各々はセグメント時間間隔あたり正確に１セグメントのレートで前進し、各書き込みポインタは次の最も近い書き込みポインタＷ（ｉ−１）およびＷ（ｉ＋１）と正確に１セグメントだけはなれている。書き込みポインタとは異なり、読み取りポインタはセグメント時間間隔あたり０からＸセグメントの範囲の何らかの速度で時計回りに移動できる。読み取りポインタは書き込みポインタよりＸ倍速く移動できるので、かつ、最も離れた書き込みポインタＷ（Ｘ）はＸセグメント以上離れていないので、読み取りポインタは、１セグメント時間間隔以内でこれより現在先にあるＸ書き込みポインタの現在位置に到着できないことになる。これは、各書き込みポインタの現在位置に先行する記憶装置のセクションに次の書き込みポインタが到達できる以前に読み取りポインタが到達できることを表わす。したがって、これらの、図１２で斜線で示してあるセクションは、読み取りポインタが速度Ｘで前向きに移動を開始する前に、かならず有効データを含まなければならない。それ以外の場合、取り出されるデータは最新のものではなく、表示されるビデオは正しくないことになる。
表Ｉの基本ルールの第１部では、読み取りポインタよりＸセグメント先までにある現在利用可能な全てのデータを記憶すべきであると述べている。このルールにしたがう場合、図１２の読み取りポインタは最大速度Ｘで時計回りに回転する場合でも連続的に有効データを取り出すことができることを示すことができる。最初に、時刻ｔ0で、読み取りポインタは図１２に図示した位置にある。読み取りポインタは速度Ｘで時計回りに前進を開始し、時刻ｔ１に対応する割り込み点１でＷ（１）を越える。この時点で、Ｗ（１）はデータ書き込みを停止し、代わりに、Ｗ（Ｘ＋１）が読み取りポインタよりＸセグメントだけ先にあることからデータ書き込みを開始する。この動作は表Ｉに規定した基本ルールに準拠している。重要な点は、Ｗ（Ｘ＋１）の現在位置が割り込み点Ｘと一致していることである。これは速度Ｘで移動し続けた場合に正確に１セグメントの間隔でＷ（１）とＷ（Ｘ＋１）を隔てているＸセグメントを読み取りポインタが進むことができることによる。同じセグメント間隔の間、Ｗ（Ｘ）はＷ（Ｘ）の現在位置とＷ（Ｘ＋１）の現在位置の間の距離に対応する正確に１セグメントだけ前進する。したがって、Ｗ（Ｘ＋１）の位置は、記憶装置へデータ書き込みを開始した時点で、読み取りポインタがＷ（Ｘ）を越えた位置と同じである。
Ｗ（１）を越えてから、読み取りポインタは時刻ｔ２で割り込み点２にあり次のＷ（２）を越えている。この時点で、表１の基本ルールの第１部に述べたように、Ｗ（２）はオフになりＷ（Ｘ＋２）がオンになる。また、先に述べたのと同じ理由から、記憶装置へデータ書き込みを開始するこの時点でのＷ（Ｘ＋２）の位置は、読み取りポインタがＷ（Ｘ＋１）を越える位置と一致することが分かる。この点は割り込み点Ｘ＋１として表わし図１３に図示してある。同様に、読み取りポインタは時刻ｔ３でＷ（３）を追い越すが、この時点でＷ（３）はオフになりＷ（Ｘ＋３）がオンになる。この時、Ｗ（Ｘ＋３）は割り込み点Ｘ＋３にある。最終的に、時刻ｔｘで、読み取りポインタは割り込み点ＸのＷ（Ｘ）を追い越し続けて記憶装置は図１３の斜線領域で示された有効データを含むことになる。明らかに、全ての時刻で、読み取りポインタと次の書き込みポインタの間の記憶装置の領域には、図１２に図示した初期開始条件が与えられると有効データを含むことが保証されるので、ｔ０からｔｘまでの間隔の間に読み取りポインタと遭遇したデータの全部が有効である。また読み取りポインタおよび書き込みポインタと時刻ｔ０における図１２の有効データ・セグメントの相対位置は１セグメント間隔後で図１３に図示した位置と同一である。唯一の相違点は適用可能な書き込みポインタと割り込み点のインデックスがＸだけ増加したことである。したがって、通常速度のＸ倍での再生は無限に保持されると結論できる。同様に、同じ論理を用いることで、表Ｉの基本ルールが適用される限り０からＸまでの範囲のあらゆる速度も無限に保持できることが結論できる。
以上の議論から、通常再生速度のＸ倍で早送り機能を実現するのに必要な連続記憶の量が、読み取りポインタと、Ｘセグメント以上にはならない最も離れた書き込みポインタとの間に含まれるデータ量に等しいことが明らかなはずである。これは図１２または図１３のどちらかの第１の斜線部分の初めから最後の斜線部分の終りまでの間の距離に対応し、各々の割り込み点と先行する書き込みポインタの間のギャップを含む。明らかにこの距離は読み取りポインタが書き込みポインタと交差するたびに最大になるが、これはこのような時点で記憶領域の終りを定義する書き込みポインタが記憶領域の始まりを定義している読み取りポインタから正確にＸセグメントだけ離れているためである。したがって、記憶装置はＸセグメントのデータを含むだけ十分に大きくなければならない。当該技術の熟練者は、図１２および図１３に示した様々な斜線領域の間のギャップに含まれるデータを記憶しないことによってＸセグメント以下のデータを記憶することが理論的に可能であると理解されよう。しかし、これには更に複雑なメモリ管理法が必要であり好適実施例より実現が難しくなる。
II．逆転再生
この場合、読み取りポインタは最大速度Ｘで時計回りに前進しないだけではなく、反時計回りに最大速度Ｙで進むことがあると仮定する。これは通常の再生速度のＸ倍を越えない何らかの速度の前向き再生と通常再生速度のＹ倍を越えない何らかの速度の逆転再生に対応する。これらの最大速度を維持するのに必要とされる総連続記憶量を計算する。
表Ｉの基本ルールの第２部では、読み取りポインタより後ろでＹセグメントまでの全ての利用可能なプログラム・データが記憶されなければならないと述べている。このルールが必要なのは、このルールに基づいて可能となる各書き込みポインタが１セグメントの時間間隔以内で読み取りポインタにより追い付かれることがあるためであると推論できる。したがって、次の書き込みポインタが１セグメントの時間間隔遅れて到着する前に読み込むために必要であることからこれらの書き込みポインタからのデータを記憶しなければならない。逆に、このルールによって有効にならない先行する書き込みポインタ各々は、１セグメントの時間間隔以内で読み取りポインタが到達できず、したがって、次の書き込みポインタが正確に１セグメントの時間間隔後に到着するため記憶する必要がない。
このルールと図１３の例に基づき、書き込みポインタに先行する最も近いＹ個の書き込みポインタを可能にする。これらは書き込みポインタＷ（０）からＷ（−Ｙ＋１）である。最も離れた書き込みポインタであるＷ（Ｙ）は読み取りポインタが後向きに移動してＷ（０）と交差するまで可能とならない。この瞬間に、Ｗ（Ｘ）は基本ルールの第１部に基づいて不能となり、Ｗ（Ｙ）は第２部に基づいて可能となる。書き込みポインタより先にある側で１セグメントだけ記憶要求がすぐに減少し、同時に読み取りポインタより後ろにある側で１セグメントだけ増加する。したがって総記憶要求量はｄ１の連続関数として考えることができ、ｄ１はセグメント間隔内の読み取りポインタの位置に依存して０から１の間で変化する。記憶要求を最大にするｄ１の値を求められる。
すでに求めたように、前向き再生は読み取りポインタの現在位置と読み取りポインタより先にあるがＸセグメント以上離れていない最も離れた書き込みポインタの間の全データの記憶を必要とする。図１４に図示してあるように、この量はセグメントの項で表わされ、
逆転再生に必要とされる追加記憶は読み取りポインタに先行する必要があり、図１４に図示してあるように、割り込み点Ｙで始まる。これは読み取りポインタが最大速度Ｙで後向きに移動した場合に読み取りポインタがＷ（−Ｙ）と交差する記憶装置内部の位置である。割り込み点Ｙより先行する領域は記憶に存在する必要がないが、これは読み取りポインタが割り込み点に到着する前にＷ（−Ｙ）によってデータを埋めることができるためである。書き込みポインタＷ（−１）からＷ（−Ｙ＋１）までの現在位置で始まり、これらに対応する割り込み点で終る同様の、しかしもっと小さいギャップが連続記憶領域内に存在することに注意すべきである。しかし、図１４に示してあるように、読み取りポインタに先行する連続記憶の総量は、
ここでｄ２を決定する必要がある。総記憶要求量はＳ-とＳ+の和に等しい。
Ｗ（−Ｙ）が割り込み点Ｙに到着するまでに必要な時間は、これの距離と速度の比に等しく、これは同じ時間間隔の間の読み取りポインタの距離対速度比と等価である：
ｄ２について解くと
（４）を（２）に代入して
総記憶要求量は
（１）と（５）を（６）に代入すると
これは次と同じである
明らかにこの関数の最大値はｄ１が１に近付くと発生する。この極限で、
簡略化すると
Ｘ以下またはＸに等しく、通常再生速度の−Ｙ倍以上または−Ｙ倍と等しい全ての前進速度はこの記憶量に対応できる。前述のように、データが連続的に記憶されず、書き込みポインタとこれに対応する割り込み点の間のギャップは記憶装置から破棄される場合、この記憶要求を減少することが理論的に可能である。
この最小記憶要求量は理論的に実現可能であるが、実施に特有のオーバヘッドに対応するためＤＳＭ５０に何らかの追加用量を追加する方が望ましいと当業者は思われるであろう。
表Ｉおよび表IIに述べたルールは方向（正転または逆転）と無関係に、また再生が速いか遅いかとも無関係に適用される。これらのルールにしたがう場合、トリック・モードをシーケンシャルかつ連続的な方法でサポートできる。
簡略化した例
読者が前述の概念を分かり易くできるようにするため早送り機能をサポートするための非常に簡略化した理論的実施例の一例を示す。この例では、通常速度の４倍まで（Ｘ＝４）の早送りトリック・モードをサポートする。しかし、巻戻しトリック・モードはサポートしない（Ｙ＝０）。図１０ａに図示してあるように、ＤＳＭ５０は４セグメント分のプログラム・データの記憶を提供する。図示だけの目的で、ＤＳＭ５０を４つの（即ち、Ｘ）独立した領域に分割し、図面において領域（０）から領域（３）とラベルをつけて表わしてある。各々の領域は１セグメント分（即ちＴ秒）のプログラム・データを保持する。後述するように、このような分割は実際には必要ではないが、こうすると以下の説明をいくらか分かり易くできる。
図１０ａの例では、最初に領域（０）がプログラム・セグメント（ｎ）の全データを含み、更に一般的には領域（ｉ）がプログラム・セグメント（ｎ＋ｉ）のデータを全部含むと仮定する。図１０ａは時刻ｔ１で、この仮定した初期状態からいくらか短い時間の後のポインタとＤＳＭ５０の状態を示している。時刻ｔ１では、読み取りポインタ６０はＤＳＭ５０の領域（０）からプログラム・セグメント（ｎ）のデータ読み取りを開始したばかりである。読み取りポインタ６０が早送りモードで動作すると仮定すると、（通常速度で必ず移動する）書き込みポインタはすでにいくらか後方に遅れており、各々が関連するセグメント内にある。表Ｉと表IIにすでに記載した規則にしたがうと、書き込みポインタはセグメント（ｎ＋１）からセグメント（ｎ＋４）で現在送信されているプログラム・データを記憶している。つまりｗ（０）はセグメント（ｎ＋４）のデータを記憶し、他のポインタｗ（ｉ）は各々関連するセグメント（ｎ＋ｉ）の既存のデータを書き直している。
図１０ｂは、読み取りポインタ６０が最大速度でずっと移動したものと仮定して、正確にＴ／２秒後のポインタとＤＳＭ５０の状態を示している。時刻ｔ１＋Ｔ／２では、読み取りポインタ６０は現在のサイクルの半分にあり、プログラム・セグメント（ｎ＋２）のデータ読み取りを始めたばかりである。表Ｉおよび表IIに規定したルールにしたがうと、書き込みポインタはセグメント（ｎ＋２）からセグメント（ｎ＋５）までの現在利用可能なデータを書き込むべきで、実際にそうしている。Ｗ（０）は通常速度でセグメント（ｎ＋４）の新規データ書き込みを継続しセグメントの半分まで来ている。ポインタｗ（２）とｗ（３）は各々セグメント（ｎ＋２）とセグメント（ｎ＋３）の書き直しを継続した。ポインタｗ（１）は図１０の割り込み点で読み取りポインタ６０がｗ（１）に追い付いてからセグメント（ｎ＋５）のプログラム・データを書き込んでいる。
つまり、図１０ａと図１０ｂの例では、書き込みポインタｗ（ｉ）がセグメント（ｎ＋ｉ）のプログラム・データを書き込んだ場合、読み取りポインタ６０がｗ（ｉ）に追い付くまで書き込みを続け、ｗ（ｉ）の現在位置を越えるセグメント（ｎ＋ｉ）のデータに到達する。この割り込み点の後、ｗ（ｉ）は（図３にしたがって）正確にＸコンポーネント・ストリーム前方に切り換わり、プログラム・セグメント（ｎ＋ｉ＋Ｘ）からのデータを記憶する。この技術によれば、見ることのためにユーザが要求する前進速度によらず（通常速度のＸ倍の速度まで）プログラムの観察は連続的かつシーケンシャルな方法で進むことが簡単に分かる。これは単純に、割り込みを受けたいずれかのポインタｗ（ｉ）は、読み取りポインタ６０が最大速度Ｘで移動しても、読み取りポインタ６０がｗ（ｉ）にまた交差するまでに何時でも少なくともＴ秒、即ち領域（ｉ）で読み込むべき次のセグメントのデータを完全に記憶するのに十分なだけの時間を有するためである。当然、ユーザがサイクルの間に観察速度を低下した場合、１つまたは２つ以上の書き込みポインタは次のサイクルで読み取りポインタ６０によって割り込みを受ける前に新規セグメントの記憶を完了する。その場合、これらの書き込みポインタは割り込みの瞬間まで単に既存のセグメントデータを書き直している。つまり、（ｉ）図３のオーバラップするコンポーネント・データ・ストリームと、（ｉｉ）ＤＳＭ５０の記憶容量の用途は明らかである。
好適実施例
上記の簡略化した例では、個々の書き込みポインタ各々がＤＳＭ５０の対応する領域に書き込む責任があるような理論的アーキテクチャを使用した。このマルチ領域アプローチは、議論を簡略化し明確にするために用いたものである。しかし実際には、好適実施例では、可能な論理書き込みポインタの全部が、ＤＳＭ５０へ回転する挿入点で単一の物理的書き込みポインタを介して、インタリーブ方式でデータを書き込む単一領域アーキテクチャを使用する。読み取りポインタ６０はランダム・アクセス能力を有しているので、実際のプログラム・シーケンスを復元するために必要とされれば、非シーケンシャルなインタリーブ／データを読み取り処理することができる。データのインタリーブ化は、ビット毎、バイト毎、またはパケット毎にインタリーブ化するなど、当該技術の熟練者に理解されるように多くの便利な方法のいずれかひとつで実行できる。ここで「パケット」は特定の用途またはデータ圧縮方式について当業者が恣意的に定義できる。
図１１は単一領域アーキテクチャを実現し、通常速度のＸ倍までの早送り再生と通常速度のＹ倍の巻戻しをサポートできる好適な実施を示す。すでに説明したように、全ての書き込みは、書き込みポインタ６２によって示されるＤＳＭ５０の現在の単一の挿入点で行なわれる。多数の書き込みポインタから同時に受信したデータはＤＳＭ５０へ書き込まれる前にインタリーブ化される。記憶装置の物理的境界に達すると、書き込みポインタ６２は先頭に戻り、このリング状の方法で書き込みを継続する。
書き込みはシーケンシャルに行なわれるが、読み取りはＤＳＭ５０にランダム・アクセスすることで行なわれる。望ましくは、アドレス変換テーブルを用いて読み取るべき現在データの実際のＤＳＭ５０アドレスを識別する。この変換機能は図１１でアドレス変換テーブル１１０として図示した小型で安価なランダム・アクセス・メモリ装置を用いると簡単に実現される。
図１１に図示したようにアドレス変換テーブル１１０はＤＳＭ５０とほぼ同様にリング状バッファとして構成できる。
読み取りポインタ１１２は、ユーザが要求した観察速度と同期して、前向き再生の間時計回りに回転し巻戻し再生の間は反時計回りに回転する。“アクセス・ポイント”（即ちＤＳＭ５０へのアドレス）の先頭と末尾の間の境界１１４も、読み取りポインタ１１２と一定の関係を維持するように回転する。読み取りポインタ１１２によって読み込まれるアクセスポイントまたはアドレスは、読み取りポインタ６０にＤＳＭ５０内部の適当なデータを読み取り処理するように指示するためにリアルタイムで使用される。同様に、書き込みポインタ６２により新規データがＤＳＭ５０に書き込まれると、新規データに対応するアクセスポイントがアドレス変換テーブル１１０内で適宜更新される。
アドレス変換テーブル１１０のサイズはプログラム・データへの各々可能なアクセス・ポイントについてＤＳＭ５０内部のアドレスを含むのに十分でなければならない。提供される別個のアクセスポイントの個数は使用するビデオ圧縮アルゴリズムに依存する。たとえば、ＭＰＥＧビデオ圧縮では３種類の画像フレーム、Ｉフレーム、Ｐフレーム、Ｂフレームを識別する。ＰとＢの２種類のフレーム種別はどちらも時間的予測を使用し、デコーダ・メモリにすでに存在しているはずの画像フレームに対して発生した変化を表わす情報を含んでいる。圧縮ビット列がランダムに入力された場合、デコーダは前提となるフレームの知識がないので、ＰおよびＢフレームに含まれる情報は有用ではない。一方、Ｉフレームは直前のフレームの間に受信したはずの情報の知識を有していないデコーダでうまく再構成することができる。したがって、アドレス変換テーブル１１０にはＩフレームのアドレスを記憶することだけが必要で、これは非シーケンシャルな順序でビット列を再構成すべき場合にだけテーブルへのアクセスを必要とすることによる。たとえば、何らかの速度での巻戻し再生は非シーケンシャルな順序を構成することになり、この場合にはＩフレームだけが有用である。非シーケンシャルなアクセスも、展開および表示ハードウェアが通常の再生速度より大きいレートでフレームのシーケンス全体を再構成し表示することができないと仮定するのが妥当であることから、早送りトリック・モードを実施する場合に必要とされることがある。したがって、この場合、幾つかのフレームが省略される。一般に、ＰおよびＢフレーム種別はどちらも破棄されるが、ある程度限定された早送り速度ではＰフレームを保存することが可能である。しかし、この場合でもこれらの再生速度でＤＳＭ５０からフレーム全部を取り出して表示されないフレームを破棄することが可能なことがあるので、アドレス変換テーブル１１０にＰフレームのロケーションを記録することは必要とされない。巻戻し再生と同様に、これらの破棄されないフレームは、所望の表示レートを実現するために必要であれば反復できる。
この例では、アドレス変換テーブル１１０に記憶する必要がないアクセスポイントの個数はＤＳＭ５０に含まれるＩフレームの個数を越えない。代表的な応用において、Ｉフレームは毎秒２のレートで送信できる。つまり、各々のビデオ・セグメントの持続時間が５分（即ち３００秒）であれば、たとえば１秒ごとに２つのアクセスポイントを提供し、各ビデオ・プログラム・セグメントのアクセスポイント数は６００となる。すでに説明したように、ＤＳＭ５０は少なくともＸ＋Ｙ2／（Ｙ＋１）セグメント分のデータを記憶するので、たとえばＸ＝４でＹ＝２の場合には合計で少なくとも３２００アクセスポイントが記憶される。このうち読み取りポインタ１１２の“前方に”２４００アクセスポイント、また境界１１４で区切られて読み取りポインタ１１２の“後方に”８００アクセスポイントがある。
ＤＳＭ５０とアドレス変換テーブル１１０は、視聴者が最初にプログラムに合せた時にどちらも初期化される。ＤＳＭ５０の先頭から始めて開始点の直前と直後にある書き込みポインタを有効にすることでデータが記録され始める。これと同時に、記憶するデータについてのＤＳＭ５０内部のアドレスが別個のアクセスポイントとしてアドレス変換テーブル１１０へ入力される。アクセス・ポイントはアドレス変換テーブル１１０内で読み取りポインタ１１２がシーケンシャルに読み取り処理できるように配置される。読み取りポインタ１１２の方向と速度はユーザが要求した見る速度によって直接決定される。
ひとつのプログラム・セグメント（即ちＴ秒）の持続時間に対応する第１の再生間隔の間、トリック・モード機能の使用に対していくらかの制約を加えるのが望ましい。これらの制約はアクセス・ポインタによって識別されるデータが実際のＤＳＭ５０に存在するかを検出することで簡単に実現される。存在しないデータが検出された場合には、要求されたデータが利用可能になるまで、またはユーザが再生モードを変更して利用できないデータの必要性がなくなるまで、現在の画像を凍結するのが望ましい。たとえば、初期化の直後に早送り再生を試みた場合、ユーザは書き込みポインタ６２の前に進むことを実効的に試みており、応答データはＤＳＭ５０で未だ利用できない。したがって第１のセグメント間隔が経過する後まで、読み取りポインタ６０が書き込みポインタ６２に追い付かないことを保証するように、前向き再生は一般に最大で通常速度に制限される。ＭＰＥＧデコーダは次のフレームが表示すべき時刻に受信されなければ現在の画像を自動的に凍結するようにできる。
ＤＳＭ５０に有効データが存在するかどうかを検出するひとつの方法は、ＤＳＭ５０のサイズの２倍の仮想アドレス空間を作成することである。これはアドレス変換テーブル１１０に記録される記憶装置アドレスに付加ビットを追加することで行なえる。これは最上位ビット（“ＭＳＢ”）として用いられＤＳＭ５０が実際にアドレスされる場合には無視される。しかし、テーブルから得られた仮想読み取りアドレスと現在の仮想書き込みアドレスの差が記憶装置のサイズを越える場合には、データが存在しないものと仮定できる。記憶されるセグメント数に対応するにはＤＳＭ５０が小さすぎる場合にこの結果が得られ、または初期化中に得られる。アドレス変換テーブル全体が０の仮想アドレスで初期化される場合に初期化中の検出が実現され、書き込みに使用される現在の仮想アドレスは１のＭＳＢと０のＤＳＭ５０アドレスを組み合せることによって初期化される。このようにして、アドレス変換テーブルに挿入される新規エントリは１のＭＳＢを含み、これによって未だセットされていないテーブル・エントリから区別される。
好適実施例の単一領域アプローチは多くの利点を提供する。アーキテクチャは各種のハードウェアおよびソフトウェアによる実現に簡単に適合する。更に、好適な単一領域アプローチが複数領域での各種の非シーケンシャルな挿入点の間で交互にではなく、単一の回転する挿入点でシーケンシャルに全データを書き込むことから、比較的高いデータ・スループットに対応できる。特に、現在利用可能なハードディスクは、適用可能なデータ圧縮比、セグメントの持続時間、およびＸとＹの値が全部代表的な範囲に収まるものと仮定すれば、得られるデータ・スループット条件を容易にサポートできる。
ハンドリング・ジャンプ
Ｘの前向き速度とＹの逆転速度は、説明した図面で連続的に保持することのできる最大速度である。しかし望ましくは、ユーザはプログラムの任意の点へのジャンプも選択できる。ユーザが前向きにＸセグメントまでまたは後向きにＹ2／（Ｙ＋１）セグメントまでジャンプすることを選択する場合、読み取りポインタ１１２は適当なアクセスポイントへすぐにリセットされる。しかし幾つかの時間的なトリック・モードの制約は未だ必要である。たとえば、正確に１セグメントだけ前向きに（Ｘは１より大きいとして）ジャンプすることをユーザが選択する場合には、読み取りポインタ１１２は１セグメント（直前の例では６００）に対応するアクセスポイントの個数だけ前向きに進む。同時に、先頭と末尾のアクセスポイントの間の境界１１４も、アクセスポイントの１セグメント分だけ前向きに進む。境界１１４が交差する各アクセスポイントは適当な値、即ちＤＳＭ５０の合計サイズと少なくとも同じ大きさの量だけ現在の仮想書き込みアドレスより小さい値に、初期化する必要がある。このようにすると、システムは有効なアドレスを記憶する前にアドレス変換テーブル１１０のこの部分に記憶されたアドレスが取り出されればこれが無効であることを検出する。このような無効化は、たとえば、ユーザが保留時間間隔で通常の再生速度のＸ−１倍以上の早送りを選択した場合に、前述のジャンプの後で第１のセグメント間隔の間に発生することがある。ユーザがＸセグメント以上に前向きにまたはＹ2／（Ｙ＋１）セグメント以上に後向きにジャンプすることを選択する場合、要求されたジャンプは最も近い書き込みポインタによって書き込まれるプログラム内の点に“丸める”必要がある。更に、トリック・モードの使用での時間的制約も初期化時と同様に加える必要がある。
本発明は、オンデマンドにビデオ・プログラムを提供することに関し、特にポーズ、早送り、巻戻しなどのＶＣＲのような「トリック・モード」を分散ビデオ・オンデマンド・プログラム環境で提供するための方法ならびにその装置に関する。
発明の背景
米国の市民は、都合に合わせた私的再生(playback)のための映画の貸出やその他の記録済みビデオ・プログラムに毎年７５億ドルを支出している。このようなビデオ・プログラムは、たとえばビデオ・カセットテープ・レコーダ（ＶＣＲ）を用いて再生するためのビデオ・カセットテープやビデオディスク・プレーヤで再生するビデオディスク、またはパーソナル・コンピュータやその他の形のＣＤ−ＲＯＭプレーヤを用いて再生するためのＣＤ−ＲＯＭなど多様な形態で賃貸できる。このような形態のビデオ・プログラムの賃貸は、多くの理由の中でも、ユーザが所望の速度でどちらの方向にでもビデオ・プログラムの好きな部分を見ることができることから、望ましいものである。たとえば、ユーザはプログラムのある部分を見て、次に所望の中断時間（即ち見る速度をゼロにセットする）にわたってプログラムを「ポーズ」し、また中断の後プログラムの残りを見ることができる。更に、ユーザはプログラムの所望の部分の見る速度をスローモーションまたは早送りに変更したり、見る速度を実効的にマイナスにすることでプログラムを巻き戻すこともできる。このような、見る速度を変更するための機能は、本明細書で「トリック・モード」視聴機能と呼ぶことにする。ＶＣＲがこれらトリック・モード機能をサポートしているため、ユーザは伝統的なネットワークおよびケーブルテレビ・プログラムの直線的な時間的制約から好都合に開放されることになる。
ケーブルテレビや直接放送衛星（direct broadcast satellite：ＤＢＳ）の企業は、ユーザにビデオレンタルによる同様の使用の自由度を提供することで、この分野で競合しようとしている。このサービスは「ビデオ・オンデマンド」として知られる。これらの企業はユーザがビデオ・プログラムのコピーを賃借するために自宅の安楽から去らなくとも良い（また終ってから返却しなくとも良い）ことから、こうしたサービスの提供においてビデオレンタル業に対して明らかに利点がある。しかし、これらの企業は既存の再生および配信技術によってこれまで制約されて来た。
ケーブルテレビ企業が現在知られている技術を用いてビデオ・オンデマンドを提供するのは考えられない程高価になる。ビデオレンタルと家庭内再生の利点を再現するためには、企業は各々のケーブル加入者に専用の再生資源を提供する必要があり、加入者が専用の資源で再生するプログラムを選択できるようにするために、ビデオ・プログラムのライブラリを含む高価なメモリ・アレイを合わせて提供しなければならない。更に、ネットワークに接続された各々の加入者へ異なるビデオ・プログラム、または少なくともビデオ・プログラムの異なる再生を配信するために、十分なバンド幅をケーブル配信のインフラストラクチャが有している必要がある。当然技術的な飛躍と現在の配信インフラストラクチャの交換なしにはこれは困難である。
ひとつの考えられる妥協策は、同一のビデオ・プログラムの多重、重複再生（即ち提示）を作成して、たとえばプログラムの新しい提示が５分毎に始まるようにすることである。２時間のビデオ・プログラムの場合、プログラムの重複提示合計２４個を加入者が利用できるようにする。各々の加入者は２４個の提示のいずれかひとつを選択的に受信できる受信機を保有する。加入者は完全なビデオ・オンデマンドを楽しめないが、加入者はプログラムの視聴を始めるまでに最大でも５分以上待たなくとも良い。
親の出願に開示し説明しているようなこのアプローチの制約は、加入者は重複提示の別のひとつにアクセスすることによって、プログラム内の所望の点にアクセスできるが、重複提示がアクセスしようとする所望の点に到達するまで加入者が５分間（即ち時間間隔の長さ）待たなければならないことである。したがって、更なる拡張なしには、親出願のアプローチでは、ポーズ、早送り、巻き戻しなどＶＣＲユーザが期待するような事実上連続した形の「トリック・モード」を加入者が楽しめるようにはならない。
各々がメモリ内に数千本のビデオ・プログラムを記憶し各々が２００までの加入者にサービスできるような複合ディスクドライブ・アレイまたはビデオ・サーバが最近提案された。５７００万の現行のケーブル加入者にビデオ・オンデマンド・システムを実現する費用は、こうした先進技術を実現できたと仮定して、推定２００億ドルの投資額（加入者あたり約３５０ドル）が必要になる。更に、このような提案されたサーバ技術に基づくサービスの完全な実現には、現行のケーブルおよび電話配信ネットワークのインフラストラクチャを再構成し、今後数年に渡ってバンド幅を増大するため毎年更に２０億ドルの経費でアップグレードする必要がある。ＶＣＲ様のトリック・モード機能を実現するのはサーバの複雑さが増大する以外にも、各々の加入者が専用のサーバへ戻る命令を通信できる必要があるため利用可能なバンド幅で干渉が起こる。これら「戻りチャンネル」は既存のＤＢＳシステムの状況や、既存のケーブル配信システムの多くでも利用できない。
今日まで、ケーブルテレビやＤＢＳ企業は、ユーザが提供されたビデオ・プログラムを有料で要求できる（電話でまたは直接ケーブルネットワークを経由してのどちらかで）ペイ−パー−ビュー・サービス(pay-per-view service)を提供している。企業側は加入者に選択したビデオ・プログラムの送信を受信できるようにする。しかし、これらのサービスはビデオ・オンデマンドからは程遠く、またその他の制約の中でも、ＶＣＲなどの家庭内視聴資源のトリック・モード機能に関連した自由を加入者に提供していない。
米国特許第5,371,532号は情報サービスを分配するための通信アーキテクチャならびにその方法を開示している。このアーキテクチャは３つの部分に分割できる。第１の部分は複数の情報書庫(information warehouses)で、多数のサービス・ベンダーから多数の情報プログラムのアーカイブを受信して高速バーストで第２の部分−複数の集中オフィス−へセグメントとして情報プログラムを分配する。集中オフィスはサービスに対する加入者の要求を管理し加入者の対話的制御の下にリアルタイムで加入者へ配信する情報プログラムのセグメントをバッファリングする。そのためにどの第２の部分も複数の宅内装置と接続することができる。この宅内装置は第３の部分で、情報プログラムの対話的な呼出(play-out)のために加入者の要求および制御信号を生成し、情報プログラムを加入者が使用するために受信する。このシステムでは、バッファ手段は宅内機器から離れた第２の部分に組み込まれている。
ヨーロッパ特許第EP-A-0,605,115号では双方向テレビジョン・システムのためのプログラム・サーバを開示している。このため、サーバは要求プロセッサ、プログラム・ライブラリ、ビデオ・データを複数のユーザへ配信するための分散インタフェースに接続されている。要求プロセッサは、データリンク経由でユーザからの要求を受信して、プログラム・ライブラリの一部とサーバを制御する。プログラム・ライブラリから取り出されたデータは、サーバに内蔵されたデータ・メモリに記憶できる。サーバから制御可能な方法で、ユーザへとデータを供給できる。サーバ、要求プロセッサ、およびプログラム・ライブラリは、用途によって同一のまたは異なる地理的ロケーションに配置することができる。このシステムのバッファ手段は、サーバ内に配置されユーザの装置には置かれていない。更に、オーバラップする時間間隔の間に異なるチャンネルを経由するデータ・ブロックの反復送信も開示されている。
米国特許第5,371,532号とヨーロッパ特許第EP-A-0,605,115号のシステムでは、バッファ手段が宅内装置から離れて配置されている。そのため、限られた多数のユーザだけが同時に集中オフィスからのデータ配信を要求できる。どちらの参考文献もサーバによるプログラム供給システムに関連している。これらの参考文献の技術は、プログラム・データが無制限の数の受信者に所定のレートでブロードキャスト・パラダイムの下で供給されるようなビデオ・プログラム“ブロードキャスト”シナリオでの各種プログラム再生モードのために実現することができない。このようなプログラム供給アプローチでは、受信者は集中データソースへの命令指示を提供して受信者へのプログラム情報の供給レートを制御することはできない。
米国特許第4,949,187号では、ビデオおよびオーディオ・データの遠隔制御集中ソースを有するビデオ通信システムを開示している。このシステムでは、家庭内の視聴者が大量のアーカイブ・ライブラリからデジタル・フォーマットで映画をダウンロードすることができる。集中ソースから取り出した完全なデジタル映画ファイル・データは、たとえばユーザ装置に内蔵されたディスク記憶システムなどにローカルにバッファリングされる。したがって、何時でも便利な時間に映画を鑑賞することができる。プログラム・ソースのデジタル化によって画質の損失や歪みなしに各種速度での再生、またポーズが可能になる。
つまり米国特許第4,949,187号は、ユーザが要求を送出してダウンロードする映画を選択するような、サーバによる環境を説明している。しかしエンド・ユーザは集中データソースへ命令指示を送出して、プログラム供給の変更を行なわせることができない場合が多い。第２に、ローカルに鑑賞する前に映画全体をダウンロードし、バッファリングする必要がある。したがって、このシステムでは、視聴者の受信機に必要な望ましくないほど相当量のメモリが要求される。
したがって、既存の電話およびケーブル配信インフラストラクチャで動作できる方法で、事実上連続したトリック・モード機能を含め、ビデオ・プログラムへの事実上のランダム・アクセスを事実上無制限の観察者に提供できる新規技術が必要とされている。
発明の要約
本発明は、ポーズ、早送り、巻戻しなどのＶＣＲのような「トリック・モード」を分散ビデオ・オンデマンド・プログラム環境で提供するための方法ならびにその装置を開示する。トリック・モードは、当該機能を要求する各々のユーザが見る速度をローカルに変更することで、集中データ・ソースの動作に何らかの影響を与えることなくサポートされる。本発明によれば、事実上無制限の視聴者が、事実上連続したトリック・モード機能を含め、ビデオ・プログラムへのランダム・アクセスを楽しむことができるようになり、既存の電話回線およびケーブル配信インフラストラクチャで動作可能な方法で実現できる。
これらおよびその他の目的は、集中データ・ソースからユーザへ送信される分散プログラム・データとともに使用する新規な方法および装置によって満たされる。受信されるプログラム・データの一部はユーザのローカル記憶媒体に書き込まれる。所望のプログラムについてのプログラム・データはローカル記憶媒体から読み込まれ、一般に通常の見る速度でユーザに表示される。特定のユーザがたとえば速度ゼロ（即ちポーズ）、マイナス速度（即ち巻き戻し）、通常速度より速い速度（即ち早送り）または通常速度の数分の一の速度（即ちスローモーション）などの変更速度（即ちトリック・モード）を要求した場合、プログラム・データがローカル記憶媒体から読み込まれて所望の変更速度でそのユーザに表示される。他のユーザは通常の速度で、または別の変更速度でビデオ・データを読み取って、見ることができる。
この方法および装置は、所定の間隔で集中データ・ソースから複数のコンポーネント・データ・ストリームにそってプログラム・データの複数コピーを反復送信することによってサポートされるのが望ましい。時間とともに、特定のコンポーネント・ストリームからのプログラム・データが、要求されたトリック・モード機能をサポートするのに必要とされるため、かつ本明細書に開示した好適なルールにしたがってローカル記憶媒体への記憶のために選択される。本発明の別の特徴において、複数の書き込みポインタの各々がコンポーネント・データ・ストリームの異なるものに関係し、書き込みポインタはどのプログラム・データを時間とともにローカル記憶媒体へ書き込むべきかを指定する。
本発明の更に別の好適な側面において、ローカル記憶媒体に記憶されたプログラム・データをアドレスするためのテーブルが提供され、プログラム・データはランダム・アクセス式にローカル記憶媒体から読み込まれる。本明細書で詳細に説明するように、ローカル記憶媒体とアドレス変換テーブルはリング状に構成するのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来技術によるビデオ・プログラムのケーブル配信用「セット−トップ」ボックス・アーキテクチャを示す。
図２ａは、本発明の「統合型」アーキテクチャを示す。
図２ｂは、本発明の「セパレート・ボックス」アーキテクチャを示す。
図３は、本発明によるビデオ・プログラム・データを符号化するのに適したデータ・インタリーブ技術を要約したものである。
図４は、本発明による好適な装置の更に詳細なアーキテクチャである。
図５は、本発明の好適実施例によるデジタル記憶媒体（ＤＳＭ：digital storage medium）の基本的アーキテクチャを示す。
図６ａは、「ポーズ」トリック・モード命令の実行中のＤＳＭのひとつの状態を示す。
図６ｂは、「ポーズ」トリック・モード命令の実行中のＤＳＭの別の状態を示す。
図７は、「ポーズ」トリック・モード命令の実行中のＤＳＭ読み取りポインタおよびＤＳＭ書き込みポインタの動作を説明する状態遷移図を提供する。
図８は、「スローモーション」トリック・モード命令の実行中のＤＳＭを示す。
図９は、「スローモーション」トリック・モード命令の実行中のＤＳＭ読み取りポインタおよびＤＳＭ書き込みポインタの動作を説明する状態遷移図を提供する。
図１０ａは、早送りトリック・モードを実行するための簡略化した多領域(multi-region)実施例を示す。
図１０ｂは、早送りトリック・モードを実行するための簡略化した例の別の側面を示す。
図１１は、早送りおよび巻き戻しトリック・モードを実行するのに適した好適実施例を示す。
図１２は、本発明のＤＳＭの機能図を示す。
図１３は、本発明のＤＳＭの第２の機能図を示す。
図１４は、本発明のＤＳＭの第３の機能図を示す。
発明の詳細な説明
アーキテクチャ概要
図１はビデオ・プログラムのケーブル配信用の代表的な従来技術の「セット−トップ」ボックス・アーキテクチャを示す。セット−トップ・ボックス１０は加入者のテレビ・セット（ここではディスプレイ・ユニット１８として図示してある）に接続される物理的に独立した箱で、以下に簡単に説明するように到着するビデオ・プログラムを処理するために用いられることからこのように呼ばれている。このようなシステムでは、ビデオ・プログラムはケーブル回線上を、本明細書ではデータ・ストリーム１６で表わされている電気信号の形で、配信される。従来のシステムでは、データ・ストリーム１６は一般にアナログ・データを含むが、技術的に進歩したことでデータ・ストリーム１６はまもなくデジタルデータを含むようになると広く仮定できるようになった。いずれにせよ、データ・ストリーム１６はセット−トップ・ボックス１０に供給され、データ・ストリーム１６の所望のプログラム・チャンネルが選択されてチューナ／復調器１２により復調され、復号器１４により復号（および／または暗号解読）される。セット−トップ・ボックス１０はディスプレイ・ユニット１８に適したビデオ信号を出力し、加入者は所望のプログラム・チャンネルを視聴できる。データ・ストリーム１６がデジタル符号化したビデオ・データから構成される場合、復号器１４はＭＰＥＧやＤｉｇｉＣｉｐｈｅｒなどの方式を使用して圧縮されたデジタルデータを展開するための論理を含むのが望ましい。
図２ａは本発明によるひとつの考えられる高レベル・アーキテクチャを示す。本明細書ではこのアーキテクチャを統合型アプローチと称するが、これは本発明を実施するハードウェアがこのアプローチにしたがってセット−トップ・ボックス１０内部に統合されているためである。特に、図２ａに図示してあるように、記憶・制御ブロック２２はセット−トップ・ボックス１０内部に配置され、チューナ／復調器１２と復号器１４の間に挿入することができる。記憶・制御ブロック２２は、以下で詳しく説明するように、本発明の機能を実現するハードウェアまたはソフトウェアの論理を含む。手持ちリモコン装置の性質を備えるユーザ・インタフェース２４は、ポーズ、早送りなどのトリック・モード機能のための命令を選択的に加入者が発行できるようにする手段として提供される。記憶・制御ブロック２２は、更に以下で詳しく説明するように本発明にしたがって、こうしたトリック・モード命令を実現する。
図２ｂは本発明の別の高レベル・アーキテクチャを示す。このアーキテクチャは、既存のセット−トップ・ボックス１０へ物理的に独立したボックス２５を接続することを仮定しているため、セパレート・ボックス・アプローチと呼ぶことができる。図２ｂに図示してあるように、データ・ストリーム１６は、セパレート・ボックス２５内部でチューナ／復調器ユニット２６によって最初に処理される。データは、ユーザ・インタフェース２４からの要求に応答して本発明のトリック・モード機能を提供する役割を担っている、記憶・制御ボックス２２により更に処理される。データは、変調器ユニット２８により割り当て済みチャンネル（たとえばチャンネル３）へ変調され、セパレート・ボックス２５から従来のセット−トップ・ボックス１０へ渡されて、ここで更に従来の方法で処理される。
図２ａおよび図２ｂに図示してあるように、データ・ストリーム１６はユーザへ集中データ・ソース２０から送信される。集中データ・ソース２０は、全てのユーザが視聴するプログラム・データの集中供給源である。ひとつの例として、集中データ・ソース２０はファイル・サーバなどのシステムを含むことができる。データ・ストリーム１６は、集中データ・ソース２０から送信され、衛星リンク、ケーブルテレビ回線、電話回線、電力回線、またはプログラム・データを配信するのに適した何らかの回線などの通信回線を含む送信手段２１経由で、ユーザへ分配されるのが望ましい。
本発明の好適実施例の目的では、データ・ストリーム１６は、インタリーブ技術にしたがって符号化されているデジタルビデオ・プログラム・データを含む。好適なデータ・インタリーブ技術の詳細な説明については読者が親の特許出願を参照すべきだが、図３にはこの目的での幾つかの基本的な点を要約してある。データ・ストリーム１６は、図３のストリーム３０〜４０などの複数のデータ・ストリームを含むのが望ましい。これらのコンポーネント・ストリーム３０〜４０は時間線４８で示してあるように、時間とともに送信される。各々のコンポーネント・ストリームは注目しているビデオ・プログラム全体を含むのが望ましく、またシーケンシャルなセグメントに時分割され、各々のセグメントがプログラム全体の次の数分だけを表わすのが望ましい。特定のビデオ・プログラムがＬ秒の長さであり、セグメントの長さがＴ秒であると仮定すると、各々のコンポーネント・ストリームはＬ／Ｔ＝Ｍ個のビデオ・データの独立したセグメントを含むことになる。望ましくはＭ個のストリームが送信される。Ｍ個のストリームが全部同じビデオ・プログラムのコピーを含むが、ストリームは図３に図示したような時間的にインタリーブした方法で送信され、ビデオ・プログラムのセグメントｎに対応するビデオ・データがストリーム３４の一部として送信されているのと時間的に同じ瞬間に、ビデオ・プログラムのセグメントｎ＋１がストリーム３６の一部として同時に送信されるようにする。合計Ｍ個のストリームが送信されているので、ビデオ・プログラム全体のＭ個のセグメント全部からの情報が全ての時間に送信されている。
したがって、Ｔ秒毎に完全なビデオ・プログラムが全部再送信されることになる。たとえば、図面に示してあるように、プログラムのセグメント１内部の点４２は、時間的に特定の瞬間にコンポーネント・ストリーム４０の一部として送信され、正確にＴ秒後に、全く同じデータが、時間線４８の範囲４６で示したように、コンポーネント・ストリーム３８の内部で送信される。このインタリーブ技術によってビデオ・プログラム内のどの点も送信されてからＴ秒以上離れないように基本的に保証することで、機能的にビデオ・オンデマンドを可能にする。たとえば、加入者はビデオ・プログラムの視聴を始めから、また望む時には事実上何時でも完全に始めから開始できる。大抵、加入者は、Ｍ個のコンポーネント・データ・ストリームのひとつで送信されるビデオ・プログラムのセグメント１の開始（またはビデオ・プログラム内の他の所望の点）を最大Ｔ秒間待たなければならない。
図４は、本発明の好適実施例にしたがった装置の更に詳細なアーキテクチャを示す。図４において、データ・ストリーム１６はすでに（図２ａまたは図２ｂのような）復調を通過しており、処理のために記憶・制御ブロック２２へ渡されている。記憶・制御ブロック２２は、データ・ストリーム１６をこれの構成コンポーネントであるストリーム１〜Ｍ（図３に詳細に図示した）に分割するデマルチプレクサ５２を含むのが望ましい。ユーザ・インタフェース２４を用いて、たとえば注目する映画の再生を開始するように要求するなどの命令を加入者が入力できる。命令は記憶制御装置５６で受信処理され、バッファ兼セレクタ５４に対して所望のビデオ・プログラムの最初のセグメント（セグメント１）を含むデータのＭ個のコンポーネント・ストリームの特定のひとつを選択させる。デジタル記憶媒体（“ＤＳＭ”）５０とアドレスポインタ・メモリ５８は、以下に説明するように、トリック・モード視聴機能をサポートするために使用される。
ＤＳＭ５０は、以下に説明する使用を満たすのに適した容量と応答時間のランダム・アクセス・メモリ論理として、またはハードディスク装置として、実現するのが望ましい。この目的では市販のハードウェアで十分である。図５はＤＳＭ５０の基本的アーキテクチャを示す。図面で示唆されるように、（簡略にまた説明の目的で）リング状の時計回りの処理として描かれているＤＳＭ５０に、データ・ストリームが記憶され、読み出される。データは、ＤＳＭ５０に順次書き込まれ、書き込みポインタ６２が現在の挿入点を示しながら時計回りの方向に移動する。同時に、ＤＳＭ５０から同様の時計回りにデータが読み出され、読み取りポインタ６０が読み取っている現在の点を示している。これらのポインタはアドレス・ポインタ・メモリ５８で実現する。何らかのレートで、データがＤＳＭ５０から読み出されると、図４、図２ａおよび図２ｂに示してあるように、そのデータはバッファ兼セレクタ５４経由で復号器１４または変調器ユニット２８へ送信される。図５に示した例では、ビデオ・プログラムのセグメント（ｎ個）の最初のｔ２秒分がＤＳＭ５０の部分６６にすでに書き込まれている。書き込みポインタ６２は、残りのセグメント（ｎ）の書き込みを継続するように動作し、処理中が進むと、セグメント（ｎ−１）（ＤＳＭ５０の部分６４に位置する）の残りの部分を上書きする。読み取りポインタ６０は、点ｔ１で後ろに続き、セグメント（ｎ）読み取りの半ばである。一般に、書き込みポインタ６２と読み取りポインタ６０が互いに交差しない限り、互いを追い越さずにＤＳＭ５０の周囲を時計回りに回転し続ければ、受信ビデオ・データのスムーズな処理とその加入者へのビデオ・データの表示が連続する。
どのようにトリック・モード機能を実現するかについてのはっきりとした枠づけができる。たとえば、ポーズまたはスローモーションなどのトリック・モード命令を実現するため、読み取りポインタ６０が所定位置で保持されているかまたは速度低下されている場合、書き込みポインタ６２は最終的には読み取りポインタ６０と交差し追い越すことになる。結果として、通常の再生へリジュームした時に、未だ読み取りポインタ６０によって読み込まれておらず、視聴加入者に未だ表示されていない必要なプログラム・データが、書き込みポインタ６２によって永久に上書きされていることになる。同様に、早送りなどのトリック・モード命令を実現するために読み取りポインタ６０がスピードアップされると、読み取りポインタ６０は書き込みポインタ６２に追いつき、最終的にこれを追い越すことになる。この時点で、読み取りポインタ６０は、書き込みポインタ６２が未だ更新する機会を持たなかったシーケンスはずれの古いデータを読み取ることになる。では、ＶＣＲユーザが使い慣れた連続的な方法で、プログラム・データを失うことなく、トリック・モード機能をどのように実現できるだろうか？答えは、図３に図示してあるビデオ・プログラム・データ・ストリームがオーバラップする性質の優れた新規な使用法を作り出すことにある。本技術は、後述するようにＤＳＭ５０の優れた使用方法も作り出している。
「ポーズ」の実現
「ポーズ」トリック・モード機能を実現するのに適した技術を最初に記載する。（一般性を失うことなく）図５がポーズ命令が発行された時間的瞬間のＤＳＭ５０と読み取りおよび書き込みポインタの一般的状態を表わしているものと仮定する。図６ａ〜図６ｂはポーズ命令の実施中のＤＳＭ５０の様々な後続の状態を表わし、一方、図７は読み取りポインタ６０と書き込みポインタ６２の動作を表わす状態遷移図を提示している。図７の状態８０（“ポーズ開始”状態）で、読み取りポインタ６０はすぐに停止する。「ポーズ」が有効な間はディスプレイの内容は変更されない。しかし、状態８０の間にも、書き込みポインタ６２はＤＳＭ５０へデータ・ストリーム１６の選択したコンポーネントの書き込みを継続している。この状態は、書き込みポインタ６２が読み取りポインタ６０の位置に追い付くまで、即ちＴ−（ｔ２−ｔ１）秒の間、継続する。この時点でのＤＳＭ５０の図示が図６ａに示されている。つまり、図示した例では、読み取りポインタ６０が位置ｔ１−−セグメント（ｎ）の残りとセグメント（ｎ＋１）の始めのｔ１秒分に相当する−−に停止していても、書き込みポインタ６２は、ＤＳＭ５０に、適当なシーケンスでプログラム・データの記憶を継続している。
注意すべきは、状態８０が未だ動作している時にユーザがポーズを終了した場合に、通常再生のリジュームのため、読み取りポインタ６０が停止した位置から読み取りポインタ６０の動作を単純にリジュームすることにより、状態８６（“安定状態リジューム”(Steady-State Resume)）への直接遷移が起こる。この流れが図７の遷移線８８で表わしてある。しかし、ポーズ命令が少なくともＴ−（ｔ２−ｔ１０）秒に渡って有効な場合、即ち書き込みポインタ６２が読み取りポインタ６０と交差しようとする時点でまだポーズが有効なら、この瞬間に図７の状態８２（“安定状態ポーズ”(Steady-State Pause)）への遷移が行なわれる。状態８２では、読み取りポインタ６０と書き込みポインタ６２のどちらもこれ以上進まず、状態８２の間にデータ・ストリーム１６の一部として受信したデータはどれもＤＳＭ５０に記憶されず、ディスプレイ・ユニット１８にも表示されない。
本発明によれば、プログラム内容の何らかの損失なしに、また何らかの目だった遅延なしに、通常再生のリジュームが可能である。特に、ユーザがリジューム命令を発行することでポーズを終了した時、図７の状態８２から状態８４（“リジューム開始”(initiate Resume)）への遷移が起こる。状態８４では、書き込みポインタ６２は停止したままだが、読み取りポインタ６０はまた通常速度で前進を開始し、ポーズ命令の前および／または状態８０の間にＤＳＭ５０へ書き込まれたデータを読み取る。図６ｂはこの状態の間のＤＳＭ５０と関連ポインタを示す。図６ｂに図示した例では、読み取りポインタ６０はｔ３と標記してある点まで前進しており、一方書き込みポインタ６２はｔ１に留まったままである。つまり、状態８４の間、ポーズを開始したビデオ・プログラムの点にすぐに後続する（各々ＤＳＭ５０の部分７２と７０に記憶されている）セグメント（ｎ）とセグメント（ｎ＋１）のこれらの部分に対応するビデオ・プログラムの連続した通常の視聴のリジュームをユーザがすぐに見られることになる。
プログラム・データの何らかの損失やシーケンス誤りを避ける方法で書き込みポインタ６２を再開するためには、書き込みポインタ６２が停止した時点から正確にＴ秒の整数倍の後に書き込みポインタ６２を再開する。書き込みポインタ６２が停止する前に書き込みポインタ６２が占有していたプログラム・セグメントを、現在送信している特定のコンポーネント・ストリームからデータを書き込みポインタ６２に供給すれば、書き込みポインタ６２は、停止したところを正確にピックアップすることができる。
ここで、図７に図示したように、書き込みポインタ６２は状態８２と８４に渡ってポーズしたままである。状態８２が有効なままの持続時間は、一般に（ｐ＊Ｔ）＋ｔｄで表わすことができる。ここでｐは整数＞＝０、およびｔｄはＴより小さい数（即ち、残り）である。したがって、状態８４が開始してから正確にＴ−ｔｄ秒後の瞬間に書き込みポインタ６２が再開すると、言い換えれば、状態８４がＴ−ｔｄ秒後に正確に終了すると、状態８２および状態８４（即ち書き込みポインタ６２がポーズしている持続時間全体）は、合計でＴの整数倍である（ｐ＋１）＊Ｔ秒でともに終る。状態８４について持続時間（Ｔ−ｔｄ）は、本明細書で説明している他の持続時間と同様に、記憶制御装置５６の論理を用いてリアルタイムで簡単に計算できる。
図７の状態８６（“安定状態リジューム”(Steady-State Resume)）への遷移が起こり、読み取りと書き込み両方のポインタが通常の前向き移動をリジューム（回復）する。しかし、記憶制御装置５６はバッファ兼セレクタ５４に対してＭ個のコンポーネント・データ・ストリームの異なるコンポーネントから書き込みポインタ６２へデータを提供するように指示する。さらに詳しくは、コンポーネント・ストリーム（ｎ）がポーズ命令の直前にＤＳＭ５０へ書き込まれる処理中だと、書き込みポインタ６２がプログラム・データのｐ＋１セグメントに対応する合計で正確に（ｐ＋１）Ｔ秒のあいだ停止していたので、状態８６で書き込みがリジューム（回復）されるとコンポーネント・ストリーム（ｎ−（ｐ＋１））の内容を選択すべきである。これにより、状態８６に入り書き込みをリジュームした時点で、状態８２に入り書き込みポインタ６２がもともとポーズした瞬間に、コンポーネント・ストリーム（ｐ）で送信されていたのと同じプログラム・データをコンポーネント・ストリーム（ｎ−（ｐ＋１））が正確に送信する。つまり、ポーズした時またはリジュームした時のどちらかでユーザが遅延を知覚しないような連続的方法でポーズが実現され、ビデオ・プログラムは正しいシーケンスで見られる。
状態８４は、読み取りポインタ６０と書き込みポインタ６２がともに図６ａに図示したような位置で始まることに注意すべきで、状態８４では読み取りポインタ６０が前進し書き込みポインタ６２が止まっている必要があり、状態８４はＴ秒までの時間的長さであるＴ−ｔｄ秒間続く。この後、読み取りポインタ６０が状態８４の間に書き込みポインタ６２と交差しないように保証するために、ＤＳＭ５０はプログラム・データの少なくともひとつのセグメントに等しいものを保持する必要がある。この方法では、ビデオ・プログラムの表示は連続的にまた「リジューム」を要求した瞬間からのシーケンスで進む。これはプログラム・セグメントの長さ＝Ｔ＝１２０秒（即ち２分間）で、かつ（Ｍコンポーネント・セグメントの各々について）平均データ伝送レートが毎秒１．５メガビットと仮定すれば、少なくとも２２．５メガバイトのＤＳＭ５０の記憶容量要求ということになる。Ｔ＝３００秒と仮定すると、ＤＳＭ５０は５５．１２５メガバイト保持する必要がある。ハードディスク・ドライブ装置は広く利用可能でこの容量要求を満たしており、毎秒１．５メガビットまたはそれ以上のデータアクセス・レートもサポートしている。
「スローモーション」の実現
図９は、「スローモーション」トリック・モード機能を実現するための好適な技術による、読み取りポインタ６０と書き込みポインタ６２の動作を説明する状態遷移図を提示する。ユーザがスローモーション命令を発行すると、命令の実行は状態９０の“スローモーション開始”(Initiate Slow Motion)から始まり、読み取りポインタ６０は通常速度の数分の一で移動し始め（これによって要求されたように表示視聴レートを遅くする）、一方で書き込みポインタ６２は通常速度での移動を続ける。一般に、変更した速度をＸで表わし、読み取りと視聴が通常速度のＸ倍で行なわれることを表わす。スローモーション開始状態９０は、読み取りポインタ６０よりＸ-1倍速く移動する書き込みポインタ６２が読み取りポインタ６０に追い付くまで動作し続ける。スローモーションの開始状態はすでに説明したポーズの開始状態と類似している。また、図６ａはｔ１で書き込みポインタ６２が読み取りポインタ６０に追い付く瞬間でのＤＳＭ５０の図示を提示する。
ポーズ機能について正しかったように、開始状態９０がまだ動作している時にユーザがポーズを終了すると、読み取りポインタ６０の移動を通常速度で単純にリジュームすることによって、通常再生のリジュームにあたる安定状態リジューム（ここでは状態１０２）への直接遷移が行なわれる。簡略化するため、この流れは図９では明示的に表わしていない。この場合、書き込みポインタ６２は停止または遅延しておらず、ポインタどうしも互いに交差することがないことから、連続的なシーケンシャル観察が保証される。
しかしスローモーションが十分に長く作用し続けると、書き込みポインタ６２が読み取りポインタ６０に追い付く瞬間に、図６ａに図示したように、状態９２（“スローモーション安定状態”（Steady-State Slow Motion））に入る。状態９２は実際にはスローモーション安定状態の下に更に２つの下位状態またはモード、即ち状態９４（モード“Ａ”）と状態９６（“Ｂ”）を含む。両方のモードで、読み取りポインタ６０は通常レートのＸ倍で前進を続ける。しかし、初期状態であるモードＡでは、書き込みポインタ６２は完全に停止する。モードＡは正確にＴ秒に渡って作用する。正確にＴ／（Ｘ-1−１）秒に渡って動作するＢモードでは、書き込みポインタ６２は通常速度で前進する、即ち読み取りポインタ６０のスローモーション・レートよりＸ-1倍速く前進する。モードＢが完了するとすぐに、モードＡがまたリジュームされる。この周期的処理は、安定状態スローモーション状態９２が作用している間、即ちユーザが通常再生のリジュームを要求するまで反復される。しかし、各々の後続サイクルの状態９６の間、バッファ兼セレクタ５４は、直前のサイクルで状態９６の間に使用したコンポーネント・ストリームより正確に１セグメント後のコンポーネント・ストリームに対応するデータを書き込みポインタ６２に供給する。
状態９４と状態９６を含むこの安定状態サイクルを用いるのが望ましいのは、シーケンシャルに正しい方法でビデオ・プログラムの連続的視聴を保証するようにスローモーション機能を実現するためである。状態９４／状態９６のサイクルは幾つかの理由でこれを実現する。第１に、書き込みポインタ６２は、各サイクルの状態９４の間に正確にＴ秒の期間必ず停止するため、書き込みポインタ６２は、最後に使用したセグメントから正確に１セグメントだけオフセットしているコンポーネント・ストリームからのデータを単純に書き込むことにより、ビデオ・プログラム内部の正確に正しい位置で状態９６の書き込みをリジュームできる。また、状態９６は合計で正確にＴ／（Ｘ-1−１）秒間続くので、書き込みポインタ６２は各サイクルの間に合計でＴ／（Ｘ-1−１）秒分のデータを書き込む。読み取りポインタ６０は状態９４と状態９６を通してスローモーション・レートで前進し、各サイクルの間に（Ｔ＋Ｔ／（Ｘ-1−１））＊Ｘ秒分のデータを書き込み、これは代数的にＴ／（Ｘ-1−１）に等しい。つまり、状態９４／状態９６サイクル各々の終りで、書き込みポインタ６２は読み取りポインタ６０にちょうど追い付くことになり、ポインタどうしは互いに交差しない。これに続けて、安定状態スローモーション状態９２の全体でビデオ・プログラムのシーケンシャルで正確な観察が保証される。
図８は状態９４の間のＤＳＭ５０を示す。書き込みポインタ６２は現在のセグメントでｔ１秒分のプログラム・データを処理してから停止したままになる。しかし読み取りポインタ６０は通常レートのＸ倍の速度で進む。図８は通常速度の１／２のスローモーション（即ちＸ＝１／２）を仮定しており、ＤＳＭ５０は合計で正確にＴ秒分のプログラム・データを保持すると仮定する。この例では、図８は状態９４の開始後Ｔ秒の瞬間（即ち状態９４のちょうど終り）でのＤＳＭ５０の状態を示す。読み取りポインタ６０はＤＳＭ５０の半分まで前進しており、セグメント（ｎ）の残りと、セグメント（ｎ＋１）から初めのｔ１−（Ｔ／２）秒分のプログラム・データを処理している。
安定状態スローモーションの状態９２の間の何らかの時点で、ユーザは最終的に通常再生をリジュームする命令を発行する。これを取り扱う方法は、状態９４（モードＡ）または状態９６（モードＢ）のどちらの間にリジュームが要求されたかによる。図９に図示してあるように、状態９６（モードＢ）の間に、即ち書き込みポインタ６２がすでに通常速度で前進している間に、リジュームが要求された場合、通常速度での読み取りポインタ６０の前進を単純にリジュームすることによって安定状態リジューム（ステップ１０２）に直接入る。
一方で、書き込みポインタ６２が停止している状態９４（モードＡ）の間にリジュームが要求された場合、リジューム開始状態１００(Initiate Resume)に入らなければならない。状態１００では、読み取りポインタ６０は通常速度にすぐ復旧し、ユーザは要求にしたがった連続前向き再生を経験することになる。しかし、書き込みポインタ６２は状態９４で進行中の現在のＴ秒遅延区間が完了するまで待ち続けなければならない。この時点で、状態１０２（安定状態リジューム）に入り、書き込みポインタ６２は通常速度にリジュームする。当然、状態１０２へ状態１００から入る時、書き込みポインタ６２には最後の直前状態９６の間に使用したコンポーネント・ストリームの正確に１セグメント分後ろにオフセットしているコンポーネント・ストリームに対応するビデオ・データが供給される。これは書き込みポインタ６２が正確にＴ秒間の中断を行なったためである。この方法では、プログラム・データは正しいシーケンスでＤＳＭ５０に書き込まれる。
読み取りポインタ６０が前進しても、状態９４の間に合計Ｔ秒間に渡って書き込みポインタ６２が停止していることに注意する。したがって、ポーズ機能に関して正しかったように、ＤＳＭ５０は状態９４の間に読み取りポインタ６０が書き込みポインタ６２と交差しないことを保証するため、ビデオ・プログラム・データの少なくとも１セグメント（即ちＴ秒分）に等しい分を保持する必要がある。ここでも、市販されているハードディスクはこの容量要求と関連するデータ・アクセス・レート要求を満たしている。また、ＤＳＭ５０の１セグメント分の容量は、読み取りポインタ６０が状態１００の間に通常速度へ加速した場合でも、読み取りポインタ６０が書き込みポインタ６２と交差しないことを保証することに注意すべきである。すでに議論したように、読み取りポインタ６０と書き込みポインタ６２は状態９４の先頭で同期していることに準じるもので、読み取りポインタ６０は書き込みポインタ６２に追い付くまでにＴ秒分のデータを処理しなければならないことを意味する。書き込みポインタ６２は、通常の動きにリジュームする前に、リジュームが要求されて特定のサイクルの間に状態１００にはいったかどうかと関係なく、正確にＴ秒間ポーズしていること、および、読み取りポインタ６０は最大速度の数分の一でＴ秒間の少なくとも一部を消費していることから、読み取りポインタ６０は書き込みポインタ６２が最大速度で前進をリジュームする前に書き込みポインタ６２に追い付かないことになる。これにより、連続しシーケンシャルな正しい方法でプログラム・データがＤＳＭ５０へ書き込まれ、ここから読み込まれることを保証している。
早送りと巻戻しの実現
早送りでは、通常速度のＸ倍の速さでプログラムを表示する。ここで、Ｘは１より大きな正の数である。つまり、早送りモードでは、読み取りポインタ６０（つまり見ること）は、各々のＴ秒“サイクル”または期間毎にプログラム・データのＸセグメント分のレートでビデオ・プログラムを前向きに進んでいる。逆に、巻戻しは通常速度のＹ倍に等しい大きさの負の速度（即ち逆転シーケンス）でプログラムを表示する。巻戻しは高速なことがあり、たとえばＹが１より大きな数でも良く、またはＹが１の数分の一のスローモーション巻戻しであることもある。後述する等式や方程式ではＹを正の数として扱う、即ち単純に速度の大きさの尺度として扱うが、Ｙは「負の」速度で（即ち逆転方向に）プログラム再生を表わすことに注意すべきである。
早送りおよび巻戻し機能を実現するためには、複数の独立した書き込み処理を用いて、複数のプログラム・セグメントから即ちデータ・ストリーム１６の複数のコンポーネント・ストリームから、ＤＳＭ５０へデータを同時に記憶する。好適実施例による基本的な規則は次の通りである：
記憶すべきデータはＸ＋Ｙ個の論理書き込みポインタによって指定する。このような書き込みポインタｗ（ｉ）の各々は、任意の瞬間に、書き込もうとするＸ＋Ｙプログラム・セグメントの関連するひとつに対応するデータ・ストリーム１６の特定のコンポーネント・ストリームと関連している。各書き込みポインタｗ（ｉ）は、これに現在割り当てられているプログラム・セグメントから通常の前向き再生の速度で前進する。Ｘ＋Ｙ個の論理書き込みポインタは同時に動作するため、データ・スループットはポーズおよびスローモーション・トリック・モードに関連してすでに説明した速度（即ちＸ＝１でＹ＝０）よりＸ＋Ｙ倍大きくなる。ＤＳＭ５０にすでに記憶されているデータを書き換えないことで、幾らかスループット要件を減少することを当業者は選択できよう。しかし、ここでは、表Ｉおよび表IIの規則にしたがって、ＤＳＭ５０にすでにデータのいくらかが存在している場合でも、書き込みポインタで指定された全てのデータを必ず書き込むことにより、書き込みポインタの論理制御を簡略化する方を選択している。
前述の規則にしたがう場合、および更にＤＳＭ５０が少なくともＸ＋Ｙ2／（Ｙ＋１）セグメント分のプログラム・データについて連続記憶を提供する場合、早送りおよび巻戻しトリック・モード機能は原理的に一般にサポートされることを当該技術の熟練者は代数的に確認できよう。啓蒙目的で大まかな代数的証明は次のように提供される：
Ｉ．前向き再生
記憶装置の図が図１２に示してある。書き込みポインタＷ（ｉ）の各々はセグメント時間間隔あたり正確に１セグメントのレートで前進し、各書き込みポインタは次の最も近い書き込みポインタＷ（ｉ−１）およびＷ（ｉ＋１）と正確に１セグメントだけはなれている。書き込みポインタとは異なり、読み取りポインタはセグメント時間間隔あたり０からＸセグメントの範囲の何らかの速度で時計回りに移動できる。読み取りポインタは書き込みポインタよりＸ倍速く移動できるので、かつ、最も離れた書き込みポインタＷ（Ｘ）はＸセグメント以上離れていないので、読み取りポインタは、１セグメント時間間隔以内でこれより現在先にあるＸ書き込みポインタの現在位置に到着できないことになる。これは、各書き込みポインタの現在位置に先行する記憶装置のセクションに次の書き込みポインタが到達できる以前に読み取りポインタが到達できることを表わす。したがって、これらの、図１２で斜線で示してあるセクションは、読み取りポインタが速度Ｘで前向きに移動を開始する前に、かならず有効データを含まなければならない。それ以外の場合、取り出されるデータは最新のものではなく、表示されるビデオは正しくないことになる。
表Ｉの基本ルールの第１部では、読み取りポインタよりＸセグメント先までにある現在利用可能な全てのデータを記憶すべきであると述べている。このルールにしたがう場合、図１２の読み取りポインタは最大速度Ｘで時計回りに回転する場合でも連続的に有効データを取り出すことができることを示すことができる。最初に、時刻ｔ0で、読み取りポインタは図１２に図示した位置にある。読み取りポインタは速度Ｘで時計回りに前進を開始し、時刻ｔ１に対応する割り込み点１でＷ（１）を越える。この時点で、Ｗ（１）はデータ書き込みを停止し、代わりに、Ｗ（Ｘ＋１）が読み取りポインタよりＸセグメントだけ先にあることからデータ書き込みを開始する。この動作は表Ｉに規定した基本ルールに準拠している。重要な点は、Ｗ（Ｘ＋１）の現在位置が割り込み点Ｘと一致していることである。これは速度Ｘで移動し続けた場合に正確に１セグメントの間隔でＷ（１）とＷ（Ｘ＋１）を隔てているＸセグメントを読み取りポインタが進むことができることによる。同じセグメント間隔の間、Ｗ（Ｘ）はＷ（Ｘ）の現在位置とＷ（Ｘ＋１）の現在位置の間の距離に対応する正確に１セグメントだけ前進する。したがって、Ｗ（Ｘ＋１）の位置は、記憶装置へデータ書き込みを開始した時点で、読み取りポインタがＷ（Ｘ）を越えた位置と同じである。
Ｗ（１）を越えてから、読み取りポインタは時刻ｔ２で割り込み点２にあり次のＷ（２）を越えている。この時点で、表１の基本ルールの第１部に述べたように、Ｗ（２）はオフになりＷ（Ｘ＋２）がオンになる。また、先に述べたのと同じ理由から、記憶装置へデータ書き込みを開始するこの時点でのＷ（Ｘ＋２）の位置は、読み取りポインタがＷ（Ｘ＋１）を越える位置と一致することが分かる。この点は割り込み点Ｘ＋１として表わし図１３に図示してある。同様に、読み取りポインタは時刻ｔ３でＷ（３）を追い越すが、この時点でＷ（３）はオフになりＷ（Ｘ＋３）がオンになる。この時、Ｗ（Ｘ＋３）は割り込み点Ｘ＋３にある。最終的に、時刻ｔｘで、読み取りポインタは割り込み点ＸのＷ（Ｘ）を追い越し続けて記憶装置は図１３の斜線領域で示された有効データを含むことになる。明らかに、全ての時刻で、読み取りポインタと次の書き込みポインタの間の記憶装置の領域には、図１２に図示した初期開始条件が与えられると有効データを含むことが保証されるので、ｔ０からｔｘまでの間隔の間に読み取りポインタと遭遇したデータの全部が有効である。また読み取りポインタおよび書き込みポインタと時刻ｔ０における図１２の有効データ・セグメントの相対位置は１セグメント間隔後で図１３に図示した位置と同一である。唯一の相違点は適用可能な書き込みポインタと割り込み点のインデックスがＸだけ増加したことである。したがって、通常速度のＸ倍での再生は無限に保持されると結論できる。同様に、同じ論理を用いることで、表Ｉの基本ルールが適用される限り０からＸまでの範囲のあらゆる速度も無限に保持できることが結論できる。
以上の議論から、通常再生速度のＸ倍で早送り機能を実現するのに必要な連続記憶の量が、読み取りポインタと、Ｘセグメント以上にはならない最も離れた書き込みポインタとの間に含まれるデータ量に等しいことが明らかなはずである。これは図１２または図１３のどちらかの第１の斜線部分の初めから最後の斜線部分の終りまでの間の距離に対応し、各々の割り込み点と先行する書き込みポインタの間のギャップを含む。明らかにこの距離は読み取りポインタが書き込みポインタと交差するたびに最大になるが、これはこのような時点で記憶領域の終りを定義する書き込みポインタが記憶領域の始まりを定義している読み取りポインタから正確にＸセグメントだけ離れているためである。したがって、記憶装置はＸセグメントのデータを含むだけ十分に大きくなければならない。当該技術の熟練者は、図１２および図１３に示した様々な斜線領域の間のギャップに含まれるデータを記憶しないことによってＸセグメント以下のデータを記憶することが理論的に可能であると理解されよう。しかし、これには更に複雑なメモリ管理法が必要であり好適実施例より実現が難しくなる。
II．逆転再生
この場合、読み取りポインタは最大速度Ｘで時計回りに前進しないだけではなく、反時計回りに最大速度Ｙで進むことがあると仮定する。これは通常の再生速度のＸ倍を越えない何らかの速度の前向き再生と通常再生速度のＹ倍を越えない何らかの速度の逆転再生に対応する。これらの最大速度を維持するのに必要とされる総連続記憶量を計算する。
表Ｉの基本ルールの第２部では、読み取りポインタより後ろでＹセグメントまでの全ての利用可能なプログラム・データが記憶されなければならないと述べている。このルールが必要なのは、このルールに基づいて可能となる各書き込みポインタが１セグメントの時間間隔以内で読み取りポインタにより追い付かれることがあるためであると推論できる。したがって、次の書き込みポインタが１セグメントの時間間隔遅れて到着する前に読み込むために必要であることからこれらの書き込みポインタからのデータを記憶しなければならない。逆に、このルールによって有効にならない先行する書き込みポインタ各々は、１セグメントの時間間隔以内で読み取りポインタが到達できず、したがって、次の書き込みポインタが正確に１セグメントの時間間隔後に到着するため記憶する必要がない。
このルールと図１３の例に基づき、書き込みポインタに先行する最も近いＹ個の書き込みポインタを可能にする。これらは書き込みポインタＷ（０）からＷ（−Ｙ＋１）である。最も離れた書き込みポインタであるＷ（Ｙ）は読み取りポインタが後向きに移動してＷ（０）と交差するまで可能とならない。この瞬間に、Ｗ（Ｘ）は基本ルールの第１部に基づいて不能となり、Ｗ（Ｙ）は第２部に基づいて可能となる。書き込みポインタより先にある側で１セグメントだけ記憶要求がすぐに減少し、同時に読み取りポインタより後ろにある側で１セグメントだけ増加する。したがって総記憶要求量はｄ１の連続関数として考えることができ、ｄ１はセグメント間隔内の読み取りポインタの位置に依存して０から１の間で変化する。記憶要求を最大にするｄ１の値を求められる。
すでに求めたように、前向き再生は読み取りポインタの現在位置と読み取りポインタより先にあるがＸセグメント以上離れていない最も離れた書き込みポインタの間の全データの記憶を必要とする。図１４に図示してあるように、この量はセグメントの項で表わされ、
Ｗ（−Ｙ）が割り込み点Ｙに到着するまでに必要な時間は、これの距離と速度の比に等しく、これは同じ時間間隔の間の読み取りポインタの距離対速度比と等価である：
この最小記憶要求量は理論的に実現可能であるが、実施に特有のオーバヘッドに対応するためＤＳＭ５０に何らかの追加用量を追加する方が望ましいと当業者は思われるであろう。
表Ｉおよび表IIに述べたルールは方向（正転または逆転）と無関係に、また再生が速いか遅いかとも無関係に適用される。これらのルールにしたがう場合、トリック・モードをシーケンシャルかつ連続的な方法でサポートできる。
簡略化した例
読者が前述の概念を分かり易くできるようにするため早送り機能をサポートするための非常に簡略化した理論的実施例の一例を示す。この例では、通常速度の４倍まで（Ｘ＝４）の早送りトリック・モードをサポートする。しかし、巻戻しトリック・モードはサポートしない（Ｙ＝０）。図１０ａに図示してあるように、ＤＳＭ５０は４セグメント分のプログラム・データの記憶を提供する。図示だけの目的で、ＤＳＭ５０を４つの（即ち、Ｘ）独立した領域に分割し、図面において領域（０）から領域（３）とラベルをつけて表わしてある。各々の領域は１セグメント分（即ちＴ秒）のプログラム・データを保持する。後述するように、このような分割は実際には必要ではないが、こうすると以下の説明をいくらか分かり易くできる。
図１０ａの例では、最初に領域（０）がプログラム・セグメント（ｎ）の全データを含み、更に一般的には領域（ｉ）がプログラム・セグメント（ｎ＋ｉ）のデータを全部含むと仮定する。図１０ａは時刻ｔ１で、この仮定した初期状態からいくらか短い時間の後のポインタとＤＳＭ５０の状態を示している。時刻ｔ１では、読み取りポインタ６０はＤＳＭ５０の領域（０）からプログラム・セグメント（ｎ）のデータ読み取りを開始したばかりである。読み取りポインタ６０が早送りモードで動作すると仮定すると、（通常速度で必ず移動する）書き込みポインタはすでにいくらか後方に遅れており、各々が関連するセグメント内にある。表Ｉと表IIにすでに記載した規則にしたがうと、書き込みポインタはセグメント（ｎ＋１）からセグメント（ｎ＋４）で現在送信されているプログラム・データを記憶している。つまりｗ（０）はセグメント（ｎ＋４）のデータを記憶し、他のポインタｗ（ｉ）は各々関連するセグメント（ｎ＋ｉ）の既存のデータを書き直している。
図１０ｂは、読み取りポインタ６０が最大速度でずっと移動したものと仮定して、正確にＴ／２秒後のポインタとＤＳＭ５０の状態を示している。時刻ｔ１＋Ｔ／２では、読み取りポインタ６０は現在のサイクルの半分にあり、プログラム・セグメント（ｎ＋２）のデータ読み取りを始めたばかりである。表Ｉおよび表IIに規定したルールにしたがうと、書き込みポインタはセグメント（ｎ＋２）からセグメント（ｎ＋５）までの現在利用可能なデータを書き込むべきで、実際にそうしている。Ｗ（０）は通常速度でセグメント（ｎ＋４）の新規データ書き込みを継続しセグメントの半分まで来ている。ポインタｗ（２）とｗ（３）は各々セグメント（ｎ＋２）とセグメント（ｎ＋３）の書き直しを継続した。ポインタｗ（１）は図１０の割り込み点で読み取りポインタ６０がｗ（１）に追い付いてからセグメント（ｎ＋５）のプログラム・データを書き込んでいる。
つまり、図１０ａと図１０ｂの例では、書き込みポインタｗ（ｉ）がセグメント（ｎ＋ｉ）のプログラム・データを書き込んだ場合、読み取りポインタ６０がｗ（ｉ）に追い付くまで書き込みを続け、ｗ（ｉ）の現在位置を越えるセグメント（ｎ＋ｉ）のデータに到達する。この割り込み点の後、ｗ（ｉ）は（図３にしたがって）正確にＸコンポーネント・ストリーム前方に切り換わり、プログラム・セグメント（ｎ＋ｉ＋Ｘ）からのデータを記憶する。この技術によれば、見ることのためにユーザが要求する前進速度によらず（通常速度のＸ倍の速度まで）プログラムの観察は連続的かつシーケンシャルな方法で進むことが簡単に分かる。これは単純に、割り込みを受けたいずれかのポインタｗ（ｉ）は、読み取りポインタ６０が最大速度Ｘで移動しても、読み取りポインタ６０がｗ（ｉ）にまた交差するまでに何時でも少なくともＴ秒、即ち領域（ｉ）で読み込むべき次のセグメントのデータを完全に記憶するのに十分なだけの時間を有するためである。当然、ユーザがサイクルの間に観察速度を低下した場合、１つまたは２つ以上の書き込みポインタは次のサイクルで読み取りポインタ６０によって割り込みを受ける前に新規セグメントの記憶を完了する。その場合、これらの書き込みポインタは割り込みの瞬間まで単に既存のセグメントデータを書き直している。つまり、（ｉ）図３のオーバラップするコンポーネント・データ・ストリームと、（ｉｉ）ＤＳＭ５０の記憶容量の用途は明らかである。
好適実施例
上記の簡略化した例では、個々の書き込みポインタ各々がＤＳＭ５０の対応する領域に書き込む責任があるような理論的アーキテクチャを使用した。このマルチ領域アプローチは、議論を簡略化し明確にするために用いたものである。しかし実際には、好適実施例では、可能な論理書き込みポインタの全部が、ＤＳＭ５０へ回転する挿入点で単一の物理的書き込みポインタを介して、インタリーブ方式でデータを書き込む単一領域アーキテクチャを使用する。読み取りポインタ６０はランダム・アクセス能力を有しているので、実際のプログラム・シーケンスを復元するために必要とされれば、非シーケンシャルなインタリーブ／データを読み取り処理することができる。データのインタリーブ化は、ビット毎、バイト毎、またはパケット毎にインタリーブ化するなど、当該技術の熟練者に理解されるように多くの便利な方法のいずれかひとつで実行できる。ここで「パケット」は特定の用途またはデータ圧縮方式について当業者が恣意的に定義できる。
図１１は単一領域アーキテクチャを実現し、通常速度のＸ倍までの早送り再生と通常速度のＹ倍の巻戻しをサポートできる好適な実施を示す。すでに説明したように、全ての書き込みは、書き込みポインタ６２によって示されるＤＳＭ５０の現在の単一の挿入点で行なわれる。多数の書き込みポインタから同時に受信したデータはＤＳＭ５０へ書き込まれる前にインタリーブ化される。記憶装置の物理的境界に達すると、書き込みポインタ６２は先頭に戻り、このリング状の方法で書き込みを継続する。
書き込みはシーケンシャルに行なわれるが、読み取りはＤＳＭ５０にランダム・アクセスすることで行なわれる。望ましくは、アドレス変換テーブルを用いて読み取るべき現在データの実際のＤＳＭ５０アドレスを識別する。この変換機能は図１１でアドレス変換テーブル１１０として図示した小型で安価なランダム・アクセス・メモリ装置を用いると簡単に実現される。
図１１に図示したようにアドレス変換テーブル１１０はＤＳＭ５０とほぼ同様にリング状バッファとして構成できる。
読み取りポインタ１１２は、ユーザが要求した観察速度と同期して、前向き再生の間時計回りに回転し巻戻し再生の間は反時計回りに回転する。“アクセス・ポイント”（即ちＤＳＭ５０へのアドレス）の先頭と末尾の間の境界１１４も、読み取りポインタ１１２と一定の関係を維持するように回転する。読み取りポインタ１１２によって読み込まれるアクセスポイントまたはアドレスは、読み取りポインタ６０にＤＳＭ５０内部の適当なデータを読み取り処理するように指示するためにリアルタイムで使用される。同様に、書き込みポインタ６２により新規データがＤＳＭ５０に書き込まれると、新規データに対応するアクセスポイントがアドレス変換テーブル１１０内で適宜更新される。
アドレス変換テーブル１１０のサイズはプログラム・データへの各々可能なアクセス・ポイントについてＤＳＭ５０内部のアドレスを含むのに十分でなければならない。提供される別個のアクセスポイントの個数は使用するビデオ圧縮アルゴリズムに依存する。たとえば、ＭＰＥＧビデオ圧縮では３種類の画像フレーム、Ｉフレーム、Ｐフレーム、Ｂフレームを識別する。ＰとＢの２種類のフレーム種別はどちらも時間的予測を使用し、デコーダ・メモリにすでに存在しているはずの画像フレームに対して発生した変化を表わす情報を含んでいる。圧縮ビット列がランダムに入力された場合、デコーダは前提となるフレームの知識がないので、ＰおよびＢフレームに含まれる情報は有用ではない。一方、Ｉフレームは直前のフレームの間に受信したはずの情報の知識を有していないデコーダでうまく再構成することができる。したがって、アドレス変換テーブル１１０にはＩフレームのアドレスを記憶することだけが必要で、これは非シーケンシャルな順序でビット列を再構成すべき場合にだけテーブルへのアクセスを必要とすることによる。たとえば、何らかの速度での巻戻し再生は非シーケンシャルな順序を構成することになり、この場合にはＩフレームだけが有用である。非シーケンシャルなアクセスも、展開および表示ハードウェアが通常の再生速度より大きいレートでフレームのシーケンス全体を再構成し表示することができないと仮定するのが妥当であることから、早送りトリック・モードを実施する場合に必要とされることがある。したがって、この場合、幾つかのフレームが省略される。一般に、ＰおよびＢフレーム種別はどちらも破棄されるが、ある程度限定された早送り速度ではＰフレームを保存することが可能である。しかし、この場合でもこれらの再生速度でＤＳＭ５０からフレーム全部を取り出して表示されないフレームを破棄することが可能なことがあるので、アドレス変換テーブル１１０にＰフレームのロケーションを記録することは必要とされない。巻戻し再生と同様に、これらの破棄されないフレームは、所望の表示レートを実現するために必要であれば反復できる。
この例では、アドレス変換テーブル１１０に記憶する必要がないアクセスポイントの個数はＤＳＭ５０に含まれるＩフレームの個数を越えない。代表的な応用において、Ｉフレームは毎秒２のレートで送信できる。つまり、各々のビデオ・セグメントの持続時間が５分（即ち３００秒）であれば、たとえば１秒ごとに２つのアクセスポイントを提供し、各ビデオ・プログラム・セグメントのアクセスポイント数は６００となる。すでに説明したように、ＤＳＭ５０は少なくともＸ＋Ｙ2／（Ｙ＋１）セグメント分のデータを記憶するので、たとえばＸ＝４でＹ＝２の場合には合計で少なくとも３２００アクセスポイントが記憶される。このうち読み取りポインタ１１２の“前方に”２４００アクセスポイント、また境界１１４で区切られて読み取りポインタ１１２の“後方に”８００アクセスポイントがある。
ＤＳＭ５０とアドレス変換テーブル１１０は、視聴者が最初にプログラムに合せた時にどちらも初期化される。ＤＳＭ５０の先頭から始めて開始点の直前と直後にある書き込みポインタを有効にすることでデータが記録され始める。これと同時に、記憶するデータについてのＤＳＭ５０内部のアドレスが別個のアクセスポイントとしてアドレス変換テーブル１１０へ入力される。アクセス・ポイントはアドレス変換テーブル１１０内で読み取りポインタ１１２がシーケンシャルに読み取り処理できるように配置される。読み取りポインタ１１２の方向と速度はユーザが要求した見る速度によって直接決定される。
ひとつのプログラム・セグメント（即ちＴ秒）の持続時間に対応する第１の再生間隔の間、トリック・モード機能の使用に対していくらかの制約を加えるのが望ましい。これらの制約はアクセス・ポインタによって識別されるデータが実際のＤＳＭ５０に存在するかを検出することで簡単に実現される。存在しないデータが検出された場合には、要求されたデータが利用可能になるまで、またはユーザが再生モードを変更して利用できないデータの必要性がなくなるまで、現在の画像を凍結するのが望ましい。たとえば、初期化の直後に早送り再生を試みた場合、ユーザは書き込みポインタ６２の前に進むことを実効的に試みており、応答データはＤＳＭ５０で未だ利用できない。したがって第１のセグメント間隔が経過する後まで、読み取りポインタ６０が書き込みポインタ６２に追い付かないことを保証するように、前向き再生は一般に最大で通常速度に制限される。ＭＰＥＧデコーダは次のフレームが表示すべき時刻に受信されなければ現在の画像を自動的に凍結するようにできる。
ＤＳＭ５０に有効データが存在するかどうかを検出するひとつの方法は、ＤＳＭ５０のサイズの２倍の仮想アドレス空間を作成することである。これはアドレス変換テーブル１１０に記録される記憶装置アドレスに付加ビットを追加することで行なえる。これは最上位ビット（“ＭＳＢ”）として用いられＤＳＭ５０が実際にアドレスされる場合には無視される。しかし、テーブルから得られた仮想読み取りアドレスと現在の仮想書き込みアドレスの差が記憶装置のサイズを越える場合には、データが存在しないものと仮定できる。記憶されるセグメント数に対応するにはＤＳＭ５０が小さすぎる場合にこの結果が得られ、または初期化中に得られる。アドレス変換テーブル全体が０の仮想アドレスで初期化される場合に初期化中の検出が実現され、書き込みに使用される現在の仮想アドレスは１のＭＳＢと０のＤＳＭ５０アドレスを組み合せることによって初期化される。このようにして、アドレス変換テーブルに挿入される新規エントリは１のＭＳＢを含み、これによって未だセットされていないテーブル・エントリから区別される。
好適実施例の単一領域アプローチは多くの利点を提供する。アーキテクチャは各種のハードウェアおよびソフトウェアによる実現に簡単に適合する。更に、好適な単一領域アプローチが複数領域での各種の非シーケンシャルな挿入点の間で交互にではなく、単一の回転する挿入点でシーケンシャルに全データを書き込むことから、比較的高いデータ・スループットに対応できる。特に、現在利用可能なハードディスクは、適用可能なデータ圧縮比、セグメントの持続時間、およびＸとＹの値が全部代表的な範囲に収まるものと仮定すれば、得られるデータ・スループット条件を容易にサポートできる。
ハンドリング・ジャンプ
Ｘの前向き速度とＹの逆転速度は、説明した図面で連続的に保持することのできる最大速度である。しかし望ましくは、ユーザはプログラムの任意の点へのジャンプも選択できる。ユーザが前向きにＸセグメントまでまたは後向きにＹ2／（Ｙ＋１）セグメントまでジャンプすることを選択する場合、読み取りポインタ１１２は適当なアクセスポイントへすぐにリセットされる。しかし幾つかの時間的なトリック・モードの制約は未だ必要である。たとえば、正確に１セグメントだけ前向きに（Ｘは１より大きいとして）ジャンプすることをユーザが選択する場合には、読み取りポインタ１１２は１セグメント（直前の例では６００）に対応するアクセスポイントの個数だけ前向きに進む。同時に、先頭と末尾のアクセスポイントの間の境界１１４も、アクセスポイントの１セグメント分だけ前向きに進む。境界１１４が交差する各アクセスポイントは適当な値、即ちＤＳＭ５０の合計サイズと少なくとも同じ大きさの量だけ現在の仮想書き込みアドレスより小さい値に、初期化する必要がある。このようにすると、システムは有効なアドレスを記憶する前にアドレス変換テーブル１１０のこの部分に記憶されたアドレスが取り出されればこれが無効であることを検出する。このような無効化は、たとえば、ユーザが保留時間間隔で通常の再生速度のＸ−１倍以上の早送りを選択した場合に、前述のジャンプの後で第１のセグメント間隔の間に発生することがある。ユーザがＸセグメント以上に前向きにまたはＹ2／（Ｙ＋１）セグメント以上に後向きにジャンプすることを選択する場合、要求されたジャンプは最も近い書き込みポインタによって書き込まれるプログラム内の点に“丸める”必要がある。更に、トリック・モードの使用での時間的制約も初期化時と同様に加える必要がある。
Claims (17)
- 複数のユーザにビデオ・プログラムを提示し、前記複数のユーザの各々が所望の提示の速度を選択することができる方法において、
プログラム・データの、集中データ・ソースから所定のレートで繰り返し送信される多数のインターリーブされた時間的なセグメントを受信するステップと、
前記複数のユーザの１人により前記所望の速度を指定するステップと、
指定された前記所望の速度に応答して前記１つまたは複数の時間的なセグメントを選択するステップと、
当該選択された時間的なセグメントを前記複数のユーザの１人のローカル記憶媒体に書き込むステップと、
前記集中データ・ソースから前記プログラム・データが送信される所定のレートを変更することなく、前記集中データ・ソースから前記プログラム・データを受信しながら、前記ローカル記憶媒体から連続的に前記所望の速度で前記プログラム・データを読み出し提示するステップであって、前記提示は通常速度よりも速いＸ倍の速度より大きくなることはなく、あるいは、前記通常速度よりも遅いＹ倍の速度であり、前記ＸおよびＹの値は前記ローカル記憶媒体に書き込まれる時間的なセグメントの数により支配されるステップと
を備えたことを特徴とする方法。 - 前記プログラム・データの繰り返し送信される多数のインターリーブされた時間的なセグメントは、前記集中データ・ソースから複数の所定の間隔で多数のデータ・ストリームで反復送信されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記選択された時間的なセグメントをローカル記憶媒体に書き込む前記ステップは、複数の書き込みポインタによって制御され、前記書き込みポインタの各々は、前記複数のセグメントの異なるひとつと関連することを特徴とする請求項２に記載の方法。
- 前記選択された時間的なセグメントをローカル記憶媒体に書き込む前記ステップは、記憶のために前記多数のデータ・ストリームの１つまたは２つ以上を選択するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
- 前記所望の速度がゼロであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記所望の速度がマイナスであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記所望の速度が通常の見る速度より大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記所望の速度が通常の見る速度の数分の一に等しいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記プログラム・データの多数のインタリーブされた時間的なセグメントはインターリーブされたデータストリームを有し、該インターリーブされたデータストリームは、前記ビデオプログラムをｎ個のセグメントの順次のシーケンスに分割し、それぞれのｎ個のセグメントを複数のエレメントの順序付けられたシーケンスとして編成し、前記複数のエレメントをインターリーブして前記インターリームされたデータストリームを生成することにより形成され、その結果、前記インターリーブされたデータストリームの隣接するエレメントは前記ｎ個のセグメントの異なるものから始まることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- ユーザにより選択された所望の速度で前記ユーザにビデオ・プログラムを提示する装置において、
プログラム・データの、集中データ・ソースから所定のレートで繰り返し送信される多数のインターリーブされた時間的なセグメントを受信する手段と、
前記所望の速度を指定する手段と、
指定された前記所望の速度に応答して前記１つまたは複数の時間的なセグメントを選択する手段と、
ローカル記憶媒体と、
当該選択された時間的なセグメントを前記ユーザのローカル記憶媒体に書き込む手段と、
前記集中データ・ソースから前記プログラム・データが送信される所定のレートを変更することなく、前記集中データ・ソースから前記プログラム・データを受信しながら、前記ローカル記憶媒体から連続的に前記所望の速度で前記プログラム・データを読み出し提示する手段であって、前記提示は通常速度よりも速いＸ倍の速度より大きくなることはなく、あるいは、前記通常速度よりも遅いＹ倍の速度であり、前記ＸおよびＹの値は前記ローカル記憶媒体に書き込まれる時間的なセグメントの数により支配される手段と
を備えたことを特徴とする装置。 - 前記プログラム・データの繰り返し送信される多数のインターリーブされた時間的なセグメントは前記集中データ・ソースから複数の所定の間隔で多数のデータ・ストリームで反復送信されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
- 最大前向維持速度および最大逆転維持速度が許容され、前記１つまたは複数の時間的なセグメントを選択する手段は何のプログラム・データが現在前記ローカル記憶媒体から読み出されているかを決定し、および前記最大前向き維持速度および最大逆転維持速度を決定する手段を含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
- 前記装置は所望の速度をゼロに指定するように動作可能であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
- 前記装置はマイナスの所望の速度を指定するように動作可能であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
- 前記装置は通常の見る速度より大きい所望の速度を指定するように動作可能であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
- 前記装置は通常の見る速度の数分の一に等しい所望の速度を指定するように動作可能であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
- 前記プログラム・データの多数のインタリーブされた時間的なセグメントはインターリーブされたデータストリームを有し、該インターリーブされたデータストリームは、前記ビデオプログラムをｎ個のセグメントの順次のシーケンスに分割し、それぞれのｎ個のセグメントを複数のエレメントの順序付けられたシーケンスとして編成し、前記複数のエレメントをインターリーブして前記インターリームされたデータストリームを生成することにより形成され、その結果、前記インターリーブされたデータストリームの隣接するエレメントは前記ｎ個のセグメントの異なるものから始まることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
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