JP5038574B2

JP5038574B2 - Method for providing video-on-demand services for broadcast systems

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Publication number: JP5038574B2
Application number: JP2002500209A
Authority: JP
Inventors: ホアン・ホイ
Original assignee: PrediWave Corp
Current assignee: PrediWave Corp
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: HK1049389A1; BR0111652A; CA2406715A1; HK1049389B; EP1285348A4; CN1203671C; AU2001266681A1; TW571594B; CN1366642A; EP1285348A1; WO2001093062A1; IL152761A0; JP2004501558A; MXPA02011840A

Description

【０００１】
【発明の簡単な説明】
本発明は、一般に、データ・オン・デマンドシステムに関する。本発明は、特に、ビデオ・オン・デマンドシステムに関する。
【０００２】
【発明の背景】
ビデオ・オン・デマンド（ＶＯＤ）システムは、データ・オン・デマンド（ＤＯＤ）システムの一種である。ＶＯＤシステムでは、ビデオデータファイルは、サーバまたはサーバからなるネットワークによって、１つまたはそれ以上のクライアントにオン・デマンドで提供される。
【０００３】
従来のＶＯＤアーキテクチャでは、サーバまたはサーバからなるネットワークは、標準的な階層クライアント・サーバモデルの方式でクライアントと通信する。例えば、クライアントは、データファイル（例えばビデオデータファイル）要求をサーバに送信する。クライアントからの要求に応じ、サーバは、要求されたデータファイルをクライアントに送信する。標準的なクライアント・サーバモデルでは、クライアントからのデータファイル要求は、１つまたはそれ以上のサーバによって実現することができる。クライアントは、受信された任意のデータファイルを、後の使用のために不揮発性メモリにローカルに格納する能力を有することができる。標準的なクライアント・サーバモデルは、双方向通信インフラストラクチャを必要とする。既存のケーブルが単方向通信しか提供できないことから、現時点での双方向通信は、新しいインフラストラクチャを構築する必要がある。双方向通信インフラストラクチャの例として、光ファイバと同軸ケーブルの組み合わせ（ＨＦＣ）またはあらゆるファイバインフラストラクチャが挙げられる。既存のケーブルを取り替える作業は、非常に高コストであり、大部分のユーザは、こうして得られるサービスを享受することができない。
【０００４】
また、標準的なクライアント・サーバモデルは、サービスプロバイダ（例えばケーブル会社）が多数のクライアントにＶＯＤサービスを提供しようと試みる場合に、多くの制約を受ける。標準的なクライアント・サーバモデルが受ける制約の１つは、サービスプロバイダが、ネットワーク内の各クライアントから発せられる全ての要求を連続的に聞き入れて実現するメカニズムを構築する必要があり、したがって、サービスを受容できるクライアントの数が、このようなメカニズムのキャパシティに依存するという点である。あるメカニズムは、ローカルサーバとして、大きく且つ高速なディスクアレイを有した超並列コンピュータを使用する。しかしながら、既存のローカルサーバのうちで最も高速のものですら、一度に約１，０００から２，０００のクライアントにビデオデータストリームを配信できるに過ぎない。したがって、より多くのクライアントにサービスするためには、ローカルサーバの数を増やさなければならない。ローカルサーバの数が増えると、ローカルサーバの制御を維持するために、より多くの上位サーバが必要になる。
【０００５】
標準的なクライアント・サーバモデルが受けるもう１つの制約は、各クライアントがそれぞれ自身の帯域幅を必要とする点である。したがって、必要な総帯域幅は、加入クライアントの数に正比例する。帯域幅の制約を改善するために、これまでローカルサーバ内のキャッシュメモリが使用されてきたが、キャッシュメモリ自体にも限界があるので、キャッシュメモリを使用しても問題の解決にはならない。
【０００６】
ビデオ・オン・デマンドがクライアントにより享受されやすくなるように、既存のサービスプロバイダは、ローカルサーバごとのクライアントの割合をローカルサーバの能力を超えて増大させている。一般に、１，０００のクライアントにサービスを提供できるローカルサーバは、実際は、１０，０００のクライアントに対するサービスを請け負っている。この技術は、加入クライアントの大部分が同時にビデオを注文しない場合は機能し得る。しかしながら、この技術は故障を引き起こしやすい。なぜなら、大部分のクライアントは同じ時に（例えば夜間や週末などに）ビデオを見たがるものであり、このことが、ローカルサーバがオーバーロードすることにつながるからである。
【０００７】
したがって、既存のインフラストラクチャを取り替えることなく、事実上任意の伝送媒体を通して多数のクライアントにオン・デマンドサービスを提供できるシステムを提供することが、望まれている。
【０００８】
【発明の概要】
代表的な一実施形態では、データ・オン・デマンドサービスを提供するために、サーバ側においてクライアントにデータを送信する方法は、データファイルを受け取るステップと、時間間隔を特定するステップと、その時間間隔中に各データブロックを表示できるように、時間間隔に基づいてデータファイルを複数のデータブロックに分解するステップと、データファイルを送信するために必要とされるタイムスロットの数を決定するステップと、どのタイムスロット中にデータファイルにアクセスするクライアントであっても、複数のデータブロックを順番に使用できるように、複数のデータブロックのうち少なくとも第１のデータブロックを、そして必要に応じて追加の１つまたはそれ以上のデータブロックを、各タイムスロットに割り当てるステップと、割り当てのステップに基づいて複数のデータブロックを送信するステップとを備える。一実施形態では、分解のステップは、推定データブロックサイズを決定するステップと、チャネルサーバのなかのメモリのクラスタサイズを決定するステップと、推定データブロックサイズおよびクラスタサイズに基づいてデータファイルを分解するステップとを含む。別の一実施形態では、決定のステップは、リソースの割り当ておよび帯域幅の利用可用性を評価するステップを含む。
【０００９】
一実施形態では、この方法は、さらに、複数のデータブロックから１組の先取りデータブロックを選択するステップと、先取りデータ、番組ガイド、コマーシャル、ファームウェアアップデートなどを送信するための専用チャネルによって１組の先取りデータブロックを個々に送信するステップとを備える。代表的な一実施形態では、１組の先取りデータブロックを選択するステップは、（１）帯域幅の減少、専用チャネルでの先取りデータへの帯域幅の割り当て、および遅延時間を決定するステップと、（２）帯域幅の減少、帯域幅の割り当て、および遅延時間に基づいて先取りデータブロックを選択するステップとを含む。
【００１０】
別の一実施形態では、この方法は、さらに、プレビュー要求を受け取るステップと、プレビューを構成するために複数のデータブロックから１組のデータブロックをランダムに選択するステップと、プレビューを表示させるステップとを含む。さらに別の一実施形態では、方法は、さらに、専用チャネルで１組のコマーシャルデータブロックを送信するステップと、１組のコマーシャルデータブロックを所定の時間に表示させるステップとを備える。代表的な一実施形態では、コマーシャルデータブロックは、専用チャネルで連続的に送信される。この実施形態では、１組のコマーシャルデータブロックを表示するステップは、コマーシャル表示の頻度に基づいたユーザによる料金選択を受け取るステップと、ユーザによる選択に基づいて１組のコマーシャルデータブロックを表示させるステップとを含む。
【００１１】
さらに別の一実施形態では、この方法は、さらに、データファイルのパケットヘッダ内の緊急ビットの有無をチェックするステップと、緊急ビットが検出された場合に、専用チャネルにチューニングを合わせて緊急情報を受け取るステップと、緊急情報を表示させるステップとを備える。一実施形態では、この方法は、さらに、緊急情報が関連する領域に関連したものであるか否かを決定するステップと、緊急情報が関連する領域に関連したものである場合に、緊急情報を表示するステップとを備える。
【００１２】
代表的な一実施形態では、データ・オン・デマンドサービスを提供するために、サーバから受信されたデータをクライアント側において処理する方法は、（ａ）第１のタイムスロット中に、データファイルの選択を受け取るステップと、（ｂ）第２のタイムスロット中に、データファイルのうちの少なくとも１つのデータブロックを受け取るステップと、（ｃ）次のタイムスロット中に、まだ受信されていない任意のデータブロックを受信し、そのデータファイルのデータブロックを順番に表示し、データファイルの全データブロックが受信され表示されるまでステップ（ｃ）を繰り返すステップと、を備える。一実施形態では、サーバから受信されたデータを処理するための方法は、クライアント側においてセット・トップ・ボックスによって実施される。
【００１３】
代表的な一実施形態では、データファイルは、一定数のデータブロックに分割され、スケジューリング行列は、そのデータブロックの数に基づいて生成される。スケジューリング行列は、データブロックを送信する送信順序をサーバ側において提供し、クライアントがいつでも順番にデータブロックにアクセスできるようにする。代表的な一実施形態では、データファイルのためのスケジューリング行列を生成する方法は、以下のステップを備える。すなわち、（ａ）あるデータファイルのためのデータブロックの数［ｘ］を受け取るステップと、（ｂ）第１の変数［ｊ］を０に設定するステップと、（ｃ）第２の変数［ｉ］を０に設定するステップと、（ｄ）参照アレイ内のあらゆる入力を消去するステップと、（ｅ）参照アレイがまだデータブロックを含んでいない場合に、行列のなかの［（ｉ，ｊ）モジュロｘ］列の行列位置に格納された少なくとも１つのデータブロックを参照アレイに書き込むステップと、（ｆ）参照アレイがデータブロック［ｉ］を含まない場合に、参照アレイおよび行列の行列位置：［（ｉ，ｊ）モジュロｘ，ｊ］にデータブロック［ｉ］を書き込むステップと、（ｇ）第２の変数［ｉ］を１だけ増分させ、第２の変数［ｉ］がデータブロック［ｘ］の数に等しくなるまでステップ（ｅ）を繰り返すステップと、（ｈ）第１の変数［ｊ］を１だけ増分させ、第１の変数［ｊ］がデータブロック［ｘ］の数に等しくなるまでステップ（ｃ）を繰り返すステップとを備える。一実施形態では、１組のデータファイルのなかのデータファイルごとに、スケジューリング行列が生成され、また、畳み込み方法が適用され、これらのスケジューリング行列に基づいて、この１組のデータファイルを送信するためのデリバリ行列が生成される。
【００１４】
データ・オン・デマンドシステムは、第１組のチャネルサーバと、第１組のチャネルサーバを制御するための中央制御サーバと、第１組のチャネルサーバに結合された第１組のアップコンバータと、第１組のアップコンバータに結合されたコンバイナ／アンプと、伝送媒体を介してデータを伝送するように構成されたコンバイナ／アンプとを備える。代表的な一実施形態では、データ・オン・デマンドシステムは、さらに、システムをモニタするためのチャネルモニタモジュールと、スイッチマトリクスと、第２組のチャネルサーバと、第２組のアップコンバータとを備える。チャネルモニタモジュールは、システム障害が生じた場合に中央制御サーバに報告するように構成される。中央制御サーバは、チャネルモニタモジュールからの報告に応じ、第１組のチャネルサーバのなかで障害のあるチャネルサーバを第２組のチャネルサーバのチャネルサーバで置き換え、第１組のアップコンバータのなかで障害のあるアップコンバータを第２組のアップコンバータで置き換えるように、スイッチマトリクスに対して命令する。
【００１５】
データ・オン・デマンドサービスを提供するための方法は、データファイルのデリバリ行列を計算するステップと、デリバリ行列にしたがってデータファイルを送信し、多数のクライアントがデータファイルをオン・デマンドで見られるようにするステップとを備える。一実施形態では、データファイルはビデオファイルを含む。
【００１６】
【発明の実施形態】
図１Ａは、代表的なＤＯＤシステム１００を、本発明の一実施形態にしたがって示している。この実施形態では、ＤＯＤシステム１００は、ビデオファイルなどのデータファイルをオン・デマンドで提供する。しかしながら、ＤＯＤシステム１００は、ビデオファイルをオン・デマンドで提供することに限定されず、例えばゲームファイルなどの他のデータファイルをオン・デマンドで提供することもできる。ＤＯＤシステム１００は、中央制御サーバ１０２と、中央ストレージ１０３と、複数のチャネルサーバ１０４ａ〜１０４ｎと、複数のアップコンバータ１０６ａ〜１０６ｎと、コンバイナ／アンプ１０８とを含む。中央制御サーバ１０２は、チャネルサーバ１０４を制御する。中央ストレージ１０３は、データファイルをデジタルフォーマットで格納する。代表的な一実施形態では、中央ストレージ１０３に格納されたデータファイルは、ネットワークに接続された例えば中央制御サーバ１０２などの許可されたコンピュータによって、標準的なネットワークインターフェース（例えばイーサネット(商標)接続）を介してアクセスすることができる。各チャネルサーバ１０４は、１つのチャネルに割り当てられ、１つのアップコンバータ１０６に結合される。チャネルサーバ１０４は、中央ストレージ１０３から検索されたデータファイルを、中央制御サーバ１０２からの命令にしたがって提供する。各チャネルサーバ１０４の出力は、対応するアップコンバータ１０６に適した周波数を有し且つ直交振幅変調（ＱＡＭ）によって変調された中間周波数（ＩＦ）信号である。ＱＡＭによって変調されたＩＦ信号は、採用されている標準に依存する。米国において現在採用されている標準は、ＤＯＣＳＩＳ（data-over-cable-systems-interface-specification）標準であり、約４３．７５ＭＨｚのＩＦ周波数を必要とする。アップコンバータ１０６は、チャネルサーバ１０４から受信されたＩＦ信号を高周波信号（ＲＦ信号）に変換する。周波数および帯域幅を含むＲＦ信号は、要求されるチャネルおよび採用されている標準に依存する。例えば、ケーブルテレビチャネル８０のための米国における現行の標準のもとでは、ＲＦ信号は、約５５９．２５ＭＨｚの周波数と約６ＭＨｚの帯域幅とを有する。アップコンバータ１０６の出力は、コンバイナ／アンプ１０８に供給される。コンバイナ／アンプ１０８は、受信されたＲＦ信号を増幅し、調節し、統合し、次いで伝送媒体１１０へと出力する。
【００１７】
代表的な一実施形態では、中央制御サーバ１０２は、サービスプロバイダがドラッグ・アンド・ドロップ動作によってデータデリバリをスケジュールすることを可能にするために、グラフィックユーザインターフェース（図示せず）を含む。さらに、中央制御サーバ１０２は、チャネルサーバ１０４を認証および制御し、デリバリ行列にしたがって開始または停止させる。代表的な一実施形態では、中央制御サーバ１０２は、チャネルを自動的に選択し、選択されたチャネルでデータファイルを伝送するためのデリバリ行列を計算する。中央制御サーバ１０２は、データファイル情報（例えば、継続時間、カテゴリ、等級、および／または短い解説など）の追加と、削除と、更新とを、オフラインで提供する。さらに、中央制御サーバ１０２は、格納されているデータファイルおよびデータベースを更新することによって、中央ストレージ１０３を制御する。
【００１８】
代表的な一実施形態では、既存のケーブルテレビシステム１２０は、クライアントに非ＤＯＤサービスを提供するために、コンバイナ／アンプ１０８に信号を供給し続けることができる。したがって、本発明にしたがったＤＯＤシステム１００は、現行のケーブルテレビサービスに支障を来たさない。
【００１９】
図１Ｂは、ＤＯＤシステム１００の別の代表的な一実施形態を、本発明の一実施形態にしたがって示している。図１Ａに示した素子に加えて、ＤＯＤシステム１００は、スイッチマトリクス１１２と、チャネルモニタモジュール１１４と、１組のバックアップチャネルサーバ１１６ａ〜１１６ｂと、１組のバックアップ・アップコンバータ１１８ａ〜１１８ｂとを含む。一実施形態では、スイッチマトリクス１１２は、アップコンバータ１０６とコンバイナ／アンプ１０８との間に物理的に設けられる。スイッチマトリクス１１２は、中央制御サーバ１０２によって制御される。チャネルモニタモジュール１１４は、ＤＯＤシステム１００の正常性をモニタするための、複数の設定されたセット・トップ・ボックスを備える。それらのセット・トップ・ボックスは、可能性のあるクライアントをシミュレートする。モニタ結果は、チャネルモニタモジュール１１４によって中央制御サーバ１０２に通信される。チャネル障害（すなわち、チャネルサーバ障害、アップコンバータ障害、または通信リンク障害）が生じた場合は、中央制御サーバ１０２は、スイッチマトリクス１１２を通して誤動作コンポーネントを切り離し、正常なバックアップコンポーネント１１６および／または１１８を係合してサービスを再開する。
【００２０】
代表的な一実施形態では、ＤＯＤシステム１００から放送されているデータファイルは、ＭＰＥＧ（motion pictures expert group）ファイルのなかに含まれる。各ＭＰＥＧファイルは、複数のデータブロックと、時間軸に沿ってデータファイルの特定部分に位置する複数のサブブロックとに、動的に分割される。これらのデータブロックおよびサブブロックは、中央制御サーバ１０２によって提供される三次元のデリバリ行列にしたがって、所定の期間中に送信される。フィードバックチャネルは、ＤＯＤシステム１００がＤＯＤサービスを提供するためには必要でない。しかしながら、フィードバックチャネルが使用可能である場合は、フィードバックチャネルは、請求書の作成発行またはインターネットサービスの提供などの他の目的のために使用することができる。
【００２１】
図２は、代表的なチャネルサーバ１０４を、本発明の一実施形態にしたがって示している。チャネルサーバ１０４は、サーバコントローラ２０２と、ＣＰＵ２０４と、ＱＡＭモジュレータ２０６と、ローカルメモリ２０８と、ネットワークインターフェース２１０とを備える。サーバコントローラ２０２は、データファイルをブロックに（そしてさらにサブブロックおよびデータパケットに）分割し、中央制御サーバ１０２によって提供されたデリバリ行列にしたがって伝送するためのデータブロックを選択し、選択されたデータをエンコードし、エンコードされたデータを圧縮し、圧縮されたデータを次いでＱＡＭモジュレータ２０６に送信するように、ＣＰＵ２０４に対して命令することによって、チャネルサーバ１０４の動作全般を制御する。ＱＡＭモジュレータ２０６は、バス（すなわちＰＣＩバスもしくはＣＰＵローカルバス）またはイーサネット(商標)接続を介して伝送されるべきデータを受信する。代表的な一実施形態では、ＱＡＭモジュレータ２０６は、ダウンストリームＱＡＭモジュレータと、前方向誤り訂正デコーダを備えたアップストリーム直交振幅変調／四位相偏移変調（ＱＡＭ／ＱＰＳＫ）バーストデモジュレータと、および／またはアップストリームチューナとを含むことができる。ＱＡＭモジュレータ２０６の出力は、アップコンバータ１０６に直接供給できるＩＦ信号である。
【００２２】
ネットワークインターフェース２１０は、中央制御サーバ１０２からの命令のスケジューリングおよび制御と、中央制御サーバ１０２に対するステータスの折り返し報告と、中央ストレージ１０３からのデータファイルの受信とを実行するために、他のチャネルサーバ１０４および中央制御サーバ１０２にチャネルサーバ１０４を接続する。中央ストレージ１０３から検索されたあらゆるデータファイルは、サーバコントローラ２０２からの命令にしたがってデータファイルが処理されるに先立って、チャネルサーバ１０４のローカルメモリ２０８に格納することができる。代表的な一実施形態では、チャネルサーバ１０４は、ケーブルチャネルの帯域幅（例えば６ＭＨｚ、６．５ＭＨｚ、または８ＭＨｚ）と、ＱＡＭ変調（例えばＱＡＭ６４またはＱＡＭ２５６）と、ＤＯＤデータストリームの圧縮標準／ビットレート（すなわちＭＰＥＧ−１またはＭＰＥＧ−２）とに依存して、１つまたはそれ以上のＤＯＤデータストリームを送信することができる。
【００２３】
図３は、代表的なセット・トップ・ボックス（ＳＴＢ）３００を、本発明の一実施形態にしたがって示している。ＳＴＢ３００は、ＱＡＭモジュレータ３０２と、ＣＰＵ３０４と、条件付きアクセスモジュール３０６（例えばスマートカードシステム）と、ローカルメモリ３０８と、バッファメモリ３０９と、ＳＴＢコントローラ３１０と、デコーダ３１２と、グラフィックオーバーレイモジュール３１４とを備える。ＳＴＢコントローラ３１０は、クライアントからの要求に応じてデータを選択し、選択されたデータをデコードし、デコードされたデータを解凍し、デコードされたデータを再組み立てし、デコードされたデータをローカルメモリ３０８またはバッファメモリ３０９に格納し、格納されたデータをデコーダ３１２に送信するように、ＣＰＵ３０２およびＱＡＭデモジュレータ３０２を制御することによって、ＳＴＢ３００の動作全般を制御する。代表的な一実施形態では、ＳＴＢコントローラ３１０は、伝送媒体１１０から受信されたデータパケットのなかのデータパケットヘッダに基づいて、ＳＴＢ３００の動作全般を制御する。代表的な一実施形態では、ローカルメモリ３０８は不揮発性メモリ（例えばハードドライブ）であり、バッファメモリ３０９は揮発性メモリである。
【００２４】
一実施形態では、ＱＡＭデモジュレータ３０２は、送受信モジュールと、
以下に示すもののうち１以上のものと、を備える。すなわち、プライバシ暗号化／非暗号化モジュール、前方向誤り訂正デコーダ／エンコーダ、チューナ制御、ダウンストリームおよびアップストリームプロセッサ、ＣＰＵ、ならびにメモリインターフェース回路、のうちの１以上のものを備える。ＱＡＭデモジュレータ３０２は、変調されたＩＦ信号を受信し、信号をサンプリングおよび復調してデータを復元する。条件付きアクセスモジュール３０６は、認証後にアクセス権が付与されたときおよび／または適切な料金が支払われたときに、非暗号化のプロセスを許可する。アクセス条件は、サービスプロバイダによって決定される。
【００２５】
代表的な一実施形態では、アクセス権が付与されたときに、デコーダ３１２は、データブロックを出力画面上に表示可能な画像に変換するために、少なくとも１つのデータブロックをデコードする。デコーダ３１２は、再生、停止、一時停止、ステップ、巻き戻し、早送りなどの、加入クライアントからのコマンドをサポートする。
【００２６】
グラフィックオーバーレイモジュール３１４は、表示された画像の質を、例えばアルファ・ブレンディングまたはピクチャ・イン・ピクチャ機能によって向上させる。代表的な一実施形態において、サービスプロバイダが、本発明にしたがったシステムを使用してゲーム・オン・デマンドサービスを提供するときは、グラフィックオーバーレイモジュール３１４は、ゲームプレイモード時にグラフィックを加速させるために使用することができる。
【００２７】
代表的な一実施形態では、データファイルは、全てのケーブルテレビ加入者に対して放送されるが、そのうち適合するＳＴＢ３００を有するＤＯＤ加入者のみが、データ・オン・デマンドサービスをデコードして享受することができる。代表的な一実施形態では、データファイルをオン・デマンドで取得する許可は、条件付きアクセス制御モジュール３０６のなかのスマートカードシステムを介して取得することができる。スマートカードは、サービスプロバイダによって設置された地元の小売店または自動販売機において再充電可能とすることができる。別の代表的な一実施形態では、あらゆる使用可能データファイルに対する無制限のアクセス権が、均一料金システムによって加入者に提供される。
【００２８】
代表的な一実施形態では、データ・オン・デマンドの双方向性は、クライアントがいつでも使用可能データファイルを選択することを可能にする。クライアントが選択ボタンを押したときから選択されたデータファイルが再生を開始されるまでの時間は、応答時間と称される。ＤＯＤサービスを提供するために割り当てられるリソース（例えば帯域幅やサーバ能力）が増大するにつれ、応答時間は短くなる。代表的な一実施形態では、応答時間は、リソースの割り当ておよび所望サービスの質に対する評価に基づいて決定することができる。
【００２９】
代表的な一実施形態では、選択された応答時間は、１タイムスロットの継続時間を決定する。１タイムスロット（ＴＳ）の継続時間は、クライアントが常用速度でデータブロックを再生する時間間隔である。代表的な一実施形態では、ビデオファイルなどのデータファイルは、一定数のデータブロックに分割され、各データブロックが、１タイムスロットの継続時間だけデータファイルの再生をサポートできるようにする。
【００３０】
一実施形態では、各データファイルのデータブロックの数（NUM_OF_BLKS）は、次のように計算することができる。
【００３１】
【式１】

【００３２】
【式２】

【００３３】
【式３】

【００３４】
【式４】

【００３５】
式（１）〜（４）では、Estimated_BLK_Sizeは、（バイト数で表される）推定ブロックサイズであり、DataFile_Sizeは、（バイト数で表される）データファイルサイズであり、TSは、（秒数で表される）１タイムスロットの継続時間であり、DataFile_Lengthは、（秒数で表される）データファイルの継続時間であり、BLK SIZEは、データブロックごとに必要とされるクラスタの数であり、CLUSTER_SIZEは、各チャネルサーバ１０４のローカルメモリ２０８のなかにあるクラスタのサイズであり（例えば６４キロバイトなど）、BLK_SIZE_BYTESは、バイト数で表されるブロックのサイズである。この実施形態では、ブロックの数（NUM_OF_BLKS）は、（バイト数で表される）データファイルのサイズに、バイト数で表されるデータブロックのサイズを加え、そこから１バイトを引き、さらに、バイト数で表されるデータブロックのサイズで割ったものに等しい。式（１）〜（４）は、具体的な一実施形態を示している。当業者ならば認識しているように、１データファイルのデータブロック数を計算するために、他の方法を使用することも可能である。例えば、データファイルを一定数のデータブロックに分割する作業は、主に、チャネルサーバ１０４のローカルメモリ２０８の推定ブロックサイズおよびクラスタサイズの関数である。したがって、本発明は、上述した具体的な実施形態に限定されるべきではない。
【００３６】
図４は、スケジューリング行列を生成する代表的なプロセスを、本発明の一実施形態にしたがって示している。代表的な一実施形態では、本発明は、サーバ側においてデータデリバリを圧縮およびスケジューリングするために、時分割多重方式（ＴＤＭ）および周波数分割多重（ＦＤＭ）を使用する。代表的な一実施形態では、スケジューリング行列は、データファイルごとに生成される。一実施形態では、各データファイルは、一定数のデータブロックに分割され、スケジューリング行列は、そのデータブロックの数に基づいて生成される。一般に、スケジューリング行列は、データファイルのデータブロックをサーバからクライアントへと送信する送信順序を提供する。その結果、任意の時刻にデータファイルにアクセスしようとする任意のクライアントが、順番にデータファイルにアクセスできるようになる。
【００３７】
ステップ４０２では、あるデータファイルのデータブロックの数（ｘ）が受信される。第１の変数ｊが、０に設定される（ステップ４０４）。参照アレイが、クリアされる（ステップ４０６）。参照アレイは、内部管理のためにデータブロックの移動を記録する。次に、ｊとｘが比較される（ステップ４０８）。ｊがｘ未満である場合は、第２の変数ｉが０に設定される（ステップ４１２）。次に、ｉとｘが比較される（ステップ４１４）。ｉがｘ未満である場合は、スケジューリング行列の［（ｉ＋ｊ）ｍｏｄｕｌｏ（ｘ）］列に格納されたデータブロックが、参照アレイに書き込まれる（ステップ４１８）。参照アレイが既にこのようなデータブロックを有している場合は、重複して書き込んではならない。初めは、スケジューリング行列はまだ何の入力も有していないので、このステップは省略することができる。次に、参照アレイは、データブロックｉを含むか否かをチェックされる（ステップ４２０）。初めは、参照アレイのなかの入力は全てステップ４０６で消去されているので、参照行列のなかには何も存在しない。参照アレイがデータブロックｉを含まない場合は、スケジューリング行列の行列位置：[（ｉ＋ｊ）モジュロ（ｘ），ｊ]および参照アレイに、データブロックｉが追加される（ステップ４２２）。データブロックｉがスケジューリング行列および参照アレイに追加された後は、ｉ＝ｉ＋１になるようにｉが１だけ増分され（ステップ４２４）、ステップ４１４でｉ＝ｘになるまで手順が繰り返される。参照アレイがデータブロックｉを含む場合は、ｉ＝ｉ＋１になるようにｉが１だけ増分され（ステップ４２４）、ステップ４１４でｉ＝ｘになるまで手順が繰り返される。ｉ＝ｘである場合は、ｊ＝ｊ＋１になるようにｊが１だけ増分され（ステップ４１６）、ｊ＝ｘになるまでステップ４０６が繰り返される。このプロセス全体は、ｊ＝ｘになったときに終了する（ステップ４１０）。
【００３８】
代表的な一実施形態において、データファイルが６つのデータブロックに分割される（ｘ＝６）場合は、スケジューリング行列および参照アレイは、次のように表される。
【００３９】
【表１】

【００４０】
【表２】

【００４１】
この代表的な一実施形態では、上述したスケジューリング行列に基づいて、データファイルの６つのデータブロックが、以下の順番で送信される。
【００４２】
【表３】

【００４３】
別の代表的な一実施形態では、先読みスケジューリング行列を計算し、予測されるアクセス時間に先立って１データファイルに相当する所定数のデータブロックを送信するために、先読みプロセスを使用することができる。例えば、タイムスロットの番号が４またはそれより大きい任意のタイムスロットに関し、所定の先読み時間が１タイムスロット分の継続時間である場合は、データファイルのデータブロック４（ｂｌｋ４）は、加入クライアントのところにあるＳＴＢ３００によって、ＴＳ３またはそれよりも前に受信されることが望ましいが、このｂｌｋ４は、ＴＳ４まで再生されない。先読みスケジューリング行列を生成するプロセスのステップは、本実施形態での先読みスケジューリング行列が、先読み時間に基づいて早期送信シーケンスをスケジュールするという点を除き、図４に沿って上述したプロセスのステップと実質的に同じである。データファイルが６つのデータブロックに分割されたと仮定すると、先読みスケジューリング行列に基づいた代表的な送信シーケンスは、２タイムスロットの継続時間に相当する先読み時間を有し、次のように表すことができる。
【００４４】
【表４】

【００４５】
１組のデータファイルを送信するための三次元のデリバリ行列は、その１組のデータファイルに含まれる各データファイルのスケジューリング行列に基づいて生成される。三次元のデリバリ行列では、１組のデータファイルのなかの各データファイルのＩＤを含む第３次元が生成される。三次元のデリバリ行列は、各チャネルの有効帯域幅を効率的に利用し、複数のデータストリームを送信するために計算される。代表的な一実施形態では、三次元のデリバリ行列を生成し、１組のデータファイルの効率的な送信をスケジュールするために、当該分野において周知である畳み込み方法が使用される。例えば、畳み込み方法は、以下の方針を含むことができる。すなわち、（１）任意のタイムスロット（ＴＳ）の継続時間中に送信されるデータブロックの総数は、可能な限り少数に抑えられることが望ましい、（２）方針（１）に関して複数の部分解があり得る場合は、任意の参照タイムスロットの継続時間中に送信されるデータブロックと、（参照タイムスロットの）前のタイムスロットの継続時間中に送信されるデータブロックと、（参照タイムスロットの）次のタイムスロットの継続時間中に送信されるデータブロックと、を加算することによって得られるデータブロックの和が最小である解決法が好ましい。例えば、２つの短いデータファイルすなわちＭおよびＮを送信する代表的なシステムが想定され、各データファイルが６つのデータブロックにそれぞれ分割される場合は、スケジューリング行列に基づいた送信シーケンスは、次のとおりである。
【００４６】
【表５】

【００４７】
上述したような代表的な畳み込み方法が適用される場合は、デリバリ行列の組み合わせとして以下の６タイプが可能である。
【００４８】
【表６】

【００４９】
【表７】

【００５０】
【表８】

【００５１】
【表９】

【００５２】
【表１０】

【００５３】
【表１１】

【００５４】
方針（１）を適用すると、オプション２，４，６が、任意のタイムスロットの最中に送信されるデータブロックの最大数が最も小さい（すなわち６データブロックである）。方針（２）を適用すると、代表的な本実施形態において最適なデリバリ行列は、オプション４である。なぜなら、オプション４では、任意の参照タイムスロットのデータブロックと、隣接するタイムスロットのデータブロックとの和が最小（すなわち１６データブロック）であるからである。したがって、本実施形態にとって最適なものとしては、データファイルＮの送信シーケンスは、３タイムスロットによってシフトされることが望ましい。代表的な一実施形態では、三次元のデリバリ行列がチャンネルサーバ１０４ごとに生成される。
【００５５】
各データファイルのデータブロックがデリバリ行列にしたがって送信されるときは、多数の加入クライアントがいつでもデータファイルにアクセスすることができるので、各加入クライアントは、データファイルのなかの適切なデータブロックを適宜に利用することが可能である。上述した実施例において、１タイムスロットの継続時間が５秒間に等しいと仮定すると、ＤＯＤシステム１００は、データファイルＭ，Ｎのデータブロックを、最適なデリバリ行列にしたがって以下の方法で送信する（すなわちデータファイルＮの配信シーケンスを３タイムスロットによってシフトさせる）。
【００５６】
【表１２】

【００５７】
クライアントＡが、時刻００：００：００において映画Ｍを選択する場合は、クライアントＡにおけるＳＴＢ３００は、データブロックの受信、格納、再生、および拒否を次のように行う。
【００５８】
【表１３】

【００５９】
クライアントＢが、時刻００：００：１０において映画Ｍを選択する場合は、クライアントＢにおけるＳＴＢ３００は、データブロックの受信、格納、再生、および拒否を次のように行う。
【００６０】
【表１４】

【００６１】
クライアントＣが、時刻００：００：１５において映画Ｍを選択する場合は、クライアントＣにおけるＳＴＢ３００は、データブロックの受信、格納、再生、および拒否を次のように行う。
【００６２】
【表１５】

【００６３】
クライアントＤが、時刻００：００：３０において映画Ｍを選択する場合は、クライアントＤにおけるＳＴＢ３００は、データブロックの受信、格納、再生、および拒否を次のように行う。
【００６４】
【表１６】

【００６５】
上述した実施例で示したように、サービスプロバイダによって提供される任意のデータファイルの選択および再生開始は、クライアントの組み合わせがどのようであっても、常に独立して行うことができる。
【００６６】
一般動作
サービスプロバイダは、放送に先立って一定数のデータファイル（例えばビデオファイル）をチャネルサーバ１０４に送信するようにスケジュールすることができる。中央制御サーバ１０２は、三次元のデリバリ行列（ＩＤ、タイムスロット、およびデータブロック送信順序）を計算してチャネルサーバ１０４に送信する。放送中に、チャネルサーバ１０４は、適切なデータブロックを適切な順序で送信するように三次元デリバリ行列を指導する。各データファイルは、複数のデータブロックに分割されるので、多数の加入クライアントのそれぞれが、いつでも連続的に且つ順番にデータファイルを見始めることができる。データファイルの１データブロックのサイズは、選択された１タイムスロットの継続時間と、データファイルのデータストリームのビットレートとに依存する。例えば、ビットレートが一定のＭＰＥＧデータストリームでは、各データブロックは、ブロックサイズ（メガバイト）＝ビットレート（メガバイト毎秒）×ＴＳ（秒）／８…式（１）で表される固定サイズを有する。
【００６７】
代表的な一実施形態では、データブロックのサイズは、チャネルサーバ１０４のローカルメモリ２０８のなかのメモリクラスタサイズの数倍のサイズであって、データブロックのサイズを超える最小のサイズになるように調整される。例えば、上述した式（１）にしたがって計算されたデータブロックの長さが７２０キロバイトであり、ローカルメモリ２０８のクラスタサイズが６４キロバイトである場合は、得られるデータブロックの長さは７６８キロバイトであることが望ましい。本実施形態では、データブロックは、クラスタサイズと同じサイズをそれぞれ有した複数のサブブロックにさらに分割されることが望ましい。本実施例では、データブロックは、６４キロバイトのサブブロックを１２だけ有する。
【００６８】
サブブロックは、さらにデータパケットに分割することができる。各データパケットは、パケットヘッダとパケットデータとを含む。パケットデータの長さは、各チャネルサーバのＣＰＵによるデータの送信先である物理的階層の最大伝送単位（ＭＴＵ）に依存する。好ましい実施形態では、パケットヘッダおよびパケットデータの合計サイズは、ＭＴＵ未満であることが望ましい。しかしながら、最大限の効率を得るためには、パケットデータの長さはできるだけ長いことが望ましい。
【００６９】
代表的な一実施形態では、パケットヘッダのなかのデータは、以下のことを加入クライアントのＳＴＢ３００に対して許可する情報（例えば、プロトコル署名、ヴァージョン、ＩＤ、またはパケットタイプ情報など）を含む。すなわち、ＳＴＢ３００に対して、任意の受信データをデコードして、データパケットが選択データファイルに属するか否かを決定することを許可する情報である。パケットヘッダは、また、ブロック／サブブロック／パケット番号、パケット長さ、サブブロックのなかでの巡回冗長検査（ＣＲＣ）およびオフセット、および／またはエンコード情報などの、他の情報を含むこともできる。
【００７０】
チャネルサーバ１０４によって受信されたデータパケットは、ＱＡＭモジュレータ２０６に送信され、ＱＡＭ変調されたＩＦ出力信号を生成するために別のヘッダを追加される。ＱＡＭモジュレータ２０６のために出力される最大ビットレートは、使用可能な帯域幅に依存する。例えば、６ＭＨｚの帯域幅を有したＱＡＭモジュレータ２０６の場合は、最大ビットレートは５．０５（ビット／シンボル）×６（ＭＨｚ）＝３０．３メガビット／秒である。
【００７１】
ＱＡＭ変調されたＩＦ信号は、特定のチャネルに適したＲＦ信号（例えばＣＡＴＶチャネル８０の場合は５５９．２５０ＭＨｚおよび６ＭＨｚの帯域幅）に変換されるために、アップコンバータ１０６に送信される。例えば、ケーブルネットワークが高い帯域幅（またはビットレート）を有する場合は、各チャネルは、仮想サブチャネルをそれぞれ占有する２つ以上のデータストリームを提供するために使用することができる。例えば、３つのＭＰＥＧ１データストリームが、ＱＡＭ変調の使用によって６ＭＨｚチャネルに適合される。アップコンバータ１０６の出力は、統合された信号を伝送媒体１１０に送信するコンバイナ／アンプ１０８に供給される。
【００７２】
代表的な一実施形態では、「Ｎ」個のデータストリームを伝送するためのシステム帯域幅（ＢＷ）の合計は、ＢＷ＝Ｎ×ｂｗであり、ｂｗは、データストリームごとに必要とされる帯域幅である。例えば、各ＭＰＥＧ−１データストリームは、９メガビット／秒のシステム帯域幅を占めるので、３つのＭＰＥＧ−１データストリームは、３０．３メガビット／秒のシステム帯域幅を有したＤＯＣＳＩＳケーブルチャネルによって、同時に伝送することができる。
【００７３】
一般に、帯域幅は、ＤＯＤサービスに実際にアクセスしている加入クライアントの数に無関係に消費される。したがって、ＤＯＤサービスを使用している加入クライアントがいない場合でも、システムのオン・デマンド能力を保証するためには、やはり帯域幅が消費される。
【００７４】
代表的な一実施形態では、全システム帯域幅（ＢＷ）は、各データファイルのうちいくつかのデータブロックを先取りすることによって減少させることができる。先取りデータブロックは、個々の専用チャネルで連続的に送信される。一実施形態では、１データファイルのための先取りデータブロックは、グループで順次に送信される。残りのデータブロックを送るために必要とされる全システム帯域幅（ＢＷ）は、先取りデータブロックを送信することによって減少される。個別のチャネルで送信される先取りデータブロックとして望ましい数が決定された後は、これらの先取りデータブロックが他のデータブロックとともに再度送信されることがないように、残りのデータブロックを送信するためのスケジュールが調整されることが望ましい。
【００７５】
例えば、データファイルが６つのデータブロックに分割された上述した代表的なスケジューリング行列は、第１のデータブロック「ｂ０」と第２のデータブロック「ｂ１」の両方が先取りデータブロックである場合に、残りのデータブロック（ｂ２〜ｂ５）のために次のように変更されることが望ましい。
【００７６】
【表１７】

【００７７】
上述した実施例において、ｂ０が唯一の先取りデータブロックである場合は、データファイルの残りのデータブロック（ｂ１〜ｂ５）を送信するための全帯域幅は、３７．５％だけ減少される（すなわち合計１６のデータブロックのうち６つのデータブロックが除去される）。次に、データブロック「ｂ１」もまた先取りデータブロックである場合は、残りのデータブロック（ｂ２〜ｂ５）を送信するための帯域幅は、さらに追加で１２．５％だけ減少される。したがって、ｂ１を先取りするために追加で減少される帯域幅は、ｂ０を先取りするためのそれほど大きくない。追加で減少される帯域幅は、先取りされるデータが増えるにつれて減退するので、各データファイルの先取りデータブロックとして最適な数は、所望の帯域幅の減少に基づいて決定することができる。代表的な一実施形態では、１データファイルのうちｘからｙまでのデータブロックを先取りすることによって節約される帯域幅が、次の式によって見積もられる。
【００７８】
【式５】

【００７９】
また、先取りされるデータブロックの数が増大するにつれ、先取りの遅延時間も増大する。先取り遅延時間は、各データファイルの１データブロックのサイズと、各データファイルから先取りされるデータブロックの数と、送信されるデータファイルの数と、専用チャネルに割り当てられる先取り帯域幅とに基づいて決定される。代表的な一実施形態では、各データファイルの全ての先取りデータブロックが、順番に且つ連続して１タイムスロットごとに１データブロックずつ専用チャネルで送信される。当業者ならば、先取りデータブロックの数が増大するにつれ、先取りの遅延時間も長くなることがわかる。したがって、各データファイルの先取りデータブロックとして最適な数を決定する際は、許容可能な先取り遅延時間を考慮に入れることが望ましい。
【００８０】
例えば、データファイルＭ，Ｎのデータブロックｂ０，ｂ１が専用チャネルで先取りされる場合は、これらの先取りデータブロックは、次の方式で送信することができる。
【００８１】
【表１８】

【００８２】
代表的な一実施形態において、所定の先取り帯域幅：ＰＲＦ＿ＢＷ（メガバイト／秒）が割り当てられると仮定すると、先取り遅延時間は、次式：先取り遅延時間＝［データブロックのサイズ（メガバイト）×先取りされるデータブロックの数×（送信されるデータファイルの数＋１）×８］／ＰＲＦ＿ＢＷ（メガバイト／秒）にしたがって計算することができる。
【００８３】
代表的な一実施形態では、送信される全データファイルの先取りデータブロックを一通り送信するために必要とされる時間である先取りサイクル時間（ＰＲＦ＿ＴＩＭＥ）が、次式：先取りサイクル時間＝［データブロックのサイズ（メガバイト）×先取りされるデータブロックの数×（送信されるデータファイルの数＋１）×８］／ＰＲＦ＿ＢＷ（メガバイト／秒）にしたがって計算することができる。
【００８４】
一実施形態では、先取り遅延時間を減少させるために、新しいデータファイルの先取りデータブロックが、古いデータファイル（例えば所定の時間のあいだ連続的に送信されたデータファイル）のなかの先取りデータブロックよりも頻繁に送信される。例えば、Ｍが古いデータファイルであってＮが新しいデータファイルである場合は、先取りデータブロックは、次の方式で送信される。
【００８５】
【表１９】

【００８６】
ＳＴＢ３００は、いったんオンに調整されると、ＳＴＢ３００のローカルメモリ３０８に格納された番組ガイドの受信および更新を連続的に行う。代表的な一実施形態では、ＳＴＢ３００は、最新の番組ガイドを含むデータファイル情報をＴＶ画面上に表示する。ビデオファイル情報などのデータファイル情報は、映画のＩＤ、映画のタイトル、（複数言語での）説明、カテゴリ（例えばアクションやキッズなど）、格付け（例えばＲ指定やＰＧ１３指定など）、ケーブル会社の方針（例えば値段や無料試聴期間など）、申し込み期間、映画のポスタ、および映画の予告などを含むことができる。代表的な一実施形態では、データファイル情報は、ファームウェアアップデート、コマーシャル、および／または緊急情報のために予約されたチャネルなどの専用チャネルを介して送信される。別の代表的な一実施形態では、情報は、他のデータストリームとの共有の物理的チャネルによって送信される。代表的な一実施形態では、ＳＴＢ３００は、どのデータファイルも再生していない期間は、専用チャネルに調整され、まだ受信されていない先取りデータブロックを、いつでも受信し更新できる状態にある。
【００８７】
代表的な一実施形態では、プレビューは、データファイルのデータストリームのなかでランダムに選択されたデータブロックから構成される。したがって、同じデータファイルのプレビューを複数回選択する場合でも、ユーザが同じプレビューを見る可能性は小さい。ランダムに構成されたプレビューの利点は、ＤＯＤシステム１００が、所定のプレビュー番組を放送するための帯域幅を余分に必要としないという点にある。代わりに、ＤＯＤシステム１００は、あるデータファイルのプレビューを見ることをユーザが要求した後に、そのデータファイルの通常データストリームのなかのデータブロックをランダムに選択する。好ましい一実施形態では、どのプレビューの一部を構成することもできないデータブロックが存在する。例えば、データファイルによって映画が供給される場合は、映画の後半部分は、ランダムに選択されるプレビューの一部を構成しないことが望ましい。
【００８８】
加入クライアントは、テレビ画面上に表示されたカテゴリによってアレンジされた、使用可能データファイルのリストを見ることができる。クライアントが使用可能データファイルの１つを選択すると、ＳＴＢ３００は、そのデータファイルのデータパケットの受信を開始するために、ハードウェアを制御し、対応する物理的チャネルおよび／または仮想サブチャネルに合わせる。ＳＴＢ３００は、あらゆるデータパケットヘッダを検査し、データパケットのなかのデータをデコードし、受信されたデータパケットを保存することが望ましいか否かを決定する。ＳＴＢ３００が、データパケットの保存を望ましくないと決定した場合は、そのデータパケットは廃棄される。そうでない場合は、データパケットは、後の検索に備えてローカルメモリ３０８のなかに保存されるか、あるいは、デコーダ３１２に送信されるまでのあいだバッファメモリ３０９のなかに一時的に格納される。
【００８９】
ローカルメモリ３０８に対する頻繁な読み出し／書き込みを回避することによって性能効率を向上させるため、代表的な一実施形態でのＳＴＢ３００は、メモリバッファ３０９のなかの予測されるデータブロックをいつでもロックできる「スライディング・ウィンドウ」予測技術を使用する。予測ウィンドウのなかでヒットが生じた場合は、データブロックは、メモリバッファ３０９から出てそのままデコーダ３１２へと伝送される。予測ミスが生じた場合は、データブロックは、メモリバッファ３０９からデコーダ３１２へと伝送される前に、ローカルメモリ３０８からメモリバッファ３０９へと読み込まれる。
【００９０】
代表的な一実施形態では、ＳＴＢ３００は、一時停止、スローモーション再生、巻き戻し、ズーム、およびシングルステップのためのボタンを含んだ、赤外線（ＩＲ）リモコン装置ボタン、ＩＲキーボード、またはプロントパネル押しボタンを介して、加入クライアントのコマンドに応じる。代表的な一実施形態では、加入クライアントが所定期間のあいだ何のアクションも入力しなかった場合は、スケジュールされたコマーシャルが自動的に再生される。スケジュールされたコマーシャルは、加入クライアントがアクションを提供したとき（例えばリモコン装置のボタンを押したとき）に自動的に停止する。別の代表的な一実施形態では、ＳＴＢ３００は、ビデオの再生中にコマーシャルを自動的に挿入することができる。サービスプロバイダ（例えばケーブル会社）は、再生中のビデオにどれくらいの頻度でコマーシャルを割り込ませるかを規定する、価格の設定方針を準備することができる。
【００９１】
代表的な一実施形態では、ＤＯＤシステム１００を使用しているケーブル会社は、コマーシャルの割り込み回数に基づいて価格表を用意することができる。一実施形態では、コマーシャル用のデータブロックは、番組表、緊急ビット、および任意のファームウェアアップデートをも放送する専用チャネルを介して連続的に放送される。ユーザは、そのような価格表から、価格とコマーシャルとの許容バランスを選ぶことができる。代表的な一実施形態では、ＤＯＤシステム１００は、ユーザが選択した価格計画に基づいて所定の時間間隔による自動的なコマーシャルデータブロックの挿入を許容する内部クロックを維持することによって、そのユーザの選択を実現する。
【００９２】
データパケットヘッダのなかに緊急情報ビットが発見された場合は、ＳＴＢ３００は、あらゆるデータ受信動作を一時停止し、データファイル情報の受信用に用意されているチャネルに合わせるようにハードウェアを制御することによって、出力画面上に表示すべきあらゆる緊急情報を取得してデコードする。代表的な一実施形態では、ＳＴＢ３００がアイドルであるときは、ＳＴＢ３００は、データファイル情報の受信用に用意されたチャネルに合わされており、あらゆる緊急情報を遅滞なく受信し表示する用意が常に整っている。
【００９３】
一実施形態では、ＳＴＢ３００がアイドル状態であるとき（例えばユーザがシステムを使用していないとき）は、アラームが発せられ、出力デバイスをオンにして緊急情報を見るようにユーザに警告する。別の一実施形態では、ＳＴＢ３００は、地域ごとに緊急情報を区別することができる。例えば、無関係な地域に関する緊急情報が、再生中のデータファイルに割り込んだり、あるいはアラームをトリガしたりすることはない。反対に、既存のシステムでは、緊急情報を送信するために、ケーブル会社が手動で放送に割り込む必要がある。
【００９４】
上述した実施例は、本発明による特定の代表的な実施形態を示したものであり、当業者ならば、これらをもとにして変更形態および代替形態を考え付くことが可能である。したがって、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されるのではなく、添付した特許請求の範囲によって規定されることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】代表的なＤＯＤシステムを、本発明の一実施形態にしたがって示した図である。
【図１Ｂ】代表的なＤＯＤシステムを、本発明の別の一実施形態にしたがって示した図である。
【図２】代表的なチャネルサーバを、本発明の一実施形態にしたがって示した図である。
【図３】代表的なセット・トップ・ボックスを、本発明の一実施形態にしたがって示した図である。
【図４】スケジューリング行列を生成する代表的なプロセスを、本発明の一実施形態にしたがって示した図である。
【符号の説明】
１００…ＤＯＤシステム
１０２…中央制御サーバ
１０３…中央ストレージ
１０４ａ〜１０４ｎ…チャネルサーバ
１０６ａ〜１０６ｎ…アップコンバータ
１０８…コンバイナ／アンプ
１１０…伝送媒体
１１２…スイッチマトリクス
１１４…チャネルモニタモジュール
１１６ａ〜１１６ｂ…バックアップチャネルサーバ
１１８ａ〜１１８ｂ…バックアップコンバータ
１２０…ケーブルテレビシステム
２０２…サーバコントローラ
２０４…ＣＰＵ
２０６…ＱＡＭモジュレータ
２０８…ローカルメモリ
２１０…ネットワークインターフェース
３００…セット・トップ・ボックス（ＳＴＢ）
３０２…ＱＡＭモジュレータ
３０４…ＣＰＵ
３０６…条件付きアクセスモジュール
３０８…ローカルメモリ
３０９…バッファメモリ
３１０…ＳＴＢコントローラ
３１２…デコーダ
３１４…グラフィックオーバーレイモジュール[0001]
BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention generally relates to data on demand systems. The present invention particularly relates to a video-on-demand system.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
A video on demand (VOD) system is a type of data on demand (DOD) system. In a VOD system, video data files are provided on demand to one or more clients by a server or network of servers.
[0003]
In the conventional VOD architecture, a server or a network of servers communicates with clients in a standard hierarchical client-server model scheme. For example, the client sends a data file (eg, video data file) request to the server. In response to a request from the client, the server transmits the requested data file to the client. In the standard client-server model, data file requests from clients can be fulfilled by one or more servers. The client may have the ability to store any received data file locally in non-volatile memory for later use. The standard client / server model requires a two-way communication infrastructure. Because existing cables can only provide unidirectional communication, current bidirectional communication requires the construction of a new infrastructure. Examples of bi-directional communication infrastructures include optical fiber and coaxial cable combination (HFC) or any fiber infrastructure. Replacing existing cables is very expensive and most users cannot enjoy the services obtained in this way.
[0004]
The standard client-server model is also subject to many constraints when a service provider (eg, cable company) attempts to provide VOD service to a large number of clients. One of the constraints that the standard client-server model suffers is that service providers need to build a mechanism that listens for and fulfills all requests originating from each client in the network, thus enabling services The number of acceptable clients depends on the capacity of such a mechanism. One mechanism uses a massively parallel computer with a large and fast disk array as a local server. However, even the fastest existing local server can only deliver a video data stream to about 1,000 to 2,000 clients at a time. Therefore, in order to serve more clients, the number of local servers must be increased. As the number of local servers increases, more host servers are required to maintain control of the local servers.
[0005]
Another limitation of the standard client-server model is that each client requires its own bandwidth. Thus, the total bandwidth required is directly proportional to the number of subscribed clients. In order to improve the bandwidth constraint, the cache memory in the local server has been used so far. However, since the cache memory itself is limited, the use of the cache memory does not solve the problem.
[0006]
In order to make video on demand more enjoyable by clients, existing service providers are increasing the ratio of clients per local server beyond the capabilities of the local server. In general, a local server that can provide services to 1,000 clients actually undertakes services for 10,000 clients. This technique may work if most of the subscribed clients do not order video at the same time. However, this technique is prone to failure. This is because most clients want to watch the video at the same time (for example, at night or on weekends), which leads to overloading of the local server.
[0007]
Accordingly, it would be desirable to provide a system that can provide on-demand services to a large number of clients through virtually any transmission medium without replacing existing infrastructure.
[0008]
Summary of the Invention
In an exemplary embodiment, a method for transmitting data to a client on a server side to provide a data-on-demand service includes receiving a data file, identifying a time interval, and the time interval. Decomposing the data file into a plurality of data blocks based on the time interval so that each data block can be displayed therein; determining the number of time slots required to transmit the data file; At least the first data block of the plurality of data blocks, and an additional one if necessary, so that a client accessing the data file during any time slot can use the plurality of data blocks sequentially. One or more data blocks are allocated to each time slot Comprising the steps ether, and transmitting a plurality of data blocks based on the allocation step. In one embodiment, the decomposition step includes determining an estimated data block size, determining a cluster size of memory in the channel server, and decomposing the data file based on the estimated data block size and the cluster size. Steps. In another embodiment, the determining step includes evaluating resource allocation and bandwidth utilization availability.
[0009]
In one embodiment, the method further includes selecting a set of prefetch data blocks from the plurality of data blocks and a set of dedicated channels for transmitting prefetch data, program guides, commercials, firmware updates, and the like. Transmitting the prefetched data blocks individually. In one exemplary embodiment, selecting a set of prefetched data blocks includes (1) determining bandwidth reduction, allocation of bandwidth to prefetched data on a dedicated channel, and delay time; (2) selecting a prefetch data block based on bandwidth reduction, bandwidth allocation, and delay time.
[0010]
In another embodiment, the method further includes receiving a preview request, randomly selecting a set of data blocks from the plurality of data blocks to compose the preview, and displaying a preview. including. In yet another embodiment, the method further comprises transmitting a set of commercial data blocks on a dedicated channel and displaying the set of commercial data blocks at a predetermined time. In an exemplary embodiment, commercial data blocks are continuously transmitted on a dedicated channel. In this embodiment, the step of displaying the set of commercial data blocks includes receiving a fee selection by the user based on the frequency of commercial display, and displaying the set of commercial data block based on the selection by the user; including.
[0011]
In yet another embodiment, the method further includes the step of checking for the presence of an urgent bit in the packet header of the data file and, if an urgent bit is detected, tunes the dedicated channel to provide urgent information. Receiving, and displaying emergency information. In one embodiment, the method further includes determining whether the emergency information is associated with an associated area, and if the emergency information is associated with an associated area, Displaying.
[0012]
In an exemplary embodiment, a method for processing data received from a server at a client side to provide a data-on-demand service includes: (a) selecting a data file during a first time slot; (B) receiving at least one data block of the data file during the second time slot; and (c) any data block not yet received during the next time slot. And sequentially displaying the data blocks of the data file, and repeating step (c) until all the data blocks of the data file are received and displayed. In one embodiment, the method for processing data received from the server is implemented at the client side by a set top box.
[0013]
In one exemplary embodiment, the data file is divided into a fixed number of data blocks and a scheduling matrix is generated based on the number of data blocks. The scheduling matrix provides a transmission order on the server side for transmitting data blocks so that the client can access the data blocks in order at any time. In an exemplary embodiment, a method for generating a scheduling matrix for a data file comprises the following steps. That is, (a) receiving the number of data blocks [x] for a data file, (b) setting the first variable [j] to 0, and (c) the second variable [i] ] To 0, (d) erasing any input in the reference array, and (e) [(i, j) in the matrix if the reference array does not yet contain a data block. Writing at least one data block stored in the matrix position of the modulo x] column to the reference array; and (f) the matrix position of the reference array and matrix if the reference array does not include the data block [i]: [ (I, j) writing data block [i] to modulo x, j], (g) incrementing second variable [i] by 1, and second variable [i] becomes data block [x]. Etc. to the number of Step (e) is repeated until the first variable [j] is incremented by 1 and (h) the first variable [j] is incremented by 1 until the first variable [j] is equal to the number of data blocks [x]. ). In one embodiment, a scheduling matrix is generated for each data file in the set of data files, and a convolution method is applied to transmit the set of data files based on these scheduling matrices. A delivery matrix is generated.
[0014]
The data-on-demand system includes a first set of channel servers, a central control server for controlling the first set of channel servers, a first set of upconverters coupled to the first set of channel servers, A combiner / amplifier coupled to the first set of upconverters and a combiner / amplifier configured to transmit data via the transmission medium. In an exemplary embodiment, the data on demand system further comprises a channel monitor module for monitoring the system, a switch matrix, a second set of channel servers, and a second set of upconverters. . The channel monitor module is configured to report to the central control server when a system failure occurs. In response to the report from the channel monitor module, the central control server replaces the faulty channel server in the first set of channel servers with the channel server of the second set of channel servers, and in the first set of upconverters. Command the switch matrix to replace the faulty upconverter with a second set of upconverters.
[0015]
A method for providing a data-on-demand service includes the steps of calculating a delivery matrix for a data file and sending the data file according to the delivery matrix so that many clients can view the data file on demand. And a step of performing. In one embodiment, the data file includes a video file.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A illustrates an exemplary DOD system 100 in accordance with one embodiment of the present invention. In this embodiment, the DOD system 100 provides data files such as video files on demand. However, the DOD system 100 is not limited to providing video files on demand, and can also provide other data files such as game files on demand. The DOD system 100 includes a central control server 102, a central storage 103, a plurality of channel servers 104a to 104n, a plurality of upconverters 106a to 106n, and a combiner / amplifier 108. The central control server 102 controls the channel server 104. The central storage 103 stores the data file in a digital format. In an exemplary embodiment, the data files stored in the central storage 103 are stored in a standard network interface (eg, Ethernet ™ connection) by an authorized computer, such as the central control server 102, connected to the network. Can be accessed through. Each channel server 104 is assigned to one channel and is coupled to one upconverter 106. The channel server 104 provides the data file retrieved from the central storage 103 in accordance with a command from the central control server 102. The output of each channel server 104 is an intermediate frequency (IF) signal having a frequency suitable for the corresponding upconverter 106 and modulated by quadrature amplitude modulation (QAM). The IF signal modulated by QAM depends on the standard adopted. The standard currently employed in the United States is the DOCSIS (data-over-cable-systems-interface-specification) standard, which requires an IF frequency of about 43.75 MHz. The up-converter 106 converts the IF signal received from the channel server 104 into a high frequency signal (RF signal). The RF signal, including frequency and bandwidth, depends on the required channel and the standard being adopted. For example, under current standards in the United States for cable television channel 80, the RF signal has a frequency of about 559.25 MHz and a bandwidth of about 6 MHz. The output of the upconverter 106 is supplied to a combiner / amplifier 108. Combiner / amplifier 108 amplifies, conditions, integrates the received RF signal and then outputs it to transmission medium 110.
[0017]
In an exemplary embodiment, the central control server 102 includes a graphical user interface (not shown) to allow service providers to schedule data delivery by drag and drop operations. Further, the central control server 102 authenticates and controls the channel server 104 and starts or stops according to the delivery matrix. In an exemplary embodiment, the central control server 102 automatically selects a channel and calculates a delivery matrix for transmitting the data file on the selected channel. The central control server 102 provides offline additions, deletions, and updates of data file information (eg, duration, category, grade, and / or short commentary). Further, the central control server 102 controls the central storage 103 by updating stored data files and databases.
[0018]
In an exemplary embodiment, existing cable television system 120 may continue to provide signals to combiner / amplifier 108 to provide non-DOD services to clients. Therefore, the DOD system 100 according to the present invention does not interfere with the current cable television service.
[0019]
FIG. 1B illustrates another exemplary embodiment of the DOD system 100 in accordance with an embodiment of the present invention. In addition to the elements shown in FIG. 1A, the DOD system 100 includes a switch matrix 112, a channel monitor module 114, a set of backup channel servers 116a-116b, and a set of backup upconverters 118a-118b. . In one embodiment, switch matrix 112 is physically provided between upconverter 106 and combiner / amplifier 108. The switch matrix 112 is controlled by the central control server 102. The channel monitor module 114 includes a plurality of configured set top boxes for monitoring the health of the DOD system 100. Those set top boxes simulate potential clients. The monitoring result is communicated to the central control server 102 by the channel monitor module 114. In the event of a channel failure (ie, channel server failure, upconverter failure, or communication link failure), the central control server 102 isolates the malfunctioning component through the switch matrix 112 and engages the normal backup components 116 and / or 118. And restart the service.
[0020]
In an exemplary embodiment, the data file broadcast from the DOD system 100 is included in a motion pictures expert group (MPEG) file. Each MPEG file is dynamically divided into a plurality of data blocks and a plurality of sub-blocks located in a specific portion of the data file along the time axis. These data blocks and sub-blocks are transmitted during a predetermined period according to a three-dimensional delivery matrix provided by the central control server 102. The feedback channel is not necessary for the DOD system 100 to provide the DOD service. However, if a feedback channel is available, it can be used for other purposes, such as billing and issuing or providing Internet services.
[0021]
FIG. 2 illustrates an exemplary channel server 104 according to one embodiment of the present invention. The channel server 104 includes a server controller 202, a CPU 204, a QAM modulator 206, a local memory 208, and a network interface 210. Server controller 202 divides the data file into blocks (and further into sub-blocks and data packets), selects data blocks for transmission according to the delivery matrix provided by central control server 102, and selects the selected data. The overall operation of the channel server 104 is controlled by instructing the CPU 204 to encode, compress the encoded data, and then send the compressed data to the QAM modulator 206. The QAM modulator 206 receives data to be transmitted via a bus (ie, PCI bus or CPU local bus) or Ethernet ™ connection. In one exemplary embodiment, the QAM modulator 206 includes a downstream QAM modulator, an upstream quadrature amplitude modulation / quadrature phase shift keying (QAM / QPSK) burst demodulator with a forward error correction decoder, and / or Or an upstream tuner. The output of the QAM modulator 206 is an IF signal that can be supplied directly to the upconverter 106.
[0022]
The network interface 210 performs scheduling and control of instructions from the central control server 102, status return reports to the central control server 102, and reception of data files from the central storage 103 to other channel servers 104. The channel server 104 is connected to the central control server 102. Any data file retrieved from the central storage 103 can be stored in the local memory 208 of the channel server 104 prior to the data file being processed according to instructions from the server controller 202. In an exemplary embodiment, the channel server 104 includes the cable channel bandwidth (eg, 6 MHz, 6.5 MHz, or 8 MHz), QAM modulation (eg, QAM64 or QAM256), and the compression standard / bit rate of the DOD data stream. Depending on (ie MPEG-1 or MPEG-2), one or more DOD data streams can be transmitted.
[0023]
FIG. 3 illustrates an exemplary set top box (STB) 300 in accordance with one embodiment of the present invention. The STB 300 includes a QAM modulator 302, a CPU 304, a conditional access module 306 (for example, a smart card system), a local memory 308, a buffer memory 309, an STB controller 310, a decoder 312 and a graphic overlay module 314. . The STB controller 310 selects data in response to a request from the client, decodes the selected data, decompresses the decoded data, reassembles the decoded data, and stores the decoded data in the local memory 308. Alternatively, the overall operation of the STB 300 is controlled by controlling the CPU 302 and the QAM demodulator 302 so as to be stored in the buffer memory 309 and to transmit the stored data to the decoder 312. In an exemplary embodiment, the STB controller 310 controls the overall operation of the STB 300 based on data packet headers in data packets received from the transmission medium 110. In an exemplary embodiment, local memory 308 is non-volatile memory (eg, hard drive) and buffer memory 309 is volatile memory.
[0024]
In one embodiment, the QAM demodulator 302 includes a transceiver module;
One or more of the following. That is, it comprises one or more of a privacy encryption / non-encryption module, forward error correction decoder / encoder, tuner control, downstream and upstream processors, CPU, and memory interface circuit. The QAM demodulator 302 receives the modulated IF signal and samples and demodulates the signal to recover the data. Conditional access module 306 allows an unencrypted process when access is granted after authentication and / or when an appropriate fee is paid. Access conditions are determined by the service provider.
[0025]
In an exemplary embodiment, when access rights are granted, the decoder 312 decodes at least one data block to convert the data block into an image that can be displayed on the output screen. The decoder 312 supports commands from subscribing clients such as play, stop, pause, step, rewind, fast forward, etc.
[0026]
The graphic overlay module 314 improves the quality of the displayed image, for example by alpha blending or picture-in-picture functionality. In an exemplary embodiment, when a service provider provides a game-on-demand service using a system according to the present invention, the graphics overlay module 314 is used to accelerate graphics during game play mode. Can be used.
[0027]
In one exemplary embodiment, the data file is broadcast to all cable TV subscribers, but only DOD subscribers with matching STB 300 will decode and enjoy the data-on-demand service. be able to. In one exemplary embodiment, permission to obtain data files on demand can be obtained via a smart card system in the conditional access control module 306. The smart card can be rechargeable at a local retail store or vending machine installed by the service provider. In another exemplary embodiment, unlimited access to any available data file is provided to the subscriber by a flat fee system.
[0028]
In one exemplary embodiment, data on demand interactivity allows the client to select an available data file at any time. The time from when the client presses the selection button until the selected data file starts to be played is called response time. As resources allocated to provide a DOD service (eg, bandwidth and server capabilities) increase, the response time decreases. In an exemplary embodiment, the response time can be determined based on an assessment of resource allocation and desired quality of service.
[0029]
In an exemplary embodiment, the selected response time determines the duration of one time slot. The duration of one time slot (TS) is a time interval at which the client reproduces the data block at the normal speed. In an exemplary embodiment, a data file, such as a video file, is divided into a fixed number of data blocks so that each data block can support playback of the data file for a duration of one time slot.
[0030]
In one embodiment, the number of data blocks (NUM_OF_BLKS) for each data file can be calculated as follows.
[0031]
[Formula 1]

[0032]
[Formula 2]

[0033]
[Formula 3]

[0034]
[Formula 4]

[0035]
In equations (1)-(4), Estimated_BLK_Size is the estimated block size (expressed in bytes), DataFile_Size is the data file size (expressed in bytes), and TS is (number of seconds DataFile_Length is the duration of the data file (expressed in seconds) and BLK SIZE is the number of clusters required per data block CLUSTER_SIZE is the size of the cluster in the local memory 208 of each channel server 104 (for example, 64 kilobytes), and BLK_SIZE_BYTES is the size of the block expressed in bytes. In this embodiment, the number of blocks (NUM_OF_BLKS) is obtained by adding the size of the data block represented by the number of bytes to the size of the data file (expressed by the number of bytes), subtracting one byte therefrom, Equal to the data block size expressed as a number. Formulas (1) to (4) show a specific embodiment. As one skilled in the art recognizes, other methods can be used to calculate the number of data blocks in a data file. For example, the work of dividing a data file into a fixed number of data blocks is mainly a function of the estimated block size and cluster size of the local memory 208 of the channel server 104. Therefore, the present invention should not be limited to the specific embodiments described above.
[0036]
FIG. 4 illustrates an exemplary process for generating a scheduling matrix in accordance with one embodiment of the present invention. In one exemplary embodiment, the present invention uses time division multiplexing (TDM) and frequency division multiplexing (FDM) to compress and schedule data delivery on the server side. In an exemplary embodiment, a scheduling matrix is generated for each data file. In one embodiment, each data file is divided into a fixed number of data blocks, and a scheduling matrix is generated based on the number of data blocks. In general, a scheduling matrix provides a transmission order for transmitting data blocks of a data file from a server to a client. As a result, any client attempting to access the data file at any time can access the data file in order.
[0037]
In step 402, the number (x) of data blocks of a data file is received. The first variable j is set to 0 (step 404). The reference array is cleared (step 406). The reference array records the movement of data blocks for internal management. Next, j and x are compared (step 408). If j is less than x, the second variable i is set to 0 (step 412). Next, i and x are compared (step 414). If i is less than x, the data block stored in the [(i + j) modulo (x)] column of the scheduling matrix is written to the reference array (step 418). If the reference array already has such a data block, it must not be written redundantly. Initially, the scheduling matrix does not yet have any inputs, so this step can be omitted. Next, the reference array is checked to see if it contains data block i (step 420). Initially, all entries in the reference array have been erased in step 406, so there is nothing in the reference matrix. If the reference array does not include data block i, data block i is added to the matrix position of the scheduling matrix: [(i + j) modulo (x), j] and the reference array (step 422). After data block i is added to the scheduling matrix and reference array, i is incremented by 1 so that i = i + 1 (step 424) and the procedure is repeated until i = x at step 414. If the reference array includes data block i, i is incremented by 1 so that i = i + 1 (step 424), and the procedure is repeated until i = x at step 414. If i = x, j is incremented by 1 so that j = j + 1 (step 416), and step 406 is repeated until j = x. The entire process ends when j = x (step 410).
[0038]
In an exemplary embodiment, if the data file is divided into 6 data blocks (x = 6), the scheduling matrix and reference array are represented as follows:
[0039]
[Table 1]

[0040]
[Table 2]

[0041]
In this exemplary embodiment, based on the scheduling matrix described above, six data blocks of the data file are transmitted in the following order.
[0042]
[Table 3]

[0043]
In another exemplary embodiment, a look-ahead process can be used to calculate a look-ahead scheduling matrix and send a predetermined number of data blocks corresponding to one data file prior to the predicted access time. . For example, for any time slot with a time slot number of 4 or greater, if the predetermined look-ahead time is the duration of one time slot, data block 4 (blk4) of the data file is at the joining client. Although it is desirable that the STB 300 is received at TS3 or earlier, this blk4 is not reproduced until TS4. The process steps for generating the look-ahead scheduling matrix are substantially the same as the process steps described above with reference to FIG. 4 except that the look-ahead scheduling matrix in this embodiment schedules the early transmission sequence based on the look-ahead time. Is the same. Assuming that the data file is divided into 6 data blocks, a typical transmission sequence based on a look-ahead scheduling matrix has a look-ahead time corresponding to the duration of 2 time slots and can be expressed as: .
[0044]
[Table 4]

[0045]
A three-dimensional delivery matrix for transmitting a set of data files is generated based on a scheduling matrix of each data file included in the set of data files. In the three-dimensional delivery matrix, a third dimension including the ID of each data file in a set of data files is generated. A three-dimensional delivery matrix is computed to efficiently utilize the effective bandwidth of each channel and transmit multiple data streams. In an exemplary embodiment, convolution methods well known in the art are used to generate a three-dimensional delivery matrix and schedule efficient transmission of a set of data files. For example, the convolution method can include the following policies. That is, (1) It is desirable that the total number of data blocks transmitted during the duration of an arbitrary time slot (TS) is kept as small as possible. (2) There are multiple partial resolutions for policy (1). If possible, a data block transmitted during the duration of any reference time slot, a data block transmitted during the duration of the previous time slot (of the reference time slot), and (of the reference time slot) A solution is preferred in which the sum of the data blocks obtained by adding together the data blocks transmitted during the duration of the next time slot is minimal. For example, if a typical system transmitting two short data files, M and N, is assumed, and each data file is divided into 6 data blocks, the transmission sequence based on the scheduling matrix is: It is.
[0046]
[Table 5]

[0047]
When the typical convolution method as described above is applied, the following six types are possible as combinations of delivery matrices.
[0048]
[Table 6]

[0049]
[Table 7]

[0050]
[Table 8]

[0051]
[Table 9]

[0052]
[Table 10]

[0053]
[Table 11]

[0054]
Applying policy (1), options 2, 4 and 6 have the smallest maximum number of data blocks transmitted during any time slot (ie 6 data blocks). Applying policy (2), option 4 is the optimal delivery matrix in this exemplary embodiment. This is because, in option 4, the sum of the data block of any reference time slot and the data block of the adjacent time slot is the minimum (ie, 16 data blocks). Therefore, as optimal for the present embodiment, the transmission sequence of the data file N is preferably shifted by 3 time slots. In an exemplary embodiment, a three-dimensional delivery matrix is generated for each channel server 104.
[0055]
When a data block of each data file is transmitted according to the delivery matrix, many subscribed clients can access the data file at any time, so each subscribed client assigns the appropriate data block in the data file accordingly. It is possible to use. In the example described above, assuming that the duration of one time slot is equal to 5 seconds, the DOD system 100 transmits the data blocks of the data files M and N in the following manner according to the optimal delivery matrix (ie, The distribution sequence of the data file N is shifted by 3 time slots).
[0056]
[Table 12]

[0057]
When client A selects movie M at time 00:00:00, STB 300 in client A performs reception, storage, reproduction, and rejection of data blocks as follows.
[0058]
[Table 13]

[0059]
When the client B selects the movie M at time 00:00:10, the STB 300 in the client B performs reception, storage, reproduction, and rejection of the data block as follows.
[0060]
[Table 14]

[0061]
When the client C selects the movie M at time 00:00:15, the STB 300 in the client C performs data block reception, storage, reproduction, and rejection as follows.
[0062]
[Table 15]

[0063]
When the client D selects the movie M at time 00:00:30, the STB 300 in the client D performs reception, storage, reproduction, and rejection of data blocks as follows.
[0064]
[Table 16]

[0065]
As shown in the above-described embodiments, selection and playback of an arbitrary data file provided by the service provider can always be performed independently regardless of the combination of clients.
[0066]
General operation
The service provider can schedule a certain number of data files (eg, video files) to be sent to the channel server 104 prior to broadcast. The central control server 102 calculates a three-dimensional delivery matrix (ID, time slot, and data block transmission order) and transmits it to the channel server 104. During the broadcast, the channel server 104 guides the 3D delivery matrix to send the appropriate data blocks in the appropriate order. Each data file is divided into a plurality of data blocks so that each of a number of subscribing clients can begin to view the data file continuously and sequentially at any time. The size of one data block of the data file depends on the duration of the selected one time slot and the bit rate of the data stream of the data file. For example, in an MPEG data stream with a constant bit rate, each data block has a fixed size represented by block size (megabytes) = bit rate (megabytes per second) × TS (seconds) / 8.
[0067]
In one exemplary embodiment, the size of the data block is several times the size of the memory cluster in the local memory 208 of the channel server 104 and is adjusted to be the smallest size that exceeds the size of the data block. Is done. For example, if the length of the data block calculated according to Equation (1) described above is 720 kilobytes and the cluster size of the local memory 208 is 64 kilobytes, the length of the obtained data block is 768 kilobytes. It is desirable. In the present embodiment, the data block is preferably further divided into a plurality of sub-blocks each having the same size as the cluster size. In this example, the data block has only 12 sub-blocks of 64 kilobytes.
[0068]
The sub-block can be further divided into data packets. Each data packet includes a packet header and packet data. The length of the packet data depends on the maximum transmission unit (MTU) of the physical layer to which data is transmitted by the CPU of each channel server. In the preferred embodiment, the total size of the packet header and packet data is preferably less than the MTU. However, in order to obtain the maximum efficiency, it is desirable that the length of the packet data is as long as possible.
[0069]
In one exemplary embodiment, the data in the packet header includes information (e.g., protocol signature, version, ID, or packet type information, etc.) that permits the subscribing client's STB 300 to: That is, it is information that allows the STB 300 to decode any received data and determine whether the data packet belongs to the selected data file. The packet header may also include other information such as block / subblock / packet number, packet length, cyclic redundancy check (CRC) and offset within the subblock, and / or encoding information.
[0070]
The data packet received by the channel server 104 is sent to the QAM modulator 206 and another header is added to generate a QAM modulated IF output signal. The maximum bit rate output for the QAM modulator 206 depends on the available bandwidth. For example, in the case of the QAM modulator 206 having a bandwidth of 6 MHz, the maximum bit rate is 5.05 (bits / symbol) × 6 (MHz) = 30.3 megabits / second.
[0071]
The QAM modulated IF signal is transmitted to the upconverter 106 for conversion to an RF signal suitable for a particular channel (eg, 559.250 MHz and 6 MHz bandwidth for CATV channel 80). For example, if a cable network has a high bandwidth (or bit rate), each channel can be used to provide two or more data streams that each occupy a virtual subchannel. For example, three MPEG1 data streams are adapted to a 6 MHz channel by using QAM modulation. The output of the upconverter 106 is supplied to a combiner / amplifier 108 that transmits the integrated signal to the transmission medium 110.
[0072]
In one exemplary embodiment, the total system bandwidth (BW) for transmitting “N” data streams is BW = N × bw, where bw is the bandwidth required for each data stream. Width. For example, since each MPEG-1 data stream occupies a system bandwidth of 9 megabits / second, three MPEG-1 data streams are simultaneously transmitted by a DOCSIS cable channel having a system bandwidth of 30.3 megabits / second. Can be transmitted.
[0073]
In general, bandwidth is consumed regardless of the number of subscribed clients that are actually accessing the DOD service. Therefore, bandwidth is still consumed to guarantee the on-demand capability of the system even when there are no subscribed clients using the DOD service.
[0074]
In an exemplary embodiment, the total system bandwidth (BW) can be reduced by prefetching several data blocks of each data file. The prefetch data blocks are continuously transmitted on individual dedicated channels. In one embodiment, the prefetch data blocks for one data file are sent sequentially in groups. The total system bandwidth (BW) required to send the remaining data blocks is reduced by sending prefetched data blocks. Once the desired number of preemptive data blocks to be transmitted on a separate channel is determined, the remaining data blocks are transmitted so that these preemptive data blocks are not transmitted again with other data blocks. It is desirable to adjust the schedule.
[0075]
For example, the above-described representative scheduling matrix in which the data file is divided into six data blocks is obtained when both the first data block “b0” and the second data block “b1” are prefetched data blocks. It is desirable to change the following for the remaining data blocks (b2 to b5).
[0076]
[Table 17]

[0077]
In the embodiment described above, if b0 is the only prefetched data block, the total bandwidth for transmitting the remaining data blocks (b1-b5) of the data file is reduced by 37.5% (ie, 6 of the total 16 data blocks are removed). Next, if the data block “b1” is also a prefetched data block, the bandwidth for transmitting the remaining data blocks (b2 to b5) is further reduced by 12.5%. Therefore, the bandwidth that is additionally reduced to prefetch b1 is not that large to prefetch b0. Since the additional reduced bandwidth decreases as more prefetched data increases, the optimal number of prefetched data blocks for each data file can be determined based on the desired bandwidth reduction. In an exemplary embodiment, the bandwidth saved by prefetching data blocks from x to y in a data file is estimated by the following equation:
[0078]
[Formula 5]

[0079]
Also, as the number of prefetched data blocks increases, the prefetch delay time also increases. The prefetch delay time is based on the size of one data block of each data file, the number of data blocks prefetched from each data file, the number of data files transmitted, and the prefetch bandwidth allocated to the dedicated channel. It is determined. In an exemplary embodiment, all prefetched data blocks of each data file are transmitted on the dedicated channel, one data block at a time slot in sequence and continuously. Those skilled in the art will appreciate that as the number of prefetched data blocks increases, the prefetch delay time increases. Therefore, it is desirable to take into account an allowable prefetch delay time when determining the optimum number of prefetch data blocks for each data file.
[0080]
For example, when the data blocks b0 and b1 of the data files M and N are prefetched by the dedicated channel, these prefetched data blocks can be transmitted by the following method.
[0081]
[Table 18]

[0082]
In an exemplary embodiment, assuming a predetermined preemption bandwidth: PRF_BW (megabytes / second) is assigned, the prefetch delay time is: prefetch delay time = [size of data block (megabytes) × prefetched. The number of data blocks to be multiplied by (number of data files to be transmitted + 1) × 8] / PRF_BW (megabyte / second) can be calculated.
[0083]
In one exemplary embodiment, the prefetch cycle time (PRF_TIME), which is the time required to transmit a preemptive data block of all data files to be transmitted, is: Prefetch cycle time = [data block (Megabytes) × number of data blocks to be prefetched × (number of data files to be transmitted + 1) × 8] / PRF_BW (megabytes / second).
[0084]
In one embodiment, in order to reduce the prefetch delay time, the prefetch data block of the new data file is more than the prefetch data block in the old data file (eg, a data file transmitted continuously for a predetermined time). Sent frequently. For example, when M is an old data file and N is a new data file, the prefetch data block is transmitted in the following manner.
[0085]
[Table 19]

[0086]
Once the STB 300 is turned on, it continuously receives and updates the program guide stored in the local memory 308 of the STB 300. In an exemplary embodiment, the STB 300 displays data file information including the latest program guide on the TV screen. Data file information such as video file information includes movie ID, movie title, description (in multiple languages), category (eg action or kids), rating (eg R designation or PG13 designation), cable company policy (E.g., price, free listening period, etc.), application period, movie poster, and movie preview. In an exemplary embodiment, the data file information is transmitted over a dedicated channel, such as a channel reserved for firmware updates, commercials, and / or emergency information. In another exemplary embodiment, the information is transmitted over a shared physical channel with other data streams. In an exemplary embodiment, the STB 300 is ready to receive and update prefetched data blocks that have been adjusted to a dedicated channel and not yet received during periods when no data files are being played.
[0087]
In one exemplary embodiment, the preview consists of data blocks randomly selected in the data stream of the data file. Therefore, even when the preview of the same data file is selected a plurality of times, the user is unlikely to see the same preview. The advantage of a randomly configured preview is that the DOD system 100 does not require extra bandwidth to broadcast a given preview program. Instead, after the user requests to see a preview of a data file, the DOD system 100 randomly selects a data block in the normal data stream for that data file. In a preferred embodiment, there are data blocks that cannot form part of any preview. For example, when a movie is supplied by a data file, it is desirable that the latter half of the movie does not constitute a part of a randomly selected preview.
[0088]
The subscribing client can see a list of available data files arranged by category displayed on the television screen. When the client selects one of the available data files, the STB 300 controls the hardware to tune to the corresponding physical channel and / or virtual subchannel to begin receiving data packets for that data file. The STB 300 examines every data packet header, decodes the data in the data packet, and determines whether it is desirable to store the received data packet. If the STB 300 determines that it is not desirable to store the data packet, the data packet is discarded. Otherwise, the data packet is stored in the local memory 308 for later retrieval, or temporarily stored in the buffer memory 309 until it is sent to the decoder 312.
[0089]
In order to improve performance efficiency by avoiding frequent reads / writes to the local memory 308, the STB 300 in one exemplary embodiment allows the expected data block in the memory buffer 309 to be locked at any time. Use “window” prediction technology. If a hit occurs in the prediction window, the data block leaves the memory buffer 309 and is transmitted to the decoder 312 as it is. If a misprediction occurs, the data block is read from local memory 308 into memory buffer 309 before being transmitted from memory buffer 309 to decoder 312.
[0090]
In an exemplary embodiment, the STB 300 includes an infrared (IR) remote control device button, IR keyboard, or front panel push button that includes buttons for pause, slow motion playback, rewind, zoom, and single step. Via the command of the joining client. In an exemplary embodiment, a scheduled commercial is automatically played if the joining client does not enter any action for a predetermined period of time. Scheduled commercials are automatically stopped when the subscribed client provides an action (eg, pressing a button on the remote control device). In another exemplary embodiment, the STB 300 can automatically insert commercials during video playback. Service providers (eg, cable companies) can prepare pricing policies that specify how often commercials are interrupted to the video being played.
[0091]
In an exemplary embodiment, a cable company using the DOD system 100 can prepare a price list based on the number of commercial interruptions. In one embodiment, commercial data blocks are broadcast continuously over a dedicated channel that also broadcasts the program listing, emergency bits, and any firmware updates. The user can select an allowable balance between price and commercial from such a price list. In an exemplary embodiment, the DOD system 100 selects the user by maintaining an internal clock that allows automatic commercial data block insertion at predetermined time intervals based on the price plan selected by the user. To realize.
[0092]
If an emergency information bit is found in the data packet header, the STB 300 suspends all data reception operations and controls the hardware to match the channel prepared for receiving data file information. To obtain and decode any emergency information to be displayed on the output screen. In an exemplary embodiment, when the STB 300 is idle, the STB 300 is tuned to a channel prepared for receiving data file information and is always ready to receive and display any emergency information without delay. Yes.
[0093]
In one embodiment, when the STB 300 is idle (eg, when the user is not using the system), an alarm is issued to alert the user to turn on the output device to view emergency information. In another embodiment, the STB 300 can distinguish emergency information by region. For example, emergency information about unrelated areas does not interrupt the data file being played or trigger an alarm. Conversely, in existing systems, cable companies need to manually interrupt the broadcast to transmit emergency information.
[0094]
The above-described examples show specific exemplary embodiments according to the present invention, and those skilled in the art can come up with modifications and alternatives based on these. Accordingly, the invention is not limited to the specific embodiments described above, but is preferably defined by the appended claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A illustrates an exemplary DOD system in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 1B illustrates an exemplary DOD system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates an exemplary channel server in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates a representative set top box in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 4 illustrates an exemplary process for generating a scheduling matrix in accordance with one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
100 ... DOD system
102 ... Central control server
103 ... Central storage
104a to 104n ... Channel server
106a-106n ... Upconverter
108 ... Combiner / Amplifier
110: Transmission medium
112 ... Switch matrix
114 ... Channel monitor module
116a to 116b ... backup channel server
118a-118b ... backup converter
120 ... cable television system
202 ... Server controller
204 ... CPU
206 ... QAM modulator
208: Local memory
210 ... Network interface
300 ... Set Top Box (STB)
302 ... QAM modulator
304 ... CPU
306 ... Conditional access module
308 ... Local memory
309: Buffer memory
310 ... STB controller
312: Decoder
314 ... Graphic overlay module

Claims

A method of sending data to a client to provide a data on demand service,
(A) receiving a data file;
(B) identifying a time interval;
(C) decomposing the data file into a plurality of data blocks based on the time interval;
Comprising the steps of (d) determining the prefetch number of data blocks to be selected based on the prefetch delay time, selects a set of prefetch data blocks corresponding to the prefetch the number of data blocks said determined from said plurality of data blocks,
(E) transmitting the set of prefetched data blocks on a dedicated channel;
(F) transmitting the remaining data blocks of the plurality of data blocks on a transmission channel.

The method of claim 1, comprising:
The prefetch delay time is determined based on a prefetch bandwidth allocated to the dedicated channel .

The method of claim 1 further comprises:
Reducing the prefetch delay time by sending prefetch data blocks of a new data file more frequently than prefetch data blocks of an old data file.