Система и способ поддержания временной синхронизации в сети цифрового видео

Система и способ поддержания временной синхронизации в сети цифрового видео

Реферат

 

Изобретение относится к передаче цифрового видеосигнала и данных в сети цифрового видео. Техническим результатом является предоставление возможности передачи цифровой видеоинформации, двунаправленных данных, например данных Интернет, и услуг обычной аналоговой телефонной линии конечному пользователю по каналам связи. Технический результат достигается тем, что в предложенной системе каналом связи является пара медных проводов, проложенная между центральной станцией телефонной компании и жилыми помещениями, а также любое средство связи, включая беспроводное соединение. Система передачи цифрового видео и данных реализована на шине или объединительной вещательной плате, что дает каждому конечному пользователю возможность доступа к множеству видеопрограмм без необходимости приема всех имеющихся программ, причем упомянутая система использует новую архитектуру для синхронизации во времени цифрового видеосигнала с гарантией высокого качества получаемой цифровой видеопрограммы и с соответствием ее стандарту MPEG-2. 3 с. и 13 з.п. ф-лы, 34 ил.

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ Этот документ заявляет приоритет и преимущество даты регистрации предварительной патентной заявки под названием "СИСТЕМА ЦИФРОВОГО ВИДЕО И ДАННЫХ" с назначенным серийным номером 60/064,153, зарегистрированной 4 ноября 1997 г. , текст которой включен в настоящий документ путем ссылки, и связан со следующими одновременно рассматриваемыми патентными заявками США: "СИСТЕМА И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОГО ВИДЕО И ДАННЫХ ЧЕРЕЗ КАНАЛ СВЯЗИ", зарегистрированная тем же числом, что и данная заявка (Поверенный реестровый номер 62002-1990), "КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОГО ВИДЕО И ДАННЫХ ЧЕРЕЗ КАНАЛ СВЯЗИ", зарегистрированная тем же числом, что и данная заявка (Поверенный реестровый номер 62004-1040), и "УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФРАКРАСНЫХ И ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ", зарегистрированная тем же числом, что и данная заявка (Поверенный реестровый номер 62004-1060), которые включены в настоящий документ путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ Настоящее изобретение относится в основном к передаче цифрового видео и данных, а конкретнее к системе и способу поддержания временной синхронизации в сети цифрового видео.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ Существует много способов передачи цифровых видеосигналов абоненту. Например, сжатое цифровое видео, использующее методологию сжатия-распаковки изображения от Экспертной группы по вопросам движущегося изображения (MPEG-2), может передаваться различными носителями данных, включая коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель и спутник. Некоторые из этих систем передачи считаются "видео-по-запросу" или "видео-почти-по-запросу", так как пользователь, или абонент, может выбирать из множества предложений и смотреть конкретную программу по желанию время от времени. В системах "видео-по-запросу" пользователь имеет возможность выбрать программу для просмотра в любое удобное время. В системах "видео-почти-по-запросу" пользователю предоставляется выбор программ, которые доступны в определенное повторяющееся время. Более того, вещательное видео применяет программы, имеющие ежедневное или еженедельное расписание и передаваемые одновременно широкому кругу абонентов.

Обычно эти системы предоставляют пользователю все каналы программ, из которых он выбирает желаемую программу, как правило, используя один из преобразователей или декодеров, подключенных к телевизору. Например, в обычной системе кабельного телевидения все имеющиеся программы передаются пользователю через коаксиальный кабель, заканчивающийся в помещении пользователя. Программы, доступные каждому конкретному пользователю, определяются путем установки фильтра или кодера между проложенным кабелем и помещением пользователя. Таким образом, контролируется доступный пользователю выбор программ. В этих системах кабельного телевидения также возможно использование системы "платы-за-единицу-просмотра" с помощью применения преобразователя. Если абонент желает посмотреть определенную программу, он заблаговременно связывается с провайдером кабельного телевидения, чтобы приобрести эту программу.

В системах передачи цифрового видео через спутник пользователь, или абонент, устанавливает маленькую параболическую антенну и специальную электронику у себя дома. Эти системы используют полосу частот спутника непосредственного вещания "DBS" для передачи цифровых видеосигналов пользователю. При этом весь имеющийся объем телепрограмм передается непосредственно всем пользователям со специализированных спутников, находящихся на геосинхронной орбите. Геосинхронной является орбита, на которой спутник остается в строго фиксированном положении относительно точки на Земле. Приемное устройство абонента раскодирует поток данных для извлечения желаемых программ.

Каждая из вышеупомянутых систем передачи цифрового видео имеет свои недостатки. Например, в системах кабельного телевидения относительно легко украсть или незаконно получить сигнал из кабеля, протянутого к помещению пользователя. Это дает незаконному пользователю доступ ко всем программам, передающимся по кабелю. К тому же исторически системы кабельного телевидения имеют проблемы с надежностью.

Спутниковая система передачи данных также имеет свои недостатки. Поскольку все имеющиеся программы одновременно транслируются всем абонентам, распределение полосы частот, а следовательно, и пропускная способность канала становятся критическими. Например, при одновременной трансляции большого количества спортивных мероприятий или программ, которые содержат быстро движущиеся изображения, как это бывает по воскресеньям в период футбольного сезона, для определенных каналов должна быть доступна дополнительная полоса частот. А поскольку количество имеющихся полос частот фиксировано, это приводит к сужению полосы частот для других каналов. Кроме того, спутниковые системы передачи сигнала зависят от точности настройки параболической антенны, которая должна иметь беспрепятственную линию видимости к передающему спутнику или спутникам, и имеют проблемы с затуханием сигнала в сложных погодных условиях. Более того, как в системах кабельного телевидения, так и в любой другой системе, где все каналы передаются всем абонентам, есть возможность получить незаконный доступ к каналам.

Другие имеющиеся системы предоставляют пользователю набор видеопрограмм с использованием сети асинхронной передачи данных (АТМ), по которой конечному потребителю может быть передана определенная программа. К сожалению, системы АТМ являются дорогостоящими в применении и, поскольку в них используются коммутационные устройства АТМ, они легко перегружаются, если, например, большое количество пользователей одновременно выбирает для просмотра широкий ряд программ.

Таким образом, в этом секторе промышленности существует нерешенная потребность устранения вышеупомянутых недостатков и несоответствий.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Настоящее изобретение представляет собой систему и способ поддержания синхронизации по времени в сети цифрового видео.

При кратком описании, архитектурно, эта система может быть реализована следующим образом. Система для поддержания синхронизации по времени в системе передачи цифрового видео включает фильтр, сконфигурированный для приема группы программ, содержащей несколько программ, и выделения по меньшей мере одной из программ; буфер, соединяющийся с фильтром; устройство извлечения ссылки на программные тактовые импульсы (PCR), поддерживающее связь с фильтром; счетчик, поддерживающий связь с устройством извлечения PCR; и мультиплексор, соединяющийся со счетчиком и сконфигурированный для приема выходного сигнала буфера и счетчика.

Настоящее изобретение также может рассматриваться как обеспечение способа для поддержания временной синхронизации в системе передачи цифрового видео. Обобщенно способ может быть кратко описан поэтапно: прием в фильтре транспортного потока цифрового видео, имеющего значение ссылки синхронизации, который состоит из множества пакетов и содержит несколько программ; фильтрация транспортного потока для выделения по меньшей мере одной желаемой программы из нескольких программ; передача желаемой программы в буфер и контроль данной программы для обнаружения наличия пригодного значения ссылки синхронизации в имеющихся пакетах. Следующими этапами являются копирование значения ссылки синхронизации в счетчик; добавление в счетчике значения количества времени нахождения желаемой программы в буфере; передача значения ссылки синхронизации в мультиплексор и перезапись значения ссылки синхронизации в желаемой программе на выходе данной программы из буфера.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ ЧЕРТЕЖЕЙ Приведенные чертежи позволяют сделать сущность изобретения более понятной. Нет необходимости изображать элементы чертежей в определенном масштабе, поскольку акцент делается на очевидной иллюстративности принципов настоящего изобретения. К тому же определенные номера ссылок обозначают соответствующие элементы в нескольких видах чертежей.

Фиг. 1А - это внешний вид системы, иллюстрирующий общую топологию, в которой находится система, и способ для поддержания синхронизации по времени в сети цифрового видео настоящего изобретения.

Фиг. 1Б - функциональная схема, иллюстрирующая способ запрашивания пользователем программы через топологию системы, изображенную на Фиг.1А.

Фиг. 2 - схематический вид, иллюстрирующий передачу цифрового видео от ретранслятора 11 к центру программирования и управления телефонной компании 100.

Фиг. 3 - схематический вид, иллюстрирующий архитектуру связи центра управления и программирования телефонной компании 100 с центральной станцией 400.

Фиг.4 - блок-схема, иллюстрирующая взаимодействие компонентов настоящего изобретения, находящихся в центре программирования и управления телефонной компании 100.

Фиг. 5 - блок-схема, иллюстрирующая шасси управления видеосигналом 200, изображенное на Фиг.4.

Фиг. 6 - блок-схема, иллюстрирующая модуль управления видеосигналом 250, изображенный на Фиг.5.

Фиг. 7 - схематическое изображение, иллюстрирующее процессорный модуль шасси 300, изображенный на Фиг.5.

Фиг. 8 - блок-схема, иллюстрирующая архитектуру, функциональность и операции при возможном использовании рабочей станции управления системой 325, изображенной на Фиг.4.

Фиг. 9 - схематический вид, иллюстрирующий архитектуру центральной станции 400.

Фиг. 10А - схематический вид, иллюстрирующий шасси сетевого видеоинтерфейса 450, изображенное на Фиг.9.

Фиг. 10Б - блок-схема модуля сетевого видеоинтерфейса 700, изображенного на Фиг.10А.

Фиг.11А - схематический вид, иллюстрирующий шасси распределения видеосигнала 500, изображенное на Фиг.9.

Фиг. 11Б - блок-схема, иллюстрирующая модуль входных видеосигналов 800, изображенный на Фиг.11А.

Фиг. 11В - схематический вид, иллюстрирующий схему распределения, альтернативную модулю входных видеосигналов, изображенному на Фиг.11Б.

Фиг. 11Г - блок-схема, иллюстрирующая модуль с многоканальными видеовыходами 850, изображенный на Фиг.11А.

Фиг. 11Д - схема, иллюстрирующая удаленный модуль выходных сигналов, изображенный на Фиг.11А.

Фиг. 12 - схематический вид, иллюстрирующий шасси доступа 550 и модуль фильтра низких частот 600, изображенные на Фиг.9.

Фиг. 13 - схематический вид, иллюстрирующий дополнительные подробности шасси доступа 550, изображенного на Фиг.9.

Фиг. 14 - схематический вид модуля адаптера универсального доступа 1000 (UAA), изображенного на Фиг.12 и 13.

Фиг. 15 - блок-схема ведущей рабочей станции центральной станции 650, изображенной на Фиг.9.

Фиг.16 - блок-схема, иллюстрирующая помещение абонента 1300.

Фиг. 17А - схематический вид, иллюстрирующий интеллектуальный сетевой интерфейс (INI) 1350, изображенный на Фиг.16.

Фиг. 17Б - схематический вид, иллюстрирующий систему, в которой установлен интерфейс дистанционного управления с помощью инфракрасного излучения (ИК), изображенный на Фиг.17А.

Фиг. 17В - схематический вид, иллюстрирующий дистанционный ИК-приемопередатчик, изображенный на Фиг.17В.

Фиг. 17Г - схематический вид, иллюстрирующий интерфейс дистанционного управления с помощью ИК 1358, изображенный на Фиг.17А.

Фиг. 18 - схематический вид, иллюстрирующий расположение и возможное использование устройства установки кадров СО 1100 и устройства установки кадров СР 1400 в системе передачи цифрового видео и данных настоящего изобретения.

Фиг. 19 - схематический вид, иллюстрирующий устройство установки кадров СО 1100, изображенное на Фиг.18.

Фиг. 20А - схематический вид, иллюстрирующий характеристики канала передачи транспортного потока с адаптивной скоростью, изображенного на Фиг.19.

Фиг. 20Б - схематический вид, иллюстрирующий форматирование, которое используется для передачи восьми транспортных потоков с адаптивной скоростью передачи, изображенных на Фиг.20А, через оптический канал связи.

Фиг. 21 - схематический вид, иллюстрирующий поток данных с произвольной скоростью передачи, изображенный на Фиг.20А, из которого формируется поток данных с фиксированной скоростью передачи.

Фиг. 22 - выборка из спецификаций транспортного потока формата MPEG-2, определяющая первые три байта пакета транспортного потока, изображенного на Фиг.20А и 20Б.

Фиг. 23 - схематический вид, иллюстрирующий транспортный поток данных, передаваемый через соединение 1161, изображенное на Фиг.19.

Фиг. 24А - схематический вид, иллюстрирующий фильтр PID 1110, изображенный на Фиг.19.

Фиг. 24Б - блок-схема решений, иллюстрирующая функционирование фильтра PID 1110, изображенного на Фиг.24А.

Фиг. 25 - блок-схема решений, иллюстрирующая функционирование устройства извлечения PCR 1130, изображенного на Фиг.19.

Фиг.26 - подробный вид инкрементора PCR 1140, изображенного на Фиг.19.

Фиг.27А - блок-схема, иллюстрирующая мультиплексор данных СО 1150, изображенный на Фиг.19.

Фиг. 27Б - диаграмма состояний, иллюстрирующая функционирование мультиплексора данных СО 1150, изображенного на Фиг.19.

Фиг. 27В - функциональная схема, иллюстрирующая функционирование мультиплексора данных СО 1150, изображенного на Фиг.19.

Фиг. 27Г - функциональная схема, иллюстрирующая функцию принятия решений по пакету программы 1152 мультиплексора данных СО, изображенного на Фиг.27А.

Фиг. 28 - схематический вид, иллюстрирующий функционирование устройства установки кадров СО 1100, изображенного на Фиг.19, в направлении основного потока данных (от центральной станции к помещению абонента).

Фиг. 29 - схематический вид, иллюстрирующий мультиплексор данных СО, находящийся в устройстве установки кадров СО 1100, изображенном на Фиг.19, в направлении обратного потока данных (от помещения абонента к центральной станции).

Фиг.30 - схематический вид, иллюстрирующий работу демультиплексора данных СР, изображенного на Фиг.17А, в направлении основного потока данных.

Фиг. 31 - схематический вид, иллюстрирующий работу мультиплексора данных СР 1450, находящегося в устройстве установки кадров СР 1400, изображенном на Фиг.17А, в направлении обратного потока данных.

Фиг. 32 - блок-схема решений, иллюстрирующая функционирование демультиплексора данных СО 1155 и демультиплексора данных СР 1455.

Фиг. 33 - функциональная схема, иллюстрирующая работу мультиплексора данных СР 1450, изображенного на Фиг.17А.

Фиг. 34 - схематический вид альтернативной реализации устройства установки кадров 1100, изображенного на Фиг.19.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Система и способ поддержания синхронизации по времени в сети цифрового видео данного изобретения может осуществляться аппаратными средствами, программным и микропрограммным обеспечением либо их сочетанием. В предпочтительном варианте (вариантах) внедрения система и способ поддержания синхронизации по времени в сети цифрового видео осуществляется аппаратными средствами, управляемыми программным либо микропрограммным обеспечением, которое хранится в памяти и выполняется соответствующими командами исполнительной системы.

Функциональные схемы, изображенные на Фиг.8 и 15, демонстрируют архитектуру, функциональные возможности и работу рабочей станции управления системой, изображенной на Фиг. 4, и ведущего устройства центральной станции, изображенной на Фиг.9. В этом отношении каждый блок представляет собой модуль, сегмент или часть кода, которые включают в себя одну или несколько исполняемых команд для осуществления определенной логической функции (функций). Также следует отметить, что в некоторых альтернативных проектах функции, записанные в блоках, могут выполняться не в том порядке, который указан на Фиг.8 и 15. Например, два блока, показанные последовательно на Фиг.8 и 15, в действительности могут выполняться одновременно или иногда в обратном порядке, в зависимости от требуемого функционального назначения, что будет разъяснено ниже.

Программа системы и способа поддержания временной синхронизации в сети цифрового видео, включающая в себя упорядоченный список исполняемых команд для осуществления логических функций, может быть записана на любой компьютерно-считываемый носитель, используемый или связанный с системой выполнения команд, аппаратными средствами или устройством, таким как компьютерная система, процессорная система или другая система, способная выбирать команды из системы выполнения команд, аппаратных средств или устройства и исполнять эти команды. В контексте данного документа под понятием "компьютерно-считываемый носитель" подразумевается любой носитель, способный содержать, хранить, передавать, распространять или переносить программу, используемую или связанную с системой выполнения команд, аппаратом или устройством. Компьютерно-считываемым носителем может быть, например, электронная, магнитная, оптическая, электромагнитная, инфракрасная или полупроводниковая система, аппаратное средство, устройство или средство распространения и не только. Более конкретными примерами компьютерно-считываемых носителей являются (неполный список): электрическое соединение (электронное) с одним или более проводами, портативная компьютерная дискета (магнитная), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) (магнитное), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) (магнитное), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ или флэш-память) (магнитное), оптическое волокно (оптическое), постоянное запоминающее устройство на компакт-диске (CD-ROM) (оптическое). Отметим, что компьютерно-считываемым носителем может быть даже бумага или другой пригодный носитель, на котором напечатана программа, поскольку программа может быть считана электронными средствами, например с помощью оптического сканирования бумаги или другого носителя, после чего откомпилирована, интерпретирована или обработана другим подходящим способом, если это необходимо, и сохранена в памяти компьютера.

На Фиг. 1А изображен обобщенный вид системы, иллюстрирующий общую топологию, в которой находится система, и способ для поддержания временной синхронизации в сети цифрового видео настоящего изобретения. В топологию системы 10 включены центр программирования и управления телефонной компании (ТРСС) 100, центральная станция 400 и помещения абонентов 1300. ТРСС 100 принимает входные сигналы от местной вещательной станции 12, обеспечивающей вещательные телевизионные сигналы, ретранслятора 11, передающего цифровые видеосигналы в форме закодированного видео в стандарте MPEG-2, а также данные от провайдера услуг Интернет (ISP) 14. Хотя здесь показана передача данных Интернет, однако, согласно настоящему изобретению, могут передаваться любые цифровые данные, например данные локальной сети (LAN). ТРСС 100 связывается с центральной станцией 400 по сети SONET (синхронная оптическая сеть) 150. Хотя для упрощения показана только одна центральная станция, ТРСС 100 может связываться с множеством центральных станций 400 по сети SONET 150. Сеть SONET 150 представляет собой один из способов связи ТРСС с центральными станциями и обычно является внутренней сетью телефонной компании, которая соединяет несколько центральных станций с каждым ТРСС. Сеть SONET 150 используется в чисто иллюстративных целях. Для соединения между ТРСС 100 и центральными станциями 400 также могут использоваться другие внутренние сети, например сеть SDH (синхронная цифровая иерархия) или любой другой способ соединения между ТРСС 100 и центральными станциями 400. Центральная станция 400 соединяется с помещениями абонентов 1300 по каналу связи 16. Каналом связи 16 может быть любой канал связи, поддерживающий передачу сжатого цифрового видео, двунаправленных данных Интернет и обычных аналоговых телефонных услуг (POTS), и в иллюстративных целях является парой медных проводов, по которым передаются обычные телефонные сигналы. Для соединения между центральной станцией 400 и помещениями абонентов 1300 могут использоваться другие каналы связи, например канал радиосвязи LMDS (локальная многоадресная система распределения) и прочие. В помещениях абонентов 1300 расположен интеллектуальный сетевой интерфейс (INI) 1350, к которому подключаются компьютерная система 1355, телефон 1360, аппарат факсимильной связи (не показан) и телевизор 1365. Также возможна установка дополнительной линии цифровой телефонной связи для подключения аппарата факсимильной связи. Система и способ передачи цифрового видео и данных настоящего изобретения позволяют передавать программы со сжатым цифровым изображением, двунаправленные потоки данных Интернет и POTS от ТРСС 100 к центральной станции 400 и от центральной станции 400 к помещениям абонентов 1300 по каналу связи 16.

Фиг. 1Б - функциональная схема, иллюстрирующая способ, которым пользователь запрашивает программу через топологию системы, изображенную на Фиг.1А. В блоке 51 пользователь посылает центральной станции 400 запрос на просмотр определенной программы. Запрос посылается через канал управления (будет подробно описан ниже) по каналу связи 16. В блоке 52 центральная станция 400 получает запрос. В блоке 54 адаптер универсального доступа (UAA) центральной станции, обрабатывающий запрос с помощью таблиц, поставляемых ему ведущей рабочей станцией центральной станции, которая информирует UAA о разрешенном доступе, обрабатывает запрос, и в блоке 56, если пользователю разрешено получение запрошенной программы, она передается ему из центральной станции 400 по каналу связи 16.

Фиг.2 - схематический вид, иллюстрирующий передачу видеосигнала от ретранслятора 11 к ТРСС 100. Например, ретранслятор 11 принимает аналоговый видеосигнал со спутника 17. Или же ретранслятор 11 принимает цифровые закодированные видеосигналы со спутника 17. Необходимо отметить, что аудиоинформация передается вместе с вышеупомянутыми видеосигналами, и когда речь идет о видеосигналах или сжатых цифровых видеосигналах, то имеется в виду, что аудиосигнал включен в них. Ретранслятор 11 передает аналоговые (или цифровые) видеосигналы по сети 13 нескольким ТРСС 100. Сетью 13 может быть, например, но не обязательно, спутниковая сеть передачи данных или, возможно, сеть SONET, похожая на сеть SONET 150, изображенную на Фиг.1А. ТРСС 100 принимают вещательные телепрограммы от местных вещательных станций 12.

Фиг. 3 - схематический вид, иллюстрирующий архитектуру связи ТРСС 100 с центральными станциями 400. Как рассмотрено выше, ТРСС 100 принимает видеоизображение в форме аналоговых или цифровых сигналов от ретранслятора 11, местное эфирное телевидение от местной вещательной станции 12 и данные Интернет от ISP 14. ТРСС 100 объединяет вышеупомянутую информацию и передает ее на центральные станции 400 по сети SONET телефонной компании 150 или любой другой сети, используемой для связи между ТРСС 100 и центральными станциями 400.

Фиг. 4 - блок-схема, иллюстрирующая компоненты настоящего изобретения, находящиеся в ТРСС 100. Внутри ТРСС 100 объединяются двунаправленные данные, поступающие от ISP 14, видеоматериалы, поступающие от ретранслятора 11 (изображенного на Фиг. 1А и 2) и местные программы, поступающие от местной телестанции 12. Двунаправленные данные Интернет поступают от ISP 14 через соединение 128 на маршрутизатор 101. Маршрутизатор 101 взаимодействует через соединение 112 с коммутатором сети асинхронной передачи (АТМ), который в свою очередь связывается с суммирующим-понижающим мультиплексором сети SONET 106 через соединение 114. Суммирующий-понижающий мультиплексор сети SONET 106 показан в чисто иллюстративных целях и может быть мультиплексором сети SHD, если вместо сети SONET 150 используется сеть SHD. Таким образом, данные Интернет обрабатываются в ТРСС 100 и направляются на центральные станции 400 по сети SONET 150. Также через соединение 114 передаются данные управления и контроля от рабочей станции управления системой 325, которая будет подробно описана ниже. Видеосигнал передается от ретранслятора 11 через соединение 126 на спутниковый приемник 104. Если видеосигнал, поступающий от ретранслятора 11, является аналоговым сигналом, он передается через соединение 115 на кодер MPEG-2 109 для преобразования его в формат MPEG-2. Хотя использование формата MPEG-2 является предпочтительным для внедрения изобретения, возможно применение любого метода для генерирования сжатого цифрового видеосигнала. Если видеосигнал, поступающий от ретранслятора 11, является цифровым сигналом, он поступает прямо на шасси управления видеосигналом 200 через соединение 118. Соединение 118 иллюстративно изображено в виде нескольких соединений типа DS-3 и в предпочтительном варианте внедрения изобретения состоит из семи (7) соединений DS-3. Соединение DS-3 обеспечивает передачу данных со скоростью приблизительно 45 мегабит в секунду (Мбит/с) и приведено здесь в чисто иллюстративных целях.

В действительности соединение 118 может состоять из множества каналов с высокой пропускной способностью, например соединения типа ОС-3, обеспечивающего пропускную способность приблизительно 155 Мбит/с, и других. Программы местной вещательной станции 12 через соединение 124 доставляются на эфирный демодулятор 108, который связан с кодером формата MPEG-2 109 через соединение 123. Кодер формата MPEG-2 109 принимает эфирный вещательный сигнал и преобразует его в формат цифрового видео в соответствии со стандартом MPEG-2, который используется в предпочтительном варианте внедрения изобретения. Хотя он изображен в виде одного элемента, в действительности используется множество эфирных демодуляторов и кодеров формата MPEG-2. Сигнал в формате MPEG-2 поступает на мультиплексор формата MPEG-2 111 через соединение 122. Мультиплексор формата MPEG-2 111 передает эфирный видеосигнал, перекодированный в формат MPEG-2, на шасси управления видеосигналом 200 через соединение 121. Показанное на чертеже соединение 121 является еще одним соединением, поддерживающим передачу цифрового видеосигнала MPEG-2, например соединением типа DS-3 (с иллюстративной целью).

Также к шасси управления видеосигналом 200 через соединение 117 подключена рабочая станция управления системой (SMW) 325. Она обеспечивает функции наблюдения, управления и контроля для ТРСС 100, и будет подробно описана со ссылкой на Фиг.8. SMW 325 также связана через соединение 116 с коммутатором АТМ 102, посредством которого через соединение 14 на суммирующий-понижающий мультиплексор сети SONET 106 посылается информация управления и контроля для размещения в сети SONET 150. Таким образом происходит передача и прием информации управления и контроля центральной станцией 400.

Шасси управления видеосигналом 200 вставляет расписание местных программ и управляющую информацию в цифровую видеопрограмму, заменяя нулевой пакет MPEG-2, который не используется для передачи видеоданных. Это расписание местных программ поступает из SMW 325, рабочей станции, отвечающей за контроль и управление системой передачи цифровых видеосигналов и данных. Справочная база данных по расписанию программ поступает от централизованного провайдера или может создаваться на месте. Шасси управления видеосигналом 200 также может использоваться для введения данных для обновления программного обеспечения в помещениях абонентов путем замены нулевого пакета MPEG-2, который не используется для передачи видеоданных. После этого телепрограмма со вставленными данными поступает во внутреннюю сеть SONET 150 телефонной компании через суммирующий-понижающий мультиплексор 106 сети SONET. Маршрутизатор 101 отделяет внутреннюю сеть передачи данных телефонной компании от сети Интернет, направляя к ISP 14 только определенные пакеты. Коммутатор АТМ 102 обеспечивает устойчивое соединение с коммутаторами отдельных центральных станций 400, поставляя данные Интернет в систему. К тому же маршрутизатор 101 и коммутатор АТМ 102 обмениваются данными Интернет как в обратном направлении графика (от помещения абонента к центральной станции и к ТРСС), так и в основном направлении (от ТРСС к центральной станции и к помещению абонента).

Фиг. 5 - блок-схема, иллюстрирующая шасси управления видеосигналом 200, изображенное на Фиг. 4. Шасси управления видеосигналом 200 включает в себя множество пар модулей управления видеосигналом 250 и пару процессорных модулей шасси 300. В последующем описании и чертежах речь идет о парах модулей. Термин "пара модулей" относится к активному и резервному модулям, каждый из которых настроен на выполнение описанных функций. На каждый модуль пары подается входной сигнал, и каждый модуль способен подавать выходной сигнал. Резервный модуль будет выполнять описанные функции, если активный модуль выйдет из строя. К тому же в последующем описании термин "горячая замена" относится к возможности замены модуля в системе без отключения питания системы, в которой он установлен.

Спутниковый приемник 104, содержащий несколько мультиплексоров MPEG-2 111, получает данные от ретранслятора 11 через соединение 126. Мультиплексоры MPEG-2 стыкуются с шасси управления видеосигналом 200 через ряд соединений DS-3 118а-118n, каждое из которых имеет резервное соединение. Каждое соединение DS-3 118 подключается к модулю управления видеосигналом 250, причем каждое резервное соединение DS-3 подключается к резервному модулю управления видеосигналом 250. Пара модулей управления видеосигналом 250 состоит из активного модуля управления видеосигналом и резервного модуля, причем резервное соединение типа DS-3 подключено к резервному модулю управления видеосигналом. Мультиплексор формата MPEG-2 111 также подключается через соединение DS-3 к паре модулей управления видеосигналом 250.

Данные выхода каждой пары модулей управления видеосигналом 250 поступают в суммирующий-понижающий мультиплексор сети SONET 106 через соединение DS-3 119. В шасси управления видеосигналом 200 также находится пара процессорных модулей шасси 300. Функционирование модуля управления видеосигналом 250 будет подробно описано в пояснении к Фиг.6, а функционирование процессорного модуля шасси 300 будет подробно описано в пояснении к Фиг.7. Система передачи цифрового видеоизображения и данных этого изобретения в настоящее время поддерживает до восьми групп программ цифрового видео, однако в будущем ожидается поддержка дополнительных групп. Группа программ определяется как единый транспортный поток MPEG-2, содержащий несколько каналов, передаваемых через одно сетевое соединение, например, типа DS-3 или OС-3. Таким образом, шасси управления видеосигналом 200 поддерживает до восьми групп программ. Это означает, что каждое соединение типа DS-3, например 118 и 119, передает одну группу программ.

Группа программ, передаваемая через соединение типа OS-3, может содержать около 10 каналов, тогда как группа, передаваемая через соединение ОС-3, - приблизительно 35 каналов. Это предполагает максимальную пропускную способность 80 каналов при использовании соединений типа DS-3 и около 280 каналов при внедрении системы, использующей соединение типа ОС-3. По меньшей мере, одна группа (а может и больше) будет содержать местные каналы, например соединения типа DS-3 121 и DS-3 123, имеющие 8 пар модулей управления видеосигналом, подключенных к суммирующему-понижающему мультиплексору сети SONET 106. Остальные соединения, насчитывающие в предпочтительном варианте внедрения изобретения семь групп программ, будут содержать телепрограммы из других источников, как показано на примере соединений DS-3 118 и 119. Группы программ могут быть уплотнены для увеличения общей пропускной способности канала. Например, две наполовину полные группы, передаваемые через соединения DS-3, могут объединяться в одну группу, освобождая при этом целое соединение DS-3 для дополнительных программ.

Фиг.6 - блок-схема модуля управления видеосигналом 250, изображенного на Фиг.5. Пара модулей управления видеосигналом 250 получает потоки данных DS-3 по линиям 118а и 118b. Потоки, входящие по линии 118а, являются основными, а входящие по линии 118b, являются дополнительными или резервными видеоданными, и подаются соответственно потокам, изображенным на Фиг.5. Эти потоки данных содержат видеоинформацию, закодированную в формате MPEG-2. Модуль управления видеосигналом 250 заменяет в каждой группе программ нулевой пакет MPEG-2 данными управления и обновления программного обеспечения. Затем группа программ, содержащая дополнительные данные (расписание телепрограмм и обновление программного обеспечения), пересылается через оба канала связи DS-3 119а и 119b на шасси сетевого видеоинтерфейса 450. Каждый модуль управления видеосигналом 250 содержит основное оконечное устройство линии DS-3 с приемником 251а и резервное оконечное устройство линии DS-3 с приемником 251b. Приемники линии DS-3 извлекают полезные данные из входящего двоичного потока и подготавливают информацию для передачи на блок ввода управляющих данных 256. Оба приемника 251а и 251b всегда активны, обеспечивая дублирование на входном канале. Встроенный модуль наблюдения 252 контролирует состояние приемников через соединения 259а и 259b и определяет, какой из сигналов линейного приемника будет использован для передачи последовательной нагрузки на блок ввода управляющих данных 256 по каналу связи. Модуль наблюдения 252 посылает управляющие сигналы на основное оконечное устройство линии DS-3 с приемником 251а и на резервное оконечное устройство OS-3 с приемником 251b через каналы связи 259а и 259b соответственно. Блок ввода управляющих данных 256 отвечает за вставку локальных управляющих данных во входящий поток MPEG-2, поступающий от ретранслятора. Данные о расписании программ и, возможно, данные для обновления программного обеспечения INI 1350 вставляются путем замены нулевых пакетов необходимыми данными. Последовательная информация, полученная из блока ввода управляющих данных 256, содержит видеоданные в формате MPEG-2 и дополнительные управляющие данные. Управляющие данные, данные для обновления программного обеспечения и данные о расписании программ вводятся в группу программ идентичным образом. Новый поток данных передается через соединения 262а и 262b на блок вывода программ 261, который включает в себя основной 257а и резервный передатчик 257b линии DS-3, формирующий резервный канал связи с шасси сетевого видеоинтерфейса 450. Основной видеосигнал выводится на линию 119а, а резервный - на линию 119b.

Модуль наблюдения 252 отвечает за правильность работы модуля управления видеосигналом 250. Модуль наблюдения 252 выполняет настройку и инициализацию всех остальных функциональных блоков, имеющихся в модуле управления видеосигналом 250, и контролирует состояние каждой функции. Модуль наблюдения 252 поддерживает связь с процессорным модулем шасси 300 и отвечает за контроль активной/резервной избыточности. Если модуль управления видеосигналом 250 выходит из строя, модуль наблюдения 252 переводит его в неактивный режим и сигнализирует об этом процессору шасси 300 через соединение 269 после того, как получает следующий запрос о состоянии. Поскольку модули управления видеосигналом 250 разработаны для активного/резервного дублирования, ожидается, что они будут устанавливаться парами. Каждый из модулей осуществляет постоянный контроль неисправностей своего резервного соседа через соединение 271 и немедленно переходит в активный режим в случае поломки активного модуля. Модуль управления напряжением 254 отвечает за возможность "горячей замены" и управление электропитанием. Понятие "горячая замена" относится к возможности удаления одного поврежденного модуля управления видео