用於在數字視頻網絡中保持時序同步的系統和方法

2023-05-22 08:27:36

專利名稱：用於在數字視頻網絡中保持時序同步的系統和方法
本申請以名稱為「數字視頻和數據系統(DIGITAL VIDEO ANDDATA SYSTEM)」的在先專利申請的申請日為基礎要求優先權和權益，該在先申請的指定序列號為60/064,153，申請日為1997年11月4日，把該在先申請的內容包括在這裡以供參考；本申請與下列普通轉讓的在審美國專利申請有關「在通訊信道傳送數字視頻和數據的系統和方法(SYSTEM AND METHOD FOR THE DELIVERY OFDIGITAL VIDEO AND DATA OVER A COMMUNICATIONCHANNEL)」，申請日與本申請相同(代理檔案號62002-1990)；「在通訊信道提供數字視頻和數據的計算機系統和方法(COMPUTER SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDINGDIGITAL VIDEO AND DATA OVER A COMMUNICATIONCHANNEL)」，申請日與本申請相同(代理檔案號62004-1040)；「傳送紅外和射頻信號的裝置和方法(APPARATUS AND METHODFOR TRANSPORTING INFRARED AND RADIO FREQUENCYSIGNALS)」，申請日與本申請相同(代理檔案號62004-1060)；這些專利申請都包括在這裡以供參考。
本申請一般涉及傳送數字視頻和數據，具體地說，涉及在數字視頻網絡中保持時序同步的系統和方法。
已經用許多方法實現向用戶傳送數字視頻信號。例如，利用移動圖象專家組(MPEG-2)壓縮/解壓方法壓縮的數字視頻可以利用許多媒介傳送，包括同軸電纜、光纜、和衛星。這些傳送系統中有一些被認為是「視訊點播系統」或「近似視訊點播系統」，因為使用者或用戶可以根據需要不時地從提供的許多視頻節目中選擇並觀看特定的節目。在視訊點播系統中，用戶在任意時間都可以選擇節目來觀看。在近似視訊點播系統中，通常允許用戶在指定的重複次數內選擇可以觀看的節目。而且，廣播視頻應用於具有日或周時間表並同時傳送給許多用戶的廣播節目。
這些系統通常使用戶可以觀看所有節目頻道，用戶從所有節目頻道中選擇需要的節目，通常通過使用某種位於電視機附近的轉換器或解碼器盒。例如，在典型的有線電視系統中，所有可以觀看的節目被通過同軸電纜傳送給用戶，所述同軸電纜在用戶的房屋附近終接。使得每個特定用戶可以觀看的節目通過在傳送電纜和用戶的房屋之間插入濾波器或擾頻器確定。以這種方法控制用戶可以進行的選擇。在這些有線電視系統中，通過使用轉換器盒也可以實現按觀看次數收費的系統。如果用戶需要特定的節目，用戶提前與有限電視服務提供商聯繫，以便購買所述特定的節目。
在衛星數字視頻傳送系統中，使用者或用戶在房屋上安裝小型拋物面反射鏡或特殊電子器件。這些系統利用直播衛星「DBS」頻譜向用戶傳送數字視頻信號。在這些系統中，所有可以觀看的節目內容從地球同步軌道上的專用衛星直接傳送給所有用戶。地球同步軌道是指這樣的軌道，即衛星在該軌道上環繞地球，相對於地球上的一點保持在固定位置上。位於用戶房屋上的接收器單元解碼數據流以便提取出需要的節目。
前述數字視頻傳輸系統中的每一種都具有缺點。例如，在有線電視系統中，很容易從用戶房屋附近的電纜竊取或非法複製信號。這樣使得非授權用戶能夠觀看電纜上可以獲得的所有節目。而且，在歷史上有線電視系統受到可靠性問題的困擾。
衛星傳送系統也有缺點。由於所有可以觀看的節目被同時發送給所有用戶，帶寬分配進而頻道容量變得很嚴峻。例如，在同時播放包括快速動作的許多體育比賽或激烈動作節目期間，例如在足球賽季的星期天下午，對於某些頻道必須使用附加帶寬。由於可以使用的帶寬數量是固定的，這樣必須減小其他頻道的可用帶寬。此外，衛星傳送系統依賴於正確地安裝拋物面反射鏡，該反射鏡相對於傳輸衛星視線不被遮擋，而且在天氣不好時受信號下降的困擾。而且，如同有線電視系統或把所有頻道傳送給所有用戶的任何系統一樣，能夠獲得非授權頻道。
其他可以使用的系統利用異步傳輸網(ATM)使得終端用戶可以看到許多視頻節目，通過該網絡可以把特定的節目傳送給終端用戶。不幸的是，ATM系統實施成本高，因為這些系統利用ATM轉換光纖，它們很容易超載，例如如果大量用戶選擇觀看許多種類的節目。
因此，產業上有一種新的需求，即解決上述的缺點和不足。
本發明提供了一種在數字視頻網中保持時序同步的系統和方法。
簡要地說，在結構上該系統可以按如下所述實現。一種在數字視頻傳輸系統中保持時序同步的系統，包括濾波器，設計成接收包括多個節目的節目組並隔離至少一個節目；緩衝器，與所述濾波器通信；節目時鐘基準(PCR)提取器，與所述濾波器通信；計數器，與所述PCR提取器通信；多路復用器，與所述計數器通信，並設計成接收緩衝器和計數器的輸出。
本發明也可以看作提供一種在數字視頻傳輸系統中保持時序同步的方法。關於這方面，該方法可以概括為下列步驟在濾波器中接收數字視頻傳輸流，該傳輸流具有時間基準值，由多個包構成，並含有多個節目；濾波傳輸流以便獲得多個節目中的至少一個需要的節目；把需要的節目提供給緩衝器並監視所述需要的節目，以便檢測任何有效包中所存在的時間基準值。還進行下列步驟把時間基準值拷貝到計數器，把計數器的值增加一個等於所需要的節目存在於緩衝器中的時間的量，把時間基準值提供給多路復用器，以及在所需要的節目離開緩衝器後把時間基準值改寫到所需要的節目中。
參考下面的附圖可以更好地理解本發明。附圖中的元件不必按比例繪製，而是把重點放在清楚地描述本發明的原理上。而且，在附圖中，類似的參考標號表示幾幅圖中的對應部件。
圖lA是描述整個布局的高層系統圖，其中存在本發明的在數字視頻網中保持時序同步的系統和方法；

圖1B是流程圖，描述用戶通過圖1A中的系統布局點播節目所使用的方法；圖2是示意圖，描述從內容提供商11向電話公司(telco)節目和控制中心100傳送數字視頻；圖3是示意圖，描述把電話公司節目和控制中心100連接到中心站400的結構；圖4是方框圖，描述存在於電話公司節目和控制中心100中的本發明的元件；圖5是方框圖，描述圖4中的視頻控制架200；圖6是方框圖，描述圖5中的視頻控制模塊250；圖7是示意圖，描述圖5中的架處理器模塊300；
圖8是流程圖，描述圖4中的系統管理工作站325的可能實施例結構、功能和操作；圖9是示意圖，描述中心站400的結構；圖10A是示意圖，描述圖9中的視頻網接口架450；圖10B是方框圖，描述圖10A中的視頻網接口模塊700；圖11A是示意圖，描述圖9中的視頻分配架500；圖11B是方框圖，描述圖11A中的視頻輸入模塊800；圖11C是示意圖，描述圖11B的視頻輸入模塊的替代分配方案；圖11D是方框圖，描述圖11A中的多個視頻輸出模塊850；圖11E是示意圖，描述圖11A中的遠距離視頻輸出模塊；圖12是示意圖，描述圖9中的接入架550和低通濾波器模塊600；圖13是示意圖，描述圖9中的接入架550的附加細節；圖14是示意圖，描述圖12和13中的通用接入適配器模塊1000；圖15是圖9中的中心站主機工作站650的流程圖；圖16是描述用戶房屋1300的方框圖；；圖17A是示意圖，描述圖16中的智能網絡接口(INI)1350；圖17B是示意圖，描述安裝圖17A所示的IR遙控接口的系統；圖17C是示意圖，描述圖17B中的IR遙控收發機；圖17D是示意圖，描述圖17A中的IR遙控接口1358；圖18是示意圖，描述本發明的數字視頻和數據傳送系統中的CO幀調節器1100和CP幀調節器1400的位置、和可能實施例；圖19是描述圖18所示的CO幀調節器1100的示意圖；圖20A是示意圖，描述圖19中的傳輸流的自適應速率傳輸流總線特性；圖20B是示意圖，描述在光學鏈上傳輸圖20A中的自適應速率傳輸流的傳輸8位的格式；圖21是示意圖，描述在從圖20中的自適用速率傳輸流中除去數據內容時，剩餘的是固定速率傳輸流總線；圖22是定義圖20和21中的傳輸流包的前三個字節的MPEG-2傳輸流說明的摘錄；圖23是示意圖，描述圖19中連接1161中含有的傳輸流；圖24A是描述圖19中的PID濾波器1110的示意圖24B是描述圖24A中的PID濾波器110的操作的判斷流程圖；圖25是描述圖19中的PCR提取裝置1130的操作的判斷流程圖；圖26是圖19中的PCR增值器1140的詳細圖；圖27A是描述圖19的CO數據多路復用器1150的方框圖；圖27B是描述圖19的CO數據多路復用器1150的操作的狀態圖；圖27C是描述圖27A的CO數據多路復用器1150的操作流程圖；圖27D是描述圖27A中的CO數據程序塊判斷功能的流程圖；圖28是示意圖，描述圖19中的CO幀調節器1100的操作的下行流程(從中心站到用戶房屋)；圖29是示意圖，描述圖19中的CO幀調節器1100的在上行方向(從用戶房屋到中心站)的CO數據多路復用；圖30是示意圖，描述在下行方向圖17A中的CP數據解復用器；圖31是示意圖，描述在上行方向圖17A中的CP調製器1400的數據多路復用器1450；圖32是判斷流程圖，描述CO數據1155和CP數據1455二者操作的流程圖；圖33是描述17A的CP數據1450的操作的流程圖；圖34是示意圖，描述圖19的CO幀調節器1100的替代實施例。
本發明的在數字視頻網中保持時序同步的系統和方法可以用硬體、軟體、固件或它們的結合實現。在最佳實施例中，在數字視頻網中保持時序同步的系統和方法是用軟體或固件管理的硬體實現的，所述軟體或固件存儲在存儲器中並由適當的指令執行系統執行。
圖8和15中的流程圖示出了圖4中的系統管理工作站和圖9中的中心站主機工作站的可能實施例的結構、功能和操作。關於這方面，每個方塊表示一個模塊、段或部分代碼，包括一個或多個用於實現特定的邏輯功能的可執行指令。還應該注意在一些替代實施例中，方塊中的功能出現的順序可能與圖8和15中的順序不同。例如，圖8和圖15中順序示出的兩個方塊根據所涉及的功能，事實上可能基本上同時執行，或者有時這些方塊按照相反順序執行，如同下面將詳細描述的一樣。
在數字視頻網中保持時序同步的系統和方法程序，包括用於實現邏輯功能的可執行指令的順序列表，可以裝載在任何計算機可讀媒質上，以便由指令執行系統、設備或裝置使用或與之相聯繫，例如利用計算機的系統、包括處理器的系統、或者其他可以從指令執行系統、設備和裝置取指令並執行指令的系統。在本文件的上下文中，「計算機可讀媒質」可以是能夠包含、存儲、通信、傳播、或傳輸程序給指令執行系統、設備或裝置使用或與它們連接的任何裝置。例如，計算機可讀媒質可以是電、磁、光、電磁、紅外或半導體系統、設備、裝置或傳播媒質，但是並不限於這些。計算機可讀媒質的更具體的例子(非窮盡例舉)將包括如下具有一根或多根導線的電連接(電的)、小型計算機磁碟(磁的)、隨機讀寫存儲器(RAM)(磁的)、只讀存儲器(ROM)(磁的)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM或閃耀存儲器)(磁的)、光纖(光的)、和CDROM(光的)。注意計算機可讀媒質甚至可以是紙或適合在上面列印程序的其他媒質，因為通過例如光學掃描紙張或其他媒質，可以用電子方法讀出程序，然後如果需要以適當的方式編譯、解釋或其他處理，然後存儲在計算機存儲器中。
圖1A是高層系統圖，描述其中存在本發明的在數字視頻網中保持時間同步的系統和方法的整體布局。系統布局10中包括電話公司規劃和控制中心(TPCC)100、中心站400、和用戶房屋1300。TPCC100接收來自本地廣播電臺12、內容提供商11的輸入，以及來自網際網路服務商(ISP)14的數據，所述本地廣播電臺12提供廣播視頻信號，內容提供商11提供MPEG-2編碼視頻形式的數字視頻信號。雖然這裡描述為傳輸互聯數據，但是事實上任何數據諸如區域網(LAN)或任何數字數據可以根據本發明進行傳輸，只是舉例但是並不限於這些。TPCC100通過SONET網(同步光學網絡)150與中心站400通信。雖然為了簡明只示出一個中心站，TPCC100可以通過SONET網150與許多中心站400通信。SONET網150表示TPCC可以與中心站通信的一種方式，而且通常是內部電話公司網把多個中心站與每個TPCC連接。SONET網150隻是用於說明的目的。其他內部網，諸如SDH(同步數字分級系統)網絡或者TPCC100與中心站400之間通信的任何方法可以用於在TPCC100與中心站400之間通信，只是舉例，並不限於這些。中心站400與用戶房屋1300之間通過通信信道16通信。通信信道16可以是能夠支持壓縮數字視頻、雙向網際網路數據和POTS通信的任何通信信道，並圖示為通過一對銅線傳輸，傳統的電話信號就是通過它通信的。其他的通信信道，只是舉例但並不限於無線通信信道，諸如LMDS(局部多點分布系統)可以用於在中心站400與用戶房屋1300之間通信。智能網絡接口(INI)1350位於用戶房屋1300)上，計算機系統1355、電話1360、傳真機(未示出)和電視機1365連接到智能網絡接口(INI)1350上。還可以提供額外的數字電話通信線，傳真機可以連接在上面。本發明的數字視頻和數據傳輸系統和方法能允許通過通信信道16從TPCC100向中心站400發送、從中心站400向用戶房屋1300發送壓縮數字廣播節目、雙向網際網路數據和POTS。
圖1B是流程圖，描述用戶通過圖1A中的系統布局點播節目的方法。在方塊51，用戶向中心站400發送請求以便觀看特定節目。該請求通過通信信道16上方的控制信道(下面將詳細描述)發送。在方塊52中心站400接收到所述請求。在方塊54中心站通用接入適配器(UAA)處理所述請求，所述UUA利用中心站主機工作站提供給它的表處理所述請求，所述表通知UAA什麼是授權觀看的，在方塊56，如果用戶被授權接收所請求的節目，通過通信信道16把所述節目從中心站400發送給所述用戶。
圖2是示意圖，描述從內容提供商11向TPCC100發送視頻內容。說明性地，內容提供商11通過衛星17接收模擬視頻信號，或者說明性地，內容提供商11通過衛星17接收數字編碼視頻信號。應該理解這裡是指音頻內容伴隨著視頻信號，當說到視頻或壓縮數字視頻時，應該理解其中包括音頻信號。內容提供商11通過網絡13把模擬(或數字)視頻信號傳輸給多個TPCC100。網絡13可以是例如衛星傳輸網或可以是與圖1中的SONET網類似於SONET網，但是並不限於這些。TPCC100從本地廣播站12接收本地廣播視頻節目。
圖3是示意圖，描述連接TPCC100與中心站400的結構。如上所述，TPCC100從內容提供商11接收模擬或數位訊號形式的視頻，從本地廣播站12接收本地廣播視頻，以及從ISP14接收網際網路數據。TPC100把上述內容綜合，並把它通過電話公司SONET網150或者用於在TPCC100與中心站400之間通信的任何網絡提供給中心站400。
圖4是方框圖，描述存在於TPCC100中的本發明的元件。在TPCC100中，來自ISP14的雙向數據、來自內容提供商11(圖1和2中)的視頻內容和來自本地廣播站12的本地廣播節目被合併。雙向網際網路數據由ISP14通過連接128提供給路由器101。路由器101通過連接112與ATM開關102通信，ATM開關102通過連接114與SONET加載-卸載多路復用器106通信。示出SONET加載-卸載多路復用器106隻是為了說明的目的，如果利用SDH網絡代替SONET網絡105，那麼將使用SDH多路復用器。以這種方式，網絡數據由TPC100處理並通過SONET網絡105傳輸到中心站400。通過連接114通信的還有來自系統管理工作站325的管理和控制數據，下面將詳細描述系統管理工作站325。視頻內容由內容提供商11通過連接126提供給衛星接收器104。如果內容提供商11提供的視頻內容是模擬信號形式，那麼通過連接115把它提供給MPEG-2解碼器109以便轉換為MPEG-2形式。雖然在最佳實施例中使用MPEG-2格式，可以使用任何數字壓縮技術產生壓縮的數字視頻信號。如果內容提供商11提供的視頻內容是數位訊號形式，那麼通過連接118直接把它提供給視頻控制架200。連接118表示為多個DS-3連接，在最佳實施例中總共有7個DS-3連接。DS-3連接提供大約45兆比特/秒(Mb/s)的數據傳輸，這裡是說明性使用。
事實上，連接118可以由多個任何高容量信道構成，例如OC-3連接，但是並不限於此，所述高容量信道提供大約155兆比特的容量。來自本地廣播站12的廣播節目通過連接124提供給非空氣(off-air)解調器108，它通過連接123與MPEG-2解碼器109通信。MPEG-2解碼器109接收非空氣廣播信號，並根據最佳實施例的MPEG-2視頻標準把它轉換為數字視頻形式。雖然描述為信號形式，實際中使用多個非空氣解調器和MPEG-2解碼器。MPEG-2信號通過連接122提供給MPEG-2多路復用器111。MPEG-2多路復用器111通過連接121把已經MPEG-2編碼的非空氣視頻信號提供給視頻控制架200。連接121表示為另一種能夠傳輸MPEG-2數字視頻信號的連接，並表示為DS-3連接。
也通過連接117與視頻控制架200連接的是系統管理工作站(SMW)325。SMW325為TPCC100提供監督管理和控制功能，將參考附圖8詳細描述。SMW325還通過連接116與ATM開關102連接，從而管理和控制信息通過ATM開關102，並通過連接14到達SONET加載-卸載多路復用器106，以便到達網絡150。以這種方式，管理和控制信息傳送到中心站400和從中心站接收管理和控制信息。
通過代替不用於傳輸視頻數據的空MPEG-2包，視頻控制架200把本地節目嚮導和控制信息插入數字視頻節目。所述本地節目嚮導信息來自SMW325，工作站負責監視和控制數字視頻和數據傳輸系統。節目嚮導資料庫從中央提供商接收或可以本地生成。通過代替不用於傳輸視頻數據的空MPEG-2包，視頻控制架200也可以用於為用戶房屋信息插入軟體更新數據。那麼具有新插入數據的視頻節目通過SONET加載-卸載多路復用器106進入電話公司(電話公司)專用SONET網絡。路由器101隔離內部電話公司數據傳輸網絡與網際網路，只把適當的包路由到ISP14。ATM開關102與各個中心站400中的開關牢固互連接以便把網際網路數據提供給系統。而且，路由器101和ATM開關102在上行(從用戶房屋通過中心站到達TPCC)和下行(從TPCC到中心站再到用戶房屋)兩個方向上交換網際網路數據。
圖5是描述圖4中的視頻控制架200的方框圖。視頻控制架200包括多個視頻控制模塊對250和架處理器模塊對300。在後面的討論和附圖中將參考模塊對。術語「模塊對」是指現用和備用模塊，每個設計成完成所述功能。為所述對的每個模塊提供輸入信號，而且每個模塊能夠提供輸出信號。如果現用模塊發生故障，備用模塊將完成所述功能。而且，在下面的描述中，術語「熱切換」是指能夠替換系統中模塊而不去掉系統的電源，所述模塊安裝在所述系統中。
衛星接收器104包括多個MPEG-2多路復用器111，通過連接126從內容提供商11接收網絡服務。MPEG-2多路復用器111接口多個DS-3連接118a至118n與視頻控制架200，每個DS-3具有備用連接。每個DS-3連接118連接到視頻控制模塊250，使得每個DS-3備用連接與備用視頻控制模塊250連接。視頻控制模塊對250包括現用視頻控制模塊和備用視頻控制模塊，備用DS-3連接到備用視頻控制模塊上。MPEG-2多路復用器111還通過DS-3連接與視頻控制模塊對250連接。
每個視頻控制模塊對250的輸出通過DS-3連接119提供到SONET加載-卸載多路復用器106。視頻控制架200中還包括架處理器模塊對300。視頻控制模塊250的操作將參考圖6詳細描述，架處理器模塊300的操作將參考圖7詳細描述。本發明的數字視頻和數據傳輸系統目前支持多達8個數字視頻節目組，然而，可以預見將來可以支持更多節目組。一個節目組定義為單個MPEG-2傳輸流，包含由單個網絡連接所傳播的多個頻道，諸如DS-3或OC-3連接。這樣，視頻控制架200支持多達八個節目組。這意味著每個DS-3連接例如118和119傳輸一個節目組。
通過DS-3傳輸的節目組可以包含大約10個頻道，而通過OC-3傳輸的節目組可以包含大約35個頻道。這表明用DS-3實現的系統的頻道容量為80個頻道，用OC-3連接實現的系統的最大頻道容量為大約280個頻道。至少一組(也可能更多)包含本地頻道，如同通過包含視頻控制模塊對8#到SONET加載-卸載多路復用器106的DS-3連接121和DS-3連接123所示的。對於該最佳實施例，包括七個節目組的其餘連接包含來自其他源的視頻節目，如同所示通過DS-3連接118和119。視頻節目可以多路復用在一起以便增加整個信道容量。例如，兩個半滿的DS-3節目組可以組合在一起，空出一個整DS-3用於其他節目。
圖6是方框圖，描述圖5中的視頻控制模塊250。視頻控制模塊對250接收線路118a和118b上的DS3數據流，線路118a上的輸入是主要的，線路118b上的輸入是輔助的或備用的視頻信息，對應於圖5所示。這些數據流包含編碼MPEG-2視頻流。視頻控制模塊250用控制和軟體更新數據替代每個節目組中的空MPEG-2包。然後包括諸如節目嚮導和軟體更新數據的附加數據的節目組通過兩個DS-3鏈路119a和119b發送至視頻網絡接口架450。每個視頻控制模塊對250包含現用DS3線路終端和接收器251a及備用DS3線路終端和接收器251b。DS3線路接收器從進入的比特流中提取出有效載荷數據和準備用於傳輸至控制數據插入模塊256的信息。兩個接收器251a和251b總是有效的，允許輸入鏈路備用。自主監控模塊252通過連接259a和259b監視接收器的狀態並確定將使用哪一路接收器信號驅動串行饋送通過連接到達控制數據插入模塊256。監控模塊252分別通過連接259a和259b把控制信號發送至主要DS3線路終端和接收器251a及備用DS3線路終端和接收器251b。控制數據插入模塊256負責把本地控制數據插入到來自內容提供商的輸入MPEG-2流中。通過用必要的數據替換空包插入節目嚮導數據和INI1350的可能軟體更新數據。自控制數據插入模塊256接收的串行數據包含MPEG-2視頻數據和附加控制數據。控制數據、軟體更新數據和節目嚮導數據都以相同方式插入節目組。新的數據流用作輸入通過連接262a和262b到達節目輸出塊261，它包含主要DS3線路發射器257a及備用DS3線路發射器257b，這樣形成到達視頻網絡接口架450的備用鏈路。如果監控模塊252已經認定輸出啟動線路263，就啟動主要DS3線路發射器257a及備用DS3線路發射器257b。主要視頻信號在線路119a輸出，備用視頻信號在線路119b輸出。
監控模塊252負責視頻控制模塊250的正確操作。監控模塊252完成視頻控制模塊250中的所有其他功能塊的設置和初始化，並監視每個功能的狀態。監控模塊252保持與架處理模塊300通信並負責現用/輔助備用控制。如果視頻控制模塊250遇到嚴重故障，監控模塊252將模式改變為非現用狀態並通過連接269通知架處理器300它查詢狀態信息的下一個時間。因為視頻控制模塊250設計成現用/輔助備用，因此希望成對安裝它們。每個通過連接271監視它的備用鄰居的故障指示器，而且在現用模式發生故障時立即變為現用。電壓調節模塊254負責熱切換能力和功率調節。熱切換能力是指這樣一種能力，即除去一對發生故障的視頻控制模塊之一，而不去掉它們所在的視頻控制架的電源的能力。
圖7是圖5中的架處理器模塊300的示意圖。架處理器模塊300提供備用控制和監視它們所在的架。架處理器模塊具有多種應用並包括固件，對於每一種應用啟動它所安裝在其中的架處理器模塊的操作。例如，雖然同樣的架處理器模塊存在於視頻控制架200和視頻網絡接口架450(將參考圖10描述)二者之中，根據所安裝的架處理器模塊完成不同的功能。這些不同的操作由安裝在架處理器模塊中的固件確定，並根據模塊安裝在什麼應用模式。每個架處理器模塊將包括對於所有可能應用的固件。安裝在每個架處理器模塊中的固件確定模塊安裝所在的架並執行適當段的固件代碼。架處理器模塊300把設置信息傳遞給中心站主機(COM)工作站650並從此通過連接303到達安裝在同一架上的任何電路板，並採集有關所有安裝板的狀態以便傳輸回COM650。架處理器模塊300自動存儲每個板的設置數據，檢測板的安裝和替換，設置新板，而不需要COM650介入。架處理器模塊300用於許多應用中，用於所有數字視頻架和數據傳輸系統中，並包含適當的軟體和固件，以便根據它安裝的地方執行不同的功能。架處理器模塊300在上電期間根據從系統底板上讀出的架類型和/或架地址正確地地設置自身。架地址可能是中心站主機工作站(將參考圖9描述)指定的值或者可能是利用開關人工選擇的。在每個架中將安裝兩個架處理器模塊。一次只有一個現用，另一個保持為備用模式。備用架處理器可以得到所述架的所有狀態和設置信息，而且如果現用架處理器發生故障它將準備好自動接替現用架處理器。架處理器包括4個主功能模塊，監控模塊301，從屬接口模塊302，乙太網絡模塊304，和電壓調節模塊306。監控模塊301是具有相關存儲器和支持邏輯的嵌入式微處理機。監控模塊301利用連接到它的備用架處理器中的幾個鏈路支持備用，所述備用架處理器包括硬體指示器，用於指示存在不同故障和板。監控模塊301中還包括一排雙埠寄存器，用於通信狀態、自測試結果、輔助板復位狀態和其他狀態信息。它能夠通過它的輔助架處理器模塊300復位或被復位。它利用雙向串行總線與架上的輔助板進行命令和狀態通信。
輔助接口模塊302檢測架上每個輔助板的存在，和一個板是否被去掉和重新安裝。輔助板是位於這裡描述的任何架中的任何板。輔助接口模塊302對於每個輔助板具有復位線，該復位線可以用脈衝復位所述板或保持為完全禁用它。乙太網絡模塊304提供架處理器模塊300經10base T乙太網絡埠通過連接303與COM工作站650通信的裝置。電壓調節器模塊306允許帶電插入和去掉架處理器模塊300。它提供高達+5VCD和+3.3VCD的受控斜坡電壓。它還提供輸出以便禁用底板輸入/輸出，直到電源已經穩定。當它檢測到超載電流情況時它還自動關閉通向所述板的電源並指示故障。當復位線307被確認之後電壓調節模塊306還中斷板電源。
圖8是流程圖，描述圖4中的系統管理工作站(SMW325)功能的可能實施例的結構、功能和操作。關於此，每個方塊表示模塊、段、或部分代碼，包括一個或多個實現指定邏輯功能的可執行指令。還應該注意在一些替代實施例中，方塊中所表示的功能的順序可能與圖8不同。例如，根據所涉及的功能，圖8中連續表示的兩個模塊事實上可能基本上同時執行或者這些方塊有時可能以相反順序執行，如同下面將詳細描述的一樣。在方塊326用戶接口允許獲得SMW用戶資料庫視圖334、中心站(COM)主機狀態、或節目嚮導程序。用戶接口提供增加和管理用戶的接口，提供用於觀看分配的COM和監視中心站設備的接口，提供信道圖和節目嚮導的接口，以及通過例如Java和超文本mark-up語言(HTML)提供圖形用戶接口。可以使用其他編程標準實現圖形用戶接口，最佳實施例選擇Java和HTML是由於如下優點，即對於可用於實現系統管理工作站和中心站主機工作站的許多不同硬體平臺具有可移植性。中心站主機或者COM工作站是存在於每個電話公司中心站400中的計算機系統，將在下面詳細描述。
在方塊327，用戶設置和控制模塊保存主機資料庫中的用戶信息，包括如下視頻頻道接入許可、網際網路服務許可、記帳活動(節目收費(PPV)信息)和服務啟動和停止。對於通用接入適配器(UAA)結構和PPV信息，用戶設置和控制方塊327還分配和調整局部資料庫拷貝到相關的COM。也與用戶接口326和用戶設置和控制模塊327聯繫的是COM狀態顯示模塊328。COM狀態顯示模塊328提供COM的整體狀態並允許分別詳細查看各個COM狀態。
模塊329包括信道映射和節目嚮導信息，它產生基本信道映射信息用於分配給每個COM，並產生節目嚮導信息用於分配給每個COM。用戶設置和控制模塊327還與SMW資料庫視圖334聯繫，它依次與電話公司用戶資料庫331和SMW資料庫332聯繫。SMW資料庫視圖334還與用戶資料庫監控模塊337聯繫。電話公司用戶資料庫331包含包括用戶名字和地址的用戶信息，SMW資料庫信息包含關於用戶服務、節目收費信息、和頻道觀看信息的用戶確認信息，用戶資料庫接口337把用戶資料庫和記帳信息轉換為電話公司本地記帳系統可讀的格式。分級COM管理模塊333與用戶調整和控制模塊327、COM狀態顯示模塊328及信道圖形和節目嚮導信息模塊329通信。分級COM管理模塊333管理到分配的COM的雙向信息傳輸並表示為與遠距離的COM336、338和339通信。SMW也從中心站主機工作站收集關於用戶頻道觀看選擇的統計數字。
現在參考圖9，圖9是中心站400的結構的示意圖。中心站400接收通過SONET網絡150進入SONET加載-卸載多路復用器401的組合數字視頻和數據信號。SONET加載-卸載多路復用器401通過連接408與PSTN(公共交換電話網)音控開關409交換普通老式電話業務(POTS)信息。SONET加載-卸載多路復用器401還通過連接407與開關406交換數據信息。SONET加載-卸載多路復用器401通過連接402與視頻網絡接口架(VNIS)450通信視頻數據信息。圖示中連接402表示為單個連接，然而連接402實際上是多個DS-3通信信道，每個傳輸上述壓縮數字視頻內容的一個節目組。VNIS450進行協議變換以便把接收的視頻數據轉換為標準的壓縮數字視頻傳輸格式，例如數字視頻廣播-異步串行接口(DVB-ASI)，但是並不限於此。VNIS450由多個視頻網絡接口模塊構成，將參考圖10A和10B詳細描述。
VNIS450的輸出在連接404上通信到視頻分配架500，連接404也表示多個信道，每個包含一個視頻節目組。視頻分配架500負責把數字視頻節目組備用分配到所有的接入架550。視頻分配架500將參考圖11A-11E詳細描述，接入架550參考圖12詳細描述。視頻分配架500通過連接417向接入架550提供8個現用節目組和8個備用連接。連接417可以是提供傳輸現用和備用節目組所需要容量的任何連接。
接入架550通過連接419與低通濾波器架600系統通信，它的操作將參考圖12詳細描述。低通濾波器架600通過通信信道16與用戶房屋1300通信。說明性的，通信信道16可以是數字用戶線路(DSL)通信信道，除了傳輸到用戶房屋1300的數字視頻信號外，它還包括雙向網際網路數據(或任何數據)，並且包括POTS服務以便支持在用戶房屋1300與中心站400之間電話通信。很重要的是要注意雖然描述為利用DSL通信道，信道16可以是支持壓縮數字視頻、雙向網際網路數據和POTS通信的任何通信信道。其他通信信道例如無線通信信道，諸如LMDS(本地多點分配系統)，但是並不限於這些，可以用於在中心站400與用戶房屋1300之間通信。
低通濾波器架600通過連接420把POTS信息通信給PSTN語音開關409，它依次通過連接408經加載-卸載多路復用器401把電話服務通信到電話公司SONET網絡150。
中心站400中還包括中心站主機(COM)工作站650。COM工作站650通過連接411把控制信息通信到開關406，並通過連接414通信到VNIS450，以便通信關於網絡操作的控制數據信息。COM工作站650還通過連接418與視頻分配架500通信，通過連接416與接入架550通信。COM工作站650表示為管理工作站，運行控制位於中心站400中的裝置操作的軟體，並使得本發明工作。COM工作站650的操作將參考圖15詳細描述。
圖10A是描述圖9中的視頻網絡接口架450的示意圖。中心站400包括SONET加載-卸載多路復用器401，它從SONET網絡150接收組合視頻和數據信號。中心站400包括視頻網絡接口架450，視頻網絡接口架450包括視頻網絡接口模塊對700、視頻輸出模塊對750、和架處理器模塊對300。每個視頻網絡接口模塊對包括現用視頻網絡接口模塊700和備用視頻網絡接口模塊700。每個視頻網絡接口模塊(VNIM)700接收DS3線路402上的視頻節目組。每個節目組同時提供給現用VNIM和備用VNIM。說明性地，每個視頻網絡接口架450包括8對視頻網絡接口模塊700，每個視頻網絡接口模塊對通過DS3連接接收全部節目組。每個視頻網絡接口模塊對700把全部節目組提供給廣播底板1200。廣播底板1200的操作將參考圖13詳細描述，它與視頻輸出模塊對750通信。視頻輸出模塊對750在連接404上把節目數據提供給圖9中的視頻分配架500。在連接404上提供的內容可以是DVB-ASI內容形式。
視頻網絡接口架450還包括架處理器模塊對300，它的操作與上面所述的類似。8對視頻網絡接口模塊700接收DS3格式的視頻信號並把8個節目組作為並行數據驅入廣播底板1200。
圖10B是描述圖10A中的視頻網絡接口模塊700的方塊圖。視頻網絡接口模塊700通過備用DS-3鏈路402a和402b接收數字視頻節目的一個節目組。把DS-3有效載荷(MPEG-2)數據從進入的信號中提取出來並插入到廣播底板1200中以便傳輸給視頻輸出模塊750。視頻網絡接口模塊700是為現用/輔助備用設計的，包含允許熱切換的電路，並與視頻網絡接口架處理器模塊300通信，達到不同的控制目的。雙DS-3信號在輸入端被傳送給每個模塊以便鏈路備用。視頻網絡接口模塊700包括主要DS-3線路終端和接收器701a及備用DS-3線路終端和接收器701b。DS-3線路接收器從進入的比特流中提取出有效載荷數據並準備內容以便發送至並行視頻總線趨動器706。接收器701a和701b二者總是有效的，允許輸入鏈路備用。監控模塊704通過分別連接708a和708b監視接收器701a和701b的狀態，並確定將使用哪路接收器信號把串行信號驅動到並行視頻總線驅動器706。監控模塊704通過連接714a把控制信息通信到DS-3線路終端和接收器701a，並通過連接714b把控制信息通信到DS-3線路終端和接收器701b。並行視頻總線驅動器706通過連接709a或709b從DS-3線路接收器701a或701b之一接收串行數據，根據哪個DS-3線路終端和接收器裝置是有效的，如同由自主監控模塊704所確定的一樣。所述串行數據被重組成原始的8位字節格式，其中兩個控制數據位與原始字節組合在一起。如果監控模塊704允許啟動驅動器，那麼並行視頻總線驅動器706中的微分信號(在最佳實施例中是低壓微分信號(LVDS))線路驅動器(未示出)把該10位「字」發送至並行視頻總線驅動器706上的20個微分輸出線路。
監控模塊704負責視頻網絡接口模塊700正確操作。它完成模塊上所有功能的設置和初始化。監控模塊704還監視每個功能的狀態。監控模塊704保持與架處理器300通信，並負責現用/輔助備用控制。如果視頻網絡接口模塊700發生故障，監控模塊704通知架處理器模塊300並使得視頻網絡接口模塊700變為無效。因為視頻網絡接口模塊設計成現用/輔助備用，它們通常成對安裝，每個通過連接711監視它的備用鄰居的故障指示器，這樣使得它在現用模塊發生故障時立即變成有效。類似地，監控模塊704通過連接712把它的故障狀態提供給它的鄰居視頻網絡接口模塊中的對應監控模塊。根據上述，電壓調節模塊702負責熱切換能力和電壓調節。
圖11A是描述圖9中的視頻分配架500的示意圖。中心站400包括視頻分配架500，它包括視頻輸入模塊對800，多個視頻輸出模塊對850，遠距離視頻輸出模塊對900，以及架處理器模塊對300。視頻輸入模塊對800通過連接404接收DVB-ASI格式視頻信號作為輸入。雖然描述為一對，在最佳實施例中事實上有8個視頻輸入模塊對，對應於8個DVB-ASI輸入信號404，和8個DVB-ASI備用輸入信號。每個有效視頻輸入模塊800接收有效的節目組，而備用視頻輸入模塊接收DVB-ASI備用連接上的節目組。每個視頻輸入模塊800向廣播底板1200提供節目組。多個視頻輸出模塊對850從廣播底板1200接收節目組內容，並提供每個節目組的兩個拷貝作為輸出。這樣，每個多視頻輸出模塊850驅動16預估DVB-ASI輸出501。備用模塊總是驅動備用輸出。遠距離視頻輸出模塊對900可以用於代替多視頻輸出模塊850，以便連接到數字循環載波(DLC)。通過以大約2.488千兆赫(GHz)的頻率把8個節目組多路復用在串行比特流中，遠距離視頻輸出模塊900把節目組的一個多路復用拷貝輸出到一個光纜上。備用模塊總是把備用輸出驅動到備用光纜上。
架處理器模塊對300也包括在視頻分配架500中，它的操作在上面已經描述過。每個輸入模塊對800接收多達8個DVB-ASI格式的視頻節目組。多視頻輸出模塊850驅動向多個接入架550(將參考圖12討論)提供視頻數據的備用視頻輸出。如果使用的話，遠距離視頻輸出模塊對900通過光纖鏈路把所有的數字視頻節目組多路復用和傳輸到接入架550。架處理器模塊300備用控制和監視所述架。
圖11B是描述圖11A中的視頻輸入模塊800的方框圖。視頻輸入模塊800通過連接404接收所有8個DVB-ASI形式的節目組。該數據被轉換為LVDS並行形式(增加了額外控制位)，並使得其他所有連接到廣播底板1200上的模塊通過特定的架底板可以獲得。視頻輸入模塊800設計成現用/輔助備用，包含特殊電路以便允許熱切換，並與架處理器模塊300通信以達控制目的。DVB-ASI接收器801從8個專用信道404接收輸入。每個輸入線路404服從DVB-ASI。線路404上的視頻數據通過連接807從DVB-ASI接收器801到達LVDS驅動器模塊802。LVDS驅動器模塊802把從DVB-ASI接收器801接收的串行數據變換為並行形式。特殊的控制位被附加在每個字節上，而且所述數據是字節對齊的(將參考圖20描述)。
當監控模塊806認定線路808上的輸出啟動信號時，所有160個線路的LVDS驅動器被啟動，而且所有8個節目組被驅動到廣播底板1200上，在那裡使得廣播底板1200上的所有其他模塊可以同步獲得它們。
監控模塊806還負責視頻輸入模塊800的正確操作。監控模塊806監視視頻輸入模塊800上進行的所有功能的設置初始化，並監視每個功能的狀態。監控模塊806保持與架處理器模塊300通信並負責現用輔助備用控制。如果視頻輸入模塊800發生故障，監控模塊806通知架處理器模塊300並使得視頻輸入模塊800立即變成無效。因為視頻輸入模塊800設計成現用/輔助備用，因此希望成對安裝。每個通過連接809監視它的備用鄰居的故障指示器，並通過連接811提供它自己的故障信息，現用模塊發生故障時立即變成有效。根據上述，電壓調節模塊804負責熱切換能力和電壓調節。
圖11C是描述圖11B的視頻輸入模塊的另一分布方案的示意圖。遠距離視頻輸入模塊825可以用作視頻輸入模塊800的替代物。遠距離視頻輸入模塊825從單個光纖連接836接收8個10位並行視頻節目組的單個多路復用的拷貝以及成幀位和附加字。檢測出成幀位並把數據多路解復用為8個10位並行視頻節目組。備用模塊總是多路解復用備用光纖輸入。兩個模塊之一將把節目組驅動到廣播底板1200上。
光學接收器826把連接836上的光學數據流轉換為連接842上的包含視頻節目的電子數據流。時鐘再生和數據同步827由串行數據流再生串行時鐘並使得數據與所述時鐘同步。2.488GHz時鐘信號在連接844上提供，視頻節目在連接843上提供。1∶16多路解復用器/接收器和幀檢測器828檢測幀位的開始並把數據多路解復用為16位字。155.5MHz時鐘信號通過連接845提供，視頻節目通過連接846提供，在連接847上幀控制信息與有效載荷提取裝置829交換。有效載荷提取裝置829在連接837使得成幀位和附加位離開視頻節目組。傳輸先進先出(FIFO)緩衝區831在連接837上按照先進先出排列緩衝8個節目組，以便使得並行傳輸數據速率再次同步。LVDS視頻驅動器832通過連接838把8個節目組驅動到廣播底板1200上。說明性地，多路復用節目組傳輸所經過的光學連接應該有傳播數據的足夠容量，以便能夠傳輸節目組而沒有任何信息損失。
監控模塊834通過連接833a與架處理器模塊300通信以便設置故障位，並通過連接833b讀鄰居故障位。監控模塊834還在適當的時候通過連接839啟動LVDS視頻驅動器832。根據上述電壓調節模塊841負責熱切換能力和電壓調節。
圖11D是描述圖11A中的多視頻輸出模塊850的方框圖。多視頻輸出模塊850通過廣播底板1200從視頻輸入模塊800接收所有8個節目組。8個節目組被複製n次並在線路501以DVB-ASI格式發送出視頻分配架500。多視頻輸出模塊850設計成現用/輔助備用，含有特殊電路以便允許熱切換，並與視頻分配架處理器模塊300通信，得到不同的控制目的。
並行視頻總線接收器851含有用於160個信號的LVDS接收器，8個節目組，每個節目組包括20個信號。它通過廣播底板1200從視頻輸入模塊800接收視頻數據。DVB-ASI驅動器856a-856n負責對於每個節目組在線路501上建立服從DVB-ASI的輸出。每個連接857a至857n包括含有節目組的串行數據流。每個節目組在一個輸出連接上傳播，因此每個輸出模塊含有8個輸出。多視頻輸出模塊850上可以存在任意數量的DVB-ASI驅動器856，允許縮放整個系統。
多視頻輸出模塊850設計成現用/輔助備用。監控模塊854負責多視頻輸出模塊850的正確操作。監控模塊854完成模塊上所有其他功能的設置和初始化，並監視每個功能的狀態。監控模塊854保持與架處理器模塊300通信並負責現用/輔助備用控制。如果多視頻輸出模塊850發生故障，監控模塊854通過連接858通知架處理器模塊300並使得它立即變成無效。類似地，如果監控模塊854通過連接859檢測到它的對應多視頻輸出模塊發生故障，它立即變成有效。因為多視頻輸出模塊850設計成現用/輔助備用，任意對的兩個插件板將總是啟動一系列備用輸出信號。根據上述，電壓調節模塊852負責熱切換能力和電壓調節。
圖11E是描述圖11A的遠距離視頻輸出模塊的示意圖。遠距離視頻輸出模塊900把8個10位並行視頻節目組的單個多路復用的拷貝以及成幀和附加位輸出到單個光纖鏈路上，以便傳輸給數字環路載波(DLC)。備用模塊總是把備用輸出驅動到備用光纖鏈路上。LVDS視頻接收器901將接收8個節目組並通過連接914把視頻信號輸出到接收FIFO緩衝區904。因為串行發射速率與並行接收數據速率不相等，8個節目組並行數據在接收FIFO緩衝區904中緩衝以便再次與串行數據速率同步。接收FIFO緩衝區904通過連接916提供視頻節目，通過連接918提供FIFO標誌位，並通過連接917從調幀器906接收FIFO控制信號。
調幀器906把輸入數據組織成幀，並在幀的開始增加成幀位。如果需要額外的數據字節，將附加在幀上以便使得數據速率同步。數據通過連接919以16位字的形式從調幀器906發射出去。來自調幀器906的16位並行數據流被多路復用成串行數據流，以便由16∶1多路復用器/發射器907通過連接911發送至光學發射器908。光學發射器908接收連接911上的串行數據流，並把它轉換為光學流以便通過連接912發射至光纖上。監控模塊909和電壓調節裝置902的作用如上所述。
圖12是描述圖9中的接入架550和低通濾波器模塊600的示意圖。再參考圖11A，連接501上每個多視頻輸出模塊850的輸出通過圖12中的連接501提供給視頻輸入模塊950，在最佳實施例中也是成對進行的。連接501上的內容是DVB-ASI視頻格式。總共16個DVB-ASI視頻信號被提供給8個視頻輸入模塊對950。視頻輸入模塊對950確定哪個輸入信號(主要或備用)有效並把節目組驅動到廣播底板1200上。接入架550還包括通用接入適配器模塊(UAA)1000。每個UAA模塊1000從廣播底板1200接收所有可以獲得的節目內容。UAA模塊1000還包括中心站(CO)調幀器1100，將參考圖19詳細描述它的操作。
廣播底板有效地提高了數字視頻內容在通信信道的可獲得性，所述通信信道連接中心站400和用戶房屋1300。所有可獲得的節目內容總是可以在廣播底板1200上獲得。廣播底板1200同時使得所有用戶能夠獲得所有數字視頻內容。以這種方式，本發明允許例如系統的所有用戶同時接收相同的視頻節目內容，而實際上不影響信號質量，並且中心站的交換能力不超載。以這種方式它允許所有用戶觀看不同的視頻節目內容而且系統不超載。廣播底板有效地提高了數字視頻內容在通信信道上的可獲得性，所述通信信道連接中心站400和用戶房屋1300。它有效地把所有頻道轉播到接入架550中進行頻道選擇處理的物理點。因此，不需要把所有的頻道轉播到用戶房屋。
UAA模塊1000向多個用戶提供視頻和數據服務。當系統擴展時，增加附加接入架和UAA以便為新的用戶服務。在接入架550中，利用備用視頻輸入模塊接收DVB-ASI格式的8個視頻節目組。通過廣播底板1200使得每個UAA模塊1000能夠獲得視頻節目。這是一個獨特的特徵，因為對於每個通用接入適配器模塊1000，廣播底板1200上有數百個可以獲得的視頻節目頻道。以這種方式，用戶房屋1300處的終端用戶可以選擇接收任何可以獲得的節目內容，主要用戶被授權觀看點播頻道。以這種方式，終端用戶能夠觀看任何可以獲得的節目內容，而不需要把整個節目數據發送至每個用戶的位置。本發明的這一獨特的特徵允許使用傳統的銅線對，或能夠支持壓縮數字視頻、雙向網際網路數據和POTS在中心站400和用戶房屋1300之間傳輸的任何通信媒質或方法，以便即期把數字視頻節目提供給每個用戶。數字視頻信道在接入架內有效地轉播到所有UAA模塊1000。
而且，連同把數字視頻傳輸給每個用戶，同一頻道上也可以同時進行雙向數據交換(即網際網路連接)和POTS。
UAA模塊1000通過連接419向低通濾波器架600提供視頻節目內容和網際網路數據。低通濾波器架600包含多個低通濾波器模塊1050，每個設計成接收通用接入適配器模塊的輸出。每個低通濾波器模塊1050組合視頻節目內容和數據與POTS信息，並提供通信道16把它傳播到用戶房屋。如同目前所設計的一樣，每個UAA模塊1000可以為四個用戶接口線服務，然而可以預見技術的發展將使得能夠增加容量，而不脫離本發明的範圍。
UAA模塊1000從廣播底板1200接收數字視頻內容並按照要求把視頻節目傳輸到用戶。所有四個用戶的網際網路數據通過接入架550上的10Base T連接器進入，UAA模塊1000裝在所述接入架550內。
圖13是描述圖9中的接入架550的附加細節的示意圖。圖13特別描述了廣播底板1200，它含有8個節目組的視頻內容，從視頻輸入模塊950分配到每個通用接入適配器模塊1000。廣播底板1200通過設置8個數字視頻節目組形成。在最佳實施例中，每個節目組以並行格式傳輸MPEG-2數字視頻數據。廣播底板1200連接到每個通用接入適配器模塊1000，以便允許所有的終端用戶接入所有可以獲得的視頻節目。所有可以獲得的節目內容總是可以在廣播底板1200上獲得。廣播底板1200同時使得所有用戶可以獲得所有數字視頻內容。以這種方式，本發明允許例如系統的所有用戶同時接收同一節目內容，並允許大量的用戶觀看各種節目，而實際上不影響信號質量，並且中心站的交換能力不超載。
圖14是描述圖12和13中的通用接入適配器模塊1000的示意圖。通用接入適配器(UAA)模塊1000向n個用戶提供數字視頻內容和乙太網絡數據服務，在最佳實施例中利用異步數字用戶線路(ADSL)技術。該技術包括速率自適應數字用戶線路(RADSL)技術及任何和所有的xDSL技術的變型。而且，應該理解可以通過例如銅線對(只是舉例並不限於此)實現的任何數字數據傳輸技術，或能夠支持壓縮數字視頻信號、雙向網際網路數據和POTS傳輸的任何通信媒質，都可以使用而不脫離本發明的範圍。這裡使用xDSL技術只是為了說明的目的。說明一下，該最佳實施例假設一個UAA模塊1000可以服務四個用戶房屋位置。應該理解將來實施中可以增加或減少每個UAA模塊1000所服務的用戶房屋位置的數量。在最佳實施例中，UAA模塊1000接收8個數字視頻節目組，然而，可以預見將來可以支持附加節目組。UAA模塊1000允許每個用戶從這些節目組選擇特定的節目觀看。選擇節目觀看利用xDSL鏈路中的控制信道實現，這裡表示為控制信道1011。利用該控制信道用戶通過通信信道16向中心站400表示接收特定節目的願望。注意用戶不需要知道他們選擇的是哪個節目組或節目ID。節目組或節目ID由UAA1000映射為頻道號。此外，控制信道1011允許用戶選擇使用乙太網絡數據服務。乙太網絡數據可以用於代替數字視頻節目，或與數字視頻節目一起使用。乙太網絡數據頻道設計成通過網際網路服務商14簡化高帶寬雙向進入網際網路。
LVDS視頻總線接收器1009從廣播底板1200接收數字視頻節目組並把微分信號轉換為單端信號。然後通過連接1012把單端信號發送至多路復用器1008。多路復用器1008接收8個節目組，並把單個節目組從連接1014輸出給每個用戶的CO調幀器1100。多路復用器1008允許監控模塊1007選擇包含用戶所選擇的頻道的節目組，並把該節目組發送至用戶CO調幀器1100。CO調幀器1100的操作將參考圖19信息描述。多路復用器1008可以同時分別為多達n個CO調幀器服務。監控模塊1007把將要選擇的期望節目組寫在CO調幀器1100中的寄存器中。然後CO調幀器命令多路復用器1008從連接1012上的輸入中選擇適當的節目組。然後CO調幀器1100從該節目組中選擇單個節目並傳輸到DSL發送接收器1001，以便通過通信信道16發射到用戶房屋1300。CO調幀器1100提供與多路復用器1008的接口。或者，多路復用器1008可以提供與監控模塊1007的接口，然而，對於最佳實施例，CO調幀器1100可以更方便地提供與監控模塊1007的接口。多路復用器1008從連接1012上的8個節目組中選擇一個節目組並把所選擇的節目組理由到適當的CO調幀器1100。然後CO調幀器1100從節目組中濾出所希望的節目，並把它與來自橋1004的網際網路數據組合，並把組合信號通過通信道16傳輸給用戶。本質上，當用戶選擇特定的頻道觀看時，監控模塊1007確定將提取出選擇頻道的節目組和節目組中的包標識(PID)。監控模塊1007經CO調幀器1100命令多路復用器1008選擇適當的節目組，並命令CO調幀器1100濾波某些PID。以這種方式把選擇的節目傳輸給用戶。
為了獲得網際網路數據，在該最佳實施例中，集線器模塊1006在一個埠以10Mb/s速率接收10baseT乙太網絡數據，並把該數據重複給其他每個埠。橋1004在集線器模塊1006處的10baseT(區域網)連接與TTL電平(廣域網絡)數據之間提供接口。橋1004識別連接到橋1004用戶房屋一邊的設備的地址(即乙太網絡或媒質存取控制(MAC)地址)並濾除與這些地址不相關的數據。在廣域網絡一邊，它通過連接1016與CO調幀器1100聯繫每個用戶有一個橋和CO調幀器。CO調幀器1100通過連接1016向橋1004發送和從此接收乙太網絡數據，並通過連接1011向監控模塊1007發送和從此接收控制信道數據。應該注意乙太網絡和10base T連接只是在中心站和用戶房屋之間實現雙向網際網路數據傳輸的可能實施方式。任何數據都可以利用本發明的原理傳輸。CO調幀器1100還通過連接1014從多路復用器1008接收數字視頻節目組。CO調幀器1100向xDSL發射接收器1001輸出數據，並以對應於xDSL操作模式的速率從DSL發射接收器1001接收數據，xDSL操作模式是已經(由監控模塊1007)選擇的。如上所述，CO調幀器1100的操作的詳細描述將參考圖19進行。xDSL發射接收器1001向調幀器1100發送和從此接收TTL數據。xDSL發射接收器1001也通過連接16向每個用戶發送和從那裡接收xDSL數據。
監控模塊1007包含微處理器，用於實現到達用戶和來自用戶的控制信道，以便通過局部總線1017與架處理器模塊300通信，和控制UAA模塊1000和讀取它的狀態。監控模塊1007的典型功能包括(但是並不限於這些)通過CO調幀器1100實現到達和來自每個用戶的控制信道(串行數據埠)、確定對應於用戶所選擇的頻道的節目標識和節目組，和把選擇的節目組和節目ID發送給CO調幀器1100。其他功能包括配置xDSL發射接收器1001、實現測試xDSL發射接收器的測試埠、讀插件地址、實現與架處理器300通信的串行數據埠、監視xDSL發射接收器1001和橋1004的狀態、以及復位UAA1000上的模塊。
電壓調節模塊1002允許帶電把UAA模塊1000插入底板上，而不會導致底板總線有任何錯誤，不會損壞UAA模塊1000上的任何器件、也不會損壞插在同一底板上的其他部件上的任何器件。熱切換控制器集成電路用於完成這一功能，而且集成電路為微處理器系統提供復位電源。
圖15是中心站主機工作站650的流程圖。中心站主機工作站650的功能如下。方塊651提供用戶接口，它提供與用戶資料庫的接口用於UAA1000的設置。用戶接口651還提供用於設置和監視中心站400設備的接口，和通過例如Java和HTML提供用戶圖形接口。用戶資料庫和控制方塊652保持系統管理工作站325資料庫相對於用戶信息的內容的局部鏡象，包括如下視頻信道授權、網際網路服務授權、記帳活動(節目收費(PPV)信息)、服務啟動和停止、以及頻道觀看統計。用戶資料庫和控制方塊652也允許上載記費信息和下載用戶信息。用戶資料庫和控制方塊652也設置UAA1000以便服務，包括初始設置和服務中的任何變化。硬體設置和狀態顯示方塊654提供下列功能初始化中心站400設備、監視中心站400設備的狀態、包括管理架處理器模塊300查詢狀態信息和管理UUA查詢節目收費情況。硬體設置和狀態顯示模塊654也提供插件結構資料庫的入口，以便在同時替換大量模塊的情況下快速設置。
嵌入控制網絡模塊656完成在COM650與中心站400設備之間通信信息的功能。嵌入控制網絡656還允許應用程式接口(API)定義系統支持的信息/命令類型。系統管理工作站接口模塊657在中心站主機工作站650與位於TPCC100內的系統管理工作站325之間提供雙向通信。COM650還提供下列各項必須的邏輯，即處理用戶關於希望觀看節目的請求、收集用戶頻道觀看習慣的統計(即觀看哪些頻道超過了特定時間段)、和分配UAA模塊1000上的通信埠，數字視頻內容、雙向網際網路數據和POTS通過上述通信埠提供。
圖16是描述用戶房屋1300的方框圖。數字視頻和數據提供通信信道16從中心站400進入用戶房屋1300。在最佳實施例中，通信信道16表示為也支持POTS通信的數字用戶線路通信信道。或者，通信信道16可以是能夠支持壓縮數字視頻、雙向網際網路數據和POTS通信的任何通信信道，包括無線通信信道，但是並不限於此。而且，INI1350與計算機1355、視頻機1365、和電話機1360之間的連接也可以利用不同的連接方法實現。包括例如無線技術，但是並不限於此。
通信信道16連接到智能網絡接口(INI)1350。計算機1355、視頻機1365、和電話機1360表示為連接到INI1350。INI1350也可以支持附加埠通信線路，1353a和1353b，它們也可以是數位訊號形式。INI1350的結構和操作將在下面描述。
圖17A是描述圖16中的智能網絡接口(INI)1350的示意圖。INI1350包括連接到通信信道16上的RADSL(速率自適應數字用戶線)數據機1351。雖然表示為使用RADSL數據機1351，本發明的數字視頻和數據傳輸系統可以使用任何傳輸技術，用於在用戶房屋1300與中心站400之間通信。電話機1360也連接到RADSL數據機1351上。RADSL數據機1351還通過連接1353a和1353b支持附加POTS裝置，它們可以是數字服務形式。
處理器1354連接到IR遙控接口1358、RADSL數據機1351、CP調幀器1400、MPEG-2晶片1356、和圖形處理器1357。處理器1354控制INI1350的操作以便從MPEG-2晶片1356向視頻機1365提供視頻和音頻視頻信號，提供10base-T乙太網絡連接1359從乙太網絡接口1352向計算機1355提供數據。處理器1354還提供用於調試和維護的串行數據連接，也可以為低數據速率裝置提供連接，例如設備或警告監視，但是並不限於此。處理器1354還連接到IR遙控接口1358。
現在參考圖17B，IR遙控接口1358(包含在INI1350中)允許通過具有一個或多個IR遠距離發射接收器1362的閉鎖(dwelling)RF分配系統1361進行RF信息的雙向通信。IR遠距離發射接收器1362可以位於每個觀看/控制位置。
圖17C是描述圖17B中的IR遙控收發器1362的示意圖。RF信息的通信是通過變換IR接收器1367b從手持遙控器(未示出)接收到的IR通信實現。IR接收器1367b應該構造成接收例如40KHz範圍內的所有已知載頻和所有代碼。在最佳實施例中接收信號的包絡用於控制400MHz移頻鍵控(FSK)發射器1363a，它通過閉鎖RF分配系統1361經主RF信號通道1374向INI1350發射信號。FSK發射器1363a和FSK接收器1366b(以及圖17D中FSK接收器1363b和FSK發射器1366a)通過連接1377連接到主RF信號通道1374，該連接描述為可以成功地把各個發射器和接收器連接到主RF信號通道1374的任何連接。該鏈路可以通過75歐姆同軸電纜或其他方式實現，例如無線連接，但是並不限於此。還包括360MHz FSK接收器1366b和IR發射器1367a，它們應該有足夠大的功率以便通過IR信號控制裝置。
圖17D是描述圖17A中的IR遙控接口1358的示意圖。IR遙控接口1358在收發器控制器1372中解碼通過主RF信號通道1374接收的信息並通過連接1376把數字字傳輸給處理器1354(圖17A)。收發器控制器1372還在IR接收器1367b與處理器1354(圖17A)之間傳遞消息。處理器還可以通過360MHz FSK發射器1366a控制連接到主RF信號通道1374和RF分配系統1361上的裝置，以上述方式類似，但是在頻率360MHz。
RF調製器1368從MPEG-2晶片1356接收音頻和視頻輸入(圖17A)。RF放大器1369和非反射開槽光纖1371確保只有希望的信號在RF調製器1368和主RF信號通道1374之間傳遞。
該系統允許同時發射RF視頻信號和雙向控制信號。多個IR遙控收發器1362可以安裝在一個系統中。該系統不依賴於遙控器載頻和特定的代碼實現方式。代碼的解碼和IR發射器的控制由處理器1354中的軟體控制。
圖18是示意圖，描述本發明的數字視頻和數據傳輸系統中的CO調幀器1100和CP調幀器1400的位置和可能實施方式。CO調幀器1100位於中心站400中，存在於UAA模塊1000上(未示出)，接收視頻節目內容。CO調幀器1100還通過網際網路14發射和接收數據服務。CO調幀器1100與數據機1351通信以便通過通信道16與位於用戶房屋1300處的相應數據機1351通信。CP調幀器1400位於INI1350內，向MPEG-2解碼器1356輸出兩個MPEG-2格式的數字視頻節目，並通過網絡接口1352與計算機1355通信數據服務。
圖19是描述圖18中的CO調幀器1100的示意圖。CO調幀器1100通過連接1161接收一個自適應型MPEG-2傳輸流形式的節目組到包標識(PID)濾波器，包含多個節目。MPEG-2傳輸流包括傳輸包的連續流。所有傳輸包的長度為188位元組。第一字節設置成數值0×47以便幫助同步，該位形式不是唯一的並可以出現在包中的其他位置。傳輸包頭中還包括包標識(PID)域，該標識把傳輸包中的有效載荷與具有其他PID數值的傳輸包的有效載荷區別開來。根據MPEG-2協議，傳輸包可以含有有效載荷、自適應域，或者自適應域後面是有效載荷。當存在自適應域時，自適應域提供關於數據流的附加信息。
這些附加信息條之一是節目時鐘標準(PCR)值。MPEG-2傳輸流的編碼和解碼都使用27MHz時鐘進行處理。這些時鐘驅動系統計數器(STC)，它提供連續增加的時間標記值。編碼器利用它自身的STC標記數據被傳送到解碼器的時間。解碼器從編碼器接收數據流，並利用它自身的STC確定何時把標記時間的數據傳送到它的內部單元。為簡單起見沒有示出編碼器和解碼器。然而，因為兩個完全不同的時鐘驅動STC計數器，因此由於過程變化、環境條件等，兩者之間將不可避免地存在敏感變化。當接收數據時這些變化將導致解碼錯誤。因此，希望有一種方法保持解碼器時鐘與編碼器時鐘同步，雖然事實上兩者可能完全不同。這裡描述的方法是使用包含在自適應域中的PCR值。
PCR值是當STC離開編碼器時正好在PCR值被插入傳輸流中的時間點上解碼器中STC的拷貝。ISO/IEC IS 13818-1國際標準(1994)MPEG-2系統要求從編碼器到解碼器的傳輸延遲必須是常量。通過這樣要求，到達解碼器的傳輸包恰為相同的節拍，且當它們離開編碼器時在時間上相對定位。結果，當接收到PCR值時，解碼器可以將它與解碼器自身的本地STC進行比較。如果接收到的PCR(STC)比本地STC超前，那麼解碼器可以推斷出本地27MHz時鐘比遠處的時鐘稍慢。如果接收到的PCR(STC)比本地STC落後，那麼解碼器可以推斷出本地27MHz時鐘比遠處的時鐘稍快。解碼器時鐘設置成允許它的速率敏銳變化，因此它可以利用PCR值提供的信息使得STC與遠處編碼器的STC一致。
再參考圖19，包標識(PID)濾波器1110(將參考圖24A和24B詳細描述)接收連接1161上的多個節目傳輸流，並把多個節目傳輸流提取成單個節目傳輸流在連接1162上輸出。產生的傳輸流被傳送到異步先進先出存儲裝置(異步FIFO)進行暫存。
PCR提取裝置1130(將參考圖25詳細描述)監視連接1162上單個節目組的內容，並尋找是否存在PCR域。當PCR提取裝置1130檢測到PCR域時，它從所述流中提取出或更準確地說是拷貝PCR域並通過連接1164把PCR值發送至PCR增值器1140。PCR增值器1140(將參考圖26詳細描述)在每個27MHz周期通過連接1164接收PCR域並把它的數值加1。PID濾波器1110、異步FIFO 1125、PCR提取裝置1130和PCR增值器1140都通過底板設計提供的通用27MHz時鐘工作，所述底板設計傳輸自適應型傳輸流(圖20A)。重要的是，上述包含在CO調幀器1100中的元件由圖21A中用於輸入到CO調幀器1100中的自適應型傳輸流1161的同一時鐘計時，因此使得CO調幀器能夠經濟地實現為同步單元。
當CO數據多路復用器1150(它的操作將參考圖27A、27B、27C和27D詳細描述)準備好發送MPEG-2包時，它通過連接1166檢查異步FIFO裝置1125的內容。如果有要發送的包，CO數據多路復用器就發送該包。如果所述包包含PCR域，CO數據多路復用器1150知道可以從PCR增值器1140獲得調整型的PCR域。在這種情況下，CO數據多路復用器1150通過不認定連接1171上的PCR運行信號使得PCR增值器1140停止運行，使得PCR增值器1140的輸出穩定。當把包發送至數據機1351(圖18)時CO數據多路復用器1150把初始PCR值改寫或重新標記為調整的PCR值。如果沒有要發送的MPEG-2包，相反CO數據多路復用器1150就發送包含來自連接1169的數據服務的包。因為MPEG-2的視頻時鐘標準用27MHz時鐘編碼，應該注意當用CO調幀器時鐘計時的數據以同一速率例如27MHz計時時，最佳實施例中是有益的。然而，只要CO調幀器數據計時與編碼視頻時鐘標準是同一速率，本發明的CO調幀器的PCR重新標記調整可以成功地工作。具體地說，本發明的CO調幀器在自適應型總線(圖20A)的每個27MHz時鐘周期簡單地把PCR域調整一個單位，直到該包準備好發送至數據機。
CO數據多路復用器1150也可以向數字視頻內容和網際網路數據增加控制信道1174。控制信道1174通過利用存在於每個包內(或者是數字視頻內容、網際網路數據、或空位)的未使用的優先傳輸標誌位建立，所述包在中心站400與用戶房屋1300之間傳輸。控制信息通過連接1174傳輸，利用(或者更準確地說是超載)存在於每個在中心站400與用戶房屋1300之間通信的傳輸包內的優先傳輸標誌位，所述連接1174是在上行和下行兩個方向上的低速率控制數據信道。CO調幀器1100和CP調幀器1400利用這一附加位在上行和下行兩個方向上形成串行流，通過所述串行流通信控制信息，例如來自位於用戶房屋1300處的用戶的節目點播。以這種方式，能夠傳輸低速率串行信息而不影響MPEG-2節目或通常的數據服務。CO調幀器1100和CP調幀器1400中的通用異步接收器發射器(UART)單元利用這些位產生和接收串行信息，從而在通信道16兩端的主處理器之間提供通信鏈路。
圖20A是描述圖19中的傳輸流的自適應速率傳輸流總線特性的示意圖。自適應型傳輸流總線以恆定的27MHz數據速率計時，表示為t-1/(27×106)sec，與輸入信號的速率無關。雖然使用額外的DVALID位，由信號1176表示，也用27MHz計時，它表示它的相應位是否含有有效數據，總線允許傳輸任意數據速率(高達8×(27×106)b/s)的傳輸流。增加額外的包由信號1177表示的同步位(PSYNC)以便標識每個MPEG-2傳輸流包中的第一字節。這種設計使得本發明在接收許多不同電話速率的輸入傳輸流方面特別通用。通過只存儲連接1176上它們的相關DVALID信號被認定為有效的字節，把有用數據從傳輸流1161中提取出來。在該被提取出的有用數據中，接收裝置知道連接1177上的PSYNC信號被認定在每個傳輸包的第一字節上。
圖20B是示意圖，描述用於通過光學鏈路傳輸8個圖20A中的自適應速率傳輸流的格式。圖20A中的自適應速率傳輸流包括8個10位並行數據流。8個數據流組合形成基本80位字。串行數據流被組織成幀，一個說明性的這樣的幀表示為幀1201。每個幀1201包括80位附加字1201a、80位速率調整字1201b和13個80位有效載荷字1201c至1201n，產生一個長度為1200位的幀。
附加字1201a包括32個成幀位1202和四位有效載荷指針1206，在它們之間有44位未使用的位1204。成幀位表示一幀的開始，用於使得串行數據與遠距離視頻輸入模塊對826(包括圖11C進行了討論)的輸出並行數據同步。有效載荷指針1206表示有效載荷數據是從數據調整字1201b、第一有效載荷字1201c、或第二有效載荷字1201d開始(未示出)的。以這種方式，串行數據流調整數據速率以便與輸入數據速率匹配。注意80位附加字1201a被分成10個8位字節，而速率調整字1201b和有效載荷字1201c-1201n被分成8個10位並行自適應速率傳輸流，每個包括8個數據位，DVALID位1176(圖20A)和PSYNC位1177(圖20A和21)。
圖21是描述任意速率節目流的示意圖，由它建立速率為27MHz(圖20A)的自適應型傳輸流。由信號1161表示的任意速率傳輸流通過使用由圖20A中的DVALID和PSYNC啟動的選擇計時變換。可以看到時間間隔t=1/α秒，其中0＜α＜27×106。以這種方式，任意傳輸流可以適應地變換為圖20A所示的27MHz傳輸流。
圖22是取自ISO/IEC 113818-1-表2-3的傳輸流定義表，它定義了每ITU-TRec.H.222.0的傳輸包，它定義圖20A、20B和21中的傳輸包的前三個字節。說明性地，每個傳輸包的前三個字節足以確定每個包的PID域。注意字節2包含位4-0，PID[12∶8]，包PID高位(PIDH)，而字節3包含位7-0，PID[7∶0]，表示包PID低位(PIDL)。PIDH和PIDL位的使用將參考圖24A-B詳細描述。
圖23是描述圖19中的連接1161上的數字視頻節目組的示意圖。節目組包括一個或多個節目，用信道1178和信道1179表示，前者包含例如有線新聞網(CNN)，後者包含例如家庭票房(HBO)。雖然為了簡單起見示出了兩個信道，每個節目組中可以同時傳播多個頻道。這些節目利用包ID(PID)標識域區別。示出的是樣本節目組，其中包含在一個節目組中的幾個節目被濾波成單個節目，說明為由終端用戶指示，表示為產生於包PID濾波操作的CNN節目1178。
圖24A是描述圖19中的PID濾波器1110的示意圖。PID濾波器1110包括多個8位鎖存器1111a-1111n，每個設計成接收連接1161上的8位傳輸流。鎖存器1111還包括兩個附加位，在連接1177上接收的PSYNC位和在連接1176上接收的DVALID位。連接1176上的DVALID位給8位鎖存器1111提供時鐘啟動信號。結合圖20A、20B和22中所描述的，PID濾波器1110把所有包含不希望的PID值的包的DVALID標誌設置為低值。以這種方式，通過分析連接1161上的PIDL位和連接1117上的PIDH位，只有希望的節目被從傳輸流1161中提取出來，所述傳輸流包含所述節目組。連接1116的PIDL位和連接1117上的PIDH位形成連接1118上的當前包標識字節。
比較器1121分析連接1118上的當前PID值和連接1119上的希望PID值，如果它們匹配，即當前PID值是希望的PID值1119，那麼比較器1121給鎖存器提供一個輸入。如果PSYNC信號認定為在連接1177上，而且比較器認定連接1191上的信號，那麼鎖存器1122認定連接1192上的信號以便輸入到與門1112。如果與門1112接收來自鎖存器1122的輸入和在1176上認定的DVALID信號，那麼與門通過鎖存器1114使得DVALID信號不被認定，而包含希望包ID的濾波節目組在連接1162上提供給異步FIFO緩衝區1125(圖19)和PCR提取裝置1130(圖19)。
圖24B是描述圖24A中的PID濾波器1110的操作的流程圖。在方塊1123PID濾波器接收新的包。在方塊1124它判斷該包是否包含希望的PID值。如果PID值和希望的一樣，那麼在方塊1126中包ID濾波器將等待下一個包。如果PID值和希望的不一樣，那麼在方塊1127中PID濾波器1110將把該包標記為無效，然後在方塊1126等待下一個包。
圖25是描述圖19中的PCR提取裝置1130的操作的判斷流程圖。在方塊1131，PCR提取裝置接收新的包。在1132，PCR提取裝置1130判斷該包是否包含PCR值。如果新包中不包含PCR值，那麼在方塊1134PCR提取裝置1130將等待下一個包。如果所述包中包含PCR值，那麼在方塊1136PCR提取裝置1130將把該值鎖存在PCR增值器1140中。然後在方塊1134PCR提取裝置1130等待下一個包。
圖26是圖19中的PCR增值器1140的詳細圖。在線路1164，多路復用器1141從PCR提取裝置1130接收新PCR值。當受連接1171上的PCR運行信號認定所命令時，PCR寄存器1144將存儲在連接1147上通過多路復用器1141所接收的新PCR值。PCR寄存器1144通常是43位寄存器，只要連接1171上的PCR運行信號被認定，在每個27MHz時鐘周期，連接1164上提供的新PCR值或者連接1146上提供的當前PCR值加1被鎖存在PCR寄存器1144。寄存器的當前值提供連接1167被提供給CO數據多路復用器1150，使得當通過連接1168把MPEG-2流傳送至用戶房屋1300時(見圖10)，CO數據多路復用器1150能夠把該域再插回MPEG-2流中。該技術允許PCR域調整正確的量以便保持其精確性。對於每個27MHz時鐘周期，PCR滿載傳輸包被延遲，PCR域被增加一個單位以便補償。當CO數據多路復用器1150準備好把PCR滿載傳輸包發送到用戶房屋1300時，它通過不認定連接1171上的PCR運行信號停止PCR增值器的運行，並把更新的PCR域加載回它的初始傳輸包(將參考圖28詳細描述)。
再參考圖19，通過使用以27MHz對數據計時的傳輸流接口，同一時鐘源可以用於PID濾波器1110、PCR提取裝置1130、異步FIFO緩衝區1125、和PCR增值器1140，它的PCR值用27MHz時鐘周期的單位表示。這樣使得所有這些單元實現為簡單同步硬體設計。應該注意與輸入傳輸流相關的27MHz數據時鐘可能與編碼器中使用的27MHz時鐘很不相同。因此似乎加到PCR域上的量與編碼器時鐘本地再次產生的設置稍微不同。然而，PCR增值器1140運行的短暫時間內兩個時鐘之間的差異非常小。通過利用數據時鐘來再次產生編碼器時鐘，CO調幀器1100的實現成本大大降低。異步FIFO緩衝區1125和PCR運行信號1171在所有其他單元和CO數據多路復用器1150之間提供緩衝，CO數據多路復用器1150是另一個純同步設計，從而由數據機1351提供的數據時鐘所調整。
圖27A是描述圖19中的CO數據多路復用器1150的方框圖。多路復用器1151通過連接1167從PCR增值器1140接收新值，通過連接1169接收數據服務輸入，通過連接1166從異步FIFO緩衝區1125接收延遲節目形式的數據，和從判斷器1152接收輸入。判斷器1152認定或不認定連接1171上的PCR運行信號以便停止或繼續PCR增值器1140的操作。多路復用器1151根據當前要求選擇從FIFO緩衝區1125、數據服務1169發送數據，或者通過連接1167用新值代替包的PCR域。多路復用器1151通過連接1168向數據機1351提供最最終傳輸流，用於通過低帶寬通信信道16傳輸。
圖27B是描述圖27A中的判斷器1152的操作的狀態圖。在狀態m0、m1和m2，包含視頻節目內容的字節被從異步FIFO緩衝區1125中讀出，並通過連接1168發送至數據機1351。在狀態m3，再次從異步FIFO緩衝區1125中讀出一個字節並發送至數據機1351。如果設置了位5，那麼進入狀態m4，否則進入狀態mwait。在狀態m4，再次從異步FIFO緩衝區1125中讀出一個字節並發送至數據機1351。如果為零，進入狀態mwait，否則進入狀態m5。在狀態m5，再次從異步FIFO緩衝區1125中讀出一個字節並發送至數據機1351。如果設置了位4，那麼進入狀態m6，否則進入狀態mwait。如果狀態計算機到達狀態m6，那麼PCR值被置於包，從而如下所述舊值被新值代替。
在狀態m6、m7、m8、m9、m10和m11，從異步FIFO緩衝區1125中讀出一個字節並清除。不認定線路1171上的PCR運行信號。在後面六個時鐘周期中的每一個期間，發送與新PCR域相關的六個字節(連接1167)，代替與舊PCR域相關的六個字節。
在mwait狀態，從異步FIFO緩衝區1125中讀出一個字節並發送至數據機1351，等待下一個包判斷(1152)。
在狀態i0，標準MPEG-2同步字節(0×47)被發送至數據機1351。在狀態i1，字節0×1F被發送至數據機1351。在狀態i2，字節0×FE被發送至數據機1351。在狀態i3，字節0×1α被發送至數據機1351，其中α是適當的連續計數值。狀態i1和i2發射將用於網際網路數據的PID值，在該最佳實施例中使用PID值0×1FFE。應該注意任意數值都可以使用，只要它在整個設計中是一致的並不與所使用的任何其他PID矛盾。連續計數器是標準4位域，如同本領域所公知的一樣，它每傳輸一個相同PID的包就增值一次。在iwait狀態，一個字節的網際網路數據被傳送到數據機1351，並等待下一個包判斷(1152)。
在狀態n0，標準MPEG-2同步字節(0×47)被傳送到數據機1351。在狀態n1，字節0×1F被傳送到數據機1351。在狀態n2，字節0×FF被傳送到數據機1351。在狀態n3，字節0×1β被傳送到數據機1351，其中β是適當的連續計數器值。在iwait狀態，字節0×FF被傳送到數據機1351，並等待下一個包判斷(1152)。
圖27C是描述圖27A中的CO數據多路復用器1150的操作流程圖。在方塊1153，CO數據多路復用器1150準備好發送新包。在方塊1154，它確定是否有MPEG-2節目包準備好從連接1166(圖19)發送。如果有MPEG-2節目包，那麼在方塊1156通過連接1168把它發送到數據機1351。如果沒有準備好的MPEG-2節目包，那麼在方塊1155CO數據多路復用器1150將確定是否已經達到了數據量。如果已經達到了數據量，那麼在方塊1157CO數據數據機1150將發送空包。如果在方塊1155確定還沒有達到數據量，那麼在方塊1158CO數據數據機1150將發送數據服務包。
圖27C是描述圖27A中的CO數據多路復用器節目包判斷功能的流程圖。在方塊1181，必須選擇發送MPEG-2節目包，方塊1181對應於圖17B中的方塊1156。在方塊1182，確定將要發送的包是否含有PCR值。如果該包不含有PCR值，那麼在方塊1183，發送MPEG-2節目包。如果在方塊1182，它確定所述包含有PCR值，那麼在方塊1184，連接1171上的PCR運行信號(圖19)不被認定，而且舊PCR值被可以在連接1167上獲得的新PCR值代替。
圖28是描述圖19中的CO調幀器1100的下行(從中心站400到用戶房屋1300)的操作的示意圖。來自多個節目源傳輸流1161的各個包被選擇向前傳輸到較慢傳輸流1168最後到達數據機1351，通過把在連接1164(圖19中)上提取出的PCR值通過連接1172發送到PCR增值器1140內和不向PCR增值器1140認定PCR運行信號(圖19)。PCR域調整對包含根據圖26描述的PCR域的包進行。
圖29是描述在上行(從用戶房屋1300到中心站400)方向圖19中的CO調幀器1100的CO數據多路復用器的示意圖。雖然為簡單比圖19簡化了，除了CO數據多路復用器1150外，CO調幀器1100包括CO數據解復用器1155。CO數據解復用器1155通過連接1168從用戶房屋1300接收雙向網際網路數據和通過連接1174接收控制信息。CO數據解復用器路由網際網路數據，例如通過連接1169至計算機1355(未示出)。控制頻道1174的操作如上所述。
圖30是描述在下行方向上CP數據解復用器1455的示意圖。視頻節目內容和數據在連接1456上從DSL數據機1351接收。CP數據解復用器1455分離視頻節目內容和雙向網際網路數據，以便前者用於在連接1457輸入到MPEG-2解碼器1356(圖18)，後者用於在連接1459輸入到計算機1355(圖18)。向CP數據解復用器1455提供輸入的還有控制信道1174，它的操作參考圖19進行了描述。
圖31是描述上行方向上圖17A中的CP調幀器1400的CP數據多路復用器1450的示意圖。雙向網際網路數據通過連接1459接收到CP多路復用器1450並傳輸到DSL數據機1351以便通過通信信道16通信。注意CP數據多路復用器1450隻在上行方向上通過控制信道1174發送雙向網際網路數據和控制信息。
圖32是描述CO數據解復用器1155和CP數據解復用器1455二者的操作的判斷流程圖。方塊1186表示新包到達。在方塊1187，確定所述包是否包含數據服務。如果所述包不包含數據服務，那麼在方塊1188數據解復用器等待下一個包。如果在方塊1187確定所述包包含數據服務，那麼在方塊1189提取出數據服務，而且在方塊1188數據解復用器等待下一個包。
圖33是描述圖17A中的CP數據多路復用器1450的操作的流程圖。在方塊1401，CP數據多路復用器1450準備好發送新包。在方塊1402，確定是否已經達到數據量。如果已經達到數據量，那麼在方塊1404CP數據多路復用器1450發送空包。如果在方塊1402，確定還沒有達到數據量，那麼在方塊1406，CP數據多路復用器1450將經數據機1351通過通信信道16把數據服務包發送到到中心站400。這說明上行數據也格式化為傳輸包。雖然本發明的設計不必起作用，但是它促進了標準化。CP數據多路復用器1450隻產生數據服務和空包。
圖34是描述圖19中的CO調幀器的另一實施例的示意圖。在該實施例中，CO調幀器1100向已經存在的傳輸流中增加新的節目。與參考圖19所描述的元件完成相似功能的元件使用相同的參考標號，而且不再詳細描述。如圖所示，將要增加的節目通過連接1551提供到異步FIFO緩衝區1125。PCR提取器1130還以類似於監視圖19中的PID濾波器1110的輸出的方式監視連接1551上的傳輸流。PCR提取器1130，PCR增值器1140和異步FIFO緩衝區1125都完成與上述一樣的功能。節目多路復用器1550代替CO數據多路復用器1150，並通過連接1552接收已經存在的節目流。節目多路復用器1551用與新節目相關的包代替輸入的空包，並在連接1554上提供包括新的n+1個節目流的輸出。
可以對本發明的上述實施例進行各種變型和改進，而實質上並不脫離本發明的範圍和原理。所有這些改進和變型意欲包括在本發明的範圍內。
權利要求
1．一種在數字視頻傳輸系統中保持時序同步的系統，包括濾波器，設計成接收包括多個節目的節目組並隔離至少一個所述節目；緩衝區，與所述濾波器通信；節目時鐘基準(PCR)提取器，與所述濾波器通信；計數器，與所述PCR提取器通信；以及多路復用器，與所述計數器通信，並設計成接收所述緩衝區和所述計數器的輸出。
2．如權利要求1所述的系統，其中所述PCR提取器設計成把提取出的時序基準值從所述至少一個節目中拷貝到所述計數器。
3．如權利要求2所述的系統，其中所述計數器設計成把所述時序基準值改寫到所述至少一個節目中。
4．如權利要求2所述的系統，其中所述多路復用器設計成將至少一個雙向數據信道加入所述緩衝區和所述計數器的輸出。
5．如權利要求2所述的系統，其中所述多路復用器設計成將至少一個電話信道加入所述緩衝區和所述計數器的輸出。
6．如權利要求2所述的系統，其中所述多路復用器設計成將至少一個雙向數據信道和至少一個電話信道加入所述緩衝區和所述計數器的輸出。
7．如權利要求2所述的系統，進一步包括設計成接收和分離至少一個雙向數據頻道和至少一個電話頻道的多路解復用器。
8．一種在數字視頻傳輸系統中保持時序同步的方法，包括下列步驟在濾波器中接收數字視頻傳輸流，該傳輸流由多個包構成，並含有多個節目，具有與每個節目相關的時序基準值，濾波所述傳輸流以便獲得所述多個節目中的至少一個需要的節目；把所述需要的節目提供給緩衝區並監視所述需要的節目，以便檢測任何所述有效包中所述時序基準值的存在；把所述時序基準值拷貝到計數器；把所述計數器的值增加一個等於所述需要節目存在於所述緩衝區中的時間的量；把所述時序基準值提供給多路復用器；以及在所述需要節目離開所述緩衝區後把所述時序基準值改寫到所述需更的節目中。
9．如權利要求8所述的方法，進一步包括在所述多路復用器中組合所述需要的節目和至少一個雙向數據信道的步驟。
10．如權利要求8所述的方法，進一步包括在所述多路復用器中組合所述需要的節目和至少一個電話信道的步驟。
11．如權利要求8所述的方法，進一步包括在所述多路復用器中組合所述需要的節目和至少一個雙向數據信道及至少一個電話信道的步驟。
12．如權利要求8所述的方法，進一步包括在多路復用器中接收至少一個雙向數據信道和至少一個電話信道的步驟。
13．如權利要求12所述的方法，進一步包括分離所述至少一個雙向數據信道和所述至少一個電話信道的步驟。
14．一種用於傳輸視頻信號、雙向數據信號、和電話信道的方法，包括下列步驟在收發器中接收包括視頻信號、雙向數據信號、電話信號和控制信道的信號；分離所述視頻信號、所述雙向數據信號、所述電話信道和所述控制信道；把所述視頻信號路由到視頻解碼器；把所述雙向數據信號路由到數據接口；把所述電話信號路由到電話；以及把所述控制信道理由到處理器。
15．如權利要求14所述的方法，進一步包括下列步驟多路復用所述雙向數據信號和所述控制信道；以及把所述多路復用信號發送至收發器。
16．如權利要求14所述的方法，其中所述控制信道利用MPEG-2傳輸流中的未用位提供，以便用戶通過所述收發器通信控制信息。
全文摘要
一種新型系統和方法,用於在數字視頻網以及數字視頻和數據傳輸系統中保持時序同步,使得能夠通過通信信道向終端用戶傳輸諸如網際網路數據(14)、普通老式電話業務(POTS)的數字視頻內容、雙向數據服務。信道通常是在電話公司中心站(100)與用戶房屋(1300)之間延伸的銅線對,但是可以是支持壓縮數字視頻、雙向數據,諸如網際網路數據和POTS通信的任何任何通信媒質,事實上可以是無線連接。數字視頻和數據傳輸系統利用總線或廣播底板,由包含在中心站內的電路形成。廣播底板使得每個終端用戶可以獲得多個視頻節目數據,並允許多個終端用戶獲得多個視頻節目內容,而不需要把整個節目內容傳輸給每個用戶。數字視頻和數據傳輸系統利用新型結構使得數字視頻信號時序同步,以便確保所接收的數字視頻節目質量高,並符合MPEG－2標準。
文檔編號H04L7/10GK1285117SQ98812921
公開日2001年2月21日 申請日期1998年11月4日 優先權日1997年11月4日
發明者P·H·勞倫斯, B·W·敦, M·A·埃斯勒曼 申請人:喬治亞科技研究公司