Эта заявка на патент является частичным продолжением заявки с регистрационным номером 07/991074, зарегистрированной 9 декабря 1992 года, под названием "Система компоновки и распределения телевизионных программ с доступом абонента в режиме меню". Ниже перечислены другие являющиеся частичным продолжением заявки, также основанные на упомянутой выше заявке на патент, которые включены в описание этого изобретения путем ссылки:
- регистрационный номер 08/160281, PCT/US 93/11708, под названием "Перепрограммируемый терминал, предназначенный для предложения программ, имеющихся в системе распределения телевизионных программ", зарегистрированная 2 декабря 1993 г.;
- регистрационный номер 08/160280, PCT/US 93/11616, под названием "Сетевой контроллер для систем распределения кабельного телевидения", зарегистрированная 2 декабря 1993 г.;
- регистрационный номер 08/160282, PCT/US 93/11617, под названием "Центр управления для системы компоновки и распределения телевизионных программ", зарегистрированная 2 декабря 1993 г.;
- регистрационный номер 08/160193 PCT/US 93/11618, под названием "Входной терминал приемника для систем распределения кабельного телевидения", зарегистрированная 2 декабря 1993 г.;
- регистрационный номер 08/160194, PCT/US 93/11606, под названием "Улучшенный входной терминал приемника для систем распределения кабельного телевидения", зарегистрированная 2 декабря 1993 г.
Настоящее изобретение касается систем распределения кабельного телевидения для обеспечения программирования программы телевидения в дома потребителей в цифровом формате. Более конкретно, изобретение касается новой техники для участка головной станции кабельного телевидения в системе распределения кабельного телевидения, способной манипулировать цифровыми телевизионными сигналами и сигналами звукового сопровождения.
Современные телевизионные системы распределения созданы для распределения аналоговых видеосигналов и сигналов звукового сопровождения от источника сигналов на телевизионные устройства телезрителей. С вводом цифровой техники для видеосигналов и сигналов звукового сопровождения будущее телевизионных систем распределения требует преобразования систем распределения с аналоговых на цифровые видеосигналы и сигналы звукового сопровождения.
Разработки в области цифровой техники сжатия спектра позволяют обеспечивать гораздо более высокую пропускную способность сигналов телевизионных программ по сравнению с существующими или слегка модифицированными передающими средствами. Системы распределения кабельного телевидения должны быть реконструированы таким образом, чтобы получить преимущества цифровой техники. Головная станция кабельного телевидения является ключевой частью системы распределения кабельного телевидения и требует переконструирования.
Аналоговые системы распределения кабельного телевидения работают с блоком аналогового преобразователя кабельного телевидения в доме телезрителя, который использует телевидение для воспроизведения телевизионных программ. Блок преобразователя с помощью кабеля подсоединен к месту головной станции кабельного телевидения.
Обычно каждый участок головной станции аналогового кабельного телевидения имеет множество параболических зеркальных антенн спутниковой связи. Параболическая антенна спутниковой связи каждого места головной станции аналогового кабельного телевидения обычно принимает передаваемые сигналы с одного или двух спутников. Спутник имеет множество спутниковых ретрансляторов. Хотя в настоящее время участки линии связи Земля-спутник и параболические антенны спутника могут передавать и принимать видеосигналы и сигналы звукового сопровождения множества программ, каждый ретранслятор спутника обычно передает только одну телевизионную программу со звуковым сопровождением в любой данный период времени. Обычно ретранслятор назначается для одного канала телевизионной программы. Далее, как правило, в головной станции аналогового кабельного телевидения для приема сигнала с ретранслятора имеется одно объединенное приемное и декодирующее устройство на ретранслятор.
В итоге, современная аналоговая техника требует сочетания одного участка линии связи со спутником, одного спутникового ретранслятора и одной спутниковой параболической антенны головной станции кабельного телевидения для того, чтобы передать каждую аналоговую программу видеосигналов и звукового сопровождения на головную станцию кабельного телевидения. Головная станция кабельного телевидения использует несколько аналоговых сигналов изображения и звукового сопровождения с большого количества параболических антенн и большого количества ретрансляторов, чтобы обеспечить многоканальные аналоговые сигналы. Затем головная станция кабельного телевидения передает эти аналоговые сигналы на разных частотах передачи в блоки преобразователя кабельного телевидения в дамах телезрителей, где выбирается один канал.
Каждый телевизионный канал для передачи аналоговых видеосигналов и сигналов звукового сопровождения для телевидения наводится в сегменте 6 МГц полосы частот. Промышленный стандарт в 6 МГц был установлен в 1939 году, и стандарт Национального комитета по телевизионным системам США (НТСЦ) до сих пор составляет 6 МГц на канал аналогового видеосигнала. Поскольку техника распределения телевизионных программ переходит в цифровую область, сегменты из 6 МГц не имеют реального технического значения, за исключением гибридных аналого-цифровых преобразователей.
Кроме того, современные системы распределения кабельного телевидения несут сигналы, которые скремблированы по причинам скрытности. Каждый продавец использует технику скремблирования, которая несовместима с техникой каждого другого продавца. Существует два основных лидера в кабельной промышленности в отношении форматов скремблирования: фирма "Саентифик - Атланта, Инк. ", 4386 Парк Драйв, Норкросс, шт. Джорджия 30093 и фирма "Дженерал Инструмент Корпорейшн", Джералд Коммуникейшн Дивижн (GI), 2200 Байбери Роуд, Хадборо, штат Пенсильвания 19040.
В настоящее время используется двухступенчатый процесс скремблирования и дескремблирования в системах распределения программ кабельного телевидения. На первом этапе сигналы программы скремблируют до спутниковой передачи и дескремблируют на головной станции кабельного телевидения. На втором этапе сигналы программы передают в скремблированном формате в дома телезрителей, где санкционированный блок преобразователя дескремблирует сигналы. Между головной станцией кабельного телевидения и блоками преобразователей в домах абонентов используются главным образом два типа технических приемов скремблирования: инверсия видеосигнала и подавление сигнала начала блока. Таким образом, окончательное дескремблирование осуществляется в блоке преобразователя в домах телезрителей, используя один из этих двух технических приемов.
"Дженерал Инструментс" несомненно является лидером в промышленности и оказывает виртуальную "блокировку" на рынке в отношении скремблирования сигнала от точки организации головной станции кабельного телевидения. От головной станции кабельного телевидения до дома абонента "Дженерал Инструментс" и "Саентифик Атланта" имеют самые высокие доли на рынке, но сталкиваются с конкуренцией соперников, таких как фирмы "Зенит" и "Пайениэ". "Саентифик Атланта" и "Дженерал Инструментс" являются также основными поставщиками входных терминалов приемников для промышленности кабельного телевидения США. Поэтому головные станции кабельного телевидения могут обслуживать блоки преобразователей только одного продавца. Обычно оборудование скремблирования головной станции кабельного телевидения обслуживает либо преобразователи фирмы "Саентифик Атланта", либо преобразователи фирмы "Дженерал Инструментс". В промышленности не существует договоренности в отношении стандартных мер по скремблированию или скрытности. В некоторых случаях изготовители могут производить дескремблеры, совместимые с системой другого изготовителя.
Хотя стандартного способа цифрового кодирования сигналов движущихся картин и звукового сопровождения не существует, телевизионная промышленность через Международную организацию по стандартизации работает на стандарте цифрового кодирования.
Использование цифровых сигналов изображения и звукового сопровождения для передачи программ кабельного телевидения требует изменения существующей в настоящее время системы распределения кабельного телевидения. В частности, описанная выше головная станция аналогового кабельного телевидения не может работать совместно с цифровыми системами. Необходимо также исследовать способы шифрования и дешифрования.
Необходима головная станция кабельного телевидения, которая работает совместно с цифровыми средствами.
Необходима головная станция кабельного телевидение, которая может работать как с цифровыми, так и с аналоговыми средствами.
Необходима головная станция кабельного телевидения, которая принимает многочисленные сигналы программ изображения и звукового сопровождения с одного спутникового ретранслятора.
Необходима головная станция кабельного телевидения, которая может объединять цифровые сигналы программ изображения и звукового сопровождения для передачи в дома телезрителей.
Необходима головная станция кабельного телевидения, которая может посылать как аналоговые, так и цифровые сигналы программ изображения и звукового сопровождения.
Необходима головная станция кабельного телевидения, которая может объединять выбранные аналоговые и выбранные цифровые сигналы изображения и звукового сопровождения, подлежащие передаче в дома телезрителей.
Необходима головная станция кабельного телевидения, которая может выбирать дискретные цифровые каналы из большого количества источников цифровых каналов и рекомбинировать каналы для передачи в дом телезрителя.
Необходима головная станция кабельного телевидения, которая может комбинировать различные цифровые сигналы изображения и звукового сопровождения для создания предложений расположенных ярусами программ.
Необходима головная станция кабельного телевидения, которая может управлять любым необходимым кодированием или декодированием сигналов.
В соответствии с этим, осталась неразрешенной необходимость цифровой техники для головной станции кабельного телевидения. Существует необходимость техники головной станции кабельного телевидения, которая обладает преимуществом техники цифрового уплотнения сигналов программ изображения и звукового сопровождения.
Настоящее изобретение предназначено для разрешения этих потребностей.
Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой систему головной станции цифрового кабельного телевидения, которая дает возможность полностью использовать цифровую технику в системе распределения кабельного телевидения. Головная станция кабельного телевидения является ключевым компонентом системы распределения цифрового кабельного телевидения. Головная станция кабельного телевидения является центральным компонентом для приема, объединения и трассировки сигналов программ к домам телезрителей. Соответствующая настоящему изобретению головная станция кабельного телевидения обеспечивает значительно большую пропускную способность и гибкость по сравнению с существующими головными станциями кабельного телевидения. В частности, устройство объединения в сочетании с другими компонентами соответствующей настоящему изобретению головной станции цифрового кабельного телевидения разрешает много технических проблем и сомнений.
Введение цифровой техники сигналов программ преподносит несколько новых задач в отношении систем распределения кабельного телевидения. Цифровая техника обеспечивает головные станции кабельного телевидения сотнями каналов программ. При таком огромном количестве программ должен быть способ выбора или легкого выбора требуемых программ и (или) отфильтровывания ненужных программ, принимаемых с ретранслятора. Кроме того, поскольку программ слишком много для прохождения в ограниченном интервале полосы частот в последовательно подсоединенном кабеле к домам телезрителей, необходимо эффективно и квалифицированно управлять имеющейся полосой частот для домов. Для передачи в дома телезрителей необходимо выбирать ограниченное количество программ.
Кроме того, имеющаяся полоса частот может различаться для различных домов телезрителей. Например, головная станция кабельного телевидения может обслуживать несколько телезрителей кабельного телевидения сигналом с полосой частот 550 МГц (обычно от 50 МГц до 550 МГц), а несколько телезрителей системой) работающей в полосе частот 750 МГц. Головная станция кабельного телевидения должна посылать правильно объединенный сигнал соответствующим телезрителям. Подобным же образом, если последовательно соединенные кабельные системы с идентичными полосами частот требуют разного предложения по выбору программ, головная станция кабельного телевидения должна формировать два различных объединенных сигнала с идентичной полосой частот, по одному для каждой последовательно соединенной системы кабельного телевидения.
Спутниковые ретрансляторы действуют как кабелепроводы для распределения цифровых сигналов программ в головные станции кабельного телевидения. Эти спутниковые ретрансляторы посылают данные в различных форматах пакетов данных, с разными скоростями передачи данных, и зашифрованные в одном из нескольких возможных форматов. Поэтому головная станция кабельного телевидения должна быть способна принимать, фильтровать, комбинировать и трассировать сигналы, принимаемые с разными скоростями передачи данных для распределения по домам телезрителей. Это требует от головной станции кабельного телевидения задерживать и синхронизировать сигналы в случае необходимости. Настоящее изобретение разрешает эти и другие проблемы.
Головная станция кабельного телевидения обеспечивает также локальные кабельные и телевизионные компании наличием программного времени для местного рекламирования и (или) будущего программного времени в цифровой или аналоговой форме. Местные цифровые и аналоговые сигналы можно объединять на головной станции со спутниковыми сигналами.
Важным компонентом новой структуры головной станции кабельного телевидения является устройство объединения. Основными функциями устройства объединения являются выбор подлежащих объединению видеосигналов, манипулирование видеосигналами и сигналами звукового сопровождения при изменяющихся скоростях передачи данных (если необходимо), коммутация пакетов и обеспечение целостности объединенного сигнала. Основными компонентами предпочтительного устройства объединения являются управляющий центральный процессор (ЦП), цифровая логическая схема и параллельно-последовательный преобразователь. Управляющий ЦП вместе с цифровой логической схемой выполняет интеллектуальные функции устройства объединения. В частности, управляющий ЦП и цифровая логическая схема выбирают подлежащие объединению видеосигналы и обеспечивают целостность объединяемого сигнала. Эта процедура выполняется на попакетных данных видеосигналов. Для выполнения функций устройства объединения можно использовать разнообразные комбинации аппаратного оборудования и программного обеспечения.
Устройства объединения можно использовать при необходимости параллельно или последовательно, для выполнения правильного вывода сигнала во входные блоки приемника. Устройство объединения можно использовать вместе с различными конфигурациями головных станций цифрового и аналогового кабельного телевидения.
Описаны четыре разные категории головных станций в виде смешанного аналогового и цифрового, только цифрового, преобразующего цифровой сигнал в аналоговый выходной сигнал и более сложный вариант осуществления, который передает информацию телевизионных программ в информационном сигнале на входной терминал приемника. Каждый из этих вариантов осуществления можно строить в любой форме, и каждый из них может обслуживать большое количество последовательно соединенных систем кабельного телевидения, имеющих разные имеющиеся полосы частот.
Технической задачей данного изобретения является обеспечить головную станцию цифрового кабельного телевидения для системы распределения кабельного телевидения, обеспечить некоторые необходимые компоненты головной станции цифрового кабельного телевидения для использования в системах распределения кабельного телевидения, обеспечить универсальное устройство объединения для головной станции кабельного телевидения, обеспечить головную станция кабельного телевидения, способную работать как с цифровым, так и с аналоговым оборудованием, обеспечить головную станцию кабельного телевидения, способную принимать большое количество сигналов программ изображения и звукового сопровождения с одного спутникового ретранслятора, обеспечить головную станцию кабельного телевидения, которая трассирует как аналоговые, так и цифровые сигналы программ изображения и звукового сопровождения в дома телезрителей, обеспечить головную станцию кабельного телевидения, которая может выбирать одну программу из большого количества программ изображения и звукового сопровождения, принимаемых с одного спутникового ретранслятора, обеспечить головную станцию кабельного телевидения, которая может отфильтровывать невыбранные программы из сигнала большого количества программ изображения и звукового сопровождения, обеспечить компонент устройства объединения для головной станции кабельного телевидения, который объединяет цифровые сигналы изображения звукового сопровождения с аналоговыми сигналами изображения и звукового сопровождения, обеспечить компонент устройства объединения для головной станции кабельного телевидения, который объединяет цифровые сигналы изображения и звукового сопровождения, принимаемые с двух разных ретрансляторов, обеспечить компонент устройства объединения для головной станции кабельного телевидения, который объединяет цифровые сигналы изображения и звукового сопровождения с разными скоростями передачи данных, обеспечить компонент устройства объединения для головной станции кабельного телевидения, который осуществляет коммутацию пакетов, обеспечить головную станцию кабельного телевидения, которая объединяет выбранные аналоговые и выбранные цифровые сигналы изображения и звукового сопровождения, подлежащие передаче в дома телезрителей, обеспечить головную станцию кабельного телевидения, которая создает ярусную компановку программ путем объединения различных цифровых сигналов изображения и звукового сопровождения, обеспечить головную станцию кабельного телевидения, которая принимает большую полосу частот программирования изображения и звукового сопровождения и выбирает программы из большой полосы частот, с целью приспосабливания ограниченной полосы частот между головной станцией кабельного телевидения и домами телезрителей, обеспечить головную станцию кабельного телевидения, которая приспосабливает имеющиеся различные полосы частот между головной станцией кабельного телевидения и некоторыми домами телезрителей, обеспечить головную станцию кабельного телевидения, которая декодирует сигналы, головную станцию кабельного телевидения, которая кодирует сигналы, обеспечить головную станцию кабельного телевидения, которая декодирует сигналы, принимаемые в различных форматах кодирования, и кодирует все сигналы, передаваемые в дома телезрителей, в один формат кодирования, обеспечить модульную головную станцию.
Эти и другие преимущества изобретения станут очевидными специалистам в данной области техники из просмотра последующего описания, прилагаемых чертежей и прилагаемой формулы изобретения.
Фиг. 1 представляет схему существующей системы распределения аналогового кабельного телевидения.
Фиг. 2 представляет схему будущей системы распределения цифрового и аналогового кабельного телевидения.
Фиг. 3a представляет схему одной головной станции кабельного телевидения, обслуживающей три разные конкатенированные системы кабельного телевидения, каждая с отличающейся полосой рабочих частот.
Фиг. 3b представляет схему модульной системы цифрового кабельного телевидения, обслуживающей две последовательно соединенные системы кабельного телевидения.
Фиг. 4 представляет схему основных компонентов базисной головной станции цифрового кабельного телевидения для схемы распределения цифрового кабельного телевидения.
Фиг. 5a представляет схему основных компонентов головной станции цифрового кабельного телевидения с устройством объединения для системы распределения цифрового кабельного телевидения.
Фиг. 5b представляет схему основных компонентов головной станции цифрового и аналогового кабельного телевидения для объединенной системы распределения цифрового и аналогового кабельного телевидения.
Фиг. 6a представляет схему основных компонентов альтернативного варианта осуществления изобретения для головной станции цифрового кабельного телевидения с устройством объединения и дистанционным доступом к управлению.
фиг. 6b и 6c представляют схемы составляющих альтернативных вариантов осуществления изобретения для головной станции цифрового кабельного телевидения.
Фиг. 7 представляет подробную схему головной станции цифрового кабельного телевидения с устройством объединения.
Фиг. 8 представляет схему компонентов устройства объединения.
Фиг. 9a представляет более подробную схему компонентов предпочтительного варианта осуществления устройства объединения.
Фиг. 9b представляет схему выходной логической схемы управления для устройства объединения.
Фиг. 10a представляет блок-схему программного обеспечения высокого уровня для программного обеспечения управляющего ЦП, который управляет устройством объединения.
Фиг. 10b представляет блок-схему программного обеспечения подпрограммы логических элементов управляющих выходных данных на фиг. 10a программного обеспечения управляющего ЦП.
Фиг. 10c представляет блок-схему программного обеспечения подпрограммы стирающих пакетов показанного на фиг. 10a программного обеспечения управляющего ЦП.
Фиг. 11 представляет схему системы распределения сложных программ для головной станции цифрового кабельного телевидения с управляющим информационным потоком входного терминала приемника.
Фиг. 12 представляет схему одного варианта осуществления головной станции цифрового кабельного телевидения (включая устройство объединения и сетевой контроллер) для показанной на фиг. 11 системы распределения сложных программ.
На фиг. 1 показан общий вид существующей системы распределения 20 аналогового кабельного телевидения. Фиг. 1 изображает один источник 22 аналоговых телевизионных программ, соединенный линией спутниковой связи через каждую параболическую антенну 24 спутникового передающего устройства с одним или больше спутниковыми ретрансляторами 26, и каждую параболическую антенну 28 спутникового приемного устройства, принимающего передаваемые с одного спутника 30 сигналы.
В современных аналоговых системах каждый спутник 30 имеет множество ретрансляторов 26. Каждый ретранслятор способен манипулировать только одной (или, в редких случаях, двумя) аналоговой телевизионной программой одновременно. Принимаемые аналоговые сигналы телевизионных программ объединяются с помощью головной станции 34 кабельного телевидения и трассируются на подсоединенную кабельную систему 32. С помощью введения цифровой техники можно исключить одну программу на ограничение по ретранслятору системы распределения аналогового телевидения.
На фиг. 2 показан общий вид соответствующей настоящему изобретению системы распределения 40 цифрового и аналогового кабельного телевидения. На фиг. 2 показаны аналоговые и цифровые сигналы телевизионных программ, передаваемые по линии спутниковой связи со спутником 41 и принимаемые головной станцией 42 кабельного телевидения. Показаны один аналоговый канал связи 44 и два цифровых канала связи 46, а также одна приемная параболическая антенна 48. Показано подсоединение к головной станции 42 двух иллюстративных каскадированных кабельных систем 50. Из головной станции 42 могут выходить много каскадированных кабелей.
Считается, что специалисты в данной области техники хорошо знакомы с цифровым кодированием движущихся изображений и связанного с ними звукового сопровождения. В частности, в предпочтительном варианте осуществления изобретения используется стандарт кодирования MPEG-2, и предполагается, что специалисты в данной области техники хорошо знакомы со стандартом МРЕG-2. Предложение рабочего проекта способов МРЕG-2 Комитетом по системам Международной организации по стандартизации, документ ISO/IEC JTCI/SC29/WGII "NO531" MPEG93 от 10 сентября 1993 г., включено в описание настоящей заявки путем ссылки.
В соответствующей изобретению системе распределения 40 цифрового кабельного телевидения в общем используется техника цифрового уплотнения для увеличения пропускной способности существующих спутниковых ретрансляторов 52 с отношением по меньшей мере 4:1, давая в результате четырехкратное увеличение возможности распределения программ. Существующая техника цифрового уплотнения позволяет осуществлять до десятикратного увеличения пропускной способности при распределении программ. При усовершенствовании техники уплотнения это соотношение увеличивается. Входные сигналы, содержащие телевизионные программы, сжимаются, комбинируются и кодируются до передачи на спутник, и впоследствии ретранслируются и передаются в различные места приема. В настоящее время существует ряд алгоритмов уплотнения, которые могут обеспечить необходимые для изобретения результирующие увеличения пропускной способности и улучшение качества сигналов.
Одно из достижений новой системы заключается в эффективном использовании техники цифрового уплотнения. Например, при существующей технике цифрового уплотнения для видеосигналов обычную спутниковую приемную систему кабельного телевидения с 50- канальной пропускной способностью можно расширить до 300 каналов. В настоящих аналоговых конфигурациях для каждого передаваемого со спутника канала используется один ретранслятор (фиг. 1). В противоположность этому, один вариант осуществления (не показанный) соответствующей настоящему изобретению системы распределения 40 использует 18 спутниковых ретрансляторов и коэффициенты уплотнения от 4:1 до 8:1 для достижения пропускной способности 136 распределяемых со спутника каналов. Для обеспечения передачи вплоть до пропускной способности по количеству каналов любой существующей системы кабельного телевидения можно использовать больше ретрансляторов или более высокие коэффициенты сжатия.
Обычное распределение программ сначала включает в себя преобразование в цифровую форму видеосигналов. Преобразованный в цифровую форму сигнал можно уплотнить с помощью одного из множества существующих технических приемов цифрового уплотнения. Существуют три основных типа способов цифрового уплотнения: уплотнение внутри кадра (внутрикадровое), уплотнение между кадрами (межкадровое) и уплотнение в пределах несущей частоты. Все эти технические приемы используются в стандарте уплотнения MPEG. После уплотнения каналы должны быть мультиплексированы и посланы на спутниковую параболическую антенну (например, на параболическую антенну 54 одной из цифровых линий связи 46), которая обеспечивает линию связи со спутником. В системе можно использовать разнообразные мультиплексирующие схемы. В некоторых ситуациях можно удобно использовать разные мультиплексирующие схемы в равных частях общей системы. Например, одну мультиплексирующую схему можно использовать для спутниковой передачи, а вторую демультиплексирующую схему можно использовать в головной станции 42 кабельного телевидения с целью комбинирования сигналов для наземной передачи.
После поступления сигнала в линию связи или на место центральной аппаратной 46, он должен модулироваться, преобразоваться с повышением частоты и усиливаться. В этой системе компоновки и распределения кабельного телевидения 40 можно использовать различные типы спутников и ретрансляторов 41, 52, соответственно, способных манипулировать цифровыми сигналами. Примером спутника 41, который используется в системах распределения кабельного телевидения, является AT and J Jelstar 303 ("Тельстар 303" американской телефонной и телеграфной компании). Эти спутники 41 можно использовать для передачи как цифровых, так и аналоговых программ.
В одном варианте осуществления изобретения входные сигналы в системе распределения 20 кабельного телевидения до передачи в линию спутниковой связи уплотняются центром управления 56, как описано в первичной заявке на патент с регистрационным номером 07/991074, зарегистрированной 9 декабря 1992 г., под названием "Система компоновки и распределения телевизионных программ с доступом абонента в режиме меню", зарегистрированной тем же правопреемником и включенной в настоящую заявку путем ссылки. В сигналы программ, которые предварительно скомпонованы в пакеты, включена информация, дающая возможность оборудованию в доме абонента отображать меню, предназначенные для выбора конкретных программ. После компоновки уплотненный сигнал телевизионных программ готовится для передачи на спутник и посылается с центра управления 56 на головную станцию кабельного телевидения 42 посредством спутниковой передачи.
В зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения, может оказаться необходимым сигнал телевизионных программ уплотнять, объединять и мультиплексировать, кодировать, отображать, модулировать, преобразовывать с повышением частоты и усиливать. Системы распределения цифрового кабельного телевидения, которые предназначены для обеспечения совместимости с существующими методами спутниковой передачи в диапазонах С (0,5 - 1 ГГц) и Ku (20 - 40 ГГц) допускают наличие видеосигналов, сигналов звукового сопровождения и информационных сигналов, изменяющихся по качеству сигналов, и подаваемых от нескольких источников.
После приема программного сигнала на головной станции 42 кабельного телевидения, сигнал обрабатывается и отсылается в конкатенированную кабельную систему 50 к домам абонентов. В предпочтительном цифровом варианте осуществления изобретения сигнал поступает в дом абонента, на входной терминал приемника 58, в уплотненном формате, и должен разуплотняться до его отображения. В зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения, сигнал телевизионной программы может поступать в дом абонента по одному или больше коаксиальным кабелям, волоконно-оптическим кабелям, скрученным парам, соединениям сотовой телефонии, установкам персональной сети связи (ПСС) или других средств связи. Для передачи сигнала с помощью одного из описанных средств передачи можно использовать любое из разнообразных известных средств передачи или передающих устройств.
Соединение между домом абонента и головной станцией 42 кабельного телевидения может, кроме того, обеспечить дуплексную связь с головной станцией 42 кабельного телевидения. Используя эту дуплексную связь, головная станция 42 кабельного телевидения может принимать информацию относительно расчета заглавных титров и просматриваемых программ абонента. Кроме того, головная станция 42 кабельного телевидения может посылать в дом абонента компьютерные данные или информацию программного обеспечения компьютеров.
Как показано на фиг. 2, систему аналогового кабельного телевидения 40 можно наращивать так, чтобы она могла работать рядом и внутри соответствующей настоящему изобретению системы с цифровым уплотнением. Головная станция 42 кабельного телевидения может принимать аналоговые телевизионные программы через спутник 41 и (или) может принимать местные аналоговые программы.
С помощью соответствующей настоящему изобретению головной станции 42 кабельного телевидения аналоговые телевизионные программы можно комбинировать и передавать в дома телезрителей наряду с цифровыми сигналами телевизионных программ. Цифровые передачи не воздействуют на аналоговую систему 40. Фактически, аналоговый сигнал кабельного телевидения на частоте 6 МГц можно передавать одновременно по тому же кабелю, по которому передается цифровой сигнал, при условии, что для передачи двух сигналов используются отдельные несущие частоты. С помощью настоящего изобретения головную станцию 42 кабельного телевидения можно развивать с целью обеспечения абонентов местными каналами в формате аналоговых сигналов. В качестве альтернативы, аналоговые сигналы можно преобразовывать в цифровую форму и осуществить цифровое уплотнение в головной станции 42 кабельного телевидения до объединения. Можно использовать видеоинформационные службы, которые принимают аналоговую информацию со всей страны и "перекомпонуют" аналоговые данные в цифровые мультиплексированные данные, содержащие множество видеоканалов. Кабельные блоки или входные терминалы приемника 58, установленные в домах телезрителей, можно конфигурировать так, чтобы они имели возможность обрабатывать только цифровые, только аналоговые или и те, и другие телевизионные программы.
Распределение полос частот
На фиг. 3a изображена головная станция 42 кабельного телевидения, принимающая и трассирующая телевизионные программы. Более конкретно, на ней изображена головная станция кабельного телевидения, принимающая большее количество телевизионных программ, чем необходимо, и трассирующая надлежащие телевизионные программы в надлежащий участок кабельных систем. Соответствующая настоящему изобретению головная станция цифрового кабельного телевидения может осуществить распределение полос частот несколькими путями.
Для обеспечения систем кабельного телевидения, которые имеют различные полосы частот и пропускные способности каналов, головная станция кабельного телевидения передает сигналы разных полос частот в участки конкатенированной кабельной системы. Для выполнения этого разъединения компановку телевизионных программ можно разделить на части, такие как программы первого, второго и третьего приоритета. Широкополосные системы кабельного телевидения могут обеспечить все части телевизионных программ (первого, второго и третьего приоритета). Те системы кабельного телевидения, которые имеют более ограниченную полосу частот между головной станцией кабельного телевидения и домом телезрителя, способны использовать систему распределения программ, принимая только ряд частей, которыми кабельная система может манипулировать в пределах ее рабочего частотного диапазона.
Например, как показано на фиг. 3a, три системы кабельного телевидения 60, 62, 64 с разными полосами рабочих частот могут одновременно использовать систему распределения программ 40 и головную станцию 42 кабельного телевидения с каждой конкатенированной кабельной системой 60, 62, 64, принимающей только те части передаваемой информации, которыми она способна манипулировать. Телевизионные программы первого приоритета принимаются всеми тремя системами. Телевизионные программы второго приоритета не принимаются системой кабельного телевидения, цифровая пропускная способность которой наименьшая, или в данном случае, система 60 с шириной полосы 48 МГц (40-канальная аналоговая система с восемью 6 МГц сегментами, зарезервированными для цифровых передач). Телевизионные программы второго приоритета принимаются и используются двумя системами кабельного телевидения с большей пропускной способностью, обозначенными позициями 62, 64, соответственно. Телевизионные программы третьего приоритета используются только телевизионной системой 64 с наибольшей пропускной способностью, которая способна манипулировать всеми тремя частями, то есть программами первого, второго и третьего приоритетов (и информацией о меню программ, если требуется).
При таком делении телевизионных программ систему распределения программ 40 и головную станцию кабельного телевидения 42 могут одновременно использовать множество конкатенированных кабельных систем с разнообразными пропускными способностями систем. Посредством размещения программ интенсивного отслеживания или более полезных программ в отделение первого приоритета, как абоненты, так и владельцы систем кабельного телевидения будут наилучшим возможным образом обеспечены в ограниченной полосе частот.
При использовании этого предпочтительного варианта осуществления изобретения линия связи со спутником способна посылать один сигнал " S " на спутник 41, который пересылает его на головную станцию 42 кабельного телевидения. Каждая головная станция 42 кабельного телевидения принимает полный сигнал и заказывает сигнал для местной кабельной системы путем исключения тех частей спутникового сигнала "S", которыми местная кабельная система 60, 62, 64 не может манипулировать. Эти устранения необходимы в связи с требованием посылать по линиям связи 46 разных сигналов, предназначенных для приема головными станциями 42 кабельного телевидения с разными пропускными способностями.
Существует несколько путей, посредством которых головная станция 42 кабельного телевидения может удалять ненужные сигналы. Специалист в данной области техники может на основании вышеизложенного получить много способов, и ниже приводится описание трех примеров.
Первый способ предназначен для сигнала, подлежащего посылке частями, причем каждая часть имеет отдельный заголовок. Головная система 42 кабельного телевидения в этом случае должна распознавать заголовки и передавать на каскадированную кабельную систему только те сигналы, у которых идентифицированы надлежащие заголовки. Например, используя показанные на фиг. 3a три каскадированные кабельные системы 60, 62, 64, заголовки могут быть "001", "002" и "003". Широкополосные каскадированные кабельные системы 64 могут принимать сигналы программ со всеми тремя заголовками, тогда как самая узкополосная каскадированная кабельная система 60 может принимать только сигналы с заголовком "001".
Для этого первого способа центр управления 56 должен делить сигнал программ на три части и перед каждым сигналом для каждой части посылать впереди заголовок. Этот способ требует дополнительных издержек сигнала на заголовок в программном сигнале. Заголовок должен передаваться время от времени по мере необходимости.
Второй способ требует назначения ряда ретрансляторов каждому приоритетному уровню и головной станции 42 кабельного телевидения с целью трассирования сигналов с ретрансляторов 52, соответствующих уровню приоритета для конкатенированной кабельной системы 60, 62, 64. Например, если существует три уровня приоритета и 18 ретрансляторов 52, ретрансляторы 52 с первого по девятый могут быть назначены для одного приоритетного уровня, ретрансляторы 52 с десятого по четырнадцатый - для второго приоритетного уровня, а ретрансляторы 52 с пятнадцатого по восемнадцатый - назначены для третьего приоритетного уровня. Таким образом, конкатенированная кабельная система (например, система 62 со средней полосой частот), способная работать только на двух приоритетных уровнях, будет принимать сигналы с ретрансляторов 52 только с первого по девятый и с десятого по четырнадцатый с головной станции 42 кабельного телевидения. Программный сигнал с пятнадцатого по восемнадцатый ретранслятор не будет передаваться на конкатенированную кабельную систему с двумя уровнями приоритета.
Третий и предпочтительный способ заключается в выборе головной станцией 42 кабельного телевидения и выборе программ с каждого ретранслятора 52 и создания заказного сигнала с первым, вторым или третьим уровнями приоритета с выбранной телевизионной программой. Головная станция 42 кабельного телевидения в этом случае может трассировать соответственный заказной сигнал в каждую часть каскадированной кабельной системы 60, 62, 64, которые обслуживает головная станция 42 кабельного телевидения. Этот третий способ требует, чтобы головная станция 42 кабельного телевидения имела компонент типа описанного ниже соединительного устройства, которое может выбирать программу до объединения сигнала для последующей передачи в конкатенированную кабельную систему. При таком способе с ретранслятора 52, передающего большое количество цифровых программ, можно выбирать единственную цифровую программу.
На фиг. 3b показан пример головной станции 42 кабельного телевидения, обслуживающей две каскадированные кабельные системы. В частности, на фиг. 3b показано модульное решение проблемы пересылки различных сигналов в разные каскадированные кабельные системы.
В этом примере радиочастотные сигналы 70 принимаются через спутник или по наземной линии и посылаются в две разные группы оборудования. На фиг. 3b показан сигнал 550 МГц (сигнал с полосой частот 550 МГц, находящийся в пределах спектра от 0 до 550 МГц), создаваемый с помощью цифровой аппаратуры или существующей аналоговой аппаратуры 72 в головной станции кабельного телевидения. 550 МГц сигнал
передается по конкатенированной кабельной системе 74. (В предпочтительном варианте осуществления спектр с 0 до 50 МГц резервируется для идущего в противоположном направлении сигнала со входного терминала приемника). Вторая группа аппаратуры 76, которая является цифровой аппаратурой, показана вырабатывающей 200 МГц сигнал в диапазоне от 550 до 750 МГц. Показано, что сигнал 550 МГц (от 0 до 550 МГц) объединяется с сигналом 200 МГц (от 550 до 750 МГц) для создания 750 МГц сигнала (от 0 до 750 МГц) с целью передачи его во вторую конкатенированную кабельную систему 78. При необходимости используются мультиплексоры 80.
Показанная на фиг. 3b система может обслуживать блоки входных конвертеров приемника 58 с пропускной способностью в 550 МГц, а также блоки конвертеров 58 с пропускной способностью в 750 МГц. Входные терминалы приемников 58 на 750 МГц этого конкретного варианта осуществления изобретения манипулируют цифровыми видеосигналами в диапазоне от 550 до 750 МГц.
Используя эту концепцию модульной аппаратуры, можно создавать почти любую комбинацию сигналов с разными полосами частот для передачи в дома телезрителей. Кроме того, используя эту систему, можно посылать аналоговые и цифровые сигналы по одной и той же конкатенированной кабельной системе. Объединяя аналоговые и цифровые сигналы, включающие 48 МГц, 72 МГц и 108 МГц или другую полосу частот пропускной способности цифровых сигналов по смешанной аналоговой и цифровой системе, можно использовать пример, показанный на фиг. 3b. Кроме того, возможны комбинации, такие как один цифровой сигнал с меньшей полосой частот (например, от 0 до 550 МГц) и один цифровой сигнал с большей полосой частот (например, от 0 до 750 МГц)
Оборудование как для группы аппаратуры 72 на 550 МГц, так и для группы цифровой аппаратуры 76 на 200 МГц предпочтительно способно выбирать отдельные программы (или каналы) из большого количества программ (или каналов), принимаемых из большого количества радиочастотных сигналов 70. В качестве альтернативы, некоторые радиочастотные сигналы 70 можно посылать на группу аппаратуры 72 с полосой 550 МГц, а другие радиочастотные сигналы 70 можно посылать только на группу аппаратуры 76 с полосой 200 МГц. Это можно выполнить путем назначения каждой группы аппаратуры для приема сигналов с определенных спутниковых ретрансляторов 52 (например, ретрансляторы с 1 по 9 назначаются для группы аппаратуры номер один, ретрансляторы с 10 по 14 назначаются для группы аппаратуры номер два). Используя модульную конструкцию головной станции, можно распределить на дома телезрителей различные приоритетные уровни. Если ретрансляторы 52 сконструированы или назначены для определенных приоритетных уровней, то каждой группе аппаратуры могут быть назначены приоритетные уровни и принимаемые сигналы от определенных ретрансляторов.
Цифровой вариант
На фиг. 4 показаны основные элементы цифровой головной станции 42, имеющей пропускную способность для введения локальных программ (также известных как местное пользование 84). Показанная головная станция 42 принимает радиочастотный сигнал 70 с каждого ретранслятора 52 и осуществляет обработку каждого сигнала посредством декодера интегрального приемника (IRD 86) /или приемопередатчика интегрального приемника (IRT)/. Каждый сигнал ретранслятора несет множество программ (сигналы изображения и звукового сопровождения). Для того, чтобы сделать возможным позже введение местных программ, используется демультиплексор 88 для демультиплексирования сигнала на отдельные сигналы изображения и звукового сопровождения. Кроме того, любые данные, переносимые сигналами ретранслятора, демультиплексируются и передаются в управляющий ЦП.
Информация местного пользования 84 (или местные программы) подается на управляющий ЦП 90 либо вручную оператором, либо посредством дистанционного сигнала из национального центра (не показанного). Для ручного ввода информации местных программ обеспечена рабочая станция 91 или терминал. Хотя ввод данных может выполнить простой терминал с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), предпочитаются рабочая станция 91 с графическим дисплеем и манипулятором типа "мышки". С этой рабочей станции 91 на управляющий ЦП 90 подаются многочисленные команды и разнообразные данные. Для приема информации местного пользования 84 с удаленного местоположения обеспечен модулятор-демодулятор 116. Для приема информации местного пользования с удаленного участка можно использовать разнообразные способы связи. Используя демультиплексированный сигнал данных и информацию местного пользования, управляющий ЦП 90 вводит любые необходимые местные программы с помощью устройства местного ввода 92.
Желательно, чтобы устройство местного ввода 92 принимало программы (сигналы изображения и звукового сопровождения в цифровом формате) для введения непосредственно от отдельного источника 94. Отдельный источник 94 может быть аналоговым источником с цифровым кодирующим устройством 96 или непосредственно источником 98. Местные программы могут быть коммерческими или полнометражными программами. Устройство местного ввода добавляет местные программы в цифровые видеосигналы на основании команд из управляющего ЦП 90. После прохождения через устройство местного ввода 92, сигнал обрабатывается посредством мультиплексора 100 и модулятора 102 перед передачей его на входные терминалы приемника 58 в домах телезрителей.
Используя сигнал данных с ретрансляторов 52 и информацию местного пользования 84, показанный управляющий ЦП 90 генерирует цифровой сигнал данных, называемый потоком информации управления входным терминалом приемника (ПИУВТП). Поток информации управления входного терминала приемника модулируется и также посылается на входные терминалы приемников 58. В этом потоке информации управления можно посылать разнообразную информацию, помогающую входному терминалу приемника 58 (как описано ниже в связи с фиг. 11 и 12). Для систем с входными терминалами приемника, которые не в состоянии использовать ПИУВТП, этот сигнал данных не нужен.
Цифровой вариант с устройством объединения
На фиг. 5a показаны основные компоненты головной станции 42 кабельного телевидения с устройством объединения 104, которая манипулирует только с цифровыми сигналами телевизионных программ 103. Работой головной станции 42 кабельного телевидения управляет управляющий ЦП 90, который может принимать сигналы данных от удаленного источника (не показанного).
После того, как поступающий сигнал будет демодулирован демодуляторами 106 и демультиплексирован демультиплексором 88 на отдельные телевизионные программы, сигнал обрабатывается посредством коммутатора пакетов и комбинируется с другими сигналами телевизионных программ. Это комбинирование осуществляет устройство объединения 104 с помощью управляющего ЦП 90.
После объединения сигнал модулируется модулятором 102 и передается в одну или больше конкатенированные кабельные системы 50 для домов телезрителей. Если для разных участков кабельной системы требуются разные полосы частот телевизионных программ, то для устройства объединения 104 потребуются более экстенсивные аппаратные средства и программное обеспечение. Для объединения канкатенированных кабельных систем 50 с различными полосами частот можно использовать большое количество соединенных параллельно или последовательно устройств объединения 104, как описано ниже. Кроме того, большое количество устройств объединения 104 можно использовать в модульной конструкции системы, как показано на фиг. 3b.
Часть цифрового сигнала, принимаемого головной станцией 42, может быть цифровым сигналом 103 с удаленного местоположения. Этот цифровой сигнал данных 103 обрабатывается посредством демодуляторов 106 и демультиплексоров 88 до передачи на управляющий ЦП 90. Управляющий ЦП 90 используют сигнал при необходимости для содействия процессу объединения.
Цифровой и аналоговый вариант с устройством объединения
На фиг. 5b показана система, подобная изображенной на фиг. 5a, за исключением того, что с помощью головной станции 42 манипулировать аналоговыми сигналами 107, а также цифровыми сигналами 103. Аналоговые сигналы телевизионных программ 107 либо преобразуют в цифровую форму с помощью кодирующего устройства 108 и пропускают через устройство объединения 104, либо обрабатывают посредством аналогового модулятора 110. Хотя можно использовать различные цифровые кодирующие устройства, предпочитается кодирующее устройство 108 MPEG. Кодирующее устройство 108 MPEG на одном этапе преобразования в цифровую форму и уплотнения. Те аналоговые сигналы 107, которые преобразованы в цифровую форму, принимаются устройством объединения 104 и при необходимости объединяются с цифровыми программными сигналами, подлежащими передаче к телезрителю.
Аналоговые модулированные сигналы 107 просто помещаются непосредственно в конкатенированной кабельной системе 50 в соответственном неиспользованном местоположении в полосе частот (в настоящее время требуется 6 МГц от имеющейся полосы частот). Используя этот способ включения аналоговых программ, на головной станции 42 создается смешанный аналоговый и цифровой сигнал для использования входным терминалом приемника 58. Для манипулирования смешанным аналоговым и цифровым программным сигналом необходимо соответственное оборудование входного терминала приемника. Входной терминал приемника 58 настроен точно на 6 МГц в пределах спектра сигнала для приема программ, передаваемых в аналоговом формате.
Хотя в одной и той же головной станции 42 показаны два способа введения аналоговых сигналов 107, может оказаться достаточным любой способ сам по себе. Предпочтительным является преобразование в цифровую форму аналоговых программных сигналов 107 с использованием цифрового кодирующего устройства 108, поскольку этот способ позволяет передавать в дома телезрителей полный выходной сигнал. Использование цифрового кодирующего устройства 108 упрощает местное введение с помощью управляющего ЦП 90.
На фиг. 6a показан более подробный вариант осуществления улучшенной головной станции 42 системы, которая манипулирует только цифровыми сигналами 117. Этот вариант осуществления изобретения показывает, что информацию ретранслятора можно объединять в пакеты или организовывать по тематике до передачи на головную станцию 42. Например, один ретранслятор 52 передает спортивные программы, другой передает кинофильмы, третий передает тележурналы и так далее. Эта организация программ не является необходимой для работы системы 42.
Этот вариант осуществления изобретения предусматривает дистанционное управление управляющего ЦП 90 модулятором-демодулятором 116. В показанном на фиг. 6a варианте осуществления в качестве метода кодирования использован стандарт MPEG 2. В случае настоящего изобретения пригодны и могут быть использованы многие технические приемы уплотнения типа MPEG.
Показанные компоненты интегрального приемника 118 (IRC) демодулируют и дескремблируют (если нужно) принимаемые с ретрансляторов сигналы, которые могут содержать 4, 6, 8 или больше каналов информации изображения и звукового сопровождения. Компонент IRC 118 демодулирует сигнал ретранслятора в цифровой поток бит мультиплексированного, преобразованного в цифровую форму видеосигнала в формате MPEG 2. В альтернативном варианте осуществления изобретения дескремблирование осуществляется отдельным дешифратором псевдослучайных последовательностей. В другом альтернативном варианте осуществления изобретения мультиплексированный сигнал MPEG шифруется до передачи на головную станцию 42 и дешифруется компонентом IRC 118.
Демультиплексоры 120 разделяют мультиплексированные сигналы на отдельные индивидуальные цифровые каналы формата MPEG. Хотя на фиг. 6a показано, что каждый из IRC 118 технически обеспечен определенными демультиплексорами 120 предпочитается, чтобы демультиплексоры 120 имели возможность перекрестного подсоединения к любому IRC 118. В частности, предпочтительный управляющий ЦП 90 назначает демультиплексоры 120 для приема мультиплексированного MPEG сигнала 117 с выбранного IPC 118. В зависимости от принимаемого с ретранслятора сигнала, демультиплексор может иметь 4, 6, 8 или больше перекрестных соединений с устройством соединения 104. Выходные сигналы демультиплексоров 120 селективно разблокируются с помощью управляющего ЦП 90. Те выходные сигналы мультиплексора, которые оказываются разблокированными, затем в качестве входного сигнала поступают на устройство объединения 104.
Показанный на фиг. 6a управляющий ЦП 90 может получать команды с удаленного места (например, с национального пункта) через модулятор-демодулятор 116 или аналогичное соединение. Поэтому удаленный пункт может управлять выходным сигналом демультиплексоров 120. В качестве альтернативы, при введении разблокировки выходных сигналов демультиплеисора 120, входные сигналы устройства объединения 104 могут выбираться управляющим ЦП 90. Путем разблокирования или выбора выходных сигналов мультиплексора, управляющий ЦП 90 может управлять тем, какие телевизионные программы объединять и передавать телезрителям.
Устройство объединения 104 объединяет разблокированные или выбранные выходные сигналы демультиплексора 120 в надлежащий формат. Затем устройство объединения 104 выдает сигналы в модулятор 102. Хотя предпочитается цифровой квадратурный амплитудный модулятор (КАМ) или подобное ему устройство, с изобретением можно использовать различные другие типы модулирующих устройств.
С выхода КАМ в кабельную систему 50 поступает модулированная радиочастотная несущая, объединенная с другими несущими. Блоки конвертеров 58 в домах выбирают и демодулируют конкретный выбранный абонентом канал. Хотя кабели являются наиболее распространенной передающей к домам средой, для переноса сигнала можно использовать любые среды, включая волоконную, сверхвысокочастотную передачу или телефонные линии.
На фиг. 6b показан вариант осуществления изобретения, почти идентичный изображенному на фиг. 6a, с добавлением аппаратуры исправления ошибок 124 и аппаратуры декодирования-кодирования 126. Для обеспечения целостности цифровых данных изображения и звукового сопровождения можно использовать почти любую цифровую аппаратуру исправления ошибок 124 и технический прием. Хотя исправлений ошибок может осуществляться в различных местах (например, до демультиплексирования в процессе объединения, предпочитается исправление ошибок проводить до объединения.
На фиг. 6b показан вариант осуществления изобретения, который может выполнять декодирование и (или) кодирование (если необходимо) с помощью аппаратуры декодирования и кодирования 126, размещенный между демультиплексорами 120 и устройством 104. В кабельном телевидении не установлен стандарт для цифрового кодирования. Обычно каждый продавец входного терминала приемника использует раздельную технику кодирования и декодирования. В больших цифровых системах распределения будущего цифровые видеопрограммы, вероятно, перед ретранслированием программ будут кодироваться так, чтобы соответствовать конкретному оборудованию декодирования продавца входного терминала приемника. Таким образом, могут возникнуть проблемы несовместимости между кодированными сигналами, принимаемыми ретранслятором 52, и обслуживаемой входной аппаратурой приемника 58 головной станцией 42 цифрового кабельного телевидения. Эту проблему можно решить путем использования аппаратуры декодирования и кодирования 126 в головной станции 42.
После демультиплексирования устройством 120 сигнала 117 на отдельные телевизионные "каналы", его можно декодировать и кодировать устройством 126. Нежелательный формат кодирования можно удалить путем декодирования. К новой технике кодирования, соответствующей декодированию входным оборудованием приемника 58, обслуживаемым головной станцией 42, можно добавить кодирование сигнала (на головной станции 42) до его передачи на входные терминалы приемника 58. Хотя с данным изобретением можно использовать множество методов цифрового кодирования, предпочтительным является широко используемый в оборонной промышленности стандарт цифрового шифрования (СЦШ).
Хотя аппаратура декодирования-кодирования 126 показана размещенной после демультиплексоров 120 и между устройством исправления ошибок 124 и устройством объединения 104, она может располагаться и в другом месте. Например, эту аппаратуру можно размещать внутри некоторых компонентов устройства объединения 104 (описываемых позже), или ее можно также размещать в другом месте относительно устройства исправления ошибок 124.
На фиг. 6c показана головная станция 42' с цифровым входом и аналоговым выходом, в которой используется устройство объединения 104, включающее в себя декодирующие устройства MPEG 132 и аналоговые модуляторы 134. Видеосигнал принимается в цифровой форме, манипулируется, преобразуется и передается на входные терминалы приемников 58. В этой конкретной конструкции видеосигнал преобразуется из цифрового формата в аналоговый формат для передачи на входные терминалы приемников 58 (в аналоговой форме). Используя этот вариант осуществления изобретения, преимущества передач уплотненных видеосигналов через спутники можно реализовать без изменения большого парка устаревшей аппаратуры аналоговых входных терминалов приемников 58.
Радиочастотные сигналы 70 принимаются головной станцией 42 со спутника, наземной линии связи или других средств связи. Показанным управляющим ЦП можно управлять дистанционно или получать определенные команды на месте. Управляющий ЦП 90 обеспечивает команды на демультиплексоры 120 по идентификации подмножества цифровых видеосигналов. Это подмножество видеосигналов выбирается головной станцией 42' для последующей обработки.
После выбора цифровых видеосигналов, цифровые видеосигналы обрабатываются посредством декодирующих устройств 132. На фиг. 6c показан каждый сигнал, обрабатываемый посредством декодирующего устройства MPEG 132. Специалисты в данной области техники понимают, что можно использовать множество разнообразных способов кодирования и декодирования. После декодирования каждый аналоговый видеосигнал обрабатывается посредством аналогового модулятора 134 до его передачи на входной терминал приемника 58 (не показанный). В этой конфигурации можно использовать многочисленные компоненты IRC 118, демультиплексоры 120, декодирующие устройства MPEG 132 и аналоговые модуляторы 134. Размер головной станции 42' ограничен имеющейся шириной полосы частот для дома абонента.
Следующим является пример обрабатываемой одной программы, то есть спортивной программы. Требуемую спортивную программу можно принимать на головной станции 42 кабельного телевидения с ретранслятора 52, назначенного для спортивных программ. Демультиплексор 120, приписанный к спортивному ретранслятору, получает команду выбрать нужную спортивную программу. Затем спортивная программа декодируется в аналоговую форму и обрабатывается аналоговым модулятором 134. Затем аналоговый модулятор 134 может разместить программу в 6 МГц имеющейся рабочей полосы частот (например, между 544 МГц и 550 МГц) в конкатенированной кабельной системе 50.
Устройство объединения 104 можно использовать вместе с разнообразными компонентами головной станции 42. Специалисты в данной области техники понимают, что можно осуществлять разнообразные замены компонентов головной станции 42, не выходя при этом за рамки сущности и объема настоящего изобретения.
Аппаратное оборудование системы устройства объединения
На фиг. 7 показан более подробный вид одного варианта осуществления головной станции 42 кабельного телевидения с устройством объединения 104. В частности, на фиг. 7 изображены главные компоненты 140 устройства объединения 104, которые включают в себя компоненты, обеспечивающие функцию отбора, и другие компоненты 142, осуществляющие объединение сигнала. Компоненты с функцией отбора включают в себя демультиплексор 144 и цифровые логические компоненты 146, на которые поступают команды с управляющего ЦП 90. Параллельно-последовательный преобразователь 148 выполняет завершающий этап для устройства объединения 104, то есть объединение сигнала.
В этом варианте осуществления данные принимаются управляющим ЦП 90 вместе с любыми данными местного пользования 84. Управляющий ЦП 90 генерирует сигнал данных, то есть поток информации управления входного терминала приемника. Сигнал данных обрабатывается модулятором данных 102 и передается на входной терминал приемника 58. Управляющий ЦП 90 посылает управляющие сигналы на цифровую логическую схему 146.
Управляющие сигналы передают команду на цифровую логическую схему 146 об объединении изображения. Цифровая логическая схема 146 выбирает сигналы изображения, подлежащие объединению, и посылает сигналы изображения на параллельно-последовательный преобразователь 148 в соответствующей временной последовательности. После этого параллельно-последовательный преобразователь 148 создает один сигнал для передачи на входной терминал приемника 58.
Дополнительно к обеспечению команд для устройства объединения 104 по выбору сигналов изображения, управляющий ЦП 90 осуществляет процесс объединения и контролирует процесс для гарантии целостности объединенного сигнала. Конфигурацию фигурацию показанного на фиг. 7 аппаратного оборудовании можно приспособить для любого количества ретрансляторов 52 и сигналов изображения и звукового сопровождения. Количество необходимых модуляторов 102 изменяется в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения.
На фиг. 8 представлена подробная схема предпочтительной конструкции устройства объединения 104. Аппаратное оборудование устройства объединения 104 состоит из следующих логических схем: блок конфигурирования 152; логический блок 153, управляющий блок обратного магазинного типа 154, блоки обратного магазинного типа 156, выходные вентили 158 и параллельно-последовательный преобразователь 148. За устройством объединения 104 следует модулятор 102, предназначенный для модуляции сигнала перед отправкой его на входные терминалы приемников 58. Показанную на фиг. 8 схему можно приспособить для любого количества сигналов изображения.
Блок конфигурирования 152 принимает команды с управляющего ЦП 90. Блок конфигурирования 152 подает команды на управляющий блок обратного магазинного типа (FIFO) 154 и блок логики 153 на пропускание сигналов изображения. Блок конфигурирования 152 конфигурирует устройство объединения 104 посредством обеспечения необходимой информации, предписывающей блокам FIFO 156 манипулировать определенными программными сигналами, содержащимися в потоке цифровых данных изображения 168.
Блок логики 153 состоит из следующих элементов сублогики: приемника 162, проверки идентификатора 164 и контроля при помощи циклического избыточного кода (CRC 166). Блок логики 153 принимает поток цифровых данных изображения 168, синхронизирующий сигнал 170 и сигнал конфигурирования 172 (с блока конфигурирования). Блок логики 153 дает на выходе управляющие сигналы 174 и управляющий блок FIFO 154 и сигналы данных 176 в банк блоков FIFO 156. Приемник 162 и узел проверки идентификатора 164 используют сигнал конфигурирования 172 для определения идентичности данных изображения, подлежащих пропусканию через блоки FIFO 156. Таким образом, блок логики 153 делит поток данных изображений 168 на составляющие части. Блок проверки идентификатора 164 проверяет адреса (или другие идентифицирующие данные), присоединенные к данным изображения с целью разделения данных изображения на части, причем каждая часть является другой программой. В блок логики может входить элемент CRC 166 или другого контроля.
Каждый блок FIFO 156 действует как буферное устройство; то есть временное запоминающее устройство, и пропускает пакеты изображения на выходные вентили 158. Предпочтительно, чтобы с блоком FIFO 156 был связан один логический вентиль. Блоки FIFO 156 и логические вентили, обычно используемые в электронной промышленности, могут обеспечивать описанные характеристики. В предпочтительном варианте осуществления изобретения блоки FIFO 156 включают в себя индикаторы уровня или "точки запуска" для содействия управляющему ЦП 90 в части внимательного контроля потока данных. Для того, чтобы ограничить разделение сегментов данных, предпочитают, чтобы блоки FIFO 156 были по меньшей мере достаточно большими для удержания целого числа кадров или пакетов данных.
Если допустимы задержка программ и незначительные изменения в расписании программ, то блоки FIFO 156 могут обеспечить большое временное запоминающее устройство. Такой объем запоминающего устройства позволяет осуществлять незначительные временные сдвиги программы, обеспечивая отсутствие состояний переполнения. Блоки FIFO 156 должны быть достаточно большими для манипулирования в наихудшем случае или при наивысшей вспышке скорости по всем каналам без переполнения. Любые потери данных из блока FIFO 156 могут привести к разрыву изображения. Разрыв может сильно раздражать телезрителей.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, где стоимость и выполнение точного расписания программ, блоки FIFO 156 не достаточно большие для манипулирования всеми переполнениями. Независимо от размера блоков FIFO 156, все еще важны соображения синхронизации. Размер блоков FIFO 156 диктуется рядом факторов, таких как стоимость, допустимые потери данных, интересы расписания и синхронизации. Эти факторы должны быть сбалансированы с целью определения размера блоков FIFO 156, необходимых для любого варианта осуществления.
Восстановление синхронизации данных является сложной частью задачи устройства объединения 104. Блок логики 153 контролирует всю деятельность FIFO 156 и в соответствии с фиксированным алгоритмом управляет выходными вентилями 158. Логический блок 153 и управляющий блок FIFO 154 эффективно открывают и закрывают вентили 158 способом, который сохраняет постоянный выходной сигнал для модулятора 102, в то же время не допуская переполнение данными никакой блок FIFO 156. Могут возникать моменты, когда поток данных слишком медленный, и может возникать необходимость помещать в поток данных 168 ложные данные после окончательного выхода к параллельно-последовательному преобразователю 148. Необходимо поддерживать скорость полного потока бит на входные терминалы приемников 58.
Выходные вентили 158 пропускают сигналы изображения на параллельно-последовательный преобразователь 148. Параллельно-последовательный преобразователь 148 преобразует поток данных 168 с блоков FIFO 156 (предпочтительно 8-разрядной ширины) в одноразрядный выходной поток. Поток подают в кабельную систему или на другие передающие среды.
На фиг. 9a и 9b показана более подробная схема одного варианта осуществления аппаратного оборудования устройства объединения 104. На фиг. 9a показано особое аппаратное оборудование устройства объединения 104 в варианте осуществления изобретения, где используются интегральные декодеры приемника IRD 86 и модулятор QAM 102. На фиг. 9b показана выходная управляющая логическая схема 190, которая может располагаться на расстоянии от устройства объединения 104. В предпочтительном варианте осуществления изобретения выходная управляющая логическая схема 190 размещена между управляющим ЦП 90 и устройством объединения 104.
Рассматривая фиг. 9a, отметим, что со спутника 41 принимается радиочастотный сигнал 70 и передается на декодер IRD 86. Декодер IRD 86 преобразует сигнал в сигнал данных MPEG 176 и синхронизирующий сигнал 170. Как сигнал данных MPEG 176, так и синхронизирующий сигнал 170 проходят в цифровое приемное устройство 162.
Приемник 162 принимает последовательный поток данных MPEG и синхронизирующую информацию 170 с декодера IRD 86. Приемное устройство 162 преобразует данные в параллельную информацию 8-разрядной ширины. Каждые принятые 8 двоичных разрядов данных сравниваются с использованием блока проверки адресов 164' (или другого блока идентификатора или проверки адреса 164') с адресами, запомненными в блоке проверки адреса 164'. Если адрес совпадает, данные этого конкретного пакета трассируются в соответствующий FIFO 156, который манипулирует данными, соответствующими этому адресу. Если он не совпадает, данные не трассируются ни в какой FIFO 156. Другими словами, ненужные потоки двоичных разрядов сигналов изображения звукового сопровождения не трассируются ни в какой блок FIFO 156, а просто отбрасываются.
Каждый блок FIFO 156 предназначается для манипулирования конкретным видеосигналом. Эти назначения могут осуществляться динамически. Назначения не требуется делать в каком-то конкретном порядке, любой FIFO 156 может быть назначен для любого видеосигнала. В альтернативных вариантах осуществления изобретения с блоками FIFO 156 другого размера, быстрые видеосигналы назначаются более крупным блокам FIFO 156. После адресации пакетов MPEG видеосигналов каждый FIFO 156 назначается для приема определенных пакетов видеосигналов в формате MPEG, который имеет соответственный адрес, назначенный этому FIFO 156.
Блок управления FIFO 154 также дает приращение входному регистру адреса FIFO 156. Таким образом, логический блок управления 154 может контролировать уровень пакетов видеосигналов, поступающих на вход FIFO 156, и посылает соответствующий сигнал на управляющий ЦП 90, когда FIFO 156 достигает своего насыщения. Это также позволяет управляющему ЦП 90 контролировать уровень в каждом FIFO 156.
Блок управления FIFO 154 обеспечивает приращение входному и выходному регистру адреса FIFO 156. Таким образом, блок управления FIFO 154 может отслеживать как входной, так и выходной поток каждого блока FIFO 156.
Блок контроля при помощи циклического избыточного кода (CRC 166) рассчитывает данные CRC 166 участка данных пакета "на лету", так что когда последний байт данных зафиксируется в FIFO 156: расчетная величина CRC 166 может сравниваться с величиной CRC 166, прилагаемой в конце участка данных этого пакета. Если имеется разница в один или больше двоичных разрядов в 32-разрядной величины CRC 166, устанавливается признак ошибки для того, чтобы показать, что проходит поврежденный пакет. Управляющий ЦП 90 и логический блок управления 154 должны решать, пропустить ли поврежденный пакет или нет. Кроме того, может оказаться возможным исправлять находящуюся ниже по потоку ошибку после последовательно-параллельного преобразователя 148, но до модуляции.
Каждый раз, когда выходной вентиль 158 разблокируется, на последовательно-параллельный преобразователь передается ряд пакетов. В предпочтительном варианте осуществления изобретения в последовательно-параллельный преобразователь 148 не передаются подмножества пакетов. Последовательно-параллельный преобразователь 148 преобразует данные 8-разрядной ширины, поступающие из блоков FIFO 156, в поток одноразрядных выходных данных.
Программное обеспечение
На фиг. 10 блок-схема высокого уровня резидентной части программного обеспечения в управляющем ЦП 90, предназначенная для управления устройством объединения 104. Управляющий ЦП 90 посылает соответствующие команды на различные устройства объединения 104 для обеспечения выбора соответствующих видеосигналов, и эти видеосигналы соответствующим образом объединяются. Все показанное на фиг. 10a - 10c и описанное ниже программное обеспечение можно выполнить в виде аппаратного оборудования программного обеспечения. Программы системы программного обеспечения можно заменить на аппаратное оборудование в качестве части устройства объединения 104.
Управляющий ЦП 90 вначале принимает команды с центрального пункта (блок 200). Эти команды указывают, какие видеосигналы следует выбирать, и другую информацию, такую как типы сигналов (быстрые или медленные видеосигналы), закодированы ли видеосигналы и использованную методологию кодирования и т.д. Видеосигналы можно классифицировать или "типизировать" по скорости передачи битов потока данных как медленный, средний и быстрый поток данных. Быстрые видеосигналы или быстро изменяющиеся видеосигналы со многими перемещениями требуют "более быстрой" скорости передачи битов, чем медленно перемещающиеся видеосигналы или видеосигналы от неподвижных изображений.
Для некоторых сегментов (или каналов) видеосигналов может требоваться меньший поток данных из-за меньшего перемещения или движения фона (медленные видеосигналы); в то время как другие сегменты видеосигналов могут требовать большего потока данных из-за большего движения фона и изменения деталей (быстрые видеосигналы). Например, сцены действий в спортивных передачах или фильмах требуют большего количества данных видеоизображений, чем неподвижные картины или картины с фоном, представляющим главным образом голубое небо. В предпочтительном варианте осуществления изобретения этот тип информации на сегментах видеосигналов принимает управляющий ЦП 90 с центрального пульта. В качестве альтернативы, тип видеоинформации (быстрая или медленная) можно определить посредством использования цифрового оборудования в головной станции 42. Это цифровое оборудование считывает некоторое количество данных и определяет тип принимаемых видеосигналов.
После приема 200 информации с центрального пульта, управляющий ЦП 90 проверяет, что комбинация видеосигнала, запрашиваемая центральным пунктом, является приемлемой комбинацией поступающих видеосигналов (блок 204). Если центральный пункт (блок 200) запросил комбинацию, которая находится за пределами возможности оборудования устройства объединения 104, размещенного в этой головной станции 42 кабельного телевидения, на центральный пункт (блок 200) будет послан уведомляющий сигнал (блок 208), запрашивающий новую информацию. Комбинация подач видеосигналов (блок принятия решения 204) может оказаться неподходящей по многим причинам, включая слишком много подаваемых видеосигналов (которые определяются блоком принятия решения 204) или слишком много пакетов видеосигналов необходимо объединять (или слишком быстро изменяющиеся видеосигналы, то есть быстрые видеосигналы). Хотя показана только одна контрольная проверка информации, принимаемая с центрального пункта, специалисты в данной области техники понимают, что можно осуществлять большое количество контрольных проверок информации, поступающей с центрального пункта. После проверки на центральный пункт могут посылаться сигналы уведомления или отказа.
После контрольных проверок управляющий ЦП 90 посылает данные конфигурирования видеосигналов на логическую схему конфигурирования (функциональный блок 212). Эти данные конфигурирования информируют устройство объединения 104 о каждом видеосигнале, который следует выбирать, и каждом видеосигнале, который не следует выбирать.
Программное обеспечение (блок 200), которое принимает информацию с центрального пункта, проверяет ее и вырабатывает данные конфигурирования для посылки их в логическую схему конфигурирования (функциональный блок 212), причем может выполнять это с нерегулярными интервалами. Остальные части программного обеспечения должны выполняться на регулярной основе.
Управляющий ЦП 90 контролирует (блок 216) каждый FIFO 156 для определения, какая процентная часть объема FIFO 156 заполнена. Чтобы выполнить эту задачу, управляющий центральный процессор (ЦП) 90 принимает электрические сигналы с каждого блока управления FIFO 154 или каждого индивидуального блока FIFO 156. Эти сигналы будут анализироваться и будет производиться определение уровня каждого FIFO 156. После этого анализа управляющий ЦП 90 определяет, превысил ли какой-либо один блок FIFO 156 первый пороговый уровень, установленный в процентном отношении заполняемого объема (например, заполнение на 75%) (блок принятия решения 220). Если один из блоков FIFO 156 превысил первый пороговый уровень заполняемого объема, то имеет место состояние переполнения. Если существует состояние переполнения, управляющий ЦП 90 должен выполнить этапы определения, которые пакеты информации можно стереть (блок 224). Этот процесс далее описан на фиг. 10c. После ликвидации соответствующего количества пакетов данных с целью устранения состояния переполнения, система управляет выходными вентилями (блок 228). Конечно, если нет состояния переполнения, система может перейти непосредственно к управлению выходными вентилями 288. Управляющий ЦП 90 дает команду на открывание в определенные моменты выходных вентилей (блок 288). Это более подробно определяется при нижеприведенном описании фиг. 10b.
После управления выходными вентилями (блок 288) ЦП 90 определяет, осуществляется ли дальнейший прием с центрального пункта, (блок 200), или обеспечивается время для реконструирования выбранных видеосигналов (блок принятия решений 232). Если управляющий ЦП 90 принимает новые сигналы с центрального пункта (блок 200), то он обрабатывает эти сигналы и определяет, имеются ли какие-нибудь изменения для отбора видеосигналов. Если с центрального пункта нет приема сигналов, он все же определяет, прошел период времени, например, час или полчаса, когда требуются изменения выбранных видеосигналов. Если требуются изменения или требуется новое конфигурирование, программное обеспечение циклически повторяет подпрограммы, которые конфигурированием.
На фиг. 10b представлен пример схемы программного обеспечения для управления выходными вентилями (блок 228). Управляющий ЦП 90 принимает определенную информацию об уровне данных в каждом FIFO 156 (функциональный блок 236) Он проверяет каждый FIFO 156 с целью определения процентной величины объема FIFO 156) который уже заполнен. После этой проверки управляющий ЦП 90 определяет приоритетность каждого FIFO 156 для установления последовательности (блок 244).
Для определения приоритетности FIFO 156 с целью установления последовательности можно использовать разнообразные аналитические и статистические способы. Некоторые факторы, которые необходимо учитывать, включают в себя следующие: считается ли подача видеосигнала в этот блок FIFO 156 подачей быстрого видеосигнала и обозначается как таковая; как быстро FIFO 156 принимает дополнительную информацию из его подачи видеосигналов; и произвел ли этот блок FIFO 156 недавно аннулирование пакетов видеосигналов.
Самым простым способом определения приоритетности было бы просто сделать FIFO 156 с наименьшим доступным объемом (оставшимся) с приоритетным номером один для установления последовательности. Таким образом, блоки FIFO 156 оказались бы последовательно установленными в соответствии с их уровнями. Однако для более точного определения приоритета блоков FIFO 156 и получения лучших результатов от устройства объединения 104 следует принимать во внимание и другую информацию. Например, блоки FIFO 156, которые принимают "быстрые" видеосигналы и при последней выборке приняли большие количества данных видеосигналов, более вероятно требуют более высокого приоритета, чем FIFO 156 с таким же заполнением, который принимает "медленные" видеосигналы, и последняя выборка показала, что он принимает данные с медленной скоростью передачи. При надлежащем установлении приоритетности можно избежать большинства состояний переполнения.
После определения приоритетности управляющий ЦП 90 переходит к следующему приоритетному FIFO 156 (функциональный блок 248). В это время управляющий ЦП 90 дает сигнал соответствующему выходному вентилю FIFO 156 освободить информацию сигналов изображения и звукового сопровождения (блок 252).
На фиг. 10c показан простой пример того, как можно манипулировать состоянием переполнения посредством программного обеспечения в управляющем ЦП 90. Эта подпрограмма 224 должна определить, которые пакеты с информацией сигналов изображения и звукового сопровождения подлежат стиранию и как много пакетов нужно стереть. До выхода из подпрограммы программное обеспечение должно исправить состояние переполнения, как представлено в функциональном блоке 256. Первый этап подпрограммы заключается в проверке программным обеспечением конкретного FIFO 156, который запустил состояние переполнения. Затем подпрограмма определяет, является ли следующий пакет видеосигналов MPEG в этом конкретном FIFO 156, то есть переполненном FIFO 156, менее важным пакетом видеосигналов MPEG (блок принятия решения 260). Менее важный пакет телевизионных сигналов можно определить многими путями. Тем не менее, в большинстве случаев важной считается информация временной селекции и синхронизации. Одним примером менее важного пакета телевизионных сигналов является пакет, содержащий мелкие детали относительно телевизионного изображения. Менее важный пакет видеосигналов MPEG обеспечивает телевизионную информацию на мелких деталях движущегося изображения.
Если обнаружено, что следующий пакет MPEG является менее важным пакетом (например, мелкие детали), то менее важный пакет можно стереть (блок 264). Если следующий пакет в переполненном FIFO 156 не является менее важным, пакетом, то система переходит к следующему блоку FIFO 156, который находится на втором наивысшем уровне по объему (блок 268). Подпрограмма 224 теперь возвращается к проверке (блок 260) этого блока FIFO 156 для определения, является ли следующий пакет MPEG менее важным пакетом MPEG. Этот цикл проверки каждого блока FIFO 156 по определению менее важного пакета продолжается до тех пор, пока не будет найден менее важный пакет, или когда цикл закончит проверку каждого блока FIFO 156, независимо от того, которое из этих событий появится первым.
Как только подпрограмма 224 либо найдет пакет для стирания, либо осуществит цикл по всем блокам FIFO 156, она перейдет к другому решению. Следующим решением подпрограммы программы 224 является, необходимо ли стереть какие-либо дополнительные пакеты. Чтобы выполнить это решение, подпрограмма 224 определяет, превысили ли какие-нибудь блок FIFO 156 установленный второй пороговый уровень (например, заполнение до 80 или 90%), как в блоке принятия решения 272. Если имеются блоки FIFO 156, которые превысили второй пороговый уровень, то подпрограмма 224 удаляет весь пакет видеосигналов MPEG (блок 276), но она не стирает информацию временной селекции. Стираемым пакетом предпочтительно является пакет сигналов изображения MPEG из того же FIFO 156, в котором подпрограмма 224 стерла пакет с мелкими деталями. Если второй пороговый уровень не достигнут, подпрограмма 224 проверяет, достигнут ли первый пороговый уровень (блок 280). Если первый пороговый уровень все еще превышается, подпрограмма 224 начинает действовать снова и отыскивает FIFO 156 с мелким подлежащим стиранию пакетом MPEG.
Количество пороговых уровней можно проверять с изменяющейся степенью действий, предпринимаемых для предотвращения проблем переполнения (например, 75%, 85%, 95%). Чем выше порог, тем более пагубное (или опасное) действие, предпринимаемое подпрограммой 224 для предотвращения катастрофического разрушения сигнала для телезрителя.
Хотя эту подпрограмму 224 можно выполнить различными способами, предпочитают первыми (менее важными) стирать пакеты MPEG (блок 276), имеющие наименьшее воздействие на видеосигнал. Поэтому, не должны стираться сигналы
синхронизации. Первыми предпочтительно стираются пакеты сигналов изображения MPEG с меньшими деталями. Используя показанную подпрограмму 224, первыми подлежащими стиранию пакетами, вероятно, являются пакеты MPEG с мелкими деталями (блок 276) на движущемся видеоизображении. Эти пакеты с наименьшей вероятностью воздействуют на изображение для абонента. Поскольку это быстродействующее видеоизображение, один пакет MPEG, обеспечивающий мелкие детали на этом изображении, вероятно, пройдет незамеченным для глаз телезрителей. Если требуется стереть более крупные, более важные пакеты информации, телезритель может заметить мгновенную паузу в своем видеоизображении или слабое искажение в подпространстве отображений на экране. Это происходит потому, что будут стираться новые видеосигналы для восстановления отображения на экране, и стирается следующее изображение. Специалистам в данной области техники понятно, что можно использовать много подпрограмм 224, которые могут контролировать состояние переполнения.
Передовой вариант осуществления изобретения
На фиг. 11 изображен общий вид функционирования более сложной системы 40 распределения программ. На фиг. 12 представлена схема предпочтительного варианта осуществления головной станции 42 цифрового кабельного телевидения для обеспечения более сложной системы 40 распределения программ. Этот вариант осуществления изобретения включает в состав устройство объединения 104 в более передовой системе распределения кабельного телевидения, которая обеспечивает программную информацию и передовые особенности телевидения для телезрителей. Головная станция 42 этого варианта осуществления показана состоящей из двух частей процессора 300 обработки сигнала и сетевого контроллера 304. Устройство объединения 104 является одной частью процессора 300 обработки сигнала.
Показанный центр управления 56 является центральным пунктом 200, выполняющим компоновку программ и управление распределением. Компоновка программ включает в себя организацию программ и цифровую информацию о телевизионных программах, предназначенных для использования головной станцией 42 кабельного телевидения и телезрителями. В предпочтительном варианте осуществления изобретения скомпанованный программный сигнал будет обрабатываться на пункте управления линией связи 46 до его передачи на спутник 41. С системой можно использовать различные спутниковые схемы и структуры с большим количеством доступов, включая один канал на несущую мультиплексной передачи с частотным разделением (FDM) и один множественный канал на несущую мультиплексной передачи с временным разделением (ТDМ). Наиболее желательной схемой является схема мультиплексирования с временным разделением. Сигнал передается со спутника 41 на головную станцию 42 кабельного телевидения, где сигнал обрабатывается и передается по кабелям, идущим к дому абонента. Центр управления подробно описан в заявке на патент с регистрационным номером PCT/US 93/11617, под названием "Центр управления для системы распределения кабельного телевидения", зарегистрированной 2 декабря 1993 г, на того же правопреемника и включенной в настоящую заявку путем ссылки.
Головная станция 42 кабельного телевидения принимает цифровой уплотненный и мультиплексированный сигнал со спутника 41 и обрабатывает его для дальнейшего распределения на дома абонентов. Головная станция 42 кабельного телевидения данного варианта осуществления выполняет две основные функции в системе распределения кабельного телевидения. Она действует как процессор обработки сигнала 300 и центр распределения, предназначенный для трассировки сигналов с цифровым уплотнением для абонентов, и она действует как сетевой контроллер 304, принимающий информацию от абонентов и передающий информацию в центр управления 56 или другие дистанционные пункты (типа не показанных региональных статистических пунктов и пунктов выписки счетов).
Для выполнения этих двух функций соответствующая предпочтительному варианту осуществления изобретения головная станция 42 кабельного телевидения оборудована двумя совместно работающими компьютерными процессорами. Использование двух процессоров, выполняющих разные функции, увеличит скорость и пропускную способность головной станции 42 кабельного телевидения без существенного увеличения стоимости. Один процессор, то есть управляющий ЦП 90 в системе обработки сигнала, манипулирует приемом, обработкой и объединением сигнала со спутника 41 для распределения его по абонентам. Второй процессор действует как сетевой контроллер 304 и контролирует деятельность входных терминалов приемников 58 абонентов. Головная станция 42 кабельного телевидения управляется одним ЦП или рядом ЦП, которые выполняют функции управляющего ЦП 90 и сетевого управления.
Система обработки сигналов 300 обрабатывает сигнал так, как нужно для его использования входным терминалом приемника 58 абонента. В простейшем варианте осуществления изобретения величина обработки, которая требуется от системы обработки сигналов 300, ограничивается демультиплексированием и распределением частот. Однако в предпочтительном варианте осуществления изобретения система обработки сигналов 300 демультиплексирует сигнал, обрабатывает сигнал в устройстве объединения 104, распределяет частоты и затем вновь мультиплексирует сигнал с использованием другой мультиплексирующей схемы до распределения сигналов по абонентам. В дополнение к этому, для вариантов осуществления, в которых на головной станции 42 кабельного телевидения требуется управление времени местной доступности, система обработки сигналов 300 должна иметь возможность уплотнять сигналы и добавлять дополнительные сигналы к сигналу спутника 41.
Для введения местных программ система обработки сигналов 300 должна демультиплексировать сигнал со спутника 41, уплотнить местные программы, объединить уплотненную местную программу с сигналом со спутника 41 и затем мультиплексировать сигнал до его распределения по терминалам 58 абонентов. Местные программы в аналоговой форме также можно объединять с помощью устройства объединения 104, как описано выше. Большинство действий, необходимых для введения местных программ, осуществляется автоматически с помощью системы обработки сигналов 300. В предпочтительном варианте осуществления изобретения система обработки сигналов 300 вводит все необходимые возможности цифровой коммутации для обслуживания многочисленных абонентов и множества конкатенированных кабельных систем 50, как показано на фиг. 2.
Хотя это и возможно, предпочитают, чтобы головная станция 42 кабельного телевидения не выполняла никакого разуплотнения видеосигналов. Принимаемые головной станцией 42 кабельного телевидения сигналы должны разуплотняться до передачи с головной станции 42 на местоположение абонента только тогда, когда алгоритм уплотнения, используемый для кабельной системы, отличается от алгоритма, используемого для спутниковой передачи 41. Можно использовать раздельные алгоритмы уплотнения для поддержания требуемого качества сигнала и прохождения его по обеим средам передачи. Кроме того, цифровое сжатие необходимо в том случае, если оператор головной станции 42 кабельного телевидения желает передать местные аналоговые сигналы телезрителям в цифровой форме. Эти аналоговые сигналы, принимаемые головной станцией 42 кабельного телевидения, требуют кодирования до передачи их в дома телезрителей (как показано раньше на фиг. 4 и 5b).
В предпочтительном варианте осуществления изобретения имеется дуплексная связь по кабельным линиям между сетевым контроллером 304 и входным терминалом приемника 58. Диалоговые (интерактивные) телевизионные программы можно обеспечивать посредством сетевого контроллера 304. Кроме того, сетевой контроллер 304 показывается в состоянии осуществлять доступ к входным терминалам приемников 58 по телефонным линиям, для отыскания и устранения повреждений, определенных характеристик или сложного перепрограммирования.
Для выполнения этих функций сетевой контроллер должен работать в тесном взаимодействии с системой обработки сигнала 300. Во многих случаях сигнал данных (называемый также информационным сигналом управления программой), принимаемый с центра управления 56, должен модифицироваться до посылки его на входные терминалы приемников. Эти модификации относительно информации управления программой осуществляются сетевым контроллером 304, работающим вместе с системой обработки сигнала 300 для посылки потока информации управления входным терминалом приемника (ПИУВТП) с системы обработки сигнала 300, сетевой контроллер принимает информационный сигнал управления программой, который включает в себя специальную информацию о привелегированной передаче по кабельной системе, добавляемую центром управления 56. Сетевой контроллер 304 модифицирует информационный сигнал управления программой, если необходимо, и посылает новую информацию в систему обработки сигнала 300. Затем система обработки сигналов 300 направляет информацию на входной терминал приемника 58 в форме ПИУВТП. В большинстве случаев сетевой контроллер 304 модифицирует информационный сигнал управления программой путем добавления дополнительной информации. В простом варианте осуществления изобретения, информационный сигнал управления программой может проходить через головную станцию 42 кабельного телевидения на входной терминал приемника 58 без каких-либо модификаций.
Хотя система обработки сигнала 300 манипулирует добавлением простых местных сигналов пользования (например, местных рекламных объявлений) в сигнал, посылаемый на входной терминал приемника 58, сетевой контроллер 304 манипулирует любыми необходимыми более сложными местными программами, такими как диалоговые программы и некоторые служебные данные. Сетевой контроллер 304 принимает любые электронные сигналы, посылаемые входным терминалом приемника 58, включая сигналы, идущие в ответ на интерактивные служебные запросы и некоторые запросы служебных данных. Сетевой контроллер 304 координирует необходимое переключение и доступ, позволяя абоненту пользоваться этими услугами.
Сетевой контроллер 304 имеет возможность осуществлять изменение "плавающего программирования", помогая маскированию участков изображения на телевизионных экранах абонентов (расщепление изображения на экране), помогая в выборе различных сигналов звукового сопровождения для одного и того же сигнала изображения (иностранные языки), помогая в части характеристик диалогового режима, создания ярусных программ и т.д. Для последних незначительных изменений в программе (например, в случае местного непредвиденного случая или важных региональных событий) оператор, использующий сетевой контроллер 304, может модифицировать информационный сигнал управления программой "на лету" и изменять имеющееся меню для абонента. Это обеспечивает короткие извещающие изменения компоновки программы, которые не может заранее обеспечить центр управления 56. Для приспособления техники расщепленного экрана для рекламного и демонстративного телевидения эти нежелательные части телевизионного изображения на экране необходимо маскировать. Сетевой контроллер 304 может посылать необходимую управляющую информацию для информирования входного терминала приемника 58 маскировать участки видеосигнала определенного канала. Например, канал видеосигнала с расщепленным экраном, показывающий четыре отдельных видеосигнала, требует 3/4 маску с целью сосредотачивания внимания телезрителя на характерном видеоклипе. Сетевой контроллер подробно описан в заявке на патент с регистрационным номером PCT/US 93/11616, под названием "Сетевой контроллер для систем кабельного телевидения", зарегистрированной 2 декабря 1993 г. тем же правопреемником и включенной в описание настоящей заявки путем ссылки.
Показан ряд вариантов осуществления головной станции 42 цифрового кабельного телевидения. Специалистам в данной области техники понятно, что возможны различные варианты показанных конструкций. Кроме того, на основании показанных примеров специалисты в данной области техники понимают, что головную станцию 42 можно конфигурировать различными путями, используя в качестве компонента устройство объединения 104.
Используемые здесь выражения и описания приведены только для иллюстрации и не предназначены для ограничений. Специалисты в данной области техники понимают, что возможны многочисленные изменения, не выходя при этом за рамки сущности и объема изобретения, определяемые нижеприведенной формулой изобретения.
Изобретение обеспечивает более высокие возможность и гибкость, чем существующие головные станции кабельного телевидения. Раскрыты модульная конструкция головной станции кабельного телевидения и компонент устройства объединения для головной станции кабельного телевидения. Изобретение особенно полезно в системах распределения программ кабельного телевидения, передающих большое количество сигналов программ с цифровым уплотнением. Раскрытое устройство объединения позволяет легко производить выбор программ из передаваемых сигналов, что и является достигаемым техническим результатом. 3 с. и 33 з.п.ф-лы, 12 ил.
идентифицированных преобразованных в цифровую форму программ, используя идентичности программ, причем идентичности программ определяются с помощью процессора и посылаются в средство передачи в командах со средства процессора, а также введено средство, подсоединенное к средству отбора, для объединения передаваемых программ в объединенный сигнал, включающее в себя средство приема, предназначенное для приема передаваемых программ со средства отбора, и средство для распределения объединенного сигнала по абонентам в системе кабельного телевидения.
| Способ электролитического осаждения рения из растворов | 1971 |
|
SU450841A1 |
| Телевизионная распределительная система | 1983 |
|
SU1346061A3 |
| Волоконно-оптическая система кабельного телевидения | 1986 |
|
SU1471928A1 |
| Устройство формирования видеоинформации | 1987 |
|
SU1483676A1 |
| СПОСОБ РАСКРЫТИЯ КЛАПАНОВ БУМАЖНЫХМЕШКОВ | 1972 |
|
SU425834A1 |
| Удлинитель для гибки труб | 1975 |
|
SU513763A1 |
| Топор-2 | 1959 |
|
SU132465A1 |
| Устройство для автоматического поддержания заданного уровня низкокипящей жидкости в открытом сосуде | 1973 |
|
SU452717A1 |
