СИСТЕМА И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОГО ВИДЕОСИГНАЛА И ДАННЫХ ЧЕРЕЗ КАНАЛ СВЯЗИ Российский патент 2003 года по МПК H04N7/10 H04N7/173 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Этот документ заявляет приоритет и преимущество даты подачи предварительной патентной заявки под названием СИСТЕМЫ ЦИФРОВОГО ВИДЕОСИГНАЛА И ДАННЫХ, назначенный серийный номер 60/064153 и зарегистрированный 4 ноября 1997 г. , текст которого включен в описание настоящего изобретения путем ссылки и связан со следующими одновременно рассматриваемыми Заявками на Патент США: КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОГО ВИДЕОСИГНАЛА И ДАННЫХ ЧЕРЕЗ КАНАЛ СВЯЗИ, зарегистрированная тем же числом, что и настоящее изобретение (Поверенный Реестровый Номер 62004-1040), СИСТЕМА И СПОСОБ ПОДДЕРЖКИ СИНХРОНИЗАЦИИ ПО ВРЕМЕНИ В СЕТИ ЦИФРОВЫХ ВИДЕОСИГНАЛОВ, зарегистрированная тем же числом, что и настоящее (Поверенный Реестровый Номер 62004-1050), и УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФРАКРАСНЫХ И ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ, зарегистрированная тем же числом, что и настоящее (Поверенный Реестровый Номер 62004-1060), включены в описание изобретения сведений путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагаемое изобретение относится к передаче цифрового видеосигнала и данных, в особенности к системе и способу передачи цифрового видеосигнала и данных через канал связи.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Существует много способов передачи цифровых видеосигналов абоненту. Например, при использовании методологии сжатия-распаковки изображения от экспертной группы по вопросам движущегося изображения (MPEG-2) сжатое цифровое изображение может передаваться различными носителями данных, включая коаксиальный, волоконно-оптический кабели и спутник. Некоторые из этих систем передачи считаются "видео-по-запросу" или "видео-почти-по-запросу", так как пользователь, или абонент, может по желанию выбирать конкретную программу из множества предложенных и просматривать ее. В системах "видео-по-запросу" пользователь имеет возможность выбрать программу и просмотреть ее в любое удобное ему время. В системах "видео-почти-по-запросу" пользователю предоставляется выбор тех программ, которые доступны в определенное повторяющееся время. Более того, вещательное видео относится к типу программ, повторяющихся по дневному или недельному расписанию и передаваемых одновременно широкому кругу абонентов.

Обычно эти системы предлагают пользователю все каналы программ, из которых он выбирает желаемую, как правило, используя один из преобразователей или декодеров своего телевизора. Скажем, в обычной системе кабельного телевидения все доступные программы передаются через коаксиальный кабель, проложенный в помещения абонентов. Программы, доступные каждому конкретному пользователю, устанавливаются посредством встраивания фильтра или кодера между проложенным кабелем и помещением абонента. Таким способом контролируется доступный пользователю набор программ. В этих системах кабельного телевидения использование преобразователя дает возможность осуществлять "плату-за-единицу-просмотра". Если абонент желает просмотреть определенную программу, он заблаговременно связывается с провайдером кабельного телевидения и покупает ее.

В системах передачи цифрового изображения через спутник пользователь, или абонент, устанавливает у себя небольшой параболический отражатель и специальную электронику. Для передачи цифровых видеосигналов используется полоса частот спутника непосредственного вещания "DBS" (direct broadcast satellite). При этом полный объем телепрограмм передается всем пользователям со специализированных спутников, находящихся на геосинхронной орбите. Геосинхронной является орбита, на которой спутник находится в строго фиксированном положении относительно Земли. Приемное устройство абонента раскодирует поток данных, извлекая желаемые программы.

Каждая из вышеупомянутых систем передачи цифрового видеосигнала имеет определенные недостатки. В системах кабельного телевидения, к примеру, относительно легко украсть или нелицензионно использовать сигнал из кабеля, протянутого непосредственно к помещению пользователя, и несанкционированно просматривать имеющиеся программы. К тому же, исторически, системы кабельного телевидения страдают от проблем надежности.

Система передачи сигнала через спутник также имеет свои недостатки. Так как все наличные программы одновременно транслируются всем абонентам, распределение полосы рабочих частот, а следовательно, и пропускная способность каналов становятся недостаточными. Скажем, при одновременной трансляции большого количества спортивных программ с быстро движущимся изображением, например воскресным утром в период футбольного сезона, для определенных каналов должна вводиться дополнительная полоса рабочих частот. А поскольку их количество фиксировано, это влечет за собой сужение рабочих диапазонов других каналов. К тому же, система передачи сигнала через спутник требует тщательного ориентирования параболического отражателя, который должен иметь беспрерывный путь обзора к передающему спутнику или спутникам. В сложных погодных условиях происходит затухание сигнала. Более того, в системах кабельного телевидения, как и в любых других, где все каналы передаются всем абонентам, также возможно их несанкционированное использование.

Другие существующие системы предоставляют абоненту набор программ путем использования сети асинхронной передачи данных (АТМ), по которой конечному пользователю может быть передана конкретная программа. К сожалению, системы АТМ дорогостоящие, и поскольку в них используются волоконно-оптические коммутаторы, они легко перегружаются, если множество пользователей одновременно выбирает для просмотра широкий ряд программ.

Поэтому перед промышленностью стоит важная, до сих пор не решенная задача - устранить вышеупомянутые недостатки и усовершенствовать систему передачи в полном соответствии с запросами потребителей.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагаемое изобретение представляет собой систему и способ передачи цифрового видеосигнала, двунаправленных данных, таких как Интернет-данные, и обычная аналоговая телефонная система (POTS).

При кратком описании, архитектурно, эта система может быть реализована следующим образом. Система передачи цифрового видеосигнала и данных через канал связи заключает в себе программный центр, сконфигурированный для приема множества видеосигналов и, по крайней мере, одного двунаправленного сигнала. Центральная станция, взаимодействующая с программным центром, нацелена на прием множества видеосигналов и размещение их в канале передачи сигналов. Центральная станция также сконфигурирована для передачи, по крайней мере, одного из множества видеосигналов и поддерживает передачу сигнала двунаправленных данных к конечному пользователю через канал связи.

Данное изобретение также может быть рассмотрено как реальный способ предоставления множества видеоканалов и канала двунаправленных данных через линию связи. Этот способ может быть обобщенно представлен следующими этапами: множество видеоканалов размещается на линии передачи данных; принимается запрос от пользователя на один из упомянутых видеоканалов; запрос обрабатывается с целью определения, имеет ли абонент право на получение, по крайней мере, одного видеоканала; если право подтверждается, этот один или более каналов транслируется пользователю через канал связи.

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

Фиг. 1А - это внешний вид системы, иллюстрирующий общую топологию предлагаемой системы передачи цифровых видеосигналов и данных в этом изобретении;
Фиг. 1Б - блок-схема, иллюстрирующая алгоритм запрашивания пользователем программы через топологию системы, показанную на Фиг.1А;
Фиг. 2 - схематическое изображение, иллюстрирующее передачу цифрового видео от ретранслятора 11 к центру программирования и управления телефонной компании 100;
Фиг. 3 - схематическое изображение, демонстрирующее обеспечение взаимодействия центра управления и программирования телефонной компании 100 с центральной станцией 400;
Фиг. 4 - схема, иллюстрирующая взаимодействие компонентов настоящего изобретения, принадлежащих центру программирования и управления телефонной компании;
Фиг. 5 - схема шасси управления видеосигналом 200, изображенного на Фиг. 4;
Фиг.6 - схема модуля управления видеосигналом 250, изображенного на Фиг. 5;
Фиг. 7 - схематическое изображение процессорного модуля управления шасси 300;
Фиг.8 - блок-схема, иллюстрирующая архитектуру, функциональность и действие рабочей станции управления системой 325, показанной на Фиг.4;
Фиг.9 - схема, иллюстрирующая архитектуру центральной станции 400;
Фиг. 10А - схема, иллюстрирующая шасси сетевого видеоинтерфейса 450, показанного на Фиг.9;
Фиг.10Б - схема модуля сетевого видеоинтерфейса 700, показанного на Фиг. 10А;
Фиг. 11А - схема, иллюстрирующая шасси распределения видеосигнала 500, показанное на Фиг.9;
Фиг. 11Б - блок-схема, иллюстрирующая модуль входных видеосигналов 800, показанный на Фиг.11А;
Фиг.11В - блок-схема, альтернативная показанной на Фиг.11Б;
Фиг. 11Г - блок-схема, демонстрирующая модуль с многоканальными видеовыходами 850, показанный на Фиг.11А;
Фиг. 11Д - схема, иллюстрирующая удаленный модуль выходных сигналов, показанный на Фиг.11А;
Фиг.12 - схема, иллюстрирующая шасси доступа 550 и модуль фильтра низких частот 600, показанные на Фиг.9;
Фиг. 13 - схема, подробно описывающая шасси доступа 550, показанное на Фиг.9;
Фиг.14 - схема модуля адаптера универсального доступа 1000 (UAA), показанного на Фиг.12 и 13;
Фиг.15 - блок-схема рабочей станции ведущего устройства центральной станции 650;
Фиг.16 - блок-схема помещения абонента 1300;
Фиг.17А - схема, иллюстрирующая интеллектуальный сетевой интерфейс (INI) 1350, показанный на Фиг.16;
Фиг.17Б - схема, иллюстрирующая интерфейс удаленного управления с помощью инфракрасного излучения, показанный на Фиг.17А;
Фиг. 17В - схема, иллюстрирующая удаленный ИК-приемопередатчик, показанный на Фиг.17Б;
Фиг.17Г - схема, иллюстрирующая интерфейс удаленного управления с помощью инфракрасного излучения 1358, показанный на Фиг.17А;
Фиг. 18 - схема, иллюстрирующая расположение и возможную реализацию устройства установки кадров СО 1100 и устройства установки кадров СР 1400 в системе передачи цифрового видеосигнала и данных настоящего изобретения;
Фиг. 19 - схема, иллюстрирующая устройство установки кадров СО 1100, показанное на Фиг.18;
Фиг. 20А - временная диаграмма характеристик канала передачи транспортного потока с адаптивной скоростью, показанного на Фиг.19;
Фиг.20Б - схема, иллюстрирующая форматирование, которое используется для передачи восьми транспортных потоков с адаптивной скоростью передачи, показанное на Фиг.20А, через оптический канал связи;
Фиг.21 - временная диаграмма, иллюстрирующая поток данных с произвольной скоростью передачи, из которого формируется поток данных с фиксированной скоростью передачи, показанный на Фиг.20А;
Фиг. 22 - выборка из спецификаций транспортного потока формата MPEG-2, определяющая первые три байта пакета транспортного потока, показанного на Фиг.20А и 20Б;
Фиг. 23 - схема, иллюстрирующая транспортный поток данных, пересылаемый через соединение 1161, показанное на Фиг.19;
Фиг.24А - схема фильтра PID 1110, показанного на Фиг.19;
Фиг. 24Б - блок-схема решений, иллюстрирующая функционирование фильтра PID 1110, показанного на Фиг.24А;
Фиг. 25 - блок-схема решений, иллюстрирующая функционирование устройства извлечения PCR, показанного на Фиг.19;
Фиг. 26 - подробное представление инкрементора PCR 1140, показанного на Фиг.19;
Фиг. 27А - блок-схема мультиплексора данных СО 1150, показанного на Фиг. 19;
Фиг. 27Б - диаграмма состояний, иллюстрирующая функционирование мультиплексора данных СО, показанного на Фиг.19;
Фиг. 27В - блок-схема, иллюстрирующая функцию принятия решений по пакету программы 1152 мультиплексора данных СО, показанного на Фиг.27А;
Фиг. 27Г - функциональная схема, иллюстрирующая функцию принятия решений по пакету программы 1152 мультиплексора данных СО, изображенного на Фиг.27А;
Фиг. 28 - схема, иллюстрирующая функционирование устройства установки кадров СО 1100 по течению потока данных, показанное на Фиг.19 (от центральной станции к помещениям абонентов);
Фиг. 29 - схема мультиплексора данных СО, находящегося на устройстве установки кадров СО 1100, который показан на Фиг.19 в обратном относительно потока данных направлении (от помещений абонентов к центральной станции);
Фиг. 30 - схема, иллюстрирующая работу демультиплексора данных СР 1455, показанного на Фиг.17А, в направлении основного потока данных;
Фиг. 31 - схема мультиплексора данных СР 1450, находящегося в устройстве установки кадров СР 1400 (Фиг.17А), при функционировании в противоположном относительно потока данных направлении;
Фиг. 32 - определение диаграммы прохождения, иллюстрирующей функционирование демультиплексора СО 1155 и демультиплексора данных СР 1455;
Фиг.33 - диаграмма прохождения, иллюстрирующая функционирование мультиплексора данных СР 1450, показанного на Фиг.17А;
Фиг. 34 - схема альтернативной реализации устройства установки кадров 1100, показанного на Фиг.19.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Программа передачи цифрового видеосигнала и данных в настоящем изобретении может быть реализована аппаратными средствами, программным обеспечением либо их сочетанием. В предпочтительном варианте (вариантах) использования данного изобретения программа передачи цифрового видеосигнала и данных реализуется в аппаратных средствах, управляемых программным обеспечением, либо программно-аппаратными средствами, которые хранятся в памяти и выполняются соответствующими командами исполнительной системы.

Блок-схемы, изображенные на Фиг.8 и 15, демонстрируют архитектуру, выполняемые функции, а также действие рабочей станции управления системой, изображенной на Фиг.4, и рабочей станции ведущего устройства центральной станции, изображенной на Фиг.9. В этом отношении каждый блок представляет собой модуль, сегмент или часть кода, который включает в себя одну или несколько исполняемых команд для реализации определенных логических функций. Также следует отметить, что при некоторых альтернативных реализациях функции, заложенные в блоках, могут выполняться не в том порядке, как обозначено на Фиг. 8 и 15. Например, показанные последовательно два блока на Фиг.8 и 15 в действительности могут выполняться одновременно или иногда в обратном порядке в зависимости от назначения, что будет разъяснено ниже.

Программа передачи цифровых видеосигналов и данных, включающая в себя упорядоченный список исполняемых команд для реализации логических функций, может быть выполнена на любом компьютерно-считываемом носителе для применения в или для связи с системой выполнения команд, инструментальными средствами либо устройствами, например, такими как автоматизированная система, процессорная система или любая другая, способная выбирать команды из системы выполнения команд, аппаратных средств или устройств и исполнять эти команды. В контексте данного документа под понятием "компьютерно-считываемый носитель" подразумевается любой носитель, способный содержать, хранить, передавать, размножать, распространять или переносить программу для использования совместно с системой выполнения команд, аппаратным средством или устройством. Компьютерно-считываемыми носителями могут быть, например, электронная, магнитная, оптическая, электромагнитная, инфракрасная или полупроводниковая системы, аппаратные средства, устройство или среда распространения, и этим список не ограничивается. Более конкретными примерами (список не полный) компьютерно-считываемых носителей являются: электрическое соединение (электронное) с одним или более проводов, портативная компьютерная дискета (магнитная), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) (магнитное), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) (магнитное), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (СППЗУ или флэш-память) (магнитное), волоконный световод (оптический), компакт-диск (CD-ROM) (оптический). Отметим, что компьютерно-считываемым устройством также может быть бумага либо другой носитель, на котором распечатана программа. Эта программа может быть считана электронным путем, например, через оптическое сканирующее либо другое устройство, после чего откомпилирована, выполнена в режиме интерпретации или же, если необходимо, обработана определенным способом и сохранена в памяти компьютера.

На Фиг. 1А изображен внешний вид системы 10, иллюстрирующий общую топологию, присущую передаче цифрового видеосигнала и данных настоящего изобретения. В топологию системы 10 включены: программный и центр управления телефонной компании (ТРСС) 100, центральная станция 400 и помещения абонентов 1300. ТРСС 100 принимает входной сигнал от локальной вещательной станции 12, которая доставляет вещательные телевизионные сигналы, ретранслятора 11, предоставляющего цифровые видеосигналы в виде цифрового закодированного видеосигнала стандарта MPEG-2, а также данные от провайдера услуг Интернет (ISP) 14. Здесь показана передача Интернет-данных, однако согласно изобретению могут передаваться любые другие, например данные локальной сети (LAN). ТРСС 100 связывается с центральной станцией 400 по сети SONET (синхронная оптическая сеть) 150. Для упрощения изображена одна центральная станция, однако ТРСС 100 может связываться с множеством центральных станций 400 по сети 150 SONET. Сеть 150 SONET - один из путей связи ТРСС с центральными станциями, и обычно таковым является внутренняя сеть телефонной компании, по которой связывается множество центральных станций с каждым ТРСС. Сеть 150 SONET используется только в иллюстративных целях. Для реализации соединения между ТРСС 100 и центральной станцией 400 также могут использоваться другие внутренние сети, например сеть SDH (синхронная цифровая иерархия), или любой иной метод реализации соединения между ТРСС 100 и центральными станциями 400. Центральная станция 400 взаимодействует с помещениями абонентов 1300 по каналу связи 16. Каналом связи 16 может быть любой канал, поддерживающий передачу сжатого цифрового изображения, двунаправленных данных Интернет и POTS, к примеру медная пара проводов, по которой передаются обычные сигналы, проходящие по телефонной сети. Другим примером канала связи для реализации соединения между центральной станцией 400 и помещениями абонентов 1300 может быть беспроволочный радиоканал связи, такой как LMDS (локальная многоадресная система распределения). В помещениях абонентов 1300 расположен интеллектуальный сетевой интерфейс (INI) 1350, к которому подключается вычислительная система 1355, телефон 1360, аппарат факсимильной связи (не показан) и телевизор 1365. Также возможно использование дополнительной цифровой линии телефонной связи для подключения аппарата факсимильной связи. Система передачи цифрового видеосигнала и данных и способ их передачи в этом изобретении используются для реализации передачи сжатого цифрового изображения, двунаправленных потоков данных Интернет и POTS из ТРСС 100 к центральной станции 400 и от центральной станции 400 к помещениям абонентов 1300 по каналу связи 16.

На Фиг.1Б изображена блок-схема, иллюстрирующая способ, которым пользователь запрашивает программу через систему, показанную на Фиг.1А. В блоке 51 пользователь отправляет запрос на центральную станцию 400 для просмотра определенной программы. Этот запрос передается через канал управления (подробно будет описан ниже) по каналу связи 16. В блоке 52 центральная станция 400 принимает запрос. В блоке 54 адаптер универсального доступа (UAA) центральной станции, обрабатывающий запрос с помощью таблиц, доставляемых с рабочей станции ведущего устройства центральной станции, информирующей UAA об имеющемся доступе, обрабатывает запрос, и в случае положительного ответа в блоке 56 эта программа передается пользователю из центральной станции 400 по каналу связи 16.

На Фиг.2 изображена схема, иллюстрирующая передачу видеосигнала от ретранслятора 11 к ТРСС 100. Ретранслятор 11 принимает аналоговый видеосигнал со спутника 17. В альтернативном варианте, ретранслятор принимает цифровые закодированные видеосигналы, как показано на чертеже, со спутника 17. Понятно, что аудиосигнал передается вместе с видеосигналами, и когда идет речь о видеосигналах или сжатых цифровых видеосигналах, то одновременно имеется в виду, что передается аудиосигнал. Ретранслятор 11 передает аналоговые (или цифровые) видеосигналы по сети 13 к множеству ТРСС 100. Сетью 13 может быть сеть передачи данных через спутник или, возможно, сеть SONET, подобно сети 150 SONET, показанной на Фиг.1А. ТРСС 100 принимают программы телевещания от локальных вещательных станций 12.

На Фиг. 3 изображена схема, иллюстрирующая архитектуру соединений ТРСС 100 с центральными станциями 400. Как было рассмотрено выше, ТРСС 100 принимает видеосигналы в аналоговом или цифровом виде от ретранслятора 11, локальное вещательное телевидение от локальной вещательной станции 12, и данные Интернет от ISP 14. ТРСС 100 объединяет вышеупомянутый видеосигнал и доставляет его на центральные станции 400 по сети SONET телефонной компании 150 или любой другой сети, используемой для взаимодействия между ТРСС 100 и центральными станциями 400.

На Фиг. 4 изображена блок-схема, иллюстрирующая взаимодействие компонентов, находящихся в ТРСС 100 настоящего изобретения. Внутри ТРСС 100 объединяются двунаправленные данные, принимаемые от ISP 14, видеосигнал, принимаемый от ретранслятора 11 (показанный на Фиг.1А и 2) и локальные программы вещания, принимаемые от локальной станции вещания 12. Двунаправленные данные Интернет доставляются от ISP 14 на маршрутизатор 101 через соединение 128. Маршрутизатор 101 через соединение 112 взаимодействует с высокоскоростным коммутатором сети АТМ, который в свою очередь соединяется с суммирующим-понижающим мультиплексором сети SONET 106 через соединение 114. Суммирующий-понижающий мультиплексор сети SONET 106 изображен только в иллюстративных целях. Это может быть мультиплексор сети SHD, если вместо сети 150 SONET реализована сеть SHD. Таким образом, данные Интернет обрабатываются на ТРС 100 и переправляются на центральные станции 400 по сети 150 SONET. Также через соединение 114 передаются управленческая и управляющая информация от рабочей станции управления системой 325, которая будет подробно описана ниже. Видеосигнал доставляется от ретранслятора 11 к приемнику спутника 104 через соединение 126. Если видеосигнал, доставляемый от ретранслятора 11, является аналоговым сигналом, он поступает к кодеру MPEG-2 109 через соединение 115 для преобразования его в формат стандарта MPEG-2. Несмотря на то что в предпочтительном варианте реализации изобретения используется метод сжатия MPEG-2, возможно применение любого другого метода для генерирования сжатого цифрового видеосигнала. Если видеосигнал, поступаемый с ретранслятора 11, представлен в виде цифрового сигнала, он поступает прямо на шасси управления видеосигналом 200 через соединение 118. Соединение 118, как показано на чертеже, является множеством соединений типа DS-3 и в предпочтительном варианте реализации изобретения состоит из семи (7) соединений типа DS-3. Соединение DS-3 обеспечивает передачу данных со скоростью приблизительно 45 мегабит в секунду (Мбит/с) и приведено только в иллюстративных целях.

В действительности соединение 118 может состоять из множества каналов с высокой пропускной способностью, например соединение типа ОС-3, обеспечивающее пропускную способность около 155 Мбит/с. Локальные программы вещания из локальной станции вещания 12 через соединение 124 доставляются на эфирный демодулятор 108, который взаимодействует с кодером формата MPEG-2 109 через соединение 123. Кодер формата MPEG-2 109 принимает эфирный вещательный сигнал и преобразует его в цифровой видеосигнал в соответствии со стандартами сжатия изображения MPEG-2, используемого в предпочтительном варианте реализации изобретения. Он изображен в виде одного элемента, однако используется множество эфирных демодуляторов и кодеров формата MPEG-2. Сигнал в формате MPEG-2 доставляется на мультиплексор формата MPEG-2 111 через соединение 122. Мультиплексор формата MPEG-2 111 доставляет закодированный в формате MPEG-2 видеосигнал, принятый из эфира, на шасси управления видеосигналами 200 через соединение 121. Показанное на чертеже соединение 121 является еще одним соединением, поддерживающим передачу цифрового видеосигнала формата MPEG-2, например соединением типа DS-3 (с иллюстративной целью).

Также к шасси управления видеосигналом 200 через соединение 117 подключена рабочая станция управления системой (SMW) 325, обеспечивающая управляющие, контрольные и функции наблюдения ТРСС 100, что будет подробно описано со ссылкой на Фиг.8. SMW 325 также соединяется с высокоскоростным коммутатором сети АТМ 102 через соединение 116, посредством которого через соединение 14 на суммирующий-понижающий мультиплексор сети SONET 106 посылается управленческая и управляющая информация для размещения в сети 150 SONET. Таким образом происходит обмен управленческой и управляющей информацией с центральной станцией 400.

Шасси управления видеосигналом 200 вводит справочную информацию по локальным программам и управляющую информацию в цифровую видеопрограмму, заменяя неиспользуемый нулевой пакет формата MPEG-2 транспортной видеоинформацией. Это описание локальных программ поступает из SMW 325, рабочей станции, которая отвечает за наблюдение и управление системой передачи цифровых видеосигналов и данных. Справочная база данных по программе передается либо центральным провайдером, либо генерируется локально. Шасси управления видеосигналом 200 также может использоваться при введении данных для обновления программного обеспечения информации о помещениях абонентов путем замены неиспользуемого нулевого пакета формата MPEG-2 транспортной видеоинформацией. После этого телепрограмма с обновленными данными поступает на частную сеть 150 SONET телефонной компании (telco) через суммирующий-понижающий мультиплексор 106 сети 150 SONET. Маршрутизатор 101 отделяет сеть, по которой передаются внутренние данные телефонной компании, от сети Интернет, направляя к ISP 14 только определенные пакеты. Высокоскоростной коммутатор сети АТМ 102 обеспечивает устойчивое соединение с коммутаторами отдельных центральных станций 400, осуществляя передачу данных Интернет к системе. К тому же, маршрутизатор 101 и высокоскоростной коммутатор сети АТМ 102 обмениваются данными Интернет в обоих направлениях: в направлении, противоположном основному трафику (от помещения абонента в направлении центральной телефонной станции к ТРСС), и по направлению основного трафика (от ТРСС в направлении центральной станции к помещению абонента).

На Фиг.5 изображена блок-схема, иллюстрирующая шасси управления видеосигналом 200, представленное на Фиг. 4. Шасси управления видеосигналом 200 включает в себя множество пар модулей управления видеосигналом 250 и пару процессорных модулей управления шасси 300. В данном обсуждении и чертежах к парам модулей сделана следующая предпосылка. Термин "пара модулей" относится к активному и резервному модулям, каждый из которых предназначен для выполнения описанных функций. К каждому модулю пары подается входной сигнал, и каждый способен подать выходной сигнал. Резервный модуль будет функционировать как активный, если последний выйдет из строя. К тому же, в данном изложении термин "горячая замена" относится к возможности замены модуля в системе без отключения питания системы, где он установлен.

Спутниковый приемник 104, содержащий ряд мультиплексоров формата MPEG-2 111, принимает сетевую нагрузку от ретранслятора 11 через соединение 126. Мультиплексоры формата MPEG-2 стыкуются с шасси управления видеосигналом 200 через ряд соединений типа DS-3 от 118а до 118n, каждое из которых имеет еще и резервное соединение. Каждое соединение типа DS-3 118 подключается к модулю управления видеосигналом 250, причем каждое резервное соединение типа DS-3 скоммутировано с резервным модулем управления видеосигналом 250. Пара модулей управления видеосигналом 250 состоит из активного модуля управления видеосигналом и резервного, причем резервное соединение типа DS-3 подключено к резервному модулю управления видеосигналом. Мультиплексор формата MPEG-2 111 также соединяется с парой модулей управления видеосигналом 250 через соединение типа DS-3.

Выход каждой пары модулей управления видеосигналом 250 присоединен к суммирующему-понижающему мультиплексору сети SONET 106 через соединение DS-3 119. В шасси управления видеосигналом также включена пара процессорных модулей управления шасси 300. Функционирование модуля управления видеосигналом 250 будет подробно описано в пояснении к Фиг.6. Функционирование процессорного модуля управления шасси 300 будет подробно описано при рассмотрении Фиг. 7. Система передачи цифровых видеосигналов и данных в изобретении поддерживает до восьми групп программ цифрового видеосигнала, однако в будущем предвидится поддержка дополнительных групп. Группа программ - это один транспортный поток формата MPEG-2, содержащий многочисленные каналы, проходящие через одно соединение сети, например соединение типа DS-3 либо ОС-3. Таким образом, шасси управления видеосигналом 200 поддерживает до восьми групп программ. Это означает, что каждое соединение типа DS-3 - 118 или 119 - передает одну группу программ.

Транспортируемая через соединение типа DS-3 группа программ может охватывать примерно 10 каналов, в то время как группа, транспортируемая через соединение ОС-3, - около 35. Это свидетельствует о максимальной пропускной способности - 80 каналов - при реализации системы с использованием соединений типа DS-3 и 280 - при реализации системы с использованием соединений типа ОС-3. По меньшей мере, одна группа (возможно и больше) будет содержать локальные каналы, как показано на чертеже, при подключении к суммирующему-понижающему мультиплексору сети SONET 106 с помощью соединений типа DS-3 121 и 123, содержащих 8 пар модулей управления видеосигналом. Остальные соединения, включающие в предпочтительном варианте реализации изобретения семь групп программ, будут передавать телепрограмму из других источников, как показано на чертеже, через соединения DS-3 118 и 119. Группы программ могут быть уплотнены с целью увеличения абсолютной пропускной способности канала. Так, две наполовину полные группы, передаваемые через соединения DS-3, могут быть объединены в одну, освобождая при этом полный канал DS-3 для дополнительных телепрограмм.

На Фиг.6 изображена блок-схема модуля управления видеосигналом 250, показанным на Фиг.5. Пара модулей управления видеосигналом 250 принимает поток данных DS3 по линиям 118а и 118b. Входящие по линии 118а, являющиеся основными, и входящие данные по линии 118b, являющиеся дополнительными или резервными, подаются соответственно потокам, приведенным на Фиг.5. Эти потоки данных содержат закодированные в формате MPEG-2 видеосигналы. Модуль управления видеосигналом 250 в каждой группе программ заменяет нулевой пакет формата MPEG-2 управляющими и данными обновления программного обеспечения. Затем группа программ, содержащая дополнительные данные (расписание телепрограмм и обновление программного обеспечения), пересылается на шасси сетевого видеоинтерфейса 450 через оба канала связи типа DS-3 119а и 119b. Каждый модуль управления видеосигналом 250 содержит основное оконечное устройство типа DS3 с приемником 251а, а также дополнительное оконечное устройство типа DS3 с приемником 251b. Линейные приемники DS3 выделяют полезные данные из входящего потока двоичных сигналов и подготавливают информацию для передачи на блок ввода управляющих данных 256. Оба приемника 251а и 251b всегда активны, обеспечивая дублирование сигнала на входном канале. Встроенный контрольный модуль 252 осуществляет наблюдение за приемниками через соединения 259а и 259b, а также определяет, какой из сигналов линейного приемника будет использован для передачи последовательно передаваемой нагрузки на блок ввода управляющих данных 256 по каналу связи. Контрольный модуль 252 посылает управляющие сигналы на основное оконечное устройство DS3 с приемником 251а, а также на дублирующее оконечное устройство с приемником 251b соответственно через каналы связи 259а и 259b. Блок ввода управляющих данных 256 отвечает за ввод локальных управляющих данных в поток входящих данных формата MPEG-2, поступающий от ретранслятора. Справочные данные по программе и, возможно, данные для обновления программного обеспечения INI 1350 вводятся путем замены нулевых пакетов необходимыми данными. Информация, последовательно принятая из блока введения управляющих данных 256, содержит данные изображения в формате MPEG-2 и дополнительные управляющие данные. Управляющие данные, данные для обновления программного обеспечения и справочные данные по программе вводятся в группу программ таким же образом. Новый поток данных передается через соединения 262а и 262b в качестве входных данных на устройство вывода программы 261, которое включает в себя основной 257а и дополнительный линейный передатчик типа DS3 257b, формирующий резервный канал связи с шасси сетевого видеоинтерфейса 450. Основной видеосигнал выводится на линию 119а, дублирующий - на линию 119b.

Контрольный модуль 252 отвечает за надлежащее функционирование модуля управления видеосигналом 250. Контрольный модуль 252 выполняет настройку и инициализацию всех остальных функциональных модулей, содержащихся в модуле управления видеосигналом 250, и контролирует выполнение каждой функции. Он же поддерживает связь с процессорным модулем управления шасси 300 и отвечает за управление активным/резервным дублированием. Если модуль управления видеосигналом 250 выходит из строя, контрольный модуль 252 меняет его режим на неактивный и сигнализирует об этом процессору управления шасси 300 через соединение 269 после того, как получает следующий запрос о состоянии. Так как модули управления видеосигналом 250 разработаны для активного/резервного дублирования, ожидается, что они будут установлены попарно. Каждый из модулей управления видеосигналом 250 осуществляет текущий контроль неисправностей своего дублирующего соседа через соединение 271 и мгновенно переходит в активный режим в случае отказа активного модуля. Модуль управления напряжением 254 ответственен за возможность "горячей замены" и управление режимом электропитания. Понятие "горячая замена" относится к возможности исключения одного вышедшего из строя модуля управления видеосигналом из пары без отключения электропитания от шасси управления видеосигналом, в котором они находятся.

На Фиг.7 приведена схема процессорного модуля управления шасси 300, показанного на Фиг.5. Процессорный модуль 300 управляет дублированием и осуществляет текущий контроль за состоянием шасси, в котором он установлен. Он присутствует во многих прикладных системах и содержит программно-аппаратные средства, делающие возможным функционирование процессорного модуля управления шасси в каждой отдельной прикладной системе, где он установлен. Например, так как один процессорный модуль управления шасси находится и в шасси управления видеосигналом 200, и в шасси сетевого видеоинтерфейса 450 (будет описано при обращении к Фиг.10), процессорные модули управления шасси выполняют различные функции в зависимости от шасси, в котором они установлены. Функции определяются программно-аппаратными средствами, установленными в процессорном модуле управления шасси, и обуславливаются в зависимости от прикладной системы, в которой уставлен модуль. Каждый процессорный модуль управления шасси будет включать в себя программно-аппаратное обеспечение для всех возможных прикладных систем. Программно-аппаратное обеспечение, установленное на каждом процессорном модуле управления шасси, определит шасси, в котором установлен модуль, и выполнит соответствующий сегмент кода. Процессорный модуль управления шасси 300 обеспечивает прохождение данных о конфигурации к (от) рабочей станции ведущего устройства центральной станции (СОМ) 650 через соединение 303 к любой схемной плате, установленной на том же шасси, и собирает информацию о состоянии, обращаясь с запросом ко всем установленным платам о передаче этой информации на СОМ 650. Процессорный модуль управления шасси 300 хранит данные о конфигурации каждой платы, выявляет необходимость установки и замены плат, а также автоматически конфигурирует новые платы без участия СОМ 650. Этот модуль используется во многих прикладных системах, во всех шасси системы передачи цифрового видеосигнала и данных, а также содержит соответствующее программное и программно-аппаратное обеспечение для выполнения различных функций в зависимости от места его установки. Процессорный модуль управления шасси 300 конфигурируется соответствующим образом во время включения, базируясь на типе шасси и/или адресе шасси, считываемого с объединительной платы системы. Адресом шасси может быть значение, присвоенное ему рабочей станцией ведущего устройства центральной станции (подробно будет описана при обращении к Фиг.9), или может быть набран вручную с помощью переключателей. В каждом шасси устанавливаются по два модуля. Одновременно активным может быть только один модуль, другой остается в режиме ожидания. Процессор управления шасси, находящийся в режиме ожидания, получит доступ ко всей информации о состоянии и конфигурациях шасси и будет готов автоматически заменить активный процессор управления шасси в случае отказа последнего. Процессор управления шасси состоит из четырех основных функциональных блоков: контрольный модуль 301, подчиненный интерфейсный модуль 302, модуль сети Ethernet 304 и модуль управления напряжением 306. Контрольный модуль 301 представляет собой встроенный микропроцессор с ассоциативной памятью, поддерживающий логику. Контрольный модуль 301 обеспечивает дублирование в виде нескольких каналов связи к индикаторам аппаратного оборудования на наличие ошибок и присутствие плат своего родственного процессора управления шасси. В контрольный модуль 301 также включена группа двухпортовых регистров для сообщения информации о режиме, результатах самотестирования, нулевом состоянии подчиненной платы и другой информации. Он также допускает сброс родственного процессорного модуля управления шасси 300 и возврат в исходное состояние родственным процессорным модулем управления шасси 300. Контрольный модуль использует двунаправленную последовательную шину для обмена управляющими сигналами и информации о состоянии с подчиненными платами данного шасси.

Подчиненный интерфейсный модуль 302 выявляет присутствие всех подчиненных плат в данном шасси и определяет, была ли плата снята или повторно установлена. Подчиненной является каждая плата, находящаяся внутри любого из описанных здесь шасси. Подчиненный интерфейсный модуль 302 имеет линию сброса к каждой подчиненной плате, на которую может быть подан сигнал для установки в исходное состояние или полной ее блокировки. Модуль сети Ethernet 304 предоставляет возможность процессорному модулю управления шасси 300 соединяться с рабочей станцией СОМ 650 через порт 10base Т сети Ethernet посредством соединения 303. Модуль управления напряжением 306 позволяет производить установку или снятие процессорного модуля управления шасси 300 под напряжением. Он обеспечивает управляемое напряжение постоянного тока с уровнем +5 В и +3,3 В. Устройство также подает выходной сигнал для блокировки ввода/вывода объединительной платы, пока не стабилизируется мощность. Он также автоматически отключает подачу питания к плате и сигнализирует об ошибке, если выявляет изменение текущего состояния. Модуль управления напряжением 306 прерывает подачу питания на плату в случае получения утвердительного сигнала по линии сброса 307.

Фиг. 8 - это блок-схема, иллюстрирующая архитектуру, функциональность и действие рабочей станции управления системой (SMW 325), показанной на Фиг.4. Здесь каждый блок представляет собой модуль, сегмент или часть кода, которые содержат одну или более выполняемых команд для реализации определенной логической функции(ий). Также следует отметить, что в некоторых случаях, функции, отмеченные в блоках, могут выполняться не в той последовательности, как это отражено на Фиг.8. Например, два блока, показанные последовательно на Фиг. 8, могут действовать одновременно, а иногда и в обратном порядке в зависимости от заданной функции, что будет разъяснено дальше. В блоке 326 пользовательскому интерфейсу дается доступ к базе данных абонентов SMW, к состоянию ведущего устройства центральной станции (СОМ) и утилите проводника по программам. Пользовательский интерфейс представляет собой интерфейс управления абонентами и увеличения их числа, обеспечивает просмотр распределенных СОМ и контроль за оборудованием центральной станции и имеет интерфейс с картами каналов и проводниками по программам, а также представляет графический пользовательский интерфейс, используя, например, язык программирования Java и язык гипертекстовых ссылок (HTML). Для работы графического пользовательского интерфейса могут быть использованы и другие среды программирования, в предпочтительном варианте реализации программы выбраны языки программирования Java и HTML благодаря их преимущественной совместимости с различными базовыми аппаратными средствами, которые могут использоваться при реализации рабочей станции управления системой и рабочей станции ведущего устройства центральной станции. Ведущее устройство центральной станции (рабочая станция СОМ) - это вычислительный комплекс, который находится во всех центральных станциях телефонной компании 400, и подробно будет описан ниже.

В блоке 327 модуль ввода и управления абонентами поддерживает главную базу данных информации об абонентах, включая следующие: разрешение доступа к видеоканалу, к услугам Интернет, объемам операций, проходящих по банковскому счету (плата за единицу просмотра (PPV)) и разрешение или запрет доступа к службам. Блок ввода и управления абонентами 327 также распространяет и согласовывает локализованные копии базы данных с соответствующими СОМ для предоставления информации о конфигурации адаптера универсального доступа (UAA) и информации PPV. С пользовательским интерфейсом 326 и блоком ввода и управления абонентами 327 также взаимодействует модуль индикации состояния СОМ 328. Этот модуль определяет общее состояние всех СОМ, а также позволяет просмотреть подробное описание состояния отдельного СОМ.

Модуль 329 включает в себя карты каналов и описание программ и генерирует основную информацию о карте каналов и описание программ для дальнейшей передачи ее всем СОМ. Модуль ввода и управления 327 одновременно взаимодействует с базой данных SMW 334, которая, в свою очередь, взаимодействует с абонентской базой данных телефонной компании 331 и базой данных SMW 332. База данных SMW 334 взаимодействует также с интерфейсным модулем абонентской базы данных 337. В абонентской базе данных телефонной компании 331 имеется информация, включающая имя абонента и его адрес, а база данных SMW содержит информацию об идентификации абонентов, имеющих отношение к выполнению заявок клиентов, стоимости единицы просмотра и рейтингу каналов. Интерфейс абонентской базы данных 337 преобразует базу данных об абонентах и информацию о выручке в формат, пригодный для восприятия локальной системой выписки счетов телефонной компании. Модуль иерархического управления СОМ 333 соединяется с модулем настроек и управления абонентами 327, модулем индикации состояния СОМ 328 и модулем карты каналов и описания каналов 329. Модуль иерархического управления СОМ 333 управляет двунаправленной передачей информации к распределенным СОМ и, как показано на чертеже, соединяется с удаленными СОМ 336, 338 и 339. SMW также собирает статистические данные о выборе пользователями каналов от рабочих станций ведущего устройства центральной станции.

На Фиг.9. изображена схема, иллюстрирующая архитектуру центральной станции 400, которая принимает объединенные цифровые видеосигналы и данные по сети 150 SONET на суммирующий-понижающий мультиплексор сети SONET 401. Суммирующий-понижающий мультиплексор сети SONET 401 обменивается информацией простой аналоговой телефонной системы (POTS) с телефонным коммутатором PSTN (коммутируемая телефонная сеть общего назначения) 409 через соединение 408. Суммирующий-понижающий мультиплексор сети SONET 401 обменивается информационными данными также с коммутатором 406 через соединение 407. Суммирующий-понижающий мультиплексор сети SONET 401 передает видеоинформацию к шасси сетевого видеоинтерфейса (VNIS) 450 через соединение 402. На чертеже соединение 402 показано в виде одиночного соединения, однако оно в действительности представляет собой многоканальное соединение типа DS-3, каждый канал которого переносит одну группу программ сжатых цифровых видеосигналов, как описано выше. VNIS 450 выполняет преобразование потока с целью перевода полученной видеоинформации в стандартный формат для передачи цифрового видеоизображения, например в вещательный асинхронный последовательный интерфейс цифрового изображения (DVB-ASI). Состоит DVB-ASI 450 из множества модулей сетевого видеоинтерфейса и будет подробно описан в комментариях к Фиг.10А и 10Б.

Выход VNIS 450 подключен к соединению 404, через которое VNIS 450 взаимодействует с шасси распределения видеоизображения 500. Канал связи 404 также объединяет в себе множество каналов, каждый из которых переносит одну группу видеопрограмм. Шасси распределения видеосигнала 500 отвечает за распределение групп цифровых видеопрограмм ко всем шасси доступа 550. Шасси распределения видеосигнала 500 будет подробно описано ниже при описании Фиг.11А-11Д, а шасси доступа 550 будет более подробно описано ниже в комментарии к Фиг. 12. Шасси распределения видеосигнала 500 подает восемь активных групп программ и восемь резервных соединений 417 на шасси доступа 550 через соединение 417. Соединением 417 может быть любое соединение, обеспечивающее необходимую пропускную способность для передачи активных и резервных групп программ.

Шасси доступа 550 через соединение 419 взаимодействует с шасси фильтра низких частот 600, функционирование которого будет раскрыто при описании Фиг.12. Шасси фильтра низких частот 600 взаимодействует с помещением пользователя 1300 через канал связи 16. Как показано на чертеже, каналом связи 16 может быть цифровая абонентская линия (DSL), которая, кроме цифровых видеосигналов, передаваемых к помещению абонента 1300, включает двунаправленные данные Интернет (или другие данные), а также службу POTS, предназначенную для поддержки телефонного соединения между помещением абонента 1300 и центральной станцией 400. Важно отметить, что, несмотря на описание его как канала связи DSL, каналом 16 может быть любой канал связи, поддерживающий передачу сжатого видеоизображения, двунаправленных данных Интернет и POTS. Для взаимодействия между центральной станцией 400 и помещениями абонентов 1300 также возможно использование других каналов связи, например LMDS (локальная многоадресная система распределения ТВ-программ).

Шасси фильтра низких частот 600 через соединение 420 передает информацию POTS телефонному коммутатору сети PNTS 409, который в свою очередь устанавливает телефонную связь с сетью SONET телефонной компании 150 по каналу связи 408 через суммирующий-понижающий мультиплексор 401.

В центральную станцию 400 также включено ведущее устройство центральной станции (СОМ) 650. Рабочая станция СОМ 650 передает управляющую информацию на коммутатор 406 через соединение 411 и взаимодействует с VNIS-450 через соединение 414 с целью передачи управляющих данных, имеющих отношение к функционированию сети. Рабочая станция СОМ 650 также взаимодействует с шасси распределения видеосигналов 500 через соединение 418 и шасси доступа 550 через соединение 416. Как видно из чертежа, рабочая станция СОМ 650 курирует работу системы и запускает программное обеспечение, управляющее функционированием устройств, которые находятся на центральной станции 400, а также дает возможность функционировать всем устройствам данного изобретения. Функционирование рабочей станции СОМ 650 будет подробно описываться в комментариях к Фиг.15.

На Фиг. 10А изображена схема, иллюстрирующая шасси сетевого видеоинтерфейса 450, показанное на Фиг.9. Центральная станция 400 включает в себя суммирующий-понижающий мультиплексор 401, который принимает объединенные видео- и сигналы данных из сети 150 SONET. Центральная станция также содержит шасси сетевого видеоинтерфейса 450, который в свою очередь состоит из пар модулей сетевого видеоинтерфейса 700, пары модулей выходного видеосигнала 750 и пары процессорных модулей управления шасси 300. Каждая пара модулей сетевого видеоинтерфейса включает в себя активный и дополнительный, или резервный, модули сетевого видеоинтерфейса 700. Каждый модуль сетевого видеоинтерфейса (VNIM) 700 принимает группу видеопрограмм по линии DS3 402. Каждая группа программ подается одновременно и на активный, и на резервный VNIM. На чертеже каждое шасси сетевого видеоинтерфейса 450 включает в себя восемь пар модулей сетевого видеоинтерфейса 700, причем каждая пара модулей сетевого видеоинтерфейса принимает полную группу программ через соединение типа DS3 и доставляет их на объединительную плату 1200. Объединительная плата 1200 взаимодействует с парой модулей выходного видеосигнала 750 и будет рассмотрена на Фиг.13.

Пара модулей выходного видеосигнала 750 через соединение 404 доставляет программные данные на шасси распределения видеосигнала 500, показанное на Фиг. 9. Содержимое, подаваемое на соединение 404, может быть представлено в форме DVB-ASI.

Шасси сетевого видеоинтерфейса 450 также включает в себя пару процессорных модулей управления шасси 300, функционирование которого подробно описано выше. Восемь пар модулей сетевого видеоинтерфейса 700 принимают видеосигнал в формате DS3 и передают восемь групп программ на объединительную плату вещания 1200 в виде параллельно передаваемых данных.

На Фиг. 10Б изображена блок-схема модуля сетевого видеоинтерфейса 700, показанного на Фиг.10А. Модуль сетевого видеоинтерфейса 700 принимает одну группу цифровых видеопрограмм через избыточные каналы связи типа DS-3 402а и 402b. Полезные данные DS-3 (MPEG-2) выделяются из входящего сигнала и помещаются на объединительную плату вещания для передачи их на модуль выходного видеосигнала 750. Модуль сетевого видеоинтерфейса 700, разработанный с активным/резервным дублированием, содержит схемы, которые позволяют выполнять "горячую замену". Он также взаимодействует с процессорным модулем управления шасси 300 сетевого видеоинтерфейса для различных целей управления. Двойственные сигналы типа DS-3 подаются на вход каждого модуля с целью обеспечения дублирования канала связи. Модуль сетевого видеоинтерфейса 700 включает в себя основное оконечное устройство типа DS-3 с приемником 701а и резервное оконечное устройство с приемником 701b. Линейные приемники DS-3 выделяют полезные данные из входного потока двоичных сигналов и подготавливают содержимое для передачи на шинный формирователь параллельного видеосигнала 706. Оба приемника 701а и 701b всегда находятся в активном режиме, обеспечивая этим дублирование на каналах входных видеосигналов. Контрольный модуль 704 производит текущий контроль состояния приемников 701а и 701b через соединения 708а и 708b соответственно и определяет, который из сигналов линейного приемника будет использоваться для последовательной подачи на шинный формирователь параллельных видеосигналов 706. Контрольный модуль 704 передает управляющую информацию на линейное оконечное устройство типа DS-3 с приемником 701а через соединение 714а, а также линейное оконечное устройство типа DS-3 с приемником 701b через соединение 714b. Шинный формирователь параллельных видеосигналов 706 принимает последовательно передаваемые данные от одного из линейных приемников типа DS-3 701а или 701b через соединения 709а или 709b в зависимости от того, какое из линейных оконечных устройств типа DS-3 и приемников находится в активном режиме, что определяется встроенным контрольным модулем 704. Последовательно переданные данные преобразовываются в основной 8-разрядный формат байта, и к байту добавляются два контрольных бита. Линейные драйверы дифференциальных сигналов, а в предпочтительном варианте реализации изобретения линейные драйверы дифференциальных сигналов низкой частоты (LVDS) (не показаны), находящиеся в шинном формирователе параллельных видеосигналов 706, посылают это 10-разрядное "слово" по 20-ти дифференциальным выходным линиям шинного формирователя параллельных видеосигналов 706, если контрольный модуль 704 позволит активизироваться этим драйверам.

Контрольный модуль 704 отвечает за надлежащее функционирование модуля сетевого видеоинтерфейса 700. Он выполняет установку и инициализацию всех функций модуля. Контрольный модуль 704 также осуществляет текущий контроль состояния каждой функции, поддерживает связь с процессором управления шасси 300 и отвечает за управление активным/резервным дублированием. В случае отказа модуля сетевого видеоинтерфейса 700 контрольный модуль 704 извещает об этом процессорный модуль управления шасси 300 и переводит модуль сетевого видеоинтерфейса 700 в неактивный режим. Так как модуль сетевого видеоинтерфейса разработан с активным/резервным дублированием, обычно они устанавливаются парами, каждый наблюдает за неисправностями своего дублирующего соседа через соединение 711 и мгновенно переходит в активное состояние в случае его отказа. Подобным образом контрольный модуль 704 через соединение 712 подает информацию о своем состоянии эквивалентному дублирующему контрольному модулю, находящемуся в соседнем модуле сетевого видеоинтерфейса. Модуль управления напряжением 702 отвечает за возможность "горячей замены" и управление режимом электропитания в соответствии с описанным выше.

На Фиг. 11А изображена функциональная схема, иллюстрирующая шасси распределения видеосигнала 500, показанное на Фиг.9. Центральная станция 400 включает в себя шасси распределения видеосигнала 500, которое, в свою очередь, содержит пару модулей входных видеосигналов 800, пару модулей с многоканальными видеовыходами 850, пару удаленных модулей выходного сигнала 900 и пару процессорных модулей управления шасси 300. Пара модулей входных видеосигналов 800 принимает входные видеосигналы формата DVB-ASI через соединение 404. Несмотря на то что на чертеже показана одна пара, фактически, в предпочтительном варианте реализации изобретения находятся восемь пар модулей входных видеосигналов, соответствующие восьми входным сигналам формата DVB-ASI 404 и восьми резервным входным сигналам формата DVB-ASI. Каждый активный модуль входных видеосигналов 800 принимает активную группу программ, в то время как резервный модуль входных видеосигналов принимает группу программ через резервное соединение DVB-ASI. Каждый модуль входных видеосигналов 800 поставляет группу программ на объединительную плату вещания 1200. Пара модулей с многоканальными видеовыходами 850 принимает группу программ из объединительной платы вещания 1200 и формирует две копии каждой группы программ в виде выходного сигнала. Таким образом, каждый модуль с многоканальными видеовыходами 850 формирует 16 дискретных выходных сигналов формата DVB-ASI 501. Одновременно резервный модуль формирует резервные выходные сигналы. Пара удаленных модулей выходных видеосигналов 900 может использоваться вместо модуля с многоканальными видеовыходами 850 для обеспечения возможности взаимодействия с цифровыми системами уплотнения линий (DLC). Удаленный модуль выходного видеосигнала 900 выдает одну уплотненную копию групп программ на одиночный волоконно-оптический кабель, уплотняя восемь групп программ в последовательный поток битовых сигналов с частотой приблизительно 2.488 гигагерц (ГГц). В то же время резервный модуль передает выходной сигнал на резервный оптоволоконный кабель.

Пара процессорных модулей управления шасси 300 также включена в шасси распределения видеосигнала 500, функционирование которого было описано выше. Каждая пара модулей входных видеосигналов 800 принимает до восьми групп видеопрограмм в формате DVB-ASI. Модули с многоканальными видеовыходами 850 формируют дублирующие выходные видеосигналы, обеспечивая видеоинформацию для ряда шасси доступа 550 (будут описаны дальше при ссылке на Фиг.12). Во время работы пара удаленных модулей выходного видеосигнала 900 уплотняет все группы программ цифрового видеоизображения и передает их на шасси доступа 550 через оптоволоконное соединение. Процессорный модуль управления шасси 300 производит управление дублированием и контролирует шасси.

На Фиг. 11Б изображена блок-схема, иллюстрирующая модуль входных видеосигналов 800, показанных на Фиг.11А. Модуль входных видеосигналов 800 принимает все восемь групп программ в формате DVB-ASI через соединение 404. Эти данные преобразовываются в параллельный формат LVDS (с добавленными дополнительными контрольными битами) и становятся доступными с определенной объединительной платы шасси всем модулям, соединенным с объединительной платой вещания 1200. Модуль входящих видеосигналов 800 разработан с активным/резервным дублированием и содержит специальные схемы для разрешения "горячей замены", а также взаимодействует с процессорным модулем управления шасси 300 с целью управления. Приемник данных формата DVB-ASI 801 принимает входной сигнал с восьми отдельных каналов 404. Каждая входная линия 404 поддерживает формат DVB-ASI. Видеоинформация, принятая из линий 404, перенаправляется с приемника DVB-ASI 801 к модулю формирователя LVDS 802 через соединение 807. Модуль формирователя LVDS 802 преобразует последовательно передаваемые данные, получаемые из приемника DVB-ASI 801, в параллельный формат. К каждому байту добавляются специальные контрольные биты, и данные выравниваются по байтам. (Подробное описание будет дано в пояснении к Фиг.20).

Когда контрольный модуль 806 подтверждает разрешающий выходной сигнал по линии 808, включаются формирователи LVDS на все 160 линий и все восемь групп программ передаются на объединительную плату вещания 1200, где они становятся одновременно доступны всем другим модулям объединительной схемы вещания 1200.

Контрольный модуль 806 также отвечает за надлежащее функционирование модуля входных видеосигналов 800, следит за установкой и инициализацией всех функций, выполняемых на модуле входных видеосигналов 800, а также осуществляет текущий контроль за состоянием каждой функции. Он поддерживает связь с процессорным модулем управления шасси 300 и отвечает за управление активным/резервным дублированием. Как только модуль входных видеосигналов 800 дает сбой, контрольный модуль 806 извещает об этом процессорный модуль управления шасси 300 и мгновенно переводит модуль входных видеосигналов 800 в неактивный режим. Так как модуль входных видеосигналов 800 разработан с активным/резервным дублированием, они устанавливаются парами. Каждый из них осуществляет текущий контроль неисправностей своего дублирующего соседа через соединение 809, а также передает свою информацию о неисправностях через соединение 811, и в случае сбоя работы активного модуля мгновенно переходит в активный режим. Модуль управления напряжением 804 отвечает за способность "горячей замены" и управление режимом электропитания в соответствии с описанным выше.

На Фиг.11В изображена схема, иллюстрирующая альтернативную показанной на Фиг.11Б схему распределения. Удаленный модуль входных видеосигналов 825 может использоваться как альтернативный модулю входных видеосигналов 800. Он принимает однократную уплотненную копию восьми 10-разрядных параллельно передаваемых групп видеопрограмм вместе с кадрированием пакетов и служебными сигналами с одного оптоволоконного соединения 836. Кадрирование выявляется, а данные распределяются в восемь 10-разрядных параллельно передаваемых групп видеопрограмм. Все это время резервный модуль также распределяет резервные входные данные. Один из двух модулей переправляет группы программ на объединительную плату вещания 1200.

Оптический приемник 826 преобразует поток оптических данных, полученных через соединение 836, в поток электронных данных, содержащих видеопрограмму, и направляет их на соединение 842. Регенератор тактовых импульсов и синхронизатор данных 827 регенерируют последовательные тактовые импульсы из потока последовательно передаваемых данных и ресинхронизирует эти данные под заданные тактовые импульсы. На соединение 844 подается сигнал синхронизации 2.488 ГГц, а на соединение 843 - видеопрограмма. Демультиплексор/приемник типа 1: 16 и определитель кадра 826 определяют начальные биты кадра и распределяют данные в 16-разрядные слова. На соединение 845 подается сигнал синхронизации частотой 155.5 МГц, видеопрограмма подается на соединение 846, и одновременно происходит обмен информацией по управлению кадрированием с устройством выделения полезных данных 829 через соединение 847. Устройство выделения полезных данных 829 снимает биты кадрирования и служебные биты, передавая на соединение 837 только группы видеопрограмм. Буфер типа "первым пришел - первым обслужен" (FIFO) 931 через соединение 837 заполняется восемью группами видеопрограмм и обрабатывает эти данные по принципу "первым пришел - первым обслужен" с целью ресинхронизации скорости параллельной передачи данных. Формирователи видеосигнала LVDS 832 направляют восемь групп программ на объединительную плату вещания 1200 через соединение 838. Показанное на чертеже оптическое соединение, через которое передаются мультиплексированные группы программ, должно иметь достаточную пропускную способность, чтобы группы программ передавались без потери информации.

Контрольный модуль 834 через соединение 833а взаимодействует с процессорным модулем управления шасси 300 для установки бита ошибки и считывает соседний бит ошибки через соединение 833b. Он же запускает формирователи видеосигналов LVDS 832 через соединение 839, когда это необходимо. Модуль управления напряжением 841 отвечает за способность "горячей замены" и управляет режимом электропитания в соответствии с описанным выше.

На Фиг. 11Г изображена блок-схема, демонстрирующая модуль с многоканальными видеовыходами 850, показанный на Фиг.11А, который принимает все восемь групп программ от модуля входных видеосигналов 800 через объединительную плату вещания 1200. Эти восемь групп программ дублируются n раз и в формате DVB-ASI передаются из шасси распределения видеосигнала 500 на линии 501. Модуль с многоканальными видеовыходами 850 разработан с активным/резервным дублированием и содержит специальные схемы для возможного проведения "горячей замены", а также взаимодействует с процессорным модулем управления шасси 300 для всевозможного контроля.

Приемник видеосигналов по параллельной шине 851 содержит приемники LVDS на 160 сигналов, восемь групп программ по 20 сигналов в каждой группе. Он принимает видеоинформацию с модуля входных видеосигналов 800 через объединительную плату вещания 1200. Формирователи DVB-ASI 856а-856n ответственны за создание соответствующего формату DVB-ASI выходного сигнала на линии 501 для каждой группы программ. Каждое соединение от 857а до 857n включает поток последовательно передаваемых данных, содержащих группу программ. Каждая группа программ передается только на одно выходное соединение, поэтому каждый модуль выходных сигналов имеет 8 выходов. На модуле многоканальных видеовыходов может присутствовать любое количество модулей формирователей DVB-ASI 856, обеспечивая этим масштабность всей системы.

Модуль с многоканальными видеовыходами 850 разработан с активным/резервным дублированием. Контрольный модуль 854 ответственен за надлежащее функционирование модуля с многоканальными видеовыходами 850. Контрольный модуль обеспечивает установку и инициализацию всех остальных функций модуля, контролирует состояние каждой, а также поддерживает связь с процессорным модулем управления шасси 300 и отвечает за управление активным/резервным дублированием. Если модуль с многоканальными видеовыходами 850 дает сбой, контрольный модуль извещает об этом процессорный модуль управления шасси 300 через соединение 858 и мгновенно переходит в неактивный режим. Таким же образом, если контрольный модуль 854 выявляет сбой в работе дублирующего модуля с многоканальными видеовыходами через соединение 859, он мгновенно переходит в активный режим. Так как модуль с многоканальными видеовыходами 850 разработан с активным/резервным дублированием, обе платы любой пары всегда будут формировать последовательность дублирующих выходных сигналов. Модуль управления напряжением 852 отвечает за возможность выполнения "горячей замены" и управление режимом электропитания так, как описано выше.

Фиг. 11Д - это схема, иллюстрирующая удаленный модуль выходных сигналов, показанный на Фиг.11А. Удаленный модуль выходных сигналов 900 выводит однократную уплотненную копию восьми 10-разрядных параллельно передаваемых групп видеопрограмм вместе с кадрированием и служебными сигналами на одиночный оптоволоконный канал связи для передачи к цифровым системам уплотнения линий (DLC). В это же время резервный модуль формирует выходные данные на резервный оптоволоконный канал связи. Приемник видеосигналов в формате LVDS 901 будет принимать восемь групп программ и выводить видеосигнал через соединение 914 к приемному буферу типа FIFO 904. Так как скорости последовательно передаваемых и параллельно принимаемых данных не эквивалентны, эти восемь параллельно принимаемых групп программ загружаются в приемный буфер типа FIFO 904 с целью синхронизации со скоростью последовательно передаваемых данных. Приемный буфер FIFO 904 доставляет видеопрограмму через соединение 916 и флаги FIFO - через соединение 918, а принимает управляющие сигналы FIFO из устройства установки кадров 906 через соединение 917.

Устройство установки кадров 906 разделяет входные данные на кадры и добавляет кадрирующие биты в начало кадра. Если возникнет необходимость синхронизировать скорость передачи данных, в кадр будут добавляться дополнительные биты. Данные выходят из устройства установки кадров 906 через соединение 919 в виде 16-битных слов. По выходу из устройства установки кадров 906 поток 16-битных параллельно передаваемых данных уплотняется мультиплексором/передатчиком типа 16: 1 907 для подачи их оптическому передатчику 908 через соединение 911. Оптический передатчик 908, получив поток последовательно передаваемых данных через соединения 911, преобразует их в оптический поток для передачи на оптоволоконное соединение 912. Контрольный модуль 909 и устройство управления напряжением 902 функционируют, как описано выше.

Фиг. 12 изображает схему, иллюстрирующую шасси доступа 550 и модуль фильтра низких частот 600, показанный на Фиг.9. На Фиг.11А выходной сигнал каждого модуля с многоканальными видеовыходами 850 через соединение 501 подается на модуль входных видеосигналов 950 (Фиг.12), который также выполнен в предпочтительном варианте реализации изобретения в виде пар. Содержимое соединения 501 представлено в формате DVB-ASI. Все 16 видеосигналов формата DVB-ASI подаются на восемь пар модулей входных видеосигналов 950. Пара модулей входных видеосигналов 950 определяет, который из входных видеосигналов (основной или резервный) приемлем, и формирует эти группы программ для объединительной платы вещания 1200. Шасси доступа 550, кроме того, включает в себя модуль адаптера универсального доступа (UAA) 1000. Каждый модуль UAA 1000 принимает все доступные программы из объединительной платы вещания 1200. В модуле UAA 1000 также содержится устройство установки кадров центральной станции (СО) 1100, функционирование которого подробно будет описано при рассмотрении Фиг.19.

Объединительная плата вещания эффективно распространяет цифровой видеосигнал по каналу связи, объединяющему центральную станцию 400 с помещениями абонентов 1300. Все наличные программы всегда доступны на объединительной плате вещания 1200, которая синхронно открывает пользователям доступ во все содержимое цифрового видеосигнала. Таким образом, настоящее изобретение позволяет, например, всем пользователям системы одновременно принимать одинаковые телепрограммы фактически без потери качества сигнала и без превышения коммутирующей способности центральной станции. И в то же время это позволяет всем абонентам просматривать разные телепрограммы без перегрузки системы. Объединительная плата вещания эффективно распространяет цифровой видеосигнал по каналу связи, соединяющему центральную станцию 400 с помещениями абонентов 1300, эффективно передает все каналы к физическим пунктам, где на шасси доступа 550 выполняется выбор канала. Таким образом, отпадает необходимость пересылки всех каналов к абонентам.

Модуль UAA 1000 предоставляет пользователям службы по передаче видеосигнала и данных. По мере расширения системы вводятся дополнительные шасси доступа и UAA для обслуживания новых абонентов. В шасси доступа 550 используются дополнительные модули входных видеосигналов для приема восьми групп программ в формате DVB-ASI. Видеопрограммы становятся доступными каждому модулю UAA 1000 через объединительную плату вещания 1200. Эта особенность конструкции уникальна, поскольку сотни видеопрограмм объединительной платы вещания 1200 доступны модулю адаптера универсального доступа 1000. Таким образом, конечный пользователь 1300 может выбирать любые из доступных программ и просматривать их столь долго, сколько позволяет ему оплаченный доступ к каналам, которые он заказал. Таким образом, конечный пользователь имеет доступ ко всем нужным ему телепрограммам, и нет необходимости в передаче всех программных данных каждому абоненту. Эта особенность настоящего изобретения позволяет использовать стандартную пару медных проводников или любые другие средства связи или средства, поддерживающие передачу сжатого видеосигнала, двунаправленных данных Интернет и POTS между центральной станцией 400 и помещениями абонентов 1300 для предоставления цифровых телепрограмм абоненту по запросу. Цифровые видеоканалы эффективно распределяются от шасси доступа ко всем модулям UAA 1000.

Более того, в сочетании с передачей видеосигнала каждому абоненту одновременно предоставляется возможность обмена двунаправленными данными (т.е. доступ в Интернет) и POTS на одном канале.

Модуль UAA 1000 доставляет видеопрограммы и данные Интернет на шасси фильтра низких частот 600 через соединение 419. Шасси фильтра низких частот 600 содержит ряд модулей низких частот 1050, каждый из которых сконфигурирован для приема выходного сигнала модуля адаптера универсального доступа. Каждый модуль фильтра низких частот 1050 объединяет видеопрограммы и данные с информацией POTS и направляет их к помещениям абонентов по каналу связи 16. Каждый модуль UAA 1000, сконфигурированный в соответствии с вариантом реализации, предложенным в изобретении, может обслуживать четыре абонентских интерфейсных линии, однако изобретение предполагает усовершенствование технологии, которое позволит увеличить производительность в масштабе изобретения.

Модуль UAA 1000 принимает цифровые видеосигналы от объединительной платы вещания 1200 и передает видеопрограмму абоненту по запросу. Данные Интернет для всех четырех абонентов поступают через коннектор 10base Т на шасси доступа 550, включающий в себя модуль UAA 1000.

На Фиг.13 изображена схема, описывающая шасси доступа 550, показанное на Фиг. 9. Фиг. 13 специально иллюстрирует объединительную плату вещания 1200, которая содержит восемь групп видеопрограмм, распределенных от модуля входных видеосигналов 950 к каждому модулю адаптера универсального доступа 1000. Объединительная плата вещания 1200 формируется последовательностью из восьми групп цифровых видеопрограмм. В предпочтительном варианте реализации изобретения каждая группа программ передает цифровые данные изображения формата MPEG-2 в параллельном формате. Объединительная плата вещания 1200 соединяется с каждым модулем адаптера универсального доступа 1000 для предоставления всем конечным пользователям доступа ко всем телепрограммам. Все имеющиеся программы всегда доступны на объединительной плате вещания 1200. Таким образом, настоящее изобретение позволяет, например, всем пользователям системы одновременно принимать одну и ту же телевизионную программу или многим пользователям просматривать широкий ряд программ практически без потери качества сигнала и превышения коммутативной способности центральной станции.

На Фиг. 14 изображена схема модуля адаптера универсального доступа 1000 (UAA), показанного на Фиг.12 и 13. Модуль адаптера универсального доступа (UAA) 1000 обеспечивает передачу цифрового видеосигнала и услуги Ethernet n пользователям, используя, как например в предпочтительном варианте реализации изобретения, технологию асимметричной цифровой абонентской линии (ADSL). ADSL включает в себя технологию адаптивной по скорости цифровой абонентской лини (RADSL) и любую или все разновидности xDSL-технологий. К тому же, понятно, что способ передачи цифровых данных, например пара медных проводов или иное средство, поддерживающее передачу цифровых видеосигналов, двунаправленных данных Интернет и POTS, может быть использован в рамках данного изобретения. Технология xDSL приводится только с иллюстративной целью. На схеме предпочтительного варианта реализации данного изобретения рассматривается обслуживание четырех помещений абонентов с помощью одного модуля UAA 1000. Видно, что при реализации данного изобретения допускается увеличение или уменьшение количества помещений абонентов, обслуживаемых одним модулем UAA 1000. В предпочтительном варианте реализации изобретения модуль UAA 1000 принимает восемь групп цифровых видеопрограмм, однако в будущем ожидается увеличение числа групп программ. Модуль UAA 1000 позволяет каждому абоненту выбрать из этой группы определенную программу для просмотра. Выбор программы осуществляется путем использования канала управления на канале связи xDSL, на чертеже показан канал управления 1011. С помощью канала управления абонент запрашивает у центральной станции 400 через канал связи 16 желаемую телепрограмму. Отметим, что абоненту нет необходимости знать, какую группу программ или идентификационный код (ID) программы он выбирает. С помощью модуля UAA 1000 группам программ и 10 программ ставятся в соответствие номера каналов. Кроме того, канал управления 1011 позволяет абоненту пользоваться службами передачи данных Ethernet. Данные Ethernet могут использоваться вместо цифровых видеопрограмм или же вместе с ними. Канал данных Ethernet спроектирован для облегчения получения двхстороннего доступа в Интернет при высокой пропускной способности через провайдера услуг Интернет 14.

Приемник шины видеосигналов LVDS 1009 принимает группы цифровых видеопрограмм из объединительной платы вещания 1200 и преобразует дифференциальные сигналы в несимметричные. Затем несимметричные сигналы передаются через соединение 1012 на мультиплексор 1008. Мультиплексор 1008 принимает восемь групп программ и предоставляет выходной сигнал в виде одиночной группы программ для каждого устройства установки кадров СО абонентов 1100 через соединение 1014. Мультиплексор 1008 позволяет контрольному модулю 1007 выбрать группу программ, которая содержит желаемый абонентом канал, и передает эту группу на устройство установки кадров СО 1100 этого абонента. Функционирование устройства установки кадров СО 100 будет подробно рассмотрено при описании Фиг. 19. Мультиплексор 1008 может одновременно независимо друг от друга обслуживать n устройств установки кадров СО. Контрольный модуль 1007 записывает выбранную группу программ в регистр устройства установки кадров СО 1100. Затем устройство установки кадров СО 1100 дает команду мультиплексору 1008 выбрать определенную группу программ со входа соединения 1012. После чего устройство установки кадров СО 1100 выбирает одну программу из группы и переправляет ее на приемопередатчик DSL 1001 для передачи программы к помещению абонента 1300 через канал связи 16. Устройство установки кадров обеспечивает интерфейс с мультиплексором 1008. В ином случае, мультиплексор 1008 мог бы поддерживать интерфейс с контрольным модулем 1007, однако в предпочтительном варианте реализации данного изобретения устройство установки кадров 1100 может обеспечить более подходящий интерфейс с контрольным модулем 1007. Мультиплексор 1008 из соединения 1012 выбирает одну группу программ из восьми и направляет ее к определенному устройству установки кадров СО 1100. Это устройство выбирает желаемую программу из группы, объединяет ее с данными Интернет, полученными из устройства сопряжения 1004, и передает комбинированный сигнал абоненту через канал связи 16. По существу, когда пользователь выбирает для просмотра определенный канал, контрольный модуль 1007 определяет группу программ и идентификаторы пакета (PID) данной группы, по которым будет происходить выделение выбранного канала. Контрольный модуль 1007 подает команду на мультиплексор 1008 через устройство установки кадров 1100 выбрать определенную группу программ, а также подает команду на устройство установки кадров 1100 отфильтровать определенные PID. Таким образом, выбранная телепрограмма попадает к пользователю.

Для того чтобы получить доступ к данным Интернет, в предпочтительном варианте реализации данного изобретения модуль концентратора 1006 принимает данные 10base Т сети Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/с на один порт и повторяет их на все остальные оконечные порты. Устройство сопряжения 1004 обеспечивает интерфейс между коннектором 10base Т (LAN) модуля концентратора 1006 и данными уровня TTL (WAN). Устройство сопряжения 1004 собирает адреса (т. е. адреса Ethernet или элемента управления доступом к среде (MAC)) оборудования, подключенного к устройству сопряжения 1004 со стороны помещений абонентов, и отфильтровывает данные, не соответствующие этим адресам. Со стороны WAN устройство сопряжения 1004 также поддерживает интерфейс с устройством установки кадров СО 1100 через соединение 1016. На одного абонента приходится одно устройство установки кадров СО 1100 и одно устройство сопряжения. Устройство установки кадров СО 1100 обменивается данными Ethernet с устройством сопряжения 1004 через соединение 1016, а также данными канала управления с контрольным модулем 1007 через соединение 1011. Следует отметить, что коннектор 10base Т сети Ethernet всего лишь возможный способ передачи двунаправленных данных Интернет между центральной станцией и помещениями абонентов. Используя концепцию настоящего изобретения, можно передавать любые данные. Устройство установки кадров СО 1100 также принимает группу цифровых видеопрограмм из мультиплексора 1008 через соединение 1014. Устройство установки кадров СО 1100 выводит данные на приемопередатчик xDSL 1001, а также принимает данные с приемопередатчика 1001 со скоростью, соответствующей выбранному (контрольным модулем 1007) режиму функционирования xDSL. Как указано выше, подробное описание работы устройства установки кадров СО 1100 приводится при рассмотрении Фиг.19. Приемопередатчик xDSL 1001 обменивается данными TTL с устройством установки кадров 1100, а также данными xDSL с пользователями через канал связи 16.

Контрольный модуль содержит микропроцессор, который используется для реализации двунаправленного канала управления к абоненту с целью взаимодействия с процессорным модулем управления шасси 300 через локальную шину 1017, а также производит управление и считывание состояния модуля UAA 1000. Обычными функциями контрольного модуля 1007 (перечень не полный) являются: реализация двунаправленного канала управления (порт последовательно передаваемых данных) к каждому абоненту через устройство установки кадров СО 1100, определение идентификации программы и группы программ, соответствующие выбранному пользователем каналу, а также передача выбранной группы программ и ID программы на устройство установки кадров СО 1100. Дополнительными функциями являются: конфигурирование приемопередатчиков xDSL 1001, реализация испытательного порта для тестирования приемопередатчиков xDSL, чтение адресов плат, реализация порта последовательно передаваемых данных для взаимодействия с процессором управления шасси 300, осуществление текущего контроля за состоянием приемопередатчика xDSL 1001 и устройств сопряжения 1004, а также возвращение модулей UAA 1000 в исходное положение.

Модуль управления напряжением 1002 позволяет установку модуля UAA 1000 в объединительную плату без отключения питания, без возникновения каких-либо ошибок на шине объединительной платы и без повреждения какого-либо устройства, находящегося на модуле UAA 1000, а также без повреждения устройств, подключенных к этой объединительной плате. Для выполнения данной функции используется интегральная схема контроллера "горячей замены". Интегральная схема также выполняет сброс питания микропроцессорной системы.

На Фиг.15 изображена блок-схема рабочей станции ведущего устройства центральной станции 650. Рабочая станция ведущего устройства центральной станции 650 функционирует следующим образом. Блок 651 предоставляет пользовательский интерфейс, который в свою очередь обеспечивает интерфейс к базе данных абонента для распределений UAA 1000. Пользовательский интерфейс 651 также предоставляет интерфейс, через который производится конфигурирование и контроль оборудования центральной станции 400, а также графический пользовательский интерфейс посредством, например, языков программирования Java и HTML. Блок базы данных абонентов и управления 652 поддерживает локальное зеркальное отображение базы данных рабочей станции управления системой 325 для абонентской информации, включая получение доступа к видеоканалам, услугам Интернет, операциям, проходящих по банковскому счету (плата за единицу просмотра (PPV)), разрешение и запрет служб, статистические данные о канале. Блок базы данных абонентов и управления 652 позволяют загрузку информации о счетах и информацию об абонентах. Блок базы данных абонентов и управления 652 также конфигурирует служебный UAA 1000, включая первоначальную установку и любые изменения служб. Блок установки аппаратного оборудования и индикации состояния 654 выполняет следующие функции: инициализация оборудования центральной станции 400, осуществление текущего контроля за состоянием оборудования центральной станции 400, включая выполнение опроса процессорных модулей управления шасси 400 об информации о состоянии, а также выполнение опроса UAAs о покупках единиц просмотра. Блок установки аппаратного оборудования и индикации состояния 654 еще обеспечивает доступ к базам данных конфигураций плат для их быстрого переконфигурирования в случае одновременной замены большого количества модулей.

Встроенный блок управления сетью 656 выполняет функцию обмена информации между СОМ 650 и оборудованием центральной станции 400. Встроенный блок управления сетью 656 также позволяет программному интерфейсу приложения (API) определить типы сообщений/команд, поддерживаемых системой. Интерфейсный блок рабочей станции управления системой 657 обеспечивает двунаправленное соединение между рабочей станцией ведущего устройства центральной станции 650 и рабочей станцией управления системой 325, расположенной на ТРСС 100. СОМ 650 также предоставляет логику, необходимую для обработки запросов пользователей, касающихся просмотра желаемых программ, сбору статистики по рейтингу каналов (т. е. просмотр каналов за определенный промежуток времени), и еще назначение коммуникационных портов на модулях UAA 1000, посредством которых производится передача телепрограмм, двунаправленных данных Интернет и POTS.

На Фиг. 16 изображена блок-схема помещения абонента 1300. Цифровые видеосигналы и данные поступают к помещению абонентов 1300 из центральной станции 400 через канал связи 16. В предпочтительном варианте реализации изобретения канал связи 16 является, например, каналом связи абонентской цифровой линии, поддерживающей также соединение POTS. В ином случае, каналом связи 16 может быть любой канал, поддерживающий передачу сжатого цифрового видеосигнала, двунаправленных данных Интернет и POTS, включая беспроводные каналы связи. К тому же, соединение между INI 1350 и компьютером 1355, телевизором 1365 и телефоном 1360 также может быть реализовано с использованием различных способов соединений, включая беспроводные соединения.

Канал связи 16 соединяется с интеллектуальным сетевым интерфейсом (INI) 1350. Компьютер 1355, телевизор 1365 и телефон 1360, как показано на чертеже, соединяются с INI 1350. INI 1350 может поддерживать дополнительные линии связи POTS 1353a и 1353b, которые подаются в форме цифровых сигналов. Архитектура и функционирование INI 1350 подробно будут описаны ниже.

Фиг.17А - это схематическое изображение, иллюстрирующее интеллектуальный сетевой интерфейс (INI) 1350, показанный на Фиг.16. INI 1350 включает в себя модем RADSL (адаптивная по скорости цифровая абонентская линия) 1351, подключенный к каналу связи 16. На чертеже изображена передача цифрового видеосигнала и данных с помощью модема RADSL 1351, но система передачи цифрового видеосигнала и данных настоящего изобретения позволяет использование любой технологии для передачи сигнала между помещениями абонента 1300 и центральной станцией 400. К модему RADSL 1351 подключен и телефон 1360. Модем RADSL 1351 также поддерживает подключение дополнительных устройств POTS через соединения 1353f и 1353b, которые могут быть представлены в виде устройств, обслуживаемых цифровыми телефонными каналами связи.

Процессор 1354 подключается к интерфейсу удаленного управления с помощью инфракрасного излучения 1358, модему RADSL 1351, устройству установки кадров СО 1400, комплекту микросхем формата MPEG-2 1356 и процессору графического вывода 1357. Процессор 1354 управляет функционированием INI 1350 с целью передачи телевизионного видео- и аудиосигнала от комплекта микросхем формата MPEG-2 к телевизору 1365, а также данных от интерфейса Ethernet 1352 к компьютеру 1355 через 10base-T коннектор сети Ethernet 1359. Процессор 1354 устанавливает соединение последовательно передаваемых данных для устранения неполадок и поддержки системы и может взаимодействовать с устройствами с низкой скоростью передачи данных, например, кроме прочего, утилитами, или наблюдать за сигнальным устройством.

Как показано на Фиг.17Б, интерфейс 1358 удаленного управления с помощью инфракрасного излучения (входящий в INI 1350) позволяет двунаправленную передачу ВЧ-информации через расширяющую ВЧ-систему распределения 1361 к одному или более удаленным ИК-приемопередатчикам 1362. Удаленный ИК-приемопередатчик может быть расположен в любом визуальном/управляемом месте.

На Фиг. 17В изображена схема, иллюстрирующая удаленный ИК-приемопередатчик, показанный на Фиг.17Б. Передача ВЧ-информации осуществляется путем преобразования принимаемых приемником ИК-сообщений от ручного дистанционного пульта (не показан). Конструкция ИК-приемника 1367b должна позволять прием всех известных несущих частот, например в интервале от 32 до 40 КГц, и всех кодов. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения кадр полученных данных используется для управления передатчиком с частотной манипуляцией (ЧМн) частотой 400 МГц 1363а, который передает сигналы по расширяющей ВЧ-системе распределения 1361 к INI 1350 посредством главного тракта ВЧ-сигналов 1374. Передатчик с ЧМн 1363а и приемник с ЧМн 1366b (а также приемник с ЧМн 1363b и передатчик с ЧМн 1366а, показанные на Фиг.17Г) соединяются с главным трактом ВЧ-сигнала 1374 через соединение 1377, которое может быть любым соединением, способным успешно объединить соответствующие сигналы передатчиков и приемников в главный тракт ВЧ-сигналов 1374. Этот канал связи может быть получен путем использования коаксиального кабеля с сопротивлением 75 Ом или другими путями, например, кроме прочего, беспроводного соединения. Также в схему включены приемник с ЧМн частотой 360 МГц и генератор ИК-лучей 1367а, который должен обладать достаточной мощностью для управления устройствами с помощью ИК-сигнала.

На Фиг.17Г изображена схема, иллюстрирующая интерфейс удаленного управления с помощью инфракрасного излучения 1358, показанный на Фиг.17А. Интерфейс удаленного управления с помощью инфракрасного излучения 1358 раскодирует информацию на контроллере приемопередатчика 1372, принятую через основной тракт ВЧ-сигнала 1374, и передает цифровое слово на процессор 1354 (Фиг.17А) через соединение 1376. Контроллер приемопередатчика 1372 также выполняет передачу информации между ИК-приемником 1367b и процессором 1354 (Фиг.17А). Процессор может управлять устройствами, подключенными к главному тракту ВЧ-сигналов 1374 и ВЧ-системе распределения 1361 через передатчик с ЧМн частотой 360 МГц 1366а, подобно описанному выше, но с частотой 360 МГц.

ВЧ-модулятор 1368 принимает аудио- и видеосигналы на вход с комплекта микросхем формата MPEG-2 1356 (Фиг.17А). ВЧ-усилитель 1369 и нерефлексивный узкополосный режекторный фильтр 1371 обеспечивают прохождение только желаемых программ между ВЧ-модулятором 1368 и главным трактом ВЧ-сигналов 1374.

Данная система позволяет одновременную передачу телевизионных ВЧ-сигналов и двунаправленной информации управления. В одной системе может быть установлено ряд удаленных ИК-приемопередатчиков 1362. Эта система не зависит от несущей частоты устройства дистанционного управления или реализации абсолютного кода. Декодирование кода и управление генераторами ИК-излучения осуществляются программным обеспечением процессора 1354.

На Фиг.18 изображена функциональная схема, иллюстрирующая расположение и возможную реализацию устройства установки кадров СО 1100 и устройства установки кадров СР 1400 в системе передачи цифрового видеосигнала и данных настоящего изобретения. Устройство установки кадров СО 1100 принимает видеопрограммы и расположено на центральной станции 400 модуля UAA 1000 (не показан). Устройство установки кадров СО 1100 также принимает и передает службы по обработке данных через Интернет 14. Устройство установки кадров СО 1100 соединено с модемом 1351 для взаимодействия с соответствующим модемом 1351, находящимся в помещении абонента 1300 через канал связи 16. Устройство установки кадров СО 1400 находится в INI 1350 и выводит цифровую видеопрограмму в формате MPEG-2 на декодер формата MPEG-2 1356, а также соединяет службы по обработке информации с компьютером 1355 через интерфейс сети 1352.

Фиг. 19 - это схема, иллюстрирующая устройство установки кадров СО 1100, показанное на Фиг.18. На фильтр идентификации пакета (PID) 1110 устройства установки кадров СО 1100 через соединение 1161 поступает группа программ в виде транспортного потока адаптивного типа формата MPEG-2, содержащего множество программ. Транспортный поток формата MPEG-2 состоит из непрерывного потока транспортных пакетов. Длина всех транспортных пакетов 188 байт. Для синхронизации первому пакету присваивается значение 0х47. Такая комбинация битов не уникальна и может встречаться в пакете. Служебная информация транспортного пакета также содержит поле идентификации пакета (PID). Этот идентификатор отличает полезные данные транспортного пакета от полезных данных транспортных пакетов с другими значениями PID. В соответствии с протоколом MPEG-2 транспортный пакет может содержать полезные данные или поле адаптации, или же поле адаптации, следующее за полезными данными. Поле адаптации, если оно присутствует, предоставляет дополнительную информацию о потоке данных.

Одним из таких дополнительных сообщений является ссылка на программные тактовые импульсы (PCR). Кодер и декодер для передачи транспортного потока формата MPEG-2 используют тактовые импульсы частотой 27 МГц. Эти импульсы управляют счетчиком системного времени (STC), который обеспечивает непрерывное увеличение значения отметки времени. Кодер использует свой собственный STC для отметки времени передачи данных на декодер. Декодер принимает поток данных от кодера и использует свой собственный STC для определения, когда необходимо отправлять отмеченные временем данные на свои внутренние устройства. Для упрощения кодер и декодер не показаны. Однако так как два абсолютно разных генератора тактовых импульсов управляют счетчиками STC, неизбежно возникнет разброс между ними вследствие изменения параметров процесса, внешних условий и т.д. Этот разброс может привести к ошибкам декодирования во время получения данных. Поэтому необходима синхронизация тактовых сигналов декодера к кодеру, несмотря на то что они могут находиться на противоположных сторонах Земли. Описанное здесь решение данной проблемы заключается в использовании значения PRC, записывающегося в поле адаптации.

Значение PRC - это копия STC кодера в момент времени, когда значение PCR вводится в транспортный поток в период выхода из кодера. ISO/IEC IS 13818-1 - это международный стандарт (1994) системы формата MPEG-2, который гарантирует, что задержка в цепи при передаче сигнала от кодера к декодеру является величиной постоянной. В соответствии с данным стандартом транспортные пакеты поступают на декодер в тот же период синхронизирующих импульсов и находятся в одном взаимном положении, что и при выходе из кодера. Таким образом, декодер может сравнить полученное значение PCR со своим локальным значением STC. Если полученное значение PCR (STC) больше локального, декодер определяет, что локальный генератор тактовых импульсов с частотой 27 МГц немного медленней, чем удаленный. Если полученное значение PCR (STC) меньше локального, декодер определяет, что локальный генератор тактовых импульсов немного быстрее, чем удаленный. Генератор тактовых импульсов декодера имеет возможность варьирования частоты и поэтому может использовать значение PCR для согласования своего значения PCR со значением STC удаленного декодера.

Ссылаясь опять-таки на Фиг.19, фильтр идентификации пакетов (PIN) 1110 (подробно будет описан при рассмотрении Фиг.24А и 24Б) принимает транспортный поток множества программ через соединение 1161 и переправляет его на выход на соединение 1162 в виде транспортного потока с одной программой. Окончательный транспортный поток переправляется на асинхронное запоминающее устройство (асинхронный FIFO) для временного хранения.

Устройство извлечения PCR 1130 (подробно будет описано при рассмотрении Фиг. 25) наблюдает за содержимым группы с одной программой через соединение 1162 и ищет в ней поле PCR. После обнаружения поля его значение извлекается, точнее копируется, из потока и фиксируется в инкременторе PCR через соединение 1164. Инкрементор PCR 1140 (подробно будет описан при рассмотрении Фиг. 26) получает значение поля PCR через соединение 1164 и увеличивает его на единицу на каждом периоде тактовых импульсов с частотой 27 МГц. Фильтр PID 1110, асинхронный буфер FIFO 1125, устройство извлечения значения PCR 1130 и инкрементор значения PCR 1140 работают от общего генератора тактовых импульсов с частотой 27 МГц. Это обеспечивается конструкцией объединительной платы, которая передает транспортный поток адаптивного типа (Фиг.20А). Важным будет отметить, что вышеупомянутые компоненты устройства установки кадров СО 1100 синхронизируются тем же генератором тактовых импульсов, что и транспортный поток адаптивного типа 1161 (Фиг.20А), являющийся входным для устройства установки кадров СО 1100. Это позволяет экономично реализовать устройства установки кадров СО 1100 как синхронное устройство.

Когда мультиплексор данных СО 1150 (функционирование которого подробно будет описано при рассмотрении Фиг.27А, 27Б, 27В и 27Г) готов передать пакет формата MPEG-2, он проверяет содержимое асинхронного устройства FIFO 1125 через соединение 1166 и, обнаружив там пакет для отправки, пересылает его. Если этот пакет содержит поле PCR, мультиплексор данных СО 1150 знает, что скорректированное значение поля PCR находится на инкременторе PCR 1140. В этом случае мультиплексор данных СО 1150 приостанавливает работу инкрементора PCR, сбросив сигнал запуска PCR через соединение 1171 для того, чтобы стабилизовать выход инкрементора PCR 1140. Мультиплексор данных СО 1150 перезаписывает, или перемаркировывает, скорректированное значение PCR на исходное, когда пакет передается на модем 1351 (Фиг.18). Если пакет MPEG-2 для передачи не обнаруживается, мультиплексор данных СО 1150 вместо него пересылает пакет, содержащий службы по обработке данных из соединения 1169. Так как ссылка на синхронизирющий сигнал в стандарте MPEG-2 кодируется с помощью генератора тактовых импульсов частотой 27 МГц, следует отметить, что предпочтительный вариант реализации изобретения имеет утилиту, позволяющую данным, синхронизирующимся устройством установки кадров СО, синхронизироваться при такой же частоте, т.е. 27 МГц. Однако функция устройства установки кадров СО, перемаркирования PCR, в настоящем изобретении могла бы успешно работать, если бы устройство установки кадров СО не синхронизировало данные с той же частотой, что и ссылка на синхронизующий сигнал закодированного видеосигнала. В частности, устройство установки кадров СО настоящего изобретения просто корректирует поле PCR на единицу на каждом периоде синхронизирующих импульсов с частотой 27 МГц канала передачи данных адаптивного типа (Фиг. 20А), пока пакет не будет готов к передаче на модем.

Мультиплексор данных СО 1150 добавляет еще и канал управления 1174 к цифровому видеосигналу и данным Интернет. Канал управления 1174 устанавливается путем капитализации неиспользуемого флагового разряда transport_priority, который присутствует во всех пакетах (цифровом видеосигнале, данных Интернет и нулевом пакете), передаваемых между центральной станцией 400 и помещениями абонента 1300. Управляющая информация передается через канал управления 1174, который является каналом управляющей информации низкой частоты в обоих направлениях, путем использования (или точнее сказать, перегрузки) флагового разряда transport_ priority, присутствующего в каждом транспортном пакете, передаваемом между центральной станцией 400 и помещениями абонентов 1300. Устройство установки кадров СО 1100 и устройство установки кадров СР 1400 используют этот дополнительный разряд для формирования последовательного потока данных в обоих направлениях, по которым передается управляющая информация, к примеру запрос программы от пользователя, находящегося в помещении абонента 1300. Таким способом возможна передача последовательных сообщений низкой частоты без создания препятствий программе формата MPEG-2 или обычным службам по обработке данных. Универсальный асинхронный приемопередатчик (UART), находящийся в устройстве установки кадров СО 1100 и устройстве установки кадров СР 1400, генерирует и принимает последовательно передаваемые сообщения, используя эти разряды и, таким образом, предоставляя канал связи главному процессору на другой стороне канала связи 16.

На Фиг.20А изображена временная диаграмма характеристик канала передачи транспортного потока с адаптивной скоростью, показанного на Фиг.19. Канал связи для передачи транспортного потока с адаптивной скоростью синхронизируется при постоянной скорости передачи данных 27 МГц, измерянной по t= 1/(27•10⁶) с, независимо от скорости передачи входящих сигналов. Канал связи позволяет выполнять передачу транспортного потока с произвольной частотой до 8•(27•10⁶ бит/с), используя дополнительный разряд DVALID, обозначенный на чертеже сигналом 1176 и синхронизируемый по частоте 27 МГц. Этот разряд сообщает, содержит ли соответствующий ему байт достоверные данные. Также введен дополнительный разряд синхронизации пакета (PSYNC), представленный на чертеже сигналом 1177, для маркирования первого байта каждого пакета в транспортном потоке. Эта схема обеспечивает гибкость данного изобретения при приеме входящих транспортных потоков с различными скоростями телефонной связи. Полезные данные извлекаются из транспортного потока 1161. Сохраняются только те байты, в которых выставлен уровень соответствующего им сигнала DVALID (линия 1176). Приемное устройство знает, что в этих полезных данных сигнал PSYNC (линия 1177) выставлен на уровень на первом байте каждого пакета.

На Фиг.20Б показана схема, иллюстрирующая форматирование, которое используется для передачи восьми транспортных потоков с адаптивной скоростью передачи, показанное на Фиг.20А, через оптический канал связи. Транспортный поток с адаптивной скоростью передачи состоит из 10-разрядных потоков параллельно передаваемых данных. Восемь потоков объединяются в форму 80-разрядных слов. Последовательный поток упорядочивается в кадры, пример - кадр 1201. Каждый кадр содержит 80-разрядное слово служебной информации 1201а, 80-разрядное слово для коррекции скорости передачи 1201b и тридцать 80-разрядных слов полезных данных от 1201с до 1201n, в результате образуя кадр длинной 1200 бит.

Слово служебной информации 1201а содержит 32 кадрирующих бита 1202, четырехбитовый указатель полезных данных 1206 и сорок четыре 1204 неиспользуемых бита между ними. Кадрирующие биты указывают на начало кадра и используются для синхронизации последовательно передаваемых данных с выходными параллельно передаваемыми данными на удаленном модуле входящего видеосигнала 825 (описан при рассмотрении Фиг.11С). Указатель полезных данных 1206 показывает, начинаются ли данные полезной нагрузки со слова коррекции скорости передачи 1201b, первого слова полезных данных 1201с или второго слова полезных данных 1201d (не показано). Таким образом, поток последовательно передаваемых данных корректирует скорость передачи, чтобы она совпадала со скоростью передачи входных данных. Отметим, что 80-разрядное слово служебной информации 1201а разделяется на десять 8-разрядных байт, но слово коррекции скорости передачи 1201b и слова полезных данных от 1201с до 1201n разделяются на десять 10-разрядных параллельных транспортных потоков с адаптивной скоростью передачи, каждый из которых содержит 8 бит данных, бит DVALID 1176 (Фиг.20А) и бит PSYNC 1177 (Фиг.20А и 21).

На Фиг.21 изображена временная диаграмма, иллюстрирующая поток данных с произвольной скоростью передачи, из которого формируется поток данных с адаптивной скоростью передачи 27 МГц (Фиг.20А). Поток данных с произвольной скоростью передачи, показанный в виде сигнала 1161, преобразуется путем использования выборочных тактовых импульсов с помощью битов DVALID и PSYNC, показанных на Фиг. 20А. Как видно, интервал t=1/α с, где 0<α<27×10⁶. Таким образом, любой поток данных с произвольной скоростью передачи может быть адаптивно преобразован в транспортный поток с частотой передачи 27 МГц, показанный на Фиг.20А.

На Фиг.22 представлена таблица определения транспортного потока, взятая из ISO/IEC 113818-1 - Table 2-3. Эта таблица определяет транспортный пакет согласно ITU-T Rec. H.222.0, используя первые три байта транспортного пакета, показанные на Фиг.20А, 20Б и 21. Как показано на чертеже, достаточно первых трех байтов для определения поля PID каждого пакета. Отметим, что байт два (byte two) содержит биты 4-0 PID [12:8] ID пакета высокий (PIDH), в то время как байт три (byte three) содержит биты 7-0, PID [7-0] ID пакета низкий (PIDH). Использование разрядов PIDH и PIDL будет подробно описано при рассмотрении Фиг.24А-Б.

На Фиг. 23 изображена функциональная схема, иллюстрирующая цифровую группу видеопрограмм, пересылаемую через соединение 1161, показанное на Фиг. 19. Группа программ состоит из одной или более программ, показанных в виде канала 1178, содержащего, например, кабельную сеть новостей (CNN), и канала 1179, который содержит, например, домашнюю билетную кассу (НВО). Для упрощения показано всего лишь два канала, однако в программной группе может переноситься одновременно много каналов. Эти программы различаются с помощью поля пакета ID (PID). Группа программ, в которой несколько программ объединены в одну группу, отфильтровывается, в результате к конечному пользователю попадает одна заказанная им программа. Как показано на примере, из фильтра ID пакетов 1110 выходит одна программа CNN 1178.

На Фиг.24А изображена схема фильтра PID 1110, показанного на Фиг.19. Фильтр PID 1110 включает в себя ряд 8-разрядных регистров-фиксаторов 1111а-1111n, сконфигурированных для приема 8-разрядного транспортного потока через соединение 1161. Регистры-фиксаторы 1111 также имеют два дополнительных бита - бит PSYNC, принимаемый через соединение 1177, и бит DVALID, принимаемый через соединение 1176. Бит DVALID подает разрешающий сигнал синхронизации на 8-разрядные регистры-фиксаторы 1111. В сочетании с описанными на Фиг.20А, 20Б и 22 фильтр PID 1110 устанавливает флаг OVALID в значение "низкий" для всех, содержащих паразитные значения PID. В этом случае путем анализа битов PIDL на соединении 1116 и PIDH на соединении 1117 из транспортного потока 1161 извлекается искомая программа, содержащая группу программ. Биты PIDL - через соединение 1116 и PIDH - через соединение 1117 формируют байт идентификации текущего пакета на соединении 1118.

Компаратор 1121 анализирует текущее значение PID, принимаемое через соединение 1118, и искомое значение PID, принимаемое через соединение 1119. И в случае их совпадения, т. е. текущее значение PID 1118 является искомым 1119, компаратор подает входной сигнал на регистр-фиксатор 1122. Если через соединение 1177 подан утверждающий сигнал PSYNC и компаратор подает утверждающий сигнал на соединение 1191, то регистр-фиксатор 1122 подает утверждающий сигнал через соединение 1192 на вход схемы логического умножения 1112. Если логическая схема И принимает входной сигнал от регистра-фиксатора 1122 и сигнал DVALID, проверенный в соединении 1176, логическая схема И подает запрещающий сигнал через регистр-фиксатор 1114, в то время как отфильтрованная программа, содержащая искомый пакет ID, подается через соединение 1162 на асинхронный буфер FIFO 1125 (Фиг.19) и устройство извлечения PCR 1130 (Фиг.19).

На Фиг.24Б показана блок-схема решений, иллюстрирующая функционирование фильтра PID, показанного на Фиг.24А. В блоке 1123 фильтр PID принимает новый пакет. В блоке 1124 определяется, содержит ли пакет искомое значение PID. Если значение PID является искомым, в блоке 1126 фильтр PID ожидает следующий пакет. Если же значение PID не является искомым, в блоке 1127 фильтр PID 1110 отмечает этот пакет как неверный, и в блоке 1126 ожидается следующий пакет.

На Фиг.25 изображена блок-схема решений, иллюстрирующая функционирование устройства извлечения PCR, показанного на Фиг.19. В блоке 1131 устройство извлечения PCR принимает новый пакет. В блоке 1132 устройство извлечения PCR определяет, содержит ли пакет значение PCR. Если в новом пакете нет значения PCR, устройство извлечения PCR 1130 ожидает следующий пакет в блоке 1134. В случае наличия значения PCR в пакете устройство извлечения PCR 1130 фиксирует его в инкременторе PCR 1140, блок 1136. После этого устройство извлечения PCR 1130 ожидает следующий пакет, блок 1134.

На Фиг.26 подробно изображен инкрементор PCR 1140, показанный на Фиг.19. Через линию 1164 мультиплексор 1141 принимает новое значение PCR от устройства извлечения PCR 1130. Если через соединение 1171 подан утверждающий сигнал запуска PCR, регистр PCR 1144 запоминает новое значение PCR, принятое от мультиплексора 1141 через соединение 1147. Обычно регистром PCR 1144 является 43-разрядный регистр. На каждом цикле синхронизирующих сигналов с частотой 27 МГц в регистре PCR 1144 фиксируется либо новое значение PCR, поданное через соединение 1164, либо текущее значение PCR+1, поданное через соединение 1146 столько раз, сколько на соединение 1171 подается утверждающий сигнал запуска PCR. Текущее значение регистра подается на мультиплексор данных СО 1150 через соединение 1167 для повторного введения этого поля в поток MPEG-2, поскольку этот поток передается к помещению абонента 1300 (Фиг. 19) через соединение 1168. Такой способ позволяет корректировать поля PCR текущей величиной с целью соблюдения точности. На каждом цикле синхронизирующих импульсов частотой 27 МГц транспортный пакет с загруженным значением PCR приостанавливается, а значение поля PCR увеличивается на единицу для компенсации. Когда мультиплексор данных СО 1150 готов передать транспортный пакет с загруженным значением PCR к помещению абонента 1300, он приостанавливает работу инкрементора PCR путем подачи запрещающего сигнала запуска PCR через соединение 1171 и загружает обновленное поле PCR в исходный транспортный пакет (подробно это будет описано при рассмотрении Фиг.28).

Вернемся к Фиг. 19. С помощью интерфейса транспортного потока, который синхронизирует данные согласно частоте 27 МГц, этот же источник синхронизирующих сигналов может использоваться для фильтра PID 1110, устройства извлечения PCR 1130, асинхронного буфера FIFO и инкрементора PCR 1140, значение PCR которых выражается в единицах циклов синхронизирующих импульсов частотой 27 МГц. Это позволяет реализовать все устройства в виде одной синхронной аппаратной конструкции. Следует отметить, что синхронизирующие импульсы с частотой 27 МГц, связанные с входящим транспортным потоком, могут отличаться от синхронизирующих импульсов, используемых кодером. Однако желательно, чтобы значение, добавленное в поле PCR, очень мало отличалось от значения, локально сгенерированного тактовыми импульсами кодера. Разница между двумя синхронизирующими импульсами во время того небольшого промежутка времени, когда запущен инкрементор PCR, чрезвычайно мала. Использование синхронизации данных вместо попытки генерации синхронизирующих импульсов кодера, устройство СО 1125 и запускающий сигнал PCR 1171 значительно уменьшают стоимость изобретения. Асинхронный буфер FIFO 125 и запускающий сигнал 1171 ставят буфер между всеми остальными модулями и мультиплексором данных СО 1150, являющимся еще одной чисто синхронной конструкцией. Поэтому он стабилизируется синхронными сигналами, генерируемыми модемом 1351.

На Фиг. 27А изображена блок-схема мультиплексора данных СО 1150, показанного на Фиг. 19. Мультиплексор 1151 принимает новое значение от инкрементора PCR 1140 через соединение 1167, службы по обработке данных - через соединение 1169 и данные от асинхронного буфера FIFO 1125, представленные в виде задержанной программы - через соединение 1166, а также входной сигнал от устройства принятия решений 1152. Устройство принятия решений подает либо утверждающий, либо запрещающий сигнал запуска PCR на соединение 1171 с целью приостановить или продолжить работу инкрементора PCR 1140. В зависимости от текущих требований мультиплексор 1151 выбирает, передать ли данные, принятые от асинхронного буфера FIFO 1125, службы данных 1169, либо заменить в пакете поле PCR новым значением, принятым через соединение 1167. Мультиплексор 1151 передает окончательный транспортный поток данных на модем 1351 через соединение 1168 для дальнейшей передачи через канал связи с низкой пропускной способностью 16.

На Фиг. 27Б изображена диаграмма состояний, иллюстрирующая функционирование устройства по принятию решений 1152, показанное на Фиг.27А. В состояниях m0, m1 и m2 байт видеопрограммы считывается с асинхронного буфера FIFO 1125 и передается через соединение 1168 на модем 1351. В состоянии m3 байт снова считывается с асинхронного буфера FIFO 1125 и передается на модем 1351. Если бит 5 установлен, нужно перейти в состояние m4, иначе - в состояние mwait. В состоянии m4 байт снова считывается с асинхронного буфера FIFO 1125 и передается на модем 1351. Если "ноль", тогда необходимо перейти в состояние mwait, иначе - в состояние m5. В состоянии m5 считывается байт и передается на модем 1351. Если 4-й бит установлен, надо перейти в состояние m6, иначе - в состояние mwait. Если конечный автомат доходит до состояния m6, для пакета предоставляется новое значение PCR и, следовательно, старое значение заменяется новым.

В состояниях m6, m7, m8, m9, m10 и m11 из асинхронного буфера FIFO 1125 байт считывается и отбрасывается. Запускающий сигнал PCR на линии устанавливается запрещающим. В течение следующих шести циклов синхронизирующих импульсов передаются эти шесть байтов, связанных с новым значением поля PCR (соединение 1167), вместо шести, связанных со старым значением поля PCR.

В состоянии mwait из асинхронного буфера FIFO 1125 считывается байт и передается на модем 1351 и ожидается следующее решение (1125) относительно пакета.

В состоянии i0 синхронизирующий байт (0х47) стандарта MPEG-2 передается на модем 1351. В состоянии i1 на модем передается байт 0х1F. В состоянии i2 на модем передается байт 0хFE. В состоянии i3 на модем передается байт 0х1α, где α - это определенное значение continuity_counter (счетчик непрерывности). В состоянии i1 и i2 передаются значения PID для использования в Интернете; в предпочтительном варианте реализации изобретения используется значение PID - 0х1 FFE. Следует отметить, что может использоваться любое значение при условии, что оно не противоречит конструкции и не конфликтуют ни с одним используемым PID. Счетчик непрерывности - это стандартное 4-разрядное поле, увеличивающееся при каждом транспортном пакете с таким же PID. В состоянии mwait байт данных Интернета передается на модем 1351 и ожидается следующее решение по пакету (1152).

В состоянии n0 на модем 1351 передается стандартный синхронизирующий байт формата MPEG-2 (0х47). В состоянии n1 на модем 1351 передается байт 0х1F. В состоянии п2 на модем передается байт 0хFF. В состоянии n3 - байт 0х1В, где В имеет определенное значение счетчика непрерывности. В состоянии mwait на модем 1351 передается 0хFF и ожидается следующее решение по пакету (1152).

На Фиг. 27В показана схема последовательности действий, иллюстрирующая функционирование мультиплексора данных СО 1150, показанного на Фиг.27А. В блоке 1153 мультиплексор данных СО 1150 готов к отправке нового пакета. В блоке 1154 определяется, готов ли к передаче через соединение 1166 пакет программы формата MPEG-2 (Фиг. 19). В блоке 1154, если пакет программы в формате MPEG-2 готов, он передается на модем 1351 через соединение 1168. Если пакет программы в формате MPEG-2 не готов, мультиплексор данных СО 1150 определяет, достигнут ли лимит данных. В положительном случае мультиплексор данных СО 1150 передает нулевой пакет, как показано в блоке 1157. В противном случае мультиплексор данных СО 1150 отправит службы по обработке данных, как показано в блоке 1158.

На Фиг. 27Г изображена блок-схема, иллюстрирующая функцию принятия решений по пакету программы 1152 мультиплексора данных СО, показанную на Фиг. 27А. В блоке 1181 производится выбор передачи пакета программы в формате MPEG-2. Блок 1181 соответствует блоку 1156 из Фиг.27В. В блоке 1182 определяется, содержит ли передаваемый пакет значение PCR. В противном случае, в блоке 1183 производится передача пакета программы MPEG-2. Если же в блоке 1182 определено, что пакет содержит значение PCR, в блоке 1184, подается запрещающий сигнал запуска PCR на соединение 1171 (Фиг.19) и старое значение PCR заменяется новым через соединение 1167.

На Фиг. 28 изображена функциональная схема, иллюстрирующая работу устройства установки кадров СО 1100 по течению потока данных, показанного на Фиг. 19 (от центральной станции 400 к помещениям абонентов 1300). На замедленный транспортный поток 1168, предназначенный для передачи на модем 1351, выборочно отправляются отдельные пакеты из исходного транспортного потока множества программ 1161 путем фиксирования выбранного значения PCR, находящегося на входе инкрементора PCR 1164 (Фиг.19), через соединение 1172 и подачи на него запрещающего сигнала запуска PCR 1171. В пакетах, содержащих поле PCR, выполняется корректировка поля PCR в соответствии с показанным на Фиг.26.

На Фиг.29 изображена функциональная схема мультиплексора данных СО, находящегося на устройстве установки кадров СО 1100, который показан на Фиг. 19, в обратном от потока данных направлении (от помещений абонентов 1300 к центральной станции 400). Хотя для упрощения он и не показан на Фиг.19, устройство установки кадров СО 1100 содержит, кроме мультиплексора данных СО 1150, и демультиплексор данных СО 1155, который принимает двунаправленные данные Интернета от помещений абонентов 1300 через соединение 1168 и управляющую информацию - через канал связи 1174. Демультиплексор данных СО направляет данные Интернет, например, к компьютеру 1355 (не показан) через соединение 169. Функционирование канала управления 1174 аналогично описанному выше.

На Фиг. 30 изображена функциональная схема, иллюстрирующая работу демультиплексора данных СР 1455 по направлению основного потока данных направлении. Видеопрограммы и данные принимаются через соединение 1456 от модема DSL 1351. Демультиплексор данных СР 1455 разделяет видеопрограммы, подавая их к декодеру MPEG-2 1356 (Фиг.18) через соединение 1457, и двунаправленные данные Интернета, подавая их на вход компьютера 1355 (Фиг.18) через соединение 1459. Также он подает сигналы на канал управления 1174, функционирование которого описано при рассмотрении Фиг.19.

На Фиг.31 изображена схема мультиплексора данных СР 1450, находящегося в устройстве установки кадров СР 1400 (Фиг.14А), при функционировании в противоположном от потока данных направлении. Двунаправленные данные Интернет подаются на мультиплексор СР 1450 через соединение 1459 и передаются на модем DSL 1351 через канал связи 16. Отметим, что мультиплексор данных СР 1450 в противоположном от потока данных направлении через канал связи 1174 передает только двунаправленные данные Интернета и управляющую информацию.

На Фиг. 32 изображена схема решений, иллюстрирующая функционирование демультиплексора СО 1155 и демультиплексора данных СР 1455. Блок 1186 предназначен для приема новых пакетов. В блоке 1187 определяется, содержит ли пакет службы по обработке данных. Если нет, то в блоке 1188 демультиплексор данных ожидает следующий пакет. Если же пакет содержит службы данных, в блоке 1189 они извлекаются, и демультиплексор данных ожидает следующего пакета, как показано в блоке 1188.

На Фиг. 33 изображена блок-схема мультиплексора данных СР 1450, показанного на Фиг.17А. В блоке 1401 мультиплексор данных СР 1450 готов передать новый пакет. В блоке 1402 определяется, достигнута ли норма данных. При положительном результате в блоке 1404 мультиплексор данных СР 1450 отправит нулевой пакет. В противном случае в блоке 1406 мультиплексор данных СР 1450 передаст пакет службы по обработке данных на центральную станцию 400 через модем посредством канала связи 16. Это свидетельствует о том, что данные в транспортном пакете, передаваемые в противоположном от потока данных направлении, форматируются таким же образом. Хотя и эта функция не является необходимой в конструкции настоящего изобретения, она способствует стандартизации. Мультиплексор данных СР 1450 генерирует только службы по обработке данных и нулевые пакеты.

На Фиг.34 изображена функциональная схема альтернативной реализации устройства установки кадров 1100, показанного на Фиг.19. При этой реализации устройство установки кадров СО 1100 и добавляет новую программу к существующему транспортному потоку. Элементам устройства, выполняющим те же функции, которые описаны при рассмотрении Фиг.19, присвоены единые номера, они и не будут заново описываться. Как показано на чертеже, добавляемая программа подается в асинхронный буфер FIFO 1125 через соединение 1551. Экстрактор PCR 1130 также производит текущее наблюдение за транспортным потоком через соединение 1551, подобно работе фильтра PID 1110, показанного на Фиг.19. Вместе экстрактор PCR 1130, инкрементор РСR 1140 и асинхронный буфер FIFО 1125 выполняют те же функции, что и описанные выше. Вместо мультиплексора данных 1150 используется мультиплексор программы 1550, который принимает существующий поток программы через соединение 1552. Мультиплексор программы 1550 будет заменять входящие нулевые пакеты пакетами, связанными с новой программой, и подавать выход на соединение 1554, содержащее новый поток программы n+1.

В описанную выше реализацию могут быть внесены различные изменения и модификации, существенно не выходя за рамки данного изобретения. Все такие модификации изменения следует включить в рамки данного изобретения.

Изобретение относится к передаче цифрового видеосигнала и двунаправленных данных через канал связи. Техническим результатом является предоставление множества видеоканалов и канала двунаправленных данных через единую линию связи. Технический результат достигается тем, что в предложенной системе передачи цифровых видеосигналов, двунаправленных данных (Интернет-данных) и данных служб обычной телефонной сети конечному пользователю через канал связи каналом связи является пара медных проводов, проложенная между центральной станцией телефонной компании и жилыми помещениями. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 48 ил.

1. Система передачи видеосигналов, сигнала двунаправленных данных и сигнала простой аналоговой телефонной системы (POTS) через единый канал связи, включающая программный центр, сконфигурированный для приема множества видеосигналов, представляющих множество видеопрограмм, при этом указанный программный центр сконфигурирован также для обработки сигнала двунаправленных данных и сигнала POTS, центральную станцию, связанную с указанным программным центром, при этом указанная центральная станция содержит шасси сетевого интерфейса, сконфигурированное для приема видеосигналов от программного центра и размещения видеосигналов на шине, причем указанная центральная станция сконфигурирована для обработки сигнала двунаправленных данных и сигнала POTS и содержит средства приема видеосигналов с шины и средства доставки сигнала двунаправленных данных, сигнала POTS и любого из видеосигналов к любому из множества конечных пользователей через единый канал связи.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что средства приема содержат шасси распределения видеосигналов, связанное с шасси доступа.3. Система по п.2, отличающаяся тем, что шина размещена в шасси доступа.4. Система по п.1, отличающаяся тем, что средства доставки содержат шасси фильтра низких частот.5. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства для точного контроля множества видеосигналов для их доставки к множеству конечных пользователей.6. Система по п.1, отличающаяся тем, что размещение множества видеосигналов на шине обеспечивает доступ множеству конечных пользователей к любому числу множества видеосигналов.7. Система по п.1, отличающаяся тем, что шина позволяет любому из конечных пользователей, связанных с центральной станцией, выбирать любой из множества видеосигналов.8. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства для связывания конечного пользователя с центральной станцией для запроса одного из множества видеосигналов.9. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства для передачи по меньшей мере одного сигнала POTS и по меньшей мере одного сигнала двунаправленных данных одновременно по меньшей мере с одним из множества видеосигналов.10. Способ передачи множества видеосигналов, сигнала двунаправленных данных и сигнала простой аналоговой телефонной системы (POTS) через единый канал связи, включающий этапы размещения множества видеосигналов, каждый из которых представляет видеопрограмму, на шине, получения запроса по меньшей мере от одного из множества подписчиков по меньшей мере на один из видеосигналов, обработки запроса для определения права по меньшей мере одного подписчика на получение по меньшей мере одного из множества видеосигналов, доставки по меньшей мере одного из множества видеосигналов через единый канал связи по меньшей мере к одному подписчику, если указанный по меньшей мере один подписчик имеет право на получение по меньшей мере одного из множества видеосигналов.11. Способ по п.10, отличающийся тем, что доставка по меньшей мере одного из множества видеосигналов включает одновременную передачу сигнала двунаправленных данных.12. Способ по п.10, отличающийся тем, что доставка по меньшей мере одного из множества видеосигналов включает одновременную передачу по меньшей мере одного сигнала POTS.13. Способ по п.10, отличающийся тем, что доставка по меньшей мере одного из множества видеосигналов включает одновременную передачу сигнала двунаправленных данных и по меньшей мере одного сигнала POTS.14. Способ по п.10, отличающийся тем, что он дополнительно включает этапы мониторинга каждого из множества видеосигналов, на который поступил запрос от каждого из подписчиков, для сбора архива всех видеосигналов, запрошенных подписчиком, и хранение архива в базе данных.