DE69507410T2

DE69507410T2 - Interaktives Videosystem

Info

Publication number: DE69507410T2
Application number: DE69507410T
Authority: DE
Inventors: John Anthony Weeks Stansted Essex Cm24 8Ja Butcher
Original assignee: Northern Telecom Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1994-09-15
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2015-08-31
Also published as: GB2293293B; US5969714A; GB2293293A; GB9418584D0; EP0702492A1; JP3633687B2; EP0702492B1; JPH08205125A; DE69507410D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein interaktives Videosystem, bei dem Teilnehmer an dem System die Betriebsweise von sogenannten "video-on-demand"- (abrufgesteuerte Video-) Diensten beeinflussen kann.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es werden interaktive Videosysteme entwickelt, bei denen ein Teilnehmer einen Zugriff auf eine Hauptstation durchführen kann, wobei entweder eine Telefonleitung oder ein Rückkanal in einer faseroptischen Duplex-Videoübertragungsstrecke verwendet wird, wodurch der Teilnehmer im Verlauf einer Übertragung eines Videosignals von der Hauptstation an diese Hauptstation Signale zurücksenden kann, die das nachfolgend ausgesandte Videomaterial modifizieren. Die britische Patentanmeldung GB 21 20 507 A beschreibt ein Videospielsystem, bei dem das Kopfende eines Kabelfernsehsystems auf Anforderung ein interaktives Videospielprogramm aussendet. Zu verschiedenen Zeiten im Verlauf des Programms kann der Teilnehmer Befehle zurück an das Kopfende übertragen, um das nachfolgende Spielen des Spiels zu ändern. Weitere Beschreibungen von interaktiven Videosystemen wurden von Deloddere et al. in IEEE Communications Magazine, Band 32, Nr. 5, Seiten 82 bis 88 und von Calvert et al. in Electrical Communication Nr. 3, September 94, Seiten 281 bis 289 angegeben.
Mit der Entwicklung immer höher entwickelter Videospiele, die größere Kenntnisse und schnellere Reflexe seitens des Teilnehmers erfordern, kann sich ein Problem ergeben, bei dem die Ausbreitungsverzögerungen sowohl bei der Übertragung des Videospielmaterials von dem Kopfende als auch die Übertagung von Befehlen des Teilnehmers zurück zum Kopfende zu einer fehler haften Modifikation des nachfolgend übertragenen Videospielmaterials führen kann. Es sei beispielsweise ein Spiel angenommen, bei dem ein teilnehmender "Spieler" mit einer Pistole auf ein sich schnell bewegendes Ziel "schießen" muß. Ein derartiger Vorgang kann eine Zeitsteuerung in Bruchteilen von einer Sekunde erfordern. Wenn die Übertragungsausbreitungszeiten vergleichsweise lang sind, so wird der "Schieß"-Befehl des Spielers am Kopfende eine gewisse Zeit nach der effektiven Bewegung des Ziels aus der "Zielrichtung" empfangen. Selbstverständlich kann, wenn für einen bestimmten Teilnehmer die Schleifenausbreitungszeit bekannt ist, ein vorberechneter Ausgleichsfaktor in das System eingebaut werden. Bei modernen Kabelfernsehsystemen kann jedoch ein einziges Kopfende einen großen Teilnehmerbereich mit unterschiedlichen Ausbreitungszeiten für alle Teilnehmer versorgen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein interaktives Videosystem geschaffen, bei dem einen Hauptstation über ein Netz Videomaterial mit Videobildrahmen an Teilnehmerstationen überträgt, wobei das System Einrichtugnen aufweist, durch die die einzelnen Teilnehmer Befehlssignale zurück an die Hauptstation übertragen können, um auf diese Weise eine nachfolgende Echtzeit-Übertragung des Videomaterials an jeden einzelnen Teilnehmer zu steuern und zu modifizieren, und wobei das übertragene Videomaterial Rahmenbezugsdaten beinhaltet, die Rahmenbezugsnummern, jeweils eine für jeden derartigen Rahmen, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmerstationen jeweils Befehlsübertragungseinrichtungen zur Übertragung der Befehlssignale an die Hauptstation einschließen, die jeweils denjenigen Videorahmen, dem dieser Befehl zugeordnet ist, eindeutig durch dessen jeweilige Rahmenbezugsnummer identifizieren, daß die Hauptstation auf den Empfang jedes der Befehlssignale von einer Teilnehmerstation ansprechende Einrichtungen zur vorübergehenden Unterbrechung der Übertragung an diesen Teilnehmer aufweist, um auf den jeweiligen Videorahmen zurückzukehren, auf den Bezug genommen wird, und um die Übertragung des Videomaterials ausgehend von diesem Rahmen, auf den Bezug genommen wird, zu dem Teilnehmer wieder zu beginnen, wobei die erneut begonnene Übertragung des Videomaterials nachfolgend zu dem Rahmen, auf den Bezug genommen wird, von einer modifizierten Videorahmenfolge in Abhängigkeit von diesem Befehlssignal stammt.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines interaktiven Videosystems geschaffen, bei dem eine Hauptstation über ein Netzwerk Videomaterial mit Videorahmen an Teilnehmerstationen überträgt, wobei das System Einrichtungen aufweist, über die die einzelnen Teilnehmer an die Hauptstation Befehlssignale zurücksenden können, um auf diese Weise die nachfolgende Echtzeitübertragung des Videomaterials an jeden der einzelnen Teilnehmer zu steuern und zu modifizieren, und bei dem Rahmenbezugsdaten, die Rahmenbezugsnummern, jeweils eine für jeden dieser Rahmen, in das übertragene Videomaterial eingefügt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Übertragung der Befehlssignale von der Teilnehmerstation zu der Hauptstation umfaßt, die jeweils eindeutig denjenigen Rahmen, dem das Befehlssignal zugeordnet ist, durch die jeweilige Rahmenbezugsnummer identifizieren, und daß in Abhängigkeit von dem Empfang jedes die entsprechende Rahmenbezugsnummer enthaltenden Befehlssignals an der Hauptstation vorübergehend die Übertragung von Videomaterial an den Teilnehmer unterbrochen wird, um auf den jeweiligen Rahmen, auf den Bezug genommen wird, zurückzukehren, und um die Übertragung des Videomaterials ausgehend von dem Rahmen, auf den Bezug genommen wird, an den Teilnehmer erneut aufzunehmen, wobei die erneut aufgenommene Übertragung des Videomaterials nachfolgend zu dem Rahmen, auf den Bezug genommen wird, von einer modifizierten Videorahmensequenz in Abhängigkeit von dem Befehlssignal stammt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schließen die Teilnehmerstationen Einrichtungen zur Unterbrechung der Anzeige des empfangenen Videomaterial an dem dem Befehlssignal zugeordneten Rahmen, auf den Bezug genommen wird, und die er neute Aufnahme der Anzeige des Videomaterials bei Empfang des erneut ausgesandten Materials ein.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die ein Blockschaltbild ist, das die Hauptelemente von typischen abrufgesteuerten (video-on-demand-) (VOD-) Netzkonfigurationen zeigt.

BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist zu erkennen, daß das Schaltbild einen kopfseitigen Videoserver 10 zeigt, der sowohl asymetrische digitale Teilnehmerleitungs- (ADSL-) 12 als auch Quadraturamplitudenmodulations- (QAM-) 14 Breitbandzugangsmodulanordnungen (BAM) über ein mit asynchroner Übertragungsbetriebsart (ATM-) betriebenes Netz 16 überträgt.
Im Fall der ADSL BAM erfolgt die Verteilung an die Standort der einzelnen Betrachter (Kunden) über getrennte übliche Telefonleitungspaare 18, auf die eine POTS- (konventionelle Fernsprechdienst-) Telephonie aufgeprägt sein kann. Die Aufwärts- Steuersignalgabe von der entfernten Steuereinheit 20 des Betrachters über den Fernsehapparat 22, ein Aufsatzgerät 24 und eine Leitunggschnittstelle 26 erfolgt über einen getrennten, eine niedrige Geschwindigkeit aufweisenden (möglicherweise auf ATM beruhenden) Signalisierungskanal, der über die Verarbeitung in der BAM für die VOD-Kanalauswahl und die VOD-Kanalsteuerung verwendet wird.
Das Hauptproblem, das bezüglich der Steuersignalgabe gelöst werden muß, besteht in der Schaffung einer Anordnung, durch die es von der Fernsteuereinheit benachbart zu dem Betrachter- Endgerät aus möglich ist, in befriedigender Weise den Videoserver weitgehend in der gleichen Weise zu steuern, wie man einen an Ort und Stelle befindlichen Videorekorder steuern würde, d. h. Pause, Vorwärts- und Rückwärtssuche, Hochgeschwin digkeits-Vorlauf und -Rücklauf usw., während der Wiedergabe eines Videos. Wenn der der Videoserver weiterhin eine Fernlernfähigkeit ergibt, muß die Fernsteuerung in den Lage sein, den Verlauf von studienabwärts auswählbaren wahlweisen Routen zu steuern und zu lenken, so daß verschiedene Punkte mit größerer (oder kleinerer) Ausführlichkeit untersucht oder wiederholt werden können, wie dies der Betrachter wünschen kann. In ähnlicher Weise muß, wenn der Viedeoserver eine Fern- Spielfähigkeit ergibt, die Fernsteuerung in der Lage sein, den Verlauf und damit das Ergebnis des Spiels mit einer maximal gleichförmigen Weise zu steuern und zu lenken.
Der Punkt des Problems hinsichtlich der Steuersignalgabeforderung besteht darin, daß sich eine endliche Übertragungsverzögerungszeit für die Videosignale von dem Server zum Betrachter und in Rückwärtsrichtung für die Steuersignalgabe von dem Betrachter zum Server ergibt. Diese Übertragungsverzögerungen ergeben sich (nicht so sehr) aufgrund der körperlichen Abstände, die die Video- und Steuersignale zu durchlaufen haben (jedoch aufgrund von ATM), und möglicherweise in der Hauptsache aus der Verarbeitung, beispielsweise von ATM, und der möglichen Warteschlangenbildung, wenn das Netz überlastet ist oder wenn sich eine Zeichengabe-Überlastung/Konkurrenz am Platz eines Teilnehmers ergibt, weil mehr als ein einziges Videoendgerät bedient wird. Im Fall der QAM BAM-Lösung wird eine weitere Verzögerung durch irgendwelche Multiplexoperationen in der Hybrid-Lichtleitfaser-/Koax-Verteilungskette und durch die Notwendigkeit eines TDMA-Kollisionsvermeidungsprotokolls zur Handhabung der Aufwärts-Signalgabe eingeführt.
Die Wirkung dieser Verzögerung besteht darin, daß zu der Zeit, zu der das Steuer- (Schalt-) Signal des Betrachters den Videoserver erreicht, der Server spätere (zeitliche) Videorahmen an den Betrachter überträgt, von denen einige sich sehr wohl auf der Strecke zum Betrachter befinden können, während andere, nämlich die, die unmittelbar übertragen wurden, nachdem der Betrachter seinen Befehl eingegeben hatte, möglicherweise bereits angekommen sind und bereits angezeigt wurden.
Der Befehl des Betrachters bezieht sich auf die Videorahmen oder Bilder, die er zum Zeitpunkt der Einleitung seines Befehls gesehen hat. Das Befehlssignal dees Betrachters wird jedoch etwas später an dem Server ankommen, an dem ohne das Treffen entsprechender Vorkehrungen der Befehl den Serverbetrieb bezüglich der laufenden (d. h. späteren) Videorahmen steuern wird, die ausgesandt werden. Dies kann selbstverständlich störende und sogar zerstörerische Folgen haben, soweit es den Betrachter betrifft. Zumindest stellt der Betrachter eine "Trägheit" oder ein nichtvorhandenes Ansprechverhalten in dem System fest, so daß eine Folge von Videorahmen nicht unmittelbar pausiert, zurückläuft, usw. Dies wird als "Latenz" bezeichnet. Im Schlimmstfall kann in einer Fernlernumgebung eine zur Verfügung stehende wahlweise Routenauswahl verlorengehen, weil die derzeit übertragenen Videorahmen von dem Server bereits an dem die Auswahl darstellenden Punkt vorbeigelaufen sind, weil der Zeitablauf eingetreten ist.
Wenn jedoch das interaktive Fernlernschema ausschließlich auf den elementaren Konzepten der interaktiven Kompaktdisc (CD-I) Betriebsweise beeruht, wie sie derzeit verfügbar ist, so kann das interaktive Fernlernschema nicht unter dem vorstehend angegebenen Problem leiden, weil die Anzeigen statisch gemacht werden, wenn dem Betrachter Auswahlmöglichkeiten dargeboten werden. Die Begrenzung von interaktiven Fernlernschemas auf diese Weise ist jedoch störend für die Entwicklung des vollen Potentials derartiger Schemas, so daß eine derartige Lösung nicht empfohlen wird. Weiterhin würde ein interaktives Fernlernschema auf der Grundlage der derzeitigen CD-I-Lösung für die Cursorsteuerung usw. möglicherweise zusätzliche Endgeräte- Elektroniken an dem Endgerät des Betrachters erfordern, weil es sich aufgrund der Signalgabe-Belastung zur Steuerung der Cursorbewegung über den Aufwärts-Zeichengabekanal und damit direkt zurück zu der Fernlernquelle, die dem Server zugeordnet ist, als unpraktisch erweisen könnte. Dieser gesamte Bereich des interaktiven Fernlernens erfordert weitere Untersuchungen; dies ist ein Gesichtspunkt, der sich immer noch in der Erörte rungsstufe befindet und sollte erst einen gewissen Reifegrad entwickeln, anstatt daß er durch ins Auge gefaßte Gesamt-VOD- Systemgesichtspunkte unnötig beschränkt wird.
Die Erfindung ergibt eine zweifache Lösung für die vorstehenden Probleme.
Erstens soll die Aufwärts-Befehlszeichengabe des Betrachters die Videorahmen-Bezugsnummer enthalten, die für den Zeitpunkt von Bedeutung ist, zu dem das Befehlssignal eingeleitet wurde. Es ist eine einfache Angelegenheit, diese Information in eine Zeichengabe-Nachricht einzufügen.
Zweitens wird, wenn das Aufwärts-Befehlssignal des Betrachters erfordert, daß sich die angezeigte Videosequenz in Echtzeit ändert, d. h. Pause, Vorlauf, Rücklauf, usw., oder den dargestellten Gegenstand ändert, der auf dem Fernsehgerät des Betrachters dargestellte Rahmen statisch gemacht, bis als Ergebnis der Ausführung des Befehls durch den Videoserver der Empfang einer neuen Folge von Videorahmen an dem Endgerät des Betrachters beginnt.
Durch die Verwendung einer Videorahmen-Bezugsnummer ist der Server am Kopfende in der Lage, den Videorahmen zurückzuverfolgen, an dem der Betrachter seinen Befehl eingeleitet hat, und dann ausgehend von diesem Punkt den Befehl auszuführen. Somit ergibt sich eine Präzision hinsichtlich des Punktes in der Videosequenz, auf den sich der Befehl bezieht.
Dadurch, daß die Videoanzeige des Betrachters durch eine örtliche Einwirkung an dem Endgerät des Betrachters statisch gemacht wird, wird verhindert, daß die Videosequenz weiterläuft und dann plötzlich zu dem Rahmen zurückkehrt, an dem der Befehl eingeleitet wurde und von dem aus die Ausführung des Befehls zu sehen ist. Das Statischmachen der Videoanzeige wird gegenüber einer Dunkelsteuerung bevorzugt; hierdurch wird angedeutet, daß irgendwas passiert, während eine Dunkelsteuerung dem Benutzer nahelegt, daß das gesamte System ausgefallen sein kann.
Um Videorahmen-Bezugsnummern zu schaffen, ist es erforderlich, daß die einzelnen den Endgeräten der Betrachter zugeführten Videorahmen aufeinanderfolgend bezifferte Rahmen enthalten. Die Verwendung von aufeinanderfolgend bezifferten Videorahmen in der Analogumgebung für Videobearbeitungszwecke ist heute allgemein üblich.
Die nach dem MPEG-Standard (Motion Picture Experts Group - Bewegbild-Expertengruppe) codierten Videorahmen sind ebenfalls sequentiell mit Nummern versehen, um eine Prüfung der Codierungs-Übertragungs- und Decodierungs-Verfahren zu ermöglichen. Weiterhin stehen diese Rahmensequenznummern zur Verwendung außerhalb des MPEG-Chipsatzes zur Verfügung (und müssen auf diese Weise zukünftig verfügbar sein, damit diese Lösung arbeitet); die Sequenznummern werden durch Kombination des SRC (Systembezugstaktes) und der PTS (Darbietungs-Zeitstempel) innerhalb des MPEG-Bitstromes geliefert. Somit ist die hier beschriebene Videorahmen-Bezugsbezifferung auf MPEG1-, MPEG11- und MHEG-Videocodiersysteme anwendbar.
Weiterhin ist die hier beschriebene Videorahmen-Bezugsbezifferrung auch auf jedes Videocodierungs- oder Übertragungssystem anwendbar, bei dem die einzelnen Viderahmen eine Sequenzbezifferung oder Zeitbezugsdaten enthalten, auf die ein Zugriff sowohl an der Video-Speicherquelle, beispielsweise einem Videoserver, als auch an dem Endgerät des Teilnehmers oder Betrachters ausgeführt werden kann.
Die andere Forderung ist die Fähigkeit, einen Videorahmen an dem Endgerät des Betrachters statisch zu machen. Dies bedingt die Schaffung eines Rahmenspeichers innerhalb des Aufsetzgerätes. Dieser ist bereits vorgesehen, weil MPEG-Videosignale decodiert und einem üblichen Fernsehgerät zugeführt werden müssen.
Obwohl diese Erfindung unter der Annahme beschrieben wurde, daß eine digitale Videocodierung verwendet wird, ist dies Um Videorahmen-Bezugsnummern zu schaffen, ist es erforderlich, daß die einzelnen den Endgeräten der Betrachter zugeführten Videorahmen aufeinanderfolgend bezifferte Rahmen enthalten. Die Verwendung von aufeinanderfolgend bezifferten Videorahmen in der Analogumgebung für Videobearbeitungszwecke ist heute allgemein üblich.
Die nach dem MPEG-Standard (Motion Picture Experts Group - Bewegbild-Expertengruppe) codierten Videorahmen sind ebenfalls sequentiell mit Nummern versehen, um eine Prüfung der Codierungs-Übertragungs- und Decodierungs-Verfahren zu ermöglichen. Weiterhin stehen diese Rahmensequenznummern zur Verwendung außerhalb des MPEG-Chipsatzes zur Verfügung (und müssen auf diese Weise zukünftig verfügbar sein, damit diese Lösung arbeitet); die Sequenznummern werden durch Kombination des SRC (Systembezugstaktes) und der PTS (Darbietungs-Zeitstempel) innerhalb des MPEG-Bitstromes geliefert. Somit ist die hier beschriebene Videorahmen-Bezugsbezifferung auf MPEG1-, MPEG11- und MHEG-Videocodiersysteme anwendbar.
Weiterhin ist die hier beschriebene Videorahmen-Bezugsbezifferrung auch auf jedes Videocodierungs- oder Übertragungssystem anwendbar, bei dem die einzelnen Viderahmen eine Sequenzbezifferung oder Zeitbezugsdaten enthalten, auf die ein Zugriff sowohl an der Video-Speicherquelle, beispielsweise einem Videoserver, als auch an dem Endgerät des Teilnehmers oder Betrachters ausgeführt werden kann.
Die andere Forderung ist die Fähigkeit, einen Videorahmen an dem Endgerät des Betrachters statisch zu machen. Dies bedingt die Schaffung eines Rahmenspeichers innerhalb des Aufsetzgerätes. Dieser ist bereits vorgesehen, weil MPEG-Videosignale decodiert und einem üblichen Fernsehgerät zugeführt werden müssen.
Obwohl diese Erfindung unter der Annahme beschrieben wurde, daß eine digitale Videocodierung verwendet wird, ist dies

Claims

1. Interaktives Videosystem, bei dem eine Hauptstation (10) Videorahmen umfassendes Videomaterial über ein Netz (16) an Teilnehmerstationen (22, 30) überträgt, wobei das System Einrichtungen (26, 34) aufweist, wodurch die einzelnen Teilnehmer an die Hauptstation Befehlssignale derart zurückübertragen können, daß die nachfolgende Echtzeit-Übertragung des Videosignals an jeden der einzelnen Teilnehmer gesteuert und modifiziert wird, und bei dem das übertragene Videosignal Rahmenbezugsdaten beinhaltet, die Rahmenbezugsnummern umfassen, jeweils eine für jeden der Rahmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmerstationen jeweils Befehlsübertragungseinrichtungen (20) zur Übertragung der Befehlssignale an die Hauptstation (10) einschließen, wobei die Befehlssignale jeweils denjenigen Videorahmen, dem der Befehl zugeordnet ist, eindeutig durch dessen jeweilige Rahmenbezugsnummer identifizieren, daß die Hauptstation auf den Empfang jedes der Befehlssignale von einer Teilnehmerstation ansprechende Einrichtungen zur vorübergehenden Unterbrechung der Übertragung an den Teilnehmer, so daß auf den jeweiligen Bezugs-Videorahmen zurückgekehrt wird, und zum erneuten Beginn der Übertragung des Videomaterials ausgehend von diesem Bezugsrahmen an den Teilnehmer aufweist, wobei die wiederaufgenommene Übertragung des Videomaterials nachfolgend zu dem Bezugsrahmen eine modifizierte Videorahmensequenz in Abhängigkeit von dem Steuersignal ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilnehmergerät Einrichtungen zur Anzeige eines statischen Bildes auf der Videoanzeige während der Periode zwischen der Übertragung der Rahmenbezugsdaten und des Empfangs der wiederaufgenommenen Übertragung einschließt.

3. Verfahren zum Betrieb eines interaktiven Videosystems, bei dem eine Hauptstation (10) über ein Netz (16) Videorahmen umfassendes Videomaterial an Teilnehmerstationen (22, 30) überträgt, wobei das System Einrichtungen (26, 34) aufweist, über die die einzelnen Teilnehmer an die Hauptstation Befehlssignale zurücksenden können, um die nachfolgende Echtzeit-Übertragung des Videomaterial an jeden der einzelnen Teilnehmer zu steuern und zu modifizieren, und bei dem Rahmenbezugsdaten, die Rahmenbezugsnummern, jeweils eine für jeden Rahmen, in das übertragene Videomaterial eingefügt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Übertragung der Befehlssignale von der Teilnehmerstation zu der Hauptstation (10) umfaßt, wobei die Befehlssignale jeweils eindeutig den ihnen zugeordneten Rahmen durch dessen jeweilige Rahmenbezugsnummer identifizieren, und daß als Antwort auf den Empfang jedes die entsprechende Rahmenbezugsnummer enthaltenden Befehlssignals an der Hauptstation vorübergehend die Übertragung des Videomaterials an den Teilnehmer unterbrochen wird, um auf den jeweiligen Bezugsrahmen zurückzukehren, und die Übertragung des Videosignals ausgehend von diesem Bezugsrahmen an den Teilnehmer erneut aufgenommen wird, wobei die erneut aufgenommene Übertragung des Videomaterials nachfolgend zu dem Bezugsrahmen einer modifizierten Videorahmensequenz in Abhängigkeit von dem Befehlssignal entspricht.