CN1278691A - 交互式视频节目的存储 - Google Patents

Abstract

一种交互式电视系统能够提供具有时间和内容相关的多个视频信号的交互式电视节目。视频信号为数字格式。在接收站,选择第一视频信号用于显示。当观众从第一视频信号切换到第二视频信号时,系统能够提供无缝过渡。把实况或预录制节目与控制代码一同存储在光盘上,从而在从光盘读出视频信号时,能够在来自光盘的视频信号之间,或在来自光盘的视频信号与从其它来源接收的视频信号之间无缝切换。

Description

交互式视频节目的存储

本发明涉及在接收站提供交互式节目的方法和系统。

US-A-3，947，972号美国专利公开了使用时间同步多迹音频磁带存储教学对话。一个磁迹可以用来转播对用户的教学提问，而一个切换机构可选择地用剩余磁迹传送响应消息。这种系统发展成为交互式电视，其中响应用户的选择在多个广播或有线频道之间切换，以提供交互式操作。US-A-4，847，700说明了一种交互式电视系统，其中把一个共用视频信号同步到多个音频频道，以提供有关用户可选响应的内容。

US-A-4，264，925说明了使用现有有线电视系统开发交互式系统。US-A-4，602，279说明了使用存储器存储电视观众的人数统计分布。存储这种信息以便将来调用，例如，提供特定目标的广告。

现有技术的交互式电视系统一般涉及提供每频道一个信号(即，一个视频信号)，无论该频道是有线电视的，广播电视的，还是VCR的。由于随越来越多的有线频道被用于现有节目，并且上述类型的交互式系统需要多个频道，有线和广播电视频道容量变得有限，因而希望减少这种系统所需的频道容量，同时仍旧能提供至少相同水平的交互性。

US-A-5，724，091说明了在观看第一视频信号的同时在视频信号之间无缝地切换，即使切换到的视频信号是在不同的广播频道上，或是在与当前观看的视频信号多路复用的相同的频道上。但是，现在已经认识到，需要有一种在数字视频信号之间无缝切换的简单的方法和系统，例如，一种低价的数字顶置盒环境。

根据本发明的第一方面，提供了一种在一个接收站提供数字节目的方法，在接收站中多个视频信号存储在一个光盘中，该方法包括步骤：

显示第一视频信号；

从光盘选择一个第二、存储的视频信号；和

响应该选择，接收和显示第二存储的视频信号，其中第一和第二视频信号之间的过渡是无缝的。

第一视频信号最好是存储在该光盘中。

在一个优选实施例中，视频信号与数据代码一同存储在光盘上，该数据代码用于使从该光盘接收的第一和第二视频信号之间能够无缝地切换。

例如，视频信号以数字节目流存储在所述光盘中，并且在每个存储的视频信号中建立时隙，时隙代表切换时间，并提供从一个视频信号切换到另一个视频信号的无缝切换的时间。

以这种方式，可以使观众能够在从光盘取出的不同视频信号之间无缝地切换。

在一个实施例中，光盘在远离接收站的位置，并且该方法进一步包括把存储在所述光盘上的视频信号发送到接收站的步骤。

作为选择，光盘可以在接收站，并且该方法进一步包括读取光盘以取出其上存储的视频信号的步骤。

本发明也扩展到一种用于在接收站提供数字节目的系统，接收站包括：

用于接收视频信号并转换所接收的视频信号以便显示的接收装置；

用于指示要显示的选定视频信号的选择装置；和

用于显示选定的并且转换的视频信号的显示装置；

其中该系统进一步包括用于读出存储多个视频信号的光盘的光盘播放器，一旦所述选择装置选定时，安排接收站接收和显示来自光盘的视频信号，

并且其中系统的安排使得所述显示装置显示的第一和第二视频信号之间的过渡是无缝的。

最好每个从光盘接收的视频信号中都具有时隙，时隙代表切换时间并且提供从一个视频信号到另一个视频信号的无缝切换时间。

在一个实施例中，所述选择装置包括连接到接收装置的处理器，并且所述接收站进一步包括可操作地连接到处理器、用于解压缩接收的压缩视频信号的数字解压缩器，其中所述显示装置可操作地连接到数字解压缩器。

光盘播放器可以位于远离接收站的位置，并且提供了用于向接收站的所述接收装置发送从光盘读出的视频信号的传输装置。也就是说，可以在一个中心位置，或前端，取出光盘上的视频信号，然后发送到多个观众。

作为选择，光盘可以位于接收站。

本发明的实施例使实况或预先录制的节目可以在生产时或后继的编辑过程中存储在光盘上，例如存储在DVD上。所存储的实况或预先录制的节目可以在以后重放。一旦把节目存储在一个或多个DVD上，那么可以在中心位置(例如，一个电缆前端)重放DVD，并且通过适当的传输装置把结合在节目中的多个音频，视频，Html／web链接，控制代码和／或图像信号发送到任何一个这里披露的接收站。作为选择，可以制作带有嵌入节目的DVD，以便顾客可以在家中使用。存储在DVD上的材料可以包含ACTV控制代码，从而使任何类型的具有交互软件的接收站(例如这里所述的接收站)能够对来自DVD的节目连同其交互能力进行本地重放。

本发明的实施例允许改进切换期间的性能，例如，使得节目之间的切换透明。这可以包括轻微的感觉不到的延迟，在该延迟期间，在显示以前获得的视频信息的同时，该交互式系统定位、接收、去多路复用、解压缩、解码和处理新视频信号。这使得交互式系统能够切换到新视频信号，而TV屏幕上不会出现闪烁或变形，即，实现无缝切换。

本发明说明了完成无缝切换的不同方法。一种方法涉及一个模拟视频帧缓冲器，而一种替代方法使用两个调谐器。其它替代方法包括：(a)使用两个数字视频缓冲器；(b)使用一个大存储器；(c)在一个与(b)类似的实施例中使用一个大缓冲器；和(d)在电缆前端切换。

本发明还说明了一种用于在数字顶置盒，HDTV，或个人计算机环境中在MPEG压缩数字信号之间无缝切换的改进方法和系统。尽管MPEG标准讨论了拼接点(splice point)的使用，但这种点难于嵌入到来自不同源的视频流中，而来自不同源的视频流是典型的有线电视环境。这是因为已经在分离的时间压缩的视频流可以具有不同的时钟，因而有不同的定时信息。通过对虚拟频道应用的编码处理的一些修改，可以使拼接增强。这种增强包括锁定多个频道编码器的时基，同步锁定视频源，时间同步编码处理的开始，和在GOP中的适当位置嵌入拼接点。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于准备在用户接收地点无缝切换的多个视频信号的方法，该方法包括步骤：

接收和同步锁定多个视频信号以建立时间同步的视频信号；

将所述多个视频信号发送到一个或更多的视频编码器中；

在多个视频信号中嵌入拼接点；

时间同步多个视频编码器，从而保证嵌入到视频信号中的拼接点在正确的帧数出现；和

以适当方式从视频信号形成一个数字节目流，使得在每个视频信号中建立时隙，以便能够以无缝方式从一个视频信号切换到另一个视频信号，该时隙代表切换时间和提供从一个视频信号到另一个视频信号的无缝切换时间，

并且该方法进一步包括把所述数字节目流存储在至少一个光盘上。

形成数字节目流的步骤最好包括以低于频道容量的位速率编码视频信号，以建立时隙。

本发明也扩展到一种用于准备在用户接收地点无缝切换的多个视频信号的编码系统，该系统包括：

至少一个视频同步锁定装置，用于接收和同步锁定多个视频信号，以建立时间同步的视频信号；

至少一个连接到视频同步锁定装置的视频编码器，用于把拼接点嵌入到多个视频信号中，和编码多个视频信号以形成一个数字节目流，其中视频编码器被时间同步；

其中编码数字视频信号以在每个视频信号中建立时隙，该时隙代表切换时间因而允许有从一个视频信号到另一个视频信号的无缝切换时间；和

用于准备用于存储在光盘上的数字节目流的装置。

例如，系统可以具有可操作地连接到光盘播放器的传输装置，用于把从光盘读出的多个数字节目流发送到一个从由有线电视、广播电视和直接广播卫星组成的组中选择的一个用户分配网。

下面通过举例方式，参考附图对本发明的实施例进行说明，附图中：

图1是一个交互式电视系统的方框图；

图2是在一双向传输构造中的交互式电视系统的方框图；

图3是一种完成视频信号间无缝切换的装置的方框图；

图4是一种完成视频信号间无缝切换的替代装置的方框图；

图5是显示一中心节目位置的方框图；

图6是显示视频节目流中视频拼接点和时隙的方框图；

图7是接收方框的方框图；

图8是替代音频帧的方框图；

图9是TV广播站切换台的方框图；

图10是说明无关节目切换的方框图；

图11是说明在多事件节目内切换的方框图；

图12是一个无缝画中画节目切换的实施例的方框图；

图13是说明在多交易／购物节目内切换的方框图；

图14是说明数字节目可定址嵌入广告的方框图；

图15是说明在服务器从一组信号到其它信号的无缝切换的方框图；

图16a和16b是一个替代双调谐器配置的方框图；

图17是一个替代双调谐器配置的方框图；

图18是一个用于在DVD上存储实况或预先录制的节目的实施例的方框图；和

图19是结合一个DVD播放器的接收站的方框图。

在上述交互式电视系统中，同时向多个观众提供多个不同的节目信息性消息信号。提供多个视频信号1。视频信号1可以是，例如，体育事件的各种实况和／或音频同步的摄像角度，或具有响应于用户选择而进行的内容和主持的竞赛表演。作为选择，视频信号1可以是如第4，847，700，3，947，972，4，602，279，4，264，925或4，264，924号美国专利中所述的适合于交互式对话的任何视频信号。存在着适用于交互式操作的各种类型的与时间和内容有关的视频信号。

在上述系统中，这些不同信号将通过独立的广播或有线频道发送到一个接收机，每个视频信号需要一个独立的6MHZ NTSC频道。在图1中所示的实施例中，视频信号1被导向模数(“A／D”)转换器2，模数转换器2把各种视频信号转换为用于发送的数字格式。A／D转换器2可以是适合于把模拟信号转换成数字格式的任何类型的模数转换器。不需要为每个视频信号1配备一个A／D转换器，但相当少的转换器，或甚至一个单一转换器能够数字化多个视频信号1。也可以把交互式视频节目以预数字化和／或预压缩格式输送到有线或其它分配网。

数字转换导致大量的数据。因此希望减少要发送的数据量，以允许通过一个单一传输频道发送更多的信号。例如，一个单一数字化NTSC视频帧代表350千字节以上的数据。因此，两个小时的标准视频是大约80千兆字节。由于在这种视频中有30帧／秒，因此数据传输速率是22兆字节／秒。最好是通过数字压缩来减少这么大量的数据。

因此，为了减少数据传送需求，在传输前最好压缩各种数字视频信号。可以用任何需要的压缩算法压缩视频信号。当前已知的两种最常用的压缩算法类型是“处理器集约(processor intensive)”和“存储器集约(memory intensive)”。

处理器集约方法通过在信息的逐帧传送中从处理中删除图像的未变化部分，和通过包括确定人类眼睛对一图像中给定运动的可感觉程度的算术计算的图像信息的其它操作来执行压缩。这种方法取决于传输点的高速处理能力。

存储器集约方法涉及把一个图像帧划分为数百个微小的像素块，其中给予每个像素块一个代表它颜色集和亮度变化的代码。把代码发送到接收机，该代码是一个远小于描述一给定图像块的全部信息的信息增量。在接收机，它从存储在接收机存储器中的像素块库中调用同样编码的像素块。

因此，在该方法中比特流代表了图像信息的极小部分。这种系统一般受到可以存储在接收机中的图像块的种类的限制，这直接与存储器容量和处理器能力有关。

可以用于本发明实施例的公知压缩技术的例子是JPEG，MPEG1和MPEG2。

数据压缩器3接收来自A／D转换器2的数字数据，并减小要发送的每个视频信号的数据。数据压缩器3可以是任何适当类型，例如，可以是用于通过上述已知技术压缩视频图像的现有数据压缩器。各种视频信号的压缩可以用少于每个视频信号一个压缩器的数据压缩器3完成。例如，在一个现有模拟NTSC系统中，一般每6MHZ频道发送一个视频信号。通过数字化视频信号，可以在一个频道中发送包含一个以上的视频信号的数据流。压缩数字化信号使得能够通过一个单一传输频道发送更多的视频信号。可以通过一个单一频道发送的信号数量一般与下面几项有关：a)要发送的视频信号的类型；b)使用的视频压缩方案；c)使用的处理器和存储器能力；和d)传输频道的带宽。

压缩技术利用了运动图像中一帧到一帧的变化极小的事实。编辑时删除帧之间的冗余部分，并且仅对变化部分进行编码，可以取得很高的压缩率。因此，一般包含大量高速运动的视频类型(例如在实况转播体育事件产生的视频信号)会具有最低的压缩率。另一方面，一般具有较低帧频和比实况体育事件较少帧至帧变化的电影，将取得较高的压缩率。当前公知压缩方案具有的压缩率是：对于卫星系统是从2∶1到10∶1，对于有线电视系统是从2∶1到5∶1，这取决于运动的激烈程度。

一旦将各种视频信号1数字化和压缩后，多路复用器4把各种视频信号组合成用于传输的减少数量的传输数据流。例如，如果有68个NTSC频道可用，并且每个频道能够发送4个数字化压缩慢速运动视频信号(例如，电影)，或2个数字化压缩高速视频信号(例如，体育)，那么应当以一种预定的方式分配各NTSC频道，以便可以同时发送最大数量的信号。

例如，对应于一个第一NTSC频道的广播频率可以包含一个独立的数字压缩的非交互式电影的数据流。在该频率上，数据流将包含代表大量电影的视频信号。但是，与交互式节目的那些视频信号不同，该视频信号在时间和内容上是无关的。对应于一个第二频道的频率可以包含一个交互式体育运动节目的数字数据流，该数据流是由两个最好是在时间和内容上有关的多路复用压缩高速视频信号组成的。对应于一个第三频道的频率可以包含一个由四个在时间和内容上有关的多路复用压缩视频信号组成的交互式电影的数字数据流。对应于一个第四频道的频率可以包含一个有关本地节目的模拟NTSC信号。因此，四个NTSC频道可以包含一个多路复用电影，一个交互式体育运动节目，一个交互式电影，和一个本地节目的频道。

多路复用器4接收输入的压缩数字化视频信号，并且以一种预定方式协同发射机5在希望的频道上多路复用希望的视频信号，并发送这些信号。在上述实施例中，通过NTSC频道传输，并且某些NTSC频道可能仅包含一个模拟或数字形式的视频信号或其它信号。

应当理解，可以根据需要选择视频频道符合的系统，并且不限于NTSC系统。但是，为了便于说明，在这里参考NTSC系统说明本发明。

如前面指出的，可以多路复用到一个单一传输频道上的一个数据流中的视频信号的数量是可变的。并且使用数据流的频道的数量也是可变的。发射机5经过传输介质6把传输数据流发送到具有接收机7的接收站11。发射机5，传输介质6，和接收机7可以是用于传送数字视频信号的任何适当的装置，包括广播电视，有线电视，直接广播卫星，光纤，或任何其它传输装置。

传输装置也可以是一个发射数字视频数据流的电话系统。因此，包含数个广播频道或带有有关视频信号的一个交互式节目的一个多路复用数据流可以通过一个单一电话线路直接发送到一个用户。数字传输装置也可以包括用于发射模拟信号的装置。

在一个实施例中，利用一个有线电视系统发送数字传输信号。接收机7接收各个NTSC频道，NTSC频道中的一些或全部包含多路复用的或非多路复用的数字视频信号。如在普通有线电视系统中那样，一个以上的频道将由发射机5发送，并由接收机7接收。但是，每个不同频道上可以具有一个包含数个数字化视频信号的数据流。因此，接收机7最好是协同一个信号选择器8操作，以选择一个用于重放的特定NTSC频道，然后从数据流的多路复用信号中选择一个特定视频信号，最后，如果需要的话，解压缩或扩展所压缩的视频信号，并通过监视器10重放。

操作一个多选择控制器9，以控制接收机7和信号选择器8，选择一个用于重放的特定视频信号。实际上，用户不需要知道使用中的每个频道的多信号。例如，如果使用了带有每频道4信号的68个频道，那么控制器9协同接收机7和信号选择器8可以被编程，以把这些频道作为频道12至72提供给用户。监视器10可以是，例如，一个电视接收机。信号选择器8最好包括一个去多路复用器，用于从当前接收机7正在接收的频道上的数据流中选择一个特定视频信号。信号选择器8还包括与压缩器3使用的压缩方案对应的必要的解压缩或扩展装置。

实际上，可以用一种压缩-多路复用方案在6MHZ有线电视信号上发送交互式体育运动事件节目，该压缩-多路复用方案允许通过一个单一NTSC频道(例如，频道34)发送两个体育运动视频信号(例如，A和B)。对于特殊交互式体育运动事件可能希望有四个视频信号(例如，A-D)。第一视频信号(信号A)可以包含比赛的标准广播信号；第二视频信号(信号B)可以包含比赛动作的特写镜头；第三视频信号(信号C)可以包含比赛的最精彩场面的连续更新的重放；第四视频信号(信号D)可以包含统计信息。例如，可以如下多路复用这四个视频信号(A-D)：把视频信号A和B多路复用到有线频道34上发送的数据流中；把视频信号C和D多路复用到有线频道35上发送的数据流中。作为选择，可以把所有四个视频信号(A-D)多路复用到一个频道上携带的一个数据流中。但是，可以通过控制器9或信号选择器8映射这四个信号，以便作为独立频道显示对用户播放，这将在观众在多选择控制器上进行选择时，在这四个视频信号之间产生无缝切换。这种交互式节目的每个视频信号可以包括一个标记，例如，该标记是“满屏动作-按A；特写动作-按B；重放-按C；统计-按D”。

如果对于一个交互式节目需要有比可映射到一个单一频道上的一个数据流的更多的信号时，可以将协同接收机7的信号选择器8进行编程，以在各种视频信号1以及各广播频道之间切换，提供交互性的必要等级。但是，最好把与一特定交互式节目相关的所有各种视频信号都多路复用到一个单一的频道。

此外，信号选择器8可以存储有关当前和以前用户响应的信息。例如，可以把观众的个人档案(personal profile)或观众的以前的响应图形存储在存储器中。这种信息可以与在视频信号内发送的命令一同使用，例如，像第4，602，279号美国专利中所讨论的那样。存储的个人档案信息和接收的命令可以用于在数据流和视频信号之间交互地切换，而无需来自用户的任何额外响应。

如果希望的话，可以通过一个单一的电话线路发送多路复用的交互式节目。在本实施例中，多选择控制器9被编程以在单一电话线路上的各种信号之间切换。如果希望有附加的频道，那么使用下面将说明的双向构造。

可以在一个教育实施例中使用本发明的实施例。例如，可以把信息存储在每个数据流上的多个可重放信息段中，每个信息段包括一个完整的消息，该完整消息可由接收机直接响应信号选择器8对应于用户在多选择控制器9上的选择进行的视频信号选择而重放。各数据流中的每个信息段包含与多选择响应相关的询问消息，响应消息，信息性消息，或它们的组合。

各数据流中的各个信息段最好是实时和内容有关的，从而当显示视频信号并且用户对包含在视频信号中的各种询问作出回答时，能够产生交互式对话。在用户用一多选择响应回答一特定询问时，信号选择器8将与该特定选择相关的视频信号中的信息显示出来。各种询问，响应消息和信息性消息一般可以包含在各视频信号中的任何一个，多个，或全部中。

包含每广播频道多视频信号的数据流的使用，可以用于许多类型的交互式节目，例如，在上述美国专利中描述的交互式节目。也可以开发其它的交互式节目。

可以替代地提供一种不需要传输装置的独立系统。在本实施例中，构成交互式节目的数字化视频信号存储在诸如视频磁带、视频盘、存储器(例如，RAM，ROM，EPROM，等)之类的本地存储装置中，或存储在计算机中。最好把数字视频信号多路复用到像NTSC信号这样的一个标准格式信号上。可以把特定的存储装置连接到图3至5中公开并且将在下面说明的任何交互盒(interactive box)。然后可以把交互盒连接到电视接收机。作为选择，可以在一个板卡上实现图3至5中的电路，并插入到标准个人计算机(PC)中。由于标准PC的处理器执行图3至5中所示的处理器108的功能，因此这种构造不需要交互板卡上的独立处理器。

如图2中所示，交互式电视系统可以操作在一种双向构造中。在这种模式下，如前面所述的那样处理各种视频信号1，用A／D转换器2数字化，并且用视频压缩器3压缩。然后把信号路由到一个中央交换台14。在本实施例中，各视频信号之间的切换是在前端而不是在接收机完成的。多选择控制单元9，它可以是一个无线控制器，通过一个中继方框17把用户的多选择选定转接回到位于远端的交换台14。可以用诸如双向有线电视、电话、或FM传输之类的任何现有装置通过中继方框17把多选择选定转接到交换台。交换台14接收用户的多选择选定，并把希望的信号传送到发射机5，发射机5将希望的视频信号通过适当的有线频道发送到特定用户。如果希望，发射机5也在不是用于交互式节目的有线电视频道上传送节目。作为选择，交换台14可以包括上述多路复用设备，因而在一个单一电视频道上操作多个交互或非交互节目。

例如，如果希望实现上述的交互式足球比赛节目，可以将一个单一NTSC有线频道分配给该节目。但是，此刻视频信号必须存在于发射端。响应来自控制器9的信号，中继方框17把一个信号发送到有线TV交换台，有线TV交换台把希望的视频信号路由到请求的观众。这样的系统需要非常快速的交换设备，但可以用数字成像法实现。

作为选择，可以通过一个单一电话线路发送交互式体育运动事件。当用户输入了控制器9上的选择时，信号经过电话线路传送到中央交换台，中央交换台通过用户的电话线路路由希望的交互式节目的信号，从而一个单一链路能够处理在接收机作出的交互式选择和从前端发送该得自多个选择的选择，在该前端响应在接收机作出的交互式选择进行了实际切换。

用户与交换台之间的双向链路可以用于其它目的。例如，可以把人数统计数据从用户传送到广播网，用于商业目的，例如定向广告，记账，给竞赛获胜者传送用于领取奖品的获胜号码，或其它商业或非商业目的。

在帧到帧内容包括许多像素内容上的变化时(例如在快速运动或场景变化期间)，压缩系统一般效率较低。可以有利地对系统进行编程，以减轻解压缩程序的处理负担。当按动控制器9上的键以选择一个希望的信号时，如果希望的话，可以实现一个轻微的不可察觉的延迟。该延迟使解压缩或扩展算法能有一个短的时间周期适应于从一个视频信号到另一个视频信号的快速变化，这种变化通常会造成算法效率的降低，使视频闪烁出现在屏幕显示上。

图3，4，7，16和17示出了能够实现相同频道或不同频道上数字视频信号之间的无缝无闪烁透明切换的接收站的实施例。所示的接收站可以连接到任何传输介质，或只是连接到数字化多路复用交互式节目的任何独立存储装置的输出端。例如，如图1中所示，接收站可以结合在一个交互式节目框11中，交互式节目框11连接到一个电视或其它显示监视器，并且包括接收机7和信号选择器8。作为选择，可以把接收机7，信号选择器8和监视器所需的功能组合在一个个人计算机中。例如，为了提供这种功能，可以把RF解调器板，数字去多路复用器，解压缩器，帧缓冲器，和同步组件添加到个人计算机中。如图3，4，7，16和17中所示，可以把这些项目，和任何其它组件连接到PC处理器和存储元件。在这种情况下，用户可以通过计算机键盘进行选择。

如下面将要说明的，图3示出了一个具有一单一模拟帧缓冲器的接收站11的实施例，而图4示出了一个带有成对的RF解调器，纠错器，和去多路复用器，和／或一对数字视频缓冲器的配置。

图3中所示实施例提供了在两个或更多的独立数字视频信号之间的无缝视频切换，并且包括一个连接到一个RF解调器102和一个去多路复用器106的微处理器108。微处理器108指导适当频道和数据流的解调和去多路复用，以获得正确的视频信号。适当频道是通过检查来自用户接口130和／或来自存储在存储器120中的任何其它信息或标准(例如，个人档案信息)的用户输入而确定的。例如，存储器，它最好是RAM／ROM 120，可以存储提供在视频信号内的命令，如第4，602，279号美国专利中所述。用户接口130可以是一个从多选择控制单元9接收信息的红外线、无线或有线接收机。

RF解调器102是接收机7的一部分，并且在微处理器108的指导下解调来自广播频道的数据。在解调了数据流之后，数据流通过一个前向纠错电路104进入数字去多路复用器106。微处理器108控制去多路复用器106，以便从位于数据流中的大量视频、音频和数据信号中提供特定视频、音频和数据信号，并把特定信号导向系统内使用的适当的装置。为了从一个视频流无缝地拼接到其它视频流，最好是在数字压缩域中执行切换，因而消除了同时解码两个视频、音频和数据流的需要。

当把压缩的数字视频信号输送到视频解码功能设备时，首先将其存储在一个缓冲器160中，直到缓冲存储了保证视频流的连续重放的足够信息。由于视频信息的压缩特性，一个相对小的缓冲器160可以保持相当数量的视频信息(平均5到6帧)。这意味着从压缩视频接收时间到它解压缩并播放的时间之间有显著延迟。因此，在顶置盒中切换的优选方法应当是在连续向监视器播出旧视频的同时在进入视频缓冲器的途中选择新视频。由于已经通过产生语法正确的可分割MPEG片段建立了输入流，所以该方法可以容易地完成。通过这种方法接收机中不需要有额外的硬件。视频总是以没有重复或丢失帧的单一视频流出现在观众眼前。

MPEG允许在接收站11通过利用一个称为PCR(节目时钟参考(Program Clock Reference))的数据字段重新建立视频时钟。这对于保证解码器能够以视频输入时相同的速率播放解码的视频从而避免丢失或重复帧是必要的。MPEG流中的附加嵌入信息包括PTS(演示时间标记(presentation time stamp))，和DTS(显示时间标记，DisplayTime Stamp)。这些信号可以用于保持与音频的声像吻合，也可用于通知接收机何时把视频和音频提供到显示器。

图4示出了提供独立视频信号之间无缝切换的接收站11的一种双调谐器替代实施例。在这个实施例中，微处理器108控制由RF解调器102A和102B解调的RF频道的选择。解调的数据流进入前向纠错器104A，104B。在前向纠错器的输出端，数据流被发送到数字去多路复用器106A和106B的输入端。

如同RF解调器102A和102B一样，数字去多路复用器106A和106B受微处理器108的控制。这种构造使微处理器108能够独立地选择在不同频道和数据流上的两个不同的独立的时间多路复用视频信号。如果一个交互式节目的所有视频信号都包含在一个单一频道或数据流上，那么仅需要串联连接的一个单一RF解调器、前向纠错器和数字去多路复用器，并且输入到两个数字视频缓冲器中。

从数字去多路复用器106A和106B提供两个数据流。去多路复用器的输出包含多种视频、音频和数据，这些视频、音频和数据现在在微处理器108的控制下可以被导向适当的装置。以这种方式，不再需要使所有信息都包含在一个RF频道中。而是可以在RF频谱中的不同频率上发现信息，并且仍然可以在数据流之间拼接。通过在两个去多路复用器的输出端设置一个简单的数字开关，可以避免双重设置整个解码链。但是，应当指出，这仅是一种节省造价的措施，并且还是要双重设置解码链的其它部分。

一个标准MPEG流包含不同类型的编码帧。有I帧(帧间编码)(intercoded)，P帧(预测的)，和B帧(双向预测的)。一个标准MPEG结构叫作GOP(图像组group of pictures)。GOP经常以I帧开始，并且可以以P或B帧结束。每个GOP一般只有一个I帧，但是有许多P和B帧。尽管不必有任何I帧，但有许多原因它们是有用的。

以B帧结束的GOP被认为是开放的。以P帧结束的GOP认为是封闭的。说明的实施例中优选使用封闭GOP，以保证不存在指向当前GOP外部的帧的运动矢量。

MPEG也在编码期间将视频帧从它们的原始显示次序重新排序，以便更有效地对视频帧进行编码。为了适当地显现视频帧，在解码器中必须取消重新排序。帧排序    1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20帧类型    I  B  B  P  B  B  P  B  B   P   I   B   B   P   B   B   P   B   B   P典型的帧重排序  1  4  2  3  7  5  6  10  8  9  11  14  12  13  17  15  16  20  18  19传输顺序帧类型  I  P  B  B  P  B  B  P   B  B  I   P   B   B   P   B   B   P   B    B

           GOP1                                     GOP2

拼接发生在GOP2的I帧之前的GOP1的终点的B帧的结尾处。应当着重指出，通过适当的控制，编码器可以用可变GOP长度编码，并且精确地排列拼接帧，以取得希望的交互效果。如果内容是不相关的，那么编码器可以在每个GOP结尾处拼接，以便允许有多种切换机会。由于GOP在一个P帧结束，因而产生了一个封闭GOP。

应当清楚，上述的接收单元执行无缝切换。但是，在接收单元的无缝视频切换可以通过改进编码处理而加强。

如上所述，在数字视频信号之间需要无缝切换，无论它们代表独立的电视节目还是一个交互式节目内的不同的有关信号。无缝切换定义为不会产生可见的非自然信号的视频流切换。编码处理的效果是要简化和增强无缝切换处理。

如图5中所示，可以在一个中心位置执行编码处理。如图5中所示，显示了多个视频信号300，它们可以包括实况或预先录制的视频流。视频信号可以从用于实况视频转播的摄像机、视频服务器、视频磁带机，DVD、卫星输入等始发。视频信号可以是MPEG格式，HDTV，PAL，等等。多个音频信号308可以从CD，磁带，话筒等等始发。

从图5中的一个数据代码计算机316发出的数据代码是用于交互处理的交互式命令，它们可能被上述的顶置盒转换器使用。数据代码最好是一种在编码计算机316中始发的交互式脚本编制言语的一部分，例如ACTV脚本编制语言。也把数据代码向前输送到编码器312。这些数据代码有助于在接收单元的多交互式节目选项。在本实施例中，提供了一个数据频道，以便能够进行一个第一视频流与一个第二视频流之间的同步切换。这个数据频道包括将不同节目要素和不同视频信号上的信息片段链接在一起的代码。

在视频同步锁定装置304中同步锁定多个视频信号300，因而使其时间同步化。将时间同步化的视频信号传送到视频和音频编码器312中。在这个优选实施例中，在电缆前端需要兼容编码器312，以便与远端的数字接收单元一同工作。最好是通过在该前端把命令同步化于一个特定视频帧和一个特定音频帧，以便于交互式应用。可以在MPEG-2，4或7规范的语法内达到这种同步水平。

为了便利在接收地点的无缝切换，视频编码器312最好是时间同步的。这种同步化的开始对于保证已经放置在视频内容中的拼接点在正确的帧数发生是必要的。尽管并不是所有节目类型都需要获得这样的精度水平，但它可以用这种方式取得。这给内容的制造者提供了在图像组(GOP)的解析度内计划在帧边界上发生视频切换的能力。SMPTE时间码或垂直时间码(VTC)信息可以用于同步化编码器312。此外，通过利用可变长度GOP可以将一个拼接精确地设置在任何帧。当一旦接收到来自诸如ACTV命令代码计算机316之类的外部控制装置的命令，可以指导编码器312在一个帧数嵌入一个拼接。在该前端进行编码器修改，保证了在顶置转换器更有效的无缝切换。

如图5中所示，多个视频信号300，数据代码316和音频信号308被输入到编码器312中。在一个实施例中，四个视频频道被输入到编码器312中。但是，根据要传送的内容，可以输入更多或更少的视频流。在当前环境下，视频数量的实际限度取决于图像质量。但是，可以包含在一个单一频道中的视频和音频数量最终是没有限度的。另外，通过使用一个利用双调谐器实现的替代实施例可以消除所有当前限制。

编码器312最好使用标准MPEG-2压缩格式。但是，也可以利用MPEG-4和MPEG-7，以及wavletts和fractles之类的其它压缩格式进行压缩。这些技术与数字视频系统的现有ATSC和DVB标准兼容。但是为了便利在顶置盒的优选无缝切换，对MPEG流进行了某些修改。下面参考图6中所示的视频帧结构332说明对编码方案所作的修改。

在远端接收地点的切换将在视频拼接点336发生。通过提供拼接点可以便利节目切换。节目流内的拼接点是经过自适应实况数据识别的。根据用户输入，存储在顶置转换器或前端存储器中的个人档案信息，和来自节目源的命令在这些点发生节目切换。

根据视频拼接点336的产生，视频编码器把拼接点嵌入每个图像组(GOP)，如图6中所示。根据MPEG方案内设定的参数，一个GOP一般包括一个I帧和一系列P和B帧。最好将GOP编码为“封闭”GOP结构，这意味着GOP终止在一个P帧。因此，不存在指向下一个GOP的运动矢量。如果，运动矢量从一个GOP跨越到下一个GOP，那么将产生在切换屏幕时可见的非自然信号。因此，封闭GOP结构对于遵从MPEG语法和保证拼接执行后不出现可见非自然信号是必要的。

GOP长度是可编程的，并且可以在1到无限视频帧范围内。但是，GOP优选包括10-15视频帧。参考图6，示出了四个视频信号。希望进行从任何一个视频信号到任何其它视频信号的无缝切换。

如图6中所示，无缝视频切换发生在一个GOP视频帧边界。对于预先录制的材料，需要为切换点识别拼接点。对于要求“自由”频道选择的节目(例如，体育节目)，将所有GOP边界编码为分割点。尽管切换必须表现为无缝的，但它无须立即发生。例如，一个命令或键输入需要一段有限时间进行处理。因此，可以将一视频切换最多延迟1．5 GOP。

如图6中所示，拼接利用了通过数字频道传输期间的MPEG数据的非实时特性来建立时隙340，在这个时隙340中，可以将解码器从解码一个视频流切换到解码其它视频流。因此，图6中所示时隙340代表切换时间。关键在于要在下一个GOP的第一分组通过频道之前完成最复杂的视频并通过频道。通过以比频道容量低的位速率编码，在GOP的终点产生一些额外时间，以便切换。用这种方式，合并两个MPEG流，以建立一个单一的语法正确的MPEG数据流。如图5中所示，可以利用任何压缩方案在编码器312建立这些时隙。

最好是利用AC3格式编码音频信号。但是，本发明包括任何适当的音频编码方案。

在图5中，在编码器312中数字化和组合所有各种视频、音频和数据信号。最好是以DS3，数字高速扩展接口(DHEI)或任何其它格式输出压缩并编码的信号。数据类型并不重要，它只不过是数据。然后，编码处理以目标频道的适当位速率输出数字数据流。

调制器320可以利用多种不同可能的调制方案中的一种。最好是选择64-QAM作为调制方案。如果这样，在调制器320输出端的数据率大约为29．26 Mbps(兆字节秒)。但是，可以使用以下的具有各自的近似数据率的调制方案，或任何其它适当的调制方案(例如，FSK，n-PSK，等等)。

调制方案       数据率

64-QAM         29．96Mbps

256-QAM        40Mbps

8 VSB          19．3Mbps

64 QAM PAL     42Mbps

256 QAM PAL    56Mbps

然后，在一个现有的组合器中组合独立的NTSC频道，最好是使用频率调制。因此，如下面将讨论的，在顶置转换器可以发生在一个NTSC频道内的从一个信号至另一个信号的，或从一个NTSC频道到另一个NTSC频道的无缝切换。

总之，如下面定义的，通过时间同步化信号，时间锁定编码器，和对GOP的每个数字视频流建立时隙340(代表编码速率与频道容量之间的差)，在编码器312便利了在解码器的无缝切换。

在编码，调制和多路复用之后，信号可以经过卫星、无线、陆线、广播，或任何适当的传输系统发送到接收地点。在本优选实施例中，信号是经过电缆或其它传输介质分配到远端地点的。

图7示出了一个接收单元342的实施例，在接收单元342经过一调谐机构344接收信号。调谐器344可以是一个宽带调谐器，在卫星分配的情况下，可以是一个用于标准MPEG信号的窄带调谐器，或用于在不同频道中的不同信号之间无缝切换的两个或更多的调谐器，如下面将说明的。在MPEG信号的情况下，调谐器344调谐到由主处理器306命令指出的特定NTSC频道。主处理器360最好是一个Motorola68331处理器，但也可以是包括PowerPC，Intel Pentium等在内的任何适当处理器。

然后将信号向前输送到解调器364。解调器364解调组合的信号，去除FEC，并把数字信号向前输送到视频和音频解码器372。在数字解码器372，分离并解压缩信号。解码器372分离出节目标识号(PID)，并把这些PID路由到适当的解码器，无论是视频，数据，音频还是图形的。音频最好传送到杜比数字处理IC 380。然后，解码所选定的视频和音频信号，如下面将说明的，并把视频输送到视频数模(D／A)转换器388，D／A转换器388准备用于显示的选定视频信号。

锁相环(PLL)恢复编码时钟，编码时钟在MPEG适应字段的PCR部分中编码。ROM最好保存接收单元342的操作系统，并且用快速擦写ROM作后备，以供可下载代码使用。此外，还有连接到解码器372，380和图形芯片376的存储器件，它们用于存储，例如，图形覆盖。另外，各家庭用户的档案数据可以存储在RAM／ROM，或快速擦写ROM之类的非易失性存储器中。

提供了一个反向频道(backchannel)编码器和调制器368，用于把数据送回到前端。这种数据可以包括个人档案信息，交互选择，用于定向广告目的的人数统计，竞赛表演计分，等等。

此外，接收单元342允许把新软件应用程序下载到接收单元。这些应用程序可以控制接收单元，和在硬件限度内重新定义各单元的功能。这种控制可以十分广泛，包括前面板显示，屏幕显示，所有输入和输出端口，MPEG解码器，RF调谐器，图形芯片和IR遥控功能的映射的控制。

最好把包括提供多种摄像机角度，个体化广告等的交互式节目技术作为一种接收单元342内的软件应用程序来实现。这种技术最好是存储在接收单元的存储器352中。但是，交互技术可以替代地存储在任何类型的存储器件中，包括RAM，EPROM，PROM，等等。这样，软件应当具有对器件的硬件元件的存取和控制。最好在接收单元342中不需要有额外的硬件来充分利用交互节目技术，而取得上述性能。

接收单元342可以使用任何类型的控制装置348。控制装置348最好是遥控操作的，并且可以是具有四个或更多选择按钮和结合它们的相关IR代码的红外线(IR)装置。

下面说明在接收单元342的无缝视频切换。图7中所示接收单元342最好能够实时MPEG-2，MPEG-4或MPEG-7解码。接收单元342监视从节目源发射的用户交互作用和信息，并适时地无缝切换视频和音频流。

根据观众的响应和请求，接收单元在反映观众早先响应的视频，图形和音频节目序列之间自动无缝地切换。交互技术允许高层的交互性，而不需要顶置单元342发送任何返回节目源的信息。

在图7中所示的视频解码器372中，从MPEG流分离出标题数据。然后，根据来自主处理器360的命令选择特定视频。把相关的音频输送到音频解码器部分380。把选定的视频缓冲存储在一个标准视频缓冲器中，然后输出用于解码。MPEG标准定义了缓冲器的物理容量。在解码的最初开始必须有足够的时间能够用I-帧和其它数据填满缓冲器。

在缓冲之后，所选定视频通过MPEG解码处理的各个步骤，MPEG解码处理最好是利用可变长度解码(VLD)。可变长度解码一般转换游程长度编码的数据流，并把它转换成其更长的比特流格式。将比特流解码为它的组成部分，即，移动矢量，dct系数，等等，从而可以再建视频。接下来，利用一个反向离散码变换DCT滤波器，把数据流转换为频域信息。如果帧是帧间编码的，那么产生像素数据并存储在缓冲器中。

参考图7，说明从一个MPEG视频流至另一个的无缝切换。切换将在视频拼接点发生，如图6中所示。当图7中的去多路复用器／解码器372发现拼接点时，它切换到被发送到缓冲器的选定视频信号。因此，在切换之前，第一视频信号帧仍然被缓冲存储。把下一个信号PID从主处理器360装载到解码器372中。为了完成对四个视频流中的一个的切换，图7中所示的视频解码器372必须识别新视频流的PID号。此外，最好是每个输入视频和音频流应当有其自己的PID，以便便利独立的视频和音频流之间的无缝切换，所述PID对于存储在顶置转换器342的存储器中的交互式应用程序是已知的。然后，必须调用执行切换的例程。可以根据用户选择，或通过交互控制码，或通过二者，装载标识下一个选定视频信号的下一个PID。一旦装载了下一个PID，解码器372开始寻找选定的视频流，并且由于在视频数据流中建立的时隙340，解码器372将总是发现下一个视频的标题信息。一旦解码器372看到第一视频的拼接点指示符，并且解码器372识别出第二视频信号时，随第一视频信号的连续播出，第二压缩视频信号开始装载到缓冲器中。根据用户选择或根据一个交互控制代码，选择新视频信号。

把拼接点计数器和一个拼接点标志放置在MPEG视频流的适应字段中。拼接点计数器指示拼接点之前的视频分组数。拼接点标志指示拼接计数存在于视频流中。一旦解码器372确定了拼接点，它可以开始缓冲下一个视频流，并且仿佛它是一个MPEG流一样，连续解压缩信号。

如同视频流一样，最好每次服务存在四个AC-3音频流，每个用一个唯一的PID标识。PID号是从交互式服务调用的诸如SI，PG和PM之类的MPEG-2传输表获得的。选择这些PID中的一个作为默认音频频道，并且是在获取一次服务时选择。剩余的三个频道是任选的，并且是根据控制消息和／或用户输入由控制程序选择的。尽管音频频道一般同相关的视频频道一起切换，但它们也可以独立地切换。

切换最好是发生在帧边界，如图8的四个音频流的数字帧代表392中所示。当从一个频道切换到另一个时，可能丢失一帧(在本例中是帧5)，音频从新频道的帧6恢复。音频解码器380能够通过在编码312提供音频拼接点的嵌入进行音频切换，如图5中所示。编码器312最好在当前音频帧的适应字段的拼接倒数间隙(splice countdown slot)中嵌入一个适当值。

当音频解码器380检测到这个拼接点时，解码器380可以切换音频频道。尽管音频拼接不是无缝的，但切换对于用户是几乎不可察觉的。

因为在本数字实施例中数据命令是时间敏感的，它们经过一个命令数据PID(分组标识)从前端送出。在编码器端必须使命令与视频GOP同步。为了完成同步化，图5中所示数据代码计算机316把各个命令作为一个完整的分组发送。每个命令可能由最少两个字节组成。因此，分组发生器用代码FF(十六进制)字节填充分组的其余部分。当整个分组发送到编码器312时，编码器312将在其最早可能时发送它。如果只有部分分组发送到编码器312，编码器312在后续命令填满分组的其余部分之前并不发送命令。

如(1)ACTV编码语言，教育命令集，第1．1版，和(2)ACTV编码语言，娱乐命令扩充，第2．0版中指出的，命令是通过把两至六字节的长命令串在一起形成的。命令数据被提供到编码器的ISO接口，并填充分组，以保证适时地发送命令数据。

最好把控制程序存储在RAM 352中。处理器360接收来自控制程序的指令。此外，处理器360在进行切换决策时使用用户响应之类的键输入，个人档案信息，以及控制消息等。

控制程序最好是以接收的交互命令消息确定的五种模式操作。这五种模式如下：

·根据用户输入切换音频和／或视频

·根据用户输入和存储的数据切换音频

·根据用户输入和存储的数据切换音频和／或视频

·根据控制消息切换音频和／或视频

·根据控制消息和存储的以前的输入切换音频和／或视频。

程序可以同时使用多个模式。

上述第一种模式，切换音频和视频频道，是最简单的操作模式。微处理器360命令控制程序接收四个遥控输入键码中的一个，并且切换到相应的音频／视频频道。程序在当前GOP的终点的视频帧边界上执行切换。一旦显示了新频道，控制程序能够用从来自前端的数据流中接收的或本地存储的新文本和／或图形消息来更新屏幕显示。

上述第二种模式，显示一个视频频道和切换音频频道，连续地显示一个单一的视频频道。当接收到遥控输入键码时，继续显示视频频道，但在适当的音频帧边界上切换音频频道。如上所述，适当音频帧边界是通过检查适应字段中的拼接点计数器值确定的。将用户所做的选择存储在一个RAM寄存器中。每当用户进行一个选择，控制程序查看键码和以前存储的选择，以确定下一个音频频道。

上述第三种模式，根据用户和以前的选择切换音频／视频频道，显示一个最初的音频／视频频道。当接收到控制消息流的命令时，在屏幕显示上显示文本。然后，控制程序等待用户的输入。当接收到用户输入时，把它与以前的用户选择一同存储在一个RAM寄存器中。控制程序检查该寄存器，然后根据存储的逻辑，确定要显示的下一个音频／视频频道。

上述第四种模式，根据控制消息切换音频／视频频道，也是显示一个最初的音频／视频频道。然后，控制程序等待来自控制消息流的控制输入。当接收到控制消息输入时，把它与以前的用户和控制消息选择存储在一个RAM寄存器中。然后，控制程序检查该寄存器，以确定要显示的下一个音频／视频频道。

现在说明前面参考图1至8说明的数字实施例和下面要参考图16和17说明的双调谐器实施例的几种应用。参考图9至14说明这些应用。

图9示出了一个TV广播站的交换台412，如图9中指出的，从一个信号到另一个信号的无缝切换是在TV广播控制中心进行的，并且向前传送到用户数字接收地点408。在前端396，根据前面所述的任何一种方法把几个数字节目组合在一起。

广播站一旦接收到节目，将信号提供到一个数字流选择器400。选择器包括上述执行无缝切换的任何一个替代实施例(图1-4，7，15-17)中的元件，只是这个单元实际上没有位于远端地点。该单元以上述的相同方式工作。在图9中所示实施例中，无论数字流选择器400是在集中在某个频率的一个频道上的一个数据流中的多路复用信号中，或在不同数据流中的信号之间，还是从一个接收信号到本地嵌入的广告中选择，所有这些切换都是无缝的。可以使选择成为站特性、远端用户选择和／或个人档案信息(经过反向频道发送到TV站)、或定向广告的函数。

一旦进行了选择，通过任何需要的装置404把节目信号发送到远端地点408，用于显示。

图10示出了用于无关节目之间切换的无关节目切换403。也就是说，从一个TV频道到下一个TV频道的简单切换。当前，在数字环境下不能实现无闪烁的从一个信号到另一个信号的切换。

利用本发明，观众可以从一个节目切换到另一个节目，无论是有关的还是无关的，并且过渡将是无缝的。也就是说，从一个节目到另一个节目的切换中不存在可见的非自然信号。

如果节目在一个MPEG流中压缩并多路复用，那么这里所述的任何一个实施例都能够进行无缝切换。如果节目是在各分离的NTSC频道中，那么可以使用一个数字“双调谐器”实施例(图4，16和17)，以供频移使用。

图10中示出了用于无关节目切换的系统430的高层部件。最好在视频编码器底盘416用MPEG流把无关节目压缩和多路复用到一个使用一个NTSC频道的数据流。无关节目可以组合成一个MPEG流，或可以导入不同的NTSC频道。例如，节目可以包括体育，新闻，情景喜剧和儿童节目。在一个调制器／上变频器420调制这些节目，并通过前面所述的任何适当的传输装置429发送。

终端用户可以在数字监视器／调谐器，个人计算机或通过一个连接到一个模拟电视接收机的外部转换器428观看数字节目，在使用外部转换器的场合，无缝切换在转换器上进行。这些各种组件的任何一个都能使用户根据其喜好在各频道间“冲浪”。接收单元也可以是图1-4，7，15-17中说明的替代实施例中选择的任何一种。

图11中示出了多事件节目450内的无缝切换。在这个应用中，系统450允许用户在一个单一的节目内的各独立事件之间切换。例如，奥林匹克广播可以同时包括对应于不同事件的几个节目，例如，滑雪，速度滑冰，花样滑冰，滑雪跳跃，等等。最好在视频编码器底盘434把这些独立事件节目压缩并多路复用到一个MPEG数字流中，通过调制器／上变频器438，并经过传输装置442作为一个单一NTSC信号发送。但是，这些事件节目也可以在广播中心编码到各独立的NTSC频道中。

在调制和后续的传输之后，在远端地点446接收这些节目。远端地点446包括一个接收单元，该接收单元包含一个数字监视器／调谐器，一个个人计算机，或一个连接到一监视器的外部数字转换器。用户可以经过遥控装置在不同的节目事件之间进行选择。当用户希望切换到另一个事件节目时，可以通过上述任何一种方法和系统(图1-4，7，15-17)无缝地进行切换。

图12中示出了无缝画中画节目切换470，并提供了使用“画中画”在无关或有关节目之间的切换。无论用户是在小帧显示的节目还是在大帧显示的节目之间切换，所有的切换都是无缝的。

在两种显示窗口的任何一种中，观众都可以从一个节目切换到另一个节目。也就是说，在从一个节目切换到另一个节目时不存在可见的非自然信号。

图12中示出了用于画中画节目切换470的系统的高层部件。最好在视频解码器底盘454上把四到七个节目压缩并多路复用到一个MPEG流成为一个NTSC频道上的一个数据流。在视频解码器底盘454上将其它节目组合成其它MPEG流。例如，节目可以包括体育，新闻，情景喜剧或儿童节目。如前面说明的那样，调制这些节目并通过任何适当的传输装置462发送。

终端用户可以在数字监视器／调谐器，个人计算机或通过连接到一个模拟电视接收机的一个外部转换器466观看数字节目，在使用外部转换器的场合，无缝切换在转换器上进行。图12中所示实施例和流程使用户可以调用画中画特征，并且在一单一MPEG流内的不同节目之间无缝切换。如果希望从一个MPEG多路复用流切换到另一个，那么转换器，PC或数字监视器／调谐器466将需要使用一个多调谐器／解码器，图4，16和17中示出了它的实例。

在多交易／购物节目494内的切换涉及一个带有返回路径的基于交易的系统，并在图13指出。如前面说明的其它实施例一样，视频编码器474压缩和多路复用几个不同节目到一个或多个NTSC频道，用于向远端地点发送。

最好把几个不同类型的购物节目压缩和多路复用到一个单一NTSC频道上。例如，各独立的节目可以分别指向服装，珠宝，家用物品，等等。如果需要有比一个单一NTSC频道所能容纳的更多的节目，那么可以利用一个以上的NTSC频道。

如图13中所示，通过任何适当的传输装置482把节目发送到终端用户接收单元486。在接收单元486，用户可以无缝地在不同的产品种类之间切换。作为选择，接收单元486可以根据个人档案或人数统计信息切换到特定的产品节目。以这种方式，仅将那些最接近或适合于一个特定个人兴趣和要求的产品呈现给用户。这种数据可以存储在接收单元486或前端的存储器中。

如果用户决定购买或要接收有关一个产品的附加信息，那么可以使用图10中所示的返回频道490把这种要求发送回中心位置。

图14示出了一种数字节目嵌入--提供数字节目嵌入的可寻址广告应用526。在节目中的某些预定时间，将向观众显示特定的广告。最好根据个人档案信息或人数统计信息把这些广告有针对性地提供给特定观众。在下面的几段中说明这种定向广告。

在中心位置，把多个广告嵌入节目流中。中心位置最好使用一种混合式数字嵌入系统把广告嵌入到节目中。如 CableLabs CableAdvertising White Paper中提出的，混合式数字设备用计算机，盘驱动器和解码器卡代替模拟系统的磁带机。广告内容506可以从多种可能的来源中的任何一个始发，多种来源包括，但不限于，服务器，磁带机，卫星馈送。为了存储，最好用MPEG1，MPEG1．5，MPEG2或一种适当的方法在一脱机处理中数字编码和压缩嵌入广告。可以通过网络或盘或磁带进行从编码器到服务器和重放系统的分配工作。

在编码后，把各嵌入广告分配到服务器存储，直到需要重放。最好能够把一个嵌入广告从服务器直接播放到一个解码卡，以便转换回到模拟形式。把嵌入广告转换成模拟形式，然后以现有方式通过嵌入交换台发送。然后可以把输出视频和音频向前输送到图5中的中心地点构造中所示的音频和视频编码器，此后，像前面参考图5说明的那样对各嵌入广告进行数字编码和压缩。

尽管不如数字广告嵌入那么有效，但把广告切换到节目中实际上也可以用基于模拟或磁带系统的已知广告嵌入系统完成。

将广告置于节目流中并在节目流中显示是用信令和可寻址命令嵌入498控制的。个人化的广告可以通过为特定观众编址特定广告而实现。例如，某汽车公司要个人化其商业活动以最好地满足观众的需要和要求。如果知道一个特定用户是男性并喜爱户外活动，那么节目制作人可以想要显示对应于汽车公司的运动用车辆的广告，而不是小的经济型汽车。可以根据存储在远端用户单元中的，或经过提供者前端中的顶置控制器编址到终端用户装置的数据流中的数据，将广告传送到终端用户。

最好如前面所述的那样，把几个广告选择编码。由于在编码器510同步锁定和时间同步化了广告嵌入视频(advertising spot video)，因而从主节目到一个广告的切换将无缝地出现在观众面前。

与在远端接收单元从一个单一数字信号切换到另一个单一数字信号相反，提供了从一组信号到另一组信号的无缝过渡。该过渡应当这样发生，使得输出的比特流是连续的并且是MPEG语法正确的。适当的切换保证了任何标准MPEG解码器像播放一个没有错误的数据流一样地播放产生的比特流。

图15中示出了执行这种切换的系统530。图15的各部件位于电缆前端，或作为替代，在卫星分配网的集中式操作中心。为了说明，把一组实况信号称为A组信号，而B组信号是存储的预录制信号，例如，存储在服务器550中的。例如，A组信号可以包括几个表现体育运动事件的不同摄像机角度的视频信号。B组信号可以代表一系列的商业信号。但是，应当懂得，A组和／或B组信号都可以代表预录制或实况信号。

在本实施例中，希望从A组信号切换到B组信号。在服务器550从一个实时编码器546接收A组信号，实时编码器546可以在本地或远端地点。把一个专用的MPEG数字分组嵌入到一个特定频道上的A组内容流中。在模数转换之前，命令和控制终端534在视频信号中提供一个模拟音调。一旦信号从命令和控制终端534到达实时编码器546，实时编码器546在检测到模拟音调时在A组数字流中的适当点嵌入一个数字音调。在嵌入了音调之后，把A组数字流从实时编码器546输出，并向前输送到在前端的服务器550。一旦在服务器接收到数字流，把A组流向前输送到服务器550中的一个MPEG传输切换装置。控制终端538向MPEG传输服务器切换装置发送一个命令，引起切换装置开始搜索嵌入的数字音调。

为了重放B组内容，服务器切换装置必须解码来自A组数字流的定时信息，并随后用来自A组的适当定时信号重新标记B组内容。这可以通过同步锁定于PCR视频流完成，最好是嵌入数字音调的同一个流，并且从视频流分离出节目时钟参考(PCR)，以重新建立原始A组内容的编码时钟。在这点，切换装置具有把定时信息再嵌入B组内容以准备它用于播放的能力。

一旦检测到数字音调，服务器切换装置启动到B组数字流的过渡，B组数字流是由B组预录制信号组成的。服务器切换装置最好预先了解B组内容的长度，因此，当服务器切换装置感测到B组内容的终点时，它切换回到A组内容。所得的从服务器输出到发射机的数字流包括A组和B组的内容。如前面说明的那样，发射机554将数字数据流发送到远端接收地点。

以这种方式，在播送体育事件期间的特定时间，由多个实况数字视频信号(即，A组内容)代表的，例如，在接收转换器单元接收的视频流将根据，例如，服务器切换装置的动作，自动地过渡到B组预录制内容。然后，如上所述，接收地点的解码器在B组中选择一个广告。在广告终点，如前所述，解码器自动开始再次接收A组内容，并且选择一个实况信号。以这种方式，在服务器实现了从实况编码视频内容到预录制内容的无缝切换。

图16a和16b中示出了提供从位于一个频道(此后称为“频道A”)中的数字信号到位于另一个频道(此后称为“频道B”)中的另一个数字信号的无缝切换的双调谐器装置558。

如图16a和16b中所示，装置558包括：两个用于调谐到各独立频道的调谐器560A，560B，一个用于选择频道和嵌在其中的数字信号的处理器564，两个用于解调来自载波的信号的数字解调器568A，568B，一个用于从复合数字流中分离出选定内容的选定音频、视频和数据的数字去多路复用器／解码器572，和一个用于格式化用于显示的视频信号的显示处理器576。

装置558如下操作，以便从频道A中的一个数字数据流切换到频道B中的另一个数字数据流。将第一调谐器560A调谐到频道A，并接收包括相关频道中的多个数字视频、音频和／或数据信号的复合数字流。将复合数字流从第一调谐器560A通过到相关的数字调制器568A。解调的类型可以是上述已知技术的任何类型。

然后，把复合数字流导向图16b中所示数字去多路复用器／解码器572的输入端，其中在去多路复用器573中从复合数字流中分离出选定音频和视频信号，并分别输送到音频和视频解码器575和574。然后，根据信号编码方案给这些信号解压缩和解码，编码方案最好是MPEG方案中的一种。解码之后，将音频和视频(和／或数据，如果适当的话)输送到显示处理器576，并接着送到监视器。

一旦决定切换到频道B中的另一数字信号，处理器564将一个命令发送到第二调谐器560B，以便预调谐到频道B频率。使频道B中的复合数字流通过相关的数字解调器568B，并前进到数字去多路复用器／解码器572。此时，数字去多路复用器572接收位于频道A和频道B中的数字流。因此，如果频道A和频道B都载有四个数字信号，去多路复用器572接收了八个数字信号。数字去多路复用器572从处理器564接收一个命令，该命令指示要从来自频道B的复合数字流分离出哪些数字信号。数字去多路复用器572独立地从来自频道A和B的复合数字流分离出选定的视频和音频(和／或数据)信号。将选定的信号输送到视频和音频解码器574，575。如参考图6和7说明的那样，视频解码器574从当前显示的视频信号切换到新选定的视频信号。因此，解码器574识别出当前流中的拼接点。一旦解码器574检测到拼接点，它确定这是切换到第二流的适当时间。解码器574开始把第二流装载到缓冲器中，并且由于第一流中的时隙，实现了无缝切换。一旦从解码器输出了第二流，它前进到显示处理器576，在显示处理器中格式化视频信号以用于显示。

音频解码器575以前面参考图11所述的相同方式从当前音频流切换到第二音频流。一旦完成切换，将第二音频流输送到显示处理器576。

图17中示出了一个用于从位于一个第一RF频道中的模拟信号切换到一个第二RF频道中的数字压缩信号或反方向切换的双调谐器装置590。在本实施例中，一个正在观看一个特定RF频率(无论是模拟还是数字)的特定频道的观众决定切换到一个不同RF频率的另一个模拟或数字频道。利用两个调谐器560A，560B从一个RF频率过渡到一个不同的RF频率。

例如，假设该观众正在观看一个带有模拟信号的频道(频道A)，并决定切换到一个不同频道中(频道B)中的数字压缩信号，装置590如下操作。对于模拟信号，一个调谐器560A调谐到与频道A相关的RF频率。由于频道携带模拟信号，调谐器560A将信号提供到模拟解调器569A和VBI解码器570A。模拟解调器569A使用任何适当的模拟解调方案解调模拟信号。VBI解码器570A分离出嵌在垂直消隐间隔(VBI)中的任何信息(例如，交互式命令，关闭字幕)。然后把解调的模拟信号向前输送到模拟显示处理器580，模拟显示处理器580格式化模拟信号，并输出到VBI开关588和显示装置。

如果决定切换到一个包含多路复用和压缩数字信号的频道，微处理器564确定这个频道的RF频率位置，并把信息在一个命令中输送到第二调谐器560B。一旦接收到命令，第二调谐器560B预调谐到指定的第二RF频率(频道B)。将频道B的输出向前输送到数字解调器568B的输入端，数字解调器568B利用一种适当的数字解调方案解调信号。从解调器568B输出数字数据流，并在数字去多路复用器／解码器572接收。微处理器564向数字去多路复用器／解码器572发送一个指示所选定数字信号的命令。数字去多路复用器／解码器572去多路复用多个数字信号，并解压缩这些信号。然后，将得到的选定组成部分(音频，视频和数据)向前输送到适当的解码器574，575(见图16b)，如前面参考图16所述的那样，在此视频解码器574开始解码视频信息，并向微处理器564发送信号，通知该数据流已经适当地解码，并且音频是声像吻合的。

然后，将视频和音频信号向前输送到数字显示处理器584，在那里把信号从数字的转换为模拟的。接着，将产生的对应于频道B的模拟信号输入到VBI开关588。一旦从微处理器564发出切换两个视频信号的命令，VBI开关588在垂直消隐间隔中的适当时间进行切换，导致从模拟频道切换到数字频道。

如果希望从数字频道切换到模拟频道，反向进行上述相同的处理过程，并把第二调谐器560B调谐到模拟频道。此外，图17中所示实施例可以从模拟频道切换到模拟频道。

图18示出了本发明的一个实施例，在这个实施中，例如，在产生时或在后续编辑时在中心位置把实况或预录制节目转换为DVD，用于以后重放。销售商可以把带有嵌入节目的DVD出售给顾客，作为家庭使用。由于DVD最好是包含ACTV控制代码，任何类型具有上述交互式嵌入软件的接收站可以本地重放DVD中的节目。

压制实况或预录制节目的处理最好在一个中心位置进行，如图18中所示。制作节目的要素和过程实际上与参考图5说明的相同，不同之处是把节目压制到DVD上。

图18示出了可以包括实况或预录制的视频流的多个视频信号300。视频信号可以是从摄像机(对于实况视频)，视频服务器，视频磁带机，DVD，卫星馈送等始发的。视频信号可以是MPEG格式，HDTV，PAL，等等。多个音频信号308可以是从CD，磁带，话筒等始发的。此外，包括图形信号和／或html／web站点链接地址的数据可以输入到视频和音频编码器312中。

在图18中显示为从数据代码计算机316发出的数据代码是上述顶置转换器使用的交互式处理的交互式命令。数据代码最好是在编码计算机316中产生的ACTV脚本语言之类的交互式脚本语言的一部分。数据代码也被传送到编码器312。这些数据代码有助于在接收单元的多交互式节目选择。提供数据频道以便能够在第一视频流和第二视频流之间同步切换。这种数据频道包括把不同节目要素和不同视频信号上的信息片段链接在一起的代码。

在视频同步锁定装置304中同步锁定多个视频信号300，因而使时间同步。将时间同步的视频信号传送到视频和音频编码器312中。在本优选实施例中，在电缆前端需要兼容编码器312，以便与远端地点的数字接收单元协同工作。如前面参考图5中所述的，通过在前端把命令同步于特定视频帧和特定音频帧便利了交互式应用。这个同步化可以在MPEG-2，4或7规定的语法内完成。此外，如前面参考图5说明的，视频编码器312最好是时间同步的。

如参考图5说明的，将多个视频信号300，数据代码316和音频信号308输入到编码器312中。在本优选实施例中，有四个视频频道输入到编码器312中。但是，根据要传送的内容，可以输入更多或更少的视频流。编码器312最好使用标准MPEG-2压缩格式。但是，也可以利用MPEG-4和MPEG-7，以及wavletts和fractles之类的其它压缩格式压缩。这些技术与现有的用于数字视频系统的ATSC和DVB标准兼容。但是，为了便利在顶置盒优选地无缝切换，针对MPEG流进行了某些修改。在前面参考图5和6对这些编码方案的修改进行了说明。

在编码器312的输出端，把复合信号传送到传输设备325以发送到接收站，和／或传送到一个DVD生产机组。在DVD生产之前，可以将压缩的节目存储在磁带或其它介质313上，然后发送到DVD产生设备314，以便通过适当标准的适当装置将节目压制到DVD介质上。

一旦把节目转换并存储在一个或多个DVD上，可以在中心位置(例如，电缆前端)重放DVD，并且可以通过任何传输装置把存储在其上的包括多个音频、视频、Html／web链接、控制代码和／或图形信号的压缩交互式节目发送到任何这里所述的接收站。将DVD上复合交互式信号从DVD播放器315输出，并通过任何适当传输装置经过传输设备325发送。

DVD携带的交互式节目可以是上述任何类型的节目，包括录制的实况体育事件(带有交替的摄像机角度，特写，中继，慢动作视频，带有运动员统计的图形，等等)，交互式电影，游戏，等等。

作为附加和／或替代，可以将携带节目的DVD送到用户，并本地重放，如图19中所示。在本实施例中，移植(port)ACTV控制命令以自动转换成DVD规定的那些命令。可以把二次数据／命令流送到DVD产生设备，以便以后用作数字文件原版，送到DVD出版社用于配送。以这种方式，所得的销售给或用其它方式配送给顾客的DVD将防止ACTV方法通过分配网播放。

在图19所示的系统中，交互式接收站可以是前面参考图3，4，7，16和17描述的任何接收站。但是，在本实施例中，交互式节目存储在DVD上。接收站628可以是一个数字电视，连接于电视的数字有线电视顶置盒，计算机，等等。接收站628可操作地连接于一个DVD播放机624。在本实施例中，最好在存储在DVD上的不同MPEG编码的视频信号之间提供无缝分支处理。此外，可以把附加交互式要素存储在DVD上，包括图形，静止图像，到Web页的链接，音频片段。接收站628的控制器通过向DVD播放机624发送命令启动交互式节目。DVD播放机624最好把MPEG编码的节目输送到接收站628，接收站628如前面参考图7所述的那样分离视频、音频和数据频道。作为选择，DVD播放机624可以进行用于显示的适当视频／音频／图形的选择，和仅把选定的流输送到数字接收站628。

控制器读出ACTV命令，并如前面所述的，根据它接收的交互式命令和用户输入和／或存储在数字接收站或包括在中心位置的数字接收站之外的个人档案，选择用于显示和音频播放的交互式片段。根据命令，它播放来自DVD播放机624和／或其它指定来源，例如因特网的适当输入。一个或多个命令可以指导控制器存取来自因特网来源的信息片段。这种因特网信息片段可以包括图形，文本，音频和视频剪辑。以这种方式，可以把来自因特网的信息片段与交互式节目结合，例如，如第5，778，181和5，774，664号美国专利中所述。

应当理解，尽管数字多用途盘DVD是当前用于存储视频、音频和数据内容以提供交互式节目的光盘的优选格式，但也可以用CD-ROM之类的其它光盘格式。

还应当理解，可以在附属权利要求中定义的本发明的应用范围内对所述和所示实施例进行其它的修改和改变。

Claims (38)

1．一种在一接收站提供数字节目的方法，在该接收站多个视频信号存储在光盘上，该方法包括步骤：

显示第一视频信号；

从光盘选择第二个存储的视频信号；和

响应该选择，接收和显示第二个存储的视频信号，其中第一和第二视频信号之间的过渡是无缝的。

2．一种根据权利要求1所述的方法，其中第一视频信号存储在光盘上。

3．一种根据权利要求2所述的方法，其中视频信号与能够使从光盘接收的第一和第二视频信号之间无缝切换的数据代码一同存储在光盘上。

4．一种根据上述任何一个权利要求所述的方法，其中视频信号存储在所述光盘上的数字节目流中，并且在每个存储的视频信号中建立时隙，该时隙代表切换时间，并且提供了从一个视频信号到另一个的无缝切换时间。

5．一种根据上述任何一个权利要求所述的方法，其中光盘在远离接收站的位置，并且该方法进一步包括把存储在所述光盘上的视频信号发送到接收站的步骤。

6．一种根据权利要求1至4中任何一个所述的方法，其中光盘位于接收站，并且该方法进一步包括读取光盘以取出存储在其上的视频信号的步骤。

7．一种根据上述任何一个权利要求所述的方法，进一步包括步骤：

向用户指示可用的节目选项；和

响应用户的选择选定一节目选项。

8．一种根据上述任何一个权利要求所述的方法，其中存储在光盘上的多个视频信号包括至少一个特写视频和至少一个重放视频。

9．一种根据上述任何一个权利要求所述的方法，进一步包括步骤：

建立一观众档案；和

至少部分地根据建立的观众档案选择所述第二个存储的视频信号。

10．一种根据上述任何一个权利要求所述的方法，进一步包括步骤：

从多个图形片段中选择至少一个图形片段；

和接收并显示选定的图形片段。

11．一种根据权利要求10所述的方法，其中把图形片段中的至少一个存储在光盘上。

12．一种根据上述任何一个权利要求所述的方法，进一步包括接收一个或更多音频信号的步骤。

13．一种根据权利要求12所述的方法，其中音频信号存储在光盘上。

14．一种用于在一接收站提供数字节目的系统，接收站包括：

用于接收视频信号和转换接收的视频信号以便显示的接收装置；

用于指示一个要显示的选定视频信号的选择装置；和

用于显示该选定和转换的视频信号的显示装置；

其中该系统进一步包括用于读取其中存储多个视频信号的光盘的光盘播放器，安排接收站在所述选择装置选定时接收和显示来自光盘的视频信号，

和其中安排该系统使得所述显示装置显示的第一和第二视频信号之间的过渡是无缝的。

15．一种根据权利要求14所述的系统，其中每个从光盘接收的视频信号中具有时隙，该时隙代表切换时间并且提供了从一个视频信号到另一个的无缝切换的时间。

16．一种根据权利要求14或15所述的系统，其中所述选择装置包括连接到接收装置的处理器，并且所述接收站进一步包括可操作地连接于处理器、用于解压缩接收的压缩视频信号的数字解压缩器，其中所述显示装置可操作地连接于数字解压缩器。

17．一种根据权利要求14至16中任何一个所述的系统，其中所述光盘播放器在远离接收站的位置，并且进一步包括用于把从光盘读出的视频信号发送到接收站的所述接收装置的传输装置。

18．一种根据权利要求14至17中任何一个所述的系统，其中所述光盘播放器位于接收站。

19．一种根据权利要求14至18中任何一个所述的系统，其中接收站包括一电视接收机。

20．一种根据权利要求14至18中任何一个所述的系统，其中接收站包括一带有电视卡的个人计算机。

21．一种根据权利要求14至18中任何一个所述的系统，其中接收站包括一数字有线电视顶置盒，和一可操作地连接于数字有线电视顶置盒的电视机。

22．一种根据权利要求14至21中任何一个所述的系统，其中安排所述接收装置接收和转换用于由所述显示装置显示的图形片段。

23．一种根据权利要求14至22中任何一个所述的系统，进一步包括用于存储观众档案的存储装置，和其中所述选择装置可至少部分地响应存储的观众档案而操作。

24．一种根据权利要求14至23中任何一个所述的系统，其中安排所述接收装置接收音频信号并处理它们，以便在接收站用扬声装置重放。

25．一种根据权利要求24所述的系统，进一步包括将显示的视频信号与相关的音频信号的声音同步化的装置。

26．一种用于准备多个视频信号以在用户接收地点无缝切换的方法，该方法包括步骤：

接收和同步锁定多个视频信号以建立时间同步的视频信号；

将多个视频信号导入一个或更多的视频编码器；

把拼接点嵌入多个视频信号；

时间同步化多个视频编码器，因而保证了嵌入视频信号的拼接点发生在正确的帧数；和

从视频信号形成一数字节目流，从而在每个视频信号中建立时隙，以能够以无缝的方式从一个视频信号切换到另一个视频信号，该时隙代表切换时间并提供了从一个视频信号到另一个的无缝切换时间，

该方法进一步包括把所述数字节目流存储在至少一个光盘上。

27．一种根据权利要求26所述的方法，其中形成数字节目流的步骤包括用比频道容量低的位速率编码视频信号，以建立时隙。

28．一种根据权利要求26或27所述的方法，其中多个音频信号与多个视频信号相关联，该方法进一步包括接收和编码多个音频信号的步骤。

29．一种根据权利要求26至28中任何一个所述的方法，其中编码器接收多个数据计算机代码，并且该方法进一步包括把接收到多个数据计算机代码与多个视频信号一同编码的步骤。

30．一种用于准备多个视频信号以在用户接收地点无缝切换的编码系统，该系统包括：

至少一个视频同步锁定装置，用于接收和同步锁定多个视频信号以建立时间同步视频信号；

至少一个连接到视频同步锁定装置的视频编码器，用于把拼接点嵌入多个视频信号，和用于编码多个视频信号以形成一数字节目流，其中视频编码器是时间同步的；

其中编码数字视频信号以在每个视频信号中建立时隙，该时隙代表切换时间，因而提供了从一个视频信号到另一个的无缝切换时间；和

用于准备存储在光盘上的数字节目流的装置。

31．一种根据权利要求30所述的系统，进一步包括可操作地连接于一光盘播放机的传输装置，用于把从光盘读出的多个数字节目流发送到一用户分配网上，该用户分配网是从由有线电视、广播电视和直接广播卫星组成的组中选择的。

32．一种根据权利要求30或31所述的系统，其中使多个音频信号与多个视频信号相关联，并且编码器接收和编码多个音频信号。

33．一种根据权利要求30至32中任何一个所述的系统，其中编码器接收多个数据计算机代码，并且把数据计算机代码与多个视频信号一同编码。

34．一种根据权利要求30至33中任何一个所述的系统，其中视频信号中的至少一个包括正规电视节目信号。

35．一种根据权利要求30至34中任何一个所述的系统，其中视频信号中的至少两个包括一交互式节目的交互式节目信号。

36．一种根据权利要求30至35中任何一个所述的系统，其中多个视频信号中的视频信号包括一个或更多的广告。

37．一种根据权利要求30至36中任何一个所述的系统，其中多个视频信号中的至少两个包括同一事件的不同摄像机角度。

38．一种根据权利要求30至37中任何一个所述的系统，其中视频信号中的至少一个包括一个事件的特写镜头。

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