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SYSTEM FÜR BÜROBREITBANDKOMMUNIKATION
UNTER VERWENDUNG VON VERDRILLTEN TELEFONZWEIDRAHTLEITUNGEN STAND
DER TECHNIK
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1. Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein ein Breitbandkommunikationssystem, das gewöhnliche
verdrillte Telefonzweidrahtleitungen verwendet, die bereits in einer
Anlage, wie etwa einem Bürogebäude, installiert
sind. Die Erfindung stellt die bidirektionale Übertragung von Farbbewegtbildern,
Stereoton und Datensignalen über
gewöhnliche
Telefonleitungen bereit, ohne die bestehende Telefonausstattung
zu stören.
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Eine Anwendung der Erfindung sind
Videotelekonferenzen zwischen zwei oder mehreren Telefonbenutzern
in einem Büro,
die über
einen Telefonschalter, wie etwa eine Nebenstellenanlage (PBX), verbunden
sind.
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2. Verwandte
Technik
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Herkömmliche Videotelekonferenzsysteme umfassen
häufig
Leitungsdienste für
die Teilnehmer einer Telekonferenz, Überbrückungsdienste, die Anrufe unter
den Teilnehmern an mehreren Standorten koordinieren und öffentliche
Dienste, die der Öffentlichkeit
gegen eine Gebrauchsgebühr
Videokonferenzgeräte
bereitstellen. Derzeit verfügbare
Systeme umfassen fest installierte Systeme, tragbare Sitzungssaalsysteme
und Schreibtischsysteme. Solche Systeme sind jedoch kostspielig
und benötigen
oft die Installation einer Verkabelung mit hoher Bandbreite und
einschlägiger
Geräte.
Weniger kostspielige Systeme stellen typischerweise eine schlechtere Bildqualität bereit,
die für
Videokonferenzzwecke nicht annehmbar ist.
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Verschiedene Techniken für die Übertragung von
Videoinformationen über
gewöhnliche
Telefonleitungen sind hinlänglich
bekannt. Die US-Patentschrift Nr. 5,164,982 von Davis offenbart
z. B. ein System, das Text-, Grafik- und Bilddaten über bestehende
Telefonleitungen überträgt. Die
US-Patentschrift Nr. 5,199,061 von Kim offenbart ein System, das über Standardtelefonleitungen
Stillbilder zwischen Benutzern überträgt. Die
US-Patentschrift 5,283,637 von Goolcharan
zieht ein System in Erwägung,
das die Übertragung
von Farbbewegtbildern, Sprache und Daten über gewöhnliche Telefonleitungen ermöglicht.
Die US-Patentschrift
Nr. 5,541,640 von Larson offenbart ein sogenanntes "Videofon", das die gleichzeitige Übertragung
von Ton und Bild über
eine Standardtelefonleitung ermöglicht.
Leider ist die Bereitstellung von zweiseitigen Videokonferenzmöglichkeiten
in einer Büroumgebung über gewöhnliche
Telefonleitungen zurzeit recht kostspielig. Im derzeitigen Markt
können
Videoanwendungssysteme mit hoch auflösenden, realistischen Bildern mehr
als $ 15000 für
eine Einheit kosten, die nur an einem Standort innerhalb einer Anlage
funktioniert. Obwohl sie im Allgemeinen preiswerter sind, stellen alternative
Schreibtischsysteme beeinträchtigte
Bilder und begrenzte Tonqualität
bereit. Zudem sind oft komplizierte Änderungen an der Infrastruktur
notwendig, um mehr als nur ein paar Einheiten zu unterstützen. Bestehende
Systeme verwenden auch gesetzlich geschützte Techniken, die keine Standardkommunikationstechniken,
wie etwa ISDN und ATM, unterstützen
können.
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Die europäische Patentschrift Nr.
EP 0 696 124 A2 beschreibt
die Architektur eines Telekommunikationssystems, die eine funktionsreiche,
anschlussarme Telekommunikationssteuereinheit und eine anschlussreiche,
funktionsarme Telekommunikationssteuereinheit kombiniert, um ein
funktions- und anschlussreiches System zu schaffen. Die Endpunkte
eines Breitband- oder Multimediasystems und die Endpunkte eines
Telefonsystems können
miteinander in Verbindung stehen, und zwar mit der Vielseitigkeit
des Telefonsystems.
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Die internationale Patentschrift
Nr. WO 93/11 637 beschreibt eine Ton-/Bildübertragungssystem, um die Übertragung
von Video-, HiFi-Audio-, Digital- und Steuersignalen zwischen verschiedenen
Standorten in einem Wohnsitz unter Verwendung der bestehenden und
aktiven Telefonverkabelung zu erleichtern. Trotz der mit der Übertragung über Telefonleitungsmedien
verbundenen Signaldämpfung
erfolgt die Übertragung,
ohne über
die RF-Umsetzung
hinaus eine besondere Verarbeitung der Videosignale zu benötigen.
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Die Druckschrift XP 000 671 919 beschreibt evolutionäre Szenarios
für die
Integration von ATM und STM in eine Breitband-PBX-Umgebung.
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Zusätzlich zu ihren hohen Kosten
gehören
zu den anderen Problemen bei derzeit verfügbaren Videokonferenzsystemen
die Unfähigkeit
Stereoton bereitzustellen, die Übertragung
schlechter Tonqualität,
die fehlende Farbe (bei einigen Systemen) und die Unfähigkeit,
Videoausgabeanwendungen zu unterstützen. Zum Teil wegen dieser
und anderer Mängel
hat sich die Verwendung von Videokonferenzsystemen nicht durchgesetzt.
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Die
US
5,247,347 offenbart eine PSTN-Architektur für Video-on-Demand-Dienste,
bei der ein einseitiger Videokanal an einen Abonnenten über dieselbe
verdrillte Zweidrahtleitung übertragen
wird, die für
die Übertragung
von Sprachsignalen an den Abonnenten verwendet wird.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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- Gemäß einem
Aspekt besteht die Erfindung aus einem Verfahren zur Vergrößerung eines
bestehenden Fernsprech netzes, um Breitbanddatensignale zu handhaben,
wobei das bestehende Fernsprechnetzwerk eine Vielzahl bestehender
Telefonleitungen und einen bestehenden Telefonschalter umfasst,
wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
1) Bereitstellen
eines Breitbanddatenschalters, der eine erste Vielzahl an Telefonleitungsports,
die jeweils geeignet sind, um Breitbandinformationen über eine
der Vielzahl an bestehenden Telefonleitungen zu übertragen und zu empfangen,
und eine zweite Vielzahl an Telefonschaltports, die jeweils geeignet sind,.
um an den bestehenden Telefonschalter angeschlossen zu werden, umfasst,
wobei Telefonrufsignale zwischen jedem einzelnen eines entsprechenden
der ersten Vielzahl an Telefonleitungsports und einem entsprechenden
der zweiten Vielzahl an Telefonschaltports übertragen werden;
2) Trennen
der bestehenden Telefonleitungen von dem bestehenden Telefonschalter;
3)
Wiederanschließen
der in Schritt (2) getrennten bestehenden Telefonleitungen an die
erste Vielzahl an Telefonleitungsports des Breitbanddatenschalters;
4)
Anschließen
der zweiten Vielzahl an Telefonschaltports an den bestehenden Bürotelefonschalter;
und
5) Verwenden des Breitbanddatenschalters, um Breitbanddatensignale über die
bestehenden Telefonleitungen zu übertragen,
ohne die über
die bestehenden Telefonleitungen übergegebenen Telefonrufsignale
zu stören.
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Gemäß einem anderen Aspekt besteht
die Erfindung aus einem Verfahren zum Bereitstellen eines Breitbanddatendienstes über gewöhnliche
Telefonleitungen, das folgende Schritte umfasst:
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- 1) Bereitstellen einer ersten Vielzahl an Breitbandsignalmodems,
die jeweils zwischen einem Telefon und gewöhnlichen verdrillten Telefonzweidrahtleitungen
angeschlossen sind und die über
die gewöhnlichen
verdrillten Telefonzweidrahtleitungen Breitbanddatensignale modulieren
und demodulieren, ohne die Telefonsignale auf diesen Leitungen zu
stören;
- 2) Bereitstellen einer zweiten Vielzahl an Breitbandsignalmodems,
die jeweils zwischen einem bestehenden Telefonschalter und einem
der ersten Vielzahl an Breitbandsignalmodems angeschlossen sind
und die über
die gewöhnlichen
verdrillten Telefonzweidrahtleitungen Breitbanddatensignale modulieren
und demodulieren;
- 3) Bereitstellen eines Breitbanddatenschalters, der zwei oder
mehrere der zweiten Vielzahl an Breitbandsignalmodems koppelt; und
- 4) Steuern des Breitbanddatenschalters, um selektiv zwei oder
mehrere der zweiten Vielzahl an Breitbandsignalmodems derart zu
koppeln, dass ein Breitbandsignalkommunikationspfad zwischen einem
der ersten Vielzahl an Signalmodems und einem der zweiten Vielzahl
an Signalmodems aufgebaut wird.
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Gemäß anderen Aspekten besteht
die Erfindung auch aus einem Breitbandschaltsystem; einem System
zum Bereitstellen von Videodiensten und verdrillten Telefonzweidrahtleitungen;
und einem Breitbanddatenschalter zur Verwendung in einem System,
das einen Telefonschalter umfasst; alle wie in den beiliegenden
Ansprüchen
definiert.
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Die vorliegende Erfindung bewältigt die
oben genannten Probleme, indem sie ein preisgünstiges Verfahren und Gerät zum Schalten
von hochwertigen Video-, Daten- und Tonsignalen in einem ganzen
herkömmlichen
Bürotelefonsystem über bestehende
Telefonleitungen bereitstellt. Anwendungen der vorliegenden Erfindung
umfassen u. a. Videotelekonferenzen, Ausstrahlung von Programminhalten
innerhalb eines Büros,
Videofernausgabe, Fernkontrolle und gemeinsames Arbeiten an Dokumenten
und Tabellen von verschiedenen Standorten aus. Da die Erfindung bestehende
Telefonleitungen und Schaltanlagen verwendet, können erhebliche Kostenersparnisse
erreicht und dabei eine hochwertige Videoübertragung bereitgestellt werden.
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Die Erfindung ermöglicht es, auf einfache Art und
Weise ein bestehendes PBX- oder Centrex-Geschäftstelefonsystem zu verbessern,
um Breitbandkommunikationsmöglichkeiten
bereitzustellen. Die Erfindung nutzt die Tatsache aus, dass ein
Großteil der
Bandbreite, die in dem Telefonleitungssystem eines Bürogebäudes verfügbar ist,
ungenutzt bleibt. Herkömmliche
Telefonsysteme verwenden typischerweise nur ungefähr 5 KHz
der Bandbreite für
ein Analogtelefon und weniger als 1 MHz für ein Digitaltelefon. Normale
verdrillte Zweidrahtleitungen innerhalb eines Bürogebäudes können jedoch bis zu etwa 20 MHz
für ein
Kabel der Kategorie 3 und bis zu etwa 150 MHz für ein Kabel
der Kategorie 5 unterstützen.
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Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung stellen die Übertragung
und den Empfang von hochwertigen Bewegtbildern, Stereoton in CD-Qualität und Hochgeschwindigkeitsdaten von
und zu Telefonbenutzern in einem Bürogebäude bereit. Die Erfindung stellt
derartige Dienste über
dieselben Grundleitungen bereit, die bestehende Telefonsysteme bedienen,
und vermeidet somit Kosten, die mit einer neuen Verkabelung oder
Infrastruktur verbunden sind. Die Erfindung ist mit den meisten
Digital- und Analogtelefonsystemen kompatibel, die von führenden
PBXund Telefonanbietern verkauft werden, und stellt Schnittstellen
für neuere
ISDN-Telefonsysteme ("Integrated
Services Digital Network") und
ATM-Netzwerke ("Asynchronous
Transfer Mode")
bereit. Die Benutzer der Erfindung können videoartige Anwendungen,
wie etwa Telekonferenzen, betreiben und dabei gleichzeitig ein Telefongespräch über dieselben
Telefonleitungen beginnen.
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Verschiedene Ausführungsformen des Systems umfassen
im Allgemeinen fünf
Bestandteile: (1) eine Vielzahl an Videomodems, die Videosignale
in einem funktionsfähigen
Format über
Bürotelefonleitungen
modulieren und demodulieren; (2) einen Breitbanddatenschalter,
der den Auf- und Abbau von Videodatenpfaden über die Telefonleitungen handhabt;
(3) eine Vielzahl an Videotelekonferenzstationen, wie etwa
Personalcomputer; (4) einen Videoserver; und (5)
Software, die über
die verschiedenen Bestandteile funktioniert.
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Ein erfindungsgemäßer Breitbanddatenschalter
kann sich diversen Schnittstellen anpassen, einschließlich Videomodemkarten,
ATM-Schaltern, ISDN-Leitungen und Mehrpunktkonferenzbrücken. Bei
verschiedenen Ausführungsformen
ist der Breitbanddatenschalter nicht von einem lokalen Netzwerk abhängig, sondern
verwendet stattdessen gewöhnliche
Telefonleitungen für
die Verbindung. Die Erfindung ist jedoch in dieser Hinsicht nicht
eingeschränkt und
kann deshalb auch über
ein herkömmliches
LAN, wie etwa Ethernet, praktiziert werden.
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Ein interner Videokonferenzanruf
zwischen zwei oder mehreren Stationen, die bis zu 2500 Fuß voneinander
entfernt sind (eine Entfernung, die Anrufe innerhalb der größten Hochhäuser ermöglichen würde) können unter
Verwendung der bestehenden Telefonleitungen des Gebäudes über den
Breitbanddatenschalter vermittelt werden. Das Telefon kann für ankommende
und ausgehende Anrufe verwendet werden, auch während die Leitung für Videokonferenzen
oder andere Videoanwendungen verwendet wird.
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Die Erfindung ermöglicht eine beliebige Kombination
aus hochwertigem Ton, Video und Daten, die über gewöhnliche Telefonleitungen zu übertragen
sind, die mit einem bestehenden Telefonschalter geteilt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden mit Bezug auf die nachstehende ausführliche Beschreibung
und die Figuren hervorgehen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A zeigt
schematisch ein herkömmliches
Bürotelefonsystem
mit einer Nebenstellenanlage (PBX) 120, die Telefonanrufe
zwischen Benutzern über
ungeschirmte, verdrillte Telefonzweidrahtleitungen 130 schaltet.
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1B zeigt
den typischen Frequenzgebrauch über
herkömmliche,
verdrillte Zweidrahtleitungen in einem Bürosystem, wie etwa das aus 1A.
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2A zeigt
schematisch ein erfindungsgemäßes System,
einschließlich
einem Breitbanddatenschalter 250, der mit einem bestehenden
Telefonschalter 220 parallel geschaltet ist.
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2B zeigt
eine alternative Ausführungsform
für jeden
in 2A gezeigten Modem/Diplexer 241.
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2C zeigt
einen alternativen Frequenzplan für die Übertragung von Video- und Nichtvideodaten
(einschließlich
digitalisierter Tondaten) unter Verwendung einer alternativen Ausführungsform
jedes in 2B gezeigten Modem/Diplexers 241.
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3 zeigt
eine mögliche
Ausgestaltung für eine
Schreibtisch-Videokonferenzstation 321, die mit einem Modem/Diplexer 341 gekoppelt
ist, wobei ein bestehendes Telefon 301 ebenfalls mit dem
Modem/Diplexer 341 gekoppelt ist.
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4 zeigt
zusätzliche
Einzelheiten einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Breitbanddatenschalters 450.
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5 zeigt
drei unterschiedliche Videomischungsbetriebsarten, die es einem
Benutzer ermöglichen,
einen oder mehrere Teilnehmer einer Videotelekonferenz zu sehen.
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6 zeigt
Einzelheiten einer möglichen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Konferenzbrückenkarte.
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7A zeigt
Schritte, die ausgeführt
werden können,
um eine erfindungsgemäße einseitige
Videorundrufanwendung auszuführen.
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7B zeigt
eine mögliche
Benutzeroberfläche
zur Ausführung
der Schritte aus 7A.
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7C zeigt
eine mögliche
Benutzeroberfläche
zur Steuerung einer Kamera.
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8A zeigt
Schritte, die ausgeführt
werden können,
um eine erfindungsgemäße zweiseitige
Videokonferenzanwendung auszuführen.
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8B zeigt
eine mögliche
Benutzeroberfläche
für die
Ausführung
der Schritte aus 8A.
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9A zeigt
Schritte, die durchgeführt
werden können,
um eine erfindungsgemäße Videoabrufanwendung
auszuführen.
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9B zeigt
eine mögliche
Benutzeroberfläche
zur Ausführung
der Schritte aus 9A.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1A zeigt
schematisch ein herkömmliches
Bürotelefonsystem,
das eine Vielzahl an Telefonen 101 bis 103 umfasst, die
mit einem Telefonschalter 120, wie etwa einer Nebenstellenanlage
(PBX) über
ungeschirmte verdrillte Zweidrahtleitungen 130 gekoppelt
sind. Die PBX umfasst ein Schaltelement 120a, das einzelne
Telefonleitungen miteinander verbindet, wenn man innerhalb des Büros anruft.
Jedes Telefon ist unmittelbar mit der PBX verkabelt, so dass man
ein beliebiges Telefonpaar innerhalb der PBX miteinander verbinden
kann. Zusätzlich
kann die PBX einzelne Leitungen mit einer oder mehrere Außenleitungen 110 für Anrufe,
die von außerhalb
des Büros
stammen oder dort auskommen, verbinden. Der PBX- oder Centrex-artige
Telefonschalter 120 befindet sich häufig in einem leicht zugänglichen
Kabelschrank.
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1B zeigt
eine Frequenzgrafik, die den Frequenzgebrauch auf Telefonleitungen
innerhalb eines typischen Bürosystems
abbildet. Die Telefonsprach- und signalgabeinformationen T umfassen
typischerweise Signale, die Frequenzen zwischen 0 und 5 KHz für Analogsysteme
und zwischen 0 und 1 MHz für
Digitaltelefonsysteme verwenden. Das potentiell auf diesen einzelnen
Telefonleitungen verfügbare
Spektrum kann jedoch für
ein Telefonkabel der Kategorie 3 (CAT3) bis zu ungefähr 20 MHz
und für ein
Telefonkabel der Kategorie 5 (CAT5) bis zu 150 MHz reichen. Oberhalb
dieser Grenzen beschränken die
Kapazität
und andere Auswirkungen der Übertragungsleitung
die Signalqualität
dermaßen,
dass es nicht leicht ist, hochwertige Signale zu übertragen.
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Es ist offensichtlich, dass ein Großteil der Frequenzbandbreite
zwischen den herkömmlichen Telefonsignalen
T und den oben erwähnten
theoretischen Grenzen CAT3 oder CAT5 bei herkömmlichen Telefonsystemen nicht
verwendet wird. Dennoch beschränken
herkömmliche
Telefonschalter, wie etwa die PBX 120 aus 1A,
im Allgemeinen die Bandbreite auf ungefähr 5 KHz für über den Schalter getätigte Telefonanrufe.
Deshalb ist die zusätzlich
verfügbare
Bandbreite typischerweise auf die Leitungen 130 in A links beschränkt.
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Die US-Patentschrift Nr. 5,621,455
offenbart ein Videomodem, das es ermöglicht, Video- und andere Datensignale über gewöhnliche
Telefonleitungen zu übertragen.
Dieser Erfindung gemäß können bidirektionale
Videosignale über
Telefonleitungen innerhalb eines Bürogebäudes übertragen werden, ohne gewöhnliche
Telefongespräche
zu stören.
Verschiedene Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfassen eine Vielzahl an Videomodems, wie
sie in der oben genannten Patentanmeldung beschrieben sind, sowie
einen Breitbanddatenschalter, um Signale über die Videomodems zu verbinden.
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2A zeigt
schematisch ein System, das verschiedene Grundlagen der vorliegenden
Erfindung verwendet, wobei ähnliche
Bezugszeichen verwendet wurden, um die gleichen Elemente in den
Figuren zu kennzeichnen. Im Gegensatz zu der in 1A gezeigten
Ausgestaltung, bei der jedes Telefon unmittelbar mit dem Telefonschalter 120 verkabelt
ist, ist jedes Telefon in dem System aus 2A an
einen Modem/Diplexer (Elemente 241 bis 243) und
einen Breitbanddatenschalter 250 angeschlossen, der seinerseits
an den bestehenden Telefonschalter 220 angeschlossen ist.
Somit sind die Telefonleitungen 230a nicht unmittelbar
miteinander über den
Telefonschalter 220 verbunden, sondern gehen stattdessen
durch den Breitbanddatenschalter 250, ehe sie an den Telefonschalter 220 angeschlossen werden.
Im Wesentlichen wird der Breitbanddatenschalter 250 von
dem bestehenden Fernsprechnetz "huckepack" genommen, um neue
Breitbanddienste über
die bestehenden Telefonleitungen bereitzustellen.
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Benutzer können Video-"Anrufe" an andere Benutzer anmelden, indem
sie Informationen an den Breitbanddatenschalter senden, der dann
versucht, mit dem Gerät
des gewünschten Empfängers eine Verbindung
herzustellen. Wenn der angerufene Benutzer antwortet, baut der erfindungsgemäße Breitbandschalter
Kanäle
für Video,
Stereoton und/oder synchrone Hochgeschwindigkeitsdaten zwischen den
Endgeräten
für die
beiden Benutzer auf. Wenn einer der Benutzer aufhängen möchte, wird
eine Nachricht an den Schalter gesendet, der die beiden Endgeräte trennt
und sie in den Ruhezustand zurückversetzt.
Dieser Verbindungs- und Trennungsvorgang ist von dem normalen Telefonsystem
und dem bestehenden Telefonschalter völlig unabhängig.
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Die zu jedem Teilnehmer gehörigen Telefonnummern
können
zur Information in einem Speicher abgelegt werden, der zu der Steuereinheit 257 gehört, und
jeder Teilnehmer kann anrufen, entweder indem er eine Rufnummer
des anzurufenden Teilnehmers (oder gegebenenfalls eine externe Rufnummer) eingibt,
oder indem er eine Wahl aus einer Liste verfügbarer Benutzer trifft. Ein
anzeigbares Telefonbuch kann bereitgestellt werden, um Namen, Adressen und
weitere Informationen, wie etwa ein digitalisiertes Bitmapbild jedes
Benutzers, zu speichern.
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Bei der in 2A gezeigten
Ausführungsform
umfasst der Breitbanddatenschalter 250 eine Vielzahl an
Modem/Diplexern 251 bis 253, die jeweils mit einem
der Modem/Diplexer 241 bis 243 gekoppelt sind,
die zu den Telefonen 201 bis 203 gehören. Jeder
Modem/Diplexer kann ein Videomodem von der in der US-Patentschrift
Nr. 5,621,455 beschriebenen Art umfassen. Derartige Vorrichtungen
stellen die Modulation und Demodulation von Video-, Qualitätston- und
Nachrichtendaten über
gewöhnliche
Telefonleitungen bereit, ohne bestehende Telefonverbindungen zu
unterbrechen. Für
bidirektionale Signale kann ein Frequenzzuteilungsplan, wie etwa
der in 2 des oben genannten
Patents gezeigte, verwendet werden (z. B. Video in einer Richtung,
um 9 MHz zentriert, und Video in der anderen Richtung, um 17 MHz
zentriert, unter Verwendung von Frequenzmodulation), obwohl die
besondere Frequenzwahl nicht von größter Wichtigkeit ist. Hierin
werden auch alternative Ausführungsformen
offenbart. Zudem muss das Seitenbandfiltern (wie vorgeschlagen in
der zulässigen)
US-Patentschrift Nr. 5,621,455 nicht unbedingt erfolgen, wenn die
verfügbare
Bandbreite der Telefonleitung dies rechtfertigt.
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Den Videosignalen entsprechender
hochwertiger Stereoton kann gleichzeitig mit den Videosignalen übertragen
werden, und Datensignale für
den Aufbau von Videokonferenzanrufen und dergleichen können in
einem Datenkanal innerhalb der globalen Einschränkungen der Telefonleitungsbandbreite übertragen
werden. Der Datenkanal kann sowohl zur Übertragung von Anforderungen
an den Breitbanddatenschalter 250 (d. h. für den Rufaufbau)
als auch für
die Übertragung
von Daten an andere Teilnehmer einer Telekonferenz (d. h. für gemeinsames
Arbeiten an einem Dokument) verwendet werden. Ein beliebiger von
verschiedenen Modulationsschemata, wie etwa FSK, QPSK oder QAM,
kann für
die Datenübertragung
verwendet werden.
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Obwohl der oben beschriebene Modem/Diplexer
besonders als eine Schmalband-Frequenzmodulationstechnik verwendend
beschrieben wurde, können
andere Modulationsschemata, wie etwa Breitband-FM oder sogar Digitalübertragung
(mit oder ohne Kompression) verwendet werden. Zudem können Daten
unter Verwendung von FM, FSK, PSK, ASK und anderen Modulationstechniken übertragen werden.
Toninformationen können
als FM, AM, digital (mit oder ohne Kompression) und dergleichen übertragen
werden. Entsprechend soll die Erfindung nicht auf irgendeine besondere
Modulationstechnik eingeschränkt
sein.
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Der Breitbanddatenschalter 250 kann
sich in demselben Kabelschrank wie der Telefonschalter 220 befinden,
so dass er die in 2A gezeigten Verbindungen
mit nur geringfügigen
Leitungsänderungen
durch das Trennen jeder ankommenden Telefonleitung 230a von
dem bestehenden Telefonschalter 220 und ihren Anschluss
an den Breitbanddatenschalter 250 ermöglicht. Anschließend kann
der Breitbanddatenschalter 250 über die neuen Telefonleitungen 230b an
den bestehenden Telefonschalter 220 angeschlossen werden.
Natürlich
sind andere Leitungsausgestaltungen möglich, wobei es darum geht,
dass der Breitbanddatenschalter 250 zwischen den einzelnen
Telefonen und dem bestehenden Telefonschalter eingefügt wird.
Es ist auch möglich,
den Breitbanddatenschalter 250 in das bestehende Telefonleitungsnetz
einzukoppeln, ohne die bestehenden Telefonleitungen tatsächlich zu
trennen. Bei einer derartigen Ausführungsform würde der
Breitbanddatenschalter 250 mit den bestehenden Telefonleitungen
an beliebiger Stelle gekoppelt, um gehobenere Dienste, wie etwa
Videoinformationen, auf die bestehenden Telefonleitungen zu schalten.
Um derartige Verbindungen zu erleichtern, kann es jedoch wünschenswert
sein, den Breitbanddatenschalter 250 in demselben Kabelschrank
wie den Telefonschalter 220 unterzubringen.
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Jeder Modem/Diplexer 241 bis 243 kann
sich in einem Büro
oder Raum befinden, in dem sich das entsprechende Telefon befindet,
und kann mit dem Telefon über
normale Telefonbuchsen zur Bedienung durch einfaches Einstecken
gekoppelt sein. Obwohl die Modem/Diplexer 251 bis 253 als
in den Schalter integriert gezeigt werden, liegt es natürlich im
Umfang der vorliegenden Erfindung, derartige Modem/Diplexer getrennt
und außerhalb
des Breitbanddatenschalters 250 bereitzustellen. Weitere
Variationen und Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Umfang der
Erfindung zu verlassen.
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Zusätzlich dazu, dass er mit den
bestehenden Telefonen 201 bis 203 gekoppelt ist,
ist jeder Modem/Diplexer 241 bis 243 auch mit
einer Videovorrichtung 221 bis 223 gekoppelt,
die den zu jedem Telefon gehörigen
Benutzern Video-, Ton- und Datendienste bereitstellt. Eine in 3 gezeigte und nachstehend ausführlicher
beschriebene mögliche
Videovorrichtung ist eine Videotelekonferenzstation, die einen Computer
und dazugehörige
Peripheriegeräte umfasst,
die es jedem Benutzer ermöglicht,
Bewegtbildinformationen zu sehen. Durch die Verwendung einer derartigen
Station kann jeder Benutzer unabhängig von dem dazugehörigen Telefon über den Breitbanddatenschalter 250 Videotelefonanrufe
an einen oder mehrere andere Benutzer anmelden. Jede Videotelekonferenzstation
erlaubt es einem Benutzer, hochwertige Bild- und Toninformationen über die
Telefonleitungen 230a an andere Benutzer über den
Breitbanddatenschalter 250 zu übertragen. Weitere Anwendungen,
einschließlich
Videoserver-Anwendungen und Rundrufanwendungen, sollen hierin ebenfalls
ausführlicher
beschrieben werden.
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Wie in 2A gezeigt
wird ein Modem/Diplexer für
das Telefon eines jeden Benutzers bereitgestellt und in die in jedem
Büro bestehende
Telefonbuchse eingesteckt. Jede Modem/Diplexer-Einheit trennt die
Telefonsignale von anderen Breitbandsignalen (z. B. Video und Daten)
ab und lässt
normale Telefonsignale ohne Störung
durch. Bei verschiedenen Ausführungsformen
verwendet der Modem/Diplexer eine Schmalband-FM-Modulationstechnik
zur Videoübertragung,
aber die Erfindung ist in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt. Es
können
zwei Videosignale bereitgestellt werden (die etwa 6 MHz pro Signal
verwenden), um zweiseitige Videokonferenzen zwischen Bürotelefongeräten zu ermöglichen.
Jedes Videosignal kann im NTSC-Standardformat (RS-170A) bereitgestellt
werden. Datensignale für den
Aufbau eines Videoanrufs und dergleichen können ebenfalls in dem Breitbandabschnitt
des Spektrums übertragen
werden.
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Bei der Ausführungsform aus 2A umfasst
der Breitbanddatenschalter 250 eine Vielzahl an Modem/Diplexern 251 bis 253,
nämlich
einen pro ankommende Telefonleitung.
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Er umfasst auch einen Videokoppelpunktschalter 254,
einen Tonkoppelpunktschalter 255 und einen Datenkoppelpunktschalter 256.
Jeder dieser Schalter ist mit jedem Modem/Diplexer 251 bis 253 gekoppelt,
so dass jede beliebige ankommende Telefonleitung 230a unabhängig von
dem Telefonschalter 220 unmittelbar an -eine andere Telefonleitung 230a angeschlossen
werden kann. Obwohl diese Schaltanordnung in 2A als
einen Bus 258 verwendend gezeigt ist, können die Koppelpunktschalter
stattdessen unmittelbar mit jedem Modem/Diplexer (d.h. dem Videoschalter 254,
von dem ein Eingang und ein Ausgang mit jedem Modem/Diplexer 251 bis 253 verkabelt
ist; dem Tonschalter 255, von dem ein Eingang und ein Ausgang
mit jedem Modem/Diplexer 251 bis 253 verkabelt
ist; und dem Datenschalter 256, von dem ein Eingang und
ein Ausgang mit jedem Modem/Diplexer 251 bis 253 verkabelt
ist) verkabelt sein. Obwohl die Koppelpunktschalter als getrennte Einheiten
gezeigt werden, können
sie zudem natürlich
in einem einzigen Schalter kombiniert werden. Schließlich könnten mehrere
Modem/Diplexer in eine einzige Steckkarte kombiniert werden, um
in ein Gehäuse
zu passen.
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Obwohl dies nicht notwendig ist,
kann jedes Videosignal bei Basisbandfrequenzen geschaltet werden.
Z. B. setzt die ankommende Hälfte
jedes Modem/Diplexers zum Schalten in dem Schalter 250 Signale
abwärts
in Basisbandfrequenzen um, und die ausgehende Hälfte jedes Modem/Diplexers
in dem Schalter 250 setzt Basisbandsignale aufwärts in das geeignete
Frequenzband um. Für
eine zweiseitige Videokonferenz dient jeder Modem/Diplexer gleichzeitig
sowohl als ankommende als auch als ausgehende Einheit, wenn auch
für zwei
verschiedene Signale. In diesem Fall werden die ankommenden und
ausgehenden Signale in verschiedenen Frequenzbändern auf den Telefonleitungen 230a übertragen,
um Kanalübertragung
zu vermeiden.
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Bei einer Ausführungsform können Signale in
analoger Form übertragen,
empfangen und geschaltet werden. Bei einer anderen Ausführungsform können Signale
in digitaler Form übertragen,
empfangen und geschaltet werden. Variationen zu diesem Lösungsvorschlag
sind ebenfalls möglich.
Wie in 4 gezeigt, kann jeder Modem/Diplexer 451 eine
Digitalisierungsschaltung umfassen, die ankommende Analogsignale
zum Mischen und Schalten in digitale Form umsetzt, und ausgehende
Digitalsignale zur Übertragung über die
Telefonleitungen in analoge Form umsetzt. Weitere Variationen werden
mit Bezug auf 2B und 2C erklärt.
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Der Breitbanddatenschalter 250 umfasst auch
eine Steuereinheit 257 zum Steuern der Gesamtarbeitsweise
des Schalters und insbesondere zur Bedienung der Koppelpunktschalter 254 bis 256. Andere
Videoquellen, wie etwa normales Fernsehen, Videorecorder, Kameras
oder eine beliebige andere Art von Videosignal, können in
die Koppelpunktschalter eingegeben werden, um anschließend an
einen der Telefon-Modem/Diplexer 241 bis 243 angeschlossen
zu werden. Ein Videoserver 260, wie etwa ein auf einem
PC basierender Server, kann ebenfalls bereitgestellt werden, um
Videoabrufanwendungen zu ermöglichen.
Ein Codec 261 kann mit dem Videoserver gekoppelt werden,
um auf einer Platte 262 gespeichertes komprimiertes Video
zu dekomprimieren. Jeder Modem/Diplexer 251 bis 253 in
dem Breitbanddatenschalter 250 entnimmt bevorzugt für die Steuereinheit 257 gedachte
Datennachrichten (d. h. diejenigen, welche zu Aufbau und Fertigstellung
eines Videoanrufs gehören)
und überträgt diese
Nachrichten über
einen Bus an die Steuereinheit 257. Eine Technik dafür besteht
darin, die ankommende Nachricht in einem lokalen Speicher abzulegen,
eine Unterbrechung für
die Steuereinheit 257 zu erzeugen und die Steuereinheit 257 zu
veranlassen, die Nachricht über
einen Bus 258 auszulesen.
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Es ist auch möglich, Hochleistungs-Lichtleitfaserleitungen
an den Breitbanddatenschalter 250 anzuschließen, um
zusätzliche
Quellen für
Daten mit hoher Bandbreite bereitzustellen und gleichzeitig den Gebrauch
bestehender Telefonleitungen beizubehalten. Auf diese Art und Weise
können
Schreibtische zu minimalen Kosten mit erweiterten Möglichkeiten versorgt
werden.
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Die in 2A gezeigte
Anordnung erleichtert diverse unterschiedliche Videoanwendungen, einschließlich: einseitiger
Videorundruf; zweiseitige Videokonferenz; und Abruf gespeicherter
Videodaten. Bei jeder dieser Anwendungen empfängt der Breitbanddatenschalter 250 eine
Anforderung, um eine Videoquelle über die Koppelpunktschalter 254 bis 256 an
einen oder mehrere Benutzer anzuschließen, und unter der Kontrolle
der Steuereinheit 257 nehmen die Koppelpunktschalter die
Leitungsverbindungen über
die Modem/Diplexer 251 bis 253 vor. Jeder Modem/Diplexer 251 bis 253 stellt
getrennte Eingänge
und Ausgänge
für Video-,
Ton- und Datenkanäle
bereit, die unabhängig
geschaltet werden.
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2B zeigt
eine alternative Ausführungsform
für jeden
in 2A gezeigten Modem/Diplexer 241,
bei der Tondaten digital übertragen
werden, und 2C zeigt einen Frequenzplan
für eine
alternative Ausführungsform
jedes Modem/Diplexers 241.
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In 2B können Tondaten
für jeden
Modem/Diplexer in digitaler Form bereitgestellt werden, wie etwa
bei einer Abtastfrequenz von 48 KHz, unter Verwendung von 16 Bits
pro Kanal x 2 Kanäle
für Stereoton.
Dies führt
zu einer Gesamtdatenfrequenz von ungefähr 1,5 Mbits/s für jede Richtung
der Stereotondaten (ankommend und ausgehend). In diesen Strom können Daten
unter Verwendung des Multiplexers/ Demultiplexers 241a gemultiplext
werden, der mit dem Modulator 241b und dem Demodulator 241c gekoppelt
ist. Die Daten könnten
natürlich
komprimiert sein, um die Bandbreite zu reduzieren. Man könnte eine
beliebige von verschiedenen Modulationstechniken verwenden, wie
etwa QPSK, QAM und dergleichen. Der Sender 241d und der
Empfänger 241e sind
an den Diplexer 241f angeschlossen, um die Signaldaten
mit der Telefonleitung zu koppeln.
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2C zeigt
einen möglichen
Frequenzplan für
die Übertragung
bidirektionaler Ton-, Video- und Nachrichtendaten (Ton kann in dem
Nachrichtendatenstrom übertragen
werden). Wie in 2C gezeigt, können bestehende
Telefonsignale in Sprachqualität von
ungefähr
Null bis 2 MHz übertragen
werden; eintreffende Daten von ungefähr 2 MHz bis 5 MHz; abgehende
Daten von ungefähr
5 MHz bis 8 MHz; eintreffendes Video von ungefähr 8 MHz bis 15 MHz; und abgehendes
Video von ungefähr
15 MHz bis 22 MHz. Obwohl in 2C nicht
offensichtlich gezeigt, sollten im Allgemeinen geeignete Schutzbänder enthalten
sein, um Interferenzen zwischen den Signalen zu vermeiden.
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3 zeigt
eine mögliche
Ausgestaltung für eine
erfindungsgemäße Schreibtisch-Videokonferenzstation 321.
Wie in 3 gezeigt, ist das bestehende
Telefon 301 mit dem Modem/Diplexer 321 gekoppelt
und kann sich in der Nähe
der Station 321 befinden, wie etwa auf dem Schreibtisch
eines Benutzers. Die Station 321 kann einen Computer 374,
einen Bildschirm 370, eine Tastatur 372, Mikrofone 371,
eine Videokamera 373 und Stereolautsprecher 375 umfassen.
Die Videokamera 373 und das Mikrofon 371 können in
einer einzigen Einheit kombiniert, und wie es in der Technik hinlänglich bekannt
ist, mit einem Bilddigitalisierer oder einer anderen in den Computer 374 eingesteckten
Videokarte gekoppelt sein. Die Bestandteile können getrennt in autonomer Form
oder teilweise in einen Schreibtischcomputer integriert bereitgestellt
werden. Der Bildschirm 370 kann verwendet werden, um Videobilder
für einen oder
mehrere andere Teilnehmer an einer Videotelefonkonferenz unter der Kontrolle
der Software, die auf dem Computer 374 läuft, anzuzeigen.
Wie in der US-Patentschrift Nr. 5,621,455 beschrieben, kann ein
Bildrasterwandler verwendet werden, um die NTSC-Standardvideosignale
in das RGB-Format umzusetzen, das zur Ansteuerung eines Computerbildschirms
verwendet wird.
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Wie in 3 gezeigt,
umfasst jede Modem/Diplexer-Einheit bei verschiedenen Ausführungsformen
einen Videoeingangsport, einen Videoausgangsport, einen Toneingangsport
(zwei Kanäle) und
einen Tonausgangsport (zwei Kanäle),
einen Dateneingangsport und einen Datenausgangsport. Zusätzlich können normale
telefonartige Buchsen für den
Anschluss an das Telefon 301 und die Telefonleitung 330a bereitgestellt
werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen
werden Videodaten von der Kamera 373 auf ein erstes Frequenzband
FM1 frequenzmoduliert, und Videodaten von der Telefonleitung 330a werden
aus einem zweiten Frequenzband FM2 demoduliert. Der Modem/Diplexer 351 funktioniert
umgekehrt (d. h., Videodaten von der Kamera 373, die bei
FM1 moduliert sind, werden aus FM1 in den Modem/Diplexer 351 demoduliert,
wohingegen aus dem Modem/Diplexer 351 stammende Videodaten
in das Frequenzband FM2 moduliert und in den Modem/Diplexer 341 demoduliert
werden).
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Die Anordnung aus 3 funktioniert
im Wesentlichen wie folgt. Ein zu dem Telefon 301 und der Station 321 gehöriger Benutzer
meldet eine Anforderung für
Videodienste von der Station 321 aus in einem Datenkanal über die
bestehende Telefonleitung 330a an. Diese Aufforderung geht
durch den Modem/Diplexer 341 des Benutzers an den Modem/Diplexer 351 in
dem Schalter 350 und wird von der Steuereinheit 357 als "Rufaufbau"-Anforderung abgefangen.
Die Steuereinheit 357 bewirkt daraufhin, dass die entsprechenden
Koppelpunktschalter (nicht gezeigt) geschaltet werden, wodurch die
Telefonleitung 330a des Benutzers mit der Telefonleitung
eines anderen Benutzers oder einer Videoquelle außerhalb der
Telefonleitungen über
den Modem/Diplexer 351 verbunden wird.
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Diese Anordnung stört das bestehende
Telefon 301 nicht, weil die Telefonsignale in der Telefonzeichengaberegion
T (siehe 1B) enthalten sind, deren
Frequenz niedriger ist als die neuen Video-, Ton- und Datensignale,
die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden. Jeder
Modem/Diplexer entkoppelt die Telefonsignale aus den neuen Video-, Ton-
und Datensignalen, die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellt
werden, so dass bestehende Telefongeräte ungestört verwendet werden können.
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4 zeigt
zusätzliche
Einzelheiten einer möglichen
Ausführungsform
für einen
erfindungsgemäßen Breitbanddatenschalter.
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform
unterstützen
drei Modem/Diplexer-Einheiten 451 bis 453 jeweils
fünf Kommunikationskanäle, wobei
ein Kommunikationskanal als ein Paar Videosignale (ein Videosignal
in eine Einheit und eine aus der Einheit); ein Paar 16-Bit digitalisierte
Stereotonsignale (ein Strom in die Einheit und einer aus der Einheit,
wobei Haupttakt und Synchronisation von der Steuereinheit 457 bereitgestellt
werden); und ein Paar serieller Datensignale (eins in die Einheit
und eins aus der Einheit) definiert ist. Somit kann jede der in 4 gezeigten Modem/Diplexer-Einheiten an
fünf getrennte
Telefonleitungen sowie fünf
Leitungen an der PBX angeschlossen werden, um Vollduplex-Kommunikation
für fünf Benutzer
zu unterstützen.
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In 4 wird
auch eine Medienkarte 463 gezeigt, die eine Schnittstelle
zwischen externen Signalquellen (Videokameras, Videorecordern, normalem
Fernsehen, Kabelfernsehen, Videoservern und dergleichen) und der
Busplatine 458 bereitstellt. Die Medienkarte 463 übernimmt
die Leitweglenkung der externen Video-, Ton- und/oder seriellen
Datensignale zu der Busplatine 458, über die man jede beliebige dieser
externen Quellen an jeden beliebigen Benutzer anschließen kann,
indem man die Signale in eine für
die Busplatine geeignete Signalformatart umsetzt und diese Signale
dann über
eine oder mehrere Modem/Diplexer-Einheiten 451 bis 453 leitet.
Auf ähnliche
Art und Weise ist es möglich,
Signale von dem Schreibtisch eines Benutzers über einen der Modem/Diplexer 451 bis 453 über die
Medienkarte 463 bis zu einer externen Videosenke, wie etwa
einem Videorecorder, zu leiten.
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Eine TV-Tunerkarte 464 kann
ebenfalls in dem Breitbanddatenschalter 450 zum Anschluss
an eine Kabelfernsehquelle bereitgestellt werden. Das Eingangssignal
des normalen Fernsehens wird in 5 getrennte Signale, eins für jeden
Tuner, aufgeteilt. Bei verschiedenen Ausführungsformen umfasst die TV-Tunerkarte
einen Signalteiler und 5 getrennte TV-Tuner, von denen jeder auf
der Basis von Befehlen, die von der Steuereinheit 457 empfangen
wurden, unabhängig
einen anderen Kanal einstellen kann. Diese Befehle können von
einzelnen Benutzern an Telekonferenzstationen, wie etwa die in 3 gezeigten, erzeugt werden. Die Fernsehsignale
können
an die Schreibtische einzelner Benutzer über bestehende Telefonleitungen über die
Modem/Diplexer 451 bis 453 weitergeleitet werden.
Somit kann jeder Benutzer über
bestehende Telefonleitungen ein normales Fernseh- oder Kabelfernsehprogramm
an seinem Schreibtisch sehen und eine beliebige von verschiedenen
Stationen einstellen.
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Tonsignale können als serielle Ströme aus digitalisiertem
Stereoton bereitgestellt werden. Sowohl der rechte als auch der
linke Ton wird in 16-Bit-Wörter
digitalisiert und mit dem höchstwertigen
Bit und dem linken Kanal zuerst ausgegeben. Die Zeitmessung kann
durch Signale an der Busplatine 458, die auf einem 11,2896
MHz-Takt und einem Synchronisationsimpuls basieren, bereitgestellt
werden, wobei der Synchronisationsimpuls verwendet wird, um den
Beginn des linken Tonkanals anzugeben.
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Eine H.320 entsprechende Coder/Decoder- (Codec-)
Karte 465 kann bereitgestellt werden, welche die NTSC Standardvideound
andere Signale für die Übertragung
an andere Systeme in das H.320-Format umsetzt. Derartige Karten
sind bei Mentec, Ltd. (Irland) oder Zydachron Inc. (New Hampshire,
USA) erhältlich.
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Eine Konferenzbrückenkarte 466 nimmt mehrere
Kommunikationskanaleingänge
an, mischt einen oder mehrer davon zusammen und stellt einen gemischten
Ausgang bereit. Dies ermöglicht
es jedem Benutzer bei einem Konferenzanruf mit mehreren Teilnehmern,
die anderen Teilnehmer gleichzeitig zu sehen und zu hören. Video
wird "gemischt", indem die Fenster
(siehe 3) an dem Ausgang gekachelt werden,
wobei jedes einen von bis zu vier Videoeingängen aufweist. Ton wird durch
einfache Summierung der zu fusionierenden Eingänge gemischt. Daten werden
gemischt, indem eine Kopie von jedem Paket an die anderen Teilnehmer
einer Telekonferenz übertragen
wird.
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Bei bestimmten Ausführungsformen
erhält jeder
Benutzer nur das gemischte Bild und Ton von den anderen Teilnehmern
an einer Videotelekonferenz aber nicht sein eigenes Bild und Ton.
Wenn somit z. B. eine Videotelekonferenz drei Teilnehmer hat, sieht
und hört
jeder Benutzer nur die anderen beiden Teilnehmer auf seinem Bildschirm
aber nicht sich selbst. Andere Ausführungsformen der Erfindung umfassen
das Bereitstellen einer Videorückkopplung eines
jeden Benutzers für
sich selbst.
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5 zeigt
mindestens drei verschiedene Betriebsarten, die bereitgestellt werden
können,
um die oben beschriebenen Merkmale auszuführen. Bei einer ersten Betriebsart 501 erhält ein Benutzer
an einer Station Nr. 1 ein Videobild schirmbild eines der anderen
Teilnehmer an einer Videotelekonferenz, in diesem Fall Station Nr.
5. Bei einer zweiten Betriebsart 502 erhält der Benutzer
an einer Station Nr. 1 ein "gekacheltes" Bild, das die anderen
Teilnehmer an der Videotelekonferenz darstellt, in diesem Fall die Stationen 2 bis 5.
Bei einer dritten Betriebsart 503 erhält der Benutzer an der Station
Nr. 1 ein aufgeteiltes Bildschirmbild, das alle an der Telekonferenz
teilnehmenden Stationen darstellt, einschließlich des Benutzers selber
an der Station Nr. 1. Wie in 503 gezeigt kann diese Betriebsart
ferner ein vergrößertes Bild
eines der Teilnehmer und ein kleineres Bild der übrigen Teilnehmer bereitstellen.
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Das Bild 502 der zweiten
Betriebsart kann aufgebaut werden, indem jeder zweite Pixel und
jede zweite Linie ausgelassen werden, um eine Größenreduzierung auszuführen. Das
Bild 503 der dritten Betriebsart kann aufgebaut werden, indem drei
von jeweils vier Pixeln ausgelassen werden, um eine Reduzierung
der Bildgröße auszuführen.
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6 zeigt
eine mögliche
Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Konferenzbrückenkarte 566.
Wie in 6 gezeigt, ist eine Vielzahl
an Mischern 501 bis 505 über einen Steuerbus 506 gekoppelt,
durch den jeder Mischer von der Steuereinheit 257 bedient
werden kann. Jeder Mischer mischt Video-, Ton- und Datensignale,
bevorzugt in digitaler Form (man beachte den Analog/Digital-Wandler
508 und den Digital/Analog-Wandler 507), obwohl die Erfindung
in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt ist. Jeder Mischer hat
Zugriff auf Kanäle
von der Busplatine 509 aus, führt das geeignete Mischen aus
und erzeugt einen Ausgang zurück
an die Busplatine. Bei verschiedenen Ausgestaltungen liegen alle
in die Konferenzbrückenkarte
eingehenden und diese verlassenden Videosignale im NTSC-Analogformat
vor, obwohl auch Digitalformate verwendet werden können.
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Die Konferenzbrückenkarte kann "festverdrahtet" sein, so dass Ein-
und Ausgänge
an die richtigen Stellen gehen. Z. B. kann der Mischer Nr. 1 mit den
Kommunikationskanälen 2 bis 5 festverdrahtet sein
und einen Ausgang zu dem Kommunikationskanal 1 bereitstellen;
Mischer Nr. 2 kann mit den Kommunikationskanälen 1 und 3 bis 5 festverdrahtet
sein und einen Ausgang zu dem Kommunikationskanal 2 bereitstellen;
und so weiter.
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Videosignale können digital gemischt werden,
indem abwechselnd jedes digitale Videoeinzelbild von jeder Quelle
abgetastet wird, um ein neues Videoeinzelbild aufzubauen, das Abschnitte
jedes Eingangseinzelbildes umfasst. Siehe Erklärung zu 5 oben.
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Die Tonmischung kann analog zu der
Videomischung erfolgen. Ankommende Audiosignale von jedem Teilnehmer
an einer Telekonferenz werden summiert, um einen Verbundausgang
zu bilden. Für eine
Telekonferenz mit fünf
Personen wird z. B. der ersten Person ein Mischer zugewiesen, der
Tonproben von jedem der anderen vier Teilnehmer mischt und diesen
Ausgang der ersten Person bereitstellt. Bei verschiedenen Ausführungsformen
wird der Ton der ersten Person nicht mit den anderen vier Teilnehmern
gemischt.
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Eine Möglichkeit zur Mischung der
seriellen Daten besteht darin, einen seriellen Port an einer CPU
für jeden
ankommenden Datenkanal zu verwenden. Jedes ankommende Datenpaket
weist eine Zieladresse auf. Wenn ein Packet ein Ziel hat, das einen
Rundruf angibt (z. B. alle anderen Teilnehmer einer Telekonferenz),
dann überträgt die CPU
eine Kopie des Pakets an alle Ports, die an dieser Telekonferenz
teilnehmen. Wenn ein Paket nur für
einen anderen Teilnehmer gedacht ist, erfolgt kein Mischen (d. h.,
es wird nur an ein Ziel gesendet). Bei verschiedenen Ausführungsformen
wird der Datenschalter 450 immer als "Teilnehmer" einer Telekonferenz angesehen.
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Wie zuvor erklärt, können die Ton- und auch Videodaten
in analoger oder digitaler Form bereitgestellt werden. Würden Tondaten
digital zwischen Modem/Diplexern übertragen, wäre es nicht
notwendig, die Tondaten zu digitalisieren, nachdem sie demoduliert
wurden, und somit könnten
die Tondaten direkt dem ASD-Schalter 467 bereitgestellt
werden, der einen digitalen Koppelpunktschalter umfassen könnte, der
von der Steuereinheit 457 eingerichtet wird. Gegebenenfalls
könnte
der ASD-Schalter 467 als ASIC ausgeführt werden.
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Noch einmal mit Bezug auf 4 kann die Kommunikation zwischen jeder
Karte, wie etwa der Konferenzbrückenkarte,
und Steuereinheit 457 über einen
synchronen, seriellen Mehrpunktbus RS-485 erfolgen. Adresse und
Daten können
bei 125 KBaud übertragen
werden, und alle Transaktionen können von
der Steuereinheit 457 durch Senden einer spezifischen Adresse
eingeleitet werden. Alle Ports auf dem Bus warten auf ein Adressbyte,
und wenn sie ihre Adresse erkennen, erfassen sie den Befehl, und wenn
eine Antwort notwendig ist, antworten sie mit der Antwort oder einer
Angabe, dass eine Antwort kurz bevorsteht. Die Steuereinheit 457 kann
alle Ports abfragen, um die Arten der installierten Karten zu identifizieren
und um zu bestimmen, ob eine bestimmte Karte gewartet werden muss.
Um die Abfrage des Systems zu vereinfachen und zu beschleunigen,
weist jede Karte einen spezifischen Stift an dem Busplatinenstecker
auf, den die Karte nach unten setzt, um ihre Anwesenheit anzugeben.
Die Steuereinheit 457 kann diese Stifte von allen Karten
lesen und somit nur diejenigen Steckplätze abfragen, in denen sich
tatsächlich
Karten befinden.
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Die Steuereinheit 457 stellt
Kontrolle über
die anderen Karten in dem Datenschalter 450 bereit. Sie steuert
die Leitweglenkungsinformationen zwischen den Karten, pflegt Status-
und Leitweglenkungsinformationen und zeigt diese den Benutzern an,
und fragt wiederholt die anderen Karten in dem Datenschalter 450 ab,
um ein Profil der System konfiguration zu pflegen. Bei verschiedenen
Ausführungsformen übernimmt
die Steuereinheit 457 auch das Schalten der seriellen Datensignale.
Zusätzlich
kann die Steuereinheit 457 mit entfernten Modem/Diplexer-Einheiten unter
Verwendung eines Datenkanals über
die Telefonleitungen in Verbindung stehen. Zusätzlich kann sie einem externen
Endgerät über einen
RS-232-Anschluss oder einen Ethernet-Port Statusinformationen bereitstellen.
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Der Videoschalter 454 verbindet
einen beliebigen Videoeingangskanal mit einem beliebigen anderen
Videoausgangskanal, für
insgesamt 64 Kanäle.
Die Videoschaltung kann unter Verwendung einer analogen Koppelpunktmatrix
erfolgen. Zum Beispiel kann ein Chip von Maxim verwendet werden,
der eine 8 x 8 Koppelpunktmatrix bereitstellt. Bei einer derartigen
Ausgestaltung können
64 solcher Chips verwendet werden, um einen Videoschalter 454 zu bilden.
Alternativ kann eine 16 x 16 Koppelpunktmatrix von Analog Devices
Inc. verwendet werden, was die Chipmenge erheblich reduzieren würde.
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Der Ton-/ serielle Datenschalter 467 unterstützt 100
digitale Toneingangssignale, 100 digitale Tonausgangssignale und
100 serielle Datenausgangssignale. Die Tonschaltung kann unter Verwendung
von zwei 64 x 64 Koppelpunktmatrixen ausgeführt werden. Natürlich können andere
Schalttechniken verwendet werden. Weil digitale Schalter viel leistungsfähiger ausgeführt werden
können
als analoge Videokoppelpunktschalter, kann eine größere Anzahl
von Kanälen
gleichzeitig geschaltet werden (siehe 4).
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Die Telefonschnittstelle 468 ermöglicht es, externe
Telefonleitungen, wie etwa über
eine PBX oder direkt über
externe Leitungen, an den Datenschalter anzuschließen. Dies
macht z. B. einen Konferenzanruf mit einem Teilnehmer auf einer
externen Telefonleitung möglich,
die nur eine beschränkte Bandbreite
von 5 KHz aufweist. Die Telefon-
schnittstelle 468 setzt die normalen
ankommenden analogen Tonsignale in ein Digitalformat um, das über die Konferenzbrücke 466 und/oder über die
Modem/Diplexer 451 bis 453 (und umgekehrt) geleitet
werden kann. Auf diese Art und Weise könnte man mehrere Teilnehmer
in einem Büro
mit Video und hochwertigen Tondaten versorgen, während der extern angeschlossene
Teilnehmer nur unter Verwendung weniger guten Tons angeschlossen
wäre.
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Es sollen nun drei Anwendungen beschrieben
werden, die das erfindungsgemäße System
verwenden: (1) einseitiger Videorundruf; (2) zweiseitige Videokonferenz;
und (3) Abruf gespeicherter Videodaten. Andere Anwendungen können auf
einer oder mehrerer dieser Anwendungen basieren.
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7A zeigt
verschiedene Schritte, die ausgeführt werden können, um
eine einseitige Videorundrufanwendung zu erreichen. Kurz mit Bezug
auf 2 geht man davon
aus, dass die Software, die in der Videovorrichtung 221 läuft, mit
der Steuereinheit 257 in Verbindung steht, um den Kanalaufbau
und Kanalabbau über
den zweiseitigen Datenkanal über die
Modem/Diplexer 241 und 251 durchzuführen. Die nachstehend
bereitgestellte ausführliche
Beschreibung entspricht somit den Schritten, die von der Software
durchgeführt
werden können,
die auf der Videovorrichtung 221 und der Steuereinheit 257 läuft. Man
geht ebenfalls davon aus, dass die Videoinformationen entweder von
dem Videoserver 260 oder von einer der externen Videoquellen,
wie etwa dem normalen Fernsehen, Sicherheitskameras oder dergleichen,
zur Verfügung
stehen.
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Beginnend mit Schritt 701 überträgt die Videoeinheit 221 auf
Anforderung des Benutzers hin über die
Telefonleitung 230a unter Verwendung eines Datenkanals
eine Anforderung an den Schalter 250. Diese Anforderung
wird über
den Datenkanal über den
Modem/Diplexer 241, über
den Modem/Diplexer 251 übertragen,
und in der Steuereinheit 257 empfangen. Anschließend in
Schritt 702 überträgt die Steuereinheit 257 eine
Liste verfügbarer
Programme (z. B. die auf dem Videoserver 260 und/oder anderen Videoinformationsquellen
verfügbar
sind) wieder über
den Rückkommunikationskanal
zurück
an die Videovorrichtung 221. Diese Liste kann auf einem Computerbildschirm,
wie etwa der Bildschirm 370 aus 2, angezeigt werden. Statt jedes Mal
eine derartige Liste von dem Schalter 250 anzufordern, kann
die Videoeinheit 221 des Benutzers stattdessen eine Liste
bei der Systeminitialisierung erhalten, oder eine derartige Liste
kann periodisch von dem Schalter 250 rundgesendet werden.
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In Schritt 703 wählt der Benutzer eines der angezeigten
Programme, und die Wahl wird wieder über einen Datenkanal in der
Telefonleitung 230a an den Schalter 250 gesendet.
Anschließend
in Schritt 704 befiehlt der Schalter (über die Steuereinheit 257) dem
Videoschalter 254, dem Tonschalter 255 und/oder
dem Datenschalter 256, das gewählte Programm auf die Telefonleitung
des Benutzers zu schalten. Kurz mit Bezug auf 4,
wenn der Benutzer eine Fernsehübertragung
gewählt
hat, würde
diese den Schritt der Steuerung der TV-Tunerkarte 464 umfassen, um
den ausgewählten
Kanal einzustellen. Wie zuvor beschrieben, kann das Schalten bei
Basisbandfrequenzen erreicht werden (z. B. Videosignale im NTSC-Format
von 0 bis ungefähr
6 MHz).
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In Schritt 705 schaltet der Modem/Diplexer 251
das Basisbandvideosignal auf ein ausgehendes Frequenzband (z. B.
um ungefähr
9 MHz zentriert) "hoch", und der Modem/Diplexer 241 schaltet
das modulierte Videosignal wieder "herunter" auf das Basisband für die Anzeige auf der Videoeinheit 221. Wenn
eine Umsetzung zwischen NTSC- und RGB-Format notwendig ist, kann
ein Abtastwandler oder ein anderer Adapter bereitgestellt werden,
um die Umsetzung durchzuführen.
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In Schritt 706 wird das ausgewählte Videoprogramm
in einem Fenster auf dem Bildschirm des Benutzers angezeigt. In
Schritt 707 kann der Benutzer das Programm seinem Inhalt entsprechend
interaktiv steuern. Wenn das Programm z. B. ein normaler Fernsehkanal
ist, kann der Benutzer den Kanal, die Lautstärke und dergleichen ändern. Kommt
das Programm von einer Kamera, so kann der Benutzer Neigung, Drehung,
Bild und dergleichen steuern (siehe 7C).
Kommt das Programm von einem Videorecorder, so kann der Benutzer
Start, Stop, Pause, Schnellvorlauf und dergleichen steuern. Alle
diese Befehle können
durch den Datenkanal über
die Telefonleitung 230a übertragen werden.
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7B zeigt
eine mögliche
Benutzeroberfläche,
die verwendet werden kann, um die Schritte der 7A auszuführen. Wie
in 7B gezeigt, wird ein normales Fernsehprogramm
in einem Fenster auf dem anzeigbaren Bildschirmbereich des Benutzers mit
verschiedenen Bedienungselementen bereitgestellt.
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7C zeigt
eine Anzeige für
eine benutzergesteuerte Kamera mit Fernsteuerung, die auf jeder Benutzerstation
bereitgestellt werden kann. Wenn eine ferngesteuerte Kamera aktiviert
ist, kann jeder Benutzer Bedienungselemente erhalten, um Schwenkung,
Neigung, Zoom und Kamerawahl (d.h. Steuerung einer lokalen oder
entfernten Kamera) zu ändern.
Zusätzlich
können
je nach Möglichkeiten
der Kamera Bedienungselemente für
manuellen oder automatischen Fokus bereitgestellt werden. Eine Fernaussperrungsfunktion
kann bereitgestellt werden, um einen Fernbenutzer daran zu hindern,
die Kamera des lokalen Benutzers zu steuern. Eine "Voreinstellungs"-Funktion kann ebenfalls
bereitgestellt werden, die es einem Benutzer ermöglicht, verschiedene Kamerapositionen
vorher einzustellen und zu speichern. Ebenfalls können Benutzerbedienungselemente
für Kameraeinstellungen,
wie etwa Bewegungsschrittgröße, Dauer
der Kamerabewegung und dergleichen, bereitgestellt werden.
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Jedes der zuvor erwähnten Bedienungselemente
kann als Nachricht in dem Datenkanal übertragen werden.
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8A zeigt
Schritte, die erfolgen können, um
eine zweiseitige Videoanwendung, wie etwa eine Videotelekonferenz
zwischen zwei oder mehreren Personen, durchzuführen. Beginnend mit Schritt
801 meldet ein Benutzer an seiner Videoeinheit 221 eine "Anruf"-Anforderung an, die an den Schalter 250 übertragen
wird. Diese Anforderung wird über
das Diplexer/Modem 241 an den Datenschalter 250 über einen
Datenkanal auf der Telefonleitung 230a übertragen. Anschließend in
Schritt 802 sendet der Datenschalter 250 eine Liste der
verfügbaren
Personen oder Teilnehmer zurück.
Diese Liste kann auf denjenigen Teilnehmern basieren, die derzeit
an das System angeschlossen sind, so dass nicht verfügbare Personen
nicht aufgeführt
würden.
Man kann ein Format nach Art eines "Telefonbuchs" verwenden. Stattdessen ist es natürlich möglich, eine
derartige Telefonliste auf jeder Benutzerstation zu speichern oder periodisch
eine Liste derzeit verfügbarer
Teilnehmer rundzusenden.
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Anschließend in Schritt 803 wählt der
Benutzer einen oder mehrere Teilnehmer, und diese Auswahl wird an
den Schalter 250 übertragen.
Wenn mehr als ein Teilnehmer gewählt
wurde, kann nach einer der in 5 gezeigten
Betriebsarten auf dem Bildschirm des Benutzers ein gekacheltes Fenster angelegt
werden. Natürlich
sind andere Lösungsansätze möglich.
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In Schritt 804 verbindet der Schalter 250 die ausgewählten Benutzer über die
Schalter 254, 255 und 256 miteinander
und steuert zusätzlich
die Konferenzbrücke 466,
um Bilder gegebenenfalls zu fusionieren. Wenn nur zwei Teilnehmer
angeschlossen sind, ist das Fusionieren möglicherweise nicht notwendig
(d.h., jeder Teilnehmer sieht nur ein Bild des anderen Teilnehmers).
Wenn drei oder mehrere Teilnehmer angeschlossen sind, kann das Fusionieren verwendet
werden, damit jeder Teilnehmer alle anderen Teilnehmer und gegebenenfalls
den Anrufer selber sehen kann.
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In Schritt 805 schaltet jede Modem/Diplexer-Kombination
das ankommende und ausgehende Video zwischen einem geeigneten Frequenzband und
Basisband hoch und herunter. Wenn sich z. B. mit Bezug auf 2 der Benutzer an dem Telefon 201 bei
dem Benutzer an dem Telefon 203 anschließt, würde der
Modem/Diplexer 241 das Video von einer Kamera an der Videostation 221 zur Übertragung über die
Leitung 230a hoch schalten; der Modem/Diplexer 251 würde dieses
Signal auf das Basisband zur Schaltung in dem Videoschalter 254 herunterschalten;
der Modem/Diplexer 253 würde
dieses Signal zur Übertragung über die
Leitung 230a zu dem Benutzer 203 hoch schalten;
und der Modem/Diplexer 243 würde
dieses Signal zum Anzeigen auf der Videoeinheit 223 herunterschalten. Ähnlich würde das
Video von einer Kamera an der Videostation 223 von dem
Modem/Diplexer 243 zur Übertragung
an den Schalter hoch geschaltet; der Modem/Diplexer 253 würde dieses
Signal auf das Basisband zur Schaltung über den Videoschalter 254 herunterschalten;
der Modem/Diplexer 251 würde
dieses Basisbandsignal für
die Übertragung
an den Benutzer 201 hoch schalten; und der Modem/Diplexer
241 würde
dieses Videosignal zum Anzeigen auf der Einheit 221 herunterschalten.
Für mehr
als zwei Teilnehmer kann das Fusionieren in der Konferenzbrückenkarte 466 vor
dem Schalten erfolgen.
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In Schritt 806 werden die fusionierten
Videosignale an der Videostation jedes Benutzers, bevorzugt in einem
Fenster, angezeigt. In Schritt 807 kann schließlich jeder Benutzer gewisse
Aspekte der Videoanzeige, wie etwa die Bildgröße, die Auswahl der angezeigten
Teilnehmer, und dergleichen, steuern. Eine derartige Steuerung veranlasst
die Übertragung der
Befehle an den Schalter 250, der die Vorgänge der
Videoschaltung und -fusionierung steuert.
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8B zeigt
eine mögliche
Benutzeroberfläche
für die
Ausführung
der Schritte aus 8A. Wie in 8B gezeigt, werden drei Bewegtbilder von
drei anderen Teilnehmern eines Videokonferenzanrufs in einem Anzeigebereich
auf dem Computerbildschirm des Benutzers bereitgestellt. Zusätzlich können Bedienungselemente,
wie zur Steuerung der zu jedem Benutzer gehörigen Kameras, bereitgestellt
werden (siehe 7C).
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9A zeigt
die Schritte, die erfolgen können,
um eine Videoabrufanwendung durchzuführen, wie etwa das Ansehen
eines Lehrvideos oder -films. Die Schritte sind denen aus 7A (einseitige Videoanwendung) ähnlich,
können
aber zusätzliche Schritte
zur Interaktion mit einem Videoserver, wie etwa dem Server 260 in 2, umfassen.
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Beginnend mit Schritt 901 sendet
der Benutzer eine Anforderung für
ein Videoprogramm an den Schalter 250. In Schritt 902 bestimmt
der Schalter, dass die Anforderung für ein Programm von dem Server 260 gilt
und überträgt die Anforderung
an den Server. Der Videoserver 260 kann einer von diversen hinlänglich bekannten
Videoservern sein und kann mit einem Personalcomputer und Festplatten,
auf denen Programme in einem komprimierten Format gespeichert sind,
ausgeführt
werden. (Bei einer Ausführungsform
wird eine Vielzahl an Videoservern 260 bereitgestellt,
wobei jede einen dedizierten Personalcomputer zur Bedienung eines
einzelnen Benutzers umfasst). Der Videoserver 260 sendet
eine Liste verfügbarer
Programme an den Schalter 250 zurück, der diese Liste an den
Benutzer zurücksendet.
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In Schritt 903 wählt der Benutzer eines der Programme,
und diese Auswahl wird an den Schalter 250 übertragen,
der die Anforderung an den Videoserver 260 übergibt,
um die Wiedergabe des gewählten
Programms zu starten. In Schritt 904 schaltet der Schalter 250 auch
den geeigneten Serverkanal auf die Telefonleitung des Benutzers.
Für komprimierte Videoprogramme
dekomprimiert der Codec 261 das Programm während der
Wiedergabe.
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In Schritt 905 wird das dekomprimierte
Videoprogramm über
die Modem/Diplexer 251 und 241 übertragen,
wobei der Modem/Diplexer 251 das dekomprimierte Videoprogramm hoch
schaltet und der Modem/Diplexer 241 das dekomprimierte Videoprogramm
auf das Basisband zum Anzeigen auf der Einheit 221 herunterschaltet.
Danach wird in Schritt 906 das dekomprimierte Videoprogramm wird
auf der Einheit 221, wie etwa in einem Fenster, angezeigt. Schließlich kann
der Benutzer in Schritt 907 verschiedene Aspekte des Programms steuern,
wie etwa Lautstärke ändern, Video
stoppen oder anhalten, Schnellvorlauf, usw.. Diese Steuerungen werden dem
Videoserver 260 von dem Schalter 250 für die geeigneten
Maßnahmen übergeben.
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9B zeigt
eine mögliche
Benutzeroberfläche,
die bereitgestellt werden kann, um die in 9A beschriebenen
Schritte auszuführen.
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Es ist ersichtlich, dass zahlreiche Änderungen
und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich sind, und Bezug auf spezifische
Werte sind nur beispielhaft.
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Die Bezugszeichen in den beigefügten Verfahrensansprüchen, die
Schritte kennzeichnen, dienen nur praktischen Zwecken und sind nicht
dazu gedacht, eine notwendige Ordnung der Schritte vorzugeben. Es
ist ersichtlich, dass die Verfahrensschritte der Erfindung in einer
anders als dargestellt angeordneten Reihenfolge umgesetzt werden
können,
ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Es versteht sich deshalb,
dass die Erfindung im Umfang der beiliegenden Ansprüche anders
als spezifisch beschrieben praktiziert werden kann.