(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
需要に即応じて、選択されたプログラムを１つまたはそれ以上のディスプレイシステムに選択的に分配して視聴者が視聴できるようにするためのシステムであって、前記システムは各視聴者がディスプレイシステムの前記プログラムのディスプレイを対話的に制御できるようにし、
前記プログラムを記憶するための記憶手段（１０）を含み、前記プログラムは個々に選択可能な異なったプログラムであり、前記プログラムはデータ信号の多数のフレームに分割され、前記記憶手段は前記プログラムに多数の同時のアクセスを提供し、さらに前記システムは
前記記憶手段（１０）に結合されて、再生、一時停止、巻戻し、早送り、または停止のリクエストを含み得る、プログラムへのアクセスを確保する視聴者リクエストを受取り、かつこれらのリクエストのあるものに応答して、前記プログラムのうちの選択された１つの、選択されたフレームのシーケンスを前記記憶手段から検索するためのサーバ手段（１２）を含み、前記サーバ手段（１２）は、互いに時間オフセットした関係で提供される同期グループに視聴者を割当て、前記同期グループの各々は、前記視聴者のうち予め定められた時間内に受け取られるリクエストをしかつ前記選択されたフレームのシーケンスと同じものへのアクセスをリクエストするものを含み、さらに前記システムは
前記サーバ手段（１２）に結合されて、前記サーバ手段から前記選択されたフレームを受け、前記受けられたフレームから、選択された数の複製フレームを形成し、かつ前記複製フレームの各々１つを伝達パケットにフォーマット化するためのネットワークインタフェース手段（１８）を含み、各前記伝達パケットは、選択されたディスプレイシステムに特定され、さらに前記システムは
前記ネットワークインタフェース手段（１８）に結合されて、前記ネットワークインタフェース手段から前記伝達パケットを受け、かつ前記伝達パケットを少なくとも１つの選択されたディスプレイシステム（２４，２６）に分配するための分配ネットワーク手段（２０）と、
前記分配ネットワーク手段（２０）および少なくとも１つの選択されたディスプレイシステム（２４，２６）に結合されて、前記伝達パケットから前記複製フレームを取出し、かつ少なくとも１つの選択されたディスプレイシステムにリアルタイムに表示するために前記複製フレームに与えるためのデコーダ手段（２２）と、
前記サーバ手段（１２）に結合されて、前記サーバ手段に視聴者のデジタルビデオデータ分配サービスリクエストを対話的に通信するための視聴者選択手段（１６）とを含み、前記視聴者リクエストは、前記選択されたフレームのシーケンスへのアクセスを確保するリクエストを含み、かつ
前記サーバ手段（１２）は、前記視聴者リクエストに基づいて、視聴者の同期グループへの割当てを変更することにより前記選択されたフレームのシーケンスの表示を制御する、システム。
【請求項２】
前記サーバ手段および前記分配ネットワーク手段に結合される複数のネットワークインタフェース手段をさらに含み、前記複数のネットワークインタフェース手段の各々は前記サーバ手段から前記選択されたフレームを受け、前記受けられたフレームから、選択された数の複製フレームを形成し、かつ前記複製フレームの各々１つを伝達パケットにフォーマット化するためのものであり、各前記伝達パケットは複数のディスプレイシステムのうち関連したものに特定される、請求項１に記載の、プログラムを選択することができる複数のディスプレイシステムを有するシステム。
【請求項３】
前記分配システムは前記記憶手段に結合されて、視聴者によって対話的に選択された前記プログラムのうち選択されたものの前記フレームを前記記憶手段から検索するための複数のサーバ手段と、複数のネットワークインタフェース手段とをさらに含み、前記ネットワークインタフェース手段のうち少なくとも１つは前記複数のサーバ手段の各々１つに結合されて、前記結合されたサーバ手段から前記選択されたフレームを受け、前記受けられたフレームから選択された数の複製フレームを形成し、かつ前記フレームの各々１つを伝達パケットにフォーマット化し、各前記伝達パケットはディスプレイシステムのうち選択されたものに特定され、さらに前記システムは複数の視聴者選択手段を含み、前記視聴者選択手段のうち少なくとも１つは前記サーバ手段の各々１つに結合されて、視聴者のデジタルビデオデータ分配サービスリクエストを対話的に通信する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のサーバ手段に結合されて、前記サーバ手段のうち選択されたものに視聴者のデジタルビデオデータ分配サービスリクエストを再度分配するための制御手段をさらに含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御手段は視聴者の課金情報を作成するための手段を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記サーバ手段はリアルタイムで視聴者のリクエストを処理して、デジタルビデオデータ分配サービスを開始、一時停止および停止し、かつ前記プログラムにおけるリクエストする各視聴者の時間的位置を修正することができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記分配ネットワーク手段に結合される複数のデコーダ手段をさらに含み、前記デコーダ手段の各々１つは異なったディスプレイシステムに結合されて、前記伝達パケットから前記複製フレームを取出し、かつリアルタイムに表示するために各視聴者のディスプレイシステムに前記複製フレームを与える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記記憶手段に記憶される前記デジタルビデオデータ信号は、エンコードされ、かつ圧縮されたデジタルビデオデータ信号である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記デコーダ手段が、前記視聴者のディスプレイシステムに表示する前に前記複製フレームをデコードし、かつ伸長するための手段を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記視聴者選択手段は自動電話応答デバイスであって、公衆交換電話回線を介して各視聴者のサイトにある電話および前記サーバ手段に結合され、前記サーバ手段に視聴者のデジタルビデオデータ分配サービスリクエストを対話的に通信するためのものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記記憶手段が光ディスクドライブを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記記憶手段が複数の光ディスクドライブをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記記憶手段が磁気ディスクドライブを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記記憶手段が複数の磁気ディスクドライブをさらに含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記記憶手段がランダムアクセス半導体メモリを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記記憶手段が複数のランダムアクセス半導体メモリをさらに含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記記憶手段が磁気テープドライブを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記記憶手段が複数の磁気テープドライブをさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記記憶手段が、０個またはそれ以上の光ディスクドライブ、１つまたはそれ以上の磁気ディスクドライブ、０個またはそれ以上のランダムアクセス半導体メモリおよび０個またはそれ以上の磁気テープドライブの何らかの組合せを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記サーバ手段が、
命令を実行するための命令処理手段（４０）と、
前記命令処理手段（４０）に結合されて前記命令および前記選択されたフレームを記憶するための主メモリ手段（３８）と、
前記記憶手段に結合されて、前記記憶手段から前記命令および前記選択されたフレームをアクセスするための入力／出力チャネル手段（３０）と、
前記入力／出力チャネル手段を介して前記記憶手段から前記命令および前記選択されたフレームを検索するための入力／出力処理手段（２８）と、
前記入力／出力処理手段、前記命令処理手段および前記主メモリ手段に結合されて、前記命令および前記選択されたフレームを前記入力／出力処理手段から前記主メモリ手段に転送するための入力／出力バス手段（３２）とを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ネットワークインタフェース手段が、
前記入力／出力バス手段に結合されて、前記入力／出力バス手段から前記選択されたフレームを受けるためのネットワーク入力／出力処理手段（４８）と、
前記ネットワーク入力／出力処理手段に結合されて、前記ネットワーク入力／出力処理手段から受取られた前記受けられたフレームから予め定められた数の複製フレームを提供するためのマルチキャストインタフェース手段（５０）と、
前記マルチキャストインタフェース手段および前記分配ネットワーク手段に結合され、前記複製フレームを１つまたはそれ以上の伝達パケットにフォーマット化して前記分配ネットワーク手段を介して前記デコーダに伝達するための非同期転送モードインタフェース手段（５２）とを含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記分配ネットワーク手段が交換ＩＳＤＮを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記公衆交換ＩＳＤＮが、非同期転送モードインタフェースを含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記分配ネットワーク手段が、ファイバ分配データインタフェースネットワークを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記デコーダ手段が、前記分配ネットワーク手段から受取られた前記複製フレームを、前記ディスプレイシステムに表示するために、選択されたフォーマットに変換するための変換手段を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２６】
前記選択されたフォーマットは高品位テレビジョンのためのものである、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記選択されたフォーマットはＭＰＥＧ−１またはＭＰＥＧ−２規格である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２８】
前記選択されたフォーマットは視聴者のディスプレイシステムと互換性のあるアナログ信号システムである、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２９】
前記アナログ信号システムはＮＴＳＣフォーマットである、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記アナログ信号システムはＰＡＬフォーマットである、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
需要に即応じて、選択されたデジタルビデオデータ信号を１つまたはそれ以上のディスプレイシステムに分配して、視聴者が視聴できるようにするためのマルチキャストデジタルビデオデータサーバシステムであって、前記システムは各視聴者がディスプレイシステムの前記デジタルビデオデータ信号のディスプレイを対話的に制御できるようにし、前記システムは
前記デジタルビデオデータ信号を記憶するためのビデオライブラリ（１０）を備え、前記デジタルビデオデータ信号は個々の異なった選択可能なプログラムにグループ分けされ、前記プログラムはデータ信号の多数のフレームに分割され、前記ビデオライブラリはアドレス指定可能な大容量記憶デバイスを含んで前記プログラムへの多数の同時のアクセスを可能にし、さらに前記システムは、
前記ビデオライブラリ（１０）に結合されて、再生、一時停止、巻戻し、早送り、または停止のリクエストを含み得る、ビデオデータ信号へのアクセスを確保する視聴者からのリクエストを受取り、かつこれらのリクエストのあるものに応答して、前記プログラムのうち選択されたものの、選択されたフレームを検索し、かつ同期グループに視聴者を割当てるデジタルビデオデータサーバ（１２）を含み、前記同期グループの各々は、予め定められた時間内に前記プログラムの前記選択されたものの同じ選択されたフレームのシーケンスへのアクセスをリクエストする視聴者を含み、さらに前記システムは
前記デジタルビデオデータサーバ（１２）に結合されて、前記デジタルビデオデータサーバから前記選択されたフレームを受け、選択された回数だけ前記受けられたフレームを複製し、かつ前記複製フレームの各々１つを伝達パケットにフォーマット化するネットワークインタフェース（１８）を含み、各前記伝達パケットは選択されたディスプレイシステムに特定され、さらに前記システムは
前記ネットワークインタフェースに結合されて、前記ネットワークインタフェースから前記伝達パケットを受け、かつ選択されたディスプレイシステムに前記伝達パケットを分配する分配ネットワーク（２０）と、
前記分配ネットワークおよび関連ディスプレイシステムに結合されて、前記伝達パケットから前記フレームを取出し、かつ前記ディスプレイシステムにリアルタイムで表示するために前記複製フレームを与えるデコーダ（２２）と、
前記デジタルビデオデータサーバに結合されて、前記デジタルビデオデータサーバに視聴者のデジタルビデオデータ分配サービスの選択されたフレームのリクエストを対話的に通信する、視聴者選択デバイス（１６）とを含み、これにより前記デジタルビデオデータサーバは、前記視聴者リクエストにしたがって、前記同期グループ内の前記視聴者の割当てを変更することにより、前記選択されたフレームの表示を制御する、システム。
【請求項３２】
前記デジタルビデオデータサーバおよび前記分配ネットワークに結合されて、前記デジタルビデオデータサーバから前記選択されたフレームを受け、前記視聴者のリクエストに応じて選択された回数だけ前記受けられたフレームを複製し、かつ前記フレームの各々１つを伝達パケットにフォーマット化する複数のネットワークインタフェースをさらに含み、各前記伝達パケットは選択されたディスプレイシステムに特定される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記マルチキャストデジタルビデオデータサーバシステムは、前記ビデオライブラリに結合されて、視聴者によって対話的に選択された前記プログラムのうち選択されたものの前記選択されたフレームを前記ビデオライブラリから検索する複数のデジタルビデオデータサーバと、複数のネットワークインタフェースとをさらに含み、前記ネットワークインタフェースのうち少なくとも１つは前記デジタルビデオデータサーバの各々１つに結合されて前記選択されたフレームを受け、選択された回数だけ前記選択されたフレームを複製し、かつ前記複製フレームの各々１つを伝達パケットにフォーマット化し、各前記伝達パケットは選択された視聴者のディスプレイシステムに特定され、さらに前記システムは複数の視聴者選択デバイスを含み、前記視聴者選択デバイスのうち少なくとも１つは前記デジタルビデオデータサーバの各々１つに結合されて、前記視聴者のデジタルビデオデータ分配サービスリクエストに対話的に通信する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３４】
前記複数のデジタルビデオデータサーバに結合されて、前記デジタルビデオデータサーバのうち選択されたものに視聴者のデジタルビデオデータ分配サービスリクエストを再度分配するためのコントロールサーバをさらに含む、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記コントロールサーバは視聴者の課金情報を作成するための手段を含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３６】
前記デジタルビデオデータサーバはリアルタイムで視聴者のリクエストを処理してデジタルビデオデータ分配サービスを開始、一時停止および停止し、かつ前記プログラムにおける、リクエストする各視聴者の時間的位置を修正することができる、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３７】
前記分配ネットワークに結合される複数のデコーダをさらに含み、前記コーダの各々１つは異なった視聴者のディスプレイシステムに結合されて、前記伝達パケットから前記複製フレームを取出し、かつ前記視聴者のディスプレイシステムにリアルタイムに表示するために前記複製フレームを与えるためのものである、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３８】
前記ビデオライブラリに記憶される前記デジタルビデオデータ信号は、エンコードされ、かつ圧縮されたデジタルビデオデータ信号である、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３９】
前記デコーダは、前記視聴者のディスプレイシステムに表示する前に前記複製フレームをデコードし、かつ伸長するためのビデオ信号プロセッサを含む、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記視聴者選択デバイスは自動電話応答デバイスであって、公衆交換電話回線を介して各視聴者のサイトにある電話および前記デジタルビデオデータサーバに結合されて、前記デジタルビデオデータサーバに視聴者のデジタルビデオデータ分配サービスリクエストを対話的に通信する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４１】
前記アドレス指定可能な大容量記憶デバイスが複数の光ディスクドライブを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４２】
前記アドレス指定可能な大容量記憶デバイスが複数の磁気ディスクドライブを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記アドレス指定可能な大容量記憶デバイスが複数のランダムアクセス半導体メモリを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４４】
前記アドレス指定可能な大容量記憶デバイスが複数の磁気テープドライブを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４５】
前記アドレス指定可能な大容量記憶デバイスが、０個またはそれ以上の光ディスクドライブ、１つまたはそれ以上の磁気ディスクドライブ、０個またはそれ以上のランダムアクセス半導体メモリおよび０個またはそれ以上の磁気テープドライブの何らかの組合せを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４６】
前記デジタルビデオデータサーバが、
命令を実行する命令プロセッサ（４０）と、
前記命令および前記フレームを記憶する主メモリモジュール（３８）と、
前記命令プロセッサおよび前記主メモリに結合されて、前記主メモリモジュールへのアクセスを制御する、記憶コントローラ（３６）と、
前記記憶コントローラに結合される入力／出力バス（３２）と、
前記アドレス指定可能な大容量記憶デバイスに結合される１つまたはそれ以上の入力／出力チャネル（３０）と、
前記入力／出力バスおよび前記１つまたはそれ以上の入力／出力チャネルに結合されて、前記アドレス指定可能な大容量記憶デバイスから前記命令および前記選択されたフレームを検索し、かつ前記命令および前記選択されたフレームを前記記憶コントローラの制御下で前記入力／出力バスを介して前記主メモリモジュールに転送する入力／出力プロセッサ（２８）とを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４７】
前記ネットワークインタフェースが、
前記入力／出力バスに結合されて、前記入力／出力バスから前記選択されたフレームを受けるネットワーク入力／出力プロセッサ（４８）と、
前記ネットワーク入力／出力プロセッサに結合されて、選択された回数だけ、前記ネットワーク入力／出力プロセッサから受取られた前記受けられたフレームを複製するマルチキャストインタフェース（５０）と、
前記マルチキャストインタフェースおよび前記分配ネットワークに結合され、前記複製フレームを１つまたはそれ以上の伝達パケットにフォーマット化して前記分配ネットワークを介して前記デコーダに伝達するための非同期転送モードインタフェースとを含む、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記分配ネットワークが、交換ＩＳＤＮを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４９】
前記交換ＩＳＤＮが非同期転送モードインタフェースを含む、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
前記分配ネットワークがファイバ分配データインタフェースネットワークを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項５１】
前記デコーダが、前記分配ネットワークから受取られた前記複製フレームを、ディスプレイシステムに表示するために、選択されたフォーマットに変換するための変換デバイスを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項５２】
前記選択されたフォーマットが高品位テレビジョンである、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記選択されたフォーマットがＭＰＥＧ−１またはＭＰＥＧ−２規格である、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５４】
前記選択されたフォーマットが、視聴者のディスプレイシステムと互換性のあるアナログ信号システムである、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５５】
前記アナログ信号システムが、ＮＴＳＣフォーマットである、請求項５４に記載のシステム。
【請求項５６】
前記アナログ信号システムが、ＰＡＬフォーマットである、請求項５４に記載のシステム。
【請求項５７】
需要に即応じて、選択されたリアルタイムのデジタルビデオデータ信号をデジタルビデオデータサーバによって１つまたはそれ以上のディスプレイシステムに分配して視聴者が視聴できるようにするための方法であって、前記デジタルビデオデータサーバは、過渡デジタルビデオデータを記憶する多数のバッファを有し、前記方法は、
（ａ）  エンコードされ、かつ圧縮されたデジタルビデオデータ信号のビデオライブラリ（１０）を提供するステップを含み、前記デジタルビデオデータ信号は選択可能な異なったプログラムにグループ分けされ、前記プログラムは多数のデータ信号のフレームに分割され、
（ｂ）  視聴者からデジタルビデオデータ分配サービスリクエストを受取るステップを含み、前記視聴者のリクエストは前記プログラムのうち選択されたものの特定されたフレームへのアクセスを確保するためのリクエストであり、さらに、
（ｃ）  予め定められた時間内に、前記選択されたプログラムの前記特定されたフレームをリクエストする０人またはそれ以上の他の視聴者からなる複数の同期グループのうち１つに前記視聴者を割当てるステップと、
（ｄ）  前記選択されたプログラムの前記フレームを前記ビデオライブラリから、前記選択されたプログラムの予め定められたフレームから始まるように、時間的な順で検索するステップと、
（ｅ）  前記ビデオライブラリから検索された前記フレームの各々のコピーを、前記割当てられた同期グループに属する視聴者すべてに、リアルタイムで各視聴者のディスクシステムに送るステップと、
（ｆ）  ビデオデータ信号へのアクセスを確保するために、再生、一時停止、巻戻し、早送り、または停止のリクエストを含み得る視聴者リクエストを受取り、視聴者リクエストのあるものによって要求されるように（ｂ）〜（ｅ）のステップを繰返すステップとを含み、かつ前記視聴者の同期グループへの割当てを変更するように視聴者からリクエストが受け取られる、方法。
【請求項５８】
前記プログラムのうち選択されたものへのアクセスを確保する前記ステップが、視聴者から非同期的に与えられたリクエストに応答して、前記リクエストする視聴者への前記プログラムのうち選択されたものの分配を再生、一時停止、巻戻し、早送りまたは停止するステップを含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記視聴者のリクエストが、前記選択されたプログラムの視聴を一時停止または停止することであるとき、前記割当てられた同期グループから前記視聴者を除外するステップをさらに含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記視聴者のリクエストが、巻戻しまたは早送りのリクエストにより、前記選択されたプログラムの前記フレームの分配における視聴者のそのときの時間的位置を変更するものであるときに、前記割当てられた同期グループから別の同期グループに視聴者を再度割当てるステップをさらに含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
（ａ）  分配ネットワークを介して前記ビデオライブラリから前記フレームの各々の前記コピーを受取るステップと、
（ｂ）  前記フレームを伸長するステップと、
（ｃ）  前記フレームをデコードするステップと、
（ｄ）  視聴者のディスプレイシステムに前記フレームを表示するステップとをさらに含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６２】
（ａ）  前記伸長され、かつデコードされたフレームに含まれる前記デジタルビデオデータ信号を、前記視聴者のディスプレイシステムに表示するためにアナログ信号に変換するステップをさらに含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記選択されたプログラムの前記フレームを時間的な順で検索するステップが、前記フレームを多数のバッファに一時的に記憶して、前記選択されたプログラムが前記ビデオライブラリから検索される速度を増加することを含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６４】
選択されたプログラムを１つまたはそれ以上のディスプレイシステムに分配して視聴者が視聴できるようにするためのシステムであって、前記システムは前記プログラムを記憶するためのビデオライブラリを有し、前記プログラムは個々に選択可能な異なったプログラムであり、かつ多数のフレームのデータ信号に分割され、前記ビデオライブラリ（１０）は前記プログラムに多数の同時のアクセスを可能にし、前記システムは、
前記ビデオライブラリに結合され、プログラムのアクセスを確保するために、再生、一時停止、巻戻し、早送り、または停止のリクエストを含み得るリクエストを受取り、かつ前記視聴者のリクエストのあるものに基づいて、前記プログラムのうち選択されたものの選択されたフレームを検索するためのサーバ手段（１２）を含み、前記サーバ手段（１２）は、前記選択されたフレームのいずれが前記視聴者の各々によってリクエストされたかに基づいて前記視聴者を同期グループにグループ分けし、前記サーバ手段はさらに、１人またはそれ以上の視聴者が異なるフレームに対するリクエストを提出したときに前記同期グループを変更し、
前記サーバ手段に結合されて、前記サーバ手段から前記選択されたフレームを受け、前記受けられたフレームから、選択された数の複製フレームを形成し、かつ前記複製フレームの各々１つを伝達パケットにフォーマット化するためのマルチキャスト手段（１８）とを含み、前記伝達パケットの各々は選択されたディスプレイシステムに特定され、さらに
前記マルチキャスト手段に結合されて、前記マルチキャスト手段から前記伝達パケットを受け、かつ前記伝達パケットを少なくとも１つの選択されたディスプレイシステムに分配するための分配ネットワーク手段（２０）を含む、システム。
【請求項６５】
前記サーバ手段が、
命令を実行するための命令処理手段（４０）と、
前記命令処理手段に結合されて、前記命令および前記フレームを記憶するための主メモリ手段（３８）と、
前記ビデオライブラリに結合されて、前記ビデオライブラリから前記フレームをアクセスするための入力／出力チャネル手段（３０）と、
前記入力／出力チャネル手段を介して前記ビデオライブラリから前記フレームを検索するための入力／出力処理手段（２８）と、
前記入力／出力処理手段、前記命令処理手段および前記主メモリ手段に結合されて、前記命令および前記フレームを前記入力／出力処理手段から前記主メモリ手段へ転送するための入力／出力バス手段（３２）とを含む、請求項６４に記載のシステム。
【請求項６６】
前記マルチキャスト手段が、
前記サーバ手段に結合されて、前記サーバ手段から前記フレームを受けるためのネットワーク入力／出力処理手段（４８）と、
前記ネットワーク入力／出力処理手段に結合されて、前記ネットワーク入力／出力処理手段から受取られた前記フレームを選択された回数だけ複製するためのマルチキャストインタフェース手段（５０）とを含む、請求項６４に記載のシステム。
【請求項６７】
前記マルチキャスト手段が、
前記マルチキャストインタフェース手段および前記分配ネットワーク手段に結合されて、前記フレームを１つまたはそれ以上の伝達パケットにフォーマット化して、前記分配ネットワーク手段によって伝達するための非同期転送モードインタフェース手段（５２）をさらに含む、請求項６６に記載のシステム。
【請求項６８】
前記分配ネットワーク手段が、非同期転送モードインタフェースを有する交換ＩＳＤＮを含む、請求項６４に記載のシステム。
【請求項６９】
需要に即応じて、選択されたデジタルビデオデータ信号を１つまたはそれ以上のディスプレイシステムに分配して、視聴者が視聴できるようにするためのシステムであって、前記システムは各視聴者が、ディスプレイシステムの前記デジタルビデオデータ信号のディスプレイを対話的に制御できるようにし、前記システムは、
前記デジタルビデオデータ信号を記憶するための記憶手段（１０）を備え、前記デジタルビデオデータ信号は個々に選択可能な異なったプログラムにグループ分けされ、前記プログラムはデータ信号の多数のフレームに分割され、前記記憶手段は前記プログラムへの多数の同時のアクセスを可能にし、さらに
前記記憶手段に結合されて、ビデオデータ信号へのアクセスを確保するために、再生、一時停止、巻戻し、早送り、または停止のリクエストを含み得るリクエストを受取り、これらのリクエストのあるものに応答して、前記記憶手段から、前記プログラムのうち選択されたものの選択されたフレームを検索し、かつ予め定められた時間内に類似するフレームの組をリクエストする視聴者を各々が含む同期グループを生じさせるための少なくとも１つのサーバ手段（１２）を含み、前記少なくとも１つのサーバ手段は、前記視聴者がフレームに対するリクエストを変更するときに前記同期グループを変更し、
前記少なくとも１つのサーバ手段は、
命令を実行するための命令処理手段（４０）と、
前記命令処理手段に結合されて、前記命令および前記選択されたフレームを記憶するための主メモリ手段（３８）と、
前記記憶手段に結合されて、前記記憶手段から前記命令および前記選択されたフレームにアクセスを与えるための入力／出力チャネル手段（３０）と、
前記入力／出力チャネル手段を介して前記記憶手段から、前記命令および前記選択されたフレームを検索するための入力／出力処理手段（２８）と、
前記入力／出力処理手段、前記命令処理手段および前記主メモリ手段に結合されて、前記命令および前記選択されたフレームを前記入力／出力処理手段から前記主メモリ手段に転送するための入力／出力バス手段（３２）とを含み、さらに前記システムは、
前記少なくとも１つのサーバ手段に接続されて、前記少なくとも１つのサーバ手段から前記選択されたフレームを受け、前記受けられたフレームから、選択された数の複製フレームを形成し、かつ各々１つの前記複製フレームを伝達パケットにフォーマット化するための少なくとも１つのネットワークインタフェース手段（１８）を備え、前記伝達パケットの各々は選択されたディスプレイシステムに特定され、前記ネットワークインタフェース手段は、
前記入力／出力バス手段に接続されて、前記入力／出力バス手段から前記選択されたフレームを受けるためのネットワーク入力／出力処理手段（４８）と、
前記ネットワーク入力／出力処理手段に接続されて、前記ネットワーク入力／出力処理手段から受取られた前記受けられたフレームから、選択された数の複製フレームを形成するためのマルチキャストインタフェース手段（５０）と、
前記マルチキャストインタフェース手段に接続されて、前記複製フレームを前記伝達パケットにフォーマット化するための非同期転送モードインタフェース手段（５２）とを含み、さらに前記システムは、
前記ネットワークインタフェース手段に結合されて、前記ネットワークインタフェース手段から前記伝達パケットを受け、かつ前記伝達パケットを少なくとも１つの選択されたディスプレイシステムに分配するための分配ネットワーク手段（２０）を備え、前記分配ネットワーク手段は非同期転送モードインタフェースを有する交換ＩＳＤＮを含み、さらに前記システムは、
前記分配ネットワーク手段および少なくとも１つの選択されたディスプレイシステムに結合されて、前記伝達パケットから前記複製フレームを取出し、かつ少なくとも１つの選択されたディスプレイシステムにリアルタイムに表示するために前記複製フレームを与えるデコーダ手段（２２）と、
前記サーバ手段に結合されて、前記サーバ手段に視聴者のデジタルビデオデータ分配サービスリクエストを対話的に通信するための視聴者選択手段（１６）とを備える、システム。
【請求項７０】
需要に即応じて、選択されたデジタルビデオデータ信号を１つまたはそれ以上のディスプレイシステムに分配して、視聴者が視聴できるようにするためのマルチキャストデジタルビデオデータサーバシステムであって、前記システムは各視聴者がディスプレイシステムのデジタルビデオデータ信号のディスプレイを対話的に制御できるようにし、
前記デジタルビデオデータ信号を記憶するビデオライブラリ（１０）を備え、前記デジタルビデオデータ信号は個々に選択可能な異なったプログラムにグループ分けされ、前記プログラムはデータ信号の多数のフレームに分割され、前記ビデオライブラリは少なくとも１つのアドレス指定可能な大容量記憶デバイスを含んで、前記プログラムへの多数の同時のアクセスを可能にし、さらに前記システムは、
前記ビデオライブラリに接続されて、プログラムへのアクセスを確保するために、再生、一時停止、巻戻し、早送り、または停止のリクエストを含み得るリクエストを受取り、これらのリクエストのあるものに基づいて、前記プログラムのうち選択されたものの選択されたフレームを検索し、かつ予め定められた時間内に類似するフレームの組をリクエストする視聴者を各々が含む同期グループを生じさせる少なくとも１つのデジタルビデオデータサーバ（１２）を含み、前記少なくとも１つのデジタルビデオサーバは、前記視聴者がフレームに対するリクエストを変更するときに前記同期グループを変更し、
前記少なくとも１つのデジタルビデオデータサーバは、
命令を実行する少なくとも１つの命令プロセッサ（４０）と、
前記命令および前記選択されたフレームを記憶する主メモリモジュール（３８）と、
前記少なくとも１つの命令プロセッサおよび前記主メモリに接続されて、前記主メモリモジュールへのアクセスを制御する記憶コントローラ（３６）と、
前記記憶コントローラに接続される入力／出力バス（３２）と、
前記少なくとも１つのアドレス指定可能な大容量記憶デバイスに接続される複数の入力／出力チャネル（３０）と、
前記入力／出力バスおよび前記１つの複数の入力／出力チャネルに接続されて、前記少なくとも１つのアドレス指定可能な大容量記憶デバイスから前記命令および前記選択されたフレームを検索し、かつ前記命令および前記選択されたフレームを前記記憶コントローラの制御下にある前記入力／出力バスを介して前記主メモリモジュールに転送するための少なくとも１つの入力／出力プロセッサ（２８）とを含み、さらに前記システムは、
前記デジタルビデオデータサーバに接続されて、前記デジタルビデオデータサーバから前記選択されたフレームを受け、前記受けられたフレームから、選択された数の複製フレームを形成し、かつ各々１つの前記複製フレームを伝達パケットにフォーマット化する、少なくとも１つのネットワークインタフェース（１８）を備え、各々の前記伝達パケットは選択されたディスプレイシステムに特定され、前記少なくとも１つのネットワークインタフェースは、
前記入力／出力バスに接続されて、前記入力／出力バスから前記選択されたフレームを受ける少なくとも１つのネットワーク入力／出力プロセッサ（４８）と、
前記少なくとも１つのネットワーク入力／出力プロセッサに接続されて、前記少なくとも１つのネットワーク入力／出力プロセッサから受取られた前記受けられたフレームから、選択された数の複製フレームを形成する少なくとも１つのマルチキャストインタフェース（５０）と、
前記少なくとも１つのマルチキャストインタフェースに接続されて、前記複製フレームを伝達パケットにフォーマット化する少なくとも１つの非同期転送モードインタフェース（５２）とを含み、さらに前記システムは、
前記少なくとも１つのネットワークインタフェースに接続されて、前記少なくとも１つのネットワークインタフェースから前記伝達パケットを受け、かつ前記伝達パケットを選択されたディスプレイシステムに分配する分配ネットワーク（２０）を備え、前記分配ネットワークは、非同期転送モードインタフェースを有する交換総合サービスデジタルネットワークを含み、さらに前記システムは、
前記分配ネットワークおよび関連ディスプレイシステムに接続されて、前記伝達パケットから前記複製フレームを取出し、かつ前記ディスプレイシステムにリアルタイムの表示をするために前記複製フレームを与えるデコーダ（２２）と、
前記デジタルビデオデータサーバに接続されて、前記デジタルビデオデータサーバに視聴者のデジタルビデオデータ分配サービスリクエストを対話的に通信する視聴者選択デバイス（１６）とを備える、システム。
【請求項７１】
需要に即応じて、選択されたリアルタイムのデジタルビデオデータ信号をデジタルビデオデータサーバによって１つまたはそれ以上のディスプレイシステムに分配して視聴者が視聴できるようにするための方法であって、前記デジタルビデオデータサーバは、過渡デジタルビデオデータを記憶するための多数のバッファを有し、前記方法は、
（ａ）  エンコードされ、かつ圧縮されたデジタルビデオデータ信号のビデオライブラリを提供するステップを含み、前記デジタルビデオデータ信号は選択可能な異なったプログラムにグループ分けされ、前記プログラムはデータ信号の多数のフレームに分割され、さらに前記方法は、
（ｂ）  視聴者のデジタルビデオデータ分配サービスリクエストを受取るステップを備え、前記視聴者のリクエストは前記プログラムのうち選択されたものへのアクセスを確保するリクエストであり、前記プログラムのうち選択されたものへのアクセスを確保する前記リクエストは、視聴者から非同期的に与えられたリクエストに応答して、前記リクエストする視聴者への前記プログラムのうち選択されたものの分配を、再生、一時停止、巻戻し、早送りまたは停止することを含み、さらに前記方法は、
（ｃ）  予め定められた時間内に、前記選択されたプログラムをリクエストする０人またはそれ以上の他の視聴者からなる複数の同期グループのうち１つに前記視聴者を割当てるステップと、
（ｄ）  前記ビデオライブラリからの前記選択されたプログラムの前記フレームを時間的な順に、前記選択されたプログラムの予め定められたフレームで始まるよう検索するステップとを備え、ステップ（ｄ）は前記フレームを多数のバッファに一時的に記憶して、前記選択されたプログラムが前記ビデオライブラリから検索される速度を増加することを含み、前記方法はさらに、
（ｅ）  前記ビデオライブラリから検索された各々の前記フレームのコピーを、各視聴者のディスプレイシステムに、前記割当てられた同期グループに属するすべての視聴者にリアルタイムで送るステップと、
（ｆ）  前記視聴者のリクエストが、巻戻しまたは早送りのリクエストによって、前記選択されたプログラムの前記フレームの分配における前記視聴者のそのときの時間的な位置を変更することであるときには、前記視聴者を前記割当てられた同期グループから別の同期グループに再度割当てるステップと、
（ｇ）  分配ネットワークを介して前記ビデオライブラリから各々の前記フレームの前記コピーを受取るステップと、
（ｈ）  前記フレームを伸長するステップと、
（ｉ）  前記フレームをデコードするステップと、
（ｊ）  前記フレームを視聴者のディスプレイシステムに表示するステップと、
（ｋ）  前記伸長され、かつデコードされたフレームに含まれる前記デジタルビデオデータ信号を、前記視聴者のディスプレイシステムに表示するためにアナログ信号に変換するステップと、
（ｌ）  視聴者のリクエストに応じて（ｂ）〜（ｋ）のステップを繰返すステップと、
（ｍ）  前記視聴者のリクエストが前記選択されたプログラムの視聴を一時停止または停止するものであるときに、前記割当てられた同期グループから前記視聴者を取除くステップとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は一般にビデオデータ伝送システムに関し、より特定的には、視聴者によってリアルタイムで制御されるビデオ・オン・デマンドシステムに関する。さらに特定的には、本発明は、視聴者によって制御される多数のディスプレイシステムへのリアルタイムの分配のためにデジタルビデオデータサーバによって参照されるビデオライブラリからのデジタルビデオデータの需要に即応じた対話型の配達に関する。
２．背景情報
フルモーションビデオデータの分配は、視聴者の需要を満たしかつ技術的な変化に対応するために、テレビ放送の最も初期の頃から発展している。初期の実際のテレビでのビデオデータ分配の最初の方法では、カメラとビデオモニタとの間のポイントツーポイント式書込を用いていた。この方法では、カメラを操作する人が全面的に制御する１つのプログラムを用いていた。この後まもなく、極超短波（ＵＨＦ）および超短波（ＶＨＦ）テレビジョンチャネルを介して大衆に一定のスケジュールのプログラミングを伝送する放送局が登場した。しかしながら、政府の規制や無線放送技術の物理的特性によって放送チャネル数は限られていた。やがて、新しく登場したケーブルテレビ産業により、専用陸上通信線またはマイクロ波衛星を介して視聴者にはるかに多くのチャネルでより多くのプログラムが分配されるようになった。視聴可能なプログラムの数は増えたが、プログラミングの内容およびタイミングの制御は視聴者ではなくケーブルテレビ会社の手中にあった。過去１５年間、ビデオカセットレコーダ（ＶＣＲ）が広く用いられるようになり、視聴者の視聴習慣および制御能力が変化した。ＶＣＲでは、視聴者が、自分が見ているものの内容およびタイミングを完全に制御する。しかしながら、ＶＣＲを用いてプログラムの視聴を制御することにはいくつかの本質的な問題がある。すなわち、視聴者は、放送プログラムを録画して後でそれを見るか、またはビデオ店に赴いて所望のプログラムのカセットを選んで持って帰らなければならない。ビデオ店に行く場合は、そのプログラムを見た後もう一度ビデオ店に行ってカセットを返却しなければならない。このような視聴者による選択は、プログラムがすべて貸出中であったり、プログラムが店のストックになかったり、店が閉まっていたりして所望のプログラムが手に入らない場合非常にがっかりする場合もある。
ケーブルおよびビデオカセットレンタル技術に関連する問題のいくつかを解決するために、ＶＣＲのタイミングおよび内容の制御をケーブルシステムの便利さと組合せて視聴者に与える種々のビデオ・オン・デマンド（ＶＯＤ）またはプログラミング・オン・デマンドシステムが提案されている。ウォルター（Walter）への米国特許第４，５０６，３８７号では、視聴者がプログラムのライブラリから見たいプログラムを選択できるようにするプログラミング・オン・デマンドケーブルシステムが開示されている。選択されたプログラムは専用光ファイバ線を介して視聴者の場所にある受信局に高速で非リアルタイムで送信される。このシステムにより、視聴者は、選択されたプログラムを受信し終わった後であればいつでもその選択されたプログラムの開始時間を選択できるようにはなるが、一時停止、巻戻し、早送り、または停止等の他のＶＣＲタイプの制御の能力は得られない。視聴者のサイトに選択されたプログラムを非リアルタイムで送信するために、送信局を設置しなければならない。
モンスロー（Monsolow）他への米国特許第４，９９５，０７８号では、視聴者が所定の時間に見たい番組を選択できるようにするテレビジョンブロードキャストシステムを開示している。このシステムは、各視聴者が個々に独立して自分自身の視聴時間を選択できるようにするのではなく、プログラムの放送時に多くの場所の多くの視聴者がそのプログラムを見なければならないという点で制限される。このモンスローのシステムは、陸上通信線を用いるケーブルテレビ技術に基づいており、プログラミングを放送するチャネル数が限られていて、その結果多くの視聴者が同時に見ることができる異なるプログラムの数が非常に限られる（すなわち、自分自身だけの選択でプログラムを見ることができる視聴者の数はシステム内の利用可能なチャネル数によって拘束される）ため、このシステムは制限される。また、このシステムでは、視聴者は放送のＶＣＲタイプの制御は得られない。
ランバート（Lambert）への米国特許第４，３８１，５２２号は、選択的視聴システムを開示しており、これにより、視聴者はケーブルテレビ会社に電話をかけることによって放送チャネルの内容を制御することができる。選択されたプログラムはスケジュールが組まれ、そのスケジュール通りの時間に放送される。視聴者はディレクトリチャネルをモニタして、リクエストしたプログラムがケーブルチャネルを介していつ放送されるかを判断し、視聴者が選択した時間ではなくスケジュールされた時間にプログラムを見る。このシステムもケーブルチャネル数によって制限され、視聴者はＶＣＲタイプの制御は得られない。
これらの上述のシステムはアナログビデオ信号しかやり取りしない。マッカレー（MaCalley）他への米国特許第４，８２９，３７２号は、視聴者にデジタルビデオデータを伝送するための対話型通信システムを開示している。しかしながら、このシステムは、ケーブルネットワークを介して静止フレームテレビジョンデータを伝送するように設計されており、フルモーションビデオに対するＶＣＲタイプの制御は得られない。ポコック（Pocock）他への米国特許第５，０１４，１２５号も、ケーブルネットワークを介して静止フレーム画像を伝送する対話型テレビジョンシステムを開示している。視聴者のサイトと中央場所との間で視聴者のリクエストおよびビデオデータをやり取りするために電話網が用いられる。マッカレー他およびポコック他のシステムは、フルモーション・ビデオ・オン・デマンドをサポートしないという点で制限される。
限られたケーブルチャネル数に関連する問題を軽減するためにビデオデータ分配の代替手段として電話線が提案されている。リッテラル（Litteral）他への米国特許第５，２４７，３４７号は、ビデオ・オン・デマンドシステムにおいてデジタルビデオ信号用の分配ネットワークとして用いられる公衆交換電話網を記載している。この分配ネットワークは詳細に記載されているが、ネットワークを介して視聴者に効率的にデジタルビデオデータを与えるための機構に関してはほとんど開示されていない。さらに、リッテラル他のシステムは、電話会社の中央局交換設備によって制御される既存の電話線と、ＩＳＤＮパケットとともに用いた場合にのみ動作するように設計されているため、制限される。
ユート（Yurt）他への米国特許第５，２５３，２７５号には完全デジタルビデオデータ伝送システムが開示されている。このユート他のシステムは、後にプレイバックするためまたは録画するために、需要に即応じて、圧縮デジタルビデオデータを標準電話線、ケーブル線、または衛星放送チャネルを介して視聴者にリアルタイム未満で送る。このデータはその後伸長され、テレビモニタに表示される。このシステムは上述のシステムの問題および制限のいくつかを解決しているようには思われるが、その制御コンピュータの帯域幅によって、システムがサービスできる視聴者数が制限される。また、このシステムは、少数の視聴者ではなくもっと多い視聴者にサービスを提供する際の全体的なシステムのスループットに関する問題には取り組んでいない。
ミンサー（Mincer）他への米国特許第５，２６２，８７５号には、別のデジタルビデオデータファイルサーバシステムが記載されている。このシステムは、デジタルビデオデータ分配は与えるが、ユート他の場合と同様に、ほんのわずかな視聴者ではなくもっと多くの視聴者をサポートする場合のシステムスループットの問題には取り組んでいない。ミンサー他のシステムは、プログラムのライブラリから圧縮デジタルビデオデータを検索するためのファイルサーバと、このビデオデータを伸長し視聴者に伝送するための複数個のプレイバックユニットとを与える。このシステムは、リアルタイム未満でビデオデータを受入れてそのプログラムライブラリにストアし、その後需要に即応じてデータをリアルタイムで視聴者のプレイバック局に伝送するように設計される。ビデオデータ圧縮を用いることにより、単位時間当りに伝送されるビデオデータ量は増加する。ミンサー他のシステムは、システムがサービスできる視聴者の数がビデオデータをストアするのに用いる磁気ディスクドライブの転送速度によって拘束されるため、不完全である。このシステムによって同時にサポートされる視聴者の数は１０人と少ないように思われる。
上述のように、視聴者にデジタルビデオデータの配達に対するＶＣＲタイプの制御を与える先行技術のシステムは存在するが、これらのシステムは、システムがサポートできる視聴者の数が非常に制限されるという点で不完全である。大容量記憶装置からフルモーションデジタルビデオデータの多くのリクエストを検索し、このデータを分配ネットワークに送って多くの視聴者に伝送するためには、Ｉ／Ｏアクセス時間、チャネル速度、および全体的なシステムスループットに関して莫大な資源が必要である。多くの視聴者にうまくサービスを提供する際の障害は、分配ネットワークにではなく、圧縮されるか否かにかかわらずデジタルビデオデータに選択的にアクセスするのに用いられるファイルサーバにある。したがって、多くの視聴者に同時にデジタル・ビデオ・オン・デマンドを効果的に与えるために新しい技術およびシステムアーキテクチャが必要である。
発明の概要
本発明の目的は、多くの視聴者に、各視聴者のサイトにあるディスプレイシステムで視聴するために、必要なときにすぐに中央場所からのフルモーションデジタルビデオデータに選択的にアクセスする能力を与えることである。
本発明の別の目的は、多くの視聴者に、ビデオライブラリを含む中央場所から各視聴者のサイトへの需要に即応じたフルモーションデジタルビデオデータの検索および分配を制御する際の、再生、一時停止、巻戻し、早送り、停止といったＶＣＲと同様の制御を与えることである。
本発明のさらに他の目的は、多くの視聴者が、各視聴者のサイトにあるディスプレイシステムで見るためのプログラムを対話的に選択し、各視聴者の独立した制御下で各プログラムの視聴を開始することができるようにすることである。
本発明のさらに他の目的は、デジタルビデオデータサーバおよび関連する分配ネットワークによって同時にサービスされ得る視聴者数を増やすことである。
本発明のさらに他の目的は、中央場所から多くの遠隔の視聴者への需要に即応じたデジタルビデオデータの選択的な検索および分配にかかる視聴者１人当りのサービスのコストを低減することである。
本発明のさらに他の目的は、マルチキャスティング技術および視聴者を同期グループにグループ分けする技術を用いて、デジタルビデオデータサーバおよび関連する分配ネットワークによってサービスされる視聴者数を増やすことである。
本発明のさらに他の目的は、いくつかの既存の公的または民間の大規模な通信ネットワークのいずれか１つを介して多くのユーザにフルモーションデジタルビデオデータを分配するデジタルビデオデータサーバを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、多くの独立した視聴者が同じデジタルビデオデータを見ている場合にネットワークを介してデジタルビデオデータを送るのにかかる視聴者１人当りのコストの改善を図ることである。
本発明の別の目的は、高速入出力（Ｉ／Ｏ）チャネルによって企業サーバコンピュータシステムに接続される大容量記憶装置から分配ネットワークを介して多くの遠隔の視聴者のサイトにエンコードされた圧縮デジタルビデオデータをリアルタイムで選択的に分配することである。
本発明のさらに別の目的は、高性能な企業サーバコンピュータシステムと非同期転送モード通信デバイスとを用いて、公衆交換総合サービスネットワークを介して多くの遠隔の視聴者にエンコードされた圧縮デジタルビデオデータをリアルタイムで選択的に分配することである。
本発明のさらなる目的、利点、および新規な特徴に関してはその一部分は以下に示す説明に述べているが、一部分は以下の説明を吟味すれば当業者に明らかになるか、または本発明を実施することによってわかるであろう。本発明の目的および利点は、図面および好ましい実施例の説明の項目に特に指摘している手段および組合せによって実現され達成され得る。なお、本発明の範囲および局面は請求の範囲で規定されている。
本発明に従えば、上述のおよび他の目的および利点は、多くの視聴者による需要に即応じてビデオライブラリからエンコードされた圧縮デジタルビデオデータを選択的に検索してそのビデオデータを１つ以上の分配ネットワークを介して各視聴者のサイトにあるディスプレイシステムに分配することができるマルチキャストデジタルビデオデータサーバによって達成される。マルチキャスティング技術および同期グループ技術によって、ビデオデータサーバが、ビデオライブラリから検索されたデータへのアクセスを得るための全体的なスループットを向上することができ、システムがサービスできる視聴者の数が増加する。
好ましい実施例では、マルチキャストデジタルビデオデータサーバの役割は、大規模な企業サーバコンピュータシステムによって、好ましくは、多数の処理ユニットと、高性能内部システムバスと、１〜１６ギガバイトの主メモリと、多くの高速大容量記憶装置と、多数の高速Ｉ／Ｏチャネルとを備える大規模な企業サーバコンピュータシステムによって最良に実現される。本発明は、そのような大規模コンピュータシステムの特徴を用いて、同時にサポートされる視聴者の数を増やしかつビデオ分配サービスにかかる視聴者１人当りのコストを減らす。先行技術のシステムでは、プロセッサの不適切な処理力と、そのようなシステムに用いる記憶装置の乏しいシステムスループットとのために、サポートされる視聴者の数が非常に制限される。本発明は、ユニシス・コーポレイション（Unisys Corporation）から入手可能な２２００シリーズコンピュータ等の大規模な企業サーバの改良された能力を十分に用いて、より多くの視聴者に対して需要に即応じてフルモーションデジタルビデオデータを選択的に分配することにより、これらの先行技術のシステムに勝るものである。
本発明の１局面に従えば、各々が異なるサイトに住む視聴者の視聴用の１つ以上のディスプレイシステムに、需要に即応じて、選択されたエンコードされたリアルタイムの圧縮デジタルビデオデータを分配するためのシステムが提供される。このシステムは、各視聴者に、ビデオデータの表示のＶＣＲタイプの制御を与える。このシステムは、エンコードされた圧縮デジタルビデオデータをストアするための記憶能力を含み、このデータは、各々が多数のフレームからなる別々のプログラムにグループ分けされ、記憶機構によってどの所与のプログラムでもそのプログラム内の異なるフレームへの多数の同時のアクセスが可能となる。記憶機構から視聴者のリクエストしたプログラムのフレームを選択的に検索するために高速サーバが設けられる。サーバからのフレームを受入れ、これらのフレームを選択された回数だけ複製し−１つの複製物は、他の視聴者の予め定められた時間内に特定のプログラムの伝送を選択する各視聴者のためのものである−、視聴者への分配用にフレームを伝送パケットにフォーマット化するために、１つ以上のネットワークインタフェースが設けられる。
本発明の別の局面に従えば、各々が異なるサイトに住んでいる視聴者の視聴用の１つ以上のディスプレイシステムに、デジタルビデオデータサーバによって、需要に即応じて、選択されたリアルタイムのエンコードされた圧縮デジタルビデオデータを分配するための方法が記載され、この方法は、各プログラムが多数のデータフレームからなる多数のプログラムを表わすエンコードされた圧縮デジタルビデオデータを含むビデオライブラリを与えるステップを含む。サービスのリクエストは、視聴者から、デジタルビデオデータサーバによって受取られ、リクエストは、選択されたプログラムを再生、一時停止、巻戻し、早送り、または停止させるコマンドである。視聴者のリクエストが再生であるとき視聴者は１組の同期グループのうちの１つに割当てられ、これらの同期グループの各々は、それ以前の予め定められた時間内に同じプログラムの分配をリクエストした０人またはそれ以上の人数の視聴者からなる。視聴者のリクエストが選択されたプログラムの視聴の一時停止または停止であるとき、その視聴者は割当てられた同期グループからはずされる。視聴者のリクエストが選択されたプログラムのフレームの分配の巻戻しまたは早送りである場合、その視聴者は別の同期グループに再割当てされる。デジタルビデオデータサーバは、各選択されたプログラムのフレームを、各プログラムの始めから時間の順序で絶えず検索する。選択されたプログラムの現在のフレームの複製物は、各同期グループの全視聴者にリアルタイムで送られる。視聴者からのサービスリクエストへの応答と、フレームの検索および分配とのプロセスは永遠に続く。
本発明のさらに他の目的および利点は以下に示す詳細な説明から当業者に容易に明らかとなるであろう。以下に示す詳細な説明には、単に、本発明を実行する際に企図されるベストモードを説明するために本発明の好ましい実施例のみを図示し説明している。以下の説明から認識されるように、本発明には他の異なる実施例も可能であり、さらに、いくつかの詳細に、種々の明白な点で変更を加えることができるが、これらはすべて本発明の範囲から逸脱するものではない。したがって、図面および説明はここでは本質的に例示的なものであると見なされるべきであって、本発明を限定するものと見なされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のビデオサーバシステムアーキテクチャを示す図である。
図２は、ビデオサーバおよびネットワークインタフェースのブロック図である。
図３は、コントロールサーバに接続される多数のビデオサーバを示す図である。
図４は、ビデオサーバおよびネットワークインタフェースで実行するソフトウェアおよびハードウェアのコンポーネントの機能ブロック図である。
図５は、多数のビデオデータストリームの概念を示す図である。
図６Ａおよび図６Ｂは、ランダムに到着する視聴者からのリクエストを組合せて同期グループに分ける概念を示す図である。
図７は、マルチキャストインタフェースのブロック図である。
図８は、視聴者のリクエストがいかに同期グループに関連するかを示すフロー図である。
好ましい実施例の説明
本発明は、エンドユーザの応用のためにビデオ「イベント」を供給するためのコンピュータベースのシステムを提供する。イベントは、おそらくエンコードされ圧縮される、デジタルビデオデータのストリームであり、これは、ビデオサーバによって従来の磁気ディスク、光ディスク、磁気テープ、または主メモリから視聴者に転送される。イベントは、ビデオサーバからのサービスのリクエスト、およびそのリクエストの結果転送される関連データであると考えられる。イベントは、１人だけの視聴者または多くの視聴者にサービスを与えることができる。イベントによってサービスされる視聴者の数は、たとえばアドバンスト・ペイ・パー・ビュー（Advanced Pay-Per-View）（ＡＰＰＶ）またはエンターテイメント・ビデオ・オン・デマンド（Entertainment Video-On-Demand）（ＥＶＯＤ）のような、イベントが関連しているサービスの種類に依存する。ＡＰＰＶサービスは、１視聴ごとに料金を支払う体系で、多チャネルでエンターテイメントプログラミングを与える。視聴者は、料金と引換えに、プログラムの分配をリクエストする。プログラムは、エンターテイメントプログラム、音楽ビデオ、遠隔学習、トレーニングエクササイズ等を含み得る。サービスプロバイダは、その後、リクエストを出した視聴者が受信できる予め定められたチャネルでプログラムを伝送する。ＡＰＰＶでは、１つのイベントは多くの視聴者にサービスすることができる。それに対して、ＥＶＯＤは、視聴者によって選択された、エンターテイメントプログラミングへの個々のアクセスをサポートする。ＥＶＯＤは、視聴者リクエストのサービス後ビデオデータを直接個々の視聴者に転送することによって、ビデオ材料のライブラリへの瞬時に近いアクセスを視聴者に提供する。しかしながら、ＥＶＯＤサービスは、多数の視聴者をサービスするのに多数のイベントを必要とする。本発明はＡＰＰＶおよびＥＶＯＤの両方のイベントをサポートする。異なる視聴者リクエストのために用いられるイベントは異なる特性を有し得、所与のビデオサーバがサポートするイベントの数はリクエストの性質に依存して変動し得る。
図１は、本発明のビデオサーバシステムアーキテクチャを示す図である。ビデオライブラリ１０を構成する磁気ディスクまたは光ディスクのグループを含み得る大容量記憶システムは、システム中のデジタルビデオデータのための主な大容量記憶能力を構成する。ディスクとビデオサーバとの接続は、高速アクセス用のＦＡＳＴ小型コンピュータシステムインタフェース−２（FAST Small Computer System Interface-2）（ＳＣＳＩ−２）として実現することができるであろう。サポートされるデータベース全体のサイズは、ビデオデータの数テラバイト（ＴＢ）で測定され得る。大容量記憶に必要なこの要件を満たすためのディスクアレイの一実現例は、各々が２〜９ギガバイト（ＧＢ）のビデオデータを含む４０００個までのディスクで構成され得る。将来ディスク技術の記憶能力が進歩すると、所与のビデオデータ量をサポートするのに必要なディスクの数は減るであろう。代替的には、より大容量のディスクを用いれば、システムユーザが利用できるビデオデータファイルの数を増やすことができるであろう。もちろん、システムに接続されるディスクの数は、経済的な問題や利用可能なＩ／Ｏ接続のため制限され得る。ビデオサーバが２２００／９００企業サーバであれば、Ｉ／Ｏ接続の数は最大３８４である。エンコードされ圧縮されたフルモーションデジタルビデオデータはディスク上のファイルにストアされる。各ファイルはビデオプログラムを含む。デジタルビデオデータは、ビデオカメラ、ビデオカセットレコーダ（ＶＣＲ）等のアナログ源からデジタル的にエンコードされ、記憶要件および伝送帯域を最小にするために圧縮される。ここで用いている「ビデオデータ」という言葉はビデオに関連した付随するオーディオ信号も含むことを理解されたい。適切なビデオコーディングアルゴリズムは、動き補償予測（Motion Compensated Prediction）（ＭＣＰ）および動き補償補間（Motion Compensated Interpolation）（ＭＣＩ）を利用する。これらの技術は当該技術分野において既知である。これらの技術では、コード化されたビットストリームを生成するためにビデオソースデータの前処理およびエンコードを用いてプレイバックのためにビデオ情報の圧縮を行なう。ビットストリームは２４または３０フレーム／秒のデータのシーケンスを表わし、１フレームは一度にディスプレイに示されるデータの量である。この２４または３０フレーム／秒の速度は典型的な速度であって、本発明を限定するものではないことを理解されたい。１２０分のプログラムは約４ＧＢまたは２つのディスク分の記憶量を占める。国際規格組織（International Standards Organization）（ＩＳＯ）の動画専門家グループ（Moving Picture Experts Group）（ＭＰＥＧ）ＩまたはＩＩの規格、国際電信電話諮問委員会（International Telegraph Telephone Consultative Committee）（ＣＣＩＴＴ）のＰｘ６４ｋビット／ｓのビデオコーディング規格、またはこれから開発されるその他の規格（未来の高品位テレビジョン（ＨＤＴＶ）規格を含む）等の他の技術も用いられ得る。ビデオコーディング規格は、１９９３年１−２月発行のＡＴＴテクニカルジャーナル（ATT Technical Journal）、Vol.72、No.1の第６７〜８９頁のアラビンド（Aravind）他による「画像およびビデオコーティング規格（Image and Video Coding Standards）」に記載されている。好ましい実施例は帯域幅を節約するために圧縮データを用いるように意図されているが、本発明は圧縮データを用いることに限定されないことを理解されたい。以下に示すシステムおよび技術はビデオライブラリにストアされる非圧縮デジタルビデオデータを用いても動作するが、サポートされる視聴者およびタイトルの数は減るであろう。
好ましい実施例のビデオサーバ１２は、ユニシス・コーポレイションから入手可能な２２００シリーズ企業サーバコンピュータシステムである。このビデオサーバは、非常に大規模なオンラインデータベースの高速アクセス、大容量記憶サブシステムから高速通信リンクへのデータ転送能力（すなわち、優れたＩ／Ｏ性能）、システム資源の高利用可能度、および利用量の統計、課金情報、視聴者の好みのプロフィール等の記録を維持する能力が必要であることによって特徴付けられる。ビデオサーバ１２は、視聴者のタッチトーン（TOUCH TONE）電話１４から発行されかつ周知の電話応答設備（Telephone Answering Equipment）１６を介して受取られるサービスリクエストに応答する。代替的には、視聴者は、パーソナルコンピュータ、コンピュータ端末、または他の装置からモデムを介してビデオサーバにサービスリクエストを通信することができるであろう。視聴者のサイトで専用ハードウェアを用いると、ＶＣＲリモートコントロールデバイスを用いた場合と同様の態様で分配サービスを制御する能力を視聴者に与えることができるであろう。ビデオサーバ１２においてオペレーティングシステムの制御下で実行するビデオライブラリアプリケーションソフトウェアは、多数の視聴者からの種々のサービスリクエストを調整し、ビデオライブラリ１０から適切なビデオデータを検索し、そのビデオデータをネットワークインタフェースに送り、さらに、視聴者への課金情報を記憶する。高質のビデオ出力を与えるためには、少なくとも、ビデオサーバはネットワークインタフェースを介して０．５百万バイト／秒（ＭＢ／ｓ）で転送できなければならない。ビデオサーバの動作に関するさらなる詳細を以下に説明する。
ネットワークインタフェース１８は、ビデオサーバ１２から分配ネットワーク２０へのビデオデータの転送を促進するハードウェア、ファームウェア、およびソフトウェアのモジュール（図２に図示）の集合体である。ネットワークインタフェースはビデオサーバ１２の処理エンジンからビデオデータを転送し、分配ネットワーク２０により認識可能なデータパケットにする。好ましい実施例では、ネットワークインタフェースは非同期転送モード（Asynchronous Transfer Mode）（ＡＴＭ）チャネルアダプタ（Channel Adapter）（ＣＡ）を介して分配ネットワーク２０に接続する。ＡＴＭ  ＣＡは、周知のＡＴＭプロトコルに従ってデータをパケットにフォーマット化する通信デバイスである。
分配ネットワーク２０は、同軸ケーブル、光ファイバリンク、および／または非同期デジタル加入者線（Asymmetric Digital Subscriber Line）（ＡＤＳＬ）デバイス（リッテラレル他への米国特許第５，２４７，３４７号に記載されているようなもの）によって実現される総合サービスデジタルネットワーク（Integrated Services Digital Network）（ＩＳＤＮ）通信技術を用いた公衆交換電話ネットワーク（Public Switched Telephone Network）（ＰＳＴＮ）（レーマン（Lehman）他への米国特許第４，７６３，３１７号に記載されているようなもの）であってもよい。代替的には、分配ネットワークは、ケーブルテレビ会社によって用いられるものに類似した同軸の共同聴視アンテナテレビジョン（Community Antenna Television）（ＣＡＴＶ）ケーブルからなっていてもよい。分配ネットワーク２０はまた、ファイバ分配データインタフェース（Fiber Distributed Data Interface）（ＦＤＤＩ）ＩＩ、つまり、等時性のトラフィックをサポートする首都圏ネットワークのためのアメリカン・ナショナル・スタンダード・インスティテュート（American National Standards Institute）（ＡＮＳＩ）の規格に基づくことも可能であろう。分配ネットワーク２０はまた、上で示した名前のネットワークの何らかの組合せであってもよい。好ましい実施例では、分配ネットワークはＡＴＭデバイスを含む。
多くの視聴者は分配ネットワーク２０からデータを受取ることができる。各視聴者のサイトには、ディスプレイデバイスおよびデコーダ２２がある。デコーダ２２は分配ネットワーク２０を介して受取ったデジタルビデオデータをデコードして伸張し、それを従来のテレビ２４またはコンピュータディスプレイ２６に送る。デコーダ２２はまた、圧縮されたビデオ信号に含まれるデジタル化されたオーディオデータをデコードし、デジタル化されたオーディオ信号をアナログ信号に変換する。テレビ２４に送られるデータに関しては、デコーダ２２は、それが受取ったデジタルビデオデータをナショナルテレビジョン規格委員会（National Television Standards Committee）（ＮＴＳＣ）、位相反転線（Phase Alternating Line）（ＰＡＬ）または他の適用可能なアナログのビデオフォーマットに変換する。コンピュータディスプレイ２６に送られるデータに関しては、デコーダ２２はデータをデインタレースするまたはデータを適用可能な高品位テレビジョンフォーマットに変換し得る。代替的には、データは、ＭＰＥＧ−Ｉ、ＭＰＥＧ−ＩＩ、または他のデジタルビデオコーディング規格のフォーマットのままであることも可能である。１９９３年１−２月発行のＡＴＴテクニカルジャーナル、Vol.72、No.1の第５０〜６６頁のアックランド（Ackland）他による「マルチメディアの応用のためのビデオコーデックチップセット（A Video-Codec Chip Set for Multimedia Applications）」に、米国電話電信会社（American Telephone and Telegraph）（ＡＴＴ）製造のビデオコーダ／デコーダデバイスの一例が記載されている。シー・キューブ・マイクロシステムズ・インコーポレイテッド（C-Cube Microsystems Inc.）およびエル・エス・アイ・ロジック・インコーポレイテッド（LSI Logic,Inc.）によって他のデコーダも製造されている。
図２は、ビデオサーバおよびネットワークインタフェースのブロック図である。好ましい実施例では、ビデオサーバは、１つ以上の命令プロセッサ（ＩＰ）と、主メモリおよび拡張部と、チャネルインタフェースを備えるＩ／Ｏプロセッサ（ＩＯＰ）と、１つ以上のシステムバスとを備える２２００シリーズコンピュータシステム（ユニシスコーポレイションから入手可能）から構成される。代替的には、本発明を、多数の処理ユニットと高速記憶装置とを有する他の高性能コンピュータシステムで実施することも可能である。ビデオデータベースのサイズおよびサービスする必要がある同時のイベントの数に応じて、１つ以上のシステムを組合せてもよい。デジタル化されたビデオデータは、図１のディスク１〜Ｎ  １０にストアされる。ビデオデータはディスクから、１つ以上のＩＯＰ２８によってＩ／Ｏチャネル（ＣＨ）３０およびＩ／Ｏバス３２を介して検索される。各ＩＯＰ２８は多数のＩ／Ｏチャネル３０に接続する。図２ではＩＯＰを１つしか図示していないが、これはＩＯＰの最大数が１つであることを意図するものではない。システムの大容量記憶装置にアクセスするために多数のＩＯＰを用いてもよい。
ＩＯＰ２８は、Ｉ／Ｏバスを介してチャネル３０とＩ／Ｏブリッジ３４とをインタフェースする。Ｉ／Ｏブリッジは第２のレベルのキャッシュおよび記憶コントローラ３６に結合され、このコントローラ３６は主記憶ユニット３８にアクセスする。この第２のレベルのキャッシュおよび記憶コントローラ３６は、ディスク１０から主記憶ユニット３８へのビデオデータの転送を制御する。ＩＯＰ２８は、データが存在するべき主記憶ユニット３８の特定の記憶サイトへのソフトウェアポインタを含む。各ビデオイベントまたはストリームには、ビデオデータの一時記憶および同期のために、それ独自の組のメモリバッファ、典型的には３つのメモリバッファが割当てられる。ＩＯＰ２８はまた、内部制御のために用いられるいくつかの制御「フラグ」および転送の長さに関する情報を含む。ＩＯＰ２８と、Ｉ／Ｏバス３２と、チャネル３０との間の相対的な速度差のため、１つのＩＯＰは多数のチャネルをサービスし得、典型的には１ＩＯＰ当り８または１６のチャネルをサービスし得る。個々のチャネル３０は、各チャネル用のインタフェース回路と、チャネルケーブルに必要なディスク１０への接続とを含む（図示せず）。
各チャネル３０に取付けられるディスク１０の数は、チャネルのディスクアドレス指定能力、チャネルの電気的特性、およびチャネルのデータ利用量によって制限される。好ましい実施例では、チャネルのアドレス指定および電気的特性により、１チャネル当り最大８つのディスクが与えられる。しかしながら、チャネルのデータ利用量により、活性ディスクの数はそれより少ない数、典型的には４つに制限される。
これらの制限があるとすると、所与のシステムでサポートできるチャネルの数が多ければ多いほど、そのシステムでサポートできるビデオイベントまたはストリームの数も多くなる。さらに、ビデオデータをディスクに記憶することは、コストと、記憶量と、データアクセス時間との間の最良のトレードオフを与えることになる。ディスクを用いれば、システム（または主）メモリに同様の量の記憶を行なう場合のコストの１０分の１ないし１５分の１のコストで記憶を行なうことができる。データが長時間アクセスされ得ないビデオデータの応用では、磁気ディスクへのアクセスよりも１０００倍速いオーダのシステム（または主）メモリからの高速アクセスの利点は用いられない。ビデオデータの「ローディング」複製物が磁気ディスクにあることを理解されたい。しかしながら、高速アクセスが決定的である応用に関しては、大量のビデオデータをシステムメモリにロードしその後に視聴者に分配することが可能であろう。
命令プロセッサ４０は、ビデオデータの検索および転送を制御するために用いられるコンピュータプログラムを実行する。第１のレベルのキャッシュ４２は、命令プロセッサ４０のためのデータおよび命令のフェッチの加速に備えるものである。ここでは命令プロセッサおよび第１のレベルのキャッシュを１つずつしか図示していないが、好ましい実施例では、２つの命令プロセッサおよび関連する第１のレベルのキャッシュを構成することも可能である。主記憶ユニット３８は、Ｉ／Ｏバス３２を介して受取ったビデオデータの中間記憶と、オペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラムの記憶とのために用いられる。命令プロセッサ４０は、視聴者のリクエストに応じた、ディスク１０からのビデオデータの検索を管理する。システムに電力を供給するために電源４４が設けられる。システム制御設備（ＳＣＦ）４６は、システムと故障状態の報告とを初期化するメンテナンスおよびシステムコントロールユニットである。
ディスク１０からフェッチされたビデオデータは、後に分配ネットワーク２０の分配に用いるために、ネットワークインタフェース１８のうちの１つに送られる前に一時的に主記憶ユニット３８にストアされる。各ネットワークインタフェース１８は３つのコンポーネントからなる。Ｉ／Ｏプロセッサ（ＩＯＰ）４８は、ビデオデータが存在する特定の記憶サイトへのソフトウェアポインタを含む。ＩＯＰはまた、内部制御のために用いられるいくつかの制御フラグおよび転送の長さに関する情報を含む。各イベントに関して、ＩＯＰは内部にストアされるポインタおよび制御フラグの制御下で第２のレベルのキャッシュおよび記憶コントローラ３６とＩ／Ｏブリッジ３４とを介して主記憶ユニット３８からビデオデータを得る。マルチキャストインタフェース（マルチキャストＩ／Ｆ）５０は分配ネットワーク２０へのビデオデータストリームのマルチキャストをサポートする。このインタフェース５０は必要に応じてイベントを複製する。ＡＴＭインタフェース（ＡＴＭ  Ｉ／Ｆ）５２は、マルチキャストＩ／Ｆ５０から受取った各ビデオデータストリーム部分を、分配ネットワーク２０によるエンドユーザへの伝送用のパケットにフォーマット化する。
図２にビデオサーバ１２として示したコンポーネントは、２２００シリーズコンピュータシステムの１つの特定の構成を含む。代替的には、別の第２のレベルのキャッシュおよび記憶コントローラ３６、主記憶ユニット３８、Ｉ／Ｏブリッジ３４、Ｉ／Ｏバス３２、付加的な命令プロセッサおよび第１のレベルのキャッシュ、ならびに電源４４を設けることも可能である。そのようなシステムでは、より多くのＩＯＰ２８およびネットワークインタフェース１８をサポートすることができるであろう。
ビデオデータのディスク複製物への同時のアクセスによって多数のイベントをサポートすることができるようにする技術により、システムスループットの増加が得られる。ディスクアクセスとネットワーク配達との間の異なるデータ速度を一致させるために、すべてのデータは、以下に示す図７のマルチバッファスキームにおいてビデオサーバの主記憶ユニット３８を介してステージされる。これによりより多くのデータブロックをディスクから読出すことができるようになり、したがって、ディスクおよびディスクチャネルの効率的な利用が可能となる。視聴者による独立した制御を可能にしながら多数の視聴者に共通のビデオデータストリームを「マルチキャスト」する方法により、これらのシステムのイベント当りのコストの価格が低減される。ビデオデータのマルチキャストにより、企業サーバアーキテクチャに基づくビデオサーバは他の方法で可能であろう数よりも多い視聴者をサポートすることができるようになる。
データベースの制御および管理、顧客への請求、視聴の統計、および視聴者の好みのプロフィール等のアプリケーションサポート機能は、小型のシステムでビデオサーバプロセスの全体的な制御を与える同じコンピュータシステムで行なわれ得る。大型のシステムでは、オンライントランザクション処理（On-Line Transaction Processing）（ＯＬＴＰ）モードを実行するコントローラコンピュータシステムは、同時にサポートされる視聴者の数を増やすようにいくつかのビデオサーバを制御し得る。
図３は、コントロールサーバに接続される多数のビデオサーバを示す図である。全体的なシステムスループットを向上し、それによってサポートされる視聴者およびイベントの数を増やすために、ネットワーク構成において多数のビデオサーバ１２が結合される。各ビデオサーバ１２はそのネットワークインタフェース１８および分配ネットワーク２０を介して視聴者にビデオデータを送る。各ビデオサーバ１２は、システムのビデオライブラリの部分をストアするためにそれ独自の組の大容量記憶装置（図示せず）を有することが可能である。代替的には、共通の組の大容量記憶装置（図示せず）はビデオライブラリをストアすることができ、すべてのビデオサーバは必要に応じてビデオライブラリにアクセスすることができるであろう。さらに、コントロールサーバ５４は、サービスリクエストの選択的な分配によるビデオサーバ間のロードの均衡と、より高いレベルの付加価値制御サービスを与えるためにアプリケーションプログラムを実行する。コントロールサーバ５４を用いることによって、各ビデオサーバ１２は、管理オーバヘッドに処理時間を費やす必要なく、最大数のイベントをサポートすることができる。その代わりに、コントロールサーバ５４は電話応答設備（図示せず）から視聴者のサービスリクエストを受取り、多数のビデオサーバのビデオライブラリ（図示せず）のへのアクセスを調整し、課金情報を蓄積してもよい。代替的には、視聴者のリクエストは、分配ネットワーク２０の「バックチャネル」とネットワークインタフェース１８とを介していかなるビデオサーバ１２によって受取られることも可能である。
図４は、ビデオサーバおよびネットワークインタフェースにおいて実行するソフトウェアおよびハードウェアのコンポーネントの機能ブロック図である。アプリケーションソフトウェア（Ｓ／Ｗ）５６は、視聴者のサービスリクエストを受取り、ディスクからのビデオデータの検索のスケジュールを組み、システム資源を制御する。このアプリケーションＳ／Ｗは、ビデオサーバソフトウェア（Ｓ／Ｗ）６０を容易に利用するためにオープン・ビデオ・アプリケーション・プログラミング・インタフェース（ＡＰＩ）を活性化する。「オープン」という言葉は、この文脈では、占有されていないことを意味し、インタフェースは工業規格を用いる。アプリケーションＳ／Ｗ５６はまた、内部通信ソフトウェア（ＣＯＭＭ  Ｓ／Ｗ）６２とのインタフェースのためにオープンＡＰＩを活性化する。このインタフェースは、アプリケーションＳ／ＷプロセスとＣＯＭＭ  Ｓ／Ｗプロセスとの間の通常の通信のために用いられる。ビデオサーバＳ／Ｗ６０は、ビデオデータのためのビットストリーマおよびビデオＡＰＩを与える。このソフトウェアは、アプリケーションにより発生されたオープンビデオＡＰＩリクエストをビデオライブラリサービスリクエストに翻訳し、適切なデータをロードし、通信Ｓ／Ｗ６２を介する分配ネットワーク２０へのデータ配達を制御する。このソフトウェアは、アプリケーション（たとえば、再生（ユーザ行先、タイトル、開始点）（PLAY（user＿destination、title、starting＿point））への標準化されたインタフェースを与える。ビデオサーバＳ／Ｗ６０は、データベースインタフェース（ＤＢ  Ｉ／Ｆ）６４を用いて、リクエストされたビデオデータを得るようにディスクＩ／Ｏソフトウェア６６に命令する。ディスクＩ／Ｏルーチン６６は、ＩＯＰハードウェア６８およびチャネルアダプタ（ＣＡ）ハードウェア７０を介してコマンドを送り、ビデオライブラリ１０からビデオデータを検索する。
ビデオサーバＳ／Ｗ６０は、低レベルのビデオデータインタフェース（Ｉ／Ｆ）７１（「ビットストリーマ」としても既知である）を介して通信Ｓ／Ｗ６２に出ていく、検索されたビデオデータを含む通信リクエストをフォーマット化する。通信Ｓ／Ｗ６２はビデオデータをバッファ処理した後にデータをＩＯＰ７８に転送する。ＩＯＰ７８は、データをマルチキャストＩ／Ｆファームウェア８０に送る。マルチキャストＩ／Ｆファームウェアは、現在処理されているイベントの制御パラメータに依存してビデオデータの各ブロックをＡＴＭ  Ｉ／Ｆ８２に複数回通過させることによってビデオデータを複製する。マルチキャストＩ／Ｆは機能的にはソフトウェアまたはハードウェアでも実現され得る。ビデオデータの各複製物は異なる行先に送られる。ＡＴＭ  Ｉ／Ｆソフトウェア８２は、ビデオデータを伝送パケットにフォーマット化し、これを分配ネットワーク２０を介してリクエストを出している視聴者に送る。
図２に示される２２００シリーズベースのビデオサーバ構成は、２つの一般的な動作モデル、すなわち、ディスクベースのモデルまたはメモリベースのモデルをサポートする。ディスクベースのモデルは、多数のディスクドライブにストアされるビデオデータを含む。多数のプログラムは、各タイトルの多数の複製物として維持される。この文脈でのプログラムとは、映画、番組、スポーツイベント、トレーニングエクササイズ等を意味し得る。視聴者による個々のプログラム再生リクエストは、ディスクから大きいブロックの適切なビデオデータを主メモリのバッファに読出し、その後、より小さいフレームサイズのブロックのビデオデータを視聴者のディスプレイシステムにリアルタイムで伝送することによって満たされる。多数の視聴者は、同じディスクドライブにストアされる同じプログラムの異なる領域に同時にアクセスし得る。使用するディスクドライブの記憶容量とタイトルの長さとに依存して、１つのプログラムに必要なデータすべてをストアするのに１つよりも多いまたは少ないディスクドライブが必要とされ得る。ディスクベースのビデオサーバは、メモリベースの構成と比較して、より少ない数の別々のイベントで、１つのシステムからより多くの数のプログラムをサポートする。
メモリベースのビデオサーバモデルは主メモリにビデオデータを含む。ディスクまたはテープの媒体から非リアルタイムでサービスを開始する前に、このメモリにはビデオデータがロードされる。もちろん、ストアできるビデオデータの量は、利用可能な主メモリに比例する。個々の再生リクエストは、フレームサイズの小さいブロックのデータを必要に応じて視聴者に伝送することによって満たされる。メモリベースのビデオサーバは、比較的少量のデータの多くの視聴者をサポートする。より多くのタイトルをサポートするためには、図３に示すようにより多くのシステムをネットワーク化しなければならない。一般的な用途には、メモリベースのモデルは不適切であるかもしれない。これらの２つのアプローチの間のトレードオフは、サポートされるタイトルの数対１タイトル当りの積極的なユーザの数である。メモリベースのシステムはより多くの視聴者をサポートするが、一度にサポートするタイトルはより少ない。それに対して、ディスクベースのシステムはより多くのタイトルをサポートするがサポートする視聴者の数はより少ない。
多くの視聴者が同じプログラムを見ることができる環境で視聴者へのビデオデータの提供を独立して制御できるようにするためには、各視聴者に、共通の源からの別々のデータストリームを与えなければならない。この場合、視聴者は、リクエストしたビデオデータストリームを開始、停止、一時停止、または巻戻しすることができる。これらの動作は、他の視聴者に分配されているデータには影響を及ぼさない。アプリケーション５６からビデオサーバＳＷ６０へのコマンドは、ビデオデータストリームの配達の開始、ビデオデータストリームの配達の終了、ビデオデータストリームの配達の一時停止、およびビデオデータストリームの巻戻しまたはリセットを含む。これらの視聴者リクエストの実現により、ディスクＩ／Ｏ６４、ＩＯＰ６８、およびＣＡ７０によってビデオライブラリ１０から読出されているデータの検索およびその後の伝送が制御される。好ましい実施例では、これらのリクエストは、図１に示されるように視聴者の電話および電話応答設備を介してビデオサーバに入力される。代替的には、視聴者のリクエストを送るために、視聴者とビデオサーバとの他の対話方法も用いることができる。たとえば、視聴者リクエストは、副チャネルを介してビデオサーバに入力され得る。
使用する基本的構成に関係なく、大きいブロックの読出、マルチキャスティングおよび同期グループとともに、多重化されたディスクアクセスを用いることにより、フルサービスビデオサーバシステムの１イベント当りのコストはかなり低減され得る。
ディスクベースのビデオサーバシステムの制限ファクタは、ビデオデータがストアされるディスクとそれらに関連するＩ／Ｏチャネルのスループットである。読出される１ディスク当りのビデオデータ通信ストリーム（すなわち、マルチキャストＥＶＯＤまたはＡＰＰＶ）が１つよりも多い場合、ビデオサーバシステムにおける主な障害は、Ｉ／Ｏチャネル３０と主記憶ユニット３８とのインタフェース（図２に図示するようなもの）である。しかしながら、高性能なディスク、チャネル、メモリバッファ、および大きいブロックの読出を用いることによって、ディスクにストアされるビデオデータの１つの複製物から多くの個々の視聴者がサービスされ得る。２２００／９００コンピュータシステムのような大型の企業サーバをビデオサーバとして用いれば、大容量記憶装置から分配ネットワークにビデオデータを転送するのに多くのＩ／Ｏチャネルが利用可能であり、それにより、全体的なシステムスループットが増加する。多重化によってディスクへの同時アクセスが達成され、多くの視聴者が同じディスクにストアされるタイトルからのデジタルビデオデータをリクエストしているという状態が可能になる。この技術により、ビデオデータ記憶に必要なディスクの数をかなり減らすことができるようになる。一時記憶バッファが主メモリにおいて確立され、所望の表示速度のいくらかの量（たとえば１秒またはそれ以上の秒数分）のビデオデータを含むような大きさにされる。各視聴者は最低２つのバッファを受取るが、ディスクスループットをさらに向上するためにより多くのバッファを用いてもよい。これらのバッファにより、用いるべきディスクおよび関連チャネルは、シークおよび回転待ち時間と比べてより大きいパーセンテージの時間の間データを転送することができるようになる。５１２バイトの典型的なディスク転送には約１７ミリ秒が必要である。この時間のうちのほとんどはアクセスおよび待ち時間のための時間である。したがって、各データの読取にかかった時間の大部分は実際のデータ転送には利用されていない。高質のビデオでは、最低０．５メガバイト（ＭＢ）／秒でデータを転送しなければならない。もしこの量のデータ（すなわち１秒分に値するデータ）がディスクからフェッチされれば、従来の磁気ディスクのデータを検索する時間は約２８ミリ秒（ｍｓ）となるであろう。データは主メモリでバッファ処理され、その後、ディスクからフェッチしたときのペースとは異なるペースでネットワークインタフェースを介して転送される。データは、１ビデオフレーム当り１０〜３０ＫＢで、３０フレーム／秒の速度で転送される。データが第１のバッファからユーザに伝送されている間、第２のバッファ（または他のバッファ）にはディスクから読出されたデータがロードされる。この第１のバッファに含まれるすべてのデータがネットワークインタフェースを介して伝送されると、バッファはスワップされ、プロセスが継続する。
近年の磁気ディスク技術の進歩により、システムスループットを向上し、大きいブロックの読出の値を向上することが可能である。たとえば、シーゲート・テクノロジー・インコーポレイテッド（Seagate Technology．Inc．）から入手可能な２．１ＧＢの容量のバラクダＳＴ１２５５０（Barracuda ST12550）は、ほんの８．０ミリ秒だけのシーク時間で転送速度を７．０ＭＢ／秒までに維持してデータを転送することができる。そのようなディスク技術の改良は、ビデオサーバがより多くの視聴者にサービスを提供する助けとなり得る。
この多重化されたディスクおよび大きいブロックのディスク読出を用いたアプローチにより、Ｉ／Ｏチャネルおよびディスクのピーク速度が最大に利用される。このシークおよび回転待ち時間は、ビデオサーバがより多くのイベントをサポートする際のより少ない制限ファクタとなる。このバッファ処理技術を用いずに１ディスク当りに同時にサポートされるイベントの数は１つである。この技術を用いれば、１ディスク当りに同時にサポートされるイベントの数は約４〜約８個に増える。
マルチキャストと同期グループとの概念を組合せる技術は、２組の可能性を利用している。まず第１に、比較的多くの視聴者がデータベースの比較的少ない部分にアクセスする場合、何人かの視聴者は同時にデータベースの同じ全般的な部分にアクセスしているであろう。第２に、多くの視聴者は、１日のうちのほぼ同じ時間にデータベース全体をアクセスしているであろう。たとえば、ケーブルテレビ産業は、その収益の８０％が、１０個の最も人気のあるタイトルから構成されるプレミア付きの娯楽プログラミングから得られると概算している。さらに、ほとんどの視聴者の一般的な労働および生活パターンでは、サービスに対する最も高い需要は午後７時から午後１１時の間となる。
同期グループの技術を用いれば、ビデオデータベースの同じ一般領域で動作する別々のイベントをマルチキャストすることによりビデオデータを再利用することができるようになる。時間的に近いイベントのビデオデータストリームは、同じデータを同時に用いるように調整される。この技術により、１つのディスクＩ／Ｏ動作からのデータを同時に多数の視聴者に送ることができるようになり、それによりそのプログラムのユーザを同じ人数だけサービスするのに必要なディスクアクセスの数が低減される。この技術は、多数の視聴者を同時にサービスできるというＡＰＰＶの効率のよさの利点と、個々の制御が可能であるＥＶＯＤとを組合せている。さらに、マルチキャスト伝送を行なうための機構がネットワークインタフェース１８と呼ばれるＩ／Ｏサブシステムの一部分であるため、より多くのイベントをサポートするためにビデオサーバ１２のデータバンドパスが用いられる。得られる同時実行性のレベルに依存して、マルチキャストは、１イベント当りのコストを３０倍までのファクタ改善し得る。上限は、通信インタフェース（すなわち、ＡＴＭ接続）のバンドパスの関数である。
好ましい実施例では、各プログラムに関するビデオデータの多数のストリームは、それぞれわずかに異なる時間に開始され、必要に応じてストリーム全体を繰返しながら、終了するまで再生することが可能にされる。たとえば、１２０分のプログラムのビデオデータストリームは毎秒１回開始され、１２０の異なるストリームを与え得る。各ビデオデータストリームはディスク上のビデオデータの複製物から生じたものであり、そのプログラムの他のすべてのストリームと内容的には同一である。各ビデオデータストリームは、そのストリームの表示を要求する立場にある視聴者がいる限り、そのストリームが終了すると繰返される。各開始間の時間は変えることもできる。システムの能力、サポートされるタイトルの数、サービスされるべき視聴者の数、および所与のタイトルに対する需要に依存して、この時間を５分もしくは１０分に増やすか、または、３０秒もしくは１０秒に減らすこともできる。各開始間の時間は、サービスリクエストとビデオデータの配達との間の、視聴者が受入れることができる遅延時間によっても左右され得る。
図５は、多数のビデオデータストリームの概念を示している。この例では、ストリーム間の時間は１分である。各開始間のこの時間は例示的なものであって、本発明の範囲を限定するものとして捉えられるべきではない。各ストリームはｎ分の長さである。したがって、ストリーム＃１  ８４は時間Ｔ０で始まり時間Ｔｎで終了する。ストリーム＃２  ８６は時間Ｔ１で始まり時間Ｔ（ｎ＋１）で終了する。他のストリームは、図示しているようにストリーム＃ｎ  ８８まで同様の態様で処理される。もちろん、独立したストリームの数は、ストリーム間の選択された時間に依存する。ビデオデータストリームの開始、停止、および分配の制御は、図４に示すビデオサーバＳＷ６０によって与えられる。
視聴者による特定のタイトルのサービス開始リクエストがビデオサーバ１２によって受取られると、その次の「同期点」まで、すなわち、リクエストされたプログラムのその次のビデオデータストリームの開始まで、応答サービスは遅延する。所与のビデオデータストリームまたはストリーム内の点に同期される視聴者は、グループ分けされると考えられる。なお、一連のストリーム内のいかなる所与の同期点にも多数のグループが存在し得る。図６Ａおよび図６Ｂは、ランダムに到着する視聴者リクエストを組合せて同期グループに分ける概念を示す図である。サービスリクエストは視聴者からランダムに受取られる。これらのリクエストはこの例ではＲ１、Ｒ２、…Ｒ１２として図示している。図６Ａでは、リクエストＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ８はすべて時間Ｔ０と時間Ｔ１との間にビデオサーバによって受取られる。これらのリクエストは、図６Ｂに示すように、時間Ｔ１で伝送を開始する同期グループにグループ分けされる。同様に、リクエストＲ６およびＲ７は、時間Ｔ２で伝送を開始する同期グループにグループ分けされる、等である。
視聴者による個々のビデオデータストリームの表示の準独立制御は、視聴者のリクエストに応じて視聴者をあるビデオデータストリームからその次のビデオデータストリームに「スリップ」することによって与えられる。たとえば、視聴者が現在のストリームの伝送を一時停止（PAUSE）または停止（STOP）するようリクエストすると、視聴者は、その視聴者が現在割当てられている同期グループからはずされる。視聴者が今後ビデオデータストリームの伝送を終了点から再開できるようにするために、ビデオサーバＳＷ６０は、視聴者がどの同期グループに残されているか、およびサービスがストリーム中のどの点で割込まれたかを追跡する。PAUSEの後に伝送を続けるために、視聴者からの再生（PLAY）リクエストにより、視聴者の新しいビデオデータストリーム伝送は、どのビデオデータストリームがPAUSEまたはSTOPのリクエストが受取られた点（すなわち終了点）を表していてもそのビデオデータストリームと再同期される。同期グループの時間粒度のため、いくつかのデータは視聴者に再伝送される可能性があり、この潜在的なオーバラップはビデオデータストリームの伝送と伝送との間の時間単位となるであろう。視聴者のPAUSEリクエストにはタイムアウトの特徴が与えられ得、視聴者のPAUSEリクエストからいくらかの予め定められた時間が経過しその視聴者からPLAYリクエストが受取られていなければ、PAUSEをSTOPリクエストに変換する。ふたたび図５を参照して、視聴者が現在たとえばストリーム＃２  ８６に同期され、時間Ｔ４でPAUSEリクエストを発行したとすると、視聴者は、ビデオサーバＳＷ６０によってストリーム＃２に関する同期グループから外されるであろう。選択されたプログラムの表示を継続するために視聴者が時間ＴｎでPLAYリクエストを発行したとすると、視聴者は、時間Ｔ（ｎ−３）で開始されるビデオデータストリームに関する同期グループに加えられるであろう。ストリーム＃２が時間Ｔ１で始まり、視聴者が３時間単位の差で、すなわち、時間Ｔ４で一時停止したため、正しいデータを配達するために視聴者に伝送される必要のあるビデオデータストリームは、選択された再開時間Ｔｎよりも３時間単位前に始まるストリームでなければならない。巻戻し（REWIND）および早送り（FORWARD）リクエストが実現される場合も、リクエストを出している視聴者が割当てられる同期グループは変わる。
視聴者リクエストをグループに分けて同期することにより、ビデオデータの１つの複製物がビデオライブラリ１０から読出され、グループのすべての構成員に送られることが可能となり、これにより、ディスクチャネルおよびＩ／Ｏバンドパスが節約される。ネットワークインタフェースでのような、ビデオデータストリームの複製がビデオライブラリへのシステムＩ／Ｏ設備を超えるポイントで行なわれる場合にのみ、同期グループはビデオサーバシステムスループットを向上させるのに効果的である。データの１つの複製物をネットワークインタフェースに転送し、このネットワークインタフェースに、特定の同期グループの各視聴者に複製物を送るよう要求することによって、ビデオサーバＩ／Ｏバンドパスの利用量を大幅に減らすことができる。
同期グループを用いたこのマルチキャスト能力は、マルチバッファスキームによって実現され得る。図７は、マルチキャストインタフェースのブロック図である。ＮＩＯＰ７８は、特定のビデオデータストリームに関するビデオデータのブロックと、同期グループに属する視聴者に関するネットワーク行先識別子（ＩＤ）のリストとを送る。マルチキャストＩ／Ｆ８０は、過渡的なビデオデータの記憶のために、少なくとも２つのフレームバッファ９０、９２を割当てる。フレームバッファＡ９０にはビデオデータのブロックがロードされる。対応する行先リストＡ９４には、現在サービスされている同期グループに属する視聴者のネットワーク行先ＩＤがロードされる。ビデオデータをグループの構成員に送るよう要求されれば、データ転送が開始される。制御論理９６は、行先リストＡ９４からの最初のネットワーク行先ＩＤとフレームバッファＡ９０からのビデオデータとをＡＴＭ  Ｉ／Ｆ８２に送る。最初の視聴者にフレームバッファが伝送されると、行先リストＡ９４のその次のネットワーク行先ＩＤが選択され、フレームバッファＡ９０の内容とともに、ＡＴＭ  Ｉ／Ｆ８２に送られる。このプロセスは行先リストＡの各行先に関して繰返され、それにより、ビデオデータストリームを複製する。
活性フレームバッファのデータが行先リストＡの行先に送られている間、他方の空のフレームバッファＢ９２およびそれに対応する行先リストＢ９８には、現在のビデオデータストリームのその次の期間のネットワーク行先ＩＤおよびビデオデータがロードされる。
図８は、視聴者リクエストがいかに同期グループに関連するかを示すフロー図である。処理は開始ステップ１００から始まる。ビデオライブラリ１０はステップ１０２で発生される。視聴者のサービスリクエストはステップ１０４で受取られる。テストステップ１０６では、どのような種類のリクエストが視聴者によって出されたかを判断する。リクエストがサービスの開始（すなわち、プログラムの再生（PLAY））であれば、PLAY処理１０８が行なわれる。ステップ１１０で、視聴者は、リクエストされたプログラムとそのプログラムのその次の開始時間とに対応する同期グループに割当てられる。ステップ１１２で、同期グループの開始時間に、ビデオライブラリから、リクエストされたプログラムのフレームが得られる。ステップ１１４で、この同期グループのすべての視聴者にこのフレームの複製物が送られる。このフレームが最後のフレームであれば（テスト１１６）、イエス経路１１８が取られ、終了１２０でこの視聴者に対する処理が終了する。このフレームが最後のフレームでなければ、ノー経路１１２が取られ、リクエストされたプログラムのその次のフレームが得られる。
視聴者のリクエストがPAUSE１２４であれば、ステップ１２６が行なわれ、視聴者をその視聴者が割当てられた同期グループから外す。その視聴者に対する処理は、新しいサービスリクエストが受取られた場合にのみ継続される。視聴者のリクエストがSTOP１２８であれば、ステップ１３０が行なわれ、視聴者をその視聴者が割当てられた同期グループから外す。終了１２０で、その視聴者に対する処理は終了する。視聴者のリクエストがREWINDまたはFORWARD１３２であれば、ステップ１３４が行なわれ、視聴者を異なる同期グループに移動させる。その視聴者に対する処理は、新しい視聴者リクエストが受取られると継続される。
以上、ビデオサーバシステムおよび関連システムのスループット向上技術について説明してきた。多数の視聴者に対して１つのデジタルビデオデータ源を多重化して用いることにより、データ提供のユーザによる独立した制御を維持しながら、必要とされる大容量記憶装置の数が大幅に低減される。ランダムに到着する視聴者のサービスリクエストを、ビデオデータの１つの複製物が供給され得るグループに分けて同期することにより、所与の人数の視聴者に必要なシステムバンドパスがより少なくなり、なおかつ独立した制御を維持することができる。全体的なビデオサーバシステムの性能を調整するために、同期グループ間の時間的な間隔を変えることができる。マルチキャスティングデジタルビデオデータにより、ビデオサーバから与えられ得るビデオデータストリームの数が増加する。これらの技術を組合せることにより、エンドユーザにイベントを配達する際のコストを８〜３０倍のファクタ低減することが可能である。
以上、本発明の現在企図される最良のモードについて説明したが、本発明には種々の変形例、動作モード、および実施例が可能であり、これらはすべて当業者の能力および技術の範囲内であって、さらなる進歩性のある活動を伴わずになされることは明らかである。したがって、請求の範囲に特許の保護対象を規定している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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