(57)【要約】  MPEG多重化信号によるビデオオンデマンド、双方向サービス、及び他のサービスデータの伝送、及び条件付きアクセスEMMキーデータを含む管理及び制御データの、DOCSIS PIDを有するMPEGパケットによるMPEG多重化信号の帯域内送信のための回路、及び実行される処理が開示される。MPEG多重化信号内のセッションキーによって暗号化された制御ワードを含むECMメッセージを送信し、プライベートセットトップボックスユーザキーによって暗号化されたセッションキーを含むEMMメッセージを送信することにより条件付きアクセスデータを送信する処理が開示される。EMMメッセージは、それを要求すると共に暗号化されたサービスを発注したセットトップボックスだけにDOCSIS PIDを有するMPEGパケットの帯域内で送信される。IPパケットにカプセル化されたMPEG伝送ストリームの経路を指定するルーティング／スイッチング能力を備えるヘッドエンドが同様に開示される。
2007525051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル放送、デジタル双方向サービス、及びデジタルビデオオンデマンドサービスを提供するケーブルテレビシステムのセットトップボックスに対する管理及び制御データの伝送方法であって、
１）従来のＤＯＣＳＩＳ上り方向信号によって、下り方向信号の管理及び制御（Ｍ＆Ｃ）データを要求する上り方向信号の管理及び制御メッセージを受信する処理と、
２）要求されたＭ＆Ｃデータを生成するか、及び／または取得することによって、下り方向信号のＭ＆Ｃパケットを生成し、前記Ｍ＆Ｃデータを要求したセットトップボックス（ＳＴＢ）に対して前記Ｍ＆Ｃデータをアドレス指定し、アドレス指定された下り方向信号のＭ＆Ｃデータを、それぞれがＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有する１つ以上のＭＰＥＧパケットにパケット化する処理と、
３）下り方向信号のＭ＆Ｃパケットを、ＭＰＥＧ伝送ストリーム、または複数のＭＰＥＧ伝送ストリームを含むＭＰＥＧ多重化信号に結合する処理と
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記処理“１）”が、ブロードバンドインターネットアクセスデータ、または他のデジタルサービスのデータに関する上り方向信号の要求を受信する処理を更に有し、
前記処理“２）”が、
要求されたブロードバンドインターネットアクセスデータ、または要求された他のデジタルサービスのデータをインターネットプロトコルパケット（ＩＰパケット）として取得する処理と、
前記ブロードバンドインターネットアクセスデータのＩＰパケットを、データを要求したＳＴＢに対してアドレス指定されたメディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）フレームにカプセル化する処理と、
前記ＭＡＣフレームを、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧ−２パケットにカプセル化し、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有する前記ＭＰＥＧ−２パケットを、前記ＭＰＥＧ伝送ストリーム、またはＭＰＥＧ多重化信号に結合する処理とを更に有し、
前記処理“２）”が、前記Ｍ＆Ｃデータパケットを、前記Ｍ＆Ｃデータを要求したか、または前記Ｍ＆Ｃデータを必要とする処理を実行するセットトップボックス内のポートに対してアドレス指定されたＩＰパケットにカプセル化し、前記ＩＰパケットを、前記Ｍ＆Ｃデータを要求したか、または前記Ｍ＆Ｃデータを必要とするセットトップボックスに対してアドレス指定されたＭＡＣフレームにカプセル化する処理を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記処理“２）”が、
要求された管理及び制御データのみを、取得するか、及び／または生成する処理と、
要求された管理及び制御データを、前記管理及び制御データを要求したＳＴＢに対して、または前記ＩＰパケット内の同報通信アドレスを使用して、前記管理及び制御データを要求した全てのＳＴＢを含むＳＴＢに対してアドレス指定されたインターネットプロトコルパケット（ＩＰパケット）にパケット化する処理と
を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ＭＰＥＧ伝送ストリームによって双方向サービス下り方向信号を伝送するデジタルデータ提供ネットワークにおける管理及び制御データ下り方向信号の帯域内伝送方法であって、
（１）１人以上の加入者に提供されるべき１つ以上のサービス、または１人以上の加入者により要求される１つ以上のサービスに関係があると共に、１つ以上のセットトップ受信機／デコーダ回路（以下セットトップボックスとする）に送信されるべき管理及び制御データ（Ｍ＆Ｃデータ）を生成するか、及び／または検索する処理と、
（２）前記管理及び制御データを、ＤＯＣＳＩＳプログラム識別子（ＰＩＤ）を有するＭＰＥＧパケットにパケット化する処理と、
（３）双方向サービス、ビデオオンデマンド、デジタルビデオ放送、及び／またはデジタルデータによって提供された他の種類のサービスを有することができる１つ以上のサービスのデータを、ＭＰＥＧパケットにパケット化し、各前記サービスの前記ＭＰＥＧパケットに１つ以上の固有のＰＩＤを与える処理と、
（４）前記ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有する前記ＭＰＥＧパケットを、前記１つ以上のサービスのＭＰＥＧパケットと共に、ＭＰＥＧ伝送ストリーム、または１つのＭＰＥＧ伝送ストリームよりも多いＭＰＥＧ多重化信号に結合し、データ配信ネットワークにより前記伝送ストリーム、または多重化信号の下り方向信号を複数の加入者設備に伝送する処理と
を有することを特徴とする方法。
【請求項５】
１人以上の加入者の１つ以上のセットトップボックスから、プログラムガイドデータ、ソフトウェアアプリケーションプログラム、条件付きアクセスキーデータ、またはあらゆる他の管理及び制御データに関する上り方向信号の要求を受信する処理と、
前記処理“（１）”を実行することにより、前記受信した上り方向信号の要求に応答する管理及び制御データを生成するか、及び／または検索することによって、そのことに応答する処理と、
前記管理及び制御データを、前記パケットにカプセル化されたＭ＆Ｃデータを要求した特定のセットトップボックスに対してそれぞれアドレス指定されたパケットにパケット化する処理と
を更に有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記１つ以上のセットトップボックスから上り方向信号の要求を受信する処理が、前記上り方向信号の要求を、ＤＯＣＳＩＳ通信プロトコルにおいて前記ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有する前記ＭＰＥＧパケットから構成されるＤＯＣＳＩＳの下り方向信号に関連付けられるＤＯＣＳＩＳの上り方向信号上のデータとして受信する処理から構成される
ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記上り方向信号の要求を受信する処理が、通常のＤＯＣＳＩＳプロトコルを使用して実行される
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
各セットトップボックスにおける前記通常のＤＯＣＳＩＳプロトコルが、少なくとも、
（１）前記ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤによって伝送されたＤＯＣＳＩＳ下り方向信号を追跡し、上り方向信号の初期放送局点検間隔を特定するＭＡＰメッセージに関する下り方向信号のＤＯＣＳＩＳメッセージを検索し、前記ＤＯＣＳＩＳ上り方向信号の特性を定義する下り方向信号のＵＣＤメッセージを受信する処理と、
（２）前記上り方向信号の初期放送局点検間隔の間、ＤＯＣＳＩＳの測定及びトレーニングを実行する処理と、
（３）前記測定バーストを伝送した前記セットトップボックスに対してアドレス指定された測定応答メッセージを受信し、前記測定応答メッセージ内のオフセットデータに従って、前記セットトップボックスの上り方向信号のＤＯＣＳＩＳ送信機内の伝送パラメータを調整する処理と、
（４）次の定期的な放送局点検間隔において、測定及びトレーニングの一周期を実行する誘因を含む下り方向信号のＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤによって伝送されるメッセージを待って定期的な放送局点検バーストを送信すると共に、それに対する応答である測定応答メッセージを受信し、その中のオフセットデータを前記セットトップボックスの上り方向信号のＤＯＣＳＩＳ伝送パラメータを更新するために使用する処理と、
（５）測定及びトレーニングが成功した後で、帯域幅要求競合期間の間に上り方向信号のメッセージを送信し、前記帯域幅要求が首尾よく受信されると共に上り方向信号の帯域幅が与えられたか否かを判断するために、受信された下り方向信号のＭＡＰメッセージを読み取り、もし上り方向信号の帯域幅が与えられない場合、次の帯域幅要求競合期間に要求を再伝送する処理と、
（６）もし上り方向信号の帯域幅が与えられた場合、前記上り方向信号のＤＯＣＳＩＳチャンネルを定義した前記ＵＣＤメッセージ内で定義されたように、上り方向信号のチャンネルパラメータを使用する前記セットトップボックスに割当てられた上り方向信号のミニスロットの間、各セットトップボックスから上り方向信号の管理及び制御メッセージを伝送する処理と
を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
（１）ケーブルテレビシステムのヘッドエンドにおけるケーブルモデム終端システムから１つ以上の前記セットトップボックスを遠隔管理するのに必要とされる、あらゆる管理データを生成する処理と、
（２）前記管理データを、管理データが送信される必要のある特別なセットトップボックスに対してアドレス指定されたパケットにパケット化すると共に、前記パケットを、ＤＯＣＳＩＳプログラム識別子（ＰＩＤ）を有するＭＰＥＧパケットにパケット化する処理と、
（３）ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有すると共に、管理データを含む前記ＭＰＥＧパケットを、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有すると共に、Ｍ＆Ｃデータを伝送する他のＭＰＥＧパケットと一緒に、前記ＭＰＥＧ伝送ストリーム、またはＭＰＥＧ多重化信号に結合する処理と
を更に有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
デジタル放送、デジタル双方向サービス、及びデジタルビデオオンデマンドサービスを提供するケーブルテレビシステムにおける管理及び制御データ、またはセットトップボックス内の他のデータの送信及び受信方法であって、
ケーブルテレビシステム伝送媒体に接続されたセットトップ受信機／デコーダ（以下ＳＴＢとする）において、ユーザが前記ＳＴＢに接続されたテレビ、または他の周辺装置によって利用したいデジタル放送、双方向サービス、ビデオオンデマンドサービス、及び／または他のサービスの種類を示す１つ以上のユーザ命令を受信する処理と、
要求されたサービスの利用を支援するか、もしくは可能にするＭ＆Ｃデータの下り方向信号の伝送を要求する管理及び制御（Ｍ＆Ｃ）データの上り方向信号を、純粋なＤＯＣＳＩＳチャンネルによって伝送する処理と、
前記ユーザ命令を受信した前記ＳＴＢにおいて、下り方向信号のＭＰＥＧ伝送ストリーム、またはＭＰＥＧ多重化信号からＭＰＥＧパケットを復元し、そこからＤＯＣＳＩＳプログラム識別子（ＰＩＤ）を有するＭＰＥＧパケットを抽出し、前記ＳＴＢに対してアドレス指定され、かつ前記ユーザに要求された前記サービスに関係がある条件付きアクセスデータを含むＭ＆Ｃデータを伝送すると共に、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有する前記ＭＰＥＧパケットを、前記ＳＴＢを制御するようにプログラムされたマイクロプロセッサに対して経路を指定して送信し、前記要求されたサービスのデータを伝送する前記ＭＰＥＧ多重化信号からＭＰＥＧパケットを抽出し、暗号化されたＭＰＥＧパケットを条件付きアクセス回路に経路を指定して送信すると共に、もしそれらが暗号化されない場合、暗号化されないＭＰＥＧパケットをデコーダに経路を指定して送信する処理と、
前記要求されたサービスのデータを含む前記暗号化されたＭＰＥＧパケットのペイロードを復号化するために前記条件付きアクセス回路により必要とされる１つ以上の作業キーを取得するために、前記条件付きアクセスデータを復号化する処理と、
前記条件付きアクセス回路において、前記暗号化されたＭＰＥＧパケットのペイロードセクションを復号化するために、前記作業キーを使用し、１つ以上の要求されたサービスの非圧縮データを生成するために、復号化されたペイロードデータを復元する処理と、
もし要求されたサービスの内のいずれもが暗号化されない場合、１つ以上の要求されたサービスの非圧縮データを獲得するために、非暗号化ＭＰＥＧパケットを復元する処理と、
要求されたサービスの前記非圧縮データを、適切なテレビ信号か、または他の信号、すなわち前記ＳＴＢに接続されたテレビ、または他の周辺装置のための適切なフォーマットのデータ、またはパケットに符号化するためにエンコーダを使用する処理と
を有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
セットトップボックスに対する管理及び制御データ、及び条件付きアクセスデータの送信方法であって、
（１）ケーブルモデム終端システムにおいて、少なくともセットトップ受信機／デコーダ（以下セットトップボックスとする）が発注したサービスを示す、上り方向信号のＤＯＣＳＩＳメッセージを受信する処理と、
（２）前記サービスのデータを検索すると共に、それを、前記サービスを発注した前記セットトップボックスのメディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）アドレスにアドレス指定されたメディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）フレームにカプセル化し、前記ＭＡＣフレームを、ＭＰＥＧパケット内のサービスデータがそれに関係することを示すＰＩＤを有する前記ＭＰＥＧパケットにカプセル化する処理と、
（３）前記サービスをユーザに提供するために、前記セットトップボックスが必要とする全ての管理及び制御データ及びセッションキーを含む、前記セットトップボックスが必要とする管理及び制御データを検索するか、または生成する処理と、
（４）前記セッションキーを用いて、前記サービスに関する制御ワードを暗号化する処理と、
（５）前記セットトップボックスのプライベートユーザキーを用いて、前記セッションキーを暗号化し、前記暗号化されたセッションキーを、ＥＭＭメッセージにカプセル化し、前記ＥＭＭメッセージを、ＩＰパケットにカプセル化し、前記ＩＰパケットを、前記セットトップボックスの前記ＭＡＣアドレスにアドレス指定されたＭＡＣフレームにカプセル化し、前記ＭＡＣフレームを、ＭＰＥＧ伝送ストリームの予約されたＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにカプセル化する処理と、
（６）前記処理“（３）”において検索または生成された全ての他の管理及び制御データを、ＩＰパケットにカプセル化し、前記ＩＰパケットを、前記セットトップボックスに対してアドレス指定されたＭＡＣフレームにカプセル化し、前記ＭＡＣフレームを、前記予約されたＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにカプセル化する処理と、
（７）前記サービスのデータ、及び前記管理及び制御データを含む全ての前記ＭＰＥＧパケットを、１つ以上のＭＰＥＧ伝送ストリームに組み立てると共に、前記１つ以上のＭＰＥＧ伝送ストリームを、前記セットトップボックスに伝送する処理と
を有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記処理“（３）”が、前記セットトップボックスによって必要とされる１つ以上のソフトウェアアプリケーションを含む管理及び制御データを検索し、ＤＯＣＳＩＳの保証ソフトウェアダウンロードプロトコルを用いて、前記ソフトウェアアプリケーションを認証し、前記ソフトウェアアプリケーションを、読み込みと実行のために、前記セットトップボックスに送信する処理を有する
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
セットトップ受信機／デコーダ（セットトップボックス）における暗号化されたサービスデータの受信方法であって、
（１）セットトップボックスにおいてサービスを発注する命令を受信し、前記サービスを発注する１つ以上の上り方向信号のＤＯＣＳＩＳメッセージを伝送するためにＤＯＣＳＩＳと互換性があるケーブルモデムの送信機セクションを使用し、前記セットトップボックスにより必要とされるあらゆる条件付きアクセスデータを含むあらゆる他の管理及び制御データを表示する処理と、
（２）前記ＤＯＣＳＩＳと互換性があるケーブルモデムの受信機セクションを使用して、下り方向信号のＭＰＥＧ多重化信号を受信し、ＰＩＤ０を有するＭＰＥＧパケットを抽出し、前記抽出されたパケット内のデータからプログラムアロケーションテーブルを組み立てる処理と、
（３）どのＭＰＥＧ伝送ストリームが前記ＭＰＥＧ多重化信号内にあるか、及びどの伝送ストリームが前記要求されたサービスのデータを伝送するかを決定すると共に、前記セットトップボックスにより発注されたサービスにおけるＭＰＥＧパケットのＰＩＤを定義する前記伝送ストリームのプログラムマップテーブルのデータを伝送する、前記伝送ストリーム内のＭＰＥＧパケットのＰＩＤを決定するために、前記プログラムアロケーションテーブル内のデータを使用する処理と、
（４）前記ＤＯＣＳＩＳと互換性があるケーブルモデムの受信機セクションを使用して、前記プログラムマップテーブルのＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットを抽出すると共に、前記抽出されたパケット内のデータからプログラムマップテーブルを組み立てる処理と、
（５）ＰＣＲタイミングデータ及びあらゆる必要な条件付きアクセスＥＣＭメッセージを含む前記サービスのデータを含む前記ＭＰＥＧ多重化信号内のＭＰＥＧパケットのＰＩＤ番号を決定するために前記プログラムマップテーブル内のデータを使用すると共に、前記セットトップボックスにより発注された前記サービスのＰＩＤを有する前記ＭＰＥＧパケットを前記ＭＰＥＧ多重化信号から抽出するためのフィルタ命令を生成する処理と、
（６）管理及び制御データ、及び条件付きアクセスＥＭＭメッセージを含むと共に、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットを前記ＭＰＥＧ多重化信号から抽出する処理と、
（７）前記処理“（５）”及び前記処理“（６）”において抽出された前記ＭＰＥＧパケット内のＭＡＣフレームが復元されると共に、前記サービスを発注した前記セットトップボックスに対してアドレス指定されないあらゆるＭＡＣフレームが廃棄される処理と、
（８）前記サービスデータ、管理及び制御データ、ＥＭＭメッセージ、及びＥＣＭメッセージを伝送するＩＰパケットが、前記処理“（７）”において廃棄されなかった前記ＭＡＣフレームから抽出され、前記セットトップボックス内の適切な回路構成に経路を指定して送信されるか、またはバスあるいはローカルエリアネットワーク接続によって前記セットトップボックスに接続される処理と、
（９）前記セットトップボックス内か、または前記セットトップボックスに挿入されたスマートカードか、または他のモジュールか、または回路カード内の不揮発性メモリを有する保証されたマイクロプロセッサ回路に経路を指定して送信されたＥＭＭメッセージを含むＩＰパケットから、前記セットトップボックスが発注した前記サービスに関する暗号化されたセッションキーを抽出する処理と、前記セッションキーを復元するために、前記不揮発性メモリに記憶された前記セットトップボックスに関するプライベートユーザキーを使用して前記ＥＭＭメッセージを復号化する処理と、
（１０）前記セットトップボックスにより発注された各前記サービスに関する制御ワードを復元するために、前記保証されたマイクロプロセッサに経路を指定して送信された前記ＥＣＭメッセージを復号化するための前記セッションキーを使用する処理と、
（１１）前記セットトップボックスにより発注された前記サービスに関する前記サービスデータを含むパケットのペイロードデータを復号化するために、前記制御ワードを使用し、あらゆる圧縮データを復元すると共に、前記復号化されると共に復元されたデータから、適切なビデオ信号、もしくは他のフォーマット信号を生成する処理と
を有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記処理“（１１）”が、サービスの前記復号化され、復元されたデータを、前記サービスを要求した前記ＳＴＢに接続された装置に対して送信する処理を有する
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
条件付きアクセスデータの帯域内送信方法であって、
（１）１つ以上のセットトップ受信機／デコーダ（以下セットトップボックスまたはＳＴＢとする）から、ＤＯＣＳＩＳの上り方向信号チャンネルによって、１つ以上の要求されたサービスを支援して条件付きアクセスキーデータの下り方向信号の伝送を要求する上り方向信号の管理及び制御（Ｍ＆Ｃ）メッセージを受信する処理と、
（２）ＳＴＢにより命令された、少なくともそれぞれ暗号化されたサービスに関するセッションキーを、検索するか、または生成する処理と、
（３）ＳＴＢにより発注された各サービスに関する制御ワードを、前記サービスに関するセッションキーを用いて暗号化し、前記暗号化された制御データをＥＣＭメッセージにカプセル化する処理と、
（４）全てのＳＴＢがＩＰパケットを受信することができるマルチキャストアドレスを有する前記ＩＰパケットに、前記ＥＣＭメッセージをカプセル化する処理と
（５）前記処理“（４）”において生成された各前記ＩＰパケットを、マルチキャストアドレスを有するメディアアクセスコントロールフレーム（ＭＡＣフレームフレーム）にカプセル化する処理と、
（６）前記処理“（５）”において生成された各前記ＭＡＣフレームを、各ＭＰＥＧパケットに関して、それが特別なサービスに関するＥＣＭメッセージを含むことを示すＰＩＤを有する１つ以上の前記ＭＰＥＧパケットにカプセル化する処理と、
（７）ヘッドエンドにおいて、ＳＴＢが前記ＳＴＢのプライベートユーザキーを用いて発注したサービスに関する各前記セッションキーを暗号化し、前記暗号化されたセッションキーをＥＭＭメッセージにカプセル化する処理と、
（８）各前記ＥＭＭメッセージを、カプセル化されたＥＭＭメッセージが関係する前記サービスを発注したＳＴＢに対してアドレス指定されたＩＰパケットにカプセル化するか、または、もしＳＴＢがＩＰアドレスを有していない場合、各前記ＥＭＭメッセージを、マルチキャストアドレスを有するＩＰパケットにカプセル化する処理と、
（９）特別なサービスと関係があるＥＭＭメッセージを含む、前記処理“（８）”において生成された各ＩＰパケットを、前記サービスを発注したＳＴＢのＭＡＣアドレスにアドレス指定されたＭＡＣフレームにカプセル化し、各前記ＭＡＣフレームを、所定のＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにカプセル化し、他の管理及び制御データを、ＩＰパケットにカプセル化し、ＩＰパケットを、前記管理及び制御データを必要とするＳＴＢのＭＡＣアドレスにアドレス指定されたＭＡＣフレームにカプセル化し、前記ＭＡＣフレームを、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにカプセル化する処理と、
（１０）前記処理“（９）”において生成された前記ＭＰＥＧパケットを、ＭＰＥＧ伝送ストリーム、または伝送ストリームの多重化信号に加える処理と、
（１１）もし前記サービスに関する前記ＥＭＭメッセージが、前記ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットで送信されず、しかしＭＰＥＧパケットが特別なサービスに関するＥＭＭメッセージを含むことを示すＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットで送信される場合、各前記サービスのデータ、各前記サービスに関するＰＣＲタイミングデータ、各前記サービスに関するＥＣＭパケット、及び各サービスに関するＥＭＭメッセージのＰＩＤを指し示すための条件付きアクセステーブル内の調整データを含むＭＰＥＧパケットのＰＩＤを反映するために、プログラムアロケーションテーブル内、及び１つ以上のサービスのデータを伝送する前記ＭＰＥＧ伝送ストリームまたは伝送ストリームの多重化信号の１つ以上のプログラムマップテーブル内のデータを調整する処理と
を有することを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記処理（９）が、
ＥＭＭメッセージを含む各前記ＩＰパケットを、前記ＥＭＭメッセージが関係するサービスを発注したＳＴＢのＭＡＣアドレスにアドレス指定されたＭＡＣフレームにカプセル化する処理と、
前記ＭＡＣフレームを、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにカプセル化する処理と
を有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記処理（９）が、
ＥＭＭメッセージを含む各前記ＩＰパケットを、前記ＥＭＭメッセージが関係するサービスを発注したＳＴＢのＭＡＣアドレスにアドレス指定されたＭＡＣフレームにカプセル化する処理と、
前記ＭＰＥＧパケットが、前記サービスに関するＥＭＭメッセージに割り当てられたＰＩＤを有する特別なサービスに関係するＥＭＭメッセージを含むことを示すＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットに、各前記ＭＡＣフレームをカプセル化する処理と
を有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
ＭＰＥＧ多重化信号のＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤによる管理及び制御データの伝送のため、及び前記ＭＰＥＧ多重化信号によるサービスデータの伝送のためのヘッドエンド装置であって、
双方向及び／またはビデオオンデマンドサービスに関する要求を受信し、要求されたサービスを含むと共に、どのサービスからのデータをどのパケットが含むかを定義する１つ以上のＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットのＭＰＥＧ伝送ストリームを供給することによってそれに応答するようにプログラムされた双方向サービスサーバと、
前記双方向サービスを支援して管理及び制御データを供給するようにプログラムされたサーバと、
前記管理及び制御データを受信し、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有すると共にその中にカプセル化された前記管理及び制御データを有するＭＰＥＧパケットを生成するためにＤＯＳＣＩＳ処理を実行するようにプログラムされたケーブルモデム終端システムと、
伝送多重化処理を実行すると共に、要求されたサービスを含む前記ＭＰＥＧパケット及び前記ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有する前記ＭＰＥＧパケットを受信するようにプログラムされ、そして前記ＭＰＥＧパケットを、ＭＰＥＧ多重化信号を有する１つ以上のＭＰＥＧ伝送ストリームに結合するためのコンピュータとを有し、
前記ケーブルモデム終端システムが、ＤＯＣＳＩＳ物理的メディア従属階層処理を実行し、前記１つ以上のＭＰＥＧ伝送ストリーム受信し、ハイブリッドファイバ同軸ケーブルシステムによる下り方向信号の伝送のためのシンボルを生成するために、それについてＤＯＣＳＩＳ処理を実行するようにプログラムされる
ことを特徴とするヘッドエンド装置。
【請求項１９】
規則正しく予定されるデジタルビデオ放送のデータを含むＭＰＥＧパケットのＭＰＥＧ伝送ストリームを出力するようにプログラムされるデジタルビデオ放送サーバを更に有し、
伝送多重化処理を実行する前記コンピュータが、前記デジタルビデオ放送サーバから前記ＭＰＥＧ伝送ストリームを受信すると共に、前記双方向サービスサーバにより出力される前記ＭＰＥＧ伝送ストリームを有する前記伝送ストリーム、及び前記ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有する前記ＭＰＥＧパケットを、ＭＰＥＧ多重化信号に組み込むようにプログラムされる
ことを特徴とする請求項１８に記載のヘッドエンド装置。
【請求項２０】
規則正しく予定されるデジタルビデオ放送のデータを含むＭＰＥＧパケットのＭＰＥＧ伝送ストリームを出力するようにプログラムされるデジタルビデオ放送サーバと、
前記ケーブルモデム終端システムを用いて他のサービスのデータを双方向で通信するようにプログラムされる１つ以上の他のサービスプロバイダサーバとを更に有し、
前記ケーブルモデム終端システムが、
前記他のサービスの下り方向信号のデータを、前記サービスデータを要求した装置及び／または処理に対してアドレス指定された１つ以上のＩＰパケットにカプセル化し、
前記ＩＰパケットを、前記他のサービスデータを要求した前記装置及び／または処理を含んでいるか、または前記他のサービスデータを要求した前記装置及び／または処理に接続された１つ以上のセットトップボックスのＭＡＣアドレスにアドレス指定された１つ以上のＭＡＣフレームにカプセル化し、
前記ＭＡＣフレームを、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにカプセル化するようにプログラムされると共に、
伝送多重化処理を実行する前記コンピュータが、前記デジタルビデオ放送サーバから前記ＭＰＥＧ伝送ストリームを受信すると共に、前記双方向サービスサーバにより出力される前記ＭＰＥＧ伝送ストリームを有する前記伝送ストリーム、及び前記ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有する前記ＭＰＥＧパケットを、ＭＰＥＧ多重化信号に組み込むようにプログラムされる
ことを特徴とする請求項１８に記載のヘッドエンド装置。
【請求項２１】
前記ケーブルモデム終端システムが、あらゆる送信元からＩＰパケットを受信すると共に、前記ＩＰパケットを、ハイブリッドファイバ同軸ケーブルシステムによってそれに接続された１つ以上のセットトップボックス、及び／または装置に透過的に配信するために、従来のＤＯＣＳＩＳ処理を伝送メカニズムとして使用するようにプログラムされる
ことを特徴とする請求項１８に記載のヘッドエンド装置。
【請求項２２】
前記ケーブルモデム終端システムが、前記ＤＯＣＳＩＳと互換性があるケーブルモデム回路に、純粋なＤＯＣＳＩＳの上り方向信号チャンネルを確立するために、測定及びトレーニングを実行させるように、前記ハイブリッドファイバ同軸ケーブルシステムに接続された各セットトップボックス内のＤＯＣＳＩＳと互換性があるケーブルモデム回路によってメッセージを交換するために、通常のＤＯＣＳＩＳ処理を含む従来のＤＯＣＳＩＳ処理を実行するようにプログラムされ、
前記通常のＤＯＣＳＩＳ処理が、
ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケット内の下り方向信号のＭＡＰメッセージの伝送によって帯域幅要求競合期間を確立する処理と、
前記帯域幅要求競合期間の間、前記セットトップボックスから上り方向信号の帯域幅要求メッセージを受信する処理と、
上り方向信号の伝送のための特定のセットトップボックスに対して上り方向信号のミニスロットを与えるように前記帯域幅要求メッセージを処理する処理と、
その間に特定のセットトップボックスが伝送することのできる特定の上り方向信号のミニスロットを指定する前記ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケット内の下り方向信号のＭＡＰメッセージを送信する処理とを有し、
前記ＤＯＣＳＩＳ処理が、
純粋なＤＯＣＳＩＳの上り方向信号チャンネルによって前記セットトップボックスから伝送された上り方向信号のＤＯＣＳＩＳメッセージを受信する処理と、
その中にカプセル化されたメディアアクセスコントロールフレーム、及び前記メディアアクセスコントロールフレームにカプセル化されたＩＰパケットを復元するように前記ＤＯＣＳＩＳメッセージを処理する処理と、
前記ＩＰパケットにおいて指定されたＩＰアドレスを有する装置または処理に、前記ＩＰパケットを経路を指定して送信する処理とを有する
ことを特徴とする請求項１８に記載のヘッドエンド装置。
【請求項２３】
管理及び制御データを供給するようにプログラムされた前記サーバが、ＩＰパケット内の前記データを供給し、
前記ケーブルモデム終端システムが、その中に管理及び制御データを有する前記ＩＰパケットを受信すると共に、前記ＩＰパケットを、前記管理及び制御データを必要とするセットトップボックスのみのＭＡＣアドレスにアドレス指定されたＤＯＣＳＩＳメディアアクセスコントロールフレーム（ＭＡＣフレーム）にカプセル化し、前記ＭＡＣフレームを、前記ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにカプセル化するようにプログラムされる
ことを特徴とする請求項１８に記載のヘッドエンド装置。
【請求項２４】
規則正しく予定されるデジタルビデオ放送のデータを含むＭＰＥＧパケットのＭＰＥＧ伝送ストリームを出力するようにプログラムされるデジタルビデオ放送サーバと、
前記ケーブルモデム終端システムを用いて他のサービスのデータを双方向で通信するようにプログラムされる１つ以上の他のサービスプロバイダサーバとを更に有し、
前記ケーブルモデム終端システムが、
前記他のサービスの下り方向信号のデータを、前記サービスデータを要求した装置及び／または処理に対してアドレス指定された１つ以上のＩＰパケットにカプセル化し、
前記ＩＰパケットを、前記他のサービスデータを要求した前記装置及び／または処理を含んでいるか、または前記他のサービスデータを要求した前記装置及び／または処理に接続された１つ以上のセットトップボックスのＭＡＣアドレスにアドレス指定された１つ以上のＭＡＣフレームにカプセル化し、
前記ＭＡＣフレームを、プライベートデータＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにカプセル化するようにプログラムされると共に、
伝送多重化処理を実行する前記コンピュータが、前記デジタルビデオ放送サーバから前記ＭＰＥＧ伝送ストリームを受信すると共に、前記双方向サービスサーバにより出力される前記ＭＰＥＧ伝送ストリームを有する前記伝送ストリーム、及び前記ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有する前記ＭＰＥＧパケットを、ＭＰＥＧ多重化信号に組み込むようにプログラムされる
ことを特徴とする請求項１８に記載のヘッドエンド装置。
【請求項２５】
前記ケーブルモデム終端システムが、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤ（Ｍ＆Ｃチャンネル）の下り方向信号によって送信される管理及び制御データ（Ｍ＆Ｃデータ）のトラフィックレベルをあらゆる方法で監視すると共に、プログラム及び／またはサービス、及び関連付けられた管理及び制御データを、前記ＭＰＥＧ多重化信号内のいくらか別のＭＰＥＧ伝送ストリームに移行するために、あらゆる従来の負荷バランシングスキームを使用し、前記関連付けられた管理及び制御データを、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有する他のＭＰＥＧ伝送ストリーム上のＭＰＥＧパケット内に加えるように更にプログラムされる
ことを特徴とする請求項１８に記載のヘッドエンド装置。
【請求項２６】
前記ケーブルモデム終端システムが、前記セットトップボックスにより発注された特別な種類のサービス及び／またはプログラムの数に関する記録を維持することによって、前記Ｍ＆Ｃチャンネル上の負荷を監視すると共に、サービス及び／またはプログラムの数が所定のしきい値を満足するか、または所定のしきい値を超えるとき、前記Ｍ＆Ｃチャンネル上の負荷が高すぎると推定するようにプログラムされる
ことを特徴とする請求項２５に記載のヘッドエンド装置。
【請求項２７】
前記ケーブルモデム終端システムが、発注されたサービス及び／またはプログラムの数と種類に関する記録を維持すると共に、プログラムの異なる種類の様々な数、及び発注されたサービスに対して、いつ負荷バランシングの移行をスタートするべきであるかに関する異なるしきい値を有するルックアップテーブルを参照することによって、前記Ｍ＆Ｃチャンネル上の負荷を監視するようにプログラムされる
ことを特徴とする請求項２５に記載のヘッドエンド装置。
【請求項２８】
前記ケーブルモデム終端システムが、上り方向信号のプログラム及び／またはサービスに関する要求が受け付けられる前に前記セットトップボックスが待機しなければならない時間量を示す応答時間待ち時間を有する前記セットトップボックスからメッセージを受信すると共に、待ち時間が長すぎる場合に、別のＭＰＥＧ伝送ストリームに対する負荷バランシングの移行、またはプログラム及び／またはサービスは開始するべきであるとの決定を行うことによって、前記Ｍ＆Ｃチャンネル上の負荷を監視するようにプログラムされる
ことを特徴とする請求項２５に記載のヘッドエンド装置。
【請求項２９】
ヘッドエンドからセットトップ受信機／デコーダ（セットトップボックス）にデータを伝達する複数のデータ配信チャンネルに結合される特定のセットトップ受信機／デコーダ（セットトップボックス）に対して、ビデオオンデマンド、及び／または双方向サービスデータ、及び／または他のサービスデータ、及び管理及び制御データを有するＭＰＥＧパケットを伝送するためのヘッドエンド装置であって、
サービスに関する要求を受信すると共に、全てのＩＰパケットが前記セットトップボックス内の装置または処理、あるいは前記セットトップボックスに接続された装置または処理に対してアドレス指定される、前記要求されたサービスのデータを伝送する前記ＩＰパケット、または前記ＩＰパケットにカプセル化される伝送ストリーム内のＭＰＥＧパケットを出力することによって応答するようにプログラムされる１つ以上のサーバと、
前記１つ以上のサーバ及び他の送信元から前記ＩＰパケットを受信するために接続された１つ以上のルータ、及び／またはスイッチから構成されると共に、各前記ＩＰパケットを、前記ＩＰパケット内のアドレス指定情報に従って、前記ルータ及び／またはスイッチの１つ以上の異なる出力に経路を指定して送信するようにプログラムされるＩＰ交換ネットワークと、
前記複数のデータ配信チャンネルのそれぞれからＤＯＣＳＩＳの上り方向信号を受信するために接続されると共に、サービスに関する要求を含む管理及び制御メッセージを抽出し、前記要求を含む前記管理及び制御データを、前記管理及び制御データと要求を必要とするサーバに送るためのルータに対して経路を指定して送信するようにプログラムされるケーブルモデム終端システムと、
前記複数のデータ配信チャンネルの内の１つに接続された前記ＩＰ交換ネットワークの各出力において、前記出力を前記データ配信チャンネルに結合する回路とを有し、
前記回路が、
前記出力に現れる前記ＩＰパケットから、ＩＰパケットヘッダを除去し、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するカプセル化されたＭＰＥＧパケットを第１の出力に経路を指定して送信し、ＩＰパケット内の前記ＭＰＥＧパケットのカプセル化により引き起こされたジッタが、オリジナルのＭＰＥＧ伝送ストリームを復元するために除去され、前記ＭＰＥＧ伝送ストリーム内のタイムスタンプデータが、オーディオデータをビデオデータと同期させるように調整されると共に、ジッタが除去されリタイミングされたＭＰＥＧパケットを第２の出力に出力するように機能する前記デジッター、及び前記リタイミング処理に、前記１つ以上のサービスにより提供されたサービスデータのＰＩＤを有するカプセル化されたＭＰＥＧパケットを経路を指定して送信するように機能するＩＰストリッパー、デジッター、リタイミング回路と、
前記第１及び第２の出力に現れるＭＰＥＧパケットを、ＭＰＥＧ伝送ストリーム、または複数のＭＰＥＧ伝送ストリームから構成されるＭＰＥＧ多重化信号に結合するために、前記第１及び第２の出力に接続されたＭＰＥＧマルチプレクサと、
前記ＭＰＥＧ伝送ストリーム、またはＭＰＥＧ多重化信号を受信するために接続されると共に、それから直交振幅変調された無線周波数信号を生成するように機能する直交振幅変調器とを有し、
前記ケーブルモデム終端システムが、同様に、管理及び制御データを必要とするセットトップボックス内の装置及び／または処理、あるいは管理及び制御データを必要とするセットトップボックスに接続された装置及び／または処理にアドレス指定されるＩＰパケットに対してカプセル化されるＭＰＥＧパケットにカプセル化されると共に、管理及び制御データを含むメッセージを有する下り方向信号のＤＯＣＳＩＳメッセージを生成し、前記ＩＰ交換ネットワークに対して出力するようにプログラムされる
ことを特徴とするヘッドエンド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーブルテレビの光同軸ハイブリット伝送（Hybrid Fiber Coaxial：ＨＦＣ）ケーブルシステムを介したビデオオンデマンドのような広帯域サービス配信の管理のための帯域内管理チャンネルにおけるＤＯＣＳＩＳ（ドクシス）の使用、及びその結果生じるデジタルテレビ伝送の受信のためのセットトップアダプタの簡略化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビデオオンデマンド（ＶＯＤ）のようなビデオサービスは、従来技術において、ＨＦＣシステムを介して配信された。その全体が参照によってここに組み込まれる論文“Michael Adams, "Open Cable Architecture" (2000 Cisco Press) ISBN 1-57870-135-X”は、デジタルケーブルテレビの従来技術の状態を説明する。第４章、４９頁から８４頁は、ビデオ、オーディオ、データ、及びシステム情報の圧縮のためのデジタルテレビ技術と、ベースバンド伝送メカニズム及び広帯域伝送メカニズムとを説明する。第５章は、ケーブルシステムに対するデジタルテレビサービスの追加、及び管理のための帯域外データ通信を説明する。第６章は、デジタルテレビのための従来のデジタルセットトップコンバータについて説明する。第８章、及び第１０章は、オンデマンドの映画及び音楽、オンデマンドのポスト放送、通信教育、及び他のサービスのような双方向のオンデマンドサービスを説明する。第９章、及び第１１章は、双方向のオンデマンドケーブルシステムにおける事例研究を説明する。
【０００３】
双方向サービスは、それらの全てが、あらかじめＩＳＰ、及びダイヤルアップ、ＩＳＤＮ、ＤｉｒｅｃＰＣ等を介したインターネットに対する接続によって提供された、ホームショッピング、ホームバンキング、電子メール、ウェブアクセス、ゲーム、株価表示器のような新しい種類のサービスを提供する拡張を、ケーブルシステムに対して提供する。
【０００４】
ＨＦＣを通じて双方向サービスを配信することを試みるいくつかの従来技術は、現地試験において実施された。双方共、クライアントのセットトップデコーダとヘッドエンドのサーバとの間のソフトウェアダウンロード、及び管理及び制御データの伝送のために、帯域外チャンネルを使用した。タイムワーナーフルサービスネットワーク（Full Service Network：ＦＳＮ）は、伝統的なアナログＣＡＴＶサービスと同様の双方向性テレビゲーム、ホームショッピング、長距離アクセス、音声及びテレビ電話、及び個人的通信サービスとウェブブラウジングに加えて、ＶＯＤ、オンデマンドのスポーツ、オンデマンドのニュースを配信するために１９９３年２月に開始された。８つのメディアサーバが、ＳＣＳＩ−２のインタフェース経由でディスク保管室と接続された。ディスク保管室は、約５００の映画のために十分な記憶装置を提供した。順方向経路に関して、メディアサーバは、“ＳＯＮＥＴ  ＯＣ３”接続経由でＡＴＭスイッチに接続された。計４８個のＯＣ３接続は、ＳＯＮＥＴ及びＡＴＭのオーバヘッドが減じられた後で、５，１８４［Ｍｂｐｓ］の使用可能なペイロード帯域幅を提供した。ＡＴＭスイッチは、６４−ＱＡＭ変調器のバンクと接続された。１５２組のＤＳ３リンクは、ＡＴＭスイッチから近隣まで、オーバヘッドを差し引いて５，６００［Ｍｂｐｓ］のペイロード容量を提供した。ＱＡＭ変調器出力は、６［ＭＨｚ］の間隔を開けられた順方向デジタルチャンネルを備える５００［ＭＨｚ］から７３５［ＭＨｚ］の周波数範囲内に調整される。６［ＭＨｚ］アナログＣＡＴＶチャンネルは、５０［ＭＨｚ］から５００［ＭＨｚ］までの周波数帯域を占有した。５０［ＭＨｚ］から７３５［ＭＨｚ］まで合成されたＲＦ信号は、約１０マイル離れた場所で信号を取り出すシングルモード光ファイバを駆動するレーザを変調するために使用された。その離れた場所で、光信号は光学ノードにおいてＲＦに戻されると共に、約５００人の加入者を通過させる同軸ケーブルネットワークに給電するために使用された。ＲＦ信号は、各家庭内の家庭用通信端末、もしくはデジタルセットトップコンバータ（set top converter：ＨＣＴ）に供給された。ＨＣＴは、ビデオ及びオーディオ復元、及び大規模なグラフィックス能力を備える、強力なＲＩＳＣベースのマルチメディア計算エンジンであった。ＨＣＴは、同様にＣＡＴＶアナログ信号のためのアナログセットトップコンバータを備えた。ＡＴＭアドレス指定方法は、データがあらゆるＨＣＴに対してアドレス指定されることを可能にした。
【０００５】
上り方向信号の経路は、各チャンネルがＡＴＭオーバヘッドを差し引いて１．１５２［Ｍｂｐｓ］のデータ速度を有している、９００［ＭＨｚ］から１［ＧＨｚ］の周波数帯域において２．３［ＭＨｚ］間隔の搬送波で各ＨＣＴによって伝送されるＱＰＳＫ変調された信号であった。各上り方向信号のチャンネルは時分割多重されており、従って、複数のＨＣＴは、あらゆる与えられたタイムスロットの間に１つのＨＣＴだけが伝送することを可能にされたように、順方向チャンネル上の下り方向信号メッセージにおいて、ヘッドエンドによって与えられた帯域幅を有する同じチャンネルを共有することができた。初期設定により、各ＨＣＭは、４６［Ｋｂｐｓ］の固定ビットレート（ＣＢＲ）ＡＴＭ接続へのアクセスを備えた。上り方向信号のＲＦは、光学ノードにおいて光信号に変換されると共に、個別の光ファイバーが上り方向信号及び下り方向信号を伝送するために使用される。ヘッドエンドにおいて、光信号はＲＦに戻されると共に、その後、ＡＴＭセルストリームをＡＴＭフォーマットのＴ１リンクに変換するＱＰＳＫ復調器のバンクに提供される。復調器の出力は、トラフィックの集約、及びトラフィックのＤＳ１レートからＤＳ３レートへの変換を行い、メディアサーバに対するデータを通過させるＡＴＭスイッチに対してＡＴＭフォーマットＤＳ３ストリームを出力するＡＴＭデマルチプレクサーによって合成される。ＡＴＭアドレス指定方法は、あらゆるＨＣＴがあらゆるサーバに対して送信することを可能とする。
【０００６】
接続マネージャは、メディアサーバ上で動作する処理の分散型のセットであった。与えられたサービスの質を有する接続を求めるアプリケーション要求に対応して、接続マネージャは、経路を決定し、接続識別子を割り当てると共に、リンク帯域幅を予約する。接続識別子は、申請者により信頼されている帯域外チャンネルによってメディアサーバ及びＨＣＴに渡される。オンデマンドサービスは、サーバからＨＣＴに対する各メディアストリーム（media stream）に関して固定ビットレートＡＴＭ接続を確立するために接続マネージャを使用する。この固定ビットレートストリームは、接続のサービスの品質を保証するのに必要とされ、従って、セルの消失レートは、高品質のＭＰＥＧ圧縮されたビデオストリームを伝送するのに必要とされる所定の効果尺度より小さい。各アプリケーションリクエストに関する接続の使用は、それが分散型アプリケーション環境に関して発見されたとしても過度のオーバーヘッドによってシステムを急速に過負荷にすると共に、従って、接続は、オンデマンドサービスのためだけに予約され、ＩＰネットワークトラフィックなどの他の全ての通信セッションは、コネクションレス型ネットワークに移管された。
【０００７】
各ＨＣＴは、起動時に、各順方向アプリケーションチャンネルにおける固定の８［Ｍｂｐｓ］接続のための高速ＩＰアドレス、各順方向アプリケーションチャンネルにおける固定の０．７１４［Ｍｂｐｓ］接続を使用するネットワークのための低速ＩＰアドレス、及び１［Ｍｂｐｓ］容量を有する順方向ＱＰＳＫチャンネルを使用する制御ＩＰという３つのＩＰアドレスを与えられた。高速ＩＰネットワークは、ＨＣＴからのファイル転送要求によって開始されるアプリケーションダウンロードのために使用された。アプリケーションプログラムは、圧縮された。低速ＩＰネットワークは、クライアントと分散型アプリケーションのサーバ部分との間の一般的な通信のために使用された。アプリケーションが実行中である間、ＨＣＴは、この低速ＩＰネットワーク上で送信及び受信をすることができた。
【０００８】
低速ＩＰネットワークは、ＨＣＴにおけるクライアントアプリケーションが、低速ＩＰネットワークを介して、ヘッドエンドのサーバ内の処理を実行させる遠隔手続き呼出し（remote procedure call）を呼び出すことを可能にする通信を伝達することによって分散型コンピューティングモデルを利用可能にした。これは、分散型アプリケーションの開発を簡略化した。ＨＣＴは、かなりの資源を備えて処理の大部分を実行したと共に、ＨＣＴがヘッドエンドサーバからのいかなる援助もないプレゼンテーション階層機能に責任を負ったので、ＨＣＴは、シッククライアントであると考えられた。サーバが、ＨＣＴに送信するためのテキストストリングのようなデータオブジェクトを単に主として検索していたので、サーバとクライアントＨＣＴとの間のはるかに少ない通信がこのモデルによって必要とされると共に、シッククライアントＨＣＴは、その場合に、活発なオブジェクトオーバレイとしてそれを提示するために、全ての処理を実行するであろう。これは、サーバがＨＣＴクライアントによるディスプレイのための活発なオーバレイを送信するであろうそのシンクライアントＨＣＴとのはるかに少ない通信を必要とした。シッククライアントのために、サーバは、各々のための個別の文脈を維持しなくても多くのクライアント例に対応するように設計されているであろう。従って、シンクライアントは、低速ＩＰネットワーク上の通信に関するネットワーク上の過剰需要のために、このネットワークにおいて妨害された。
【０００９】
タイムワーナーフルサービスネットワーク（以下、ＦＳＮとする）によって提供された双方向サービスは、ナビゲーション、ゲーム、ホームショッピング、及びビデオオンデマンドを備えた。ナビゲーションサービスは、アナログチューニング、顧客が時間対チャンネルのマス目を通じてスクロールすることを可能にする双方向プログラムガイド、パレンタル制御、加入者の好み及び構成を備えた。
【００１０】
双方向サービスを実行するためのＦＳＮアプリケーションは、双方向サービスの各エリアにおいてかなり大きいネットワーク資源を必要とした。例えばスクリーン上の対話に応じて見るチャンネルを選択するような、ユーザがＨＣＴ遠隔制御を通じて要求した双方向サービスは何でも実行するのに必要とされるアプリケーションを取り込むために、ソフトウェアはＨＣＴにダウンロードされる。全てのＦＳＮアプリケーションは、サービス要求の品質の変更を伴うヘッドエンドとの相互通信を必要とする。例えば、ナビゲーション、及びホームショッピングは、ほとんどの場合最善努力式（best efforts）を使用するが、しかしストリーミングビデオ、またはストリーミングオーディオは、それを実行するのに、要求されると共に保証されたサービスの品質が必要とされた。
【００１１】
制御ＩＰネットワークは、各順方向制御チャンネル（帯域外）上の１［Ｍｂｐｓ］ＡＴＭ接続に割り当てられると共に、近傍のＨＣＴ全てに対する全般統制信号伝達（general control signaling）のために使用された。従って、注目すべきは、システムのコスト及び複雑さに対して、複数の帯域外の順方向制御チャンネルが、制御ＩＰネットワーク上の管理及び制御トラフィックのオーバーヘッドのために使用されたことである。
【００１２】
コネクションレス型ネットワークを使用する分散型アプリケーションには、複数の短いバーストの使用のために、コネクションレス型オーバヘッド信号伝達トラフィック（connectionless overhead signaling traffic）の必要性があることが理解されたと共に、この信号伝達を実行するために、ＩＰネットワークプロトコルが有益な方法を提供することが理解された。この従来技術システムのためのプロトコルスタックは、図１において示される。双方向サービスの分散型アプリケーション環境に対応するコネクションレス型の通信プロトコルは図の左にあると共に、オンデンマンドストリーミングビデオ及びオーディオサービスに対応するコネクション型プロトコルは図の右にある。ＦＳＮにおいて、双方向サービスが集中的であったと共に、ＩＰネットワークによって最もよく支援されたので、双方向サービスがオンデマンドサービスと異なる通信モデルを必要とするのに対して、オンデマンドビデオ、及び他のストリーミングメディアは、ＡＴＭによって提供されたデータのように、コネクション型ネットワークによって提供された最もよいデータの連続ストリームを必要としたことが理解された。
【００１３】
ＦＳＮのＨＣＴは、１００［ＭＩＰｓ］容量を有する高価で非常に有能な機械であったが、シッククライアントであることの要求は、言わばそれらを屈服させた。ライブビデオ及びソフトウェアにおけるグラフィックスのリアルタイム構成は、恐るべき負荷をＣＰＵに課した。１秒当たり６０個のフィールドにおいて、ＣＰＵは、フィールドが表示される前にグラフィックスを描画するのにほんの１６［ミリセカンド］を備えていたと共に、フィールドは遅延することができない。オーディオ、及びビデオ復元がハードウェアで行われたとしても、ＦＳＮアプリケーションに対応するために、ＨＣＴの更に速い１４０［ＭＩＰｓ］バージョンがすぐに必要とされた。
【００１４】
ＦＳＮネットワークの別の欠点は、ＴＤＭＡスキームを配置されたヘッドエンドに起因する上り方向信号の帯域幅の大規模な浪費であることが発見されたことである。これは、それが固定ビットレート割り当てを各ＨＣＴに使用したと共に、その割り当てが大抵浪費されたからである。その結果、更に多くのＨＣＴが与えられた帯域外リターンチャンネルを共有することを可能にする予約プロトコルを備えるために、“ＤＡＶＩＣ  ｏｕｔ−ｏｆ−ｂａｎｄ（ＯＯＢ）プロトコル”が開発された。帯域外リターンチャンネルの共有は、しかしながら、ＨＣＴによって上り方向信号の伝送を調整するために、共有されたメディアによって使用されるプロトコルと類似した個別のメディアアクセス制御（media access control：ＭＡＣ）プロトコルを必要とした。ＯＯＢリターンチャンネルのために大部分の多くの場合使用されるＭＡＣプロトコルは、イーサネット（登録商標）衝突検知プロトコル（Ethernet（登録商標） Collision Sense protocol）と類似している。帯域外チャンネルは、それによって各ＨＣＴの費用が更に増加する、ＭＡＣプロトコルを実行する少なくとも個別のチューナ、及びソフトウェアを必要とした。
【００１５】
ＦＳＮの直系の子孫は、１９９５年にスタートしたペガサスシステム（Pegasus system）であった。その時の成功への主な障害物は、これ以降、その異なる種類全てにおいてセットトップボックスとして参照されると共に、デジタルデータを伝送する搬送波に周波数を合わせ、復調し、デコードし、復号化し、復元したと共に、復元したデータを適当なテレビ信号へ符号化した双方向セットトップ受信機／デコーダのコストであった。ペガサスオーランド（Pegasus Orlando）の配置は、４０００個のセットトップボックスだけを備え、従ってそのコストは管理できたが、しかし、全国的な配置の双方向のオンデマンドサービスは、セットトップボックス（ＳＴＢ）のコストに関して完全に異なる話であり、従って、ＳＴＢのコストはペガサスの設計の重要な要因になった。ペガサスは、ＳＴＢのコストを減少させる試みにおいてトロイの木馬戦略（Trojan Horse strategy）を採用した。そのアイデアは、放送処理のために必要とされる回路に関する小さなコスト増分で双方向の特徴支援をＳＴＢに備えることであったが、しかし、これらの回路及びアプリケーションは、双方向サービスがケーブルオペレータによって開発されて、配信される時だけに見えてくる。
【００１６】
ペガサスネットワークは、双方向サービスを利用可能にするために、ＳＴＢをヘッドエンドに接続するためのリアルタイムの双方向ネットワークを使用する。この双方向ネットワークは、標準のネットワークプロトコル、及び装置に基づいていたが、しかし低いサービス通過率に対して設計された。全ての同じ双方向サービスは、ＦＳＮとして、しかしはるかに低いコストで提供された。コストの低下は、以下によって可能にされた。
（１）双方向アプリケーションをダウンロードするのに必要とされる処理のネットワークトラフィックを減少させるために、可能であるところはどこでもデータカルーセルを使用すること。
（２）ＤＡＶＩＣのＯＯＢプロトコル定義が、更に多くの集中的なトラフィックソースによって帯域外リターンチャンネルの共有を支援するために使用された（これがＦＳＮと比較して配信ハブ当たりのＱＰＳＫ復調器の数を１５分の１に減少させた）。
（３）オペレーティングシステム、及びナビゲーションソフトウェアは、常にペガサスのＳＴＢに常駐しており、それによって、ソフトウェアダウンロードによって消費されるネットワーク資源を非常に減少させるが、しかしＳＴＢのコストを増大させる。
（４）双方向サービスに加えてデジタル放送の両方を配信するＭＰＥＧ−２伝送の使用。
【００１７】
ペガサス２は、交換ネットワークを介して双方向マルチメディアを配信するためにＭＰＥＧ−２伝送を使用する第１のネットワークであった。ＭＰＥＧ−２伝送は、ＡＴＭ及びＩＰのような他の伝送プロトコルより更に効率的であると共に、ＭＰＥＧ−２伝送は、同期化、統計的多重化、及び条件付きアクセス機能に関する支援を備えている。ＭＰＥＧ−２伝送は、放送及びオンデマンドサービスの両方に関して統合された伝送の解決法を提供すると共に、低いオーバーヘッドの利点を提供し、それはビデオオンデマンドのような１方向サービスのために設計される。明らかに、帯域外チャンネルは、所望のビデオプログラムを示す上り方向信号の通信のために使用された。ＭＰＥＧ−２伝送の別の利点は、放送とオンデマンドサービスの両方においてＳＴＢが有能であることであり、ＭＰＥＧ−２は、プライベートデータセクションマッピング（private data section mapping）を使用して、ビデオ及びオーディオだけでなくデータのカプセル化を利用可能にする。ペガサスは、デジタル放送及びオンデマンドサービスの統合された配信に関して、ＭＰＥＧ−２が理想の解決法であることを我々に示した。シッククライアントＳＴＢに関して、高コストではあるが、ＶＯＤを含む双方向でかつオンデマンドの両方のサービスを提供するために、“ＡＴＭ−ｔｏ−ｔｈｅ−ｈｏｍｅ”交換ネットワークを使用したＦＳＮとこれを比較する。ＦＳＮは、その交換、及びトランスポートプロトコルニーズの両方のために、ＡＴＭを使用した。ＡＴＭは、一定方向のトラフィックに関して非常に非能率的である。オンデマンドサービスによって生成された非対称的トラフィックパターンのために上り方向信号の帯域幅を浪費するということが理解されたと共に、それは、ＶＯＤ、及び他のオンデマンドサービスの非対称的トラフィックではなく、双方向動作のために設計されたＡＴＭ装置の容量を浪費した。ＡＴＭのオーバヘッドは、約１２［％］である（主として全てのセルにおける５バイトのＡＴＭヘッダに起因する）。ＦＳＮにおいて、システムを更に高価にすると共に、何百万ものＳＴＢを有する全国的な配置に関してシステムを調整することを困難にさせるＡＴＭ適応回路及びソフトウェアを提供するために、ヘッドエンド及び全てのＳＴＢにおいて追加コストがあった。デジタル放送技術が、ＭＰＥＧ−２伝送プロトコルに全て基づいており、従って、ＦＳＮにおける全てのデジタル放送サービスがヘッドエンドにおけるＡＴＭに適応しなければならなかった、もしくは全てのＳＴＢがＡＴＭ及びＭＰＥＧ−２伝送プロトコルの両方に対応しなければならなかったので、この余分の回路が必要であった。
【００１８】
ＦＳＮは、ＭＰＥＧ−２のストリームをＡＴＭ構造基盤を介して配信した。図４は、これを実行するために使用される通信プロトコルスタックを示す。基本の周波数分割多重（ＦＤＭ）階層は、広帯域のスペクトルを多くのチャンネルに分割した。ＮＴＳＣチャンネルはアナログ放送を伝送し、ＱＡＭチャンネルはデジタル放送、双方向のオンデマンドサービスのようなデジタルサービスを伝送し、ＱＰＳＫチャンネルは信号伝達トラフィック及び制御トラフィックを伝送した。ＭＰＥＧオーディオ及びＭＰＥＧビデオを伝送するためのＱＡＭチャンネルに関して、適応階層が、誤り訂正機能及びフレーミング機能を提供するために必要とされた。この階層は、ＡＴＭセルをフレーム構造に圧縮し、従ってＳＴＢは、ＱＡＭビットパイプ（QAM bit pipe）における個々のセルを認識することができた。ＡＡＬ−５適応階層は、ＭＰＥＧデータの大きなブロックがＡＴＭ交換ネットワークを通じた配信のためのＡＴＭセルに分割されることを可能にする機能性を提供した。ＳＴＢにおいて、ＡＡＬ−５は、ビデオ及びオーディオにデコードするためのＭＰＥＧパケットを再構築するために使用された。
【００１９】
ＦＳＮにおいて、ＴＣＰ／ＩＰデータは、ＡＡＬ−５を用いてＡＴＭセルに分割されたＩＰデータブロックを備えていたと共に、ＩＰデータブロックは、ＡＡＬ−５を使用するＳＴＢにおいて再構築された。ＳＴＢは、全てのＡＴＭセルのヘッダにおいて伝送されたバーチャルチャンネル識別子（Virtual Channel Identifier：ＶＣＩ）によって、オーディオ、ビデオと、データとを区別した。これは、ＳＴＢ（ＨＦＣ）が、混乱なくＱＡＭチャンネルを介して、オーディオ、ビデオ、及びデータストリームを同時に受信することを可能にした。
【００２０】
顧客が、正しく同期されたオーディオを有する滑らかで高品質のビデオを見ることを保証するために、ＦＳＮにおいて、ＡＴＭセル及びＡＴＭ構造基盤によるＳＴＢに対するＭＰＥＧデータの配信が管理されなければならなかった。これを実行するために、ＭＰＥＧデータは、ディスク記憶装置システムに格納されると共に、大きなブロックで取ってこられた。ＭＰＥＧデータは、その場合に、ＳＴＢが、ビデオ品質を低下させるオーバーランセル（overrun cells）及びドロップセル（drop cells）を受け取らないことを保証するために、ＡＡＬ−５を用いて、固定速度で伝送されたＡＴＭセルに分割された。ＳＴＢは、それらのＶＣＩに基づいてＡＴＭセルをフィルタ処理したと共に、選ばれたビデオフローに関するセルだけを選択し、そしてＡＡＬ−５を使用して選ばれたＡＴＭセルからＭＰＥＧパケットを再構築した。ＭＰＥＧデコーダは、その場合に、ＭＰＥＧパケットからオリジナルのビデオ信号を復元した。ビデオ信号は、非常に時間に依存的であると共に、ＭＰＥＧデータの配信は、ＭＰＥＧのデコードと厳密に同じ速度でなければならなかった。アナログビデオの配信において、水平及び垂直の同期パルスは、テレビディスプレイに同期したが、しかしＡＴＭネットワークには、セルを配信するためにそれらは切り替えられると共に、それらは複数の非同期物理リンクを使用するので、そのようなメカニズムはない。この問題は、サーバにおけるマスタクロックからＡＴＭタイムスタンプを送ることによってＦＳＮにおいて解決された。サーバクロックは、ＭＰＥＧデータがサーバの中から再生されると共に、正しい速度でネットワーク上を伝送されることを保証するために、ディスクの読み取り及びＡＴＭカードの書き込みが正しい時間に発生することを保証した。ＳＴＢにおいて、サーバクロックからのタイムスタンプは、頻繁に受信される。ＳＴＢは、正確な、電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）によって駆動するそれ自身のクロックを備えている。それらのタイムスタンプは、ＳＴＢクロックをサーバクロックと同期した状態に保つために、ＶＣＸＯの周波数を調整するために使用された。ＳＴＢにおけるＭＰＥＧデコーダのためにＭＰＥＧデータを保持するＭＰＥＧバッファは、オーバフロー及びアンダフローを防止するために、注意深く管理されなければならなかった。
【００２１】
ＦＳＮと対照的なペガサス−２システムは、現存するデジタル放送ネットワークに対して、リアルタイムの双方向の信号伝達に対応した追加のオンデマンドサービスを加えた。サーバからＳＴＢまでＭＰＥＧ−２伝送を使用すると共に、ＦＳＮのＡＴＭ構造基盤を除去することによって、著しい伝送コストの減少が達成された。ＭＰＥＧ−２伝送は、ＩＰ伝送またはＡＴＭ伝送より更に効率的であると共に、ＭＰＥＧ−２伝送は、同期化、統計的多重化、及び条件付きアクセス機能に関する支援を備えている。
【００２２】
しかしながら、ＭＰＥＧ−２伝送の使用は、同様にＭＰＥＧ−２伝送ストリームの使用に特有である問題を引き起こした。ＭＰＥＧ−２伝送は、オンデマンドサービスにおけるストリーミングビデオ及びストリーミングオーディオに加えて提供されたブロードバンドインターネットアクセスのような、高速データのために必要とされる高速データ伝送のために設計されていなかった。しかしながら、この問題は、ＭＰＥＧ−２伝送ストリームのプライベートデータセクションに高速データを割り当てることによって解決された。ペガサスに関する別の思いがけない幸運は、ＤＳＭ−ＣＣデータカルーセル仕様が、ＭＰＥＧ−２伝送パケットに大きなデータカルーセルパケットを割り当てるための効率的なセグメンテーション機能を含んだことであった。
【００２３】
ＭＰＥＧ−２は、それが全く、接続管理プロトコル（connection management protocols）、またはコネクションレス経路指定メカニズム（connectionless routing mechanisms）を含まないので、同様に広域ネットワークプロトコルとして設計されなかった。従って、ＭＰＥＧ−２を交換ネットワークに適応させることは、ペガサスの設計者にはやりがいのあることであった。図３において示されたように、ＭＰＥＧ−２伝送スイッチを実現するために、この問題は、複雑なＱＡＭ交換マトリクスの設計によって、ペガサスの従来技術において克服された。各メディアサービスは、最高５個の２５６−ＱＡＭチャンネルを満たすであろう、ＭＰＥＧ−２固有（プロトコル変換が必要とされない）のＤＶＢ非同期シリアルインタフェースによってＱＡＭ変調器の列と接続された。各セットトップグループは、６〜８個のＱＡＭチャンネルを含んだオンデマンドチャンネルのバンクを共有した。もしメディアサーバが機能しなかった場合、顧客はサービスを失うであろうが、しかしサービスを再発注できると共に、ＱＡＭ交換マトリクスによって別のメディアサーバに接続される。
【００２４】
ＱＡＭ交換マトリクスは、交換マトリクスの次元が、バンクにおけるオンデマンドチャンネルの数であるＭよって決定され、メディアサーバ当たりのＱＡＭ変調器の数であるＮを乗算され、オンデマンドチャンネル（６〜８）におけるストリームの数を乗算されたので、限られた交換だけを提供した。
【００２５】
ペガサスのＭＰＥＧ−２伝送メカニズムに関する別の問題は、それが交換ネットワークではなく、放送のために設計されたので、固定遅延ネットワークを仮定することである。
【００２６】
図２は、ペガサスシステムにおけるチャンネルの種類の図である。ペガサス２システムが、ちょうどＦＳＮのような帯域外チャンネルを使用する点に注意すること。
【００２７】
“Ｄｉｇｉｃａｂｌｅ”は、終端間接続衛星（end-to-end satellite）、及びケーブルシステム配信ネットワーク（cable system distribution networks）に対して、“ゼネラルインストルメンツ（General Instrument）”社によって供給された別の従来技術システムである。それは、全ての帯域内チャンネルと関係付けられた共通のシステム情報を配信するために、同様に帯域外データチャンネルを使用した。これらの従来技術システムにおける帯域外トラフィックは、個々のＳＴＢに対してアドレス指定されると共に、要求されたサービスに関する条件付きアクセス保証許可命令（conditional access secure authorization instructions）を伝送する権利管理メッセージ（Entitlement Management Messages：ＥＭＭ）と、要求されたサービスに関する情報によってＳＴＢナビゲーションアプリケーションを利用可能にするサービス情報と、様々な時間に様々なチャンネルにおいて何があるかを表示するためのプログラムガイド情報と、ＳＴＢにテキストメッセージを表示させる、オーディオメッセージを再生させる、または強制的にアラートチャンネルに同調させる緊急警報システム（Emergency Alert System）メッセージとを含んでいる。
【非特許文献１】Michael Adams, "Open Cable Architecture" (2000 Cisco Press) ISBN 1-57870-135-X
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
少なくとも２つの主要な問題が、ＦＳＮ、及びペガサスの従来技術に存在する。セットトップに対するソフトウェアダウンロードには、いくらかの利点があるが、しかし同様にそれには、いくらかの深刻な欠点がある。ＳＴＢに対するソフトウェアダウンロードの主要な利点は、ＳＴＢが、全ての必要とされたアプリケーションを格納するための十分なメモリを備える必要がないので、それがＳＴＢのハードウェア、及びソフトウェアを簡略化することである。メモリは高価であり、従って、この利点は、各ＳＴＢを、製造するのにあまり多くの費用がかかる状態にしない。双方向のオンデマンドサービスの全国的な配置のために、何百万ものＳＴＢが造られる必要があるので、これは有効な利点である。ソフトウェアダウンロードの別の主要な利点は、新しいサービスのための新しいアプリケーションがヘッドエンドに加えられ得ると共に、ＨＦＣを通してあらゆるＳＴＢに広められ得ることであり、それによってＳＴＢを古くさせない。更に、アプリケーションバグは、全てのＳＴＢを旧式の状態にせずに、任意に修繕されると共に更新され得る。
【００２９】
深刻な欠点は、ソフトウェアダウンロードが、毎回、ユーザがチャンネルを変更するか、もしくは他のサービスを呼び出すためのボタンを押して、どのアプリケーションソフトウェアをダウンロードするかをサーバに通知する、ＳＴＢからサーバに対する上り方向信号のネットワークトラフィックの量を非常に増加させることである。何千ものＳＴＢ、及び限られた帯域幅でこの上り方向信号のトラフィックを伝送する帯域外チャンネルに関して、多くの問題が引き起こされる。それらの間には、利用可能な帯域幅に関する競合と遅延があると共に、個別のメディアアクセス制御プロトコル（media access control protocol）、及び管理トラフィックを伝送するためにちょうどＯＯＢチャンネルに合わせられた個別のチューナのやっかいな問題と費用がある。
【００３０】
ソフトウェアダウンロードの別の深刻な欠点は、アプリケーションソフトウェアをダウンロードするのに時間がかかることである。小さなアプリケーションは、高速のチャンネルを通してコンマ数秒でダウンロードされ得るが、しかし大きなアプリケーションをダウンロードすることは、遅延を導入すると共に、多量のネットワーク容量を消費する。同様に、もしダウンロードサーバ、またはダウンロードチャンネルが利用不可能である場合、顧客は、サービスの損失を見ることになる。ナビゲーターアプリケーションをＳＴＢに常駐させることは、この問題を減少させるが、しかしＳＴＢを更に高価にする。
【００３１】
いくらかのメカニズムが、従来技術においてソフトウェアダウンロードのために使用された。その最初のものは、プログラムガイドデータのようなソフトウェアアプリケーション及びデータが、ＱＡＭチャンネルを介して、ファイルのセットとして連続して伝送されるデータカルーセルである。ＳＴＢは、その場合に、単にストリームから必要なアプリケーション及びデータファイルを選択する。これは、正しいファイルを待つ際の遅延を引き起こすと共に、ＳＴＢによるファイルに関する必要性が軽いとき、ネットワークの下り方向信号の帯域幅を不必要に消費する。ＭＰＥＧ−２伝送ストリームのプライベートデータ部分は、アプリケーション、またはデータを個別のプログラム基本ストリーム（program elementary stream：ＰＥＳ）に配置することによって、同様にアプリケーション、及びデータダウンロードのために使用され得る。ＳＴＢがＭＰＥＧ−２プログラムを選択するとき、ＳＴＢは、ＰＥＳに従い、データを復元する読み込みアプリケーション（loader application）をアクティブにする。アプリケーションプログラムが受信されるので、読み込みプログラム（loader program）は、それらをメモリに配置すると共に、それらを開始する。また、サーバとＳＴＢとの間で２地点間接続サービスを提供する帯域外チャンネルが同様に使用され得るが、しかしこれは、ＳＴＢが個別のチューナ、及びまさにＯＯＢチャンネルのためのＭＡＣプロトコルを備えることを必要とし、それによってＳＴＢを更に高価にする。更に、ＯＯＢ下り方向信号のチャンネルは、もし全ての双方向のオンデマンドサービスに関するアプリケーションをダウンロードするために使用される場合、ソフトウェアダウンロードトラフィックによって容易に過負荷の状態になり得る。
【００３２】
ＦＳＮ、ペガサス、及び“Ｄｉｇｉｃａｂｌｅ”の全ての従来技術システムに関する別の主要な問題は、システム情報を通信するための帯域外チャンネルの使用であった。以前に言及されたように、上り方向信号、及び下り方向信号の管理トラフィックに関するＯＯＢの使用は、ＯＯＢチャンネルが、デジタル及びアナログサービスを伝送するチャンネルから、ＨＦＣ上で周波数分割多重されるので、ＳＴＢが個別の受信機、及び送信機を備えることを必要とする。複数のＳＴＢによって共有された上り方向信号のＯＯＢの使用は、もしＳＴＢがヘッドエンドからのポーリングを待たずに自発的に伝送することになる場合、同様に、各ＳＴＢがＭＡＣプロトコルを備えることを必要とする。
【００３３】
いくらかの従来技術のケーブルシステムは、システムメッセージの帯域内配信を６［ＭＨｚ］チャンネルの一部として使用したが、しかし一般通念は、帯域内配信がいくつかの深刻な問題を備えているということである。第１に、ＳＴＢチューナがどんなチャンネルにも調整され得ると共に、一度に、１個のチャンネルにだけ調整され得るので、配信を保証するために、帯域内管理メッセージは、各６［ＭＨｚ］チャンネル上で同時放送されなければならない。全てのチャンネル上で同時放送することは、かなりの量のシステムの帯域幅を消費すると共に、全てのチャンネルに対するメッセージ挿入装置を必要とし、それによってヘッドエンドを更に複雑で高価にする。更に、ＮＴＳＣアナログチャンネルは、デジタル情報を垂直帰線消去期間において伝送する非常に限られた能力（約９,６００ビット／秒）を備えている。更に、戻り経路（リターンパス）がない１方向システムにおいて、システムメッセージは、繰り返して伝送される巡回待ち行列として放送される。大きなシステムにおいて、これは、多量のシステムメッセージのために、待ち行列によるかなりの遅延を引き起こす。デジタルチャンネルは、データ容量におけるかなりの増加を提供するが、しかしＳＴＢがアナログチャンネル、またはデジタルチャンネルに周波数を合わせられるかどうかに関係なく、システムメッセージは配信されなければならず、従って増加したデジタルチャンネルのペイロードを利用することは不可能である。この問題は、アナログチャンネル、及びデジタルチャンネルのための個別のチューナをＳＴＢに備えることによってのみ解決され得るが、しかしこれは、ＳＴＢのコストを増大させる。
【００３４】
ダイレクト放送衛星（Direct Broadcast Satellite：ＤＢＳ）システムは、ＯＯＢチャンネルを備えておらず、全てのチャンネルは、デジタルであると共に、６〜１２個のサービスのサブチャンネルを伝送する。管理及び制御メッセージは、１秒間に数百キロビットの速度で、各デジタルチャンネル上のデータカルーセルとして、帯域内で同時放送され、それによって約１［％］のオーバーヘッドを消費する。これは、ＤＢＳシステムにリアルタイムの上り方向信号がないからである。従って、チューナがシステム上のあらゆるチャンネルに周波数を合わせられる可能性があると共に、あらゆる特別なアプリケーションソフトウェア、またはＭ＆Ｃデータの他の一部を必要とする可能性があるので、全てのＭ＆Ｃデータは、全てのチャンネル上の回転するデータカルーセルを基準として連続して伝送されなければならない。各ＤＢＳ受信機に対する電話回線接続があるが、しかしそれは、ただペイパービューデータを更新すると共に、ＤＢＳ受信機がまだ顧客が元々あったと言うところにあり、隣人の家に動かされなかったことを確認するためのコールバック目的のためだけに使用される。ＤＢＳシステムにリアルタイムの上り方向信号がないので、ヘッドエンドは、システムにおける様々なチューナがどのチャンネルに周波数を合わせられるかを知らない。そういうわけで、Ｍ＆Ｃデータは、全てのチャンネル上で放送されなければならない。しかしながら、ＤＢＳ受信機は１つのチューナであると共に、Ｍ＆Ｃデータは帯域内で伝送され、従ってそれらは、高い確率で最も近い従来技術を表す。ＤＢＳ受信機は、しかしながら、上り方向信号のデータを送信するために、個別のモデム、及びソフトウェアをまだ必要とする。
【００３５】
ＤＢＳシステムにおける全てのチャンネル上でＭ＆Ｃデータを放送する必要性が、ケーブルシステムオペレータがＯＯＢを高く評価する理由である。ＯＯＢチャンネルは、全てのチャンネル上で管理及び制御メッセージを一斉に同時放送して多量の帯域幅を浪費する必要性を排除する。しかしながら、ＯＯＢチャンネルは、ＳＴＢにおいて、それを複雑にすると共に更に高価にする個別のチューナを必要とする。
【００３６】
初期のＯＯＢチャンネルは限られた帯域幅内にあったが、しかし現在利用可能な更に高い速度のシリコンチップによって、システムメッセージは、ＯＯＢチャンネル容量の１０［％］だけを占有する。しかしながら、各ＳＴＢは、デジタル及びアナログ順方向チャンネルのためのチューナに加えて、ＯＯＢチューナ及び上り方向信号のＭＡＣプロトコルをまだ必要とし、従ってＳＴＢは必要以上に更に高価である。残りの９０［％］は、電子メール、拡大されたプログラムガイド、ネットワークゲーム等のような拡張サービスのために割り当てられる。
【００３７】
従来技術において利用可能な上り方向信号のＯＯＢチャンネルのオプションは、(デジタルオーディオビデオ審議官（Digital Audio Video Councilor ：ＤＡＶＩＣ）によって開発された）“ＤＶＳ−１７８”、“ＤＶＳ−１６７”、及びＤＯＣＳＩＳケーブルモデムである。ＤＯＣＳＩＳケーブルモデムの標準は、データ伝送のための帯域内メカニズムとして設計されたが、しかしもし追加のチューナがＳＴＢに加えられ、チューナの内の１つがＤＯＣＳＩＳチャンネルに専念する場合、ＤＯＣＳＩＳデータ伝送プロトコルは、帯域外チャンネルにおける“ＤＶＳ−１７８”、“ＤＶＳ−１６７”の全ての機能を実行するように作られ得る。これは、ＳＴＢにおける少なくとも２台のチューナ（その内の１つはＤＯＣＳＩＳケーブルモデムにある）の使用をまだ必要とすると共に、それは、ＯＯＢの管理メッセージを送信及び受信するＤＯＣＳＩＳプロトコルを実行するために、ＤＯＣＳＩＳケーブルモデムの回路及びソフトウェアの全てを必要とする。
【００３８】
ＯＯＢチャンネルは、それらが今日発展したので、あらゆるデータ通信ネットワークと同様に、アドレス管理、メッセージ経路指定、ネットワーク管理等のためのプロトコルを必要とする。ＯＯＢチャンネルは、再度わざわざ一からやり直すことを回避するために、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルを使用することができる。ＴＣＰ／ＩＰは、接続を確立するためのオーバーヘッドなしでメッセージが各ＳＴＢに個別に送信されることを可能にするコネクションレス型サービスを各ＳＴＢに提供すると共に、それは何千ものＳＴＢがあるかもしれないので非常に重要である。ＴＣＰ／ＩＰを備えるルータ、及び装置は、容易に利用可能で安いと共に、上り方向信号の帯域幅を効率的に使用するために、リターンチャンネルのトラフィックを統合する能力を提供する。
【００３９】
しかしながら、ＯＯＢは、ＳＴＢにおいて個別のチューナをまだ必要とすると共に、これらのプロトコルを実行するために回路、及びソフトウェアを必要とし、それによってＳＴＢを複雑にする。
【００４０】
ソニー（登録商標）は、異なる非ＤＯＣＳＩＳのＭＰＥＧ−２多重化信号により配信される双方向のＶＯＤサービスを有する双方向性のＯＯＢチャンネルのためにＤＯＣＳＩＳを使用する、双方向ビデオ配信システム（interactive video delivery system）を開発すると共に、ケーブルビジョン（Cable Vision）経由で展開したと考えられている。このシステムは、各ＳＴＢにおいて、１つはビデオのためのもので、もう一つはＳＴＢ内のＤＯＣＳＩＳモデムにある２台のチューナをまだ必要とし、帯域外チャンネルを使用しなければならない欠点にまだ苦しむ。ＤＯＣＳＩＳモデムは、ペガサスのＳＴＢ内のＱＰＳＫのＯＯＢ送受信機回路を単に代替する。条件付きアクセスは、従来の方法において実行されると考えられている。
【００４１】
システム管理データのデータカルーセルの同時放送、条件付きアクセスキー、アプリケーションプログラム、プログラムガイドデータ等は、ＯＯＢチャンネル上であっても浪費的である。消費された下り方向信号のＯＯＢ帯域幅の大部分は、その時動作中でＯＯＢチャンネルに周波数を合わせられるＳＴＢが、データカルーセルにある大部分の情報を必要としないので、浪費される。
【００４２】
従来技術において、ＥＭＭメッセージが、ＭＰＥＧ伝送ストリームのプライベートデータＰＩＤの状態で送信されたので、帯域内の条件付きアクセスデータの送信は、新しくない。フランスの“Ｃａｎａｌ＋社”と呼ばれる会社、及びその競争相手の“Ｎａｇｒａｖｉｓｉｏｎ社”と“ＮＤＳ社”は、衛星ダイレクト放送システム（satellite direct broadcast systems）、及び他のシステムに暗号化サービスを提供する。“Ｃａｎａｌ＋社”は、ケーブル、衛星、及びデジタル地上波放送のネットワーク上のセットトップボックスに対する、デジタルの双方向テレビソフトウェアソリューションのプロバイダである。“Ｃａｎａｌ＋社”のオープンデジタル双方向テレビシステムは、商標“Ｍｅｄｉａ  Ｈｉｇｈｗａｙ”の名前で市場に出されている。このシステムは、消費者がＤＶＤ、ＤＶＨＳのようなデジタル装置及び家庭用コンピュータを彼らのセットトップボックスに接続することを可能にすると共に、株式取引所情報のようなデータの連続的な放送を加入者に提供するプッシュ技術（push technology）と同様に、衛星、ケーブル、地上波放送、及びモデムのネットワークによる高速インターネットアクセスを可能にすることによって、消費者が彼らのテレビをマルチメディア家庭用娯楽センタ（multimedia home entertainment centers）に切り替えることを可能にする。“Ｍｅｄｉａ  Ｈｉｇｈｗａｙ”は、カルーセルとオンラインという２つの双方向性の種類を提供する。カルーセルの双方向性は、電子プログラムガイドデータを含むそのようなデータが、その場合にそれと局所的に対話し得る顧客に周期的に放送されることを意味した。通常、戻り経路がないときに、これは実行される。このカルーセルタイプの双方向性において、条件付きアクセスキーは、時間の前に帯域内で送信されると共に、必要とされるときに使用するのために、セットトップボックスに格納される。すなわち、そのＳＴＢを有する顧客が申し込んだ全てのサービスのための全ての作業のキー、及びそのセットトップボックスのためのセッションキーは、時間より先にセットトップボックスに送信されると共に、そこに格納される。プログラムの暗号化されたデータは、データカルーセルとして周期的に放送される。そのユーザが暗号化されたプログラムを見ることを望むとき、適切なキーが記憶装置から読み取られると共に、ビデオプログラム、またはサービスデータを復号化するために使用される。双方向性のもう一方の形式は、オンラインである。オンラインの双方向性は、ＳＴＢが、例えばサービスを要求するリモートサーバに対する上り方向信号メッセージを送信すること、もしくは、ＳＴＢに記憶して実行する双方向ネットワークゲームのためのソフトウェアアプリケーションのダウンロードを要求することを可能にする、ある種の戻り経路があることを意味する。ＳＴＢのためのソフトウェアの更新、及び補修は、ダウンロードされて、ＳＴＢ内のフラッシュメモリに格納され得ると共に、ソフトウェアアプリケーションは、常駐のアプリケーションとして、フラッシュメモリにダウンロードされ得るか、もしくは必要とされるときにＳＴＢのＲＡＭにダウンロードされ得る。
【００４３】
“Ｍｅｄｉａ  Ｈｉｇｈｗａｙ”システムは、伝送レベルでダウンロードされるべきソフトウェアを認証するために、専用のアプリケーションプログラム認証システム（proprietary application program authentication system）を提供することによって、安全性を提供する。“Ｍｅｄｉａ  Ｈｉｇｈｗａｙ”システムは、同様に、ＳＴＢに挿入されたスマートカード（または、保証されたプロセッサの他の実装）を通じて、個々のプログラムに対するユーザアクセスを制御する条件付きアクセスシステムを提供する。ダウンロードされたアプリケーションプログラムは認証され、従って認証処理を通過しない海賊版のアプリケーションは実行することができない。これの全ては、互換性を備えるためにＳＴＢの製造業者がそのＳＴＢを製造しなければならない、唯一の機器階層インタフェース（Device Layer Interface：ＤＬＩ）を備える“Ｍｅｄｉａ  Ｈｉｇｈｗａｙ”ミドルウェアバーチャルマシンを各ＳＴＢに組み込むことによって実施される。もしＤＬＩに対するポートにＳＴＢが造られる場合、そのカードリーダ、モデム、ＬＥＤ表示装置、クロック、及び読み込みソフトウェア（loader software）は、“Ｍｅｄｉａ  Ｈｉｇｈｗａｙ”バーチャルマシンによって機能すると共に、上述の顕著な特徴が使用されることを可能にすることになる。もし、製造業者が、ソフトウェアを開発するために“Ｃａｎａｌ＋社”によって提供されたアプリケーション開発ツールを使用する場合、それはバーチャルマシンと互換性があるであろう。
【００４４】
“Ｃａｎａｌ＋社”の条件付きアクセスシステムは、商標“ＭｅｄｉａＧｕａｒｄ”の名前で市場に出されている。このシステムの下で、ヘッドエンドにおける購読許可システムは、権利管理メッセージ（Entitlement Management Messages：ＥＭＭ）内のセッションキーの形式のアクセス権を、暗号化されたサービスを発注した顧客のＳＴＢに挿入されたスマートカードに配信する。そこには２つの暗号化ユニットがある。第１の暗号化ユニットは、おそらく、サービスを発注したＳＴＢのプライベートユーザキー（private user key）によって、ＳＴＢに送信されるべきＥＭＭを暗号化する。もう一方の暗号化ユニットは、デジタル放送センタに配置されていると共に、権利制御メッセージ（Entitlement Control Messages：ＥＣＭ）内のサービスキーを暗号化する。サービスキーは、サービスのデータを含むパケットのペイロードを暗号化するために使用されるキーである。ＥＣＭは、ＭＰＥＧ多重化信号の放送ＭＰＥＧ伝送ストリームに挿入される。これらのＥＣＭは、復元されると共に、その中の暗号化されたサービスキーは、ＥＭＭメッセージ内のセッションキーを用いて復号化される。高い確率でプライベートデータＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにおいて、ＥＭＭは、同様にＭＰＥＧ多重化信号で送信される。ＳＴＢにおいて、暗号化されたＥＣＭメッセージ、及びＥＭＭメッセージは、スマートカード内の保証されたプロセッサに送信されると共に、プライベートユーザキーは、ＥＭＭメッセージを復号化すると共に、セッションキーを復元するために使用される。セッションキーは、その場合に、ＥＣＭメッセージを復号化すると共に、制御ワード、またはサービスデータを伝送するＭＰＥＧパケットのペイロードを復号化するために復号化エンジンに送信されるサービスキーを復元するために使用される。
【００４５】
ＥＣＭ、及びＥＭＭは、もし上り方向信号の戻り経路がある場合、対象とされた基盤上の従来技術の“ＭｅｄｉａＧｕａｒｄ”におけるＳＴＢに送信されると考えられていると共に、ＥＣＭは、もし記憶装置にあるサービスの認可を有する全てのＳＴＢに対して時間より前に帯域内で送信された対象とされるＥＭＭメッセージを有する戻り経路がない場合、データカルーセルとして送信されると考えられている。これは、ユーザが、彼が会員登録したサービスを発注すると共に、サービスキー、または制御ワードを復元するためにセッションキーを使用するとき、ＳＴＢがメモリからセッションキーを呼び出すことを可能にする。ＥＣＭは、戻り経路があるときでさえも、データカルーセルとして送信されると更に考えられている。
【００４６】
この“Ｃａｎａｌ＋社”の従来技術システムにおいて、インパルスペイパービュー（impulse pay per view）は、スマートカードから決済情報を収集するために、スマートカード財布（smart card wallet）内のトークン（優先権信号）、及びあるデータ経路、通常は電話回線経由のコールバック手順（callback procedure）の使用を必要とする。これは、コールバック手順を実行すると共に、集められたデータを処理するのに特別な通信サーバを必要とする。コールバックは、リアルタイムに発生しないので、従ってコールバックが実行されるまで、イベントの成功はすぐには知られない。一方、Ｍ＆Ｃデータと条件付きアクセスデータを送信すると共に受信するために、ＤＯＣＳＩＳ帯域内Ｍ＆Ｃ下り方向信号のチャンネル（DOCSIS in-band M&C downstream channel）、及び連動したＤＯＯＳＩＳ上り方向信号のチャンネルを使用することは、ヘッドエンドからのコールバックを実行する特別な通信サーバを必要としないと共に、加入者の数に基づくイベントの成功の即座の決定を可能にする。
【００４７】
“Ｃａｎａｌ＋社”の機能の高度なペイパービューモードは、インパルスペイパービュー機能と同じであるが、しかし同様に、コールバックのために使用される通信サーバの内の１つがＳＴＢから直接的に上り方向信号のリアルタイム命令、例えばタッチトーン電話（touch tone telephone）、“Ｍｉｎｉｔｅｌ”のような双方向ビデオテキストサービス、を受信するリアルタイムオンラインＰＰＶモードも備えるか、もしくはＳＴＢ内のＯＯＢチャンネルに関する必要な回路、及びＭＡＣプロトコルと共に、上り方向信号のデータを送信するためのＯＯＢチャンネルを必要とする。
【００４８】
従って、方法及び装置に関して、アプリケーションソフトウェアダウンロードの使用を可能にすると共に、帯域幅を浪費しないように、それらが対象とされた特定のＳＴＢに対するリアルタイムの伝送によって実行され得る方法で、データカルーセル、及び条件付きアクセス機能を簡略化すると共に更に効率的に提供する、デジタル放送、及び双方向のオンデマンドサービスを受信するために必要とされるセットトップデコーダボックスのコストを減少させることを主として含む全てのこれらの問題を解決する必要性が発生した。
【課題を解決するための手段】
【００４９】
本発明の、特筆すべき教示によれば、双方向デジタルケーブルシステムにおけるセットトップボックスの費用及び複雑さは、従来技術システムの帯域外チャンネルを排除すると共に、１つのチューナを備えるＳＴＢを可能にすることによって縮小し得る。これは、暗号化されたサービスデータが伝送される同じＲＦチャンネルの帯域内において、管理及び制御データ（これ以降、Ｍ＆Ｃデータとする)を伝送することによって実行される。これは、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにＭ＆Ｃデータをカプセル化すると共に、圧縮されたオーディオ、ビデオ、及び配信されたサービス（これ以降サービスと言われる、デジタル放送、双方向のオンデマンドサービス）のデータを配信するために使用されるＭＰＥＧ−２伝送ストリームにこれらのパケットを加えることによって実行される。ＲＦにおけるＨＦＣ上の純粋なＤＯＣＳＩＳ上り方向信号は、上り方向信号のＭ＆Ｃデータのために使用される。これは、従来技術のＳＴＢにおけるＯＯＢチューナを排除すると共に、ＤＢＳ受信機における上り方向信号の電話回線モデム及び関連するソフトウェアを排除する。ここでの教示に従って変更された１つのＤＯＣＳＩＳケーブルモデムは、サービスを選局し、それについてＭＰＥＧパケットを復元し得ると共に、条件付きアクセスデータを有するＭ＆Ｃの下り方向信号データを含むＭＰＥＧパケットを選局すると共に復元し得て、そしてＨＦＣのＲＦスペクトラムにおける純粋なＤＯＣＳＩＳ上り方向信号のチャンネル上でリアルタイムにＭ＆Ｃ上り方向信号データを送信する。
【００５０】
従来技術の状態は、その内の２つが下り方向信号の伝送のためのもので、３番目のものが上り方向信号の伝送のためのものである、データの通信に関する３つのデータ経路があることである。第１の下り方向信号のデータ経路は、提供された様々なサービスのＭＰＥＧパケットを伝送する無線周波数ＲＦチャンネルである。第２の下り方向信号のデータ経路は、Ｍ＆Ｃデータの下り方向信号の伝送のためのものであると共に、それはＨＦＣシステムにおける第１のチャンネルが提供する個別の周波数上のＲＦのＯＯＢチャンネルであり得るか、または、それは、ＤＢＳ衛星システムに適用されるような対象とされた“Ｃａｎａｌ＋”システムのＥＭＭ伝送の場合には、プライベートデータＰＩＤの状態での帯域内のＯＯＢチャンネルであり得るか、または、“ＤｉｒｅｃＴＶ”または“Ｄｉｓｈ  Ｎｅｔｗｏｒｋ”のようなＤＢＳ衛星システムにおけるシステムの全てのチャンネルが同時にオン状態にあるデータカルーセルのような、全てのＭ＆Ｃデータの同報通信としての帯域内のＯＯＢチャンネルであり得る。第３のデータ経路は、ＤＢＳシステムの断続的に使用された電話回線であり得る上り方向信号の戻り経路である（電話回線は無期限に使用続けることができないので、リアルタイムであり得ない）か、または“Ｃａｎａｌ＋”の双方向オンラインモードの場合には、もしＳＴＢが上り方向信号のＲＦ送信機及び上り方向信号のチャンネル回路を備えている場合はＲＦチャンネルであり、あるいは常にオンである電話回線上の上り方向信号のＤＳＬチャンネルのどちらででもあり得る、その間ずっとオンである個別の上り方向信号のチャンネルである。
【００５１】
これらの従来技術システムの内のいずれもが、ＤＯＣＳＩＳケーブルモデムによって伝送される純粋なＤＯＣＳＩＳチャンネルを使用する常にオン状態である上り方向信号のチャンネル、及びＤＯＣＳＩＳケーブルモデムによって同様に復元されるＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを使用する下り方向信号のＭ＆Ｃチャンネルによって、ＳＴＢにおける変更されたＤＯＣＳＩＳケーブルモデムの形式での１つのチューナの利用を可能にしない。１つのチューナの態様は、下り方向信号のＭ＆Ｃチャンネルがサービスデータと同じＲＦキャリアにあると共に、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを備えるＭＰＥＧパケットとして伝送されることを必要とし、そして、それはＤＯＣＳＩＳケーブルモデムの送信機及び上り方向信号のチャンネル回路によって伝送される上り方向信号を必要とする。全てのＨＦＣシステムは、ＳＴＢが、第２のチューナを備えると共に、高い確率でＯＯＢチャンネルに対するアクセスを扱うためにＭＡＣプロトコルを備えることを必要とする、個別のＯＯＢチャンネルを使用する。Ｍ＆ＣデータがＤＢＳシステムのように帯域内で伝送される従来技術のシステムにおいて、（もし常にオン状態であるリアルタイムの上り方向信号のＭ＆Ｃデータ伝送が存在する場合）ＤＳＬラインとインターフェイスするため、または上り方向信号のＭ＆Ｃデータを個別のＲＦチャンネルで伝送するための個別の上り方向信号の回路か、もしくは上り方向信号を一般電話サービス（Plain Old Telephone Service：ＰＯＴＳ）ライン（その場合、リアルタイムの常にオン状態である上り方向信号のＭ＆Ｃデータ伝送が存在しないであろう）で伝送するための個別のモデムが必要とされる。
【００５２】
下り方向信号のデータがＤＯＣＳＩＳチャンネル上で送信されるので、いくつかの実施例において、ブロードバンドインターネットアクセス、“ｖｏｉｃｅｓ−ｏｖｅｒ−ＩＰ”、ケーブル上のＤＳＬ、ヘッドエンドで記録されたデジタルビデオテープレコーダデータ、テレビ会議データ、またはあらゆる他のＤＯＣＳＩＳデータ（クレームにおいて“ＤＯＣＳＩＳサービスデータ”として参照される）のような、他のＤＯＣＳＩＳサービスのデータは、同様にＤＯＣＳＩＳチャンネルを介して送信されることができる。対象とされた条件付きアクセスＥＭＭメッセージは、同様に、それらを必要とするＳＴＢだけに対して、及びＳＴＢが純粋なＤＯＣＳＩＳ上り方向信号上の上り方向信号の通信によって発注したサービスを復号化するのに、ＳＴＢがそれらを必要とする時にだけ、下り方向信号として送信されることができる。ＤＯＣＳＩＳの上り方向信号及び下り方向信号のＭ＆Ｃチャンネルの使用は、（下り方向信号の帯域幅、及びＳＴＢ内のメモリスペースを浪費する）ＤＢＳシステムにおいて使用されるような、ＥＭＭメッセージデータ記憶アヘッドプロトコル（EMM message data store ahead protocol）の必要性を排除する。それは、同様に、コールバックプロトコルを実行するため、または“Ｃａｎａｌ＋社”の“ＭｅｄｉａＧｕａｒｄ”の従来技術において教えられたように、高度なペイパービューに関するリアルタイムオンライン双方向モードを実行するためのヘッドエンドにおける個別のコミュニケーションサーバの必要性を排除する。これは、ヘッドエンドにおけるＤＯＣＳＩＳ  ＣＭＴＳが、下り方向信号のＭ＆Ｃの伝送と、ＤＯＣＳＩＳ上り方向信号上の上り方向信号Ｍ＆Ｃデータのリアルタイムの受信との両方を扱うことができるからである。個別のサーバが上り方向信号のために必要とされないと共に、ＤＯＣＳＩＳプロトコルがＳＴＢによる上り方向信号のＤＯＣＳＩＳチャンネルに対する複数のアクセスを処理するので、特別な、または専用の上り方向信号のメディアアクセスプロトコル（upstream media access protocol）が上り方向信号のチャンネルのために必要とされない。すなわち、ＤＯＣＳＩＳ  ＣＭＴＳの正常な通信機能が、ＣＭＴＳで受信された上り方向信号のＭ＆Ｃメッセージに応答して下り方向信号のＭ＆Ｃデータ及び対象とされた条件付きアクセスデータを送信するために使用され得るので、“Ｃａｎａｌ＋社”のヘッドエンドによって必要とされる個別の通信サーバは排除され得る。これらの上り方向信号のＭ＆Ｃリクエストは、特別なサービスの要求ダウンロード、それらを復号化するための条件付きアクセスデータ、プログラムガイドデータ、アプリケーションデータ、及び他のＭ＆Ｃデータを要求する。ケーブルモデムの提供のため、及びＳＴＢに対するソフトウェアダウンロードの認証のための正常なＤＯＣＳＩＳメカニズムが同様に使用されると共に、それによって、これらの必要な機能を実行するための専用のメカニズムを開発するか、または使用する必要性を除去することができる。
【００５３】
このアプリケーション、または添付されたクレームにおけるＭＰＥＧ−２、またはＭＰＥＧに対する参照は、双方向サービス、デジタルビデオ放送、またはビデオオンデマンドサービスのビデオ、オーディオ、及び他のデータを送信するのに適当なあらゆるデータ圧縮スキームを参照するものとして理解されるべきである。双方向サービスは、セットトップボックスと接続されたコンピュータによるブロードバンドインターネットアクセスを含む、セットトップボックスからヘッドエンドに対する上り方向信号の通信を必要とするもの全てであり得る。本発明は、これまでのところでは、双方向サービスの配信においてオーバーヘッドを最小限にするために、ＭＰＥＧ伝送ストリーム上のＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを介してＭ＆Ｃデータを帯域内で送信することであるが、もしＤＯＣＳＩＳが、将来ＭＰＥＧを介したＩＰ以外の何かに発展する場合、発展するものの全ては、Ｍ＆Ｃデータが、帯域内で送信され得ると共に、何らかの方法でオンデマンドの双方向サービスデータから隔離される限り、発明を実行することを満足させることになる。
【００５４】
ＩＰを介して、及びＤＯＣＳＩＳ伝送プロトコルを介して双方向のビデオオンデマンド（ＶＯＤ）サービスのビデオを送信するといういくらかの提案があった。本発明は、それらのアプローチのどちらを実行することでもない。それは、ペガサスの従来技術において行われたように、ＭＰＥＧ伝送ストリームを介してビデオ及び他の双方向サービスを送信することであるが、しかしＭ＆Ｃデータを、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態でＭＰＥＧ伝送ストリームの帯域内に配置することである。Ｍ＆Ｃデータは、暗号化されたサービスデータが配信されているいくつかの実施例において、ＥＭＭの条件付きアクセスキーデータを含み得る。１つ以上のサブチャンネルを有することができると共に、ＤＯＣＳＩＳ“１．０”、“１．１”、または“２．０”であり得る正常なＤＯＣＳＩＳの上り方向信号が使用される。Ｍ＆Ｃデータだけが、好ましい実施例において、ＤＯＣＳＩＳの上り方向信号によって送信される。しかしながら、代替実施例において、他のＤＯＣＳＩＳサービスデータは、ブロードバンドインターネットアクセス、“ｖｏｉｃｅｓ−ｏｖｅｒ−ＩＰ”、“セキュリティカメラｖｉｄｅｏ−ｏｖｅｒ−ＩＰデータ”等のように、ＤＯＣＳＩＳ上り方向信号を共有し得る。
【００５５】
このＤＯＣＳＩＳ帯域内Ｍ＆Ｃチャンネルの使用は、帯域外チャンネル上のＯＯＢデータを単に送信すると共に受信するための、各ＳＴＢにおける従来技術専用の送受信機回路の排除によってＳＴＢのかなりの簡素化を可能にする。同様に、それは、もし上り方向信号のＯＯＢチャンネルが共有された場合、従来技術において必要とされたメディアアクセス制御プロトコルを排除する。本発明と互換性があるＳＴＢは、１台のチューナ、及び各伝送ストリームにおけるＭＰＥＧパケットを逆多重化すると共に、管理及び制御における使用のため、もしくは、ビデオ、オーディオ、及び／またはサービスのデータを抽出するために、それらをＳＴＢにおける正しい回路に経路を指定して送信することができる、ＤＯＣＳＩＳモデムからの回路だけを必要とする。すなわち、ＳＴＢにおけるＤＯＣＳＩＳモデムは、ＭＰＥＧ−２の多重化信号に周波数を合わせ、ＭＰＥＧ−２パケットを伝送するＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤをフィルタ処理して抽出して処理し、そして所望のサービスのＰＩＤを有するＭＰＥＧ−２パケットをフィルタ処理して抽出すると共に、それらを、キー抽出、サービスデータの復号化、ＮＴＳＣ信号生成、ソフトウェアのローディング、プログラムガイドデータの表示等に適したＳＴＢ回路に対して送信する。ＳＴＢにおけるＤＯＣＳＩＳモデム回路は、同様に、帯域内のＤＯＣＳＩＳ  Ｍ＆Ｃチャンネルに対応するように、従来のＤＯＣＳＩＳ上り方向信号を伝送するために使用される。
【００５６】
従来技術のＦＳＮは、上り方向信号のＯＯＢ帯域幅を浪費したＯＯＢチャンネル上のタイムスロットを割り当てた。このレッスンは、ＤＡＶＩＣ  ＯＯＢ予約プロトコル（DAVIC OOB reservation protocol）に帰着した。しかしながら、ＤＯＣＳＩＳプロトコルは、順方向チャンネル及び逆方向チャンネルにおける更に高いデータ転送率に対応すると共に、ＤＯＣＳＩＳ“２．０”の出現によって、はるかに高いデータ転送率が利用可能にされる。更に、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態で実行されたＤＯＣＳＩＳプロトコルは、ＭＡＣ機能を処理するので、共有された上り方向信号のＯＯＢを管理するための個別のＭＡＣプロトコルは本発明に必要ではない。
【００５７】
正常なＤＯＣＳＩＳメディアアクセス制御プロトコルは、上り方向信号及び下り方向信号のＤＯＣＳＩＳメッセージによって実行される。これらは、測定要求（ranging requests）、測定応答メッセージ（ranging response messages）、ＭＡＰ及びＵＣＤメッセージを含む。全ては、ＭＰＥＧ−２多重化信号のＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤによる下り方向信号で伝送される。ＭＡＰの中に確認される測定競合ウィンドウ（ranging contention window）の間に送信される測定バースト（ranging bursts）のような、バースト上り方向信号ＤＯＣＳＩＳメッセージ、帯域幅要求、及びＭ＆Ｃデータを含むメッセージは、ＭＡＰメッセージを通じてＣＭＴによって制御されるように、競合ウィンドウの間、もしくは割り当てられた上り方向信号のミニスロットの間、ＳＴＢにおける変更されたＤＯＣＳＩＳケーブルモデムによって伝送される。測定競合ウィンドウは、下り方向信号のＭＡＰメッセージにおいて確認された、上り方向信号のミニスロットの連続的なグループである。上り方向信号のＭ＆Ｃデータ、及び他のＤＯＣＳＩＳデータを伝送する上り方向信号のデータバーストは、ＭＡＰメッセージにおいて割り当てられた帯域幅要求競合ウィンドウの間に上り方向信号のＤＯＣＳＩＳチャンネル上で伝送されたＭ＆Ｃ帯域幅要求メッセージに応えて送信される、ＭＡＰメッセージにおいて割り当てられたミニスロットの間に伝送される。上り方向信号のＤＯＣＳＩＳチャンネル上の帯域幅が予定されると共に、十分に利用されるので、特別なＳＴＢに関して、もしそれらが上り方向信号のトラフィックを有していなかったとしても、特定の上り方向信号のタイムスロットが予約されたＦＳＮの従来技術にあったような上り方向信号のＯＯＢ帯域幅の浪費がない。
【００５８】
好ましい実施例は、更に速い動作のためにナビゲーション及びオペレーティングシステムソフトウェアをＳＴＢに常駐する状態に維持するが、ＤＯＣＳＩＳ  Ｍ＆Ｃチャンネルの下り方向信号及び上り方向信号の更に高いデータ容量は、いくつかの実施例において、オペレーティングシステムソフトウェア、及びナビゲーションソフトウェアが、ペガサスの従来技術における場合のように、ＳＴＢに常駐する状態に維持するように強要される代わりに、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを介してヘッドエンドからダウンロードされることを可能にする。ペガサスの従来技術システムは、ソフトウェアダウンロードを絶えず要求する４０００個のＳＴＢによって引き起こされた上り方向信号のボトルネックを排除するために、ナビゲーション及びＯＳソフトウェアを常駐する状態に維持せざるを得なかった。ペガサスのアプローチは、リモート制御上のボタンが押されるたびに、４０００個のペガサスＳＴＢに対する絶え間ないこれらのアプリケーションのダウンロードによって消費されるネットワーク資源を減少させた。ＯＯＢのソフトウェアアプリケーションダウンロードはペガサスにおいては阻止されると共に、ＭＰＥＧ−２プライベートデータカルーセルがこれらの目的のために使用された。
【００５９】
同様に、ＭＰＥＧ−２伝送ストリームにおけるＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態でのＭ＆Ｃデータの伝送は、双方向サービス、及びＶＯＤを管理することに関連付けられたオーバーヘッドを最小限にする。ＤＯＣＳＩＳが本質的にＭＰＥＧに関するＩＰであるので、これは、良く理解されたＩＰプロトコル、そして双方向サービスの管理に対するアドレス能力（addressibility）、及びＳＴＢに接続されたパーソナルコンピュータのような全ての補助装置の利益をもたらす。ＩＰ階層の機能性は、特定のＳＴＢからの上り方向信号のメッセージにおいて、アプリケーションソフトウェアダウンロード、プログラムガイドデータ、条件付きアクセスデータ等が要求され得ると共に、帯域幅を浪費するデータカルーセルを使用せずに、それを要求したＳＴＢだけに下り方向信号が伝送され得るように、下り方向信号のトラフィックに対してアドレス指定能力を加えるために使用される。
【００６０】
ＭＰＥＧ−２伝送ストリーム上にＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＤＯＣＳＩＳ帯域内管理及び制御チャンネルを実装するために、ＤＯＣＳＩＳデータ伝送プロトコルを使用することに著しい利点がある。ＭＰＥＧ−２伝送ストリーム、またはＭＰＥＧ−２多重化信号は、帯域内の全てのサービス配信チャンネルを伝送すると共に、全てのＯＯＢ管理チャンネルを置き換えるために使用され得る。これは、ＯＯＢチャンネル、またはＤＳＬリンク、またはＰＯＴＳ電話回線によって通信するためのペガサス、ＦＳＮ、“Ｄｉｇｉｃａｂｌｅ”、及び“Ｃａｎａｌ＋”のような従来技術のシステムにおいて、以前は必要とされた全てのＳＴＢ回路の排除を可能にする。更に、ＭＰＥＧ−２伝送の使用の全てのオーバヘッド減少効率は、ＡＴＭ伝送メカニズムにオーバヘッドを搭載することなく、この発明によって経験される。ＭＰＥＧ−２伝送ストリームの中のＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態でＭ＆Ｃデータを配信するために、全てのそのプロトコルメッセージを有するＤＯＣＳＩＳチャンネルを使用することは、サービスデータを配信するために使用される伝送メカニズムのオーバーヘッドを非常に減少させる。これは、伝送メカニズムが変更されたＭＰＥＧ−２伝送ストリームであり、ＦＳＮの従来技術と同様にＡＴＭセルに分割されたＭＰＥＧ−２伝送ストリームではないからである。タイムワーナーＦＳＮのＡＴＭ伝送プロトコル上のＭＰＥＧが、単にＡＴＭ伝送プロトコルを使用するのに、主として全てのＡＴＭセルにおける５バイトのヘッダが原因で、１２［％］のオーバヘッドに苦しめられたということを思い出す必要がある。従って、タイムワーナーフルサービスネットワークのような、ＡＴＭ構造基盤を介してＭＰＥＧフレームを送信しようとすることの深刻なオーバヘッドの負担は、ここで説明された発明において回避される。
【００６１】
何百万もの複雑なＳＴＢを全国的に配置するためのコストは、ケーブルオペレータにとって非常に高いと共に、ＨＦＣを通じた双方向のＶＯＤサービスの全国的マーケットへの浸透を減速することになるので、セットトップデコーダ（ＳＴＢ）の簡略化は、非常に有効である。
【００６２】
ＳＴＢで使用されるＤＯＣＳＩＳケーブルモデムは、ＳＴＢのマイクロプロセッサからフィルタ命令を受信し、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧ伝送ストリーム内のＭＰＥＧパケットを選択し、以前は従来技術において順方向のＯＯＢチャンネルによって送信された下り方向信号のＭ＆Ｃデータを復元すると共に、それをＳＴＢにおける適切な回路に送信するように変更された。例えば、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態であるＥＭＭの条件付きアクセスメッセージは、抽出され、ＥＭＭメッセージであると承認され、そして特別なＳＴＢに対してアドレス指定されたＥＭＭメッセージだけが保持されるＳＴＢマイクロプロセッサに送信され、そしてその中に含まれる暗号化されたセッションキーは、ＳＴＢのプライベートユーザキーを用いて復号化される。ＤＯＣＳＩＳケーブルモデムは、同様に、受信されたＭＰＥＧ−２多重化信号から、選択されたサービスのＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットを抽出すると共に、それらのパケットを条件付きアクセスの復号化及び復元回路に供給するように変更される。復元されたデータは、次に、グラフィックスレンダリング、及びＮＴＳＣ、ＰＡＬ、またはＳＥＣＡＭ、または他のフォーマットの信号生成のためのプロセッサに供給される。ＤＯＣＳＩＳモデムは、同様に、上り方向信号のＭ＆Ｃデータを受信すると共に、それを従来のＤＯＣＳＩＳの上り方向信号のチャンネルによって送信するように変更される。
【００６３】
“Ｃａｎａｌ＋”、及びＤＢＳの従来技術とは対照的に、本発明の好ましい実施例は、リアルタイムで常にオン状態の上り方向信号ＤＯＣＳＩＳチャンネルによって、要求されるＭ＆Ｃデータだけ（対象とされた条件付きアクセスＥＭＭキーデータを含む）をそれを要求したＳＴＢだけに送信するための対象とされた非カルーセルアプローチを使用する。これらの機能に関する必要性、またはＤＯＣＳＩＳプロトコルに関する必要性のどちらも排除するＤＯＣＳＩＳの常にオン状態である上り方向信号チャンネル及び下り方向信号チャンネルが、適切にこれらの機能を実行する既に知られているメカニズムを備えているので、個別の専用の通信プロトコルが、コールバック、保証されたソフトウェアダウンロード、またはヘッドエンドからの他のＳＴＢ管理の提供のために必要とされるとは限らない。ＥＣＭメッセージは、関連するサービスのＰＩＤを有する伝送ストリームに送信される。
【００６４】
手短かに言えば、本発明をＤＢＳ、Ｃａｎａｌ＋、ＦＳＮ、及びペガサスの従来技術と比較すると、本発明は、常時オン状態である従来のＤＯＣＳＩＳチャンネル上の上り方向信号メッセージを、セットトップボックスから受信することと、デジタルサービスデータを同様に配信する下り方向信号のＭＰＥＧ−２多重化信号内のＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態であるＤＯＣＳＩＳチャンネルによって、必要とされたＭ＆Ｃデータだけを、それを必要とするＳＴＢだけに帯域内で伝送することであり、これらの上り方向信号メッセージは、特にＳＴＢがどのようなＭ＆Ｃデータを必要とするかを定義する。これは、ＩＰパケット、あるいは特別なＳＴＢに対してアドレス指定され得るか、または同報通信され得る他の種類のパケットまたはセル（以下、単にＩＰパケットと言われる）を使用することによって実行される。予約したＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧ−２パケットにカプセル化されるＭＡＣフレームに、これらのＩＰパケットはカプセル化される。これらのＭＰＥＧパケットは、圧縮されたビデオ、オーディオ、及び配信されたサービスのデータを伝送するＭＰＥＧ伝送ストリーム多重化信号に多重化される。簡単にするために、本発明についてのアイデアのこの要約は、シンＤＯＣＳＩＳを参照するか、または、ここにおいて他の場合には、双方向性のＤＯＣＳＩＳ  Ｍ＆Ｃチャンネルを参照することになる。
【００６５】
シンＤＯＣＳＩＳチャンネルによるアプリケーションソフトウェアダウンロードは、ＳＴＢを簡略化することに加えて、同様にヘッドエンドからバグが修正されること、ヘッドエンドからアップグレード品が読み込まれること、及びヘッドエンドから新しい特徴が追加されること、そしてそれによって古くならないＳＴＢを提供することを可能にする。ＯＯＢ下り方向チャンネルをアプリケーションダウンロードで制圧すること、及びＯＯＢ上り方向チャンネルの帯域幅を、アプリケーションダウンロードに関する非常に多くの同時の要求で制圧することによる従来技術における問題は、ＤＯＣＳＩＳ“２．０”の上り方向信号のＭ＆Ｃチャンネルは同期コード分割多重されたバーストを可能にするという事実によって克服される。これは、ＤＯＣＳＩＳの上り方向信号チャンネルのトラフィック容量を非常に増加させると共に、多くのＳＴＢが、ＤＯＣＳＩＳ上り方向信号の帯域幅割り当てプロトコルを使用して、同時にＤＯＣＳＩＳ上り方向信号を使用することを可能にする。このプロトコルは、上り方向信号の帯域幅要求に関する競合に基づいているが、しかし、一度要求が承諾されれば、だれが伝送できるか、及び何時伝送できるかを、ヘッドエンドが制御するので、衝突は発生しないことになる。
【００６６】
ＤＯＣＳＩＳ  Ｍ＆Ｃチャンネルを使用することの別の利点は、条件付きアクセスの実装にある。現在の条件付きアクセスは、各ＳＴＢが、各ＳＴＢ内に、コストをＳＴＢに追加するスマートカード、または他の埋め込まれたセキュリティ回路を有することを必要とする。従来の条件付きアクセスシステムにおいて、保証されたマイクロプロセッサ（スマートカード上にある場合もある）は、ＯＯＢチャンネルにより購入情報を送信すると共に、アクセスを認可する暗号化されたセッションキーを含む権利管理メッセージ（Entitlement Management Messages：ＥＭＭ）は、ＨＦＣの場合にはＯＯＢチャンネルにより保証されたマイクロプロセッサに送り返され、もしくはＤＢＳシステム上のＣａｎａｌ＋技術の場合にはプライベートデータＰＩＤの状態で保証されたマイクロプロセッサに送り返される。このアプローチは、ＳＴＢが、ＯＯＢチャンネルに関する個別の受信機を備えること、またはプライベートデータＰＩＤの状態のＥＭＭメッセージを抽出し、それらを経路を指定して送信すると共に、ＳＴＢのプライベートユーザキーを用いてそれらを復号化するための特別なソフトウェアを備えることを必要とした。配信されたサービスを伝送する暗号化されたＭＰＥＧ−２多重化信号は、ＳＴＢにおいて、ＰＩＤに基づいてストリームを個別のストリームに分割すると共に、選択されたサービスまたはプログラムに関するビデオ、オーディオ、及びデータのパケット化基本ストリーム（packetized elementary streams：ＰＥＳ）を選択する、ＭＰＥＧ−２伝送デマルチプレクサに対して経路を指定して送信される。従来技術の条件付きアクセスシステムのＭＰＥＧ−２伝送ストリームにおける権利制御メッセージ（Entitlement Control Messages：ＥＣＭ）は、暗号化キーを伝送する暗号化されたメッセージであった。伝送デマルチプレクサは、所望の保護されたプログラムに適用されるＥＣＭを選択したと共に、それらを保証されたマイクロプロセッサに送信した。ＥＣＭは、復号化されたＥＭＭセッションキーを使用する保証されたマイクロプロセッサによって復号化されると共に、その結果生じる、作業キー（working keys）と呼ばれるペイロード復号化キーは、ペイロード復号化エンジンに送信された。ペイロード復号化エンジンは、選択される暗号化されたプログラムのＰＩＤを有するＭＰＥＧパケット内のＰＥＳのペイロードセクションを復号化するために、これらの作業キーを使用する。
【００６７】
ＤＯＣＳＩＳ  Ｍ＆Ｃチャンネルを使用することの有意の利点の要約は、以下のようになる。
（１）アプリケーションプログラムがＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤによって必要とされるので、ヘッドエンドから各ＳＴＢに対して保証されたアプリケーションソフトウェアをダウンロードし、それによってＳＴＢを簡略化すると共に、そのメモリ要求を減少し、それに対してバグ証明書、及び簡単にアップグレード可能で、柔軟な、そして将来の証明書を提供する。
（２）正確なアプリケーションプログラム及び他のＭ＆Ｃデータを示す上り方向信号メッセージを送信するために、各ＳＴＢによって、常にオン状態の従来のＤＯＣＳＩＳの上り方向信号チャンネルを使用し、従って、それは必要なアプリケーションソフトウェアだけを必要とすると共に、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤにより、Ｍ＆Ｃデータが、それを要求したＳＴＢだけにダウンロードされ、それによってデータカルーセルに対する本質的な帯域幅の浪費を抑制する。
（３）ＯＯＢチャンネルに関するチューナ及びＭＡＣプロトコルを排除すると共に、ＤＳＬ、またはＰＯＴＳ電話回線に対してインタフェースするために必要とされるあらゆる回路を排除することによって、ＳＴＢを簡略化する。
（４）デジタルサービスを配信する際にオーバーヘッドを減少させる。
（５）上り方向信号のＭ＆Ｃチャンネルにより浪費された帯域幅を除去する。
（６）ヘッドエンドからＳＴＢに対して、現存する装置を廃止する必要性がない、アップグレード、バグ修正、及び新しい特徴の追加を実行する。
（７）条件付きアクセス処理を簡略化すると共に、ヘッドエンドにおいて、条件付きアクセスに専念するコールバックサーバを排除する。
（８）ヘッドエンドからＳＴＢを管理するために、現存するケーブルモデム終端システムを使用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
本発明を理解するために、ケーブル技術におけるＤＯＣＳＩＳデータに関するいくらかのバックグラウンドは有益である。ＤＯＣＳＩＳは、ヘッドエンドから複数のケーブルモデムに対するＨＦＣシステムを介したデータ伝送に関する標準を定義する、ケーブルシステムオペレータの協会であるケーブル研究所によって開発された一連の仕様である。ＤＯＣＳＩＳは、データ、そしてデジタル処理で圧縮された形式のビデオ、及びオーディオを、ヘッドエンドとＤＯＣＳＩＳチャンネルを受信することができる複数のケーブルモデムまたはセットトップボックスとの間でハイブリッドファイバ同軸ケーブルＣＡＴＶシステム介して双方向で送信するために、特に、物理的メディア従属階層（physical media dependent layer）、伝送収束階層（transmission convergence layer）、及びメディアアクセス制御階層（media access control layer）（メディアに対するアクセス制御、及びケーブルモデムの管理を遂行するためのメッセージングプロトコル）の要求を定義する標準のセットである。
【００６９】
ＤＯＣＳＩＳ仕様には、全てが参照によってここに組み込まれると共に、全てがこれによって従来技術として引用される、ＤＯＣＳＩＳ“１．０”、ＤＯＣＳＩＳ“１．１”、及びＤＯＣＳＩＳ“２．０”という３つのバージョンがある。差異は、許可されたバースト変調タイプ、シンボルレート等である。例えば、ＤＯＣＳＩＳ“２．０”においては、同期コード分割多重されたバーストが許可され、一方ＤＯＣＳＩＳ“１．０”、及び“１．１”においては、そうではない。
【００７０】
ＤＯＣＳＩＳは、本質的にＭＰＥＧパケットにカプセル化されたインターネットプロトコルデータグラム（Internet Protocol datagrams）の配信であり、従って、それは、完全にＭＰＥＧ−２伝送ストリームの中に適合する。すなわち、ＤＯＣＳＩＳデータを伝送するＭＰＥＧパケットは、双方向のオンデマンドサービス、またはデジタル放送の圧縮されたビデオ、及びオーディオ、そして補足のデータを伝送すると共に、それらの各々がそれ自身のプログラム識別子、またはＰＩＤを有しているＭＰＥＧ−２伝送ストリームに挿入され得る。これは、ＭＰＥＧ−２伝送ストリームに影響を及ぼさずに実行され得る。これは、全てのＤＯＣＳＩＳ  ＭＰＥＧパケットが、それらをＤＯＣＳＩＳパケットであると識別するプログラム識別子、またはＰＩＤを有しているからである。これは、ケーブルモデムまたはＳＴＢが、受信端において、ＤＯＣＳＩＳ  ＭＰＥＧパケットを、双方向サービス、またはオンデマンドサービス、またはデジタル放送プログラムのＰＩＤを有する同じ伝送ストリームにおけるＭＰＥＧパケットから分離することを可能にする。サービスの各種類に関するＭＰＥＧパケットの様々なストリームは、更なる処理のためのケーブルモデム、またはＳＴＢにおける適切な回路に経路を指定して送信され得る。
【００７１】
ＤＯＣＳＩＳは、元来、（インターネットまたはＩＰパケットのあらゆる他の送信元に接続されたサーバを有する）ヘッドエンドから何百または何千ものケーブルモデムに対して、ＨＦＣシステムを介して透過的にＩＰデータパケットを伝送することを可能にするように設計されていた。これによって、ユーザは、電話回線を使用する彼らのＩＳＰに対する遅いダイヤルアップ接続を通じてインターネットに接続する代わりに、彼らのＣＡＴＶシステムを通じてインターネットに接続することが可能となるであろう。インターネットプロトコル（ＩＰ）は、パケット交換インターネット、及びデータグラムのコネクションレス型配信のための他のネットワークにおいて使用されるプロトコルである。コネクションレスとは、専用配線または専用回路が、全体のメッセージ、またはデータグラムを配信するために使用されないと共に、各々が独立して扱われるパケットにメッセージが分割されることを意味する。
【００７２】
しかしながら、ＤＯＣＳＩＳチャンネルを介して伝送されたＩＰパケットは、どこからでも発生することができると共に、要求されたアプリケーションのソフトウェアアプリケーションダウンロード、要求されたプログラムガイドデータ、データカルーセル、ネットワーク管理及び制御データ、ヘッドエンドがＳＴＢを管理することを可能にするＳＮＭＰ管理データ、ＤＯＣＳＩＳメディアアクセス制御プロトコルに含まれるＤＯＣＳＩＳの測定（DOCSIS ranging）及びネットワーク管理を実施するためのメッセージ等をカプセル化するために使用され得る。
【００７３】
ＤＯＣＳＩＳケーブルモデム終端システム（Cable Modem Termination Systems：ＣＭＴＳ）は、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルによってＩＰパケットを受信すると共に、ＭＰＥＧパケットがＤＯＣＳＩＳデータであると識別するために“０ｘ１ＦＦＥ”にセットされたヘッダＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットに、それらをカプセル化する。ＭＰＥＧパケットは、次に、“ＩＥＥＥ  ８０２．１４”仕様において定義されたように、いくつかの実施例において、ＡＴＭプロトコルデータ単位（ATM protocol data units：ＡＰＤＵ）に分解される。しかしながら、他の実施例において、ＭＰＥＧパケットは、ＡＰＤＵに分解されないと共に、直接リードソロモン符号化ブロックに分割される。これらのＡＰＤＵは、各ブロックに関する誤り検出ビット及び誤り訂正ビットを備える、順方向誤り訂正符号化のためのリードソロモン（ＲＳ）符号化ブロックに分割される。次に、ＲＳブロックはインタリーブされて、インタリーブされたシンボルに分解されると共に、ＨＦＣを利用する伝送のための信号点配置における信号点（constellation points）にトレリス（Trellis）符号化されるかもしれないし、またはされないかもしれない。
【００７４】
図５は、従来技術におけるＨＦＣを介した双方向のＶＯＤサービス配信システムでは帯域外を伝送される管理及び制御データ（Ｍ＆Ｃデータ）を伝送するために、ＤＯＣＳＩＳ帯域内チャンネルを使用するビデオオンデマンド及び双方向サービスに加えて、ＨＦＣシステム上のデジタルビデオ放送プログラムを伝送する、まさにデジタルサービスヘッドエンドの下り方向信号専用の装置のブロック図である。少なくとも上り方向信号の管理及び制御データを伝送する上り方向信号のＤＯＣＳＩＳチャンネルは、双方向のＶＯＤサービスを実施するために必要とされるが、過度の複雑性なく本発明の基礎的なアイデアを強調するために、アナログＮＴＳＣ伝送回路と、上り方向信号のＤＯＣＳＩＳチャンネル及びＭＰＥＧ−２伝送ストリーム受信回路は、図５には示されない。１つ以上のサーバ１０は、ケーブルモデム終端システム（Cable Modem Termination System：ＣＭＴＳ）２０から、配線１１によって、双方向サービスに関する要求を受信する。好ましい実施例において、ＣＭＴＳ２０は、ＨＦＣを利用する純粋なＤＯＣＳＩＳの上り方向信号のチャンネル３３上の上り方向信号のＤＯＣＳＩＳ通信を処理するために、業界標準のＤＯＣＳＩＳ通信プロトコル処理を実行するサーバである。セットトップボックスは、双方向サービス及びビデオオンデマンド伝送に関する命令と、インターネットを介してＩＰパケットにより配信される他のサービスに関する要求を、ユーザから受信する。いくつかのＳＴＢ、特にウェブブラウザ及び電子メールクライアントを実行するパーソナルコンピュータに対するＬＡＮ接続を有するＳＴＢにおいて、ユーザは、赤外線接続または無線周波数接続によりＳＴＢに接続された彼らのＰＣまたはワイヤレスキーボードによって、電子メールを要求すると共に、ウェブを見て回り、ダウンロード及びウェブページを要求することができる。他の従来のＤＯＣＳＩＳメッセージと同様に、測定バースト（ranging bursts）、上り方向信号の帯域幅要求等のようなそれらのリクエストは、管理及び制御パケット（Ｍ＆Ｃ上り方向信号データ）に変換されると共に、ＳＴＢ内のＤＯＣＳＩＳと互換性があるケーブルモデム（cable modem：ＣＭ）送信機によって、ヘッドエンドにおける、もしくはインターネット上の適切なサーバに対してアドレス指定されたＩＰパケットにカプセル化される。ＩＰパケットは、ＳＴＢのＣＭ送信機によって、サービスにおけるＭＡＣアドレスにアドレス指定されたＭＡＣフレームにカプセル化されると共に、ＭＡＣフレームは、ＳＴＢのＤＯＣＳＩＳケーブルモデム送信機によって上り方向信号のＤＯＣＳＩＳチャンネル３３上で伝送される、順方向誤り訂正化（forward error corrected：ＦＥＣ）シンボルに分解されたＭＰＥＧパケットにカプセル化される。
【００７５】
ヘッドエンドにおいて、物理的メディア従属階層（physical media dependent layer）３０は、上り方向信号のＭＰＥＧパケットをＤＯＣＳＩＳ上り方向信号から復元すると共に、それらをデータ経路２９経由で伝送収束サブ階層処理（transmission convergence sublayer process）２１に対して送信する。そこでＭＡＣフレームは、ＭＰＥＧパケットから復元されると共に、ＩＰパケットを復元し、測定（ranging）や上り方向信号の帯域幅要求等に関する他の従来のＤＯＣＳＩＳ処理を実行する他のＤＯＣＳＩＳ階層に経路を指定して送信される。双方向サービスに関する要求を伝送するＩＰパケットが、サーバ１０に経路を指定して送信されると共に、インターネットアクセス、またはＩＰパケットによって配信される他のサービスに関する要求を伝送するＩＰパケットが、データ経路１３経由でサーバ２６に経路を指定して送信されるように、ＩＰパケットは、次に、適切なサーバに経路を指定して送信される。
【００７６】
サーバ１０は、顧客により要求されたＶＯＤ及び／または双方向サービスを、配線１２にＭＰＥＧ伝送ストリームとして出力することによって、前記要求に応答する。１つ以上のサーバ１４は、規則正しく予定される、またはそれに近いビデオオンデマンドデジタル放送プログラムを、配線１６に別のＭＰＥＧ−２伝送ストリームとして出力する。配線１８は、サーバ１０、サーバ１４、またはサーバ２６と同一であるかもしれないし、または同一ではないかもしれない管理及び制御データサーバ１９によって検索されたか、または生成された管理及び制御データを伝送する。配線１８上のＭ＆Ｃデータは、以前は従来技術における下り方向信号のＯＯＢチャンネルによって送信されたデータである。Ｍ＆Ｃデータは、それをＩＰパケットにカプセル化するＤＯＣＳＩＳ通信プロトコル処理２０のセットに供給され、その場合に、それは特別なＳＴＢ通信に対してアドレス指定されたＭＡＣフレームか、または同報通信としてアドレス指定されたＭＡＣフレームにカプセル化される。ＭＡＣフレームは、伝送収束階層（transmission convergence layer）２１において、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにカプセル化されると共に、データ経路２２経由で伝送マルチプレクサ２４に送信される。インターネットアクセスのような他のサービスを提供するサーバ２６によって供給されるような他のデータは、同様にＤＯＣＳＩＳ通信プロトコル２０に供給されることができる。そこで、前記の他のサービスのデータは、もしまだＩＰパケットにカプセル化されていない場合、データを要求した処理のＩＰアドレスにアドレス指定されたＩＰパケットにカプセル化される。これらのＩＰパケットは、他のサービスデータを要求した装置及び処理を有するＳＴＢか、または他のサービスデータを要求した装置及び処理に接続されたＳＴＢに対してアドレス指定されたＭＡＣフレームにカプセル化される。これらのＭＡＣフレームは、その場合に、好ましい実施例において、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにカプセル化されるが、しかし代替実施例において、ＣＭＴＳ２０は、管理及び制御データをＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤに加えると共に、他のサービスの高速データをプライベートデータＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットに加えるようにだけプログラムされることができる。例えば、図示されないが、しかし可能性があるのは“ｖｉｄｅｏ−ｏｖｅｒ−ＩＰ”のＩＰパケットを出力するビデオサーバである。ＤＯＣＳＩＳ通信プロトコル２０に供給されると共に、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤ、またはプライベートデータＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにカプセル化されるＭＡＣフレームに、これらは、同様にカプセル化されるであろう。
【００７７】
ここで使用された用語であるＭＰＥＧパケットは、ＭＰＥＧ−２伝送ストリームを含む１８８バイトの固定長のパケットを意味する。各々は、ＰＩＤフィールド及びペイロードセクションを含む４バイトのヘッダを備えている。ＤＯＣＳＩＳ  ＭＡＣフレームは、ペイロードセクションに入れられ得ると共に、ＰＩＤフィールドは、それが真であるとき、ペイロードセクションがＤＯＣＳＩＳデータを含むことを示す所定値を有している。配線２２上のＭＰＥＧパケットは、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有している。
【００７８】
配線１８上の管理及び制御データは、ＳＴＢに対するダウンロードのための要求されたアプリケーションソフトウェア、要求されたプログラムガイドデータ、ＥＭＭメッセージのような条件付きアクセスキーデータ、イベント提供データ、緊急アラートサービスデータ、及び双方向のＶＯＤサービスを管理及び制御するためのメッセージ、対象とされた広告等を含むことができる。ＤＯＣＳＩＳチャンネル３３上の上り方向信号の管理及び制御データは、以下の、双方向、及び／またはＶＯＤサービスに関する要求、従来のＤＯＣＳＩＳメッセージ、双方向サービスと関係する管理及び制御メッセージ、特定のアプリケーションソフトウェアダウンロードに関する要求、指定されたプログラムガイドデータに関する要求、ペイパービューイベントに関する購買要求、ゲーム用の上り方向信号データ、特定の条件付きアクセスキーデータに関する要求、特定のＳＴＢに対する対象とされる広告データの伝送において、広告主による使用に関して視聴者の習慣を監視するＳＴＢ内のエージェントプログラムのエージェントデータ等を有することができる。
【００７９】
伝送マルチプレクサ２４は、ＭＰＥＧ多重化信号を作成するために、配線２２上のＭＰＥＧパケットを配線１２、及び配線１６上のＭＰＥＧ伝送ストリームと結合する。伝送マルチプレクサ２４は、同様に、各伝送ストリームのテーブル内のデータを整理すると共に、配線２８上のいくつかのＭＰＥＧ−２伝送ストリームで構成される結合されたＭＰＥＧ−２多重化信号を生成するために、それ自身を多重化する。結合されたＭＰＥＧ−２多重化信号は、プログラム関連付けテーブル（Program Association Table：ＰＡＴ）と共にその上にインタリーブされた、配線１２、配線１６、及び配線２２からのＭＰＥＧパケットを備えている。ＰＡＴテーブルは、ＰＩＤ０を有するＭＰＥＧパケットにより伝送されると共に、どのＭＰＥＧ−２伝送ストリームが多重化信号内にあるかを定義する役目を果たす。各ＭＰＥＧ−２伝送ストリームは、その中にプログラムマップＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットを備えている。プログラムマップＰＩＤを有するこれらのパケットは、受信時に選択され得ると共に、プログラムマップテーブル、またはＰＭＴは、これらのパケットのペイロード部分から抽出され得る。ＰＭＴテーブルは、プログラム、またはサービスの一部であると共に、そこからＰＭＴが抽出されるＭＰＥＧ−２伝送ストリームに含まれるＭＰＥＧパケットのタイミング及び条件付きアクセスのデータに加えて、各プログラム、サービスまたは他のフローのデータを含むパケットのＰＩＤを識別するデータを含む。伝送マルチプレクサ２４は、配線１２、及び配線１６上で伝送ストリームを識別するために、プログラム関連付けテーブルにデータを書く。しかしながら、配線２２上のデータは、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにあり、従って、ＰＡＴテーブルにおける入力は必要ではない。これは、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤが予約したＰＩＤであると共に、ＰＭＴまたはＰＡＴのいずれにも入力を持たないからである。各ＭＰＥＧ−２多重化信号のプログラム関連付けテーブルに書かれたデータは、デジタルビデオ放送、ビデオオンデマンド、またはインターネットアクセスサービスのどの双方向サービスがＭＰＥＧ多重化信号の各伝送ストリームにあるかを識別する。
【００８０】
受信端において、特別なプログラム、またはフローが望まれる場合、プログラム、またはフローに関するＰＭＴに記載されたＰＩＤの内のいずれかを有するＭＰＥＧパケットは、復号化のために条件付きアクセス回路に対して送信されると共に、復元のためにＭＰＥＧビデオデコーダに対して送信されるストリーム及びそれらのぺーロードデータから抽出され得る。ＳＴＢにおいて、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態のＭ＆Ｃデータ、またはインターネットアクセスデータ、及びＳＴＢに対してアドレス指定されるＭＡＣフレームが抽出されると共に、ＳＴＢにおける適切な回路、もしくはデータを必要とするＳＴＢに接続されたコンピュータ、または他の顧客の構内装置における適切な回路に経路を指定して送信される。
【００８１】
伝送マルチプレクサ２４は、いくつかの伝送ストリームの中から、ＭＰＥＧ−２システム階層処理のためのシステム階層処理における従来の方法で、プログラムの収集物を含む単一の伝送ストリームを生成する。ＭＰＥＧ−２システム階層は、プログラムの収集物を含む単一の伝送ストリームから単一のプログラムを抽出するための、またはプログラムの収集物を含む単一の伝送ストリームからプログラムのサブセットを抽出するための機能性を提供するか、もしくは、いくつかの伝送ストリームからプログラムの収集物を含む単一の伝送ストリームを生成する。前者の機能は、各ＳＴＢにおける伝送ストリームデマルチプレクサによって実行される。あらゆるＭＰＥＧ−２システム階層の従来の機能は、ＭＰＥＧ符号化されたビデオ、オーディオ、プライベートデータ、時間同期化情報、そしてサービス及び制御情報を、単一のＭＰＥＧ−２伝送ストリームに結合することである。時間同期化情報は、ビデオ、オーディオ、及びプログラムのデータ部分を同期化させるために使用されるタイムスタンプである。プライベートデータは、ＯＯＢチャンネルにより通常送られたＭ＆Ｃデータ、またはあらゆる他のデータを含む、あらゆるユーザ定義されたデータであり得る。
【００８２】
配線２８上のＭＰＥＧ−２伝送ストリームパケットは、物理的メディア従属階層（physical media dependent layer：ＰＭＤ）３０に供給される。ＰＭＤ階層は、ＭＰＥＧパケットを、参照によってここに組み込まれる“ＩＴＵ−Ｔ  Ｊ．８３−Ｂ”の仕様に従った伝送のための、順方向誤り訂正保護されたシンボルに符号化する。一般に、ＭＰＥＧパケットは、リードソロモンブロックに分割されると共に、誤り検出ビット及び誤り訂正ビットと共に符号化される。その次に、これらのブロックは、インタリーブされると共に、インタリーブされたストリームは、それぞれ通常３ビットから成るセグメントに分割されると共に、第４の冗長ビットを加えるために、トレリス（Trellis）符号化される。その次に、これらの４ビットは、直交振幅変調及びＨＦＣ３２による伝送のためのシンボルの、実数要素を定義する２ビットと虚数要素を定義する２ビットに分割される。
【００８３】
全てのＭＰＥＧパケットは、４バイトヘッダ、及びあらゆる種類のデータを含むことができるペイロードセクションを備えている。全てのＭＰＥＧパケットのヘッダは、ペイロードセクションのデータがどのサービスに属するものかを定義するプログラム識別子、またはＰＩＤを含む。例えば、映画に関する圧縮されたビデオデータを含むパケットは、特別なＰＩＤを備えることになると共に、映画のサウンドトラックのオーディオデータを含むパケットは、異なるＰＩＤを備えることになる。他のＭＰＥＧ−２伝送ストリームデータ構造と共に結合されたパケットは、プログラムのための１つのＭＰＥＧ−２伝送ストリームを備えることになる。全てのＭＰＥＧ−２伝送ストリームは、その中に、ヘッダにプログラムマップＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットを備えている。これらのパケット内のデータは、どのＰＩＤがＭＰＥＧ−２伝送ストリーム（以下、単に伝送ストリームとする）における各プログラムの一部であるかを定義する前述のプログラムマップテーブル（ＰＭＴ）を定義する。このＰＭＴテーブル内のデータは、ＳＴＢにおいて、所望のプログラムのビデオ、及びオーディオ（及び、場合により表示されたグラフィックスのような補足的データ等）を含む正規の伝送ストリームから単にパケットをフィルタ処理して抽出するために使用される。
【００８４】
条件付きアクセスを実行するために、所望のプログラムのＰＩＤを有するパケットは、ＳＴＢにおいて逆多重化され得ると共に、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態のプライベートな条件付きアクセスデータは、伝送ストリームから逆多重化され、ユーザがプログラムを鑑賞する権限を有することを証明するため、及びスクランブルを解除するのに必要なキーを提供するために条件付きアクセス回路に供給される。もしアクセスが許可される場合、選択されたプログラムのＭＰＥＧパケットは、ＳＴＢ内の条件付きアクセス回路によって、スクランブルが解除される。スクランブルが解除されたＭＰＥＧパケットは、その次に、復元、及びその中のデータからのアナログＮＴＳＣテレビ信号の生成のためのＭＰＥＧデコーダ回路に供給される。
【００８５】
図６は、図５におけるブロック２０、ブロック２１、及びブロック３０を含むＨＦＣに対するＲＦインタフェース上のＤＯＣＳＩＳ通信のプロトコルスタックの更に詳細な図である。ＤＯＣＳＩＳは、ヘッドエンドとケーブルモデムとの間をインターネットプロトコル（ＩＰ）パケットが透過的に伝送されることを可能するために使用されるこれらのプロトコル（最も高い階層のプロトコル３３を除いて）を必要とする。ＤＯＣＳＩＳシステムは、従って、顧客の構内装置エンドにおいてケーブルモデム（cable modem：ＣＭ）またはＳＴＢと接続された、もしくは、ヘッドエンドにおいてケーブルモデム終端システム（Cable Modem Termination System：ＣＭＴＳ）と接続されたＩＰパケットソース及びあらゆる顧客の構内装置に対する伝送メカニズムとして透過的である。
【００８６】
ＣＭと、ＣＭＴＳの両方は、ＤＩＸリンクレイヤフレーミング（DIX link-layer framing）に関してＩＰをサポートしなければならないと共に、ＳＮＡＰフレーミング（SNAP framing）に関してＩＰをサポートすることができるＩＰホストの働きをする。ＣＭＴＳは、透過ブリッジの働きをすることができるか、もしくは、ルーティング及びＩＰ交換のようなネットワーク階層の転送を使用することができる。スペクトル管理機能、及びソフトウェアのダウンロードのような、特定の管理機能は、同様に、ＩＰ次第である。ＳＮＭＰブロック３４は、ヘッドエンドがＳＴＢからネットワーク管理データを推測すると共に、ヘッドエンドから遠隔操作でそれらの動作の特定のＳＮＭＰの態様を制御するために、ネットワーク管理データ及び命令をＳＴＢに送信することを可能にする、ネットワーク管理プロトコルを表す。
【００８７】
ＵＤＰ階層３６は、データグラムを組み立てると共に、ＩＰ階層３８は、送信元アドレス及び送信先アドレスを含むＩＰヘッダ情報を追加する。これは、特定のＩＰパケットが、特定のＳＴＢ、及びそれらのＳＴＢの中の特定のポートに対してアドレス指定されることを可能にする。ＩＰ階層は、その次に、データグラムを、ＩＰパケットのペイロード部分にカプセル化する。
【００８８】
アドレス決定プロトコル階層（Address Resolution Protocol layer）４０は、ＩＰアドレスを解明すると共に、それらを物理アドレスに対応付ける。今日のＩＰネットワークは、良く理解されていると共に、ネットワークと接続された装置を管理するのに必要とされる全ての仕掛け、及び手段を含み、従って、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態の帯域内でのＭ＆Ｃデータの伝送は、帯域内のＭ＆Ｃチャンネルによって双方向サービスを管理するのに、再度わざわざ一からやり直す必要性を回避するために、この事実を利用する。
【００８９】
リンク階層制御／ＤＩＸ階層（Link layer control/DIX layer：ＬＬＣ）４２は、パケットの内容を、単一の仮想回路上で複数のプロトコル（ＩＰ、及びＭＰＥＧ）を多重化するときに必要とされるＩＰデータグラム（IP datagram）として識別する、“ＩＥＥＥ  ８０２．２”によって指定されたヘッダ情報を加える。この階層は、同様に、全てのＩＰパケットが送信先に到達するように保険をかけるために、ＩＰ階層に信頼性の機能を提供する。
【００９０】
リンク保証階層（link security layer）４４は、ＩＰパケットの暗号化のような従来のＤＯＣＳＩＳ機能を実行する。
【００９１】
ＭＡＣ階層４６は、メディアの物理的特性から独立している物理的メディアへのアクセスを管理するＤＯＣＳＩＳプロトコルの一部分を実行するが、しかしノードの間のデータ交換のために、サブネットワークの位相的な特徴を考慮する。ＭＡＣの手続きは、共有されたメディア使用するために、フレーミング処理、測定処理、誤り制御処理、及び権利の獲得処理を有する。ＭＡＣ階層は、ＬＬＣ階層４２にサービスを提供するために、物理階層３０のサービスを使用する。
【００９２】
伝送収束階層は、以前はＯＯＢチャンネルを介して送信されたＭ＆Ｃデータを含むＤＯＣＳＩＳ  ＭＡＣフレームを取得するために、データリンク階層とＰＭＤ層３０との間のインタフェースを提供すると共に、このデータを、ヘッダにＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有する伝送ストリームのＭＰＥＧ−２パケットにカプセル化する。デジタルビデオデータ、またはあらゆる他のデジタルサービスデータのような他の種類のデータは、この階層において、同様にＭＰＥＧパケットにカプセル化されると共に、プライベートデータとして送信され得る。
【００９３】
ＰＭＤ、または物理的メディア従属階層（physical media dependent layer）３０は、ＭＰＥＧパケットを取得すると共に、それらをシンボルに分割し、そして順方向誤り訂正機能を実行し、そして上述したようにシンボルを送信する。
【００９４】
図７は、ＣＭＴＳエンド及びＣＭエンドの両方における、上り方向信号及び下り方向信号のＭ＆Ｃ帯域内チャンネル、及びサービス配信に関するプロトコルスタックを示す更に詳細なブロック図である。左側のプロトコルスタックは、ＣＭＴＳにおけるものであり、一方右側のプロトコルスタックは、ＣＭにおけるものである。この図は、どのようにＭ＆Ｃデータ、及び双方向サービス、及びビデオオンデマンドデータが、混合されたＭＰＥＧ−２伝送ストリーム、またはＭＰＥＧ−２多重化信号（１つの伝送ストリームより多い）に結合されると共に、物理的メディア従属（physical media dependent：ＰＭＤ）階層に送信され、ＨＦＣを介して伝送されるかを示す。Ｍ＆Ｃデータの双方向性のストリームは、配線４８上のデータのストリームである。配線４８は、上り方向信号と下り方向信号の両方のＭ＆Ｃデータを伝送すると共に、下り方向信号のＭ＆Ｃデータを生成し、かつ上り方向信号のＭ＆Ｃデータを使用するヘッドエンドのサーバと接続される。配線４８上のＭ＆Ｃデータは、特定のＳＴＢに対してアドレス指定される要求されたアプリケーションソフトウェアダウンロード、特定のＳＴＢに対してアドレス指定される要求されたプログラムガイドデータ、ＳＴＢからの指定されたプログラムガイドデータに関する要求、ＳＴＢからの特定のアプリケーションソフトウェアに関する要求、ＳＴＢからの条件付きアクセスキーに関する要求、特定のＳＴＢに対してアドレス指定された条件付きアクセスキー、ＳＴＢからのペイパービューイベント購入情報、特定のＳＴＢに対するイベント提供データ、ソフトウェアアップグレード及びバグ修正等を含むことができる。
【００９５】
ＰＨＹ階層５０は、サーバがデータ経路４８によってデータを転送するために使用するどんな物理インタフェース及びメディアでも使用して、ＤＯＣＳＩＳプロトコルサービスをこれらのサーバと結びつける。
【００９６】
データリンク階層５２は、配線４８と接続されたサーバに現れるＣＭに対して、データ経路を介してＰＨＹ階層から来る、加工していないデータの伝送が、伝送エラーのない状態であることを可能にするサービスを実行する。それは、データをフレームに分割し、順次にフレームを送信し、そしてＤＯＣＳＩＳの上り方向信号によってＣＭから戻る肯定応答フレームを処理することによって、これを実行する。データリンク階層５２は、特別なビットパターンを各フレームの初め、及び／または終わりに付加することによるようなフレーム境界を、生成すると共に認識するサービスを提供する。この階層は、同様に、失われたフレーム、もしくは損傷したフレーム、及びフロー制御の問題を扱うサービスを提供する。
【００９７】
ＩＰ階層５４は、データリンク階層から受信されたＭ＆Ｃデータフレームを、ＩＰパケットにカプセル化すると共に、特定のＳＴＢに対して下り方向信号のＭ＆Ｃデータをアドレス指定するために、ヘッダ内のＩＰアドレス指定情報を提供する。それから、ＩＰパケットは、８０２．２／ＤＩＸ／ＬＬＣ階層５６に送られる。
【００９８】
ＬＬＣ階層５６は、伝送のためにデータリンク階層フレームを組み立てる。リンク保証階層（Link security layer）５８は、暗号化のような保証サービスを提供する。
【００９９】
ＭＡＣ階層は、同期化、及びＵＣＤメッセージにおけるタイムスタンプを送信する処理、測定バーストのプリアンブルに関してこれら時間、周波数、位相、及び電力オフセットの測定を実行する受信機ハードウェア回路から時間、周波数、位相、及び電力オフセットを取得するための測定要求メッセージを送信する処理、測定バーストを送信したＳＴＢケーブルモデムに対して、時間、位相、周波数、及び電力オフセット調整を含む測定の応答メッセージを送信する処理、競合期間の間に帯域幅要求メッセージを受信する処理、帯域幅を要求したＳＴＢケーブルモデム間にＤＯＣＳＩＳの上り方向信号のミニスロットを割り当てるＭＡＰメッセージを送信する処理、ＤＯＣＳＩＳの上り方向信号における１つ以上の論理チャンネルのチャンネル特性を定義するＵＣＤメッセージを送信する処理等のようなＤＯＣＳＩＳ  ＭＡＣ階層プロトコルを実行する。ＭＡＰメッセージは、ＳＴＢケーブルモデムがそれらの測定要求を送信することができる、競合領域である初期放送局点検間隔（initial station maintenance intervals）を定義する情報要素を含む。ＭＡＰメッセージは、同様に、上り方向信号の帯域幅を必要とするＳＴＢが許可を要求する上り方向信号のメッセージを送信することができる要求競合領域（request contention areas）を定義する。ＭＡＰメッセージは、同様に、ＳＴＢケーブルモデムに割り当てられたＳＩＤに関して特定のＳＴＢに対する許可内容を定義する情報要素を含む。これらの許可内容は、その間にＳＴＢが、そのケーブルモデムを使用して上り方向信号のＭ＆Ｃデータ、または他のメッセージを送信することができる転送機会である。ＭＡＣ階層６０は、下り方向信号のＭＡＣフレームを生成すると共に、上り方向信号のＭＡＣフレームを受信し、かつそれらを処理する。ＤＯＣＳＩＳ  ＭＡＣプロトコルは、良く理解されていると共に、それらのそれ以上の討論はここで必要とされない。
【０１００】
下り方向信号のＭＡＣフレームは、ＭＡＣフレームをＭＰＥＧ−２パケットにカプセル化する伝送収束階層６２に出力される。
【０１０１】
Ｍ＆Ｃデータを備えるＭＰＥＧ−２パケットは、配線６４によって、伝送ストリームマルチプレクサ（transport stream multiplexer）６６に出力される。ビデオオンデマンド、双方向サービス、ブロードバンドインターネットアクセス、“ｖｏｉｃｅ−ｏｖｅｒ−ＩＰ”のための圧縮されたビデオ、オーディオ、及び他のデータを含む伝送ストリーム内のＭＰＥＧ−２パケットは、これらのサービスを提供するサーバからの配線６８によって到着する。伝送ストリームマルチプレクサは、全てのこれらのＭＰＥＧ−２パケットを、いくつかの伝送ストリームから成るＭＰＥＧ多重化信号に結合すると共に、ＰＡＴ及びＰＭＴテーブルを含むＭＰＥＧ−２パケットを生成する。結合された多重化信号は、配線７０によって物理的メディア従属階層７２に出力される。一般的に、ＰＭＤ階層７２は、配線７０上のデータに関して順方向誤り訂正処理を実行する。ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの下り方向信号のチャンネルの特性、及び特別なＰＭＤ階層の特性に応じて、その処理は変化し得ると共に、インタリーブの深さ、リードソロモンブロックサイズ、トレリス符号化のオンまたはオフのような順方向誤り訂正処理のいくつかの特性は、１つの実施例から次の実施例に変化し得るか、もしくはプログラム可能である。ＤＯＣＳＩＳ“２．０”の下り方向信号の場合、ＰＭＤ階層７２は、ＭＰＥＧ多重化信号をプログラム可能なブロックサイズのリードソロモン符号化ブロックに分解して、誤り訂正データと共にそれらを符号化し、もしインタリーブがオンにされている場合は、それらをインタリーブすると共に、もしスクランブル化がオンにされている場合は、それらにスクランブルをかける。そして、ビットのストリームをシンボルに分解し、もしトレリス符号化がオンにされている場合は、それらをトレリス符号化し、更にそれらをＨＦＣ７４上のＲＦ信号にＱＡＭ変調する。
【０１０２】
ＳＴＢにおいて、ＤＯＣＳＩＳと互換性があるケーブルモデムチューナは、ＭＰＥＧ多重化信号に周波数を合わせると共にこれを検波し、そして信号処理のために復元されたビットストリームをＰＭＤ階層７６に供給する。ＰＭＤ階層７６は、それに対してＰＭＤ階層７２によって行われた逆の処理を実行することによって、多重化信号のＭＰＥＧ−２パケットストリームを復元する。
【０１０３】
復元されたＭＰＥＧ−２パケットストリームは、配線７８によって伝送デマルチプレクサ８０に出力される。デマルチプレクサ８０は、ＳＴＢ内のプログラムされたマイクロプロセッサ（図示せず）から配線８２によってフィルタ命令を受信する。ＳＴＢ内のマイクロプロセッサは、ユーザがどのチャンネルに周波数を合わせることを望むか、どのペイパービューイベントをユーザが発注したいか、どのプログラムガイドデータをユーザが見たいか、その双方向サービスにユーザが加入したいか、どのブデオオンデマンド映画をユーザが視聴したいか等に関するユーザ入力を受信するナビゲーションプログラムを実行する（好まれた実施例においてはＳＴＢに常駐している）。このデータは、配線８４上の上り方向信号のＭ＆Ｃメッセージデータ、及び配線８２上のフィルタ命令に変換される。フィルタ命令は、ＰＩＤによってＭＰＥＧ−２多重化信号からどのＭＰＥＧ−２パケットを抽出するかを伝送デマルチプレクサ８０に通知する。
【０１０４】
マイクロプロセッサは、ＰＭＴテーブルの調査からこれらのＰＩＤを得る。これらのフィルタ命令を取得するために、伝送ストリームデマルチプレクサ８０は、まずＰＩＤ０を有するパケットをフィルタ処理して抽出する。これらのパケットは、どの伝送ストリームが多重化信号内にあるかを定義するＭＰＥＧ−２プログラム関連付けテーブルを含む。次に、伝送デマルチプレクサは、要求されたサービスを伝送する伝送ストリームを選択すると共に、プログラムマップＰＩＤを含むパケットを抽出する。これらのパケットは、どのＰＩＤがそれぞれ供給されたサービスと結合しているかを定義するプログラムマップテーブル（ＰＭＴ）を取得するために処理される。要求されたサービスのＰＩＤを有するパケットは、ＭＰＥＧ多重化信号から抽出されると共に、配線９０によって復号化のための条件付きアクセス回路（図示せず）に対して供給され、それから、ＮＴＳＣ信号を生成するＭＰＥＧビデオ及びオーディオデコーダに対して供給される。
【０１０５】
ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧ−２パケットは、抽出されると共に、配線８６によって伝送収束階層８６に対して供給される。そこで、ＭＰＥＧ−２パケットにカプセル化されたＭＡＣフレームが復元される。ＭＡＣフレームは、ＭＡＣフレームが処理されるＭＡＣプロトコル処理９２に渡され、ＣＭＴＳからのあらゆる下り方向信号のメッセージは、従来のＤＯＣＳＩＳの形式で復元されて実行され、そしてＭＡＣフレームから復元されたデータがリンク保証階層９４に渡される。
【０１０６】
リンク保証階層９４は、ＭＡＣ階層から受信されたデータを復号化すると共に、復号化されたデータをＬＬＣ階層９６に渡す。ＬＬＣ階層は、ＩＰパケットを復元するために、ＣＭＴＳ側のデータリンク階層５２によって組み立てられたフレームを分解し、そしてＩＰパケットをＩＰ階層９８に渡す。ＩＰ階層は、ＩＰアドレスを物理アドレスに変換することによって、ＩＰパケットを経路を指定して送信すると共に、Ｍ＆Ｃデータを、配線８４によって、条件付きアクセス回路、マイクロプロセッサ等のような適切なＳＴＢ制御回路（図示せず）に送信する。様々なＳＴＢ回路に送られたＭ＆Ｃデータの種類に関する更に多くのことが、簡略化されたＳＴＢの記述に関連して説明されることになる。Ｍ＆Ｃデータは、ＳＴＢマイクロプロセッサに経路を指定して送信されるＰＭＴテーブルデータを含む。マイクロプロセッサは、各発注されたサービスのデータを含むＭＰＥＧ−２パケットが、どのＰＩＤを含むことになるかを決定するために、双方向サービス、ビデオオンデマンド、ユーザが発注した他のサービスに関して保持されたデータをＰＭＴテーブル内のＰＩＤデータと比較する。これらのＰＩＤは、伝送デマルチプレクサ８０に対する配線８２上のフィルタ命令を生成するために使用され、従って、それは、発注されたサービスを含むＭＰＥＧパケットを抽出し得る。
【０１０７】
（サービスに関する要求、特別なアプリケーションプログラムのダウンロード、または特別なプログラムガイドデータ、または特別なサービスのための復号化キーに関する要求のような）上り方向信号のＭ＆Ｃデータは、ＳＴＢ制御回路から、データ経路８４を介してＩＰ階層９８に送信されると共に、Ｍ＆Ｃデータを扱うヘッドエンドのサーバに対してアドレス指定されたＩＰパケットにカプセル化される。その次に、ＩＰパケットは階層９６、階層９４、階層９２、階層８８に伝えられると共に、順方向誤り訂正のため、及び従来のＤＯＣＳＩＳのＱＡＭ変調されたＲＦ信号としてＨＦＣ上で上り方向信号を伝送するための、上り方向信号ケーブル物理的メディア従属階層（upstream cable physical media dependent layer）１１８に対して、配線１１６上のＭＰＥＧ−２パケットとして渡される。
【０１０８】
ヘッドエンドにおいて、上り方向信号ケーブル物理的メディア従属階層１２０は、ＱＡＭ信号を受信して検波すると共に、その中のＭＰＥＧパケットを復元し、そして配線１２２によってそれらを伝送収束階層６２に対して渡す。ＴＣ階層６２は、配線１２２上のＭＰＥＧパケット内のＭＡＣフレームを復元すると共に、ＭＡＣフレームが処理されるＭＡＣプロトコル階層６０にＭＡＣフレームを渡す。例えば、上り方向信号の測定バーストは、タイミングオフセット、位相、及び周波数オフセット、及び電力オフセットに関して生成された測定値を備えている。各ＳＴＢケーブルモデムに関する結果は、測定応答メッセージと呼ばれる下り方向信号のＭＡＣメッセージに入れられる。このメッセージは、ＳＴＢに送信されると共に、ＤＯＣＳＩＳモデム送信機回路によって、その中でＤＯＣＳＩＳの上り方向信号と同期化状態になるように調整するために使用される。上り方向信号のＭ＆Ｃデータは、ＭＡＣ階層６０によって、リンク保証階層５８、及びＬＬＣ階層５６を通じてＩＰ階層５４に対して渡される。なお、それらの全ては、データに関して従来のＤＯＣＳＩＳ処理を実行する。ＩＰ階層５４は、上り方向信号のＭ＆Ｃデータを、データ経路４８上の伝送のためのデータリンク階層５２、及びＰＨＹ階層５０を通じて、上り方向信号のＭ＆Ｃデータを扱うサーバに対して経路指定して送信する。
【０１０９】
ＳＴＢの考察に戻ると、ＳＴＢに接続されたパーソナルコンピュータ、または他の装置に対して経路を指定して送信されることが必要な、ブロードバンドインターネットアクセス、“ｖｏｉｃｅ−ｏｖｅｒ−ＩＰ”等のような典型的なＤＯＣＳＩＳサービスのためのデータを含むあらゆる下り方向信号のＩＰパケットは、ローカルエリアネットワークインタフェース１００に対して、経路を指定して送信される。これは、これらのＩＰパケットをＬＬＣ階層プロトコル１０２に渡すＩＰ階層９８によって実行される。ＬＬＣ階層プロトコル１０２は、従来のＤＯＣＳＩＳ処理を実行すると共に、その結果生じるフレームをＭＡＣ階層プロトコル１０４に渡す。ＭＡＣ階層プロトコル１０４は、ＭＡＣフレームを生成すると共に、ローカルエリアネットワーク１００にアクセスするために必要とされるプロトコルを実行する。その結果生じるＭＡＣフレームは、説明された実施例における８０２．３の１０Ｂａｓｅ−Ｔイーサネット（登録商標）インタフェースであるＬＡＮ物理階層インタフェース１０６に供給される。そこで、ＭＡＣフレームは、イーサネット（登録商標）フレームにカプセル化されると共に、ＭＡＣアドレスはＬＡＮでの物理アドレスに変換され、そしてＰＣ１０８、“ｖｏｉｃｅ−ｏｖｅｒ−ＩＰ”電話１１０、セキュリティカメラ１１２、（ｖｉｄｅｏ−ｏｖｅｒ−ＩＰサービスのための）デジタルビデオレコーダ１１４等のようなＬＡＮと接続された適切な装置に送信される。これらの装置からの上り方向信号のデータは、もしあれば、階層１０６、階層１０４そして階層１０２のプロトコルを介して逆の経路を利用すると共に、ＩＰ階層９８によって、上り方向信号のデータが属する特別なサービスを扱っているヘッドエンドにおけるどんなサーバに対してもアドレス指定される。そこから、上り方向信号のサービスデータは、それがヘッドエンドにおけるＰＨＹ階層プロトコル５０に達するまで、同じ経路を利用すると共に上り方向信号のＭ＆Ｃデータと同じ処理を有する。そこで、それは、各パケットが関係する特別なサービスを扱っているヘッドエンドにおけるどんなサーバに対しても経路を指定して送信される。
【０１１０】
「ＤＯＣＳＩＳ帯域内Ｍ＆Ｃチャンネルによる使用のための１つのチューナを備える簡単なセットトップボックス」
図８を参照すると、ＳＴＢ及び供給されたサービスを管理するためのＤＯＣＳＩＳ帯域内管理及び制御チャンネルに加えて、双方向のＶＯＤデータ、及び他のサービスを受信するための１つのチューナを備える簡単なセットトップボックスの構成図が示される。ＨＦＣ７４は、ここで確認された付加機能を実行するために変更された従来のＤＯＣＳＩＳケーブルモデム１２４の一部であるチューナ１２６と接続される。チューナは、ＭＰＥＧ多重化信号の搬送波周波数に周波数を合わせる。いくつかの実施例において、その周波数は固定され得る。他の実施例において、チューナは、周波数に敏感であると共に、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態の下り方向信号のメッセージを経由してヘッドエンドがＳＴＢに周波数を合わせるように通知するどんな周波数にも周波数を合わせる。このメッセージは、配線１３０によって、チューニング命令をチューナ１２６に送信するマイクロプロセッサ１２８に対して経路を指定して送信される。チューナは、多重化信号を検波すると共に、ＭＰＥＧ−２多重化信号の帯域外の不必要なＲＦ信号をフィルタ処理して除外する。あらゆるＤＯＣＳＩＳと互換性があるケーブルモデムチューナが使用され得る。一般的に、チューナは、その利得がマイクロプロセッサによって制御される自動利得制御（ＡＧＣ）増幅器を備えているであろう。ＡＧＣ増幅器は、下り方向信号のＭＰＥＧ多重化信号が存在する帯域の外側のＲＦ信号をフィルタ処理して除外する、広い通過帯域を備える帯域通過フィルタを駆動するであろう。バンドパスフィルタは、フィルタ処理されたＭＰＥＧ多重化信号を、その信号を中間周波数（ＩＦ）信号までミックスダウンするように、それをマイクロプロセッサ１２８によって制御された周波数を有する、周波数に敏感な局部発振器信号と混合するミキサに供給する。ＩＦ信号は、その次に、ＩＦ信号の帯域幅に等しいようにセットされる通過帯域帯域幅を有する狭通過帯域フィルタにおいてフィルタ処理される。最終的に、アナログデジタル変換器は、サンプルのストリームを出力するように、ナイキスト基準を満たすために、十分に速い速度で信号をサンプリングする。いくつかの実施例において、サンプルのこのストリームは、狭帯域干渉波（narrow band interference）によって損なわれた可能性があるサンプルを除去するために、既知の狭帯域切除回路によって処理される。
【０１１１】
フィルタ処理されたサンプルは、受信された信号点配置における信号点からＭＰＥＧ−２パケットを復元するように機能するＱＡＭ復調器１３２に出力される。受信された信号点配置における信号点からからＭＰＥＧ−２パケットを復元し得るあらゆる従来のＤＯＣＳＩＳモデムＱＡＭ復調器回路で十分であろう。いくつかの実施例において、ＱＡＭ復調器は、スペクトラム拡散がオンされているか、またはオフされているかを示す下り方向信号のチャンネルのＵＣＤメッセージパラメータに基づいてターンオンまたはターンオフされるプログラム可能な逆拡散器（despreader）を備えるであろう。逆拡散器は、スペクトラム拡散された下り方向信号のバーストを逆拡散するように機能する。いくつかの実施例において、ＱＡＭ復調器は、同様に、ＵＣＤメッセージが下り方向信号のＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤチャンネルのコードホッピングが有効状態にあることを示すときに、下り方向信号のチャンネルでコードホッピングを追跡するためのプログラム可能なコードホッパを備える。しかしながら、好ましい実施例において、スペクトラム拡散された下り方向信号のバーストは、下り方向信号のＤＯＣＳＩＳチャンネル上では許されず、従ってＱＡＭ復調器は、スペクトラム拡散されないデジタル化されたＱＡＭ信号を検波するのに必要とされる回路を単に備える。一般的に、この回路は、ヘッドエンドにおける下り方向信号のＰＭＤ階層によって実行された順方向誤り訂正処理を元に戻すのに必要とされる回路を備える。一般的に、これはサンプルバッファ、復元された下り方向信号のシンボルクロックに局部発振器シンボルクロックを同期させる下り方向信号のシンボルクロック復元回路、プログラム可能なビタビ復号器が受信された信号点配置における各信号点のデータビットを検出するイコライザフィルタ、リードソロモン（ＲＳ）ブロックを再構成し、それをデインタリーブすると共に、各ブロックの誤り検出ビット及び誤り訂正ビットを用いてそれらをエラー訂正する回路、及び復号化されたＲＳブロックからＭＰＥＧ−２パケットを再構成する伝送制御階層インタフェースを備える。
【０１１２】
多重化信号のＭＰＥＧ−２パケットは、配線１３４によって伝送ストリームデマルチプレクサ１３６に対して出力される。このデマルチプレクサは、マイクロプロセッサ１２８から、デジタルビデオ放送、双方向サービス、ビデオオンデマンド、及びユーザが発注した他のサービスの圧縮データを伝送するプログラム基本ストリーム（ＰＥＳ）のＰＩＤを示す、配線１３８上のフィルタ命令を受信する。マイクロプロセッサ１２８は、ユーザがどんなサービスを発注したかを、ユーザが遠隔操作によって入力したナビゲーション命令、及びＩＲ／ＲＦ受信機インタフェース１４２によって受信された赤外線またはＲＦ命令１４０を監視する効力によって知る。これらのコマンドは、それらを、データ経路１４４上の上り方向信号のＭ＆Ｃ要求データ、及びデータ経路１３８上のフィルタコマンドに変換するマイクロプロセッサ１２８に対して送信される。上り方向信号のＭ＆Ｃデータは、ＤＯＣＳＩＳケーブルモデム送信機１４６によって、従来のＤＯＣＳＩＳ上り方向信号１４８上の上り方向信号で伝送される。伝送ストリームデマルチプレクサ１３６は、発注されたサービスを含むＭＰＥＧ−２パケットをフィルタ処理して抽出すると共に、それらを条件付きアクセス回路１５０へ送信することによりフィルタ命令に応答する。同様にデマルチプレクサ１３６は、ＰＡＴテーブルを含むＰＩＤ０を有するＭＰＥＧパケットをフィルタ処理して抽出すると共に、受信されたＭＰＥＧ−２多重化信号にどの伝送ストリームがあるかを決定する際にマイクロプロセッサ１２８によって使用するために、それらをメモリ１５２に記憶する。マイクロプロセッサ１２８は、その次に、要求されたサービスのデータを伝送するＭＰＥＧ−２パケットを含む伝送ストリームに関するＰＭＤテーブルのＰＩＤを決定するために、ＰＡＴテーブルを処理する。マイクロプロセッサは、次に、伝送ストリームデマルチプレクサ１３６に対して、それにＰＭＴテーブルを含むＭＰＥＧ−２パケットを抽出すると共にメモリ１５２にそれらを読み込むように要求するフィルタ命令を送信する。一度これが実行されれば、マイクロプロセッサは、要求されたサービスに関して格納されたデータをＰＭＴテーブル内のＰＩＤと比較すると共に、要求されたサービスがどのＰＩＤにあるかを決定する。その次に、適切なフィルタ命令が生成されると共に、条件付きアクセス復号化回路１５０に経路を指定して送信するのに、伝送ストリームデマルチプレクサ１３６に発注されたサービスのパケットを抽出させるために、適切なフィルタ命令は伝送ストリームデマルチプレクサ１３６に対して送信される。
【０１１３】
図８のＳＴＢは、参照によってここに組み込まれた“Open Cable Architecture”ブックで説明された条件付きアクセスの従来技術方法を使用することができる。代りに、ＳＴＢは、ＤＯＣＳＩＳキー交換プロトコル（DOCSIS key exchange protocol）を使用することができるか、または、それは、以下で説明される少ない帯域幅の集中的な（less-bandwidth-intensive）、アスクアンドレシーブ（ask-and-receive）条件付きアクセス方法を使用することができる。このアスクアンドレシーブプロトコル（ask-and-receive protocol）において、従来技術のデータカルーセルは除去されると共に、特別なサービスのための特別なＳＴＢによって必要とされるキーだけが要求され、そしてＥＭＭメッセージ、及びＥＣＭメッセージとしてＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態で帯域内において送信される。従来技術に関するアスクアンドレシーブプロトコルの差異は、全てのサービスのための全てのＥＭＭ、及びＥＣＭを含むＯＯＢチャンネルにデータカルーセルがないことである。必要とされるキーだけが送信されると共に、それらはＯＯＢチャンネルでは送信されない。アスクアンドレシーブプロトコルに関する更に多くの詳細は、以下の条件付きアクセスプロトコル（Conditional Access Protocol）の下で説明される。
【０１１４】
マイクロプロセッサ１２８によって生成されたフィルタ命令は、ペイパービューイベント、ＶＯＤ等のような暗号化されたサービスのあらゆるパケットのペイロードデータを復号化するために必要とされる権利管理メッセージ（ＥＭＭ）及び権利制御メッセージ（ＥＣＭ）に復号化キーを含むＭＰＥＧ−２パケットを、伝送ストリームデマルチプレクサ１３６にフィルタ処理して抽出させる。もし条件付きアクセスの従来技術方法が代替実施例で使用される場合、条件付きアクセス回路１５０は、それらが安全性において違反する場合には除去されると共に、取って代わられ得るように、双方共がスマートカードに搭載される保証されたマイクロプロセッサ、及びペイロード復号化エンジンである。他の実施例において、条件付きアクセス回路は、ＳＴＢにおける専用配線である。従来技術方法において、フィルタ命令は、ＥＭＭメッセージが、ＭＰＥＧ−２多重化信号におけるＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤからフィルタ処理して抽出されるようにすると共に、セッションキーを復元するためにそれらを復号化する保証されたマイクロプロセッサ１５０に送信されるようにする。フィルタ命令は、同様に、ＥＣＭメッセージが、ＭＰＥＧ−２多重化信号におけるＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤからフィルタ処理して抽出されるようにすると共に、作業キーを復元するためにセッションキーを使用する復号化のための保証されたマイクロプロセッサ１５０に送信されるようにする。作業キーは、その場合に、暗号化されたサービスのデータを含むＭＰＥＧ−２パケットと共に、ペイロード復号化エンジンに送信される。暗号化されたペイロードセクションは、作業キーを用いて復号化されると共に、その結果生じるデータは、復元のためにＭＰＥＧデコーダ１５４に送信される。復元されたデータは、システムが運営される国、及びＳＴＢが接続されるテレビ／ＶＣＲ１５８の種類に適当なアナログテレビ信号を生成するために、ＮＴＳＣ／ＰＡＬ／ＳＥＣＡＭエンコーダに送信される。アナログテレビ信号は、チャンネル３、またはチャンネル４の周波数を有するＲＦキャリアにテレビ信号を変調するために、再変調回路１６０に供給される。いくつかの実施例において、同様に、エンコーダ１５６は、ＲＣＡジャックインタフェース上のコンポジットビデオ及びオーディオ信号、または同様にＲＣＡジャックインタフェース上のコンポーネント出力信号、またはＳ−ＶｉｄｅｏジャックにおけるＳ−Ｖｉｄｅｏ信号、またはＡＣ−３信号、または上述の他のフォーマット出力のサブセットの全て、もしくはいくつかを出力する。
【０１１５】
マイクロプロセッサ１２８は、ユーザ命令に応答するために、メモリ１５２に格納された常駐のナビゲーションプログラム、及びオペレーティングシステムを実行する。マイクロプロセッサは、各リクエストを処理するのに必要とされるアプリケーションソフトウェアだけをダウンロードするための上り方向信号の要求を生成すると共に、発注されたサービスのデータを含むパケットを復号化するのに必要とされる条件付きアクセスキーだけをダウンロードするための上り方向信号の要求を生成する。もしユーザがプログラムガイドデータを要求した場合、マイクロプロセッサ１２８は、全体のプログラムガイドではなく所望のプログラムガイドデータだけを要求するための上り方向信号のＭ＆Ｃリクエストを生成するようにプログラムされる。いくつかの実施例において、マイクロプロセッサは、同様に、現在の時間、またはユーザの規定するどこかの時間の頃に、どのような他のプログラムが近隣のチャンネル上で利用可能であるかを、そのユーザが理解し得るように、ユーザの要求が受信されたチャンネルに対する近隣のチャンネルに関するプログラムガイドデータを同様にダウンロードするための、上り方向信号の要求を生成することができる。同様にマイクロプロセッサ１２８は、同様に、ユーザが発注したサービスを実行するアプリケーションソフトウェアを伝送するＭＰＥＧパケットを受信するように機能し、パケットをコンピュータプログラムに翻訳し、メモリ１５２にコンピュータプログラムを読み込み、そして入力されるサービスのＭＰＥＧ−２パケットを処理するように時間通りにそれを開始する、メモリ１５２に常駐する読み込み処理（loader process）を実行する。ヘッドエンドは、サービスデータそのものが下り方向信号で送信される時間より先に、サービスに関するアプリケーションソフトウエアを読み込むと共に開始するための十分な読み込み時間を与えるように、発注されたサービスに関するアプリケーションソフトウェアのＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態での送信に責任を負う。
【０１１６】
メモリ１５２は、図７においてケーブルモデム側に示されるようなＤＯＣＳＩＳプロトコルを実装するマイクロプロセッサ１２８による実行のためのプログラムを格納する。下り方向信号のＰＭＤ階層の機能性は、ＤＯＣＳＩＳ送信機回路１４６において実行される。同様にメモリ１５２は、以下で説明される読み込みプログラム（loader program）と同様に、ユーザインターフェースの実装、ナビゲート、オペレーティングシステムの実装、ユーザ命令の受信及びサービスに関する上り方向信号の生成、キー及びアプリケーションプログラムのダウンロードのようなＳＴＢを制御するためのプログラムを格納する。
【０１１７】
いくつかの実施例において、マイクロプロセッサ１２８は、ユーザが視聴するか、または利用するプログラム及びサービスの集計の実行を維持するエージェントプログラムを実行するようにプログラムされると共に、このデータを定期的に上り方向信号のＭ＆Ｃデータとして送信するか、またはそれを要求するヘッドエンドを待って送信する。これは、ヘッドエンド回路が、ビューアの味付け及び優先傾向に従って選択された広告メッセージを生成すると共に、対象とされる適切なＳＴＢに下り方向信号によって送信することを可能にする。
【０１１８】
図９は、ＮＴＳＣ／ＰＡＬ／ＳＥＣＡＭエンコーダ１５６が、適切なフォーマットのアナログテレビ信号を生成すると共に、プログラムガイドデータ、ナビゲーション情報、及び他の必要とされるどんなグラフィックス情報でも表示するために、表示された画像にグラフィックスをオーバレイ表示するマルチメディアグラフィックスプロセッサである、１つのチューナを備えるＳＴＢの代替実施例を示す。そのようなグラフィックスプロセッサは、現在のＤＢＳ及びケーブルシステムのＳＴＢで使用される。
【０１１９】
図１０は、“ＴＩＶＯ”タイプのデジタルビデオ録画能力を有する、１つのチューナを備えるＳＴＢの代替実施例を表す。この実施例において、メモリ１５２は、上述のプログラムに加えて、ハードディスクコントローラＩＥＥＥ１３９４インタフェース１６４を使用するハードディスク１６２を制御するためにマイクロプロセッサ１２８が実行するデジタルビデオ録画プログラムを格納する。この実施例は、“ＴＩＶＯ”、及び他の既知のデジタルビデオテープレコーダの他の全ての機能と同様に、ユーザが、あるショーを録音するためのシーズンパスを得るために要求を入力すること、タイトル、または他の基準によってショーに関するプログラムガイドデータを検索すること、プログラムガイドをブラウズすると共に、記録するためにプログラムを選択すること、記録するための時間とチャンネルを手動で入力すること、ユーザの優先傾向を自動的に学習するか、もしくはユーザに、親指で上げ下げするボタンの押下を通して、デジタルビデオテープレコーダに対して彼女の優先傾向を教えさせ、ユーザが興味深いものを発見するかもしれないショーを自動的に記録すること、記録されたプログラムの再生と、正常な及びマルチスピードの早い早送りと高速巻き戻し、スローモーション、凍結フレームのストップアクション、生放送のテレビのポーズ、そして生放送のテレビを見られると共に巻き戻し可能に記録することを可能にする。他の特徴は、ビューアマガジン等の次のアトラクションの、ショーケースプレビュー（showcases previews）を含む。データは、以下の、プログラムガイドデータまたはＶＯＤメニューを要求する上り方向信号のＭ＆Ｃメッセージを生成する処理と、放送プログラムまたはＶＯＤプログラムを記録するためのユーザ命令を受信する処理、またはをシーズンパス機能によって、または“ＴＩＶＯ”優先傾向選択機能によって特定のプログラムを記録するために自動的に生成された要求を受信する処理と、その要求をＶＯＤプログラム及びその条件付きアクセスキーのダウンロードを要求する上り方向信号のＭ＆Ｃメッセージに変換するか、または記録されるべき放送の指定された時間に、条件付きアクセスキーのダウンロードを要求するＭ＆Ｃの上り方向信号のメッセージを生成するか、または伝送デマルチプレクサに対して、要求されたＶＯＤプログラムまたは記録されるべきデジタルビデオ放送のＭＰＥＧ−２パケットを抽出するようにそれに指示するフィルタ命令を生成する処理と、それらのＭＰＥＧ−２パケットをメモリに受信する処理、及び、それらがプログラムに関する条件付きアクセスキーを含むＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態で送信されたＭＰＥＧ−２パケットと共に記憶されるハードディスク１６２に、それらをハードディスクインタフェース１６４を通じて転送する処理とを実行することにより、マイクロプロセッサによって記録される。例えば、タイトル、評価、チャンネルに沿った俳優及びプロット要約、及び記録された情報の時間と日付を含むプログラムガイド補助データは、プログラムデータと共に、同様に記憶されることができる。プログラムは、マイクロプロセッサ１２８が以下の、ハードディスク１６２上に記録されたプログラムのリストを表示するための要求をユ���ザから受信する処理と、指定されたプログラムを再生するためのユーザの要求を受信する処理と、ハードディスクインタフェース１６４に対してプログラムのＭＰＥＧ−２パケットの取得を要求する命令を送信する処理と、ハードディスク１６２からパケットデータを検索すると共に、データ経路１６６によってメモリ１５２に記憶する処理と、条件付きアクセスキーを含むＭＰＥＧ−２パケットを検索すると共に、それらをメモリ１５２に記憶する処理と、条件付きアクセスキーを含むパケットを、作業キーの記述、及び復元のために、条件付きアクセス復号化回路１５０に送信する処理と、プログラムのＭＰＥＧ−２パケットを、復号化のために、条件付きアクセス復号化回路１５０に送信する処理と、復号化されたデータを、復元のために、ＭＰＥＧデコーダ１５４に送信する処理と、ビデオ、オーディオ、及び関連するグラフィックスに関する復元されたデータを、表示のためのあらゆる種類のアナログテレビ信号の生成のために、エンコーダ１５６に送信する処理とを実行することにより、デジタルビデオテープレコーダによって後で再生される。マルチスピードの早送りまたは巻き戻し、ポーズ、スローモーション等のような特殊効果は、全て、これらの機能が“ＴＩＶＯ”もしくは同様のデジタルビデオテープレコーダにおいて実施されるのと同じ方法で実施される。日付まで記録を削除するか、または変更する、もしくは記録の品質を変更することのような他の機能は、それらが“ＴＩＶＯ”、または他の従来技術のデジタルビデオテープレコーダにおいて実行されるのと同じ方法で実行される。
【０１２０】
図１０の実施例は、同様に、あらゆる送信元からのアナログ、もしくはデジタルビデオが、ＳＴＢのデジタルビデオテープレコーダ上で記録されると共に再生されることを可能にするビデオ録画機能を備えている。配線１７０によってあらゆる送信元から到着するデジタルビデオは、ＭＰＥＧエンコーダ１６８において、圧縮されると共に、ＭＰＥＧ−２パケットにカプセル化される。これらのパケットは、パケットが準備できたという割り込みをそれが受信するときに割込みサービスルーチンを実行するか、またはデータ経路１７６によってメモリに準備をしたあらゆるパケットをアップロードするために定期的にＭＰＥＧエンコーダのポーリングを行うマイクロプロセッサ１２８によってメモリ１５２に読み込まれる。配線１７４によって到着するアナログビデオは、アナログデジタル変換器１７２においてデジタル化されると共に、圧縮し、そしてＭＰＥＧ−２パケットにカプセル化するために、ＭＰＥＧエンコーダ１６８に読み込まれる。これらのパケットは、同じメカニズムによって、メモリ１５２に同様に読み込まれる。マイクロプロセッサ１２８は、その場合に、外部のビデオを含むＭＰＥＧ−２パケットがハードディスクに記録されるようにする適切な命令を、ハードディスクインタフェース１６４に送信する。再生は、以前に説明された同じメカニズムにより実行される。
【０１２１】
図１１は、ＪＶＴ圧縮データ、またはＭＰＥＧ圧縮データを受信することができる、１つのチューナを備えるＳＴＢに関する別の実施例の構成図である。ＪＶＴ圧縮標準は、高精細テレビ信号（high definition television signals）を圧縮するために使用される。入力されるＪＶＴパケットは、伝送デマルチプレクサ１３６によって抽出されると共に、条件付きアクセス復号化回路１５０に送信される。復号化は、従来技術における方法か、またはここで説明された方法のいずれかの方法によりそこで発生する。次に、復号化されたパケットは、それらが復元されるＪＶＴデコーダ１８０に送信される。その結果生じるデータは、次に、再変調回路１６０に対して配線１８４によって出力されるアナログのノンインタレーススキャンの高精細テレビ信号を生成する８−ＶＳＢエンコーダ１８２に送信される。エンコーダ１８２は、エンコーダ１５６の場合と同様に、高精細テレビに適当なコンポーネント出力信号、及び他のフォーマットの出力信号を同様に生成することができる。この実施例は、同様に、図９、図１０、図１１、または図１２の実施例を特徴付ける構成要素のあらゆる組み合わせの追加のような代替実施例を有することができる。
【０１２２】
「条件付きアクセスプロトコル」
条件付きアクセス回路１５０によって使用され得る様々な条件付きアクセスメカニズムが要約されることになる。ＭＰＥＧ−２多重化信号におけるサービスのプログラム基本ストリームは、ランダムに生成されて定期的に修正されるサービスキーとも呼ばれる制御ワードを使用してスクランブルがかけられる。制御ワードは、セッションキーを用いて暗号化されると共に、いくつかの実施例において、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態でＥＣＭメッセージを介してＳＴＢに送信されるが、しかし、大部分の実施例においては、それらが関係するサービスのＰＩＤを用いて送信される。サービスのためのサービスキーを暗号化するために使用されるセッションキーは、ヘッドエンドにおいて、サービスを要求したＳＴＢのプライベートユーザキーを使用して暗号化される。プライベートユーザキーは、決してＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを介して送信されない。暗号化されたセッションキーは、好ましい実施例において必要に応じて対象とされる基盤上のＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤによってサービスを要求したＳＴＢに対してアドレス指定されたＥＭＭとして送信される。ＳＴＢは、セッションキーを復号化するために、ＳＴＢの回路におけるハードウェアに組み込まれることができるか、またはスマートカードに格納される、そのプライベートユーザキーを使用する。セッションキーは、その場合に、制御ワードを復号化するために使用されると共に、制御ワードは、サービスデータを含むＭＰＥＧパケットを復号化するために使用される。
【０１２３】
図１２は、どのようにユーザが発注したサービスに関するＰＩＤ情報、及びサービスを復号化するのに必要とされる暗号化された条件付きアクセスキーを含むＥＭＭメッセージ、及びＥＣＭメッセージが、ＭＰＥＧ−２多重化信号において発見されるかを示す図である。図１４Ａから図１４Ｃは、どのように図１３の一般化された処理が、特別なサービスに関する条件付きアクセスデータを要求したＳＴＢだけに対する対象とされた条件付きアクセスデータの帯域内送信に適用されるかを示すフローチャートである。図１４Ａから図１４Ｃまでの処理は、ＤＯＣＳＩＳ  ＣＭＴＳにおいて実行される。図１５Ａから図１５Ｃの処理は、ＳＴＢが、あるサービスを発注するか、もしくは指定されたプログラムを見るためのユーザ命令を受信するとき、ＭＰＥＧ多重化信号からＥＭＭメッセージ、及びＥＣＭメッセージを復元するために、ＳＴＢにおいて実行される。図１２、図１４、図１５、及び図１６の処理は、同時に論じられることになると共に、図１４の処理と図１６の処理との差異が論じられることになる。
【０１２４】
図１６Ａから図１６Ｃで表された好ましい実施例の概観として、ＥＣＭサービスキーは、最も良い安全性と頻繁に交換されることになると共に、全てのＳＴＢに対して、帯域内で、サービスのデータを伝送するＭＰＥＧパケットを含むＭＰＥＧ多重化信号のデータカルーセルとして同報通信されることになる。これが機能する方法は、以下のとおりである。発注され得る各サービスに関するサービスキー、または作業キーは、各ＳＴＢのセッションキーによって暗号化されると共に、複数の暗号化された作業キーは、ＥＣＭメッセージにカプセル化されたデータカルーセルとして送信される。また、ＥＣＭメッセージは同報通信ＩＰパケットにカプセル化され、同報通信ＩＰパケットは同報通信ＭＡＣフレームにカプセル化され、同報通信ＭＡＣフレームは各特別なサービスキーが関係するサービスのＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにカプセル化される。特別なサービスに関するサービスキーを含むＭＰＥＧパケットは、いくつかの実施例における対応するサービスのＥＣＭキーに関するＰｌＤ、またはそれによりＥＣＭキーが送信されるＭＰＥＧ伝送ストリームのＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤ、またはプライベートデータＰＩＤを備えている。セッションキーは、各ＳＴＢに関して定期的に、または要求毎を基準として生成される。各ＳＴＢのセッションキーは、そのＳＴＢのプライベートユーザキーによって暗号化される。この好ましい実施例において、ＳＴＢがサービスを使用することを希望するとき、それは、使用されるべきサービスに関するサービスキーを含むＥＣＭメッセージのＰＩＤを決定するために、図１２におけるＰＡＴテーブル１８８、及びＰＭＴテーブル１９２を調べる。次に、ＳＴＢは、伝送ストリームからＥＣＭメッセージＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットを抽出するフィルタ命令を生成する。
【０１２５】
図１４Ａから図１４Ｃのフローチャートにおけるステップ２２８は、純粋なＤＯＣＳＩＳの上り方向信号によって、ユーザによって要求された１つ以上のサービスを要求すると共に、これらのサービスに関する条件付きアクセスキーの下り方向信号による伝送を要求するＭ＆Ｃデータパケット、及びプログラムガイドデータのように必要とされるあらゆる他のＭ＆Ｃデータ、サービスを実行するためのアプリケーションソフトウェア等を、１つ以上のＳＴＢから受信するＣＭＴＳの処理を表す。
【０１２６】
ステップ２３０は、各暗号化されたサービス、もしくは、少なくとも、１つ以上のＳＴＢによって発注された暗号化されたサービスに関するセッションキーを生成するか、または検索する処理を表す。各暗号化されたサービスは、多くの場合、ＳＴＢがその特別なサービスを復号化するためにアクセス権を有している情報を含むセッションキーを備えている。セッションキーは、各ＳＴＢに特有ではないが、しかし特別なサービスに特有であり、そして定期的に変更されることができる。
【０１２７】
システム上で利用可能な各サービスのペイロードデータを暗号化するために使用されるサービスキー、または作業キー（同様に制御ワードとしても知られている）は、あらゆる特別な伝送ストリームによって伝送される全てのサービスの暗号化されたビデオまたは他のデータの属性として伝送される。各サービスの制御ワードは、サービスのセッションキーを用いて暗号化される。
【０１２８】
ステップ２３２は、ヘッドエンドにおいて実行された、ＳＴＢによって発注されたサービスに関する各制御ワードをそのサービスに関するセッションキーを使用して暗号化すると共に、暗号化されたサービスキーをＥＣＭメッセージに追加する処理を表す。
【０１２９】
ステップ２３４において、暗号化された制御ワードのＥＣＭメッセージは、全てのＳＴＢがこれらのＩＰパケットを受信することができるように、マルチキャストアドレスを有するＩＰパケットに暗号化される。
【０１３０】
ステップ２３６において、ステップ２３４において生成されたＩＰパケット、または同様のパケットは、全てのＳＴＢがそれを受信するように、マルチキャストアドレスを有するＭＡＣフレームにカプセル化される。ＭＡＣフレームは、ＭＰＥＧパケットにカプセル化される。特別なサービスと関係があるＥＣＭメッセージを有するＩＰパケットを伝送するＭＡＣフレームは、ＭＰＥＧパケットが特別なサービスのＥＣＭメッセージを含むことを示すＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにカプセル化されることになる。これらのＭＰＥＧパケットは、各ＥＣＭメッセージが関係するサービスのデータを伝送するＭＰＥＧパケットを含む伝送ストリームにおける帯域内で送信されることになる。
【０１３１】
ステップ２３８において、ＳＴＢが発注した各サービスに関するセッションキーは、サービスを要求したＳＴＢのプライベートユーザキーによって、ヘッドエンドにおいて暗号化される。暗号化されたセッションキーは、次に、ＥＭＭメッセージにカプセル化される。ＳＴＢのプライベートユーザキーは、ＣＭＴＳとＳＴＢとの両方に知られているが、しかし安全性の理由のために、決してリンクを介して伝送されない。ユーザキーは、ＳＴＢにおける不揮発性メモリに格納され、通常は、セッションキーの復号化を実行すると共に、セッションキーを発注されたサービスに関する制御ワードを復元するために使用する保証されたマイクロプロセッサを含む、ＳＴＢに挿入されるスマートカードに格納される。
【０１３２】
ステップ２４０において、ＥＭＭメッセージは、ＥＭＭメッセージ内のセッションキーが関係する特別なサービスを要求したＳＴＢのＩＰアドレスにアドレス指定されたＩＰパケットにカプセル化される。もしＳＴＢがＩＰアドレスを有していない場合、ＩＰパケットは、同報通信の送り先アドレスを備えることになる。
【０１３３】
ステップ２４２において、要求されたサービスに関するＥＭＭメッセージを含む各ＩＰパケットは、サービスを要求したＳＴＢのＭＡＣアドレスにアドレス指定されたＭＡＣフレームにカプセル化される。次に、ＭＡＣフレームは、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにカプセル化される。ＳＴＢは、それが特別なサービスに関する条件付きアクセスデータを要求したということを知っているので、それは、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態で受信されたＥＭＭメッセージがどのサービスに関係があるかを知ることになる。ＥＭＭメッセージは、同様に、セッションキーがどのサービスを関係するＥＭＭメッセージに暗号化したかを示すデータを含んでおり、従って、もしＳＴＢが複数のサービスを発注すると共に、複数のＥＭＭメッセージを受信する場合、それは、各ＥＭＭメッセージがどのサービスに関係があるかを知ることになる。代替実施例において、ＥＭＭメッセージを含むＭＰＥＧパケットは、要求された特別なサービスと関連付けられたＰＩＤを与えられると共に、そのＰＩＤは、その場合に、伝送ストリームに関するＣＡＴテーブルに入力される。そのような実施例において、ＥＭＭメッセージを含むＭＰＥＧパケットそれ自身のＰＩＤは、ＥＭＭメッセージ内の暗号化されたセッションキーがどのサービスに関係があるかを示す。ＣＡＴテーブル内に示されるＰＩＤを有するＥＭＭメッセージは、図１２において、符号２１４で示される。
【０１３４】
ステップ２４４において、特別なサービスと関係があるＥＭＭメッセージ、及びＥＣＭメッセージを伝送するＭＰＥＧパケットは、ＥＭＭメッセージ、及びＥＣＭメッセージが関係するサービスを伝送するＭＰＥＧ多重化信号の１つ以上のＭＰＥＧ伝送ストリームに結合される。ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有すると共に、他のＭ＆Ｃデータを含む他のＭＰＥＧパケットは、同様にＭＰＥＧ伝送ストリームに結合される。
【０１３５】
ステップ２４６において、ＰＡＴテーブル、及びＰＭＴテーブルにおけるデータは、ＳＴＢが、それぞれ要求されたサービスのための暗号化されたビデオ、オーディオ、補足的データ、ＰＣＲタイミングデータ、及びＥＣＭの条件付きアクセスキーデータに関するＰＩＤを発見することを可能にするように調整される。ＥＭＭメッセージ、及び他のＭ＆ＣデータのＭＰＥＧパケットは、予約したＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを備えることになると共に、従って、それらのためのＰＡＴテーブル、及びＰＭＴテーブルに対する入力は実行されない。しかし、ＥＭＭメッセージが、それが特別なサービスに関するＥＭＭメッセージであることを示すＰＩＤの状態で送信されると共に、他のＭ＆Ｃデータだけが、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態で送信される実施例において、ステップ２４６は、ＳＴＢが、各サービスに関して関係があるＥＭＭメッセージを発見することを可能にするために、ＣＡＴテーブルにおける入力を実行する。
【０１３６】
我々は、図１５Ａから図１５Ｃまでのフローチャート、及び図１２の構成図において示されたように、ここで、要求されたサービスに関するデータパケット、及び条件付きアクセスデータを復元するためにＳＴＢ内で起こる処理を参照する。ステップ２４８は、ユーザからサービスを発注する要求を受信する、ＳＴＢのマイクロプロセッサにおける処理を表す。これは、特別なデジタル放送に周波数を合わせて表示する、双方向サービスを利用する、ビデオオンデマンドプログラムを要求する、“voice-over-IP”の通話を開始するかまたは通話に応答する、ビデオ通話（video call）を開始するかまたは通話に応答する、ウェブページを要求するかまたは他のサービスを利用する要求の形を取り得る。マイクロプロセッサは、その場合に、適切なアプリケーションソフトウェア、プログラムガイドデータ、及び条件付きアクセスキー（もしあれば）、そして要求されたサービスを利用者に提供するＳＴＢで必要とされる他のＭ＆Ｃデータのダウンロードを要求するＭ＆Ｃメッセージを生成すると共に、純粋なＤＯＣＳＩＳの上り方向信号によって送信する。
【０１３７】
要求されたサービスのデータを受信すると共に、もしそれが暗号化されている場合には復号化するために、ＳＴＢは、ＭＰＥＧ多重化信号から適切なパケットを抽出しなければならない。ＭＰＥＧ多重化信号において、図１２におけるパケット１８６が典型的であるＰＩＤ０を有するＭＰＥＧ−２パケットは、プログラムアロケーションテーブル１８８（ＰＡＴ）を定義するデータを含む。ＰＡＴテーブルは、どの伝送ストリームが多重化信号内にあると共に、どのプログラム／サービスが、各伝送ストリーム上にあるかを定義する。ステップ２５０は、各ＳＴＢにおけるＭＰＥＧ伝送ストリームデマルチプレクサ１３６にＰＩＤ０のパケットを抽出させると共に、それらをメモリ１５２を介してマイクロプロセッサ１２８に送信させる適切なフィルタ命令を生成する、ＳＴＢにおけるマイクロプロセッサ１２８の処理を表す。いくつかの代替実施例において、これは、自動的に起こると共に、マイクロプロセッサは、ＰＩＤ０パケットが抽出されるようにするフィルタ命令を生成する必要がない。
【０１３８】
ステップ２５０は、同様に、ＰＡＴテーブル１８８を復元するためにこれらのＰＩＤ０パケットを処理するマイクロプロセッサの処理を表す。ステップ２５２は、どの伝送ストリームが多重化信号内にあるか、及びどの伝送ストリームが要求されたサービスのパケットを含むかを決定するためにＰＡＴテーブルデータを使用している。伝送ストリームは、プログラム基本ストリーム（ＰＥＳ）の集合から構成される。例えば、１つのプログラムのビデオは１つのＰＥＳになると共に、同じプログラムのオーディオは別のＰＥＳになる。ＰＡＴテーブルは、所望のプログラムまたはサービスから、ＭＰＥＧ−２パケットのＰｌＤに対する割り当てを可能にするデータを含む。ＭＰＥＧ−２パケットは、所望のプログラム、またはサービスに関する様々なビデオ、オーディオ、ＥＣＭ及びＰＣＲ（タイミング）データを有するパケットのＰＩＤを定義するプログラムマップテーブル（ＰＭＴ）データを含む。ステップ２５２は、同様に、プログラムマップテーブルデータ（ＰＭＴ）を運ぶ要求されたサービスを伝送する伝送ストリームにおけるパケットのＰＩＤ番号を決定するために、ＰＡＴを読み取る処理を表す。
【０１３９】
示された例において、ユーザは、ＰＡＴテーブルのブロック１９０にデータを有するプログラム３を発注した。ブロック１９０におけるデータは、ＰＩＤＭを、プログラム３を含む伝送ストリームに関するプログラムマップテーブル（program map table：ＰＭＴ）１９２を定義するデータを含むＭＰＥＧパケットとして識別する。ステップ２５４は、ＳＴＢが、ＭＰＥＧ伝送ストリームデマルチプレクサに対してＰＭＴテーブルを含むパケットを抽出するように通知する、図８から図１１における配線１３８上のフィルタ命令を生成する処理を表す。ステップ２５４に表されたように、これらのパケットは、抽出されると共に、これらのパケットからＰＭＴテーブルを定義するデータを抽出してＰＭＴテーブルを復元するマイクロプロセッサ１２８に送信される。
【０１４０】
ステップ２５６に表されたように、マイクロプロセッサは、次に、要求されたサービス（プログラム３）に対する入力に関してＰＭＴテーブルを検索する。この入力は、ブロック１９４におけるプログラム３の個々のＰＥＳの全てのパケットに対してＰＩＤを与える。矢印１９６、矢印１９８、矢印２００、矢印２０２、及び矢印２０４は、一緒に取得された、プログラム３に関するＰＥＳの収集物を有する伝送ストリーム内のビデオ、オーディオ、ＥＣＭ、及びＰＣＲパケットのＰＩＤを識別するＰＭＴテーブルブロック１９４におけるＰＩＤポインタを表す。ビデオパケット２０４、及びビデオパケット２０６は、プログラムの圧縮されると共に暗号化されたビデオデータを含む。オーディオパケット２０８は、プログラム３の圧縮されると共に場合によっては暗号化されたオーディオデータを含む。ＰＣＲパケット２１２は、プログラム３のオーディオとビデオとを同期させるために使用されるタイムスタンプデータを含む。ＥＣＭパケット２１０は、セッションキーによって暗号化された制御ワードまたはサービスキーを伝送する。制御ワードは、ビデオ（場合によってはオーディオ）のパケットのペイロードセクションを復号化するのに必要とされる。
【０１４１】
いくつかの実施例において、ＥＭＭメッセージは、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態で、もしくはプライベートデータとして送信される。代替実施例において、ＥＭＭメッセージは、伝送ストリームの一部分として帯域内で送信されると共に、条件付きアクセステーブル（ＣＡＴ）２１６は、ＥＭＭメッセージを指し示すために、ＭＰＥＧ−２多重化信号に含まれる。ＣＡＴテーブルのデータは、ＰＩＤ１を有するＭＰＥＧパケットの中に含まれる（図示せず）。ＰＩＤ１は、予約したＭＰＥＧ  ＰＩＤである。このテーブルは、各プログラム、またはサービスに関して、ＥＭＭメッセージを含むパケットのＰＩＤ番号をリストアップする。好ましい実施例において、暗号化されたセッションキーを有するＥＭＭメッセージは、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットによって、それらを要求したＳＴＢだけに要求に応じて送信されると共に、ＣＡＴテーブルは使用されない。
【０１４２】
図１２の例においては、ＣＡＴテーブルが使用されると共に、ＣＡＴテーブルブロック２１８は、プログラム３に関する暗号化されたセッションキーを有するＥＭＭメッセージを含むパケット２１４のＰＩＤに対する参照を含む。
【０１４３】
ステップ２５６は、適切なフィルタ命令を生成する処理を表す。すなわち、ステップ２５６において、マイクロプロセッサ１２８は、ＴＳデマルチプレクサ１３６に、伝送ストリームから、条件付きアクセスデータを含む、要求されたサービスの全てのパケットをフィルタ処理して抽出させるフィルタ命令を生成するために、ＰＭＴブロック１９４内の情報（及び、いくつかの実施例においてはＣＡＴテーブル内のデータ）を使用する。
【０１４４】
ステップ２５８は、ステップ２５６において抽出されたＭＰＥＧパケットからサービスデータを復元する処理を表す。特に、ＭＰＥＧパケットにおけるＭＡＣフレームは、暗号化されたビデオ、オーディオ、補足のデータ、ＰＣＲデータ、及びＥＣＭメッセージデータを含んでいる。ＭＰＥＧフレームから復元されたＭＡＣフレームにおけるＭＡＣアドレスは、ステップ２５８において、このＳＴＢに向けられなかったＭＡＣフレームを廃棄するために使用される。同様にステップ２５８は、同様に、ＭＡＣフレームにカプセル化されたＩＰパケット（または他のパケット、もしくは今後は全てＩＰパケットと見なされるセルタイプ）を復元すると共に、ＩＰパケット（アドレス指定可能な他のパケットが同様に使用され得る）のペイロード内のデータを、ＳＴＢにおける更なる処理のための適切な回路に経路を指定して送信するために、ＩＰパケット内のアドレスを使用する処理を表す。暗号化されたＥＣＭメッセージは、サービスキーを復元するために、セッションキーを使用してＥＣＭメッセージを復号化すると共に、サービスキーを条件付きアクセス復号化エンジンに送信することになる処理に経路を指定して送信される。暗号化されたビデオパケット（及び、場合によってはオーディオパケット）は、ビデオペイロードを復号化するためにサービスキーを使用する復号化のための条件付きアクセス復号化エンジンに経路を指定して送信される。
【０１４５】
ステップ２６０は、要求されたサービスに関するＥＭＭメッセージを復元する処理を表す。いくつかの実施例において、これは、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットを抽出するための適切なフィルタ命令を生成することによって実行される。抽出されたＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤのＭＰＥＧパケット内のＭＡＣフレームが復元されると共に、このＳＴＢに送信されなかった全てのＭＡＣフレームが拒絶される。ＣＡＴテーブルを使用する実施例において、これは、ＰＩＤ１を有するＭＰＥＧパケットを抽出させるフィルタ命令を生成することによって実行される。その中のＭＡＣフレームが復元されると共に、その中のＩＰパケットは、ＣＡＴテーブルが復元されるＣＡＴテーブル復元処理に経路を指定して送信される。ＣＡＴテーブルは、要求されたサービス識別子を用いて検索されると共に、ＥＭＭメッセージを含むＭＰＥＧパケットのＰｌＤが発見される。次に、マイクロプロセッサは、ＥＭＭメッセージを含むこれらのＭＰＥＧパケットを抽出させるフィルタ命令を生成する。これらのパケットにおけるＭＡＣフレームが復元される。
【０１４６】
ステップ２６２は、ステップ２６０において復元されたＥＭＭメッセージを伝送するＭＡＣフレームからＩＰパケットを復元する処理を表す。これらのＩＰパケットにおけるＩＰポートアドレスは、ＥＭＭメッセージの経路を指定するために使用される。ＥＭＭメッセージを伝送するＩＰパケットは、ＥＭＭメッセージ復号化処理のポートに対してアドレス指定される。ステップ２６２は、同様に、他のＭ＆Ｃデータを伝送するＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットを復元する処理を表す。その中のＭＡＣフレームが復元されると共に、カプセル化されたＩＰフレームが復元される。これらのＩＰパケット内のＭ＆Ｃデータは、次に、更なる処理のために、ＩＰパケットのポート識別子において識別された処理に経路を指定して送信される。
【０１４７】
ステップ２６４において、セッションキーを含む暗号化されたＥＭＭメッセージは、ＳＴＢのプライベートユーザキーを用いて復号化される。一般的に、スマートカード上の保証されたマイクロプロセッサは、セッションキーを復元するために、ＥＭＭメッセージを復号化するのにＳＴＢのプライベートユーザキーを使用し、次に、サービスキー、または制御ワードを復元するために、ＥＣＭメッセージを復号化するのにセッションキーを使用するように、使用されることになる。代替実施例において、多目的のマイクロプロセッサ１２８がこれらの機能を実行するために使用され得る。
【０１４８】
ステップ２６６において、マイクロプロセッサは、セッションキーを使用してＥＣＭメッセージ内のサービスキー、または制御ワードを復号化する別の処理に、復元されたセッションキーを送信する。
【０１４９】
ステップ２６８において、制御ワード、またはサービスキーは、暗号化されたビデオパケットデータ（及び／または、あらゆる他の暗号化されたサービスデータ）を同様に受信した条件付きアクセス復号化エンジン１５０に送信される。そこで、サービスキーは、プログラムまたはサービスのビデオもしくは他の暗号化されたデータのパケットのペイロードを復号化するために使用される。
【０１５０】
ステップ２７０において、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを含むＭＰＥＧパケットによりＳＴＢに送信された他の管理及び制御データは、プログラムガイドデータを表示する、アプリケーションソフトウェアを読み込む、ＳＴＢを管理する等のＳＴＢの機能を制御するために、ＳＴＢの他の回路において使用される。
【０１５１】
ＥＣＭを復号化するためのセッションキーを含むＥＭＭは、１つのＳＴＢの秘密のユーザキーによってそれぞれ暗号化されて、複数のＥＭＭメッセージに入れられる。各ＳＴＢは、いくつかの実施例において、全てのＥＭＭを受信すると共に、ＳＴＢのプライベートユーザキーを使用して、そのプライベートユーザキーによって暗号化されたものを復号化する。他の実施例において、ＥＭＭは、そのプライベートユーザキーがそれを暗号化するために使用されたＳＴＢだけに送信される。
【０１５２】
「好ましい条件付きアクセス方法」
好ましい実施例において、サービスキーを有するＥＣＭは頻繁に変更されると共に、暗号化されたビデオの属性として、ＭＰＥＧ−２伝送ストリームの一部により送信される。セッションキーを有するＥＭＭは、しかしながらＳＴＢからの要求に対してだけに送信されると共に、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤによってそれを要求したＳＴＢだけに送信される。本発明のこの好ましい実施例において、我々は、ＥＭＭメッセージを、それらを要求したＳＴＢだけに、要求された通りにＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態で帯域内において送信すると共に、我々は、ＣＡＴテーブルを排除する。
【０１５３】
図８から図１１における条件付きアクセス回路は、これらの代替実施例の内のどれでも実行し得る。ＥＭＭメッセージを復号化するために使用されるユーザキーは、所望のプログラムまたはサービスを含むパケットと同様に、伝送ストリームからＥＣＭメッセージ及びＥＭＭメッセージを抽出すると共に、全てのこれらのパケットを条件付きアクセス回路に送信するために、伝送ストリームデマルチプレクサを制御するフィルタ命令によって、図８から図１１におけるマイクロプロセッサ１２８によって維持され得るか、もしくは、それは条件付きアクセス回路に保持され得る。
【０１５４】
図１３を参照すると、管理及び制御データに関する上り方向信号の要求を受信すると共に、要求された管理及び制御データをＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態で下り方向信号により送信することによって応答する、一般的な処理のフローチャートが示される。ステップ２２２は、特定のＳＴＢに対して下り方向信号で送信されるデジタル放送、双方向サービスまたはビデオオンデマンドの要求を支援して、純粋なＤＯＣＳＩＳチャンネルにより、管理及び制御データの１つ以上のアイテムを要求する１つ以上の上り方向信号の要求を受信する処理を表す。それらのアイテムは、アプリケーションソフトウェア、プログラムガイドデータ等であり得る。ステップ２２４は、要求された管理及び制御データを生成するか、または取得し、データを要求したＳＴＢに対してそれをアドレス指定すると共に、要求された管理及び制御データ、及び全てのＳＴＢに対して放送されるべき他のあらゆる管理及び制御データを、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有する１つ以上のＭＰＥＧ−２パケットにパケット化する処理を表す。一般的に、取得されたデータ、または生成されたデータは、ＩＰパケット、またはデータを要求したＳＴＢに対してアドレス指定され得る他の種類のパケットにカプセル化されることになり、次にＩＰパケットはＭＡＣフレームにカプセル化されることになり、そしてＭＡＣフレームはＭＰＥＧ−２パケットにカプセル化されることになる。ステップ２２６は、単一のＭＰＥＧ−２伝送ストリームまたは伝送ストリームの多重化信号を形成するために、管理及び制御データを伝送すると共に、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧ−２パケットと、デジタルビデオ放送、双方向サービス、またはビデオオンデマンドのデータを伝送する１つ以上のＭＰＥＧ伝送ストリームのＭＰＥＧ−２パケットとを結合する処理を表す。
【０１５５】
「ＤＯＣＳＩＳ  Ｍ＆Ｃチャンネル帯域幅考察事項、及び負荷バランシング」
下り方向信号上のユーザの数が高いレベルに達するとき、Ｍ＆Ｃ下り方向信号チャンネルがオーバーロードされた状態になるという可能性がある。ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤによるＭ＆Ｃチャンネルと共にＭＰＥＧ−２伝送ストリームとして実装される、下り方向信号から別の下り方向信号にトラフィックを移行させるあらゆる従来の負荷バランシングスキームは、本発明の負荷バランシングの特徴を実行するのに十分であろう。ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤにおける密集を緩和するために、Ｍ＆Ｃトラフィックを生成しているプログラム、またはサービスは、異なる下り方向信号チャンネル周波数上の同じ多重化信号内、または別の多重化信号内の別のＭＰＥＧ伝送ストリーム（請求項において、“別のＭＰＥＧ多重化信号ストリーム”として参照される）に対して移行される。そのようなケースにおいて、移行されたプログラムと関係があると共に、既に下り方向信号の下り方向信号キューにあって、そこから来るあらゆるＭ＆Ｃメッセージは、失われることになる。これらのＭ＆Ｃメッセージ、及び別のＭＰＥＧ伝送ストリームに移行されたプログラムまたはサービスと関係があるあらゆる他のＭ＆Ｃメッセージは、再送信されることになるか、または新しいＭ＆Ｃメッセージの場合には、別のＭＰＥＧ伝送ストリームに含まれるＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットにおいて送信される。これは、オリジナルの伝送ストリームにおいてＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤ上の密集を軽減する。失われたＭ＆Ｃメッセージの場合は、上位ＩＰ信頼性階層（upper IP reliability layers）は、これらのＭ＆Ｃメッセージを新しいＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの下り方向信号で再送信することを、扱わなければならないことになる。ヘッドエンドは、同様に、要求されたサービスまたは放送を取得するためにどの新しい下り方向信号に周波数を合わせるべきかをＳＴＢに通知するメッセージを、移行されたサービスを要求したＳＴＢ、または移行されたデジタル放送に対して周波数を合わせられるＳＴＢに送信しなければならないことになる。
【０１５６】
プログラムのこの移行、または負荷バランシングに関するサービスは、多くの異なる方法の内のどれによっても誘発され得る。ＣＭＴＳは、どのＳＴＢがサービスを発注したかを知っている。一実施例において、ＣＭＴＳは、プログラム及びサービスの所定のしきい値が発注されたとき、ＭＰＥＧ伝送ストリームによって配信されるサービスの数及び種類に基づいて、その伝送ストリームのＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態のＭ＆Ｃデータが多すぎると容易に推測する。このトリガーポイント（trigger point）は、発注されたサービスの種類に同様に基づいていることができると共に、ソフトウェアダウンロード、プログラムガイドデータのような更に大きな量のＭ＆Ｃトラフィックを有するサービスが発注されたとき、更に低くすることができる。高いＭ＆Ｃトラフィックを有するプログラムまたはサービスの更に低い数が、更に低い量のＭ＆Ｃトラフィックを有する他のプログラムまたはサービスに関する負荷移行（load shifting）の原因となるように、様々な種類のプログラムまたはサービスの異なる数に対して負荷バランシング移行（load balancing shifts）を起動するための異なるしきい値を有するルックアップテーブルが使用されるであろう。
【０１５７】
ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態の負荷を監視する別の方法は、ＳＴＢに、それらが上り方向信号の要求を生成するときに、ハードウェアタイマまたはソフトウェアタイマを起動させると共に、その要求が受理されて、そのサービスが配信されるときに、タイマを止めさせることである。経過時間は、ＣＭＴＳに対する上り方向信号のメッセージに自発的に格納されて送信されるか、もしくは、ＣＭＴＳがその種類のデータに関してＳＴＢのポーリングを実行するときに送信される。ＣＭＴＳは、経過時間がある所定のしきい値を越えるとき、ＤＯＣＳＩＳ  Ｍ＆Ｃ下り方向信号チャンネル上の負荷があまりにも高いと推測する。
【０１５８】
「ヘッドエンドのＩＰ交換／ルーティング」
対象とされた特定のＳＴＢに対して、双方向サービス、及びビデオオンデマンド、または他のデジタルサービスデータを配信するために、ＭＰＥＧ伝送プロトコルを使用することの欠点の内の１つは、ＭＰＥＧは、それが全く接続管理、及び全くコネクションレスルーティングメカニズムを含まないので、スイッチ環境のための広域ネットワークプロトコルではないということである。この問題は、図１６のヘッドエンド構造によって解決される。ビデオオンデマンドサーバ２３５は、配線２３７上のＩＰパケットにカプセル化されたＭＰＥＧパケットに、ＶＯＤ映画のＭＰＥＧ伝送ストリームを出力する。双方向サービスサーバ２５９は、配線２６１上のＩＰパケットにカプセル化されたＭＰＥＧパケットに、双方向サービスデータのＭＰＥＧ伝送ストリームを出力する。これらのＩＰパケットは、ＳＴＢにおける装置または処理に対してアドレス指定されるか、もしくはバスまたはＬＡＮによってサービスを発注したＳＴＢと接続される。インターネット上の、及び／またはヘッドエンドにおいてブロック２６３によって表された１つ以上のサーバは、配線２６５上のＩＰパケットにおける電子メールまたはウェブページ等のようなサービスを提供する。これらのＩＰパケットは、ヘッドエンドの任意のアグリゲータ（optional aggregator）２６７に集中すると共に、ＩＰパケットをそれらの様々な送信先に対して経路を指定して送信するルータ及びスイッチを備えるヘッドエンドにおけるＩＰ交換ネットワーク２６９（ＩＰ空間：IP cloud）に供給される。代替実施例においては、アグリゲータ２６７が除去されると共に、ＩＰ空間２６９は、どこにでも配置されるルータ及びスイッチのあらゆる収集物であると共に、サーバ２３５、サーバ２５９、及びサーバ２６３は、ＩＰ空間ネットワーク２６９において、それらのＩＰパケットを直接スイッチまたはルータに供給する。ＣＭＴＳ２７１は、配線２７３上のＩＰ空間２６９に対するＩＰパケット（ＤＯＣＳＩＳデータパケット）にカプセル化された、下り方向信号のＤＯＣＳＩＳ  ＭＰＥＧパケットを供給する。これらの下り方向信号のＤＯＣＳＩＳデータパケットは、Ｍ＆Ｃデータを含む。これらのＤＯＣＳＩＳデータパケットは、下り方向信号のメディアが配線２７５、配線２７７、及び配線２７９でそれぞれ表される３つのＨＦＣシステムにおける、様々なＳＴＢ内の、あるいは様々なＳＴＢに配置された様々な装置及び処理に対してアドレス指定される。
【０１５９】
これらの３つのＨＦＣシステムの各々の上り方向信号のメディアは、ＣＭＴＳ２７１に接続される配線２８１によって集合的に表される。３つのＨＦＣシステムに接続された様々な装置からの上り方向信号のＩＰパケットは、配線２８１で表される３つの上り方向信号によって、ＤＯＣＳＩＳデータシンボルとして到着する。ＣＭＴＳは、前記シンボルに符号化されたＭＰＥＧパケットを復元すると共に、ＭＰＥＧパケットにカプセル化されたＭＡＣフレームを復元するために、従来のＤＯＣＳＩＳの上り方向信号の処理を実行する。ＣＭＴＳは、同様に、ＭＡＣフレームにカプセル化されたＩＰパケットを復元するために従来の処理を実行する。これらのＩＰパケットは、配線２９１によってルータ２８５に送信される。上り方向信号のＩＰパケットは、その場合に、配線２８７によって集合的に表される様々なデータ経路を介して、それらがアドレス指定されるサーバ２３５、サーバ２５９、及びサーバ２６３を含む様々なサーバに、経路を指定して送信される。
【０１６０】
３つのＨＦＣネットワークの内の１つにおける装置に対してアドレス指定される、サーバ２３５、サーバ２５９、及びサーバ２６３からのＩＰパケットは、ＩＰ空間ルータ（IP cloud router）によって、３つのＨＦＣシステムの各々に間接的に接続された出力データ経路を備えるＩＰスイッチ／ルータ２９３（それは、ＩＰスイッチネットワークまたはＩＰ空間ネットワーク２６９の一部分と考えられる）に経路を指定して送信される。そこで、ＨＦＣ＃１上の装置及び処理に対してアドレス指定されたＩＰパケットは、配線２９５によって、以下に説明されると共にブロック２９７により示される、更なる処理及びＨＦＣ＃１上での下り方向信号の伝送のための回路に出力される。ＨＦＣ＃２上の装置及び処理に対してアドレス指定されたＩＰパケットは、配線２９８によって、ブロック３００により示される、更なる処理及びＨＦＣ＃２上での下り方向信号の伝送のための回路に、経路を指定して送信される。ＨＦＣ＃３上の装置及び処理にアドレス指定されたＩＰパケットは、配線３０２によって、ブロック３０４によって示される、更なる処理及びＨＦＣ＃３上での下り方向信号の伝送のための回路に、経路を指定して送信される。ブロック３０４の中の回路は、ブロック３００、及びブロック２９７の中に含まれるのと同じ種類の回路である。この回路は、ＩＰストリッパー（IP stripper）、及びデジッター（dejitter）、及びリタイミング回路（re-timing circuit）３０６を備えている。この回路３０６は、ＩＰヘッダを除去すると共に、ＭＰＥＧ伝送ストリームパケットをＩＰパケットにカプセル化することによって引き起こされたあらゆるジッタを取り除く。この回路は、同様に、ビデオ対オーディオデータのＭＰＥＧパケットのＩＰパケット化処理（IP packetization process）によって引き起こされた異なる遅延を除去するようにタイムスタンプ（timestamp）を調整することによって、プログラムのビデオ、及びオーディオが同期状態を維持するように、ＭＰＥＧ伝送ストリームの時刻修正を行う（retime）。
【０１６１】
ＩＰストリッパーは、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤを有するＭＰＥＧパケットに関する出力３０８（デジッター及びリタイミング処理を省略することができる）、及びＶＯＤ、双方向サービス、及び他のサービスに関するＭＰＥＧパケットが出力される出力３１０を備えている。ＭＰＥＧマルチプレクサ３１２は、配線３０８及び配線３１０上のＭＰＥＧパケットを、配線３１４上のＭＰＥＧ多重化信号に組み立てる。直交振幅変調器３１６は、多重化信号におけるＭＰＥＧパケットをシンボルに分割すると共に、各シンボルのいくつかのビットを１つのＲＦキャリアを振幅変調するために使用すると共に、各シンボルの残りの他のビットをもう一方のキャリアを振幅変調するために使用して、同じ周波数を有するが、しかし位相が９０度異なる２つの無線周波数キャリアを直交振幅変調する。いくつかの実施例において、当該技術において良く知られているように、ヒルベルト変換を使用するキャリアのない変調が同様に使用される。
【０１６２】
図１６の構造は、基本的に、ＭＰＥＧパケットを適切なアドレスを有するＩＰパケットにカプセル化し、ＩＰアドレスの経路を指定すると共に、次にＩＰヘッダを取り除き、オリジナルのＭＰＥＧパケットをＨＦＣシステム上で伝送することによって、交換広域ネットワークにおける使用に十分に適していない、ペガサスの従来技術において発見されたＭＰＥＧ伝送メカニズムの問題を解決する。
【０１６３】
「利点の要約」
要するに、双方向のＶＯＤ、及びデジタル放送サービスを配信するＭＰＥＧ−２多重化信号の中でＤＯＣＳＩＳ  Ｍ＆Ｃチャンネルを使用することの利点は、以下である。
（１）ＤＯＣＳＩＳは、実施するのに、既に設計されると共に作られた現存するハードウェア、及び、ソフトウェアによる証明された技術である。
（２）シンＤＯＣＳＩＳチャンネルは、ＯＯＢチャンネルなしでネットワーク管理を可能にすると共に、ＳＴＢがあまり複合的ではなく、更に費用がかからないことを可能にし、そしてそれらがヘッドエンドから管理されることを可能にする。
（３）権限のない視聴またはアクセスから、下り方向信号のＭＰＥＧ−２多重化信号プログラムを保護するためだけに、１方向のキー伝送下り方向信号のためのシンＤＯＣＳＩＳチャンネルによる条件付きアクセスデータの要求に応じた（on-demand）ダウンロードによって加入者管理を可能にする。（代りに、ＤＯＣＳＩＳキー交換プロトコルが、下り方向信号及び上り方向信号の両方のＤＯＣＳＩＳチャンネルに安全性を提供すると共に、権限のない視聴またはアクセスから、下り方向信号のＭＰＥＧ−２多重化信号プログラムを保護するために使用され得る）。
（４）必要とされるアプリケーションだけの、それを必要とするＳＴＢだけに対する保証されたソフトウェアアプリケーションダウンロード−これは、ＳＴＢを簡略化すると共に、それらを製造するのにあまり多くの費用がかかる状態にせず、そして、それは、ヘッドエンドからのバグ修正、及びアップグレードを可能にすると共に、ＳＴＢが古くならないことを可能にする。
（５）シンＤＯＣＳＩＳチャンネルの双方向性の性質は、双方向のオンデマンドサービスが実行されることを可能にすると共に、ＤＯＣＳＩＳキー交換プロトコルが、双方向サービス、もしくはＶＯＤサービスの要求の送信元を認証するので、それらは、更に安全な方法で実行され得る。
（６）シンＤＯＣＳＩＳチャンネルは、ペイパービューイベントに関するＳＴＢからの要求の収集を可能にすることによるイベントの提供、及びＭＰＥＧ−２多重化信号で送信されたペイパービューイベントのＭＰＥＧパケットを復号化するための条件付きアクセスキーの送信を可能にする。
（７）必要とされるプログラムガイドデータだけの、それを要求したＳＴＢだけに対する要求に応じた配信が、シンＤＯＣＳＩＳチャンネルを介して実行され得ると共に、それによって、ＯＯＢチャンネルか、または帯域内チャンネルのいずれかにおけるデータカルーセルの帯域幅の浪費を妨げる。
（８）シンＤＯＣＳＩＳチャンネルは、同様に、ＭＰＥＧ−２多重化信号において緊急アラートシステムデータが送信されることを可能にする。
【０１６４】
本発明がここに開示された好ましい実施例、及び代替実施例に関して発表されたが、当業者は、発明の精神及び範囲からはずれない、ここに開示された教示に対する可能な代替実施例及び他の変更を認識することになる。全てのそのような代替実施例、及び他の変更は、これに関して添付された特許請求の範囲内に含まれることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】ＡＴＭ構造基盤上で伝送されるＭＰＥＧ圧縮されたオーディオ、及びビデオを示す従来技術のタイムワーナフルサービスネットワークのプロトコルスタックの図である。
【図２】ＯＯＢの使用を示す従来技術のペガサス２のチャンネルの種類の図である。
【図３】ＭＰＥＧ−２がパケット交換ネットワークにおいて機能するように設計されていなかったという事実を克服するために使用された、従来技術のペガサス２のＱＡＭ交換マトリクスの図である。
【図４】ＴＤＭＡ及びＱＰＳＫを利用するＯＯＢ制御チャンネルと、双方向のオンデマンドサービスのデータの配信のためのＭＰＥＧパケットを有するＡＴＭセルを伝送するＱＡＭ変調されたチャンネルとを示す、従来技術のタイムワーナフルサービスネットワークの通信プロトコルスタックの別の図である。
【図５】従来技術におけるＨＦＣを介した双方向のビデオオンデマンドサービス配信システムでは帯域外を伝送される管理及び制御データ（Ｍ＆Ｃデータ）を伝送するために、ＤＯＣＳＩＳ帯域内チャンネルを使用するビデオオンデマンド、及び双方向サービスに加えて、ＨＦＣシステム上のデジタルビデオ放送プログラムを伝送する、まさにデジタルサービスヘッドエンドの下り方向信号専用の装置のブロック図である。
【図６】ヘッドエンドにおいてどのようにＣＭＴＳからＳＴＢを管理するための追加の機能性が実行され得るかを示す、図５におけるブロック２０、ブロック２１、及びブロック３０を含むＨＦＣに対するＲＦインタフェース上のＤＯＣＳＩＳの通信プロトコルスタックの更に詳細な図である。
【図７】どのように、ＯＯＢまたは管理及び制御データと、双方向サービス及びビデオオンデマンドのデータとが、混合されたＭＰＥＧ−２伝送ストリームに結合されると共に、物理的メディア従属階層に送信され、ＨＦＣを介して伝送されるかを示す、ＣＭＴＳエンド及びＣＭエンドの両方における上り方向信号及び下り方向信号に関するプロトコルスタックを示す更に詳細なブロック図である。
【図８】ＳＴＢ、及び供給されたサービスを管理するために、ＤＯＣＳＩＳ帯域内管理及び制御チャンネルに加えて、双方向のＶＯＤデータ、及び他のサービスを受信するための１つのチューナを有する簡単なセットトップボックスのブロック図である。
【図９】ＮＴＳＣ／ＰＡＬ／ＳＥＣＡＭエンコーダ１５６が、適切なフォーマットのアナログテレビ信号を生成すると共に、プログラムガイドデータ、ナビゲーション情報、及び他の必要とされるどんなグラフィックス情報でも表示するために、表示された画像にグラフィックスをオーバレイ表示するマルチメディアグラフィックスプロセッサである、１つのチューナを備えるＳＴＢの代替実施例を示す図である。
【図１０】“ＴＩＶＯ”タイプのデジタルビデオ録画能力を有する、１つのチューナを備えるＳＴＢの代替実施例を表す図である。
【図１１】ＪＶＴ圧縮データ、またはＭＰＥＧ圧縮データを受信することができる、１つのチューナを有するＳＴＢに関する別の実施例のブロック図である。
【図１２】どのようにＥＭＭメッセージ、及びＥＣＭメッセージがＭＰＥＧ多重化信号から抽出されるかを示す図である。
【図１３】管理及び制御データに関する上り方向信号の要求を受信すると共に、ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤの状態で要求された管理及び制御データの下り方向信号を送信することによって応答する処理のフローチャートである。
【図１４Ａ】ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤによってサービスを発注したＳＴＢだけに対象とされたＥＭＭメッセージを送信するためにヘッドエンドにおいて実行される処理のフローチャートである。
【図１４Ｂ】ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤによってサービスを発注したＳＴＢだけに対象とされたＥＭＭメッセージを送信するためにヘッドエンドにおいて実行される処理のフローチャートである。
【図１４Ｃ】ＤＯＣＳＩＳ  ＰＩＤによってサービスを発注したＳＴＢだけに対象とされたＥＭＭメッセージを送信するためにヘッドエンドにおいて実行される処理のフローチャートである。
【図１５Ａ】ＥＣＭメッセージ、及びＥＭＭメッセージを復元すると共に、要求されたサービスのペイロードデータを復号化するためにＳＴＢにおいて実行される処理のフローチャートである。
【図１５Ｂ】ＥＣＭメッセージ、及びＥＭＭメッセージを復元すると共に、要求されたサービスのペイロードデータを復号化するためにＳＴＢにおいて実行される処理のフローチャートである。
【図１５Ｃ】ＥＣＭメッセージ、及びＥＭＭメッセージを復元すると共に、要求されたサービスのペイロードデータを復号化するためにＳＴＢにおいて実行される処理のフローチャートである。
【図１６】ヘッドエンド構造を示す図である。
【符号の説明】
【０１６６】
１０：ＶＯＤ及び双方向サービスサーバ
１４：デジタルビデオ放送サーバ
１９：双方向ＶＯＤ及びデジタルビデオ放送Ｍ＆Ｃデータサーバ
２０：ＣＭＴＳ上のＤＯＣＳＩＳ通信プロトコル
２１：ＴＣ階層
２４：伝送マルチプレクサ
２６：インターネットアクセスサーバ及び他のサービス
３０：物理的メディア従属階層
３２：ＳＴＢ及びケーブルモデムに対してＨＦＣ上で伝送されたシンボル
３３：上り方向信号ＤＯＣＳＩＳ
４８：配線（データ経路）
５０：ＰＨＹ階層
５２：データリンク階層
５６：８０２．２／ＤＩＸ
５８：リンク保証
６０：ケーブルＭＡＣ
６２：ＴＣ階層
６６：伝送マルチプレクサ
７２：ケーブルＰＭＤ
７６：ケーブルＰＭＤ
８０：伝送デマルチプレクサ
８８：ＴＣ階層
９２：ケーブルＭＡＣ
９４：リンク保証
９６：８０２．２／ＤＩＸ
１０２：８０２．２／ＤＩＸ  ＬＬＣ
１０４：８０２．３／ＤＩＸ  ＭＡＣ
１０６：８０２．３  １０ＢＡＳＥ−Ｔ
１０８：ＰＣまたはＭＡＣ
１１０：ＶＯＩＣＥ−ＯＶＥＲ−ＩＰ電話
１１２：セキュリティカメラ
１１４：ＤＶＲ
１１８：上り方向信号ケーブルＰＭＤ
１２０：上り方向信号のケーブルＰＭＤ
１２５：スマートカードまたは不揮発性メモリ
１２６：チューナ
１２８：ＣＰＵ
１３１：ＱＡＭ変調器
１３１：ＱＡＭ変調器
１３６：伝送ストリームデマルチプレクサ
１４０：ユーザ命令
１４２：ＩＲ／ＲＦ受信機インタフェースまたはＬＯＬＡインタフェース
１４６：ＤＯＣＳＩＳ  ＣＭ  ＸＭＴＲ
１５０：条件付きアクセス、復号化
１５２：メモリ
１５４：ＭＰＥＧデコーダ
１５６：ＮＴＳＣ／ＰＡＬまたはＳＥＣＡＭエンコーダ
１５８：アナログテレビ／ＶＣＲ
１６０：再変調回路
１６２：ハードディスク
１６４：１３９４ハードディスクインタフェース、ファイアワイヤ
１６８：ＭＰＥＧデコーダ
１７２：Ａ／Ｄ
１８０：ＪＶＴデコーダ
１８２：８−ＵＳＢエンコーダ
１９０：プログラム３
２３５：ＶＯＤサーバ１
２５９：双方向サービスサーバ２
２６３：インターネットアクセスサーバ３
２６７：アグリゲータ（オプション）
２６９：ＩＰ空間ネットワーク
２７１：ＣＭＴＳ
２８５：ルータ
２９３：ＩＰスイッチ／ルータ
２９７：ＩＰストリップ及びＭＰＥＧマルチプレクサ及び変調器
３００：ＩＰストリップ及びＭＰＥＧマルチプレクサ及び変調器
３０６：ＩＰストリッパー及びデジッター及びリタイマ
３１２：ＭＰＥＧマルチプレクサ
３１６：ＱＡＭ変調器
３５１：ＳＴＢディスプレイ、ドライバ、ポインティングデバイス、及びキーボード
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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