用组播IP和以太网定位并分发卫星信号的系统和方法

摘要

一种用于分发卫星电视节目信号的系统和方法使用IP和以太网组播地址来定义并允许获取和/或分发特定的卫星电视节目。用于特定卫星节目信号的卫星节目标识数据或参数由从一组IP组播地址中分配给特定卫星电视节目信号的IP组播地址来编码，最好是由微型头端(40)编码。所分配的IP组播地址被映射到以太网IP地址以便分发到诸如卫星信号接收机或机顶盒之类的以太网兼容部件。这样，可以通过IP组播将任何和所有卫星节目信号提供给一个或多个卫星信号接收机(32)。

说明书

本美国非临时专利申请要求于2003年3月20日提交的名为“UsingMulticast IP and Ethernet To Locate and Distribute A Satellite Signal”的、序列号60/456049的美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及视频节目信号的分发和/或接收，具体涉及使用组播IP和以太网协议在网络上分发和/或接收卫星电视信号。

背景技术

随着因特网和宽带网络的激增，在IP(因特网协议)网络上发送数字视频、音频和/或数据变得十分便利。IP网络提供结构化的协议传输结构，其可用于在网络上提供一个或多个数据流，可以通过连接到网络的一个或多个接收机获取其中每个数据流。这被称为组播。组播IP数据报被发送到可由单个IP目的地址标识的主机组、0或多个主机的集合。然后IP数据报被递送到(对应于IP组播地址的)其目的主机组的所有成员。

通过使用组播网络，一个数字数据服务器可以将内容同时转发到多个客户端。这优化了带宽使用，否则的话将需要将分组单播到几个客户端(即，提供分组或数据的比特流给每个单独的地址)。

如果数字数据的源是卫星系统，则用户必须通过用户的卫星接收机、机顶盒等选择指定的卫星、应答器(transponder)和PID(或SCID)来请求适当的数据分组，以便获得特定的频道或节目。然后从卫星以分组节目流的格式发送该节目，其中与特定节目相关的该特定节目流包含有标识信息，例如节目ID(PID)。卫星接收机使用标识信息筛选出该分组数据流，以获取期望的节目流。因而卫星接收机必须能够为所请求的卫星频道或节目做出正确的节目比特流或信号的选择。卫星接收机可以通过数据网络(例如基于以太网的网络)连接到各种客户端顶盒，后者可以连接到显示设备。

一种让卫星接收机选择适当的卫星频道的方法是让数字服务器生成每个卫星传输频道到每个所分配的IP地址的参数映射表。当命令接收机或机顶盒调谐到特定的基本流(elementary stream)(信道等)时，机顶盒将进行表的查找来确定向哪个地址请求数据。

这种方法的一个缺点在于在产生这个表、将该表下载到客户端机顶盒、以及在调谐器件执行表查找时所花费的处理时间。此外，当新的基本流信息变得可用或者现有的基本流不再可用时，可能需要重新生成和重新下载该表。此外，该表将消耗数字数据服务器和客户端机顶盒这两者上的宝贵的存储器。

因此，从上面的讨论中可以明显看出，所需的是一种从数据服务器向多个客户端有效分发卫星节目信号的方法。

从上面的讨论中还可以明显看出，所需的是一种能有效地向任一或多个卫星或机顶盒接收机提供卫星电视信号的有效的卫星电视分发系统。

通过本发明的原理和/或以如这里所示和/或所述的一种或更多种形式和/或结构所实施的应用，来实现这些和其他需求。

发明内容

利用IP和以太网组播地址来唯一地描述数字电视接收机可以调谐的特定的卫星信号，并且获取基本流(音频、视频和/或数据)分组。将IP组播地址和对应的以太网组播地址中可用的位映射到基本流的卫星信号标识数据。将这些参数(基本流的卫星信号标识数据)嵌入组播地址自身提供了一种在卫星参数和IP/Ethernet域中的参数之间映射的方便有效的方法。

将IP组播地址和对应的以太网组播地址中可用的位映射到基本流的特性(卫星信号标识数据，例如卫星、应答器和PID或SCID)来请求正确的组播地址分组，这克服了上面提到的问题。这缓解了对更消耗时间且复杂的解决方案的需求，例如上面所述的解决方案，其中客户端首先下载并分析用于将来自服务信息的这些参数映射到适当的组播地址的表。本发明的一个优点在于，视频服务器或卫星接收机和客户端都使用相同的预定算法来映射节目流标识信息与组播地址，从而不需要分发映射表。

在一个实施例中，提供了一种用于从卫星源接收分组节目流并且通过数据网络分发分组节目流的方法，包括步骤：从卫星源接收多个分组节目流，每个分组节目流具有与其相关的节目标识信息；接收对特定的分组节目流的请求，该请求包含组播地址；使用预定的算法和该组播地址来确定与该特定分组节目流相关的节目标识信息和卫星标识信息；使用所确定的卫星标识信息和节目标识信息来调谐到所选的卫星，并且获取该特定分组节目流；以及根据与数据网络相关的传输格式，使用组播地址在数据网络上发送该特定分组节目流。

数据网络可以包括基于以太网的网络，并且在根据因特网协议传输格式而封装该特定分组节目流之后发送该节目流。此外，可以从节目ID(PID)、卫星号码和应答器号码而确定组播地址。

在另一个实施例中，本发明提供一种用于接收分组节目流并且通过数据网络分发该分组节目流的方法，包括步骤：从信号源接收多个分组节目流，每个分组节目流具有与其相关的节目标识信息；接收对特定的分组节目流的请求，该请求包含组播地址；使用预定的算法和该组播地址来确定与该特定分组节目流相关的节目标识信息；使用所确定的节目标识信息来获取该特定分组节目流；以及根据与数据网络相关的传输格式，使用组播地址在数据网络上发送该特定分组节目流。

在再一个实施例中，本发明提供一种用于在数据网络中接收分组节目信号的方法，包括步骤：接收对从多个分组节目流中的特定分组节目流的用户请求；使用预定的算法和与该特定分组节目信息相关的标识信息来确定与该特定节目流相关的组播地址；向耦合到所述多个分组节目流的源的设备发送对该特定分组节目流的请求，该请求包含组播地址；从数据网络获取含有特定节目流并且与组播地址相关的分组数据；以及从所获取的分组数据得到分组节目流。

在再一个实施例中，本发明提供一种用于从信号源接收分组节目流并且通过数据网络分发该分组节目流的方法，包括步骤：在耦合到数据网络的第一设备中，从信号源接收多个分组节目流；在耦合到数据网络的第二设备中，接收用户输入，用来从所述多个分组节目流中选择特定分组节目流；在第二设备中，使用预定的算法确定与特定分组节目流相关的组播地址，并且向第一设备发送对包含由所确定的组播地址的特定分组节目流的请求；在第一设备中，响应于请求，使用预定的算法和组播地址来确定与该特定分组节目流相关的标识信息；在第一设备中，响应于标识信息获取该特定分组节目流，并且根据数据网络的传输格式，使用组播地址通过数据网络发送该特定分组节目流；以及在第二设备中，响应于使用组播地址发送的分组数据，接收该特定分组节目流。

附图说明

参照下面的附图进一步描述了本发明，其中：

图1示出可以实施本发明的示范性卫星信号分发系统；

图2示出根据本发明的原理的另一示范性卫星信号分发系统；

图3是图解根据本发明原理的一个方面的卫星调谐参数的表；

图4是根据本发明原理的一个方面的IPv4地址位分配的表；

图5示出按照频道改变的请求将服务(节目指南)信息转换为IP组播地址以获取所请求的频道比特流的方法；以及

图6是根据本发明原理的卫星系统操作的示范性方法的流程图。

在整个附图中，对应的附图标记指示对应的部分。

具体实施方式

现在参照图1，示出了示范性卫星信号分发系统的示图，概括地用10来指示。卫星信号分发系统10表示各种类型的卫星系统，用于将数字音频、视频、音频/视频和/或数据信号(统称为数字电视信号或节目信号)从一个或多个卫星20递送到一个或多个基于地面的天线30。数字卫星电视信号典型地为数字基本流分组(简单基本流分组)的格式。一个或多个卫星20构成了卫星系统10的发送部分。一个或多根天线30构成了卫星系统10的接收部分。每个天线30连接到数字服务器、头端(headend)或信号处理和分发部件(统称为数字服务器)40。一个或多个数字服务器40构成了卫星系统10的处理和分发部分。因此，示意性的卫星系统可以由发送部分、接收部分以及处理和分发部分(即，每个卫星、接收机以及处理和分发部件中的一个或多个)组成，每个部分包括一个或多个部件。多个卫星系统可以根据本原理类似地构成一个卫星系统。

每个卫星20具有一个或多个应答器，并且最好是多个应答器，每个应答器发送数字格式的卫星信号或基本流分组。卫星的每个应答器发送卫星信号或由音频、视频、音频/视频和/或数据的数字基本流分组构成的频道。为了易于理解且不作为限制性的，将数字卫星信号、频道、节目和/或音频、视频、音频/视频和/或数据的基本流分组统称为卫星电视信号，或者发送的卫星电视信号。应答器按照特定的数字传输协议和/或格式发送卫星电视信号。在当前情况下，卫星20以MPEG(例如MPEG2)数字协议/格式或DirecTV数字协议/格式发送。当然也可以使用其他数字协议/格式。每个卫星信号包括节目数据和标识数据。标识数据包括以卫星号码或标识、应答器号码或标识和传输协议格式节目标识符(在MPEG信号的情况下为PID，或者在DirecTV信号的情况下为SCID)格式的信息。

每根天线30被适配、配置和/或可操作成接收从卫星20发送的卫星电视信号。每根天线30最好被配置成从多个应答器接收多个电视频道或信号。应当理解为，如果需要一次从几个卫星接收卫星信号，单根天线30代表多根天线。每根天线30连接到数据服务器40。数据服务器40可以认为是小型或微型(即按比例缩小的)头端。数据服务器40除了这里所述的特征之外，执行那些数据服务器典型的功能。

每个数据服务器40被适配、配置和/或可操作成接收多个卫星电视信号(基本流)并且进而处理它们。特别地，数据服务器40可操作成根据第二传输协议(即IP传输)将所接收的、第一传输协议(例如MPEG或DirecTV)的卫星电视信号封装成分组数据。这样，从卫星接收到的第一传输协议的卫星信号或频道中的每一个的基本流分组被有效地转换成第二传输协议的基本流分组。

此外，数字服务器40还可操作来从给定的一组可用IP组播地址中为每个卫星信号(基本流)分配一个唯一的IP组播地址。组播地址的分配是按照这样的方式进行的，即卫星标识数据(卫星基本流分组或卫星信号标识数据)被编码或映射到所分配的唯一IP组播地址。特别地，所分配的唯一IP组播地址的特定(可用)位用于编码其所分配到的卫星信号的卫星信号标识数据。这样，通过将标识数据映射、编码或相关到地址的特定位，IP组播地址包含卫星标识数据。最好，但不是必须的，标识数据包含三个(3)参数来控制要调谐到的基本流：1)卫星号码；2)应答器；和3)MPEG或DirecTV协议格式的PID或SCID节目标识符(传输协议格式节目标识符)。

这些参数每个都具有受限或有限的实际值范围。对于MPEG PID，例如，值的范围由MPEG2规范(见ISO 13818)限制为从0到8191(或者以十六进制从0x0000到0x1fff)。对于DirecTV SCID，值的范围限制为从0到4095(或者以十六进制从0x0000到0x0fff)。为了简单起见，可以为要被编码成IP组播地址的PID/SCID选择0到8191的限制范围，以便为两个系统提供空间。

一个卫星可用的应答器的数量典型地为三十二(32)。由于没有卫星包含0个应答器，因此可以以0到31的号码范围来数字表示有效的应答器。如果应答器实际上从1编号到32，则减去“1”就将产生正确的应答器号码，以便落入0到31的号码范围内。

对天线安装的实际限制和给服务提供商的花费限制了对单个接收机顶盒、卫星接收机或等效设备/部件的可用的卫星数量。将上限设置为8个卫星(或者更少)为服务提供商和用户提供了大范围的灵活性。8个卫星可以从0到7编号。图3描述了卫星标识数据的这三个参数在图表80内与其十进制范围和等效的十六进制范围被一同列出。当然，也可以使用其他十进制以及十六进制范围。尽管可以采用各种IP组播地址方案，但本发明将针对三十二(32)位的IPv4组播地址来描述。

数据服务器40还可操作将所分配的IP组播地址转换成以太网组播地址，以便在以太网网络上提供基本流分组(卫星信号)。所分配的IPv4组播地址被映射成四十八(48)位的以太网地址。特别地，数据服务器40将32位的IPv4组播地址的可用位映射成48位的以太网地址的对应位。为了与其他组播网络兼容，选择与RFC1112和RFC2236的因特网组管理协议(IGMP)兼容的地址映射。RFC1112阐述了“通过将IP地址的低23位置入以太网组播地址01-00-5E-00-00-00(十六进制)的低23位中，来将IP主机组地址映射到以太网组播地址”。这样，通过将IP组播地址的低23位映射为以太网组播地址的低23位，来将IP组播地址转换成以太网组播地址。这减轻了对对应的以太网组播地址独立的映射的需要。

作为数据服务器40操作的例子，假设从IPv4组播地址的预留组中可使用224.3.0.0到224.251.255.255的IPv4组播地址，以避免冲突。如果IP组播位从0编号到31，则可以使用0到12位来存储(编码或映射)PID或SCID。可以使用13到15位来存储(编码或映射)卫星号码。然后可以使用18到22位来存储(编码或映射)应答器号码。在图4的图表90中概括了这些位分配。

回来参照图1，每个数字服务器40可以依次连接到通常位于建筑50等内的服务机柜(service rack)52。服务机柜提供与网络60的接口，网络60包括多个接收机、机顶盒等61，其中每个61除了能够处理卫星信号(即，分发的卫星信号或IP格式的基本流分组)外，还可以用于以太网。或者，数字服务器40和服务机柜52可以在一个封装内实现。每个接收机61可操作来通过其IP/以太网组播地址调谐到一个或多个卫星基本流分组。服务机柜52可以通过连接到服务机柜52的数据服务器40或电话线向接收机61提供节目或服务指南信息(见图2)。

现在结合图5讨论接收机61怎样可以获取一个或多个基本流(卫星信号、节目或频道)的例子。典型地使用IP组播地址范围224.3.0.0到224.251.255.255从遥控器向机顶盒61发出改变频道的命令。机顶盒61然后离开任何当前的组播组。从提供给机顶盒的本地节目或服务指南信息中提取出卫星频道信息。所提取出的频道信息可能指示所选的卫星频道是来自卫星1、应答器1、PID12。为了加入适当的组播组，机顶盒61将指南信息转换成以太网/IP组播地址。图5的图表100示出了这是如何完成的。本发明值得注意的特征在于，对于数字接收机，将节目标识参数映射成组播地址的方法是以与上述相同的方式完成的。这样，客户端或接收机61和数字服务器40使用相同的映射技术，因此，当用户选择新频道或节目时不需要下载映射表和执行查找操作。

行102表示IP组播地址的位编号。行104表示从行106表示的适当的指定点(位)中的节目指南收集来的参数。行108表示要转换到行110的地址(即224.7.32.12)的总的IP组播地址。机顶盒61然后执行加入地址224.7.32.12的组播组的命令。数字服务器可以响应于用户选择，依次使用组播地址来调谐到特定的卫星、特定的应答器和特定的分组节目流。

在图2中，示出了概括地用100来指示的卫星系统的另一示范性实施例。卫星系统100包括连接到建筑或其他分布结构(例如MDU或多个居住单元)50的微型头端40。微型头端40通过天线(碟形天线)30接收多个卫星信号，天线30将信号转发到卫星接收机系统32。卫星接收机系统32执行如上所述的头端功能。微型头端40包括QoS(服务质量)开关34，其可以可选地添加高级的视频服务36和/或可选地添加来自因特网39的数据服务38。在所有情况下，QoS开关34连接到服务机柜52，最好但不是必须的，通过每秒1千兆比特(Gbps)的连接相连。服务机柜52通过以太网/QAM开关56接收多个经转换并且添加了IP组播的卫星信号。以太网/QAM开关56连接到POTS分离器54，后者连接到用于其电话服务的POTS。

以太网/QAM开关56将来自POTS分离器的电话信号和来自微型头端40的卫星信号经由xDSL(例如网络60)转发到一个或多个居住单元62。每个居住单元包括电话插孔64用于为xDSL调制解调器66提供接入。调制解调器66允许电话68、经由以太网连接的计算机70、经由以太网连接的连接到显示器或监视器74的网络机顶盒(即卫星接收机)72的连接。每个居住单元62从而可以加入一个或多个组播。

应当理解，MPEG(DirecTV)分组和以太网/IP分组之间不必一一相关或对应。例如，可以将10个MPEG分组放入单个IP组播分组中，后者然后被放入以太网组播分组中。各种组合都在预料之中。

现在参照图6，示出了根据本发明原理的卫星系统操作的示范性方式的的流程图，其用120概括指示。在步骤122，接收第一格式的第一卫星信号(即多个第一卫星信号)。在步骤124，根据第二格式，将接收到的第一卫星信号转换(或者封装)成分组数据。在步骤126，根据每个卫星信号的参数和其所分配的IP组播地址的位之间的编码方案，为分组数据分配IP组播地址。具体地说，所分配的IP组播地址的特定位编码卫星参数。这使得每个卫星信号(或基本流)与特定的IP组播地址相关联(反之亦然)。

在步骤128，每个IP组播地址被转换成以太网组播地址以便在以太网络和/或以太网部件上使用。基本流将与特定的以太网/IP组播地址等同。然后，在步骤130，在以太网上通过以太网/IP组播地址提供经封装的卫星信号以供组组播成员获取。一个诸如机顶盒之类的部件请求加入对应于特定频道的基本流分组的接收。

应当理解的是，上面和图6描述的流程图120提供了这里所述的主题卫星接收系统的示范性操作的完整方式。然而每个步骤对于本发明的实现都不是必需的。本发明可以使用比流程图120的所有步骤更少的步骤来实现。在权利要求书中可以反映出这一点。此外，可以根据这里叙述的原理，在过程、方法或操作120的替代实施例中采用更多或更少的步骤实现本发明。同时，可以用上述过程120的子集而不是整个过程来实现本发明的原理。此外还考虑变型。

尽管将本发明描述为具有优选设计，但可以在本公开的宗旨和范围内进一步修改本发明。因而本申请意图涵盖使用其一般原理的本发明的任何变型、使用或适配。此外，本申请意图涵盖本公开的这些背离，即只要落入本发明所属的领域中公知或习惯的实践并且落入所附权利要求书的限定内的背离。