专利名称：分布交互式多媒体业务系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及分布式计算环境，尤其涉及到通过分布式计算环境提供交互式多媒体业务。
在现有的技术中，分布式计算环境(DCE)广为人知。在典型的DCE中，一个或多个客户处理器(客户)通过通信网络与服务器处理器(服务器)通信。用户运行的客户应用程序有时需要客户业务的支持。
现有技术的分布式计算环境的结构，通常配置成服务于相对少量的人数，可能是几百个用户，以访问已知数量的客户工作站或个人微机。通信网络趋向于局域化，例如令牌环(token ring)或基带网络。典型的局域网(LAN)有如下预定因素物理媒介，带宽和协议。从客户到服务器的通信路由，以及从服务器到客户的通信路由趋向于单向或对称。
用户和客户应用程度趋向于复杂，例如，分直，字处理。业务在可变性，复杂性和资源请求方面渐渐受限制，例如，在许多基于分布式计算系统的局域网中普遍存在的数据库和打印服务器。
调整分布式计算环境以处理交互式多媒体业务是个难题。问题是过于复杂，交互式业务的用户数量可能是数以百万计，其中单个客房又可以同时进行多个交互式会话。业务数以千计。业务的交付需要许多实体的协同操作。视频信息供应商(VIP)提供多媒体信息资源，业务供应商(SP)拥有并运营业务系统，网络管理者提供传输。用户终端设备(CPE)厂商提供电视和机上盒(set-top box)。
然而，客户应用程序却趋于相对简单。本质上，通过一个手持遥控器，一个不复杂的用户，如一个小孩，可以操作最新技术的高速64比特视频服务器，以及许多千兆字节的数据。业务可以是复杂和多样的，如视频点播，游戏，目录业务，居家购物，过程医疗，运程学习，定购饭店外卖，金融业务等等。多媒体信息资源可以有多种形式，包括文件，关系数据库和编码视频节目。
服务器的地理位置分布和客户一样广泛，连接服务器和客户的网络实际上是由数以百万计的物理电路和虚电路构成的有趣的网状结构。任意被分配的电路的通信特性，无论是通过卫星，电缆还是光缆、通常都是不对称的，并且只有在用户请求获取某个业务时才会显现。连接管理方式可以包括广播方式，多点传送方式，点对点方式，多点对单点方式和多点对多点方式。
简单地说来，理想的结构必须具可调整的，以满足许多用户按下遥控键所产生的业务请求，这些业务请求要求每秒下载数以百万计的比特数据。特别是为了响应简单用户应用程序产生的少量信号，在业务负载不断变化的压力下还需要分配和管理复杂的计算机资源。本发明为这些问题提供了解决方法，其特定的实施方式描述如下。
在分布化的交互式多媒体业务系统中，置于用户前端的电视机所连的机上盒中的客户应用程序产生一个连接请求。该连接请求可以是对用户由手持趋控设备发出的命令的响应。在本发明的一个方面，作为对通过网络接收到连接请求的响应，在网关路由器中运行的对话管理器程序产生一个分配请求和一个创建请求。
本发明广义地说属于分布化交互式多媒体业务系统。
在所描述的本发明的一种实施例中，作为对分配请求的响应，业务管理单元中的资源管理器分配多个多媒体服务器的物理资源。这些资源可以包括处理器，存储器，磁盘和网络带宽。作为对创建请求的响应，媒体流管理器创建一个多媒体流。该多媒体流是直接连接机上盒的一条虚电源。
会话管理器响应资源分配和多媒体流的创建，在多个多媒体服务器中启动从多个多媒体业务中选定的某个业务。这个被选业务在服务器中运行的同时，通过多媒体流向机上盒提供多媒体信息。
本发明的另一方面包括以层次化的树状结构进行多个多媒体业务的存储器存储。层次化的树状结构包含许多节点，每个节点代表多个多媒体业务中的一个。一个特定的多媒体业务可以包含一个综合业务，该综合业务又进一步包含一个或多个基本业务。基本业务可以划分成可定业务和必需业务两种类型。基本业务与多媒体内容相关联。基本业务响应从机上盒接收到的命令，通过媒体流向机上盒提供获取和传输媒体内容的功能。
以下通过例子给出了优选实施例的描述，可以通过该描述和相关的图例获取对本发明的更详尽的了解。其中
图1是使用本发明的分布式计算环境(DCE)的顶层框图。
图2是图1中DCE的详细框图。
图3是本发明所用的多媒体业务数据库的框图。
图4-8是按照本发明的优选实施例，分布化交互式多媒体业务的客户和服务器相互作用的流程图。
图1显示了提供多媒体业务的分布式计算环境(DCE)100，多媒体业务可以包括交互式业务，广播式业务和例如居家购物的事务处理业务。这些业务可以获取诸如视频/音频流数据，文件和数据库的多媒体信息资源。DCE100包括服务器200，该服务器通过包含电路103的通信网络110与客户10相连。每个客户10可以是拥有处理器的机上盒的形式，该处理器通过用户应用程序(CA)11进行业务会话的解码和控制。
客户10的用户可以通过手持遥控器发出业务请求，服务器200予以响应。在业务会话期间，服务器和网络资源暂时分配给用户10。服务器资源可以包括计算机处理器，存储器，磁盘；网络资源可以包括一条通信路由103。在会话期间，这条路由103被划分成双向的数据的控制路由。
现在翻到图2，那里显示了一个客户10连接到服务器200。图1中的通信路由103可以划分成一条高带宽前向数据路由104，一条高带宽后向数据路由106，和低带宽双向控制路由105。对服务器200所提供业务的获取由网关控制，该网关将业务域划分成层次1(L1)和层次2(L2)业务。
L1网关路由器201用于在客户机上盒10和服务器200间建立一次会话。L1网关路由器201提供网络控制，会话建立和撤消，以及客户和路由器之间的路由寻址。在美国，层次1指的是政府制定的，例如FCC，客户/服务器接口部分。层次1业务没有提供重要的多媒体内容。层次1业务与电话公司提供的“白页电话簿信息”比较相似。
L2交互网关单元或路由器(IGU)202，通过控制线107连接L1网关201，它允许接入不受管制的层次2业务。层次2业务包括厂商提供的多媒体内容，包括所有的视频点播业务。会话管理器205(SEM)位于IGU路由器202中，它能通过用户数据库验证用户权限，在验证通过后向服务器200发送业务请求。在支持大量用户的系统中，可能有多个IGU202。
服务器管理单元(SMU)203协调对服务器资源的请求，服务器资源是系统中可统计的功能部件，例如处理器，存储器，磁盘，缓冲器，和网络带宽。更进一步来说，资源由SMU203中的资源管理器(RM)201来管理。SMU203维护定义系统功能部件的数据，包括客户，会话，服务器指派，端口指派，网络流量，服务器带宽，媒体资源，存储器分配等等的动态信息。可能会有多个SMU203以处理分布化内容的数据库，SMU203也可以成对以作冗余和容错之用。
服务器200包括通用和专用的基于处理器的子系统。例如，信息数据库服务器可以配置成一个磁带或光盘自动选择器(optical juke-box)，可以自动获取存有多媒体内容的大量在线和离线大容量磁带和光盘。交互式媒体服务器可以并发传送多个多媒体数据流，MPEG流，文件和数据库信息。每个服务器可以包括一个或多个处理器，存储器和磁盘存储。
服务器200的输出连接到视频泵(video pump)，后者包括一个或多个媒体流端口240。媒体流端口240可以包括复用器以选择服务器和一个流控制器，以向大容量前向数据路由104提供恒定比特率(CBR)流。媒体流端口240的流控制器可以将视频数据编码成MPEG格式，并将编码后的数据加工成适合在网络110上通信的传送包。
在DCE的运行期间，例如，在以下将更详细描述的客户/服务器会话期间，控制数据在客户10和服务器200间通过L1和L2网关201-202进行通信，使用相对低带宽的通信路由105和107。
由客户10产生的控制数据可以包括客户对业务的请求，诸如“连接、信息、打开、关闭、挂起、恢复、播放、暂停、快进、倒退、停止、读、写”等等，以及客户提供的标识数据。
由服务器200产生的控制数据可以包括状态信息，如成功/失败，以及对该应用程序的进一步控制数据，都将存储在客户10里。控制数据可以包括地址或“句柄(handles)”，以允许客户10在会话建立后直接与服务器200中的业务通信。大量的多媒体数据从服务器200传向客户10，如视频流和文件，绕过了L1和L2网关，而在高带宽前向数据信道104上直接通信。这些多媒体数据是业务“多媒体内容”。
如图3所示，在本发明的优选实施例中，业务300在服务器200中以层次化的树状结构定义，该树状结构有多个“节点”，可以通过不同目录获取。业务300包含向客户10提供多媒体内容，如信息资源的进程。这些进程在服务器200中运行，按照客户10的用户的指示操作多媒体内容。在层次结构300中，业务首先根据信息供应商301，如HBO，Time-Warner，Dishey等等，进行组织。在DCE100运行期间，根据机上盒10和客户用户的标识，一个或多个供应商业务显示给用户以供选择。
每个供应商301可以提供指定的业务301，例如电影，旅游和游戏。如果一个业务包含子业务320，我们就称之为“综合业务”。例如，综合旅游业务包含子业务320地图，目录和预订。业务可以是可选的或是必需的。当综合父业务(parent servie)被打开时，必需的子业务也被打开并分配资源。可选的业务直到用户实际需要时方被激活。并行业务可以和其它业务并行地使用。
作为层次结构底层的是基本业务330。基本业务330设计来传送多媒体信息资源360。操作多媒体信息资源的基本业务可以是，例如，流，文件和数据库。流业务将音频资源以恒定比特速率的MPEG流形式在线104上传送。文件和数据库业务可以传送存储在传统的顺序和关系数据库文件中的信息。
与基本业务相关联的是函数340。这些函数可以通过远程呼叫(RDC)获取。例如，系统引导业务可以用来向机上盒10传送初始化的应用程序接口。流业务由类似VCR函数操作，以播放节目。文件和数据库业务使用诸如读和写函数，以及定位函数。
为了向客户提供业务，需要分配资源350，因此，与业务300相关的是资源参数，如上/下带宽，服务器位置，CPU，磁盘和内存储器使用。资源由SMU203中的资源管理器210管理和分配。对综合业务而言，资源参数可以包括别的必需的并发业务资源的描述。综合业务所需的资源可能少于组成的各基本业务所需资源的总和。
现在翻到图4，描述了DCE100的功能性运行。本发明优选实施例的一个优点是最小化了客户/服务器接口的复杂度，最小化了低带宽控制路由103上的流量。在本发明的优选实施例中，客户应用程序11和服务器200中运行的业务，300间的相互作用，部分借助于基本远程过程调用形式的请求，如有向箭头所示。每一个RPC可以有输入参数。业务300响应RPC请求，产生应答消息，该应答消息可以包括应答信息和说明RPC成功或失败的状态指示。
如图4所示，客户应用程序11通过向IGU202中的SEM205发送一个连接请求410来启动一个业务会话。连接请求410可以包括机上盒11的标识(地址)，初始业务路由，客户配置文件和可选的“恢复”状况，请参看数字411。客户地址标明某个特定的机上盒，也可以包含用户标识信息，如某个唯一的口令字。这样，可以向用一个机上盒的多个不同用户有选择地显示不同的业务。
初始业务路由是信息业务供应商301的默认定义，以及向该用户显示的业务(节点)的默认定义。用户配置文件描述了客户机上盒10的性能，如带宽、厂商、模型、网络协议等等。该信息用以正确格式化传送的内容。恢复状况，参见后文，由用户10用来重新连接以前挂起的业务。
作为对接收到连接请求410的响应，SEM205通过向用户数据库发送一个极限验证请求430来验证客户/用户的身份。权限验证应答可以包括某些附加信息，以确认客户10启动的初始业务。通过验证之后，SEM205向RM210发送一个分配请求440。PM210为初始业务分配合适的资源。
SEM205也向媒体流管理器MSM207发送一个创建请求450。MSM“创建”或分配媒体流端口240媒体流端口240是连接客户10和所选业务的信道/端口。SEM205接收媒体流端口240的地址或“手柄”。以便业务直接连接该客户，并传送恒定比特速率音频流。
最后一步，SEM205产生一个启动请求460，启动一个或多个服务器200中的被选业务。启动意味着运行业务的进程，允许获取相关的信息资源。如果被启动的业务是一个综合业务，所有必需的子业务也被启动。业务可以通过媒体流端口240直接向客户10发送初频流。一个成功连接请求460的应答可以包括所启动业务的地址和手柄。客户应用程序11用这些手柄在后续请求中与被选业务直接通信。
在本发明的一种可选实施例中，SEM205也能启动一个“代理”客户程序400。代理客户程序400功能上等同于客户应用程序11。但是，代理客户程序400运行在服务器200中被分配的某一个服务器上，代理客户2程序400的目的是为了简化客户机上盒10的操作，简化客户应用程序11和服务器200中的业务300间的接口。
通过代理客户程序400，客户可以简单地按下机上盒的按键或手持遥控。这些基本命令信号被传往代理客户程序400。代理客户程序400解释基本机上盒命令或按键操作，生成实质上更复杂的RPC调用以实现用户请求。代理客户程序400而后可以在更复杂的层次上与服务300间相互作用。
这种带有代理客户程序400的实施例允许全功能的客户/服务器接口，而机上盒都相对简单和低耗费，事实上，在这种方案下，可以修改基本的RPC调用/响应结构的设计，而毋需改动任何用户终端设备。
如图5所示，系统也可以包括供应商客户应用500。类似于代理客户程序400，供应商客户应用500运行在服务器200中。供应商客户应用500的目的是为了配置供应商301的业务提供，并装入多媒体内容，如信息资源360，到数据库中。因此，每一个图3中的供应商301都有一个供应商客户程序500。业务可以通过增加业务请求520而加入。
在供应商客户应用520运行期间，新业务的实例或拷贝通过开始业务请求525在SEM205中注册。作为新业务注册的一部分，SEM205通过开始业务请求525获取该业务的描述信息，包括该业务在业务树300中的配置和层次。
这样，在客户10连接被选业务或多个业务之后，客户应用程序11，或代理客户程序400可以代表客户11向SEM205发送一个信息请求510。SEM205将注册业务的信息530传送给客户11。信息530格式化后，可以通过媒体流端口240向客户10传送，以作为选择菜单的一部分。
如图6所示，通过一个打开请求610，客户用程序11可以选择某个特定业务运行。该被选业务的运行可能需要分配附加资源，如SEM205向资源管理器210发送附加分配请求640。打开被选业务也可能需要启动附加业务，如基本业务330，以及为这些基本业务信息资源360分配资源。
如图7所示，在打开被选业务之后，该业务可以直接响应控制多媒体内容传送的函命令340，如播放，暂停和读710-712。这意味着客户11或代理客户400绕过了SEM205，直接与业务通信。关闭请求完全撤消该业务，释放所有分配的资源。挂起请求保存整个客户/服务器状况的描述。该状况描棕可以在后续的重新连接请求中用以恢复挂起的业务。
在本发明的另一个可选的实施例中，如图8所示，代理客户程序400可以通过一个打开请求810打开一个信息业务360。该信息业务由SEM205通过一个启动信息业务请求激活。在这种情况下，代理客房程序400成了信息业务360的客户。其优点在于代理客户程序400现在可以直接通过信息请求830，获取例如目录之类的信息。代理客户程序400现在可以向信息业务360发送更复杂的文件和数据库处理，如定位请求。这些请求可以从用户提供的简单菜单按键中获取。
代理客户应用400可以格式化和打包客户11使用的应答信息，通过媒体流端口240向客户11直接传送信息。信息内容可以是以MPEG编码格式向媒体流端口240提供，也可以不是。如果信息内容不是MPEG编码格式，由端口240在传送信息时对该信息进行编码。
以上公开的是本发明的说明性实施方式，它允许客户处理器获取服务器处理器所提供的复杂的多媒体业务。更进一步说，在分布式计算环境中，交互式多媒体业务的用户通过网络启动，打开，使用和关闭复杂的多嫖体业务。这些业务由运行在服务器处理器中，可以获取多媒体信息资源的进程提供。
本发明通过特定与术语和示例来描述。需要了解的是，在本发明的精神和范畴内，可以作不同的改写和改动。因此，后续权利要求的目标是覆盖所有在本发明的精神和范畴内出现的这种改写和改动。
权利要求
1.一种分布交互式多媒体业务系统，包括一会话管理器，它响应接收到的连接请求，产生资源分配请求和创建媒体流端口请求，所接收的连接请求来自于通过网络连接至该会话管理器的用户终端机上盒；一资源管理器，响应资源分配请求，分配多个多媒体服务器资源；一媒体流管理器，响应创建媒体流端口请求，创建一个多媒体端口；会话管理器，响应资源分配和媒体流端口创建，在多个多媒体服务器上启动从多个多媒体业务中选字的一个，该被送业务通过连在网络上的媒体流端口，向机上盒提供多媒体信息。
2.如权利要求1中所述的系统，进一步包括一存储器，以树状层次结构中存储多个多媒体业务，树状层次结构包括多个节点，每个节点代表多个多媒体业务中的一个，多个多媒体业务包括一个综合业务，该综合业务包括一个，基本业务可分为可选业务和必需业务两类。
3.如权利要求1中所述的系统，其中多个多媒体业务中的每一个进一步包括多媒体内容装置，响应于从机上盒接收的命令，用以通过媒体流端口向机上盒访问并传输多媒体内容，其中多个多媒体业务包括一个信息业务，该信息业务用以定位多媒体内容。
4.如权利要求2中所述的系统，其中被选的业务是一个综合业务，其中，作为对接收到来自机上盒的信息请求以及机上盒和用户标识的响应，会话管理器提供给该机上盒有关信息，该信息描述了多个多媒体业务中该机上盒所能获取的业务子集，作为对接收到来自机上盒的打开请求的响应，会话管理器在多个多嫖体服务器中执行选定的业务，多个多媒体服务器在执行选定业务时直接与机上盒通信。
5.如权利要求2中所述的系统，其中所选定的业务是一个综合业务，以及其中会话管理器，在启动综合业务的同时，启动该综合业务的必需类型的基本业务。
6.如权利要求4中所述的系统，进一步包括一个用户数据库，以验证机上盒和用户的标识。
7.如权利要求1中所述的系统，进一步包括代理客户程序，该客户代理程序业务接收来自机上盒的命令，代理客户程序将这些命令转换成对被选业务的远程过程调用，其中被分配的资源包括处理器，存储器，磁盘和网络带宽。
8.如权利要求2中所述的系统，其中树状层次结构的节点按信息内容供应商进行组织，进一步包括对应于每个信息内容供应商的一个供应商客户应用，该供应商客户应用向树状层次结构中加入新的多媒体业务。
9.如权利要求3中所述的系统，其中的功能进一步包括播放，暂停和读功能，其中的多媒体内容包括流内容，文件内容和数据库内容。
10.如权利要求1中所述的系统，其中连接请求进一步包括一机上盒标识；一业务路由；一客户配置文件；以及一可选的恢复状况。
11.一种分布交互式多媒体业务的方法，包括响应于从机上盒上接收的一连接请求，通过网络，向连接到多个多媒体业务的机上盒分配多个多媒体业务资源；响应于连接请求，创建一个媒体流端口，以向该机上盒传送多媒体内容；以及在多个多媒体服务器分配的资源中，启动从多个多媒体业务中一选出的业务，该被选业务向机上盒传送多媒体内容。
全文摘要
在分布交互式多媒体业务系统中，位于用户前端的机上盒的一个客户应用程序产生连接请求。作为对通过网络接收到连接请求的响应，会话管理器产生一个分配请求和一个创建请求，资源管理器响应分配请求，分配多个多媒体服务器的资源。媒体流管理器响应创建请求，创建一个多媒体流。会话管理器响应资源分配和多媒体创建，在多个多媒体服务器中启动从多个多媒体业务中选定的某一个业务。
文档编号H04N7/173GK1155122SQ96111970
公开日1997年7月23日 申请日期1996年8月30日 优先权日1995年9月1日
发明者唐纳德·F·胡伯, 戴维·M·汤格, 迈克尔·B·埃文斯 申请人:计数设备公司