本发明涉及一种在用户要求下能传播静止电视画面、可能伴有音响信息的数字交互通信系统，更详细地说，本发明涉及一种将视频和声频信息以数字形式进行编码、处理和存储的系统。 为用户提供话音、数据和视频通信服务，习惯上是采用不同种类的通信系统。特别是，现在已利用了交互电缆电视系统可以在用户的请求下将信息分配到他们的电视机上。这种系统有一种参与了购物服务，用户可以在家里根据“电子商品目录”购物，或在一个“电子购物中心”购物。这种系统与家庭购物通道不同，因为它使用户可以利用按键式电话机选择他们会在他们的电视机屏幕上看到的产品或服务项目。此外用户还可以选择产品或服务显示的调步。操作时，用户可调准某一频道，然后拨预定的电话号码以接通该系统。系统一经认出用户之后，用户的电视机屏幕上就开始显示静止的电视画面，可能还伴有音响以及“电子百货商店”的指南，其中包括可以考虑或采纳、进一步研究、保存起来供将来考虑或只要根据电视屏幕上地付款协定触动按键式电话机上的按键就可采购的一些产品或服务项目。信息在系统中的流通由主机架的主机控制。
这种购物服务采用电缆电视（CATV）网络分配用户所要求的电视节目和随节目播送的音响信息。在电缆电视网络的各种不同地点上有一种叫做帧存储器的器件捕获着视频信息。这些地点个个为一小群用户提供服务。各帧存储器的作用是捕捉为帧存储器有关的用户之一而指定的电视画面。帧存储器捕获带有地址的电视画面并将该画面转换成它所能存储的形式。接着，帧存储器确定该电视画面应配以哪一种音响信息，将声频和视频信息结合在一起，然后注入电缆电视的馈线电缆中。帧存储器所发送的复合信号就作为标准电视图象出现在用户的电视机上。
其它交互电缆电视系统要求各用户拥有自己专用的频道供观看电视节目和音响节目之用。其它这类系统有的还要求用户在自己的电子计算机终端上观看这类节目。
这些早期系统的缺点在于，需要有一个很大的主机，而且数据处理是以模拟形式进行的。本发明的系统提供与早期那些系统同样的服务，但采用多个强有力的单板电子计算机，作为局部地区网络（“LAN”）连接，代替集中式电子计算机或主机。
在电子计算机网络中，大量单独的但相互连接着的电子计算机履行单个安置在网络中心的电子计算机的工作。在任何电子计算机网络中，各相互连接着的电子计算机都是独立的。在集中式电子计算机系统上采用LAN有若干明显的好处。
其中一个好处是在计算和通信的相对造价方面。一九七0年以前，电子计算机的造价相对于通信设施来说是较高的。现在的情况却相反。在小型电子计算机成本相对地可以忽略不计的情况下，在数据源对数据进行分析具有一定的吸引力。在数据源处分析数据减少了通信费用，而这个通信费用目前在总费用中所占的百分比比过去是提高了。
采用电子计算机网络的另一个好处是小型电子计算机的价格/性能比要比大型主机的优越。主机的运算速度约为最大型单片微处理机的十倍，但它们的价格却为单片微处理机的一千倍以上。价格/性能比的这种不平衡现象使采用许多紧密配置在一起的微处理机（一个LAN）更具有吸引力，它比大型主机优越。
除价格/性能比占优势外，LAN还有其它优于单个集中式系统的优点。有一点是它们比集中式电子计算机系统更可靠，因为LAN中的一个硬件或软件出故障时只使一个处理机停止工作而不致影响其它处理机。
将大量小型处理机组合在一起构成大型电子计算机系统的另一主要优点在于可以简化软件设计。在电子计算机网络中，有可能将一些或全部处理机专供特殊功能使用。就是说，无需使处理机履行多道程序，各处理机在任何时候都只需要执行一个功能。既然无需进行多道程序设计，也就不存在大型主机有关的软件复杂性了。
LAN的另一个优点还在于，当工作负荷增加时，只要增设更多的处理机就可以逐步提高系统的性能。
因此在本发明的系统中采用LAN的主要优点是：（1）价格/性能比更理想，（2）某一处理机出故障时系统性能上的降低在容许范围之内，（3）系统性能的逐步增长具有实用价值。
此外本发明的系统是以数字形式接收、处理和传输数据的，相比之下，早期的系统则大体上是以模拟形式处理数据的。数字化系统比模拟系统有很多优点，举例说，（1）近二十年来，数字系统的设备和电路的价格每三年下降一半，模拟电路的价格则没有下降得那么快;（2）数字信号比模拟信号更易于多路传送;和（3）数字信号是用轮廓分明、形状相同的脉冲表示，因而易于存储和再生，从而原信号可以准确予以再现。
因此本发明的系统由于采用数字形式的信号并与LAN合并因而比早先的各系统优越，而且更为经济实惠。
本发明的一个目的是提供一种能给用户发送伴有音响的优质静止电视节目的数字化交互通信系统，以此来克服现有技术中的上述缺陷。
本发明的另一个目的是提供一种在价格和性能方面具有局部地区网络所具有的优点的交互通信系统。
本发明的另一个目的是提供一种新型经改进的交互通信系统，供向用户进行商品买卖和提供商业性服务之用。
本发明的目标是这样一种数字化的交互通信系统，该系统可以为许多用户所使用，根据用户在点播节目时间提出的要求产生表示所选定的图象的数字信息。本发明的系统包括一能发送数字信息的局部地区网络和一耦合到局部地区网络的话网接口，该接口在点播节目时间有选择地安排与一个或一个以上的用户通信联络，用以接收用户的请求和发出表示各发出请求的用户的身份（identity）的数字信息和表示各用户所发出请求的内容的数字信息。耦合到局部地区网络的一个数据库以数字形式存储着各用户可选择以供观看的图象。
多个单板计算机工作时个个都连接到局部地区网络上。节目服务器的任多是分派给一些单板电子计算机进行的。作为点播节目服务器，它们在点播节目期间个个都专门为一个用户服务的。点播节目服务器将来自话网接口的数字信号翻译成其它单板电子计算机所能理解的指令信号，并将该指令信号通过局部地区网络发送给其它单板电子计算机。起码另外一些单板电子计算机在点播节目期间是有选择地专门履行获取有关提出请求的用户的人事资料。另一些单板电子计算机则有选择地在点播节目期间专门接收来自点播节目服务器的指令信号，确定用户所选定的图象并要求数据库把该选定的图象发送给用户。象第二局部地区网络之类的装置在工作时是耦合到数据库上，以便将表示所选定图象的数字信息发送给用户。此外起码另一个单板电子计算机系有选择地专门用来在点播节目期间处理另一些请求处理该发出请求的用户所发出的信号的信息。
为更全面理解本发明的性质和目的，应结合附图参阅下面的详细说明。
图1是本发明用以为各用户提供伴有音响的优质电视静止图象的数字交互通信系统的方框图。
参看图1，本发明的交互电缆电视系统的总编号为10。在系统10工作时，用户用按键式电话机12与系统10联络。通过电话机12发送的传输信号在普通电话线上载送到系统10的本地操作中心（“LOC”）11，该操作中心应用局部地区网络技术。在LOC11，话网接口14（“VNI”）接收电话机12的单音信号。若单音信号是普通的话频传输，则它们就以模拟形式被传送到VNI 14上，由VNI 14对它们进行识别并编码成接口16所能识别的ASCII（美国信息交换标准代码）字符。在单音信号作为数字信号为VNI 14所接收的时刻，VNI 14也将数字化了的按钮音信号变换成接口16所能识别的协仪信号。VNI 14最好是Summa Four公司出品的SDS-1000型专用数字开关，该开关具有预定数目的电话引出线，必要时供接通输进来的用户请求提供服务的呼叫。但无论单音信号呈数字形式或模拟形式，VNI 14的输出信号总是经由接口16被传送到第一局部地区网络18（“LAN”）上。尽管VNI 14在图1中系安置在LOC 11上，但本发明原先考虑VNI 14不一定非要安置在象LOC 11那样的位置不可。
第一LAN 18的网络布局，即网络的实际编排方式，叫做环形布局。环形布局的所有装置在网络中是由呈圆圈或环形的单根通信电缆进行连接的。信号系从一个装置绕着圈发送到另一个装置。信号绕圈行进时，LAN中的各装置以电子的方式检测该信息是否系发给自己的。若然，则有关装置就对该信号进行处理。若不然，则有关装置通常是将该信号进行再生，然后传送到圈上的下一个装置。
网络访问确定容许网络中各装置传递和接收数据的各项程序。LAN18中所使用的网络访问法习惯上叫做标记通过法。标记是指经常不断地环绕网络行进的特殊位组合格式。网络中的每一个装置必须要收到标记之后才能发送信息，在收到标记之前就必须等待。装置收到标记时就发送信息，把标记重新插入网络中，然后传送给网络中的下一个装置。若某一装置没有需要发送的信息，它就让标记传到网络中的下一个装置。事实上，拥有标记就意味着可以发送信息。
在LAN 18中连接着各装置的传输媒质最好是基带同轴电缆。基带同轴电缆每次只载送一个信号，但信号快速行进-以每秒一千万位范围内的速率行进。采用任何一系列普通的方法都可以使许多装置同时使用LAN 18。
组成LAN 18的装置除包括一随机存取存储器、一时钟和输入/输出设施外，还包括多个各个具有为各用户服务的特殊功能的单板电子计算机。各单板电子计算机都有专门用途的软件，而且与将其连接到LAN 18的一个接口有联系。除一些单板电子计算机外，LAN 18的还包括习惯上叫做“磁盘区”的大规模数据库28。存储在数据库的硬磁盘存储器中的是表示在电视机上显示的各种货品或服务项目的数字化了的信息。通常这些显示在电视机上的内容包括优质的电视静止画面图象，或文字信息或重叠在静止画面图象的文字信息，或任何以上内容的组合。这些电视节目可以伴以音响信息。用户在系统10的任何点播节目时间只要提出要求就可以看到任何这些所存储的电视节目及其伴音。此外数据库28中还存储着介绍各节目之间渠道的有关指导性方面的资料以及有关诸用户的资料。一般说来，为用户提供货品或各项服务的各家公司是利用体现出电子百货商店的电视节目的结构。
耦合到LAN 18的单板电子计算机是美国加利福尼亚州圣克拉拉布的Intel公司制造的，其型号为iSBC 36/100或iSBC 186/100。该诸电子计算机都按它们在LAN18中的功能用途在图1中分别命名为节目服务器20、指导服务器22、用户服务器24和出纳服务器26。尽管各服务器20、22、24和26是以单项功能性任务加以区别，但本发明预料各服务器会有自己适当的软件从而使服务器可根据系统10的要求转换各功能。在系统10的任何用户节目时间期间，一个节目服务器20会专心致志地为某特定用户服务。任何LOC 11的节目服务器20的数目视乎LOC 11所提供服务的用户的数目而定。因此LOC 11的节目服务器20的数目可以在100至2000个的范围。
来自VNI 14的输出信息通过接口16发送到多个节目服务器20中的其中一个。接口16的作用是将外来的用户呼叫与目前可加以利用的节目服务器20联系起来。节目服务器20和所有的服务器一样包括LAN 18，其本身系通过一个接口连接到LAN 18上的。虽然图1中所看到的各服务器系连接到一个接口上，但在LAN 18的实际结构中，多个服务器可以共用一个接口。
节目服务器20处理信息的方式是把信息翻译或转换成其它服务器能理解的一些逻辑信号，然后把信号继续传到LAN 18以便其它服务器进一步进行处理。实质上，节目服务器20将代表按键式电话机12上一个键钮的数字信号进行翻译，然后给LAN 18上的其它服务器发出一项或多项指令。这些指令中包括用户对所选定节目的要求。
指导服务器22有一个动态RAM（随机存取）存储器能在任何时刻存储足以使用户能将任何客户的节目结构挪动的信息。存储在指导服务器22中的信息规定了任何节目结构中各节目之间的途径。由于指导服务器22中装有一个动态RAM存储器，因而它只存储在用户点播节目时间的任何特定时间有用的指导信息。一般说来，指导服务器22的动态RAM存储器，其容量约为10兆字节。因此指导服务器22的存储器中不能存储所有用户的节目网络。此信息系存储在数据库28的硬磁盘存储器中。
在系统10处于工作状态时，用户按压按键式电话机12上的键钮来指明他希望看的一个或多个节目。表示所按压的电话键钮的数字化信号由节目服务器20进行处理并提交给指导服务器22。指导服务器22从数据库28取出当时所需要的指导数据，以便根据用户的要求挪动节目网络。因此，举例说，当用户要求在某一特定节目结构内的信息时，动态存储器会只存储有关用户在用户节目时间内的该特定时间所可能要求的节目网络的部分的指导信息。随着节目的进行和用户对节目结构的挪动，动态存储器内的指导性信息会随着用户在结构中的动作而变化。指导服务器22根据存储在其动态存储器中的指导数据并根据翻译出来的节目服务器20的数字化信号确定用户所选定的是存储在数据库28中的哪一个节目，然后通过LAN 18发出一个信号要数据库28给用户发送所要求的节目。
用户服务器24存储着有关系统10各用户的资料。所存储的有关各用户的资料包括用户的电话号码和用户的身份证号码（personal ident-ification number），而且它确定被指定接收用户所要求的节目的节目自动演奏装置。正如下面即将更详细谈到的那样，节目自动演奏装置接收、存储和给用户转播用户所要求的那些节目。
一般说来，服务器24只积极参与任何用户节目时间的某一部分。在系统10工作时，节目服务器20询问用户服务器24有关用户的资料。于是用户服务器24就取出所要求的有关资料并将其发送给节目服务器20，节目服务器20就把它存储在其存储器中。由于节目服务器20在整个用户节目时间内忙于工作，因而在用户节目的其余时间内不需要进一步询问用户服务器24。
出纳服务器26处理全部有关用户采购商品和给用户提供的服务的信息。举例说，出纳服务器26询问用户支付购物款项的方式。若用户选择以信用卡的方式付款，出纳服务器26就从数据库28取出用户信用卡的号码，然后给授权的服务机构发送适当的通知，要求从用户的信用卡支付该购物款项。出纳服务器26的另一个功能是通知客户从速将货品寄给用户。
有关购物的信息可以直接发送给客户，也可以存储在出纳服务器26中，稍后再“分批”发送给客户。举例说，在某一定时期内的全部购物资料都由出纳服务器26存储在一个存储数据文件存储器中，在该时期结束时再成批分发给各种不同的客户，以便进一步处理。出纳服务器26还能够说明所采购的货物提交给用户的方式。即出纳服务器26会通知客户：货物是否需要装运和以什么方式装运，或者用户是否需要在客户的商店提货等。
第二个LAN 30也取环形的布局，连接到数据库28上，用以将表示电视节目的数字信号发送给CATV（电缆电视）系统。发送单个电视画面大致需要30千字节至50千字节的信息。由于要提供节目的电视或图象部分需要大量字节的数字信息，因此需要配备第二个LAN 30，因为它可以高于第一个LAN 18的速率容纳大量的数字信息。为满足此要求，第二个LAN 30的传输媒质是个宽带媒质，最好是由带宽宽于第一个LAN 18的若干光纤组成的纤维光缆。第二个LAN 30最好能每秒传输一集四千万字节的信息，相比之下，第一个LAN 18每秒才传输几十万位的信息。
信道服务器32接收来自第一个LAN 18的用户控制信息和来自第二个LAN 30表示所选定的电视节目的信息，以便发送给CATV头端38。接口34和接口36分别将信道服务器32耦合到第一个LAN 18和第二个LAN 30上。
信道服务器32包括一微处理机、一若干兆字节的RAM存储器、一前向误差校正编码器和一调制器。信道服务器32所收到的视频、声频和控制信息系转换成高速的数字流并经过调制使其适宜电视电缆网络传输。信道服务器32还安排信息发送到电缆电视网络的次序并履行前向误差校正编码，保证电缆电视网络传输的可靠性。
本发明预计LOC 11视乎其所在的位置可给大约5，000至10，000个用户提供服务。各LOC 11能借助于网间连接器40与其它LOC联系，网间连接器40又与诸如宽带地球卫星或通信卫星之类的高速传播媒质联络。网络连接器40包括一具有至少几兆字节存储器的微处理机，且由接口42和接口44分别耦合到第一个LAN 18和第二个LAN 30上。在与其它LOC通信的过程中，LOC 11能请求处理诸如在其数据库28中找不到的电视节目之类的信息，而且还能响应其它LOC的要求。
尽管本发明例示的实施例是参照附图进行详细地说明的，但不难理解，本发明是不局限于这个明确的实施例的，而且在不脱离本发明的范围或精神实质的前提下，熟悉本技术领域的人士是可以进行各种更改或修改的。举例说，尽管本发明的系统10介绍时是说它包括多个单板电子计算机，但熟悉本技术领域的人士知道，系统10也可以包括多个多板电子计算机的。此外，系统10的商用实施方案可以包括把多个指导服务器22、用户服务器24和出纳服务器装在一个外壳内的方案。这些服务器的确切数目视乎系统10的负荷要求而定。