一.交互式电视技术发展概况
  有人说前几年世界的热点课题是多媒体计算机技术,近几年的热点课题是交互式电视技术,这是因为交互式电视技术有较好的经济效益、社会效益和广阔的应用前景。系统用户可以坐在家里的电视机前,通过遥控器和菜单,在可能的条件下选择您所喜欢的电影、电视和新闻。它还可以提供交互式电视教育、电视采购、视频游戏以及方便的电视、电话和数据信息服务。
  交互式电视技术有较好的发展环境,自1993年9月美国宣布"信息高速公路"计划后,全球掀起信息高速公路热潮,投资巨款建设国家信息基础设施(NII),美国NII分三期:近期(1994~1997)、中期及远期(2000年以后),投资1500~40000亿美元。我国也在积极、慎重地开展这方面的工作(CNII计划),即在我国人力、财力、物力 允许的条件下,为建立中国信息基础设施做技术和物质准备:建设"八横八纵"干线缆计划正在实施,22条光缆有7条始于北京;广州、上海,北京首先在国内引入高速率宽频带交换机ATM;在近两年来我国出现了有线电视联网热潮,大到北京、上海大城市,小到县城、乡镇企业。目前我国已建有线电视台600多座,有线电视用户约2000万左右。
  所谓交互式电视,它是一种受观众控制的电视,在节目间和节目内观众能够作出选择决定,这是一种非对称双工通信模式的新型电视业务。节目间(interprogram)交互式电视可称为点播电视VOD(Vidco On Demand),它又可分为真点播电视TVOD(True Video On Demand)和准点播电视NVOD(Near Video On Demand)。真点播电视,每个用户各自占用一套节目,即和电视交互的每个人都要及时响应,对装设在信息中心和电视台视频盘和视频带上的节目可以随意控制,提供上述所有服务及设备的费用是十分昂贵的。真点播电视的替代物是准点播电视,NVOD是每隔一定时间(如10分钟)从头播放一套节目,用户观看电视节目时,交换机将终端与最近将要从头开播的频道连通,用户等待时间不会超过时间间隔。NVOD实现起来要便宜得多,它的延迟对用户的许多应用是无足轻重的,在等待时间还可向用户播放存储资料(象在剧院中看到的一样),或食品及其他产品广告,或提供音乐视频插曲,这样使服务提供者能用广告利润补偿用户账单。节目内(intrapogron)交互式电视也称全交互型电视,它能够将用户的请求应答即时传送给用户,传送给用户的信息内容包括:视频、图像、语音、文字和数据,它可以用在教育ITV、购物ITV、交互式游戏ITV,但是实现交互式电影需要从一个场景切换到另一个场景的能力,花费太大,一般很少使用。
  
  什么是交互式电视?VOD系统有哪两种类型?
  所谓交互式电视,它是一种受观众控制的电视,在节目间和节目内观众能够作出选择决定,这是一种非对称全双工通信模式的新型电视业务。节目间(InterProgram)交互式电视可称为点播电视VOD(Video On Demand),它可分为真点播电视TVOD(True Video On Demand)和准点播电视NVOD(Near Video On Demand)。真点播电视,每个用户各占用一个视频流,视频服务器要及时响应每个用户的请求,提供上述服务的设备费用较昂贵,真点播电视的替代物是准点播电视,NVOD是每隔一定时间(10分钟),从头播放,用户观看电视节目时等待时间最多不会超过间隔时间,NVOD系统实现起来要便宜得多。
  节目内(Intraprogram)交互式电视也称全交互式电视,它能够将用户的请求和决定及时传送给用户,对于交互式电影需要从一个场景切换到另一个场景、制作费用太高,很少采用。


  交互电视的最初应用将采用非对称通信模式,即单向下行宽带传输,应该指出的是在这些应用中,导航和内容的无缝集成是重要的。典型的应用有:
  (1) 电影点播服务(MOD):提供家庭VCR播放功能,用户能够进行选择/取消、开始、停止、暂停(冻结画面)、快进、倒退、向前/后查看,设置或重置存储标志、显示计数器、跳到别的场景等。预看和交互浏览也是典型功能。其次,应用还需要向用户提供诸如账单等数据。
  (2) 远程购物(TeleShopping):商家利用多种媒体诸如视频、文本、带音频的活动视频、音频或图片(静止或动画)等技术制作虚拟商店,用户在该店中浏览商品目录,选择订购商品和所需的服务。
  (3) 游戏(Games):与传统的游戏不同,用户不是扮演指定的角色,而是从菜单中选择角色。一旦选定一个角色,游戏程序被装入到用户的STB(机顶盒)中或服务消费者的"游戏机"中。游戏过程中用户的输入将改变游戏的状态,并被以图画/视频流方式呈现给用户,游戏继续下去,直到游戏自行结束,或者由用户决定结束。
  (4) 卡拉OK服务(Karaoke on Demand):用户位于不同的地方,从服务提供者给出的目录中选择歌曲,用户可以选择或改变音调和节奏。当用户对着麦克风唱歌时,器乐声和唱声在用户所在的地方放出来。
  (5) 新闻点播服务(News on Demand):用户可以交互地选择新闻项目、表现的类别和材料(如正文,或连带活动视频)。
  (6) TV列表(TVListing):用户可以看到一个个节目以及它们的安排。用户可以选择安排的节目,以便在进一步查询时得到其他信息(如状况、演员、制作时间等)。
  (7) 家庭银行服务(Home Banking):应用电子访问由银行提供的服务,包括查看账目余额、向第三方付款、申请借贷,以及浏览银行的服务情况。
  (8) Internet访问(Internet Access):主要用户通过STB使用Internet提供的服务。可以有多种配置:如STB作为通信设备,一端连接到PC机上,另一端与宽带网连接,PC通过STB访问Internet信息、下载文件、发送邮件等;又如STB只作为一台远程终端,电视作为它的显示设备;再如STB作为一台PC机。
  美国电话公司(TELCOS)有线电视(CATV)公司正在致力于研究和开发ITV技术,它们既是合作者又是竞争对手。按惯例电话公司支持交互性的实现,它拥有非对称数据用户网络技术ADSL(Asymmetric Data Subscriber Loop),利用现有的双绞线向大多数用户传递2-6MHz带宽的双向数据,向家庭和商业企业传送图像、电视和数据,TELCO在美国已拥有9400万个家庭用户。有线电视公司拥有大量单向带宽通路,为5800万家庭提供灵活大容量的光纤网络用以传送各种图像、视频、音频及计算机数据,并具有播出多种电视节目的经验。
  从1986年起,南贝尔(Bellsouth)已经在Hunter Greek和Heathrow分别作了两个重要的VOD实验。在1993年联邦政府批准大西洋贝尔(Bell Atlantic)用一年时间在现有电话线上作传送TV视频拨号音试验,紧接着大西洋贝尔的Chesapeake和Potomac Telephone公司被授权在1994年3月对2000个用户进行试验,试验中将MPEG-I压缩视频节目传送到用户的机顶盒,解码后送给用户电视机。此外Nynex公司在1993年6月向曼哈顿(Manhattan)居民提供他们第一套VOD系统。
  1994年12月14日在美国召开了关于Time Warner全业务网FSN(Full Service Network)新闻发布会,会议将这个日子称为交互式电视诞生日。FSN的概念是两年前Time Warner公司提出的,使用现有的有线光纤网及其升级的工业标准协议。后有三个主要合作伙伴共同开发FSN;SGI-Silicon Graphics Inc在视频服务器方面提供合作;Scientific Arlanta公司在网络底层结构和机顶盒方面提供合作;而AT& T公司则负责ATM转换。Time Warner在奥兰多(Orland Florida)全业务网试验现场,采用一套4000视频流的设备,它需要1万亿位存储能力,相当于1500张标准CD-ROM盘,约1750小时压缩视频资料。FSN和开发者十分重视商品化问题,1994年各项技术并没有成熟到让用户满意,到1996年才切实可用,这时FSN的机顶盒将售价为300美元,观看影片的价格少于出租录像带的租金,玩游戏的价格每天一美元。
  美国软件界巨子Oracle公司1994年宣布每个视频流费用约600美元,仅为以前价格的五分之一,对于一个接入100万订户的VOD系统,每年每户费用少到75美元。Oracle的媒体服务器采用视频存储器巨型并行处理机(n-Cube的MJPP)。n-Cube计算机具有1024个并行处理器,每个处理器可看成是五个视频泵(Video Pump),在服务器阵列盘上提取数字视频压缩信号(如电影),视频信号的帧被分散到不同盘上,Oracle已解决了如何使这些视频泵一同或单独工作的问题,其结果是上千人可以同时观看单一拷贝的一部电影,一台视频服务器能同时传送1700个独立的视频流。Oracle公司还提供Oracle Media Objects一种用于交互式多媒体创作编辑工具;Oracle Media Net一个可将电视和机顶盒设备联接到视频服务器的软件,上述软件具有传送VOD实用性,同时还可用于点播文字、音频和图像业务。
  其他还有:Viacom公司正在实验类似MTV交互式网络;Nickelodeon在加利福尼亚(California)Castro山谷研究有线系统;Discovery Network已经开发了"由您选电视(Your Choice TV)",一个高级电视节目选择和导航系统;Sega视频游戏公司正在开发Sega Channel,一种连接MCI和Time Warner有线通道的视频游戏;Intel General Instrument正在研制有线系统的调制和解调器;HP(Hewlett Packard)正在生产Tele-Communication订购的十万套机顶盒;视频服务器及Orlando系统中用的视频打印机;Micropokis正在研制视频磁盘驱动器;NEC和Nothern Telecom正在研制2..5KMbits/s的光纤回路及ATM产品。
  SGI公司1995年宣布一种新型的交互式电视视频处理器Magic Carpet,它将支持ITV的机顶盒及其他消费产品的交互式视频,它是MIPS公司RISC技术和SGI公司先进的图形引擎技术的集成,充分发挥两家公司优势的一种尝试。它拥有SGI显示技术,DAT质量的音频,广播质量的视频及数字压缩技术以及MIPS公司的处理器制造技术。Magic Carpet的潜在产品包括完全服务的交互式电视网络、家庭娱乐系统、数字式电视和录像机。AT& T Network System、Phillips Electronics、Samsung Electronics和Time Warner Cable都支持Magic Carpet产品,他们都将把它引入他们交互式产品中。
  IBM公司在1995年7月宣布建立ITV应用开发实验室,选用了Microware公司的数字音频/视频交互式解码系统(DAVID)作为交互式电视(ITV)应用开发实验室的开发平台,对于那些用电话,有线电视及无线网络的ITV解码器,DAVID是一个标准的操作环境。现在已有20多家制造厂商,包括:General Insrtrument、Steller One、Philips、 Zenith、Compression Labs、Samsung、Mitsubishi和Goldstar为其解码产品选用了DAVID平台,这些解码产品将用于1995年交互式电视试运行和大规模连网工程上。
  欧洲进行这类试验的有泛欧ATM网络PEAN(Pan European ATM Networkl)、全欧网络GEN(Global European Network)及欧洲先进通信技术研究开发中心RACE(Research and Development in Advanced Communication Technologies in Europe)等。尤其是英国通信公司(British Telecom)的VOD已在工作,这是一次ADSL不公开的技术演示,是由英国通信公司实验室为一个工业小组安排的,点播电视节目和广告,经过本地电话交换机的普通双绞线传输到三公里外的私人住宅,即位于Ipswich附近,距离英国通信公司(BT)Martiesham实验室一公里处,信号经过墙上电话插座,经过一小段线进入解码器,然后到电视机。ADSL编码器和解码器目前样机比较大而且很昂贵,预计到1996年编码器和解码器可以缩小为一个芯片。通过电话线接收的VOD,最后机上可能只包括一只ADSL解码器、一只MPEG解码器、一只微处理器控制器及将视频从电话呼叫中分离出来的滤波器,价格将下降到150至200美元。通过一般电话线提供VOD业务,技术已很现实,由英国通信公司(或任何其他国家电信集团)而办这种业务的真正障碍将是节目权的使用。
  现在全世界已有17个国家正在开发或提供交互式电视(ITV)类似的试验和服务,韩国的KT(Korea Telecom)公司,已推出VOD业务,通过电话线向家庭传送电影和Karaoke节目。KT公司在1995年6月通过Panpo电话局向100个家庭提供VOD服务,打算在1995年7月,KT公司将把这个服务扩展到Pusan、Taegu和Kwangju的另外1000个家庭。在这次试验,存储在Panpo电话局计算机中经过编码的VDT节目将通过电话线发送给点播人。点播人家中的机顶盒将信号进行解码,在选定某节目之后三秒中内电视机上将出现相应的画面,点播人可以进行停止、快进、倒放等操作,就象使用录像机一样。KT公司将这项试验性服务业务在1996年开始全面商业化。
  1996年,三亚信息工业公司(SII)与美国微软公司合作,在上海地区进行交互电视(MITV使用试验,参加单位有上海信息工业公司、上海教育电视台、上海广播电影电视局以及上海电信局。这次合作计划在1996年第一季度进行MITV初期使用试验,1996年底投入市场试验。表8.10和9.11给出了典型系统试验概况。
点击查看表8.10、表8.11

  二. 交互式电视技术和分布式多媒体系统

  交互式电视和分布式多媒体技术有很多相同之处。一个局域网(LAN)分布式多媒体系统及两个局域网多媒体系统通过桥接器和路由器(Brouter)相互连接的结构,它们的终端可能是工作站,都具有交互性,能够显示完美的带有伴音的连续运动的视频图像,看上去和电视机一样,能够显示让人喜爱的影片,它可以显示训练信息,个别指导,研究数据和其他有关的商业信息。例如可以是一个位于一家汽车商店的系统,一部分工作站放在展示大厅,配合顾客选购汽车,另一些工作站放在服务部门用于机械师修理汽车,诊断汽车的毛病,给出正确修复的方案。同时,销售人员还可以用这套系统进行调查,与竞争对手比较某种汽车的优越性。它可以是一个小型只包括自己视频服务器的局域网,它也可以扩充到由一些汽车销售商的局域网相连,以便共享信息。还可以给出了一种利用有线电视电缆(CATVCoax)连接有视频服务器的交互式电视系统。每一台电视机通过机顶盒和网络,用交互式方法使用户选择想看的电视节目。如果一个90分钟的节目,采用时间重叠每6分钟重播一次的方式,那么整个节目需要分15部分播出,用户从点播到收看电视节目最大的延迟时间是6分钟。
  随着多芯光纤的出现,它将在光缆干线上提供更高频率的带宽,这样的系统可以很方便地将交互式电视和多媒体网络系统融合在一起。提高带宽的有效方法是用户和服务器分成组或小的单元,结点分组的秘诀是中心服务器和用户之间的信息只在某个特定的组内流动,不允许流到其他小组,除非信息被特定的组外其他用户索求。组到组之间的通信需要宽带光纤和网间连接器(交换器)提供通道。
  交互式电视和多媒体一个重要的区别是信息传输采用了不对称模式,交互式电视系统和人类间直接通信的信息系统一样,数据的传送量和接收量有大量的差异,人类的眼脑和耳脑结合可以迅速地接收非常多的信息,而操作键盘和定位设备的手就要慢好几个数量级。使用遥控器的交互式电视系统,目前需要以每秒兆位的速度传送家用质量的电视,而从遥控器到机顶盒只是每分钟几位的数量级。
  这种不对称在多媒体通信、分布式多媒体系统以及计算机网络系统中,相对来说是一个新概念,上述系统两个方向的传输路径具有相同的传输率,数据交换是处于计算机之间而不是人和机器。交互式电视系统通信对象是人和机器,所以它把传输通路分成:节目通路和返回通路。节目通路也称下行通路是流向用户,是把视频信息传送到用户,现在有很多技术可以传送视频,这些技术共同的特点是"高频宽带",例如有线电视的交互式电视系统把50MHz~1000MHz分配给下行通路。返回通路也称上行通路,通常是用户把他的需求,通过单键遥控器,机顶盒进行:节目选择;登记的响应(电子会议);响应教育节目的测试问题;从电视购物目录中浏览和预订等。它的数据频率很低,有线电视交互式电视系统把5MHz~42MHz分配给返回通路。
  交互式电视系统一个示例
  一个ITV用户正坐在他家的交互式电视机旁,正考虑今天想看什么节目,当他拿起非常简单的单键遥控器时,一系列小的矩形菜单出现在电视机屏幕的顶部,如图8.15所示。
   8.15交互式电视菜单系统
  
  我们的主人想看一部电影,于是他把单键遥控器(具有激光指示器)指向菜单的"电影"框,于是菜单向下扩展,把电影分成5组:浪漫传奇片、动作惊险片、经典著作片、科学幻想片及滑稽喜剧片。用户选择了"动作惊险片",于是在一列电影片名中有一部史泰龙的"攀岩者",这正是用户想看的,他选完电影后感到饿了想点购食物,五种诱人的比萨饼出现在屏幕上:胡椒的、蔬菜的、西西里式、还有乳酪的以及混合式的比萨饼。用户指示出选择所需品种,屏幕通知用户在按键选择后30分钟内比萨饼将送到,否则免费。用户不必告诉比萨饼需要送到哪儿,因为系统知道他是谁,住在什么地方,接下来是选择饮料,选完后,完整的食物订单显示在屏幕上以便确认,同时还出现一些电影的节选镜头,使用户确认是否是他真想要看的电影,给予一个改变主意的机会。当用户被告之价格信息后,电影真正开始了。
  从开始选择到播放电影大概花了两分钟时间,整个过程,用户的需要得到了满足。电影在播放,用户从中得到消遣。电影开始不到半小时,门铃响了是送比萨饼的人,用户从电视机旁起身,但不需拿什么钱,ITV系统已经把钱付给了饼店,用户打开门,付给送货人小费,拿了比萨饼到厨房取些餐具,然后回来接着观看电影。
  然而,用户错过了电影中三分钟最好的情节,他拿起遥控器,大屏幕上立即出现十五个小屏幕,每一个都放着同一电影,但是开始时间不同,用户选择了在他刚刚看过后面的一个(延迟了三分钟的同一部电影),因为他记起小屏幕放的正是比萨饼送来之间的情节,用户从他刚才被打断的地方继续观看。
  我们的主人翁把一切安排好后开始用餐,电影又放了12分钟后,出现了一个令任何进食者会作呕的画面,他又拿起遥控器,大屏幕上又出现了那些小屏幕,用户可以比快进盒式录像机更容易绕过一些恐怖情节,实际上用户可以随意访问任何一个镜头。