基于 HFC+IP網(wǎng)絡(luò)交互電視架構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

李向坤,趙鴻志,曹江輝,于志華,代振忠

(1.甘肅省廣播電視網(wǎng)絡(luò)傳輸有限公司; 2.北京四達(dá)時(shí)代軟件技術(shù)股份公司)

以公益、付費(fèi)視音頻內(nèi)容和雙向互動(dòng)為特征的電視、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)服務(wù),可最大限度地滿足用戶的個(gè)性化消費(fèi)需求,也是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商大幅度提高 ARPU值,增加收入和利潤(rùn)新的增長(zhǎng)點(diǎn),市場(chǎng)潛力巨大。與之相關(guān)聯(lián)的技術(shù)、運(yùn)營(yíng)、服務(wù)創(chuàng)新,在三網(wǎng)融合的大背景下顯得尤為緊迫與重要。我們提出的“基于HFC+IP網(wǎng)絡(luò)交互電視架構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究”項(xiàng)目,以挖掘現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)特別是廣電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì),充分考量投入與產(chǎn)出比為出發(fā)點(diǎn),在借鑒國(guó)內(nèi)外成熟的交互技術(shù)的基礎(chǔ)上,追蹤先進(jìn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商開(kāi)展交互增長(zhǎng)業(yè)務(wù)提供了一種系統(tǒng)、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、安全的技術(shù)方案。

1 概述

1.項(xiàng)目背景。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和信息化技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)字家庭已不是一種遙不可及的概念,以SD、HD、3D電視收看點(diǎn)播、EPG收視指南、nPVR、時(shí)移回看、電視娛樂(lè)、電視生活、電視資訊、電視網(wǎng)絡(luò),可視通話和視頻監(jiān)控等新的業(yè)態(tài)消費(fèi)市場(chǎng)正在蓬勃興起。隨著國(guó)家三網(wǎng)融合試點(diǎn)的啟動(dòng),綜合電視信息服務(wù)將成為各大運(yùn)營(yíng)商發(fā)展業(yè)務(wù)的主流,迫切需要設(shè)計(jì)建設(shè)能夠承載綜合電視信息服務(wù)的交互業(yè)務(wù)平臺(tái)。

2.交互平臺(tái)和承載網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀。目前,電視交互業(yè)務(wù)平臺(tái)采用規(guī)范主要有 ISA、NGOD、IPTV規(guī)范。ISA、NGOD標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際普遍采用的 VOD系統(tǒng)的架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn),在交互業(yè)務(wù)平臺(tái)體系架構(gòu)中,由眾多的系統(tǒng)組件組成,這些組件的通訊也要遵循一系列的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ,包括:RTSP、DSM-CC、LSCP、RTSP、SSP、Web Service、CORBA、FTP、HTTP等系列通訊協(xié)議。系統(tǒng)中各子系統(tǒng)互聯(lián)都采用了公開(kāi)的協(xié)議,可以靈活選擇業(yè)內(nèi)主流的視頻服務(wù)器、Edge-QAM以及第三方業(yè)務(wù)應(yīng)用等。基于標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)放的設(shè)計(jì)原則保證了系統(tǒng)易于擴(kuò)展、易于管理、易于開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用,同樣也保證了系統(tǒng)的先進(jìn)性。

ISA規(guī)范是由時(shí)代華納主導(dǎo)制定的一套開(kāi)放性的架構(gòu),其協(xié)議主要遵從 DSM-CC協(xié)議族。ISA規(guī)范很好的將應(yīng)用(Application)和業(yè)務(wù)管理(BMS)和會(huì)話資源管理(SRM)進(jìn)行了剝離,提供相應(yīng)的接口規(guī)范,不同廠家的產(chǎn)品快速集成提供了可能,也為應(yīng)用的快速開(kāi)發(fā)提供了接口,利于業(yè)務(wù)提供商將自己的業(yè)務(wù)系統(tǒng)快速集成在業(yè)務(wù)交互平臺(tái)中,ISA規(guī)范也是目前國(guó)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商采用的主流規(guī)范,占據(jù)了市場(chǎng)的主導(dǎo)地位,大多主流業(yè)務(wù)交互系統(tǒng)都支持該規(guī)范,但 ISA規(guī)范對(duì)于 IP網(wǎng)絡(luò)的交互業(yè)務(wù),其擴(kuò)展存在局限性。NGOD規(guī)范則能同時(shí)較好的支持EPON+EOC和 CMTS網(wǎng)絡(luò)。NGOD規(guī)范由 Comcast主導(dǎo)制定,該規(guī)范采用 RTSP協(xié)議。NGOD規(guī)范能同時(shí)支持窄播網(wǎng)和 IP網(wǎng)中的交互業(yè)務(wù),將內(nèi)容交付部分劃出作為 CDN,更易于不同廠家的視頻服務(wù)器的集成。其協(xié)議簡(jiǎn)單,利于快速開(kāi)發(fā)和運(yùn)行系統(tǒng)的維護(hù)。同時(shí)具有和 ISA規(guī)范一樣的開(kāi)放性和擴(kuò)展性。

國(guó)內(nèi) IPTV標(biāo)準(zhǔn)是由我國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商與通信設(shè)備研究制造商借鑒 TISPAN和 ITU-T等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研究制定,適應(yīng)于國(guó)內(nèi) IP運(yùn)營(yíng)商需要,具有強(qiáng)化統(tǒng)一門(mén)戶導(dǎo)航,統(tǒng)一鑒權(quán)認(rèn)證機(jī)制的特點(diǎn).

承載網(wǎng)絡(luò)。從物理介質(zhì)看包括光纖同軸電纜,光纖雙絞線和光纖 5類線,分別承載著廣電網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)。隨著技術(shù)進(jìn)步和 NGB、NGN和下一代互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的實(shí)現(xiàn),各大運(yùn)營(yíng)商擁有的網(wǎng)絡(luò)均能承載電視、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),但各有優(yōu)勢(shì)的格局仍然存在。就廣電網(wǎng)絡(luò)而言,基本都具備以下 2種模式,即:廣播網(wǎng) (HFC)包括基于 IPQAM窄播網(wǎng)(CMTS)和 IP網(wǎng)(EPON+EOC/LAN,CM)。電視交互業(yè)務(wù)平臺(tái)也為了滿足網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的特點(diǎn),從滿足窄播網(wǎng)絡(luò)(CMTS)向支持 DVB+IP的模式發(fā)展,從初期的私有架構(gòu)向開(kāi)放架構(gòu)發(fā)展。

3.基于 HFC+IP網(wǎng)絡(luò)交互電視架構(gòu)特點(diǎn)。該架構(gòu)集合了 ISA和 IPTV的先進(jìn)技術(shù)和優(yōu)點(diǎn),充分有效地利用了有線電視網(wǎng)絡(luò)的資源,在 IP網(wǎng)絡(luò)帶寬 2-4M/戶的條件下,既能為用戶提供高質(zhì)量 SD,HD和未來(lái) 3D,超高清(Super Hi-Vision)互動(dòng)點(diǎn)播、時(shí)移回看等服務(wù),又避免了投巨資對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)改造,規(guī)避了投資風(fēng)險(xiǎn),提高了運(yùn)營(yíng)商經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí),系統(tǒng)開(kāi)放、安全可靠、支持多業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)。其技術(shù)特點(diǎn):

A、完全基于通行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,保證日后系統(tǒng)組件的開(kāi)放性;

B、基于已有 BOSS系統(tǒng)提供全套運(yùn)營(yíng)解決方案;

C、HFC承載廣播業(yè)務(wù),無(wú)需在 IP網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的組播,降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求;

D、大碼流 (≥8M)節(jié)目,如高清、3D、MPEG-2編碼的標(biāo)清節(jié)目點(diǎn)播業(yè)務(wù)由 HFC承載;

E、IP平臺(tái)承載低碼流(≤2-4M),如 H.264編碼的標(biāo)清或 ＜4M的 MPEG-2編碼標(biāo)清點(diǎn)播業(yè)務(wù);

F、HFC、IP平臺(tái)可承載 H.264、AVS、MPEG-2編碼格式;

G、IP接入帶寬≦ 4M/戶;

H、分布式的部署設(shè)計(jì)降低了對(duì)城域骨干網(wǎng)的帶寬要求,符合漸進(jìn)式建網(wǎng)規(guī)則,避免盲目投資;

2 互動(dòng)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)原則

(1)平臺(tái)的開(kāi)放性

HFC+IP交互業(yè)務(wù)平臺(tái)技術(shù)架構(gòu),支持主流的ISA和 NGOD規(guī)范,借鑒了 IPTV的優(yōu)點(diǎn),系統(tǒng)基于標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)放的設(shè)計(jì)原則保證了系統(tǒng)易于擴(kuò)展、易于管理、易于開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用,同樣也保證了系統(tǒng)的先進(jìn)性。

(2)平臺(tái)的先進(jìn)性

平臺(tái)必須要實(shí)現(xiàn)高清節(jié)目的點(diǎn)播、時(shí)移/回看功能,高清電視是電視制作和傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì),高清節(jié)目由于碼率大,對(duì)互動(dòng)平臺(tái)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、接入終端的軟、硬件要求較高,平臺(tái)技術(shù)體系應(yīng)支持 H.264、AVS等的高、標(biāo)清編碼格式。

采用第三代以網(wǎng)絡(luò)為中心的視頻服務(wù)器——真正實(shí)現(xiàn)了以網(wǎng)絡(luò)為中心的視頻內(nèi)容注入、存儲(chǔ)、內(nèi)容分發(fā)和視頻流的播發(fā),其在分布式部署、內(nèi)容共享、系統(tǒng)管理方面有著很大的突破,提高了系統(tǒng)的靈活性和高性價(jià)比。

(3)多業(yè)務(wù)支持

平臺(tái)不僅滿足了當(dāng)前的主流的視頻點(diǎn)播的應(yīng)用,還滿足未來(lái)的市場(chǎng)需要,能夠支持第三方新業(yè)務(wù)的增加,如即時(shí)點(diǎn)播,包括電影點(diǎn)播(MOD)、包月點(diǎn)播(SVOD)、免費(fèi)點(diǎn)播(FOD)等。平臺(tái)通過(guò)開(kāi)放的接口可以添加時(shí)移電視、nPVR等其他應(yīng)用。這些新增的應(yīng)用軟件可以利用系統(tǒng)原有的后臺(tái)支撐軟件和視頻服務(wù)器資源。

(4)平臺(tái)的擴(kuò)展性

平臺(tái)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)靈活,可以支持從幾百個(gè)流到幾百萬(wàn)個(gè)流的規(guī)模,可以根據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行平臺(tái)的擴(kuò)展。目前采用的架構(gòu)為省集中管理,地市分布式分發(fā)的結(jié)構(gòu),未來(lái)可根據(jù)各地市不同的發(fā)展?fàn)顩r獨(dú)立的進(jìn)行擴(kuò)容,滿足業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的需要。由于系統(tǒng)具有良好的平滑擴(kuò)展能力,運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù) VOD業(yè)務(wù)的開(kāi)展情況逐步增加投資,以便有效降低運(yùn)營(yíng)商的投資風(fēng)險(xiǎn)。

(5)平臺(tái)的可靠性

VOD系統(tǒng)支持 7*24小時(shí)的業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng),這就要求系統(tǒng)具備非常高的可靠性。系統(tǒng)的可靠性要通過(guò)系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)冗余、設(shè)備性能、容災(zāi)備份、系統(tǒng)管理和易維護(hù)統(tǒng)一規(guī)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 平臺(tái)技術(shù)路線

3.1 技術(shù)方案特點(diǎn)

(1)架構(gòu)規(guī)范

HFC+IP交互業(yè)務(wù)平臺(tái)支持 ISA和 NGOD規(guī)范,為大多數(shù)視頻服務(wù)器廠商的產(chǎn)品(Cisco、Harmonic、Motorola)和后臺(tái)廠商支持。會(huì)話管理接口遵從:SSP(DSM-CC)、RTSP;流控接口遵從:LSCP、RTSP;播流接口遵從:TS/UDP TS/RTP;內(nèi)容接口遵從:ADI;注入接口遵從:SOAP、ISA;門(mén)戶訪問(wèn)接口遵從:HTTP。

(2)三層的業(yè)務(wù)架構(gòu)

HFC+IP交互電視平臺(tái)技術(shù)架構(gòu),平臺(tái)包括:內(nèi)容提供商/服務(wù)提供商管理、用戶/訂購(gòu)關(guān)系管理、媒資管理、業(yè)務(wù)管理、目錄管理、認(rèn)證 /鑒權(quán) /計(jì)費(fèi)管理、會(huì)話資源管理、內(nèi)容分發(fā)管理,內(nèi)容安全管理功能模塊。

系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)劃分為:接入層、應(yīng)用層和業(yè)務(wù)層。

接入層:以 IP作為基礎(chǔ)的協(xié)議。它包括業(yè)務(wù)請(qǐng)求的接入和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的輸出以及相關(guān)的控制管理功能。接入層應(yīng)能保證足夠的帶寬和一定傳送質(zhì)量,這一層具備以下能力:

A、負(fù)責(zé)終端用戶的接入和認(rèn)證;

B、按照上層(業(yè)務(wù)層)的要求將每個(gè)業(yè)務(wù)信息流從源端傳送到目的端;

C、按照每種業(yè)務(wù)的具體屬性要求基于規(guī)則判斷地調(diào)度分配網(wǎng)絡(luò)資源,確保業(yè)務(wù)的功能和性能;

業(yè)務(wù)層:由一系列業(yè)務(wù)執(zhí)行能力和業(yè)務(wù)控制能力組成。業(yè)務(wù)層向應(yīng)用層提供服務(wù)能力,為應(yīng)用層的擴(kuò)展提供基礎(chǔ)。業(yè)務(wù)層主要完成以下業(yè)務(wù)功能:

A、媒體內(nèi)容數(shù)據(jù)的分發(fā)和存儲(chǔ)管理;

B、業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集;

C、實(shí)現(xiàn)后臺(tái)系統(tǒng)的分級(jí)層次組網(wǎng)和內(nèi)部負(fù)載均衡機(jī)制;

D、為終端用戶提供流服務(wù)授權(quán)能力;

E、門(mén)戶導(dǎo)航;

F、包裝基礎(chǔ)層服務(wù)能力,向應(yīng)用層提供接口;

G、封裝實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)處理邏輯;

H、提供與計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等外部系統(tǒng)的對(duì)接接口;

應(yīng)用層:調(diào)用業(yè)務(wù)層的各種能力,為最終用戶和內(nèi)容提供商提供服務(wù)。比如 VOD應(yīng)用和基于視頻的廣播型應(yīng)用都需要使用基礎(chǔ)的服務(wù)能力,但是這兩種應(yīng)用的業(yè)務(wù)包裝形式和業(yè)務(wù)處理邏輯表現(xiàn)方式是不同的。應(yīng)用層需要利用業(yè)務(wù)層提供的能力,根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)要求定制應(yīng)用和部署業(yè)務(wù)。下圖 1簡(jiǎn)要描述了活動(dòng)平臺(tái)的整體業(yè)務(wù)架構(gòu)。

圖1

平臺(tái)軟件采用三層系統(tǒng)結(jié)構(gòu):UI層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)層,開(kāi)發(fā)語(yǔ)言采用 JAVA,數(shù)據(jù)庫(kù)采用高性能的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù) Oracle10g,同時(shí)還采用了規(guī)則引擎技術(shù)、消息中間件技術(shù)、軟件總線技術(shù),并采用了基于線程池的高性能模型設(shè)計(jì)從而保證了整個(gè)業(yè)務(wù)架構(gòu)的靈活性和擴(kuò)展性。

(3)用戶接入認(rèn)證

PPPoE或 DHCP:認(rèn)證原理:原有 PC機(jī)上網(wǎng)仍然通過(guò) PPPoE走 BRAS,而交互業(yè)務(wù)用戶的 STB使用 DHCP PLUS模式,所有的 DHCP PLUS報(bào)文通過(guò)三層設(shè)備傳送到 DHCP PLUS服務(wù)器,DHCP PLUS服務(wù)器再和 OSS交互后,確定是否是合法用戶,如果是合法用戶,就分配已定義好的 IP地址池的地址,如果是非法用戶,將拒絕分配 IP地址。

(4)NAT穿透

在 IP播流的情況下,需要機(jī)頂盒接收流的 IP和端口做 NAT穿透處理:處理方式是在 SRM中建立一個(gè) NAT穿透的處理服務(wù)器,接口協(xié)議采用RFC3489的 STUN Binding的消息。交互方式如圖 2所示:

圖2

在 SRM建立一個(gè) STUN Server(NAT穿透打孔服務(wù)器),機(jī)頂盒在建立會(huì)話之前,先用接收流的 IP和端口向 STUN Server發(fā)送 STUN Binding的消息,將接收流的 IP和 Port在 NAT服務(wù)器上的映射傳給STUN Server,SRM接收的 RTSP會(huì)話,將從 STUN Server中查找機(jī)頂盒接收流的 IP和端口,放到會(huì)話中,作為視頻服務(wù)器播流的目標(biāo)地址和端口。

(5)IPG系統(tǒng)

交互節(jié)目指南系統(tǒng)(Interactive Program Guide),分為 Catalog Manager、Catalog Web Server和 Catalog數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)三部分,Catalog Manager負(fù)責(zé) IPG的生成、編輯、管理等,Web Server負(fù)責(zé)為雙向終端提供雙向交互的 IPG。

IPGWeb Server可根據(jù)要求分布式部署在各地市(區(qū)域),用來(lái)個(gè)性化的實(shí)現(xiàn)各地市的雙向 Web訪問(wèn)門(mén)戶。

隨著雙向網(wǎng)用戶數(shù)量的增加,IPG Web Server的壓力也會(huì)增加,可以通過(guò)增加 IPG Web Server的數(shù)量和負(fù)載均衡技術(shù)來(lái)支持業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。通過(guò)這種擴(kuò)展,就可以大大的提高系統(tǒng)的支撐能力,同時(shí)也提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

(6)電視時(shí)移 /回看

觀眾在觀看節(jié)目時(shí),可以隨時(shí)按暫?；蚝笸?快進(jìn)鍵。電視回看是指觀眾通過(guò) IPG選擇播放 3天前的節(jié)目。技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程與即時(shí) VOD相同,并占用同樣的資源。實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是實(shí)時(shí)注入系統(tǒng)的配合,以及后臺(tái)、視頻服務(wù)器對(duì)時(shí)移功能的支持效率。時(shí)移電視業(yè)務(wù)需要雙向網(wǎng)絡(luò)的支持。

平臺(tái)支持 16-72個(gè)標(biāo)清、高清頻道做時(shí)移或者回看,這些頻道按節(jié)目實(shí)時(shí)編碼、打包、注入到 VOD系統(tǒng)中。一旦節(jié)目注入到 VOD系統(tǒng)后臺(tái),基于 IPG的時(shí)移應(yīng)用模塊即可根據(jù)注入的節(jié)目信息提供時(shí)移業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)支持,同時(shí),IPG自動(dòng)更新、展示電視回看業(yè)務(wù)節(jié)目,這些節(jié)目的點(diǎn)播過(guò)程與即時(shí) VOD完全相同。選定做 TimeShift的頻道由前端發(fā)送給機(jī)頂盒,在機(jī)頂盒獲取了哪些頻道可以做 TimeShift之后,會(huì)在相應(yīng)的廣播頻道畫(huà)面上做出標(biāo)志,這樣用戶在觀看廣播頻道的節(jié)目時(shí)就可以知道該頻道是否支持時(shí)移,用戶就可以在當(dāng)前廣播節(jié)目狀態(tài)通過(guò)暫停、快退等操作進(jìn)入時(shí)移狀態(tài),在時(shí)移狀態(tài)可以進(jìn)行各種操作控制。進(jìn)入時(shí)移狀態(tài)的過(guò)程實(shí)際上是 STB通過(guò)IPG獲取節(jié)目編號(hào)并執(zhí)行點(diǎn)播的過(guò)程,該節(jié)目開(kāi)始播放的進(jìn)度與廣播節(jié)目當(dāng)前的進(jìn)度一致。用戶按遙控器上的暫停或者后退鍵之后,視頻內(nèi)容相應(yīng)的從廣播頻點(diǎn)轉(zhuǎn)到 VOD專播頻點(diǎn),當(dāng)用戶快進(jìn)趕上廣播節(jié)目的進(jìn)度時(shí),直接跳回廣播頻道,如圖 3所示。

圖3

廣播節(jié)目單通過(guò) EPG下發(fā),IPG可以導(dǎo)出支持nPVR/Timeshift業(yè)務(wù)頻道的節(jié)目單,并將其導(dǎo)入到RTI(實(shí)時(shí)注入設(shè)備)設(shè)備;RTI設(shè)備按照節(jié)目單上的時(shí)間安排錄制,在每個(gè)節(jié)目開(kāi)始播放的時(shí)候向 VOD后臺(tái)系統(tǒng) StarStream注入節(jié)目,并生成相應(yīng)的 OfferingID;RTI設(shè)備通過(guò) StarStream將錄制節(jié)目實(shí)時(shí)注入到視頻服務(wù)器中;元數(shù)據(jù)文件直接注入 StarStream中,節(jié)目文件經(jīng)過(guò)圖 3中的 2、3兩步注入到視頻服務(wù)器中;StarStream通知 IPG節(jié)目已更新,IPG從StarStream獲取最新的節(jié)目單,并展現(xiàn)到 STB端(該節(jié)目單用于電視回看業(yè)務(wù));STB開(kāi)機(jī)后從 Catalog獲取支持 nPVR/Timeshift業(yè)務(wù)的頻道列表;在用戶進(jìn)入時(shí)移狀態(tài)或點(diǎn)播 nPVR節(jié)目的時(shí)候從 Catalog獲取要觀看的節(jié)目編號(hào),即 OfferingID;STB向StarStream發(fā)起要觀看節(jié)目的點(diǎn)播請(qǐng)求,請(qǐng)求中包含播放速度、播放速率、向前向后等信息,節(jié)目開(kāi)始按照用戶播放控制請(qǐng)求進(jìn)行播放,視頻服務(wù)器向 STB下發(fā)用戶要觀看的節(jié)目。

(7)實(shí)時(shí)注入節(jié)目時(shí)間調(diào)整

實(shí)時(shí)注入系統(tǒng)將大文件中的節(jié)目開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間,以及節(jié)目數(shù)據(jù)信息在注入時(shí)帶入大文件Package的元數(shù)據(jù)中,IPG取出元數(shù)據(jù)進(jìn)行展現(xiàn)。如果需要調(diào)整節(jié)目的開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間,在 RTI系統(tǒng)里調(diào)整,并將調(diào)整后的數(shù)據(jù)更新到 BMS中。

在 RTI系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn):

將頻道按天劃分成多個(gè)時(shí)間段,來(lái)制定注入的Schedule;將大文件內(nèi)的節(jié)目開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間和節(jié)目數(shù)據(jù)擴(kuò)展到大文件 Package的元數(shù)據(jù)中(ADI.XML);調(diào)整大文件中節(jié)目的開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。實(shí)時(shí)通知 BMS系統(tǒng)節(jié)目時(shí)間的調(diào)整數(shù)據(jù)。

在 IPG系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn):

根據(jù)大文件的數(shù)據(jù)將大文件展現(xiàn)成多個(gè)節(jié)目,點(diǎn)播的 URL通過(guò)節(jié)目在大文件中的開(kāi)始時(shí)間來(lái)區(qū)分;從 Catalog元數(shù)據(jù)中區(qū)分大文件節(jié)目,和解析節(jié)目數(shù)據(jù)。

圖4

(8)視頻服務(wù)器的集中式、分布式和混合式部署

采用物理分組的方式實(shí)現(xiàn)了視頻服務(wù)器的集中式、分布式和混合式部署,其實(shí)現(xiàn)機(jī)制如下:

首先將用戶進(jìn)行分組,在 HFC網(wǎng)絡(luò)中,采用IPQAM的輸出口為基本單元,對(duì)用戶進(jìn)行物理分組編號(hào),在 IP網(wǎng)絡(luò)中,以子網(wǎng)網(wǎng)段對(duì)用戶進(jìn)行物理分組編號(hào),HFC的組號(hào)和 IP的組號(hào)不允許重復(fù),如同一用戶如果同時(shí)在 IPQAM網(wǎng)絡(luò)和 EPON+EOC網(wǎng)絡(luò)下,在該用戶具有兩個(gè)分組編號(hào)。

平臺(tái)以資源的方式管理這些分組,對(duì)于 HFC網(wǎng)絡(luò),資源包括 IPQAM的 IP和端口,節(jié)目播發(fā)的頻點(diǎn)信息等,對(duì)于 IP網(wǎng)絡(luò),則對(duì)應(yīng)子網(wǎng)網(wǎng)段。交互業(yè)務(wù)平臺(tái)接收用戶節(jié)目點(diǎn)播請(qǐng)求,根據(jù)用戶的分組編號(hào),來(lái)選擇相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)為用戶提供節(jié)目分發(fā)服務(wù),對(duì)于同時(shí)有 HFC網(wǎng)絡(luò)和 IP網(wǎng)絡(luò)分組編號(hào)的用戶,交互業(yè)務(wù)平臺(tái)將根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則來(lái)選擇相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)來(lái)分發(fā)節(jié)目:如高清的節(jié)目走 IPQAM下行。

根據(jù)物理上的分組,視頻服務(wù)器可以集中式部署,也可以放到前端,為一個(gè)或多個(gè)組提供節(jié)目的分發(fā)服務(wù),從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同部署方式節(jié)目分發(fā)能力。

(9)多業(yè)務(wù)支撐能力

采用軟件總線技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)不同業(yè)務(wù)的路由規(guī)則,用戶請(qǐng)求統(tǒng)一接入,根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則,分發(fā)給不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)的處理,實(shí)現(xiàn)了多業(yè)務(wù)支撐的能力。同時(shí)支持第三方的業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成,為交互業(yè)務(wù)平臺(tái)提供了快速開(kāi)發(fā)新業(yè)務(wù)的能力。

3.2 實(shí)施方案

(1)支持高清大碼流節(jié)目

高清 H.264編碼最少 8Mb,如果高清節(jié)目采用IP下行,需要網(wǎng)絡(luò)提供較高的接入帶寬,平臺(tái)充分利用了 HFC網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì)為高清節(jié)目默認(rèn)為 IPQAM下行的方式為用戶提供服務(wù),這樣既利用了 HFC網(wǎng)絡(luò)廣播式帶寬資源的優(yōu)勢(shì),給用戶較好的使用體驗(yàn)(用戶可以較順暢地進(jìn)行‖暫停、×10、×32速的快進(jìn)快退)。

(2)基于規(guī)則判斷,首先選擇 HFC網(wǎng)絡(luò)

平臺(tái)為 HFC與 IP的混合網(wǎng)絡(luò)提供了業(yè)務(wù)處理能力和內(nèi)容分發(fā)的強(qiáng)大支持能力,系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)為基于規(guī)則判斷方式,當(dāng)用戶進(jìn)行點(diǎn)播時(shí),系統(tǒng)根據(jù)用戶所在的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行選擇,并根據(jù)節(jié)目類型、用戶接入網(wǎng)類型和終端類型進(jìn)行智能化的節(jié)目分發(fā),系統(tǒng)設(shè)計(jì)成首先選擇 HFC網(wǎng)絡(luò)下行方式,當(dāng) HFC網(wǎng)絡(luò)資源占滿時(shí)再自動(dòng)選擇 IP網(wǎng)絡(luò)下行方式。對(duì)于高清雙向 STB,節(jié)目采用 H.264編碼,IP帶寬要求 2M。對(duì)于標(biāo)清雙向 STB,節(jié)目采用 MPEG-2編碼,IP帶寬要求 4M

(3)傳輸鏈路要求

由于高清 H.264編碼的節(jié)目點(diǎn)播流走 HFC通道下行,標(biāo)清 H.264編碼的節(jié)目點(diǎn)播流可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)空閑狀況智能判斷下行通道,因此互動(dòng)平臺(tái)對(duì) IP網(wǎng)絡(luò)的帶寬壓力大為降低,在采用 EPON+EOC為HFC網(wǎng)絡(luò)雙向改造模式的情況下,如果設(shè)計(jì)每個(gè)數(shù)字電視光節(jié)點(diǎn)帶 100用戶,在點(diǎn)播用戶較少的初期,每個(gè) EPON+EOC數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)可覆蓋 200用戶,至少可滿足 30%的用戶點(diǎn)播需求,當(dāng)點(diǎn)播用戶增加時(shí),將每個(gè) EPON+EOC數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)改為覆蓋 100用戶,至少可滿足 60%的用戶點(diǎn)播需求。標(biāo)清采用 MPEG-2編碼,傳輸規(guī)則與高清相同,但 IP帶寬要求為4M。

(4)終端要求

STB雙向機(jī)頂盒滿足甘肅廣電網(wǎng)絡(luò)公司發(fā)布的《有線數(shù)字電視高清機(jī)頂盒技術(shù)規(guī)范 v1.0.2》、《有線數(shù)字電視機(jī)頂盒技術(shù)規(guī)范 v1.0.1》或按照《家庭智能平臺(tái)技術(shù)規(guī)范》要求,其中高清雙向機(jī)頂盒、標(biāo)清雙向機(jī)頂盒均支持視頻MPEG-2和 H.264編碼。

(5)應(yīng)用與壓力測(cè)試:

基于 HFC+IP網(wǎng)絡(luò)交互電視平臺(tái),已通過(guò)驗(yàn)收并在甘肅正式投入商用,系統(tǒng)安全可靠,技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良,用戶評(píng)價(jià)極高。同時(shí),我們還進(jìn)行了高清交互壓力測(cè)試。

圖5

高清交互壓力測(cè)試方案

A、小區(qū)用戶 100戶。

B、HFC雙向網(wǎng)絡(luò)為 EPON+EOC,Homeplug AV技術(shù),其終端為 3端口,一路上網(wǎng),一路互動(dòng)電視,一路備用,用一個(gè) EOC局端覆蓋全部用戶,局端有效總帶寬 80M。

C、測(cè)試用戶處于同一個(gè) EOC頭端,方便進(jìn)行高峰期高清、標(biāo)清節(jié)目的點(diǎn)播以及時(shí)移、回看業(yè)務(wù)、寬帶業(yè)務(wù)的壓力測(cè)試。

D、實(shí)際測(cè)試用戶數(shù)為 18戶,并在規(guī)定時(shí)間里同時(shí)進(jìn)行高清節(jié)目點(diǎn)播、上網(wǎng)瀏覽網(wǎng)頁(yè)或下載,對(duì)平臺(tái)前端和雙向網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行壓力測(cè)試。

E、點(diǎn)播率、并發(fā)流計(jì)算:

前端按照 IPQAM優(yōu)先,IPQAM用滿的情況下,再走 IP資源的規(guī)則;前端 IPQAM目前配置 3個(gè)流用于測(cè)試前端規(guī)則是否生效,當(dāng)互動(dòng)用戶入網(wǎng)率為30%、點(diǎn)播率為 50%時(shí),并發(fā)流為 15個(gè),實(shí)際測(cè)試并發(fā)流為 18個(gè),測(cè)試結(jié)果如表 1:

表1

4 分析

1.基于 HFC+IP網(wǎng)絡(luò)交互電視平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)節(jié)目?jī)?nèi)容下行通道的智能化選擇

當(dāng)前廣播電視發(fā)展迅速,高清電視已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期,大量的高清節(jié)目已經(jīng)進(jìn)入有線網(wǎng)絡(luò)和電視交互業(yè)務(wù)平臺(tái)?，F(xiàn)有的 IPTV技術(shù)架構(gòu)是基于IP網(wǎng)絡(luò)的互動(dòng)電視平臺(tái),盡管 IP網(wǎng)絡(luò)每個(gè)用戶都有固定的接入帶寬,但帶寬有限制,不適合走廣播業(yè)務(wù),尤其是高清電視的點(diǎn)播對(duì) IP網(wǎng)絡(luò)用戶的帶寬要求很高,要在 IP網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)高清互動(dòng)電視點(diǎn)播,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商將要進(jìn)行巨大的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容投入,甚至于要進(jìn)行光纖入戶的設(shè)計(jì)考慮,巨大的投入也不利于高清業(yè)務(wù)的開(kāi)展,用戶也將承擔(dān)高額的點(diǎn)播費(fèi)用。

在交互平臺(tái)中,同一個(gè)節(jié)目源,可能具有不同的編碼格式,其下行帶寬要求也不相同,這就要求交互業(yè)務(wù)平臺(tái)能對(duì)用戶請(qǐng)求的高清節(jié)目進(jìn)行智能化選擇下行網(wǎng)絡(luò),高清自動(dòng)選擇走 HFC網(wǎng)絡(luò),標(biāo)清走 HFC或 IP網(wǎng)絡(luò)。

2.基于 HFC+IP網(wǎng)絡(luò)交互電視平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源占用狀況智能化選擇傳輸網(wǎng)絡(luò)下發(fā)

HFC網(wǎng)絡(luò)具有更多的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源,如何在HFC網(wǎng)絡(luò)和 EPON+EOC有線 IP網(wǎng)絡(luò)上,利用一條同軸電纜,充分利用 HFC網(wǎng)絡(luò)資源開(kāi)展互動(dòng)電視,尤其是高清節(jié)目點(diǎn)播和實(shí)現(xiàn)高清節(jié)目的時(shí)移、回看、nPVR等交互業(yè)務(wù)功能。

交互平臺(tái)技術(shù)構(gòu)架應(yīng)支持在高清自動(dòng)選擇HFC網(wǎng)絡(luò)下行的基礎(chǔ)上,標(biāo)清點(diǎn)播首先優(yōu)選 HFC網(wǎng)絡(luò),當(dāng) HFC網(wǎng)絡(luò)資源占滿時(shí)再選擇 IP網(wǎng)絡(luò)下行,同時(shí) IP網(wǎng)絡(luò)還負(fù)責(zé)傳送承載點(diǎn)播請(qǐng)求、應(yīng)用程序及相關(guān)數(shù)據(jù)、應(yīng)用和應(yīng)用服務(wù)器之間的信息交換?；?dòng)平臺(tái) UI負(fù)責(zé)在 HTML/JavaScript瀏覽器的環(huán)境下執(zhí)行并呈現(xiàn)給用戶。

3.幾種交互架構(gòu)對(duì)比(見(jiàn)表 2)

表 2 交瓦架構(gòu)對(duì)比

ISA:時(shí)代華納主導(dǎo)設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定的業(yè)務(wù)實(shí)體、組件抽象(如:Package,Content,Asset,Offering,Service,Customer,Purchase,Session等)組件接口標(biāo)準(zhǔn)業(yè)界認(rèn)可度高。不足:架構(gòu)中的同步調(diào)用機(jī)制和循環(huán)引用使性能難以適應(yīng)系統(tǒng)擴(kuò)展。與現(xiàn)有的J2EE,Web,Service等技術(shù)相比 CORBA技術(shù)的開(kāi)發(fā)效率和易維護(hù)性顯得不足。

NGOD:由 COMCAST公司主導(dǎo)設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn):系統(tǒng)接口清晰已集成,具有良好的系統(tǒng)開(kāi)放性;統(tǒng)一的資源管理架構(gòu),支持 SRM分布式部署,具有良好的系統(tǒng)擴(kuò)展性。不足:產(chǎn)品市場(chǎng)化合成熟度還有待于進(jìn)一步提升。

IPTV:由電信廠商主導(dǎo)設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn):國(guó)際/國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)可借鑒,強(qiáng)化統(tǒng)一門(mén)戶導(dǎo)航、統(tǒng)一認(rèn)證鑒權(quán)機(jī)制。不足:針對(duì)電信 IP寬帶網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),對(duì) HFC網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性差;承載高清節(jié)目需要投巨資改造網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)有絕大部分網(wǎng)絡(luò)難以開(kāi)展高清互動(dòng);廠家技術(shù)私有化。

HFC+IP:由甘肅廣電網(wǎng)絡(luò)公司主導(dǎo)設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn):借鑒 ISA的業(yè)務(wù)實(shí)體模型,兼容 ISA對(duì)外接口標(biāo)準(zhǔn);借鑒 IPTV的平臺(tái)規(guī)劃,強(qiáng)化統(tǒng)一門(mén)戶導(dǎo)航、統(tǒng)一鑒權(quán)認(rèn)證;借鑒 NGOD的會(huì)話資源管理邏輯架構(gòu),實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一智能的資源管理和服務(wù)平臺(tái)、支持系統(tǒng)的全面開(kāi)放性(網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)、終端);充分借鑒 HFC和IP優(yōu)勢(shì),利用 HFC優(yōu)秀的廣播性能,可以很好地承載數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù);引入全 IP的傳輸方式,利用改造好的雙向 HFC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) VOD點(diǎn)播和回看,充分挖掘已有數(shù)字電視用戶的潛力。

5 結(jié)論

基于 HFC+IP技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)的交互電視平臺(tái)采用國(guó)際國(guó)內(nèi)開(kāi)放的 ISA、NGOD、IPTV規(guī)范,遵循一系列的國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn),包括:RTSP、DSM-CC、LSCP、RTSP、SSP、Web Service、CORBA、FTP、HTTP的等系列通訊協(xié)議,基于標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)放的設(shè)計(jì)原則,支持第三方業(yè)務(wù)應(yīng)用開(kāi)發(fā),保證了系統(tǒng)擴(kuò)展性和開(kāi)放性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案充分利用了 HFC網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源優(yōu)勢(shì),其中高清節(jié)目播發(fā)設(shè)計(jì)為 IPQAM下行的方式,標(biāo)清節(jié)目播發(fā)基于規(guī)則判斷方式,首先選擇HFC網(wǎng)絡(luò)下行方式,當(dāng) HFC網(wǎng)絡(luò)資源占滿時(shí)再自動(dòng)選擇 IP網(wǎng)絡(luò)下行方式。新的交互架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn):以HFC網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻為主,IP發(fā)展多業(yè)務(wù);HFC+IP混合模式快速推進(jìn)雙向互動(dòng)業(yè)務(wù)開(kāi)展;支持 SD、HD、SHV、3D電視節(jié)目互動(dòng);實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng),一個(gè)終端,兩個(gè)承載平臺(tái)。在三網(wǎng)融合背景下,廣電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商采用該系統(tǒng),可大幅降低投入,迅速開(kāi)展互動(dòng)業(yè)務(wù),在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。

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