基于交互式視頻點(diǎn)播（VOD）系統(tǒng)技術(shù)分析

程騫

（遼寧廣電局傳發(fā)中心201臺(tái)，遼寧 北鎮(zhèn) 121300）

1 前言

交互式VOD系統(tǒng)由前端處理系統(tǒng)、寬帶交換網(wǎng)絡(luò)、用戶接入網(wǎng)、用戶終端設(shè)備（機(jī)頂 盒加電視機(jī)或加計(jì)算機(jī)）等幾個(gè)部分組成。VOD系統(tǒng)既可采用集中處理結(jié)構(gòu)，也可采用集中管理、分布處理的方式；并可靈活地選用HFC、FTTB、FTTCADSL、VDSL等多種接入方式，用戶機(jī)頂盒可根據(jù)需要采用與接入方式匹配的接口，通過(guò)電視機(jī)、PC機(jī)進(jìn)行視頻/音頻/數(shù)據(jù)的顯示和通信。

2 前端處理系統(tǒng)

前端處理系統(tǒng)一般由視頻服務(wù)器、磁盤(pán)陣列、節(jié)目數(shù)據(jù)庫(kù)、播控系統(tǒng)等構(gòu)成。視頻服務(wù)器的高速數(shù)據(jù)傳輸能力保證了用戶對(duì)大量的影片、視頻節(jié)目、游戲、商務(wù)信息以及其他服務(wù)的近乎即時(shí)訪問(wèn)。它的突出優(yōu)點(diǎn)是若干用戶可從不同的時(shí)間起點(diǎn)觀看同一個(gè)節(jié)目，避免了精彩節(jié)目被一個(gè)用戶所獨(dú)占，或某個(gè)用戶播點(diǎn)后，其他用戶只能被動(dòng)跟隨的情況，這對(duì)于用戶點(diǎn)播要求相對(duì)集中的場(chǎng)會(huì)尤為適合。

VOD視頻服務(wù)器保存著大量經(jīng)壓縮的圖像節(jié)目并能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)為用戶提供所需的節(jié)目拷貝，也可以包含實(shí)時(shí)的MFEG編碼器來(lái)接入實(shí)況轉(zhuǎn)播。節(jié)目數(shù)據(jù)庫(kù)是一存檔系統(tǒng)，保存著大量壓縮形式的電影節(jié)目，可成批下載給視頻服務(wù)器。VOD視頻服務(wù)器通過(guò)與用戶之間直接的、實(shí)時(shí)雙向交互來(lái)控制節(jié)目的播放，包括節(jié)目的選擇、播放過(guò)程的開(kāi)始與終止、播放速 度的控制以及不同節(jié)目之間的動(dòng)態(tài)切換等，VOD視頻服務(wù)器必須運(yùn)行相應(yīng)的軟件協(xié)調(diào)各項(xiàng)動(dòng)作；同時(shí)提供友好的用戶界面。它應(yīng)具有如下特征：

2.1 能夠存儲(chǔ)至少幾百小時(shí)的圖像節(jié)目。

2.2 如果一個(gè)用戶對(duì)VOD服務(wù)器隨機(jī)的動(dòng)態(tài)訪問(wèn)被稱(chēng)為會(huì)話過(guò)程的話，那么VOD服務(wù)器 須能支持上千個(gè)同時(shí)進(jìn)行而又相互獨(dú)立的“會(huì)話”過(guò)程。

2.3 具有一套加密及用戶訪問(wèn)控制機(jī)制來(lái)防止非法用戶訪問(wèn)。

作為點(diǎn)播系統(tǒng)的核心，VOD視頻服務(wù)器的性能直接決定系統(tǒng)的總體性能。為了能同時(shí)響應(yīng)多個(gè)用戶的服務(wù)要求，視頻服務(wù)器一般采用時(shí)間片調(diào)度算法。視頻服務(wù)器為了能夠適應(yīng)實(shí)時(shí)、連續(xù)穩(wěn)定的視頻流，其存儲(chǔ)量要大，數(shù)據(jù)速率要高，并應(yīng)具備接納控制、請(qǐng)求處理、數(shù)據(jù)檢索、按流傳送等多種功能，以確保用戶請(qǐng)求在系統(tǒng) 資源下的有效服務(wù)。存儲(chǔ)設(shè)備應(yīng)采用SCSI接口，以確保高速、并行、多重I/O總線的能力?；贏TM的 VOD系統(tǒng)，采用的視頻服務(wù)器是以多路自路由選擇開(kāi)關(guān)（MPSR）為中心的寬帶視 頻服務(wù)器。這種結(jié)構(gòu)的服務(wù)器可提供即時(shí)交互式視頻點(diǎn)播（IVOD－i）和延時(shí)交互式視頻點(diǎn)播（IVOD－d）兩種服務(wù)方式。在大量用戶同時(shí)點(diǎn)播時(shí)，服務(wù)器的傳輸速率很高；同時(shí)要求其他相關(guān)設(shè)備也能支持這種高傳輸速率，這很難實(shí)現(xiàn)。為此可以在網(wǎng)絡(luò)邊緣（如ATM網(wǎng)絡(luò)前端開(kāi)關(guān)處）設(shè)置視頻緩沖池，把點(diǎn)播率高的節(jié)目復(fù)制到緩沖池中，使部分用戶只需訪問(wèn)緩沖池即可，緩沖池中沒(méi)有要點(diǎn)播的節(jié)目，可再去訪問(wèn)服務(wù)器，這減輕了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，并可以隨著用戶 增加而增加緩沖池。裝載緩沖池可用150Mb/S速率，而從緩沖池中向用戶傳送節(jié)目是用2Mb/S速率，從而一個(gè)服務(wù)器可支持多個(gè)用戶。

3 控制管理系統(tǒng)

控制管理系統(tǒng)是一個(gè)信令傳輸網(wǎng)絡(luò)，用于管理用戶到VOD視頻服務(wù)器的連接。由于實(shí)際的VOD系統(tǒng)中可有多個(gè)VOD視頻服務(wù)器，因此，控制管理系統(tǒng)采用兩級(jí)網(wǎng)關(guān)管理，第一級(jí)在數(shù)字寬帶交換系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻道的選擇；第二級(jí)則完成在一個(gè)VOD視頻服務(wù)器 上對(duì)特定節(jié)目的選擇。

VOD信令和數(shù)據(jù)流通路具體過(guò)程如下：

3.1 通過(guò)預(yù)置信令連通機(jī)頂盒和訪問(wèn)人口設(shè)備；即接通S3，VOD系統(tǒng)將服務(wù)清單從入口處傳給用戶；

3.2 按用戶要求，入口選定相關(guān)的視頻服務(wù)器，即接通S4，并提供服務(wù)素引；

3.3 S4的初始化可由機(jī)頂盒或視頻服務(wù)器完成；并由服務(wù)人口提供路由信息，由服務(wù)器提供節(jié)目清單；

3.4 用戶從節(jié)目單中選擇節(jié)目并將信令傳給視頻服務(wù)器；

3.5 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)操作將節(jié)目由視頻服務(wù)器發(fā)到機(jī)頂盒，即連通P1，必要時(shí)可將節(jié)目從視頻庫(kù)裝載到現(xiàn)頻服務(wù)器；即連通P；

3.6 其他信令通路S5、S6、S7都服務(wù)于操作中心的監(jiān)控、記錄等。

4 ATM數(shù)字定帶交換系統(tǒng)

管理能力、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)可交換的交互式VOD系統(tǒng)，其服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存取設(shè)備、用戶預(yù)定設(shè)備等都能運(yùn)行于多種類(lèi)型的視頻壓縮模式和不同帶寬要求的環(huán)境中。視頻服務(wù)器可根據(jù)用戶的要求把用戶點(diǎn)播的節(jié)目從視頻庫(kù)中取出，并通過(guò)ATM網(wǎng)絡(luò)傳送給用戶。視頻信息一般采用MPEG標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼，裝入ATM信元，在ATM網(wǎng)絡(luò)中傳輸。同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中可能有多個(gè)信息提供者，因此可以有多個(gè)視頻服務(wù)器，由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)操作中心調(diào)配使用。服務(wù)入口的功能主要是根據(jù)用戶所要求的服務(wù)內(nèi)容將用戶與相應(yīng)的服務(wù)器相連接，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可有多個(gè)服務(wù)入口，一個(gè)服務(wù)入口也可連接多個(gè)用戶。服務(wù)入口可作為一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)部件，也可集成到現(xiàn)頻服務(wù)器或ATM交換中心等其他部件中。服務(wù)操作中心是服務(wù)提供者用來(lái)管理和分配信息資源，并為用戶提供相關(guān)服務(wù)操作的部件。若服務(wù)提供者數(shù)量大，則服務(wù)操作中心可作為一個(gè)獨(dú)立部件；若服務(wù)提供者數(shù)量小，則一般將其集成到現(xiàn)頻服務(wù)器中。視頻庫(kù)的功能是以壓縮編碼形式存放信息文檔，訪問(wèn)設(shè)備則提供網(wǎng)絡(luò)和用戶之間的連接，它一般由位于網(wǎng)絡(luò)和用戶設(shè)備（CPE）之間的設(shè)備組成。CPE包括電視機(jī)和錄像機(jī)、機(jī)頂盒及遙控器。ATM網(wǎng)絡(luò)將網(wǎng)絡(luò)各部件互連，包括“信令”和“節(jié)目數(shù)據(jù)流”，其中節(jié)目數(shù)據(jù)流應(yīng)滿足用戶點(diǎn)播要求的速率，在連接方式上可以是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)。

5 傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)由干線傳輸系統(tǒng)和分配系統(tǒng)組成，作用是將來(lái)自VOD視頻服務(wù)器及其他信號(hào)源的信息送至用戶并回送用戶的反向信息。干線傳輸系統(tǒng)可以有光纖、同軸電纜和無(wú)線傳輸方式等供選擇；分配系統(tǒng)有光纖（FITL）、銅線（ADSL等）、混合光纖同軸電纜（HFC）和無(wú) 線（LMDS）等實(shí)現(xiàn)方式。廣電部門(mén)一般采用HFC技術(shù)，在CATV系統(tǒng)中播出節(jié)目。

6 用戶設(shè)備

目前用戶設(shè)備主要有兩類(lèi)結(jié)構(gòu)。第一類(lèi)結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)終端（NT）從機(jī)頂盒分離開(kāi)來(lái)，兩者間多采用 E1／V24 接口，可提供 2Mb／S 下行連接和雙向控制連接。將來(lái)會(huì)出現(xiàn)所謂標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字家用網(wǎng)（DHN），允許連接若干機(jī)頂盒并能重新使用現(xiàn)有雙絞線或同軸電纜來(lái)提供每秒幾 十個(gè)兆比特的帶寬。第二種結(jié)構(gòu)將NT集成進(jìn)機(jī)頂盒，機(jī)頂盒的基本功能是對(duì)MPEG信號(hào)解碼并與普通電視機(jī)接口。還有人機(jī)接口、條件接入（編碼）、口令控制、智能卡和信用卡閱讀器 等其他功能。

7 實(shí)現(xiàn)VOD的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方案

HFC結(jié)構(gòu)兼顧目前大樓已有的同軸線纜狀況，支持現(xiàn)有的和正在出現(xiàn)的窄帶和寬帶業(yè)務(wù)。

來(lái)自VOD視頻服務(wù)器的信號(hào)（155Mb/s）和傳統(tǒng)的諸如CATV等其他多媒體信號(hào)被送入中心點(diǎn)（HUb）進(jìn)行調(diào)制，而 HUb則是VOD網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字／模擬轉(zhuǎn)換的接口；前向通道接收VOD數(shù)字 信號(hào)和其他多媒體信號(hào)，將其通過(guò)光纖傳送至各節(jié)點(diǎn)（NOde）。反向信道接收來(lái)自用戶端的控制信號(hào)，加以處理后，將其送至ATM交換機(jī)及 VOD視頻服務(wù)器。Node通過(guò)光纖干線接收來(lái) 自Hub的前向射頻信號(hào)；通過(guò)線性放大器加以處理后，通過(guò)同軸電纜分配網(wǎng)絡(luò)傳送至用戶；Node同時(shí)也必須過(guò)濾出來(lái)自用戶的射頻反向信號(hào)，并把它經(jīng)過(guò)激光器驅(qū)動(dòng)回送給HUb。 也可利用ADSL技術(shù)，于光纖節(jié)點(diǎn)處和用戶端安裝ADSL設(shè)備實(shí)現(xiàn)VOD業(yè)務(wù)及其他寬帶業(yè)務(wù)。

[1]趙斌，王丹.視頻點(diǎn)播系統(tǒng)與視頻點(diǎn)播服務(wù)器[J].沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002-12-15.

[2]劉寶鋒,張文軍，谷志奇.基于代理服務(wù)器緩存的Internet分層視頻點(diǎn)播[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2005-04-30.