有線數(shù)字電視家庭媒體網(wǎng)關(guān)和多屏業(yè)務(wù)探析

黃文浩，鄧水森

（1.廣州市花都區(qū)廣播電視臺(tái)，廣東 廣州 510800；2.深圳創(chuàng)維數(shù)字技術(shù)股份有限公司，廣東 深圳 518057）

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展和智能終端的普及，用戶獲取視頻內(nèi)容的渠道不再局限于電視機(jī)，而逐漸向個(gè)人電腦、手機(jī)、平板電腦等智能終端延伸。根據(jù)2013年1月CNNIC發(fā)布的第31次中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示[1]，截至2012年底中國(guó)“網(wǎng)絡(luò)視頻”用戶達(dá)到3.72億，網(wǎng)民中上網(wǎng)收看視頻的用戶比例達(dá)到65.9%，在手機(jī)上使用在線收看或下載視頻的網(wǎng)民數(shù)為1.3億，多屏服務(wù)成為2012年以來廣電和互聯(lián)網(wǎng)視頻行業(yè)的熱門話題。另據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，截至2012年底，國(guó)內(nèi)IPTV用戶數(shù)已經(jīng)達(dá)到約2 300萬，有線電視行業(yè)面臨巨大的競(jìng)爭(zhēng)壓力，急需新產(chǎn)品和新業(yè)務(wù)，為人民群眾提供更靈活多樣的電視觀賞方式，多屏業(yè)務(wù)無疑是有線運(yùn)營(yíng)商提升自身競(jìng)爭(zhēng)力的有力武器[2]。本文分析了基于有線電視家庭媒體網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)的多屏業(yè)務(wù)的技術(shù)方案，簡(jiǎn)要描述了多屏服務(wù)的典型場(chǎng)景，以及對(duì)有線運(yùn)營(yíng)商發(fā)展家庭媒體網(wǎng)關(guān)類產(chǎn)品的一些思考和建議。

1 家庭媒體網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品現(xiàn)狀

2013年2 月，北美專業(yè)網(wǎng)站FierceCable列出了2013年有線電視業(yè)的十大關(guān)鍵技術(shù)，視頻網(wǎng)關(guān)技術(shù)位列榜首[3]。家庭視頻網(wǎng)關(guān)（也稱媒體網(wǎng)關(guān)、媒體服務(wù)器）產(chǎn)品是近年在發(fā)達(dá)國(guó)家興起的一種新型數(shù)字電視終端產(chǎn)品，其主要功能是將衛(wèi)星或者有線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳送的電視節(jié)目通過媒體網(wǎng)關(guān)做codec轉(zhuǎn)換（即轉(zhuǎn)碼）后、再以IP視頻的形式傳送到家庭內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的IP機(jī)頂盒和無線終端觀看，視頻網(wǎng)關(guān)是數(shù)字電視運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)TV Everywhere戰(zhàn)略的一個(gè)重要組成部分。

國(guó)外的視頻網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品從十多年前在衛(wèi)星機(jī)頂盒上出現(xiàn)的IP視頻串流功能為雛形，逐漸發(fā)展為以有線和WiFi無線兩種方式覆蓋全家多房間的DVR等多屏網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。早期的產(chǎn)品如德國(guó)Dream MultiMedia公司推出的Dreambox系列產(chǎn)品，可以將衛(wèi)星或者有線數(shù)字電視信號(hào)轉(zhuǎn)為IP視頻流，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到個(gè)人電腦的客戶端軟件播放觀看。另外一個(gè)有名的產(chǎn)品是SlingMedia公司的Slingbox，它是一個(gè)外置的視頻網(wǎng)關(guān)，它能接收DVD機(jī)、機(jī)頂盒等任何播放機(jī)的視頻輸出，轉(zhuǎn)為IP流后送PC機(jī)、移動(dòng)智能終端以及OTT機(jī)頂盒播放。

1.1 國(guó)外視頻網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品及業(yè)務(wù)發(fā)展概述

下面回顧一下目前國(guó)內(nèi)外主流運(yùn)營(yíng)商正在推廣的視頻網(wǎng)關(guān)的情況。

1.1.1 衛(wèi)星數(shù)字電視視頻網(wǎng)關(guān)

全美第一大衛(wèi)星電視運(yùn)營(yíng)商的DirecTV早在2011年推出“全家DVR”Genie機(jī)頂盒產(chǎn)品，Genie DVR支持5路同步錄制，支持3個(gè)mini Genie機(jī)頂盒，可為全家4臺(tái)電視機(jī)提供電視和DVR服務(wù)，用戶還可以通過iPAD/iPhone觀看Genie DVR上錄制的節(jié)目。

2012年CES展上，美國(guó)第二大衛(wèi)星電視公司Dish Network Corp公布了機(jī)頂盒新品Hopper DVR和客戶端盒子Joey。Hopper DVR可同時(shí)錄制6個(gè)電視節(jié)目，內(nèi)置存儲(chǔ)高達(dá)2 Tbyte，Hopper可下掛6個(gè)客戶端機(jī)頂盒，實(shí)現(xiàn)全家電視覆蓋。2013 CES上，DISH發(fā)布了新款Hopper,內(nèi)置了Singbox的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼功能，從而可以在WiFi移動(dòng)終端上觀看來自Hopper DVR的IP視頻，實(shí)現(xiàn)多屏服務(wù)。

1.1.2 有線數(shù)字電視媒體網(wǎng)關(guān)

美國(guó)Time Warner Cable運(yùn)營(yíng)商于2011年3月15日推出了WiFi視頻的服務(wù)，美國(guó)的Comcast和CabelVision也先后推出了無線視頻服務(wù)，這些服務(wù)的核心就是視頻網(wǎng)關(guān)。Pace、思科、Arris、Motorola等機(jī)頂盒生產(chǎn)商均推出了功能強(qiáng)大的視頻網(wǎng)關(guān)類產(chǎn)品。下面以Arris和思科產(chǎn)品為例做簡(jiǎn)要介紹。

Arris公司的“全家解決方案”是以家庭視頻網(wǎng)關(guān)Moxi為中心，Moxi 5系列視頻網(wǎng)關(guān)內(nèi)置6個(gè)調(diào)諧器，可同時(shí)錄制6路高清節(jié)目，支持多個(gè)客戶端機(jī)頂盒MP2000，實(shí)現(xiàn)多房間電視覆蓋。2013年CES展上，Arris又推出了MG2402 Headless Video Gateway，使用了Intel的Puma-6 DOCSIS3.0處理器，可以綁定24個(gè)DOCSIS下行QAM通道，支持約1 Gbit/s的網(wǎng)絡(luò)帶寬，同時(shí)支持8個(gè)QAM視頻通道，配合外置的codec轉(zhuǎn)碼芯片支持4路高清轉(zhuǎn)碼，同時(shí)還支持MoCA2.0，雙頻WiFi，DECT無繩電話和Zigbee。

早在2012年CES展上，思科公司就展示了Videoscape多屏網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品9800系列機(jī)頂盒產(chǎn)品，該機(jī)頂盒內(nèi)置6個(gè)調(diào)諧器，內(nèi)置DVR可同時(shí)錄制6個(gè)節(jié)目，網(wǎng)關(guān)可下掛多個(gè)IP機(jī)頂盒和iPad等移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)的多屏服務(wù)。

1.2 國(guó)內(nèi)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品和業(yè)務(wù)發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)內(nèi)的視頻網(wǎng)關(guān)類多屏業(yè)務(wù)以2011年由北京歌華有線公司推出的“歌華飛視”業(yè)務(wù)最具有代表性，該業(yè)務(wù)是以有線網(wǎng)絡(luò)為節(jié)目來源，以視頻網(wǎng)關(guān)為紐帶，以WiFi覆蓋形式支持移動(dòng)終端觀看數(shù)字電視節(jié)目。歌華飛視業(yè)務(wù)總體架構(gòu)中，前端包括內(nèi)容的導(dǎo)入以及整個(gè)內(nèi)容的編解碼、運(yùn)營(yíng)的管理，傳輸通道利用了傳統(tǒng)有線內(nèi)網(wǎng)IP交互傳輸方式和有線電視網(wǎng)獨(dú)特的廣播機(jī)制，通過網(wǎng)絡(luò)QAM全網(wǎng)廣播。在終端有兩種應(yīng)用場(chǎng)景：在家庭利用目前已經(jīng)廣泛部署在北京用戶家里的高清交互機(jī)頂盒，其內(nèi)置WiFi模塊，可以在家庭實(shí)現(xiàn)無線視頻覆蓋；在公共場(chǎng)所等熱點(diǎn)區(qū)域通過新的融合網(wǎng)元，通過有線電視網(wǎng)絡(luò)接入和WiFi覆蓋，實(shí)現(xiàn)在公共區(qū)域應(yīng)用場(chǎng)所的移動(dòng)電視覆蓋。

需要指出的是歌華飛視業(yè)務(wù)中采用的是“前端”轉(zhuǎn)碼的方案，而國(guó)內(nèi)基于“終端”轉(zhuǎn)碼的視頻/媒體網(wǎng)關(guān)類產(chǎn)品及其多屏服務(wù)仍處于研究和試驗(yàn)階段，預(yù)計(jì)在2013—2014年可提供試商用。本文下面將對(duì)家庭媒體網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)計(jì)方案和使用場(chǎng)景等做進(jìn)一步分析。

2 家庭媒體網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

家庭媒體網(wǎng)關(guān)是以數(shù)字電視機(jī)頂盒為核心構(gòu)建的家庭多媒體中心、家庭數(shù)據(jù)中心、私有云服務(wù)中心。在技術(shù)上，網(wǎng)關(guān)是支持廣播網(wǎng)和IP網(wǎng)共同接入的融合型終端，還應(yīng)具備智能化、標(biāo)準(zhǔn)化，具有開放、智能、迅捷的操作體驗(yàn)，能夠?qū)ν馓峁╅_放和標(biāo)準(zhǔn)的接口，并且能迅速集成第三方的資源和能力；網(wǎng)關(guān)還應(yīng)該具有家庭聯(lián)網(wǎng)和管理的功能，通過有線、無線的方式實(shí)現(xiàn)家庭聯(lián)網(wǎng)，為家庭其他終端提供寬帶接入和轉(zhuǎn)發(fā)的能力，并且能夠和家庭里的其他終端配合，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容共享、資源共享、分發(fā)、管理、多屏應(yīng)用等業(yè)務(wù)[4]。

家庭媒體網(wǎng)關(guān)的功能可以總結(jié)為以下6點(diǎn)：1）傳統(tǒng)數(shù)字電視功能，包括直播、點(diǎn)播、時(shí)移等功能。2）無線視頻網(wǎng)關(guān)功能，即利用家庭網(wǎng)關(guān)強(qiáng)大的多路轉(zhuǎn)碼能力和WiFi聯(lián)網(wǎng)能力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的視頻分發(fā)中心和多屏融合顯示作用。3）寬帶接入網(wǎng)關(guān)，即利用家庭網(wǎng)關(guān)多種LAN和WAN網(wǎng)絡(luò)接口（DOCSIS3.0、EoC等），實(shí)現(xiàn)寬帶接入和路由功能。4）家庭媒體和數(shù)據(jù)中心，利用家庭網(wǎng)關(guān)對(duì)多種視音頻格式的解碼能力，實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)家庭多媒體播放中心的作用；利用家庭網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的私有云功能；結(jié)合網(wǎng)關(guān)的IP帶寬，提供“下載機(jī)”的功能。5）智慧家庭中心，利用網(wǎng)關(guān)豐富的標(biāo)準(zhǔn)接口和多種形式的終端接入能力，實(shí)現(xiàn)以網(wǎng)關(guān)為中心的語音通信、可視電話、交互游戲、智能家居及安防、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育等功能，形成以網(wǎng)關(guān)為核心的智慧家庭的功能。6）云服務(wù)網(wǎng)關(guān)，利用網(wǎng)關(guān)與前端服務(wù)器之間的寬帶IP連接，實(shí)現(xiàn)用戶通過網(wǎng)關(guān)獲得有線運(yùn)營(yíng)商或互聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)商的各種云服務(wù)的功能，例如云存儲(chǔ)、云計(jì)算、云轉(zhuǎn)碼、云游戲等。

為了實(shí)現(xiàn)這六大功能，家庭網(wǎng)關(guān)終端產(chǎn)品上有多種關(guān)鍵技術(shù)需要研究并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，這些技術(shù)包括：1）智能操作系統(tǒng)采用以安卓為基礎(chǔ)的智能操作系統(tǒng)具備更好的兼容性和可擴(kuò)展性。2）雙向傳輸與寬帶接入技術(shù)，包括C-DOCSIS3.0、EoC等WAN技術(shù)，以及在機(jī)頂盒內(nèi)置寬帶路由器功能相關(guān)的NAT、QoS、防火墻、路由等各種IP接入網(wǎng)技術(shù)。3）WiFi等家庭聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，包括家庭無線視頻使用雙頻WiFi以及IEEE802.11ac等新技術(shù)。家庭網(wǎng)關(guān)還可以支持有線聯(lián)網(wǎng)的IP機(jī)頂盒、智能電視機(jī)等，家庭內(nèi)有線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括各種EoC技術(shù)、電力線PLC互聯(lián)等技術(shù)。4）視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)，包括網(wǎng)關(guān)支持多路高清轉(zhuǎn)碼、低功耗，以及鏡像操控需要的低延時(shí)轉(zhuǎn)碼技術(shù)。5）流媒體技術(shù)，支持傳統(tǒng)RTSP和RTP，以及新型基于HTTP的可變碼流技術(shù)（HLS、DASH等），適應(yīng)不同尺寸的屏幕，以及不同質(zhì)量的無線接入網(wǎng)絡(luò)。6）多屏互動(dòng)技術(shù)，包括DLNA、WiFi Direct、Miracast、AirPlay等技術(shù)。7）遠(yuǎn)程 UI技術(shù)，即關(guān)注類似RVU的技術(shù)，使得運(yùn)營(yíng)商定制的UI可以方便地?cái)U(kuò)展到各種聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)UI用戶體驗(yàn)一致。8）數(shù)字版權(quán)管理DRM技術(shù)，即多屏業(yè)務(wù)中視頻內(nèi)容傳送到各種移動(dòng)終端，必須有可靠的DRM系統(tǒng)保護(hù)內(nèi)容版權(quán)。9）智慧家庭，包括家庭自動(dòng)化、安全監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療等技術(shù)。

2.2 硬件總體方案

針對(duì)有線數(shù)字電視家庭媒體網(wǎng)關(guān)，國(guó)內(nèi)外各大芯片廠家均相繼推出了系列產(chǎn)品，網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的硬件方案總的來說可以分為兩大類：

1）方案一從傳統(tǒng)機(jī)頂盒發(fā)展而來，采用增強(qiáng)型的機(jī)頂盒SoC處理器，內(nèi)置多路高清轉(zhuǎn)碼功能，結(jié)合多個(gè)調(diào)諧器或者全頻段調(diào)諧器、DOCSIS3.0的Cable Modem或EoC等雙向模塊、硬路由（也可使用軟路由）和L2交換、2.4 GHz和5.8 GHz雙頻WiFi AP、SLIC電話模塊以及Zigbee/藍(lán)牙等接口組成的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。例如國(guó)產(chǎn)的海思Hi3716C V200和國(guó)外Broadcom 7425/7435等機(jī)頂盒處理器均可以采用此方案。原理框圖如圖1所示。

圖1 方案一原理框圖

2）方案二從Cable Modem純數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)發(fā)展而來。北美市場(chǎng)大量使用DOCSIS數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，其主處理器在DOCSIS協(xié)議、IP寬帶接入網(wǎng)關(guān)所需的各種協(xié)議和VoIP等方面功能較強(qiáng)。在CM主芯片之外增加轉(zhuǎn)碼芯片或者傳統(tǒng)機(jī)頂盒SoC，可以分別形成Headless和Headed型視頻網(wǎng)關(guān)。 Intel公司的Puma5/6和ST公司的Alicante+Orly網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品就采用此方案。另外，CM主處理器性能比較好，可以考慮采用軟路由方案，即CM芯片運(yùn)行IP路由器軟件模塊。隨著產(chǎn)品升級(jí)，CM主芯片也可能會(huì)加入視頻轉(zhuǎn)碼的能力，搭建Headless型網(wǎng)關(guān)將更加方便。原理框圖如圖2所示。

2.3 多屏互動(dòng)場(chǎng)景與流程分析

多屏互動(dòng)涉及多種相關(guān)技術(shù)，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商、互聯(lián)網(wǎng)電視牌照商等進(jìn)行了積極的研究[5]，下面簡(jiǎn)要分析了兩個(gè)典型的基于網(wǎng)關(guān)的多屏業(yè)務(wù)流程。

1）多屏同看

多屏同看指的是移動(dòng)終端、機(jī)頂盒等各終端各自操作，各看各的。在家庭網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)碼方式下，移動(dòng)終端小屏可以觀看直播、點(diǎn)播和時(shí)移電視，圖3以VOD點(diǎn)播為例說明其流程。

圖2 方案二原理框圖

圖3 以VOD點(diǎn)播為例的多屏同看流程

手機(jī)小屏點(diǎn)播DVB節(jié)目流程：

（1）手機(jī)與家庭網(wǎng)關(guān)IP消息交互，包括手機(jī)用戶認(rèn)證、VoD節(jié)目搜索、列表等。

（2）家庭網(wǎng)關(guān)上VOD控制模塊與運(yùn)營(yíng)商VOD前端服務(wù)器交互，獲取點(diǎn)播節(jié)目信息，回傳給手機(jī)，手機(jī)做呈現(xiàn)和發(fā)出播放VOD指令，家庭網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)指令給VOD前端系統(tǒng)。

（3）VOD前端將視頻節(jié)目從IPQAM推送到家庭網(wǎng)關(guān)。

（4）網(wǎng)關(guān)將視頻節(jié)目轉(zhuǎn)碼、封IP包，經(jīng)內(nèi)置WiFi路由器推送到手機(jī)。

2）多屏實(shí)時(shí)切換

多終端跨屏實(shí)時(shí)切換，一般在操控性更好的移動(dòng)終端（即小屏）上操作，由手機(jī)將機(jī)頂盒節(jié)目“拉”到小屏觀看，或者將小屏上正觀看的節(jié)目“推”到大屏繼續(xù)觀看。圖4以大屏切換到小屏為例說明其流程。

直播DVB節(jié)目大屏切到手機(jī)小屏流程：

圖4 以大屏切換到小屏為例的多屏實(shí)時(shí)切換流程

（1）網(wǎng)關(guān)或機(jī)頂盒正播放QAM傳輸?shù)腄VB直播節(jié)目。

（2）手機(jī)與機(jī)頂盒交互，發(fā)起實(shí)時(shí)切屏IP指令消息。

（3）機(jī)頂盒將當(dāng)前節(jié)目做實(shí)時(shí)codec轉(zhuǎn)碼、IP打包后，從內(nèi)置WiFi路由器推送到手機(jī)。機(jī)頂盒退出播放。

3 總結(jié)與思考

基于終端轉(zhuǎn)碼的有線數(shù)字電視家庭媒體網(wǎng)關(guān)的多屏服務(wù)方案，可以在幾乎不改造有線運(yùn)營(yíng)商頭端系統(tǒng)的情況下提供“多屏看”功能。但任何新業(yè)務(wù)的部署都不是一蹴而就的，有線數(shù)字電視家庭媒體網(wǎng)關(guān)的最終定位盡管可以包括物聯(lián)網(wǎng)、智慧家庭、智能家居等諸多非常吸引人的功能，但是根據(jù)國(guó)內(nèi)目前有線網(wǎng)絡(luò)能提供雙向IP帶寬能力、人們的消費(fèi)水平和家庭電器等設(shè)施的現(xiàn)狀等因素，可以考慮分三步走：第一步，把網(wǎng)關(guān)的重點(diǎn)放在電視和寬帶上網(wǎng)、多屏服務(wù)上，硬件設(shè)計(jì)上預(yù)留一定的物聯(lián)網(wǎng)等外圍接口方便將來擴(kuò)展；第二步，網(wǎng)關(guān)加入與OTT云端配合的跨網(wǎng)多屏切換等業(yè)務(wù)，網(wǎng)關(guān)可內(nèi)置硬盤，增加家庭媒體中心和數(shù)據(jù)管理等功能；第三步，擴(kuò)展智慧家庭、智能家居、遠(yuǎn)程醫(yī)療等物聯(lián)網(wǎng)功能。

[1] CNNIC第32次《中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》[EB/OL].[2013-06- 12]. http://www.cnnic.cn/hlwfzyj/hlwxzbg/hlwtjbg/201307/P020130717505343100851.pdf.

[2] Cable:grasping the multiscreen opportunity[EB/OL].[2013-06-12].http://www.farncombe.com/wp-content/uploads/2013/03/NagraWhite PaperFinal-copy.pdf.

[3] Top 10 cable technologies of 2013[EB/OL].[2013-06-13].http://www.fiercecable.com/special-reports/top-10-cable-technologies-2013.

[4] 姚瓊.以機(jī)頂盒為核心的家庭數(shù)字多媒體中心[EB/OL].[2013-06-14].http://www.sarft.net/a/82960.aspx.

[5] 張勇.DVB+OTT有線電視多屏融合業(yè)務(wù)需求白皮書v0.3[EB/OL].[2013-06-15].http://www.sarft.net/a/82712.aspx.