面向廣電網(wǎng)絡(luò)的視頻云計(jì)算增值業(yè)務(wù)平臺(tái)

◎東南大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 宋士明

江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司 孫 庭

北京視博云科技有限公司 武振華

面向廣電網(wǎng)絡(luò)的視頻云計(jì)算增值業(yè)務(wù)平臺(tái)

◎東南大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 宋士明

江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司 孫 庭

北京視博云科技有限公司 武振華

針對(duì)“三網(wǎng)融合”新形勢(shì)下廣電運(yùn)營(yíng)商增值業(yè)務(wù)開(kāi)展所面臨的瓶頸問(wèn)題，以江蘇有線為例介紹了一種基于視頻云計(jì)算技術(shù)的增值業(yè)務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)方案。分別從平臺(tái)的總體架構(gòu)、硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)、軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)和性能等多個(gè)角度進(jìn)行闡述，可為各地廣電運(yùn)營(yíng)商增值業(yè)務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供一定的參考。

視頻云計(jì)算；廣電網(wǎng)絡(luò)；三網(wǎng)融合；增值業(yè)務(wù)；多終端支持

背景

在“三網(wǎng)融合”新形勢(shì)下，廣電運(yùn)營(yíng)商面臨著以IPTV、OTT為代表的互聯(lián)網(wǎng)視頻及直播衛(wèi)星等多重業(yè)務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)壓力。因此，僅依靠傳統(tǒng)數(shù)字電視直播及VOD點(diǎn)播業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)及收入增長(zhǎng)的發(fā)展模式，已無(wú)法維持廣電運(yùn)營(yíng)商的持續(xù)發(fā)展。而隨著電信、互聯(lián)網(wǎng)等運(yùn)營(yíng)商同質(zhì)化業(yè)務(wù)快速發(fā)展，傳統(tǒng)廣電的用戶不斷流失。此外，高速發(fā)展的移動(dòng)智能終端也在越來(lái)越強(qiáng)烈地影響著用戶的娛樂(lè)習(xí)慣，分流了大量的電視用戶，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，電視開(kāi)機(jī)率已呈逐年下降趨勢(shì)。從目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)看，當(dāng)前廣電運(yùn)營(yíng)商的發(fā)展極為不平衡，三網(wǎng)融合試點(diǎn)城市的機(jī)頂盒終端發(fā)放已由基本型向高清互動(dòng)型轉(zhuǎn)變。但由于前端基礎(chǔ)設(shè)施與機(jī)頂盒終端發(fā)放分期建設(shè)，存量終端更替緩慢，客觀上造成了廣電網(wǎng)覆蓋區(qū)域內(nèi)機(jī)頂盒廠家眾多、終端能力參差不齊的局面。同時(shí)廣電網(wǎng)絡(luò)還面臨業(yè)務(wù)內(nèi)容缺乏、終端技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不一、終端對(duì)新業(yè)務(wù)適配周期長(zhǎng)等問(wèn)題，新業(yè)務(wù)開(kāi)展和運(yùn)營(yíng)遇到巨大瓶頸。如何讓新的增值業(yè)務(wù)在各類能力參差不齊的終端上快速適配和開(kāi)展，成為廣電亟待解決一個(gè)的問(wèn)題。

本文擬對(duì)江蘇有線“云媒體電視”增值業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)[1-2]中視頻云計(jì)算增值業(yè)務(wù)平臺(tái)進(jìn)行介紹，以求為各地廣電運(yùn)營(yíng)商增值業(yè)務(wù)類平臺(tái)的建設(shè)提供參考。

視頻云計(jì)算技術(shù)及其特點(diǎn)

視頻云計(jì)算是基于云計(jì)算技術(shù)，采用視音頻作為“云端”向“終端”呈現(xiàn)處理結(jié)果的一種云計(jì)算解決方案。如圖1所示，應(yīng)用在云端服務(wù)器上運(yùn)行，將運(yùn)行后的顯示輸出、聲音輸出編碼后經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸給終端，終端進(jìn)行實(shí)時(shí)視音頻解碼并輸出。終端同時(shí)可進(jìn)行交互操作，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將操作信令實(shí)時(shí)傳送給云端應(yīng)用運(yùn)行平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用的控制[3]。

圖1 視頻云計(jì)算原理示意圖

通過(guò)視頻云計(jì)算技術(shù)的采用，系統(tǒng)中的終端便可“精簡(jiǎn)”為僅需具備網(wǎng)絡(luò)接入能力、視音頻解碼能力和人機(jī)交互能力的瘦客戶端，因此視頻云計(jì)算技術(shù)可突破廣電網(wǎng)內(nèi)存量終端開(kāi)展增值業(yè)務(wù)的瓶頸，提供一種實(shí)現(xiàn)應(yīng)用和終端“對(duì)接”的有效解決方案，可有效地解決現(xiàn)階段廣電不斷開(kāi)展的增值業(yè)務(wù)與存量終端應(yīng)用運(yùn)行能力不足的矛盾[4]?；谝曨l云計(jì)算技術(shù)的增值業(yè)務(wù)平臺(tái)，具有可靈活支持多種云應(yīng)用類型、業(yè)務(wù)更新終端免升級(jí)的優(yōu)勢(shì)。其利用強(qiáng)大、可擴(kuò)展的云端應(yīng)用運(yùn)行能力，在不更換和改造存量互動(dòng)機(jī)頂盒的基礎(chǔ)上，提供堪比智能終端和PC才能運(yùn)行的豐富應(yīng)用，如游戲娛樂(lè)、遠(yuǎn)程教育、商務(wù)辦公、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實(shí)等。該平臺(tái)不僅可覆蓋支持多種類型終端（如互動(dòng)機(jī)頂盒、手機(jī)、PAD等），還可兼容多廠商的服務(wù)器，是真正意義上的運(yùn)營(yíng)開(kāi)放、內(nèi)容開(kāi)放、合作開(kāi)放、云端終端開(kāi)放式的運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。

平臺(tái)總體架構(gòu)

視頻云計(jì)算平臺(tái)繼承云計(jì)算平臺(tái)的所有特點(diǎn)，總體采用三層架構(gòu)設(shè)計(jì)[5]，如圖2所示。

圖2 視頻云計(jì)算平臺(tái)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

在IT基礎(chǔ)設(shè)施層：從電力、空間、安全等因素進(jìn)行綜合分析和考慮，使用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)CPU、內(nèi)存、GPU等硬件資源的虛擬池化，動(dòng)態(tài)管理和調(diào)度資源，并通過(guò)鏈路冗余、負(fù)載均衡、智能電源管理及系統(tǒng)安全加固等技術(shù)使得平臺(tái)資源得到高效、安全的利用，并跨系統(tǒng)平臺(tái)支持多種類型的終端。

視頻云計(jì)算能力平臺(tái)層：其作為核心層，可對(duì)平臺(tái)所有軟硬件優(yōu)化整合，實(shí)現(xiàn)對(duì)底層硬件資源的虛擬化調(diào)用，并對(duì)計(jì)算及應(yīng)用資源進(jìn)行集中管理和配置，提供對(duì)云應(yīng)用的運(yùn)行支撐；實(shí)現(xiàn)多用戶均衡的并發(fā)訪問(wèn)和獨(dú)立的應(yīng)用控制；通過(guò)云-終端交互協(xié)議和低時(shí)延編解碼及互動(dòng)傳輸技術(shù)，保障云應(yīng)用畫面及時(shí)送達(dá)和用戶控制信令的實(shí)時(shí)操作。該層作為業(yè)務(wù)運(yùn)行平臺(tái)層，可為多重增值業(yè)務(wù)的云端運(yùn)行提供開(kāi)放的云計(jì)算運(yùn)行能力。

業(yè)務(wù)管理和展現(xiàn)層：該層為面向用戶的云業(yè)務(wù)集中展示和云應(yīng)用使用的窗口，可根據(jù)用戶權(quán)限通過(guò)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，為用戶呈現(xiàn)個(gè)性化云業(yè)務(wù)門戶和云應(yīng)用使用的界面。

運(yùn)營(yíng)管理和安全保障兩大輔助體系，可為平臺(tái)提供全面的應(yīng)用上下線、審核、部署和運(yùn)營(yíng)的管理流程，以確保部署的應(yīng)用內(nèi)容和過(guò)程可管可控；并通過(guò)運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)一的業(yè)務(wù)分發(fā)平臺(tái)（Ser?vice Delivery Platform，SDP）實(shí)現(xiàn)用戶AAA認(rèn)證；通過(guò)平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和保障平臺(tái)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

視頻云計(jì)算硬件平臺(tái)邏輯上可支持中心統(tǒng)一調(diào)度管理，及區(qū)域分布部署服務(wù)節(jié)點(diǎn)方式。該方式不僅使終端接入靈活變化，且云端也容易平滑擴(kuò)容和升級(jí)。在建設(shè)初期，可采用所有硬件設(shè)備物理上集中部署。典型的面向廣電雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的視頻云計(jì)算硬件平臺(tái)邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖3所示。

視頻云計(jì)算硬件平臺(tái)：主要由中心管理服務(wù)器、分前端管理服務(wù)器、云應(yīng)用服務(wù)器集群、業(yè)務(wù)管理服務(wù)器等核心服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成，并輔以系統(tǒng)監(jiān)控、中心管理網(wǎng)站服務(wù)器以及運(yùn)營(yíng)商SDP/BOSS等支撐系統(tǒng)。其中，中心管理服務(wù)器主要負(fù)責(zé)平臺(tái)的統(tǒng)一會(huì)話調(diào)度管理，并向下管理多個(gè)分前端服務(wù)器。分前端服務(wù)器可部署在各分支區(qū)域，管理該區(qū)域內(nèi)云應(yīng)用服務(wù)器集群，處理該區(qū)域內(nèi)終端的會(huì)話請(qǐng)求，為接入終端分配云資源提供云服務(wù)。應(yīng)用服務(wù)器集群內(nèi)含2D和3D類應(yīng)用服務(wù)器，其中2D服務(wù)器即為普通應(yīng)用服務(wù)器，3D應(yīng)用服務(wù)器帶有GPU顯卡，專用于需復(fù)雜3D圖形處理的游戲業(yè)務(wù)。

云端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)總體上劃分為三個(gè)獨(dú)立的物理子網(wǎng)——碼流匯聚子網(wǎng)、網(wǎng)管信令子網(wǎng)和SDP接入子網(wǎng)，分別與運(yùn)營(yíng)商對(duì)應(yīng)的專網(wǎng)互聯(lián)，每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)部均采用鏈路冗余和負(fù)載均衡設(shè)計(jì)。碼流匯聚子網(wǎng)接收云應(yīng)用服務(wù)器推送的視音頻UDP/IP碼流，并由萬(wàn)兆端口匯聚發(fā)往統(tǒng)一資源管理（Unified Resource Management，URM）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分配的IPQAM目的端口；網(wǎng)管信令子網(wǎng)用于終端和云端之間的信令交互及云端系統(tǒng)網(wǎng)管；SDP接入子網(wǎng)為系統(tǒng)后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)視頻云計(jì)算平臺(tái)和運(yùn)營(yíng)商支撐系統(tǒng)（如SDP、URM）的互聯(lián)。

圖3 視頻云計(jì)算硬件平臺(tái)的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

Cable互動(dòng)機(jī)頂盒和云端之間基于CableModem傳輸IP信令，使用DVB-C方式下行接收解碼H.264視音頻碼流。機(jī)頂盒可支持多種外設(shè)，包括各種USB HID外設(shè)和紅外遙控器。對(duì)于非Cable接入的IPTV機(jī)頂盒或其他移動(dòng)智能終端，同樣也可使用視頻云計(jì)算平臺(tái)，區(qū)別在于不使用下行IPQAM資源，將直接碼流和信令傳輸融合到同一子網(wǎng)。

軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

視頻云計(jì)算軟件平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示，總體上由統(tǒng)一會(huì)話調(diào)度管理系統(tǒng)（Unified Session Scheduling Man?agement System，USSMS）、會(huì)話資源管理系統(tǒng)（Session Resource Management System，SRMS）、云資源（Cloud Resourc?es，CR）、云存儲(chǔ)系統(tǒng)（Cloud Storage Sys?tem，CSS）、中心管理網(wǎng)站（Central Ad?ministration Site，CAS）、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)（Service Management System，SMS）、云業(yè)務(wù)門戶以及終端八個(gè)部分組成。當(dāng)前廣電運(yùn)營(yíng)商的終端主要為互動(dòng)機(jī)頂盒，外圍的有關(guān)支撐系統(tǒng)為運(yùn)營(yíng)商已有的公共基礎(chǔ)平臺(tái)。

1.統(tǒng)一會(huì)話調(diào)度管理系統(tǒng)（USSMS）

USSMS部署于中心管理服務(wù)器，由全局調(diào)度、全局會(huì)話和應(yīng)用數(shù)據(jù)管理三個(gè)模塊組成。主要功能為包括：負(fù)責(zé)對(duì)接入的終端用戶進(jìn)行AAA認(rèn)證和應(yīng)用鑒權(quán)，通過(guò)后為用戶分配提供服務(wù)的SRMS；負(fù)責(zé)為每個(gè)登錄終端創(chuàng)建和維護(hù)全局會(huì)話信息；自動(dòng)登錄CSS，為該終端分配一個(gè)應(yīng)用數(shù)據(jù)在CSS中上傳下載的標(biāo)識(shí)碼，作為用戶數(shù)據(jù)上傳和下載的認(rèn)證，并將該標(biāo)識(shí)碼同步至CR，終端退出平臺(tái)后，該標(biāo)識(shí)碼失效。

USSMS的工作流程如圖5所示。全局調(diào)度模塊將終端傳入的唯一標(biāo)識(shí)信息（如機(jī)頂盒序列號(hào)和智能卡號(hào)），發(fā)送給全局會(huì)話模塊，并經(jīng)過(guò)SMS到運(yùn)營(yíng)商SDP平臺(tái)進(jìn)行終端用戶AAA認(rèn)證，通過(guò)后根據(jù)終端類型為其分配合適的SRMS。當(dāng)終端向USSMS發(fā)起登錄請(qǐng)求并通過(guò)認(rèn)證后，全局會(huì)話模塊將為終端分配系統(tǒng)唯一的會(huì)話ID，并向CSS上報(bào)終端登錄（或退出）信息及向SMS同步消費(fèi)記錄等信息。當(dāng)用戶在門戶上啟動(dòng)某云應(yīng)用時(shí)，全局會(huì)話模塊負(fù)責(zé)到SMS進(jìn)行應(yīng)用鑒權(quán)，通過(guò)后通知SRMS為用戶提供視頻云服務(wù)。

2.會(huì)話資源管理系統(tǒng)（SRMS）

SRMS部署于分前端管理服務(wù)器，由會(huì)話管理、消息網(wǎng)關(guān)和云資源管理三個(gè)模塊組成。主要負(fù)責(zé)維持和終端的“心跳”，如維護(hù)終端會(huì)話的生命周期，處理終端的所有交互操作，并為終端分配云資源，調(diào)度合適的云資源來(lái)響應(yīng)用戶的交互操作。SRMS的工作流程如圖6所示。

圖4 視頻云計(jì)算軟件平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖5 USSMS的工作流程圖

圖6 SRMS的工作流程圖

其中，消息網(wǎng)關(guān)通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)終端的會(huì)話消息，實(shí)現(xiàn)終端與會(huì)話管理模塊的通信。會(huì)話管理模塊負(fù)責(zé)維護(hù)終端的會(huì)話信息，實(shí)時(shí)記錄和統(tǒng)計(jì)用戶操作信息并同步給USSMS，以作為SMS的計(jì)費(fèi)依據(jù)。云資源管理模塊用于統(tǒng)一管理、分配和維護(hù)CR，其采用動(dòng)態(tài)資源分配策略，可根據(jù)終端類型為用戶分配最合適的資源，并提供具體的云應(yīng)用服務(wù)，如登錄云應(yīng)用、啟動(dòng)/停止應(yīng)用、退出云服務(wù)等；在資源異常情況下可通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控CR狀態(tài)，為用戶實(shí)時(shí)切換資源。由于SRMS直接影響用戶對(duì)視頻云應(yīng)用的體驗(yàn)，因此搭建一個(gè)穩(wěn)定高效的SRMS對(duì)平臺(tái)運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。

3.云資源（CR）

CR部署于應(yīng)用服務(wù)器集群，是應(yīng)用運(yùn)行的真實(shí)核心平臺(tái)，由虛擬化資源、視音頻編碼、應(yīng)用控制代理、終端信令交互和應(yīng)用數(shù)據(jù)管理五個(gè)模塊組成。其主要功能為：通過(guò)虛擬化技術(shù)將服務(wù)器硬件資源統(tǒng)一虛擬化，形成虛擬硬件資源池以便高效利用；統(tǒng)一接收終端外設(shè)的操作信令，并以桌面為資源單位，為接入終端在相應(yīng)分配的虛擬硬件上啟動(dòng)視音頻編碼資源，通過(guò)應(yīng)用控制代理實(shí)現(xiàn)云應(yīng)用的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程操作。應(yīng)用數(shù)據(jù)管理模塊負(fù)責(zé)在用戶退出云應(yīng)用和再次啟動(dòng)該應(yīng)用時(shí)，分別對(duì)CSS上傳和下載用戶的個(gè)性化存檔數(shù)據(jù)（如應(yīng)用退出前最后一刻的狀態(tài)數(shù)據(jù)）。CR工作流程如圖7所示。

4.云存儲(chǔ)系統(tǒng)（CSS）

CSS為視頻云計(jì)算平臺(tái)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)云應(yīng)用的配置數(shù)據(jù)，用戶個(gè)性化存檔和用戶賬戶等信息，其工作流程如圖8所示。CSS以動(dòng)態(tài)庫(kù)形式與USSMS、CR及SMS直接對(duì)接。USSMS自動(dòng)登錄CSS，為接入用戶創(chuàng)建應(yīng)用存檔目錄和一個(gè)上傳下載的標(biāo)識(shí)碼，并標(biāo)識(shí)終端的登錄和退出；SMS通過(guò)調(diào)用CSS實(shí)現(xiàn)相關(guān)的用戶賬戶管理功能，如賬戶的創(chuàng)建、注銷及密碼修改等；CR則通過(guò)調(diào)用CSS對(duì)用戶個(gè)性化應(yīng)用存檔數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳（備份）和下載（還原）。

圖7 CR的工作流程圖

5.中心管理網(wǎng)站（CAS）

CAS基于B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，部署于CAS服務(wù)器，負(fù)責(zé)對(duì)平臺(tái)的資源和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行集中管理和監(jiān)控，在CAS架構(gòu)的設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了部署管理、應(yīng)用管理、系統(tǒng)管理和平臺(tái)監(jiān)控四個(gè)子系統(tǒng)。

部署管理實(shí)現(xiàn)SRMS配置、服務(wù)器資源自動(dòng)搜集與管理、軟件模塊的部署和配置、日志管理以及對(duì)軟件模塊的控制功能；應(yīng)用管理實(shí)現(xiàn)云應(yīng)用的分類創(chuàng)建，應(yīng)用部署以及運(yùn)行參數(shù)等信息的管理，通過(guò)指定特定范圍的應(yīng)用服務(wù)器，對(duì)應(yīng)用進(jìn)行遠(yuǎn)程批量的安裝、升級(jí)、卸載操作，并對(duì)已部署應(yīng)用提供分類、查找、上線、下線等管理功能。系統(tǒng)管理實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的權(quán)限管理、日志管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理及密碼管理等功能。平臺(tái)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)系統(tǒng)級(jí)、硬件設(shè)備級(jí)和軟件模塊級(jí)的資源實(shí)時(shí)監(jiān)控，并提供必要的服務(wù)器軟件和模塊遠(yuǎn)程重啟等異常處理手段。

6.業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)（SMS）

通過(guò)SMS可實(shí)現(xiàn)云業(yè)務(wù)系統(tǒng)的統(tǒng)一界面管理，多角色管理員的管理，并可為USSMS、CSS、運(yùn)營(yíng)商SDP/BOSS等系統(tǒng)提供信息接口（如圖9所示），此外，還可提供對(duì)視頻云計(jì)算增值業(yè)務(wù)平臺(tái)實(shí)際運(yùn)營(yíng)的支持。

圖8 云存儲(chǔ)系統(tǒng)的工作流程圖

SMS主要包括運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)管理、運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)和業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)三部分功能。其中，運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)管理基于B/S架構(gòu)，可為管理員提供對(duì)云業(yè)務(wù)的費(fèi)率、產(chǎn)品信息、用戶信息及系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典等信息的統(tǒng)一管理；運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)與USSMS的應(yīng)用和消費(fèi)信息同步，并為云業(yè)務(wù)門戶提供應(yīng)用鑒權(quán)、產(chǎn)品訂購(gòu)等功能；業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)則提供對(duì)到運(yùn)營(yíng)商SDP/BOSS的接口，以實(shí)現(xiàn)用戶AAA認(rèn)證、用戶查詢、產(chǎn)品訂購(gòu)以及核對(duì)賬單等功能。

圖9 SMS的工作流程圖

7.云業(yè)務(wù)門戶

也稱終端門戶，是視頻云計(jì)算平臺(tái)的軟資源，作為一種特殊的云應(yīng)用，是用戶登錄后看到的第一個(gè)界面。用戶可通過(guò)該門戶實(shí)現(xiàn)云業(yè)務(wù)訂購(gòu)、應(yīng)用啟動(dòng)、賬戶查詢等操作。云業(yè)務(wù)門戶相比于傳統(tǒng)機(jī)頂盒移植庫(kù)生成EPG方式有明顯優(yōu)勢(shì)，可支持較為復(fù)雜的用戶界面設(shè)計(jì)和更廣泛的應(yīng)用類型，提供較好的用戶體驗(yàn)。圖10所示為江蘇有線運(yùn)營(yíng)的云游戲業(yè)務(wù)門戶。

圖10 云游戲業(yè)務(wù)門戶

8.終端

終端軟件平臺(tái)主要由云-終端交互協(xié)議、視音頻解碼和外設(shè)數(shù)據(jù)采集構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)云端和終端的實(shí)時(shí)交互、云應(yīng)用（含門戶）畫面呈現(xiàn)的功能。采用低時(shí)延USB遠(yuǎn)程映射技術(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)USB HID外設(shè)和云應(yīng)用實(shí)時(shí)交互，使得需要更多外設(shè)支持的應(yīng)用可在配置較低的終端上使用。云-終端交互協(xié)議、外設(shè)數(shù)據(jù)采集以移植庫(kù)的形式運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)移植并運(yùn)行于多種類型終端，而視音頻解碼模塊則需要根據(jù)相應(yīng)軟硬件平臺(tái)進(jìn)行低時(shí)延優(yōu)化。

平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)和性能

視頻云計(jì)算平臺(tái)具有高并發(fā)、低時(shí)延、跨終端支持等特點(diǎn)，離不開(kāi)以下幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)：

1.負(fù)載均衡和緩存

平臺(tái)內(nèi)部對(duì)會(huì)話管理、資源調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)鏈路多個(gè)層面均使用負(fù)載均衡策略，并利用數(shù)據(jù)緩存和異步消息處理機(jī)制提高平臺(tái)的高并發(fā)處理能力。以單臺(tái)雙4核CPU的中心管理服務(wù)器為例，可支持每秒1 000臺(tái)終端同時(shí)請(qǐng)求的接入，同樣配置的每臺(tái)分前端服務(wù)器可支持5 000用戶同時(shí)在線。

2.低時(shí)延編解碼

通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)H.264編碼算法改進(jìn)，結(jié)合DVB-C傳輸通道，采用創(chuàng)新的編碼調(diào)度算法，優(yōu)化3D渲染顯示，降低顯示時(shí)延；基于Slice技術(shù)優(yōu)化編解碼流水線，可提高編碼、發(fā)送、解碼的速度。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)云端編碼時(shí)延不大于50ms，終端解碼時(shí)延不大于60 ms。綜合雙向網(wǎng)絡(luò)傳輸、IPQAM調(diào)制等環(huán)節(jié)，總時(shí)延（不含電視機(jī)顯示時(shí)延）不大于140ms，用戶使用無(wú)明顯時(shí)延感。

3.應(yīng)用虛擬化

應(yīng)用虛擬化是視頻云計(jì)算平臺(tái)的基石。其采用定制的虛擬化技術(shù)，在同一臺(tái)物理服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)多用戶可以獨(dú)立運(yùn)行不同應(yīng)用而互不影響。尤其通過(guò)對(duì)開(kāi)源Xen的底層虛擬化架構(gòu)的改進(jìn)，采用PCI-Passthrough技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)系統(tǒng)對(duì)多塊顯卡的軟熱插拔和透?jìng)髡{(diào)用，實(shí)現(xiàn)了基于3D應(yīng)用的虛擬化，大大提高了昂貴顯卡資源的利用率。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)單塊普通顯卡支持8～10路3D游戲應(yīng)用。

4.低時(shí)延遠(yuǎn)程USB映射

通過(guò)在終端移植USB HID外設(shè)采集庫(kù)，當(dāng)有USB HID外設(shè)插入終端時(shí)，采集庫(kù)可自動(dòng)加載驅(qū)動(dòng)識(shí)別該外設(shè)，并用中斷方式采集外設(shè)的原始數(shù)據(jù)描述符，并基于UDP/IP協(xié)議快速發(fā)送至云端。云端收到信息后進(jìn)行數(shù)據(jù)解析還原出外設(shè)數(shù)據(jù)格式，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)云應(yīng)用的操作。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有標(biāo)準(zhǔn)USB HID外設(shè)操作數(shù)據(jù)的低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)傳輸。

小結(jié)

視頻云計(jì)算平臺(tái)作為云計(jì)算技術(shù)在有線電視領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，可促使廣電運(yùn)營(yíng)商深度挖掘現(xiàn)網(wǎng)存量機(jī)頂盒的潛在價(jià)值，快速開(kāi)展豐富的增值業(yè)務(wù)應(yīng)用以面對(duì)三網(wǎng)融合激烈的業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)。視頻云計(jì)算增值業(yè)務(wù)平臺(tái)的建設(shè)不但規(guī)避了大規(guī)模部署智能終端而帶來(lái)的投資回報(bào)的不確定性，對(duì)原有投資也是個(gè)很大節(jié)約。更能為將來(lái)全面覆蓋手機(jī)、Pad、PC等家庭多屏終端提供有力的支持，充分利用云端資源，增強(qiáng)用戶黏著度。

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宋士明（1985—），碩士，工程師，主研分布式系統(tǒng)與云計(jì)算、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用；

孫 庭（1981—），本科，工程師，主研廣播電視傳輸、系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)；

武振華（1977—），本科，北京視博云科技有限公司總經(jīng)理助理，主研數(shù)字電視、云計(jì)算解決方案與設(shè)計(jì)。

TN943；TN915

B

【本文獻(xiàn)信息】宋士明，孫庭，武振華.面向廣電網(wǎng)絡(luò)的視頻云計(jì)算增值業(yè)務(wù)平臺(tái)[J].電視技術(shù)，2014，38（18）.