荊州廣電雙向互動電視系統的構建

佘新平,李紀勝 (長江大學電子信息學院,湖北 荊州 434023)

荊州廣電雙向互動電視系統的構建

佘新平,李紀勝 (長江大學電子信息學院,湖北 荊州 434023)

介紹了雙向互動電視系統的整體架構，并結合實際系統建設及運營情況，詳細闡述了雙向互動電視系統的設計特點及優勢，并在三網融合的新形勢下對未來的發展做出了規劃。

VOD系統；雙向互動電視；并發流

隨著科技的不斷深入發展以及民眾對廣播電視業務不斷增長的需求，傳統數字電視的單一化模式已不能滿足新階段、新形勢下的業務發展需求，雙向互動電視技術作為一種全新的系統技術為我國廣電事

圖1 雙向互動電視系統結構拓撲圖

業帶來了新的革新。荊州廣電網絡公司在2009年完成數字化整體平移的同時，進行了雙向傳輸網絡的改造，并在2011年進行了雙向傳輸網絡系統的二期擴容。截止2011年，城區開通雙向互動電視用戶數已達到一萬七千多戶，雙向傳輸網絡基本達到城區范圍的全覆蓋。下面，筆者對荊州廣電雙向互動電視系統的構建情況進行闡述。

1 系統整體架構

基于雙向傳輸網絡的互動電視平臺提供多種交互式服務包括影視點播、時移點播和資訊點播等多種互動業務，同時滿足支持開機廣告、時移節目定制轉錄、支持數據類增值業務(如天氣預報、政務信息等)，以及EPG及分類(精彩回顧)點播、節目的集中存儲與分發等，系統結構拓撲圖如圖1所示。

2 頻點及網絡區域及頻點的劃分機制

對于荊州廣電網絡傳送互動電視業務，采用的接入方式為上行窄帶Modem、下行IPQAM。互動電視業務需求是典型的上下行帶寬不匹配模式，由于用戶通過遙控器、機頂盒的上傳消息對帶寬的要求很低，而下行的數據對帶寬的要求很高。因此，在回傳網絡帶寬較低的情況下，要求下行數據鏈路充分利用有線電視QAM調制可以達到38Mb/s的條件，滿足對下行帶寬高的需求。基于上述情況，該系統的通信采用上下行鏈路的非對稱方式實現：上行采用回傳通道，機頂盒通過窄帶Modem傳送上行數據，實現數據的回傳；下行采用IPQAM調制，下行點播視頻數據通過IPQAM調制后在HFC傳輸網絡中進行傳輸，由機頂盒接收。

圖2 頻點復用示意圖

1)頻點劃分機制 頻點復用示意圖如圖2所示。頻點資源是系統擴展的瓶頸，為此采用邏輯區域的概念，即將指定IP的GW網關設備與流服務器及IPQAM綁定，作為一個虛擬的區域，在前端系統配置一個網關IP與IPQAM的對照表[1]。當某機頂盒發出上行消息，前端接入服務器能夠根據與相應網關的TCP連接識別該網關設備的IP地址，找到對應的流服務器和IPQAM；將下行消息發送到該機頂盒所屬的射頻區域，從而實現頻點復用的功能。

荊州廣電網絡在雙向一期工程中劃分給雙向業務頻點資源共16個(634～690MHz,698～754MHz)，其中650MHz頻點為“綠色通道”，即通過該頻點下發開機視頻、點播頁面等各種參數信息；其他15個頻點為用戶點播視音頻下發頻點，這樣保證了機頂盒在視頻播放的同時，上下行通信的暢通。在傳輸帶寬方面，采用MPEG-2標準，以每個視頻流3.75Mbps的傳輸帶寬計算，一個38MHz的頻點資源即可同時傳輸10個視頻流，即每個邏輯區域所能支持的最大并發視頻流上限為150個。

同時在網絡規劃時，在1個主前端和3個分前端的基礎上，將荊州城區劃分為14個邏輯區域，其中主前端有6個邏輯區域，2個分前端各有3個邏輯區域，另1個分前端有2個邏輯區域，每個邏輯區域配備2臺8頻點IPQAM。在雙向網改造初期，由于雙向用戶不多，每個邏輯區域具有150個并發流，14個邏輯區域共2100個并發流的配置能夠滿足初期雙向業務的正常運營。在二期雙向擴容中，將頻點資源由原先的16個擴充到24個(增加562～618MHz共8個頻點)，可滿足不同發展階段雙向平臺的業務需求。

2)信號傳輸網格區域的劃分 在信號傳輸方面，雙向點播視音頻流經過IPQAM調制后，采用直調光發射機與數字電視信號流一起混合進行光傳輸，同時在分配傳輸網內通過摻鉺光纖放大器(EDFA)對信號進行放大處理。

直調光發射機示意圖如圖3所示。每臺直調光發射機負責一個區域的信號傳輸，這樣既使得網絡規劃一目了然，也便于后期的維護檢修工作。信號經過直調光發射機出來后，再經過光分配器對信號進行分路傳輸。

圖3 直調光發射機示意圖

3 前端核心系統

視頻播出系統是互動前端平臺的核心，它負責整個系統節目流的輸出。服務器各服務模塊在整個前端系統中起著至關重要的作用，任何一個環節出現問題均會影響全局的雙向互動業務的正常播出。對此，必須使前端核心系統具有很強的安全可靠性。該系統視頻播出服務器具有如下特點。

1)硬件方面 采用國際上成熟的PC Server架構的服務器，集成基于PCI-E總線接口、高性能的四口GbE網卡推送節目流。每臺服務器單個千兆網口可同時推送240路3.5M節目流，千兆網卡推流能力900Mbps以上；單播出服務器支持2個千兆網口的輸出，達到480路并發節目流。在服務器備份方面采用雙機系統冗余備份、硬盤RAID等措施，確保系統無單點故障，包括播控服務器、數據庫服務器、時移分發服務器等均采用1+1備份，視頻播出服務器采用N+1的備份方式[2]。

2)軟件系統 采用Linux操作系統。Linux與其他Unix系統和大型操作系統如VMS、IBM大型機等一樣具有相同的可靠性，同時Linux開發源代碼的開放模式，保證了任何系統的漏洞都能被及時發現和改正[3]。此外，采用了先進的分層、分布、模塊化設計模式，結構清晰、便于功能與性能擴展，尤其是便于各種新業務的實現與接入。由于核心模塊在整個雙向互動系統中所處的重要性，在Linux系統下的病毒隔離以及穩定性方面都能達到軟件模塊正常運行的要求。

圖4 多路復用及數據插入

3)多路復用及緩存控制 為了保障點播視頻節目的正常下發，對視頻節目數據和下發信令數據進行TS組包與復用輸出(見圖4)。為防止突發性的碼流過高問題，在復用時進行了優先級排序，比如“數據1”是用于請求或控制的小包數據，其優先級最高，10路“視頻流”數據優先級居中，而EPG之類的廣播數據優先級最低。當某一時刻的數據量過高時，先復用優先級較高的數據，本次沒發完的數據可延續到下次發送。

此外，提供了從外部存儲或網絡輸入的數據預讀取到內存的緩存控制，有效地提高了磁盤訪問效率，并防止用戶集中訪問對于某存儲上同一個點造成的壓力，避免了對存儲系統的密集訪問。

4 網管系統監控

由于雙向互動系統的構成環節較多，為了保障全網全業務的正常運行，首先必須要有一套全面的監控管理系統進行技術支持。荊州廣電網絡公司采用的網管系統可以對互動電視平臺的所有網元單元進行有效的監控，同時具有設備和網絡管理功能，一旦發現模塊工作不正常，即實時產生報警，并記錄LOG日志，并重啟不正常模塊以盡快恢復業務。同時通過對告警和日志的分析，可以及時完善系統的管理，不斷增強系統的穩定性。

維護人員日常對設備的監控和管理主要通過Web管理平臺來實現，主要對網關設備、IPQAM等網絡傳輸設備進行監控管理。Web管理平臺是基于瀏覽器的方式來構建，使用標準的J2EE架構實現，擁有BS結構軟件的無需安裝特性，只要有網絡即可隨時隨地進行管理，同時該平臺不直接和設備交互，而是通過實時監控系統，可以有效提高系統安全性。

對于前端核心播出系統，包括播控服務器、視頻播出服務器中的各服務模塊，采用VOD綜合服務管理系統進行管理。VOD綜合服務管理系統是通過接收各個服務的數據包udp包解析其中內容，將其中的服務名稱、運行時間、版本、Web訪問IP及端口顯示在頁面上，并提供訪問鏈接。

5 系統的擴展

1)系統并發流的擴展 為了適應網絡的發展,保障系統的正常運營，荊州廣電網絡公司在2011年進行了二期雙向互動系統的擴容。擴容工作主要針對并發流的擴容，由原先的16個頻點擴充到24個頻點，每個邏輯區域的并發流上限由150個擴充到240個，在原有200個0并發流的基礎上再增加2000個并發流。

由于雙向系統架構的合理性和成熟性，對于并發流的擴容，在前端系統方面只需增加對應的播出服務器以及推流千兆網卡。在服務器內存及配置的合理承受范圍內，可通過增加千兆網卡來使得單臺視頻播出服務器的并發流上限達到1500個。對于調制傳輸設備IPQAM，可根據頻點的使用及分配情況，選擇8頻點、24頻點、64頻點等IPQAM設備來進行音視頻流的調制傳輸。通過合理的網絡系統規劃，可使得服務器網卡、IPQAM、邏輯區域三者形成一一對應的關系，網絡結構更為合理，更易于系統的管理維護。

2)時移系統內容的擴展 除了基本的VOD業務，時移電視業務是該方案中非常重要的互動業務。單臺TS網關設備，支持5路ASI輸入，1個千兆以太網口輸出，可以滿足40路電視節目的時移錄制，具有極高的效率；每路節目可以錄制7d甚至更久的時間，支持分時錄制；支持同時錄制不同碼率的節目，結合存儲分發系統，使播出系統的擴容易于實現。

6 結 語

隨著三網融合發展進程的逐步推進，雙向互動電視系統將得到更多的應用，致力于三網融合的產品以及項目將日益增多，三網融合的綜合業務將不斷呈現。荊州廣電網絡公司在雙向互動電視系統運營兩年多來，已經逐步形成了一套完整、全面及穩定的體系架構，對今后開展包括高清互動電視等相關升級業務及其他增值業務打下了堅實的基礎。

[1]李鑒增.有線電視綜合信息網技術[M].北京：人民郵電出版社,1999.

[2]劉漢武.有線電視接入網改造技術對比分析[J]. 廣播電視技術，2011(8)：23-25.

[3]張文生.有線電視寬帶HFC網絡回傳系統[M]. 北京：中國廣播電視出版社,1999.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.04.039

TN949.291

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1673-1409(2012)04-N111-03

2012-02-28

佘新平(1964-)，男，1985年大學畢業，碩士，副教授，現主要從事多媒體通信技術方面的教學與研究工作。