視頻云在有線電視網實現交互運用的定量分析

鄭 翔

（武漢廣播電視臺，湖北 武漢 430022）

1 視頻云計算

視頻云計算[1]是基于云計算技術的理念，采用視頻作為“云端”向“終端”呈現處理結果的一種云計算方案。視頻云計算技術就是在中央服務器端全部集中所有的計算能力（包括顯示能力），將前端應用和聲音輸出編碼后經過網絡實時傳輸給終端，然后終端進行實時解碼后顯示輸出。這里終端被“精簡”為僅提供網絡能力、視頻解碼能力和人機交互能力。此外，終端具備雙向回傳功能，經過網絡將操作控制信息實時傳送給云端中央服務器應用運行平臺進行應用控制，由于用戶控制和顯示效果的延時非常小，根本感受不到是本地操作還是遠程訪問。

一般而言，視頻云具有以下幾方面特性[2-3]：

1）突破了終端性能局限，節約了終端投資成本，實現了終端輕量化。視頻云計算技術在云端進行復雜的運算，終端只需要處理最基本的網絡接入、視頻解碼和交互處理能力，而不需要配置昂貴的計算能力，這樣，無論是標清機頂盒和高清機頂盒，還是智能終端和互聯網電視。運營商都不必更換已投放的機頂盒，就可以達到類似智能終端的體驗效果。從而能夠避免頻繁更換終端的弊端，保護已有投資的價值、加速增值業務的應用，提高覆蓋用戶的數量。

2）應用延時非常小，實現了應用的實時性。以視頻云計算技術為基礎的運營平臺具有完全的開放性，能夠快速兼容各種平臺的業務應用，用戶的操作響應時間一般在200～300 ms[4]，支持多終端覆蓋，有效擺脫對終端的依賴，幫助運營商快速實現部署和新業務推廣應用。

3）系統安全可管可控。視頻云計算服務平臺的應用和內容統一部署在云計算中心，并以視頻流方式傳給用戶使用。由于客戶端沒有任何處理能力，加上在終端上不安裝和存放任何數據，用戶無法對內容進行復制或篡改，從而使應用的運營安全和版權保護變得可管可控。在保障運營商的網絡安全同時，也保護了合作伙伴的內容版權。

4）實現了資源共享和多屏互動。視頻云計算技術能夠做到真正的多終端無縫遷移與覆蓋，實現了跨終端間的數據同步和服務同步，從而實現用戶在不同位置、不同網絡、使用不同的終端設備訪問相同的視頻云計算中心入口，隨時隨地獲得相同的視頻云計算在線服務。

5）促進了新的增值業務商業模式的產生與發展。視頻云計算服務平臺能夠覆蓋全媒體終端，實現跨平臺運營。平臺能夠深入挖掘現有終端的價值，使運營商在不必更換智能終端前提下就能使現有的機頂盒呈現出智能終端的展示效果，免去了大范圍更換終端的繁瑣和巨額投資，規避投資風險；另外，云端服務器可以根據增值業務的用戶量逐步投入，真正保證了運營商的收益和投資回報。

2 視頻云技術在廣電網絡中的應用

視頻云計算平臺是一個基礎平臺。在這個平臺之上，任何一種不具備強大的處理能力但能夠解碼播放視頻流的電子終端，都可以通過任何網絡訪問視頻云系統提供的服務，當前只要能夠提供有保證的網絡帶寬和低時延特性的所有領域，包括電信、移動、廣電等領域，都能夠應用視頻云計算技術。當前，雙向有線廣電網絡是其中最適合的一個應用領域[5-6]。

首先，雙向廣電網絡下行通路穩定，單個頻點占用38 Mbit/s的帶寬，通過充分利用邊緣IP QAM技術，特別是如果采用1.8 Mbit/s的H.264編碼技術，可以滿足20路并發視頻流；如果采用4 Mbit/s編碼，則可以實現高清晰度的2D渲染。

其次，廣電網絡通過數字化整體轉換，在大中型城市已經普及了數字電視機頂盒。這些機頂盒基本上具備了MPEG-2解碼能力，少數具備了H.264解碼能力。在利用視頻云發展2D用戶中，可以直接將這些交互機頂盒作為視頻云計算的終端設備，一般而言，這種基礎的視頻云系統對終端硬件要求很低（可以充分利用現有的機頂盒平臺），對終端軟件要求也很低（不需要瀏覽器、中間件等各種軟件，省掉了移植、維護等各種環節），依托視頻云系統，用戶可以在任何時間、任何地點訪問自己的統一服務。由此可見，廣電網絡天然具備了視頻云計算的終端、網絡兩大必備條件。只要增加視頻云計算的中央處理節點，就可以很方便地搭建一個視頻云計算服務平臺。

再次，視頻云系統有效滿足了數字電視天然對播出的高安全要求。一是云計算服務器的強大計算能力，能夠加強用戶授權的安全；二是通過云監控服務器實現對終端用戶的實時監控，防止非法用戶使用合法授權；三是對版權的集中管理，能夠有效實現立體的云安全防護；四是通過云平臺的實時防護措施，可以輕松實現對數字電視前端到終端、雙向鏈路、終端存儲的全局監控。

最后，在廣電系統的內容管理方面，云存儲系統、內容分發系統（CDN）、版權管理系統（DRM）、內容發布系統、內容計費系統等，是一套從存儲到分發、從安全到收費的完整解決方案,可以很容易改造成媒體云，為視頻云計算服務平臺提供完備視頻內容。

在廣電網絡中搭建視頻云系統需要進行的主要工作[7-8]包括：1）結合視頻云計算技術進行整體規劃，包括構建雙向廣電網絡。包括頻點劃分、邊緣IP QAM劃分、回傳通道建設等，同時在臺內建立基于“云”架構的全臺資源整合的“私有云”，對現有的系統進行綜合整合，分離用戶、部門、設備、軟件等之間的物理關系，實現業務接口和技術標準的統一。2）選擇具有低延時解碼能力、雙向通信能力、連接終端外設能力等的終端機頂盒；3）利用負載均衡原則搭建支持與BOSS、CA等外圍系統相銜接的視頻云計算服務平臺，平臺包括后臺管理系統、應用運行系統、編碼系統等；4）業務融合平臺應符合用戶需求的應用。除了能夠滿足用戶高質量的視頻享受，還滿足用戶為自由選擇、隨時分享、及時存儲的需求。

下面是基于廣電的視頻云系統能夠提供的一些應用服務：

1）個人基本信息處理應用服務。通過視頻云服務，個人可以對自己的信息（包括個人郵件、文檔等）進行及時處理。同時，不論在何時、何地，用戶都可以訪問到統一的個人信息。

2）游戲應用服務。通常玩一些復雜游戲（尤其是2D和3D游戲、主機游戲等），都需要購買處理能力強、帶有昂貴顯卡的PC機，或者購買PS3等游戲主機。利用視頻云系統提供運行這些游戲的服務器，用戶就可以通過低成本終端便捷地操控這些游戲。

3）各種增值業務。當前普通機頂盒上運行的各種增值業務，視頻云系統都可以提供，并且不受終端機頂盒性能的限制。

4）視頻的分發與管理應用服務。特別是在三網融合的背景下，廣電行業需要逐步加大與互聯網、電信網絡的數據交流。由于當前互聯網過度開放，存在大量的木馬、病毒、電子詐騙、黑客侵入等風險，利用視頻云系統，可以有效地規避這些風險，同時加強了版權保護，從而更加符合廣電行業的發展需求。

3 組建支持2D/3D應用的視頻云系統的投入成本分析

視頻云能夠提供按需分配接入服務，優化系統調度，充分發揮了云端系統的利用效率。下面，簡單分析在廣電網絡中組建一個支持2D/3D應用的視頻云系統所需要進行的基礎投資。

一般而言，視頻云的投入成本主要包括服務器、網絡設備、軟件等。為了方便起見，這里按照10 000個用戶量（系統按扇出比10%計算，實際為1 000個并發流）來定量進行投資分析。

3.1 2D應用

有線電視2D應用一般是指在交互環境下用戶進行的一些包括Flash游戲、網頁游戲和休閑游戲等占用資源較小的應用，目前，2D服務器單臺通常支持30路應用并發，則1 000并發流需要34臺服務器，按每臺服務器單價1萬計算，則系統投入成本為34萬。同時，需要配置2臺管理服務器（其中1臺用于備份），按每臺1萬計算，則系統在服務器的總投入為36萬。

網絡設備一般包括網絡交換機和防火墻。對36臺服務器而言，可采用3臺（考慮到冗余備份）CISCO24口企業級交換機，總價不超過2萬元，同時配置支持1 000個用戶許可的防火墻，例如趨勢科技網絡病毒墻（附加用戶許可501～1 000用戶），價格也在4萬左右。

平臺軟件為視頻云系統提供商提供，一般采用合作分成方式。

第三方軟件主要為服務器上安裝的操作系統、數據庫和殺毒軟件等。對操作系統可采用Windows Serv?er 2012標準版（目前商務價格約5 000元），總費用約18萬，數據庫可采用免費MYSQL，殺毒軟件采用卡巴斯基基礎工作空間安全解決方案（免費）。

對IPQAM資源而言，一般2D應用需要帶寬為4 Mbit/s，1 000 并發占用總帶寬為 4 000 Mbit/s，而一個單頻點IPQAM帶寬為38 Mbit/s，則需要頻點數量為106個，按一個單頻點價格1 000元計算，共需要106 000元。

對小型交互游戲而言，10 Tbyte存儲系統完全能滿足用戶需求。按1 Tbyte約1萬元計算，存儲系統的成本大約在10萬左右。

在機柜投入成本方面，通常采用1U機架式設備，按36臺服務器，3臺交換機、1個防火墻，共需要40U，按1個42U機柜價格約1萬左右。

這樣，對10 000個用戶而言，整個視頻云開展2D交互系統的投資成本約為80萬。單個用戶成本為80元。

3.2 3D應用

有線電視3D應用一般是指在交互環境下用戶進行的一些高清品質等占用資源較大的應用，目前，3D服務器單臺通常支持14路應用并發，則1 000并發流需要72臺服務器，按每臺服務器單價1萬計算，則系統投入成本為72萬。同時，需要配置2臺管理服務器（其中一臺用于備份），按每臺1萬計算，則系統在服務器的總投入為74萬。

網絡交換設備對74臺服務器而言，可采用3臺（考慮到冗余備份）CISCO 48口企業級交換機，總價不超過3萬元，同時所配置支持1 000個用戶許可趨勢科技網絡病毒墻(附加用戶許可 501～1 000用戶)，價格也在4萬左右。

平臺軟件為視頻云系統提供商提供，一般采用合作分成方式。

第三方軟件主要為服務器上安裝的操作系統、數據庫和殺毒軟件等。對操作系統可采用Windows Serv?er 2012標準版，總費用約37萬，數據庫可采用免費MYSQL，殺毒軟件采用免費卡巴斯基基礎工作空間安全解決方案。。

對IPQAM資源而言，一般3D應用需要帶寬為6 Mbit/s，1 000并發占用總帶寬為6 000 Mbit/s，而一個單頻點IPQAM帶寬為38 Mbit/s，則需要頻點數量為158個，按一個單頻點價格1 000元計算，共需要158 000元。

對3D交互游戲而言，10 Tbyte存儲系統也基本可以滿足用戶需求，存儲系統的成本大約在10萬左右。

在機柜投入成本方面，通常采用1U機架式設備，按74臺服務器，3臺交換機、1個防火墻，共需要78U，配2個42U機柜價格約2萬左右。

這樣，對10 000個用戶而言，整個視頻云開展3D交互系統的投資成本約為143萬。單個用戶成本為143元。

3.3 2D/3D混合使用

在通常情況下，一般用戶使用2D應用和3D應用的比例為7∶3，按照上述的估算方法，1 000并發流需要投資組成為：

24臺2D服務器和22臺3D服務器，以及4個管理服務器（其中2臺用于備份），共需要48臺服務器；網絡交換設備可采用2臺（考慮到冗余備份）CISCO 48口企業級交換機和一臺24口企業級交換機；操作系統可采用Windows Server 2012標準版；數據庫采用免費MYSQL，殺毒軟件采用免費卡巴斯基基礎工作空間安全解決方案；需要IPQAM資源頻點數量122個；10 Tbyte存儲系統；配2個42U機柜。

這樣，對10 000個用戶而言，整個視頻云開展2D和3D混合交互系統的投資成本約為100萬，單個用戶成本約為100元。

從上面3種方案可以看出，采用視頻云系統，如果不考慮平臺軟件成本和電費等其他開銷的話，利用云計算技術就可以通過廉價的服務器集群實現低成本的2D/3D業務應用，整個投資成本平均在80～150元左右，特別是對2D應用而言，如果不是4 Mbit/s高碼率，而是采用1.8 Mbit/s編碼。則需要IPQAM資源單頻點數量會大大降低，所需要的平均費用也會進一步降低。

反之，如果不采用視頻云系統，那么要實現支持2D/3D業務應用的話，除了需要建設大規模交互服務平臺外，還需要將用戶家庭的機頂盒升級換代為交互機頂盒，而且這種交互機頂盒目前主要支持2D應用，售價也在600元左右。此外，與視頻云系統相比，智能終端方案還存在以下問題：硬件設備投入上成本較高，終端設備易故障且易受病毒侵害，可能導致終端設備、播控網絡和信息數據的不安全，同時應用也需在線升級，并且難以快速部署。由此可見，采用視頻云系統，可以有效降低廣電網絡的投資成本和運行維護成本，提高實時和便捷性，增強拓展增值服務能力。

4 總結

借助視頻云計算技術，廣電系統能夠有效地組建與云計算相關的云存儲、云媒資和云服務，并在確保安全播出與版權保護前提下能夠方便、快捷地開展相關的增值應用服務。同時，廣電網絡穩定的下行通路和高帶寬以及數字電視機頂盒的推廣與普及，為廣電行業應用視頻云計算技術開展低成本2D/3D業務提供了良好的基礎。

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[1]視頻云平臺及功能介紹[EB/OL].[2013-02-20].http://www.boke?cc.com/serve_plat.shtml.

[2]視頻云計算增值業務平臺[EB/OL].[2013-02-20].http://www.novel-supertv.com/templates/T_yestem_products/index.aspx?node?id=62.

[3]LVCC聯想虛擬云終端系統[EB/OL].[2013-02-20].http://wenku.baidu.com/view/cee36320ccbff121dd36834f.htm.

[4]劉蘭蘭.云計算在廣電網絡的應用正在落地[EB/OL].[2013-02-20].http://cio.chinabyte.com/283/12435783.shtml.

[5]劉達.視頻云服務:主機-客戶端模式在廣電網絡大有可為[EB/OL].[2013-02-20].http://www.sarft.net/a/16154.aspx.

[6]張強.廣電行業云計算的應用與發展前景[EB/OL].[2013-02-20].http://www.dvbcn.com/2010-11/04-65040.html.

[7]劉鵬.構建廣電視頻服務云[EB/OL].[2013-02-20].http://wenku.baidu.com/view/df9a85c34028915f804dc2a4.html.

[8]宮文強.云計算在廣電平臺上的應用與發展探究[EB/OL].[2013-02-20].http://www.gddvb.com/news/show-16295.html.