交互式數(shù)字視頻SDV系統(tǒng)的建設(shè)

蘇 坤

（中國(guó)有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司海南分公司，海南 海口 570001）

一、前言

對(duì)于有線電視運(yùn)營(yíng)商而言，頻帶資源曾經(jīng)是非常豐富的，甚至給人“取之不盡、用之不竭”的錯(cuò)覺。但隨著三網(wǎng)融合的不斷推進(jìn)，VOD點(diǎn)播、廣告、支付、股票、游戲等雙向業(yè)務(wù)以及高清頻道、4K頻道的加速上線，有線頻帶資源日趨緊張，已經(jīng)成為阻礙業(yè)務(wù)發(fā)展的主要因素之一。就現(xiàn)有技術(shù)而言，相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造、節(jié)目壓縮轉(zhuǎn)碼等解決方案，交互式數(shù)字視頻（SDV）在投入成本、節(jié)目信號(hào)傳輸質(zhì)量、雙向業(yè)務(wù)融合等方面無疑更具有優(yōu)勢(shì)，是有線電視運(yùn)營(yíng)商快速提升頻帶資源利用率的有效手段。

二、SDV概念及技術(shù)架構(gòu)

交互式數(shù)字視頻（SDV，Switched Digital Video），即在雙向網(wǎng)絡(luò)條件下，通過單個(gè)用戶點(diǎn)播方式實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶廣播收視的一種技術(shù)模式。它類似于IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中的組播技術(shù)，將全網(wǎng)用戶按QAM調(diào)制器覆蓋范圍分為多個(gè)組群，單個(gè)組群中有用戶發(fā)起收視請(qǐng)求時(shí)，節(jié)目占用一個(gè)廣播頻道傳輸，若無用戶請(qǐng)求則釋放廣播頻道資源。

SDV概念的提出主要依靠于有線電視用戶收視率統(tǒng)計(jì)中的20/80法則（或稱長(zhǎng)尾理論），即在有線電視運(yùn)營(yíng)商提供的所有廣播節(jié)目中，大部分用戶（假定80%用戶）所收看的節(jié)目集中在少量的頻道（假定20%頻道），其余20%用戶所收看的頻道則分散在其他80%的頻道中。SDV業(yè)務(wù)，即是當(dāng)20%的用戶僅在觀看節(jié)目時(shí)，才把對(duì)應(yīng)的節(jié)目實(shí)時(shí)傳輸?shù)接脩魴C(jī)頂盒，這樣便可空出80%的頻道資源，用于開展其他諸如點(diǎn)播、寬帶接入等增值業(yè)務(wù)。

目前國(guó)際上主流的SDV技術(shù)架構(gòu)有兩個(gè)：一是時(shí)代華納公司于2000年提出的ISA架構(gòu)，該架構(gòu)由前端平臺(tái)、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和終端機(jī)頂盒三大系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)間及系統(tǒng)內(nèi)各組成部分之間均制訂了開放性的標(biāo)準(zhǔn)接口，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性；二是Comcast公司聯(lián)合美國(guó)本土幾家公司提出的NGOD架構(gòu)，該架構(gòu)由前端平臺(tái)、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和終端機(jī)頂盒三大系統(tǒng)，再加上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、資源管理和網(wǎng)絡(luò)傳輸組成，各系統(tǒng)接口均采用私有協(xié)議，系統(tǒng)集成和組建較為復(fù)雜，但具有較強(qiáng)的安全性和高效性。本文主要介紹基于NGOD架構(gòu)的SDV系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式。

三、SDV系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（一）系統(tǒng)架構(gòu)

基于NGOD架構(gòu)的SDV系統(tǒng)主要由直播信號(hào)源、編轉(zhuǎn)碼設(shè)備、復(fù)用加擾設(shè)備、推流服務(wù)器、邊緣QAM調(diào)制器、SDV會(huì)話管理服務(wù)器、邊緣資源管理服務(wù)器等部分組成，并輔以用戶管理計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、STB用戶終端等系統(tǒng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)SDV業(yè)務(wù)。SDV系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 SDV系統(tǒng)架構(gòu)圖

直播信號(hào)源指中央和各省衛(wèi)視頻道、專業(yè)付費(fèi)頻道、本地自辦頻道等直播節(jié)目，一般通過衛(wèi)星接收機(jī)、適配器、光端機(jī)、光交換機(jī)等設(shè)備接收輸出。

編轉(zhuǎn)碼設(shè)備用于對(duì)直播信號(hào)源的編碼格式和傳輸碼率進(jìn)行重新編碼，輸出符合系統(tǒng)要求的信號(hào)。

復(fù)用加擾設(shè)備用于對(duì)直播信號(hào)的加密，并根據(jù)節(jié)目打包規(guī)劃，復(fù)用成MPTS多節(jié)目流或SPTS單節(jié)目流輸出。

推流服務(wù)器負(fù)責(zé)接收復(fù)用加擾設(shè)備輸出的直播流，并響應(yīng)后級(jí)設(shè)備的請(qǐng)求推送SDV直播流。

邊緣QAM調(diào)制器負(fù)責(zé)按照邊緣資源管理服務(wù)器的指令，向推流服務(wù)器請(qǐng)求推送SDV直播流，在指定通道調(diào)制傳輸。

SDV會(huì)話管理服務(wù)器的主要功能是接收來自STB終端的頻道變換請(qǐng)求，查詢邊緣QAM調(diào)制器的傳輸通道是否準(zhǔn)備好，如準(zhǔn)備好則將調(diào)制信息發(fā)送至STB終端；未準(zhǔn)備好則通知邊緣資源管理服務(wù)器，由邊緣資源管理服務(wù)器建立SDV傳輸通道。

邊緣資源管理服務(wù)器負(fù)責(zé)邊緣QAM調(diào)制器的帶寬資源分配和管理，并控制邊緣QAM調(diào)制器在SDV系統(tǒng)的加入或離開，同時(shí)處理來自SDV會(huì)話管理服務(wù)器的邊緣資源分配請(qǐng)求。

（二）業(yè)務(wù)流程

SDV主要業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

（1）SDV客戶端向SDV會(huì)話管理服務(wù)器發(fā)送頻道切換請(qǐng)求，請(qǐng)求信息中攜帶頻道的Source Id和區(qū)域碼信息。

（2）SDV會(huì)話管理服務(wù)器根據(jù)頻道的Source Id和區(qū)域碼信息查找本地緩存是否已經(jīng)預(yù)分配該頻道和區(qū)域?qū)?yīng)的頻點(diǎn)信息和PID。

（3）如果SDV會(huì)話管理服務(wù)器沒有預(yù)分配好，則向邊緣資源管理服務(wù)器申請(qǐng)頻點(diǎn)信息，其中攜帶client ID、帶寬和區(qū)域碼信息。

（4）邊緣資源管理服務(wù)器判斷系統(tǒng)是否采取靜態(tài)分配方式，如果是，則根據(jù)邊緣資源管理服務(wù)器按最近最少使用原則分配頻點(diǎn)信息；如果采取動(dòng)態(tài)分配方式，則向邊緣QAM調(diào)制器發(fā)送分配信息，包括client ID、帶寬和節(jié)目號(hào)。

（5）SDV會(huì)話管理服務(wù)器通知推流服務(wù)器向指定IP和端口的邊緣QAM調(diào)制器進(jìn)行推流，攜帶IP、端口、區(qū)域碼、帶寬等信息。

（6）推流服務(wù)器向邊緣QAM調(diào)制器推流，并返回響應(yīng)信息到SDV會(huì)話管理服務(wù)器；SDV會(huì)話管理服務(wù)器收到消息響應(yīng)后，通過向SDV客戶端發(fā)送頻道切換確認(rèn)消息，攜帶頻道的Source Id、區(qū)域碼、頻道號(hào)和頻點(diǎn)信息。

（三）STB終端切換到SDV頻道播放流程

STB終端SDV頻道的切換播放流程如圖3所示。

（1）用戶使用遙控器進(jìn)入到SDV頻道的雙向頁(yè)面，頁(yè)面僅展示SDV的頻道列表，含頻道號(hào)碼、頻道名稱信息。

（2）終端中間件在本地檢測(cè)目標(biāo)頻道是否SDV頻道，若是SDV頻道則執(zhí)行后續(xù)流程。終端中間件搜索SDV活動(dòng)頻道列表信息，找到目標(biāo)SDV頻道的入口信息(含調(diào)制模式、頻率、傳輸流ID等信息)。

（3）終端中間件向SDV會(huì)話管理服務(wù)器發(fā)送頻道信息，請(qǐng)求建立SDV會(huì)話并切換頻道。

（4）SDV會(huì)話管理服務(wù)器判斷此頻道是否已經(jīng)通過QAM廣播信號(hào)給此機(jī)頂盒，若已廣播則返回頻道相關(guān)信息給SDV客戶端，若未返回則執(zhí)行下列流程。

（5）SDV會(huì)話管理服務(wù)器向邊緣資源管理服務(wù)器請(qǐng)求建立會(huì)話，消息請(qǐng)求攜組播地址信息、信號(hào)源信息、機(jī)頂盒可用的QAM信息等。

（6）邊緣資源管理服務(wù)器為請(qǐng)求推流分配一個(gè)QAM及節(jié)目號(hào)。

（7）邊緣資源管理服務(wù)器向邊緣QAM調(diào)制器請(qǐng)求建立會(huì)話，消息請(qǐng)求包含QAM信息、節(jié)目號(hào)、帶寬、目標(biāo)頻道的組播IP及組播端口、一個(gè)或者多個(gè)信號(hào)源的IP地址信息等。

（8）若邊緣QAM調(diào)制器未加入組播，則進(jìn)行資源分配并發(fā)送請(qǐng)求加入組播。

（9）邊緣QAM調(diào)制器返回消息響應(yīng)給邊緣資源管理服務(wù)器，響應(yīng)中包含使用的組播源信息。

（10）邊緣資源管理服務(wù)器將QAM信息通過響應(yīng)消息返回給SDV會(huì)話管理服務(wù)器。

圖2 SDV業(yè)務(wù)流程圖

圖3 SDV終端SDV頻道切換播發(fā)流程圖

（11）SDV會(huì)話管理服務(wù)器將響應(yīng)消息返回給終端中間件，包含邊緣設(shè)備的頻點(diǎn)、節(jié)目號(hào)、傳輸流ID等信息。

（12）STB終端根據(jù)頻率、節(jié)目號(hào)等信息，接收SDV的數(shù)字碼流。

（13）用戶觀看過程中STB終端定期向SDV會(huì)話管理服務(wù)器發(fā)送Ping接口消息來保持聯(lián)系。

（14）用戶若離開當(dāng)前SDV頻道，如切換到其他SDV頻道、普通頻道或者進(jìn)入VOD等業(yè)務(wù)，終端中間件向SDV會(huì)話管理服務(wù)器發(fā)送刪除會(huì)話請(qǐng)求。

（15）SDV會(huì)話管理服務(wù)器執(zhí)行會(huì)話刪除操作，釋放相關(guān)會(huì)話資源。

四、結(jié)束語(yǔ)

相對(duì)于傳統(tǒng)的廣播電視系統(tǒng)，交互式數(shù)字視頻SDV系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)在于，可大幅提高傳輸帶寬利用率：以100套標(biāo)清節(jié)目（單套節(jié)目碼率5Mbps,64QAM調(diào)制方式）為例，傳統(tǒng)廣播模式約占用14個(gè)頻點(diǎn)；SDV模式以50%平均并發(fā)率計(jì)算，只需使用7個(gè)頻點(diǎn)。

當(dāng)然，如何基于精準(zhǔn)的收視率統(tǒng)計(jì)、用戶分布情況和收視行為習(xí)慣，制訂合理的邊緣QAM調(diào)制部署覆蓋策略以及不同節(jié)目、不同時(shí)段甚至不同欄目的多重靈活的信號(hào)播發(fā)機(jī)制，充分發(fā)揮SDV系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，最大限度提升頻帶資源利用率，是有線電視運(yùn)營(yíng)商在使用SDV系統(tǒng)時(shí)必須考慮的問題。