基于HFC網的互動電視系統設計

鄭彬輝

交互式電視是數字電視技術、寬帶網絡有機結合的產物，是有線電視實現數字化的有效途徑，是三網融合的核心技術手段。由于寬度網絡、數字化信息技術的不斷進步，基于雙向HFC網絡的IPQAM交互式電視系統逐漸成為廣播電視網絡運營商提供交互式電視服務，增強競爭力的有效工具，并越來越多地用于開發廣播電視的交互式電視服務。

1 基于HFC網的IPQAM交互式電視技術原理

IPQAM交互式電視技術方案以雙向HFC網絡基礎，使用多個通道傳輸視頻流、信令信號，以提供視頻點播服務。外部視頻系統在接收用戶的請求后，會使用一個特殊的通道來傳輸視頻流。外部視頻系統將單個節目數據流封裝到UDP數據包中，然后通過主視頻傳輸網絡將其發送到IPQAM進行解封，多個單節目數據流被多路復用為多節目傳輸流。通過IPQAM對多節目傳輸流進行調制，然后輸出的RF信號通過HFC網發送到機頂盒STB。信號、頁面傳輸、對IPQAM網絡管理的訪問以及對計費系統的訪問都是經由城域IP網絡傳輸的，而交互式機頂盒則通過雙向HFC網絡接入門戶系統，以進行點播交互操作，如圖1所示。

圖1 基于雙向HFC網的IPQAM互動電視系統

外部接口系統包括媒體資源管理，視頻點播，業務系統，視頻流交換機，頁面信令交換機等。主要作用是統計分析報表，推送視頻數據流、分類用戶、后臺調度等。IPQAM設備部署在輔助外部接口（子中心）中，輸入信號是封裝在IP中的視頻數據流，輸出信號是使用QAM調制的射頻信號。在用戶側配備了交互式機頂盒，基于HFC雙向網絡、頁面信令交換機、城域IP網絡連接到內部控制系統和業務系統的服務器，該頁面信令交換機提供按需點播和根據信令訪問門戶網站門戶系統的權限。接收到用戶的點播請求后，片源（視頻流）通過點播視頻系統，視頻切換器和視頻流網絡傳輸到IPQAM系統，IP信號被轉換成QAM信號，下行鏈路信號通過雙向有線電視網絡的廣播信道發送給用戶。

2 基于HFC網的IPQAM交互式電視系統設計

2.1 模塊劃分

根據系統的需要實現的功能，可以劃分為8個功能模塊。

1）內容集成系統AIS。根據內容管理指令，內容生成系統根據相應要求將節目源進行轉碼或編碼，在將轉碼或編碼后的節目數據輸入業務系統，以向最終用戶提供數字電視服務。此外，內容生成系統還可以將具有附加服務的某些內容，例如游戲引入增值服務系統。內容制作系統包含一個加密的DRM部分。

2）AMS內容管理系統。該系統的主要作用是管理業務系統中的內容，如根據特定策略對節目內容進行增刪改、查詢、編播處理。與內容生產系統，流服務系統協調運行，執行相關的業務統計，并生成有關媒體內容或增值業務內容的報告。

3）SMSS流服務系統流。該系統主要負責存儲、分發流媒體，為用戶提供媒體流服務，用戶可以用遙控器對媒體流的進行相應的操控。

4）VAS增值業務系統。主要為用戶提供除基本流媒體服務之外的其他服務，例如瀏覽Internet，視頻呼叫，在線游戲，即時通信等。

5）MSPortal多業務門戶系統。MSPortal系統為用戶提供業務服務的入口界面，通過此系統，用戶可以完成節目的瀏覽、節目點播和收看并可以完成一些與用戶相關的自服務項目(比如查詢帳戶余額，服務類型修改等)。

6）OSS系統是一個業務運營支持系統，運營商可以使用它來管理用戶，實現用戶開設，用戶認證和用戶授權，計費扣費管理，定價管理等，OSS系統包含授權的DRM部分。

7）NMS網管系統。NMS系統是完成對全網設備的管理，包括機頂盒和OSS設備的管理。

8）STB機頂盒。位于用戶家中的固定設備，該設備連接電視并使用寬帶訪問和同軸接口，用戶可以從運營商系統接收相關服務。機頂盒系統包含解密的DRM部分。

2.2 系統分層

交互式電視系統可以劃分成4個層級：支持層，業務層，網絡鏈接層、終端層。

1）支持層。為系統業務開展提供支持，該層模塊主要有：用戶身份驗證和授權，帳戶管理，系統設備管理、版權管理等。

2）業務層。業務層提供業務應用服務，如視頻點播、直播等，還可以提供各種高級服務，例如視頻電話、在線游戲和在線通信。各業務對應不同的業務管理邏輯，業務層為這些業務提供了適當的支持環境。與流相關的服務需要多媒體存儲和分發、軟件編碼處理、軟件加密等技術支持。

3）網絡鏈接層。該層包括骨干寬帶網，城域網、寬帶接入網以及HFC網，是提供交互式電視服務的物理環境。

4）終端層。交互式電視用戶使用機頂盒通過IP網、HFC網絡接入系統，在電視上獲得交互式服務。

2.3 組網方式

具有代表性的交互式電視網絡由整個網絡的中央節點、多個中繼節點以及邊緣節點組成。中央節點位于省級網絡的前端，中繼節點位于城市的前端，邊緣節點位于城市分支的前端。

1）中央節點。中央節點是整個系統的運營中心，其功能有以下幾點：（1）中央節點聚合和存儲交互式電視業務內容，并對內容進行編碼，編輯，存儲等管理。同時，實現了交互式電視節目內容的入庫、編排、審核。源內容打包到各種類型的服務（頻道）中，并通過MSPorta頁面提供給用戶。（2）集中管理和分配業務資源，網絡資源，處理和轉發信息以進行身份驗證和計費。（3）統一規劃IP-QAM資源。（4）負責建立和管理會話，訪問視頻服務器以及提供和管理BILLING授權接口。（5）根據特定的MS策略存儲和備份所有視頻，并將視頻分發到不同的城市。（6）提供統一的用戶訪問界面，將現有的各種服務資源和各種應用程序提供商集成到門戶中供用戶使用，用戶只需要在門戶網站上進行選擇即可訪問需要的服務。（7）對STB的訪問進行集中式身份驗證。

2）中繼節點。位于城市中心的中繼節點為用戶提供門戶、視頻服務。結合實際業務量配置獨立門戶服務器、視頻服務器；提供針對當地用戶的特色服務；當沒有邊緣節點視頻服務器的流服務時，該節點提供業務內容的備份和下載服務，還可以直接向終端用戶提供服務，為一些沒有視頻服務器的邊緣節點用戶直接提供交互電視服務。

3）邊緣節點。邊緣節點位于城市分支的前端，并配備有對應的視頻服務器，該服務器負責提供流媒體服務。主要功能包括對內容進行緩存，分布式服務的實現，以及整個網絡同時響應；根據負載均衡為鄰近用戶提供視頻服務。

2.4 機頂盒、IPQAM配對機制

HFC網為樹形結構，每個用戶都屬于一個光節點。用戶服務組用于IPQAM和STB配對。手動配置方式無法滿足大規模部署需要，因此，機頂盒應能夠動態接收用戶服務組信息。根據系統頻點規劃完成IPQAM中各個通道的技術支持代碼配置，以保證IPQAM流的技術支持代碼在整個網絡中都是獨一無二的，并且IPQAM通過實時廣播PAT表來傳輸技術支持代碼信息。打開機頂盒后將掃描所有可獲取的技術支持代碼并將其存儲在交互式服務頻帶中。機頂盒可以接收屬于一個用戶服務組的多個技術支持代碼，并且將技術支持代碼中的指定字段用于用戶服務組檢索。機頂盒由SRM資源管理器在客戶端會話請求消息中攜帶用戶服務組信息，資源管理器SRM根據用戶服務組信息啟用對應的IPQAM資源。

3 結論

綜上所述，基于HFC網的交互式電視系統的應用可以顯著降低業務運營成本，避免重建和隱性投資，并促進數字電視產業的健康發展。互動電視行業的有序發展和良性循環將為每個消費者帶來真正需要的廣播電視服務。