基于交互式視頻點播（VOD）系統技術分析

程騫

（遼寧廣電局傳發中心201臺，遼寧 北鎮 121300）

1 前言

交互式VOD系統由前端處理系統、寬帶交換網絡、用戶接入網、用戶終端設備（機頂 盒加電視機或加計算機）等幾個部分組成。VOD系統既可采用集中處理結構，也可采用集中管理、分布處理的方式；并可靈活地選用HFC、FTTB、FTTCADSL、VDSL等多種接入方式，用戶機頂盒可根據需要采用與接入方式匹配的接口，通過電視機、PC機進行視頻/音頻/數據的顯示和通信。

2 前端處理系統

前端處理系統一般由視頻服務器、磁盤陣列、節目數據庫、播控系統等構成。視頻服務器的高速數據傳輸能力保證了用戶對大量的影片、視頻節目、游戲、商務信息以及其他服務的近乎即時訪問。它的突出優點是若干用戶可從不同的時間起點觀看同一個節目，避免了精彩節目被一個用戶所獨占，或某個用戶播點后，其他用戶只能被動跟隨的情況，這對于用戶點播要求相對集中的場會尤為適合。

VOD視頻服務器保存著大量經壓縮的圖像節目并能通過網絡為用戶提供所需的節目拷貝，也可以包含實時的MFEG編碼器來接入實況轉播。節目數據庫是一存檔系統，保存著大量壓縮形式的電影節目，可成批下載給視頻服務器。VOD視頻服務器通過與用戶之間直接的、實時雙向交互來控制節目的播放，包括節目的選擇、播放過程的開始與終止、播放速 度的控制以及不同節目之間的動態切換等，VOD視頻服務器必須運行相應的軟件協調各項動作；同時提供友好的用戶界面。它應具有如下特征：

2.1 能夠存儲至少幾百小時的圖像節目。

2.2 如果一個用戶對VOD服務器隨機的動態訪問被稱為會話過程的話，那么VOD服務器 須能支持上千個同時進行而又相互獨立的“會話”過程。

2.3 具有一套加密及用戶訪問控制機制來防止非法用戶訪問。

作為點播系統的核心，VOD視頻服務器的性能直接決定系統的總體性能。為了能同時響應多個用戶的服務要求，視頻服務器一般采用時間片調度算法。視頻服務器為了能夠適應實時、連續穩定的視頻流，其存儲量要大，數據速率要高，并應具備接納控制、請求處理、數據檢索、按流傳送等多種功能，以確保用戶請求在系統 資源下的有效服務。存儲設備應采用SCSI接口，以確保高速、并行、多重I/O總線的能力。基于ATM的 VOD系統，采用的視頻服務器是以多路自路由選擇開關（MPSR）為中心的寬帶視 頻服務器。這種結構的服務器可提供即時交互式視頻點播（IVOD－i）和延時交互式視頻點播（IVOD－d）兩種服務方式。在大量用戶同時點播時，服務器的傳輸速率很高；同時要求其他相關設備也能支持這種高傳輸速率，這很難實現。為此可以在網絡邊緣（如ATM網絡前端開關處）設置視頻緩沖池，把點播率高的節目復制到緩沖池中，使部分用戶只需訪問緩沖池即可，緩沖池中沒有要點播的節目，可再去訪問服務器，這減輕了服務器的負擔，并可以隨著用戶 增加而增加緩沖池。裝載緩沖池可用150Mb/S速率，而從緩沖池中向用戶傳送節目是用2Mb/S速率，從而一個服務器可支持多個用戶。

3 控制管理系統

控制管理系統是一個信令傳輸網絡，用于管理用戶到VOD視頻服務器的連接。由于實際的VOD系統中可有多個VOD視頻服務器，因此，控制管理系統采用兩級網關管理，第一級在數字寬帶交換系統和傳輸系統中實現對不同頻道的選擇；第二級則完成在一個VOD視頻服務器 上對特定節目的選擇。

VOD信令和數據流通路具體過程如下：

3.1 通過預置信令連通機頂盒和訪問人口設備；即接通S3，VOD系統將服務清單從入口處傳給用戶；

3.2 按用戶要求，入口選定相關的視頻服務器，即接通S4，并提供服務素引；

3.3 S4的初始化可由機頂盒或視頻服務器完成；并由服務人口提供路由信息，由服務器提供節目清單；

3.4 用戶從節目單中選擇節目并將信令傳給視頻服務器；

3.5 通過網絡操作將節目由視頻服務器發到機頂盒，即連通P1，必要時可將節目從視頻庫裝載到現頻服務器；即連通P；

3.6 其他信令通路S5、S6、S7都服務于操作中心的監控、記錄等。

4 ATM數字定帶交換系統

管理能力、點對點可交換的交互式VOD系統，其服務器、網絡、存取設備、用戶預定設備等都能運行于多種類型的視頻壓縮模式和不同帶寬要求的環境中。視頻服務器可根據用戶的要求把用戶點播的節目從視頻庫中取出，并通過ATM網絡傳送給用戶。視頻信息一般采用MPEG標準壓縮編碼，裝入ATM信元，在ATM網絡中傳輸。同一個網絡中可能有多個信息提供者，因此可以有多個視頻服務器，由網絡服務操作中心調配使用。服務入口的功能主要是根據用戶所要求的服務內容將用戶與相應的服務器相連接，一個網絡可有多個服務入口，一個服務入口也可連接多個用戶。服務入口可作為一個獨立的網絡部件，也可集成到現頻服務器或ATM交換中心等其他部件中。服務操作中心是服務提供者用來管理和分配信息資源，并為用戶提供相關服務操作的部件。若服務提供者數量大，則服務操作中心可作為一個獨立部件；若服務提供者數量小，則一般將其集成到現頻服務器中。視頻庫的功能是以壓縮編碼形式存放信息文檔，訪問設備則提供網絡和用戶之間的連接，它一般由位于網絡和用戶設備（CPE）之間的設備組成。CPE包括電視機和錄像機、機頂盒及遙控器。ATM網絡將網絡各部件互連，包括“信令”和“節目數據流”，其中節目數據流應滿足用戶點播要求的速率，在連接方式上可以是點對點，或點對多點。

5 傳輸系統

傳輸系統由干線傳輸系統和分配系統組成，作用是將來自VOD視頻服務器及其他信號源的信息送至用戶并回送用戶的反向信息。干線傳輸系統可以有光纖、同軸電纜和無線傳輸方式等供選擇；分配系統有光纖（FITL）、銅線（ADSL等）、混合光纖同軸電纜（HFC）和無 線（LMDS）等實現方式。廣電部門一般采用HFC技術，在CATV系統中播出節目。

6 用戶設備

目前用戶設備主要有兩類結構。第一類結構將網絡終端（NT）從機頂盒分離開來，兩者間多采用 E1／V24 接口，可提供 2Mb／S 下行連接和雙向控制連接。將來會出現所謂標準數字家用網（DHN），允許連接若干機頂盒并能重新使用現有雙絞線或同軸電纜來提供每秒幾 十個兆比特的帶寬。第二種結構將NT集成進機頂盒，機頂盒的基本功能是對MPEG信號解碼并與普通電視機接口。還有人機接口、條件接入（編碼）、口令控制、智能卡和信用卡閱讀器 等其他功能。

7 實現VOD的網絡結構方案

HFC結構兼顧目前大樓已有的同軸線纜狀況，支持現有的和正在出現的窄帶和寬帶業務。

來自VOD視頻服務器的信號（155Mb/s）和傳統的諸如CATV等其他多媒體信號被送入中心點（HUb）進行調制，而 HUb則是VOD網絡中數字／模擬轉換的接口；前向通道接收VOD數字 信號和其他多媒體信號，將其通過光纖傳送至各節點（NOde）。反向信道接收來自用戶端的控制信號，加以處理后，將其送至ATM交換機及 VOD視頻服務器。Node通過光纖干線接收來 自Hub的前向射頻信號；通過線性放大器加以處理后，通過同軸電纜分配網絡傳送至用戶；Node同時也必須過濾出來自用戶的射頻反向信號，并把它經過激光器驅動回送給HUb。 也可利用ADSL技術，于光纖節點處和用戶端安裝ADSL設備實現VOD業務及其他寬帶業務。

[1]趙斌，王丹.視頻點播系統與視頻點播服務器[J].沈陽航空工業學院學報，2002-12-15.

[2]劉寶鋒,張文軍，谷志奇.基于代理服務器緩存的Internet分層視頻點播[J].上海交通大學學報，2005-04-30.