高清互動系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)問題探討

黃萬來，潘景陽

（廈門廣電網(wǎng)絡(luò)公司，福建 廈門 361000）

0 引言

在三網(wǎng)融合大環(huán)境中，廣電運營商面臨很大的挑戰(zhàn)，迫切需要創(chuàng)新和發(fā)展，從自身的發(fā)展需求和競爭策略出發(fā)，選擇了以視頻服務(wù)為核心，多業(yè)務(wù)并行推進，打造多功能平臺的發(fā)展方向。作為核心業(yè)務(wù)的視頻類業(yè)務(wù)，著力提升其視聽效果，同時推動互動點播功能，對于其他類業(yè)務(wù)，重點是拓展網(wǎng)絡(luò)平臺的功能，開發(fā)數(shù)據(jù)、語音等各類增值業(yè)務(wù)，組合為綜合服務(wù)平臺，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)、便捷、全面的視聽、娛樂、信息、生活等各類服務(wù)。

高清業(yè)務(wù)和互動點播業(yè)務(wù)是廣電運營商全力推廣的兩項重點增值業(yè)務(wù)，隨著高清電視機普及率的提高、高清機頂盒銷售量的增大，用戶對于高清節(jié)目的需求快速增長。同樣，互動點播徹底改變了看電視的模式，使用戶可以主動選擇時間、選擇節(jié)目，變看電視為用電視。但是就現(xiàn)有的高清頻道的節(jié)目數(shù)量，以及標清互動的節(jié)目質(zhì)量，已經(jīng)滿足不了用戶的需求，也體現(xiàn)不出廣電網(wǎng)絡(luò)相對于其他運營商的競爭優(yōu)勢。高清互動點播系統(tǒng)的推出，實現(xiàn)了通過互動平臺來點播高清的影視節(jié)目，兩者的結(jié)合可以說是優(yōu)勢互補、相得益彰，能夠最大程度地發(fā)揮出數(shù)字電視平臺的優(yōu)勢，提升有線運營商的競爭力，新業(yè)務(wù)更具吸引力，同時也將會拉動相關(guān)業(yè)務(wù)的發(fā)展。

在國內(nèi)的廣電運營商中，多個具備實力的運營商已經(jīng)在積極開展這方面的業(yè)務(wù)，并且取得了不錯的效果，其中杭州華數(shù)、北京歌華、深圳天威和江蘇廣電都已具有一定規(guī)模的用戶群。截至2010年底，北京歌華的高清用戶數(shù)已突破130萬，深圳天威也有幾十萬的用戶群，各地廣電運營商都在快速部署，迅速搶占市場。

1 互動系統(tǒng)建設(shè)方案概述

前幾年很多地市的廣電網(wǎng)絡(luò)都已經(jīng)建立了自己的互動點播系統(tǒng)，具備了影視庫、流服務(wù)、CDN、BOSS、CMS、雙向網(wǎng)絡(luò)傳輸、雙向機頂盒等從后臺管理到網(wǎng)絡(luò)傳輸再到終端接收的一套完整的流服務(wù)系統(tǒng)。高清互動點播系統(tǒng)是這套流服務(wù)系統(tǒng)的擴展，基于已建立的互動點播平臺，在提供標清格式節(jié)目的基礎(chǔ)上，增加高清節(jié)目的點播功能。標清系統(tǒng)和高清系統(tǒng)一般是基于同一套互動平臺，如華數(shù)的高清點播系統(tǒng)基于思華平臺，天威的基于思遷平臺和同洲平臺，江蘇廣電的基于DMX平臺。在編碼格式上，已上線的幾家運營商都采用H.264格式，碼率為7.0～8.5 Mbit/s。

廈門是首批三網(wǎng)融合試點城市之一，目前已具備較為豐富的互動業(yè)務(wù)。幾年來互動系統(tǒng)的建設(shè)步驟是：在2005年建立了互動點播平臺，經(jīng)過幾年的擴展完善，系統(tǒng)已具備影視點播、財經(jīng)、支付、游戲、信息等多種互動功能，也發(fā)展了一定規(guī)模的用戶；從2009年開始，隨著高清業(yè)務(wù)發(fā)展增速，著手考慮業(yè)務(wù)的優(yōu)質(zhì)化和運營的精細化，提升用戶體驗，改善視聽效果，開發(fā)適合各層次用戶群的豐富的業(yè)務(wù)功能；2010年完成了高清互動平臺的初步建設(shè)，后期將會通過新功能的開發(fā)、不同平臺的延伸交互，向三網(wǎng)融合服務(wù)推進。

廈門互動系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)，高清互動可以看成是原有互動系統(tǒng)功能的擴展，在原有平臺上，通過增加高清節(jié)目的存儲設(shè)備、流服務(wù)器、IPQAM傳輸?shù)仍O(shè)備，利用原有的媒資管理系統(tǒng)、運營支撐系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和終端設(shè)備，擴展新的業(yè)務(wù)功能。

高清互動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 高清互動系統(tǒng)實施

2.1 總體技術(shù)要求

圖1 高清互動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

高清互動業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)具備成熟穩(wěn)定的硬件平臺，提供全面的軟件功能，廣電運營商在此系統(tǒng)上建立良好的商業(yè)模式，開展高、標清互動點播服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)游戲服務(wù)、金融財經(jīng)服務(wù)和生活應(yīng)用類、網(wǎng)絡(luò)社區(qū)類服務(wù)等，并能夠長期持續(xù)、經(jīng)濟地運營。系統(tǒng)提供相關(guān)的運營支撐管理功能，與現(xiàn)有營帳系統(tǒng)對接，實現(xiàn)用戶管理，靈活計費策略；同時系統(tǒng)制定通信協(xié)議，與多種高清、標清機頂盒終端集成，支持現(xiàn)在和將來所需要的多種業(yè)務(wù)功能。網(wǎng)管系統(tǒng)對系統(tǒng)部件進行管理和監(jiān)控，提高系統(tǒng)的運行維護能力。

高清互動業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)具備以下特性：成熟性、先進性，可運營、可管理，安全性、可靠性，開放性、擴展性，經(jīng)濟性、實用性。

2.2 高清互動系統(tǒng)設(shè)備連接（見圖2）

圖2 高清互動系統(tǒng)設(shè)備連接示意圖

2.3 高清互動系統(tǒng)部署

系統(tǒng)包括1個核心節(jié)點和若干個邊緣節(jié)點，核心節(jié)點位于網(wǎng)絡(luò)總前端，邊緣節(jié)點可以隨用戶數(shù)量上漲分期擴建，由總前端逐期推進到各個分前端，核心節(jié)點和邊緣節(jié)點間通過IP鏈路互聯(lián)，進行控制指令和視頻流的傳輸。前端到客戶端機頂盒之間的數(shù)據(jù)流，分為VOD點播的控制指令以及VOD視頻流，控制指令通過IP通道傳輸。視頻流傳輸可為IPQAM模式，由視頻服務(wù)器輸出，經(jīng)過IPQAM設(shè)備調(diào)制成RF信號，通過HFC網(wǎng)絡(luò)傳送給客戶端機頂盒；或者為IPTV模式，視頻服務(wù)器輸出后直接經(jīng)IP通道傳送到機頂盒。

核心節(jié)點為整個系統(tǒng)的運營中樞，部署在總前端，其主要功能是：1）是互動電視業(yè)務(wù)的原始內(nèi)容采集、制作和存儲中心，各種業(yè)務(wù)（點播、時移、信息服務(wù)等）內(nèi)容均匯聚在此并編碼、編輯和存儲。2）是內(nèi)容的統(tǒng)一管理和服務(wù)發(fā)布中心，實現(xiàn)節(jié)目內(nèi)容的入庫、編排、審核及發(fā)布等交互電視業(yè)務(wù)管理功能。將原始內(nèi)容包裝成為各種服務(wù)類型（頻道），如電視劇、電影、購物、信息服務(wù)等，通過EPG頁面展現(xiàn)給用戶。3）實現(xiàn)全網(wǎng)用戶訪問的全局負載均衡，負責全網(wǎng)用戶點播請求的響應(yīng)，根據(jù)負載均衡策略，將用戶的請求重定向到合適的下級節(jié)點。4）是全網(wǎng)資源的運營維護中心，實現(xiàn)業(yè)務(wù)資源、網(wǎng)絡(luò)資源、機頂盒資源和存儲資源的集中管理和分配，以及認證計費信息的統(tǒng)一收集、處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

邊緣節(jié)點負責提供流服務(wù)能力，部署在分前端，其主要功能是：1）實現(xiàn)中心內(nèi)容的本地智能緩存，進行分布式服務(wù)，提高全網(wǎng)并發(fā)響應(yīng)能力。2）提供視頻流服務(wù)，根據(jù)中心負載均衡的結(jié)果，向就近用戶提供視頻服務(wù)。

2.4 高清互動系統(tǒng)各部分功能描述

高清互動系統(tǒng)由互動點播系統(tǒng)、各類增值業(yè)務(wù)系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、終端設(shè)備等多環(huán)節(jié)組成，每部分都需要清晰的功能定義和接口規(guī)范，使整體系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，并具有良好的擴展性，為將來的業(yè)務(wù)留下擴展空間。下面詳細介紹系統(tǒng)主要模塊功能及接口規(guī)范描述。

1）視頻服務(wù)系統(tǒng)

視頻服務(wù)系統(tǒng)具備以下性能：（1）視頻服務(wù)器、存儲設(shè)備能夠獨立配置、靈活組合，在不同階段根據(jù)業(yè)務(wù)需求獨立增加服務(wù)器輸出板卡或增加存儲設(shè)備。（2）適宜集中式、分布式部署（CDN模式），并可逐步實施，即初始為集中式，隨著用戶數(shù)量增大可轉(zhuǎn)換為分布式部署。能合理配置資源，具備高效的大并發(fā)流輸出能力和合理的存儲分配體系。（3）視頻服務(wù)器節(jié)點之間、存儲設(shè)備之間形成互為冗余備份和自動負載均衡，保證系統(tǒng)長期不間斷穩(wěn)定運行。（4）兼容多種IPQAM設(shè)備，包括SA、CASA、哈雷等主流設(shè)備。

2）編碼格式

編碼格式支持MPEG-2標清碼流，碼率為3.75 Mbit/s；支持H.264高清碼流，碼率為7.0～8.5 Mbit/s；高清流碼率是標清流的2倍左右，也便于系統(tǒng)帶寬的配置；支持H.264標清碼流，碼率為2～3 Mbit/s（H.264編碼效率高，有效節(jié)省設(shè)備和帶寬資源，在2～3 Mbit/s的碼率就可以提供較高的圖像質(zhì)量，隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，新一代標清機頂盒逐步會支持H.264編碼，因此建議系統(tǒng)應(yīng)支持H.264標清碼流）。

3）視頻服務(wù)器及存儲設(shè)備擴展性

隨著業(yè)務(wù)發(fā)展靈活地實現(xiàn)系統(tǒng)擴容，通過增加板卡或增加獨立流服務(wù)器，擴大并發(fā)流容量，也可通過增加存儲擴大標清和高清節(jié)目庫容量。將來能夠以較低的成本、較高的效率來調(diào)整業(yè)務(wù)模式，在前端和終端上迅速開發(fā)部署新的業(yè)務(wù)類型、增強系統(tǒng)服務(wù)范圍和能力。

4）管理系統(tǒng)功能描述

軟件系統(tǒng)有效地管理平臺資源，支持各項業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運行和監(jiān)管。

BOSS運營支撐系統(tǒng)實現(xiàn)高標清互動點播認證、授權(quán)、計費，以及用戶管理、業(yè)務(wù)管理、資費政策、營收管理、結(jié)算分攤、數(shù)據(jù)分析按次計費與計時計費、預(yù)付費后付費、實時計費、打包策略、多CP、多費率、多重優(yōu)惠等，提供多種統(tǒng)計、排行、報表等數(shù)據(jù)，根據(jù)市場需求靈活調(diào)整資費和銷售策略。

媒資管理系統(tǒng)包括媒資庫管理、在線內(nèi)容管理、內(nèi)容發(fā)布等功能模塊，分別實現(xiàn)節(jié)目資產(chǎn)的引入與管理、工作流管理等，內(nèi)容分布、活動狀態(tài)的獲取，以及內(nèi)容引入、審核、發(fā)布、分發(fā)、刪除等流程。

采集編輯系統(tǒng)獲取各種來源的視頻源文件，再由編碼設(shè)備轉(zhuǎn)碼為MPEG-4/WMV/H.264/MPEG-2等流服務(wù)系統(tǒng)標準格式，由錄制服務(wù)器進行錄制，錄制后的文件可以直接存放到存儲庫中，或經(jīng)抽幀打點服務(wù)器進行抽幀打點等處理后并最終存放到存儲庫。編輯系統(tǒng)完成對原始內(nèi)容的二次處理，進行增刪、修改以及轉(zhuǎn)碼等，編輯后的內(nèi)容也放入存儲庫。

EPG系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)EPG的模板設(shè)計、提供定制工具、便于設(shè)計個性化EPG支持按用戶分組實現(xiàn)多EPG，支持為高清、標清業(yè)務(wù)分別建立EPG。

網(wǎng)管系統(tǒng)實現(xiàn)拓撲管理、配置管理、性能管理、故障管理、安全管理、日志管理、權(quán)限管理等多網(wǎng)絡(luò)管理功能，通過網(wǎng)管系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)運行管理，故障快速定位處理等。

5）增值業(yè)務(wù)系統(tǒng)

增值業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括信息服務(wù)類、金融財經(jīng)類、購物支付類、電視游戲類、生活應(yīng)用類、社區(qū)交流類等。各類增值業(yè)務(wù)相對獨立，又互相融合，通過統(tǒng)一的門戶進入，與互動點播主營業(yè)務(wù)形成良性互補，通過后臺對業(yè)務(wù)內(nèi)容的組織編排，業(yè)務(wù)形式及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的交互傳遞，實現(xiàn)業(yè)務(wù)之間的互通融合。不斷的深入拓展新業(yè)務(wù)功能，將會逐步形成全媒體、三屏互動、三網(wǎng)融合等功能較為全面的平臺。

6）系統(tǒng)通信協(xié)議

系統(tǒng)通信協(xié)議支持DHCP/DNS/HTTP/HTTPS等通信協(xié)議，支持RTSP/HTTP/FTP/TS等流媒體傳輸協(xié)議。

7）系統(tǒng)接口規(guī)范

系統(tǒng)接口規(guī)范支持多SP，對SP提供完善的管理功能，包括產(chǎn)品管理、認證計費、統(tǒng)計報表及結(jié)算分成等。支持多CP，CP接口符合CableLabs ADI 1.0/1.1規(guī)范，符合VOD_Content_Specification_V1.0以上版本規(guī)范，符合增值業(yè)務(wù)系統(tǒng)的內(nèi)容層接口。

8）終端集成接口

以開放、標準的接口實現(xiàn)機頂盒端軟件的集成，能夠在較短的周期內(nèi)完成現(xiàn)用多家機頂盒的集成。在界面設(shè)計上、操作方式上、響應(yīng)速度上能最大限度地滿足用戶的使用習慣。充分考慮機頂盒有限的存儲資源，為將來的多業(yè)務(wù)開發(fā)留下便利的接口和可用空間，使系統(tǒng)能利用現(xiàn)有資源，擴展為多功能平臺。

9）傳輸網(wǎng)絡(luò)

在CMTS+Cable Modem網(wǎng)絡(luò)中，采用IPQAM設(shè)備做視頻流的下發(fā)，相比CMTS，IPQAM在帶寬成本上具有很大的優(yōu)勢，對于雙向HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來說，是大數(shù)據(jù)流傳輸通道的最佳選擇。

在EPON+LAN或者EPON+EoC網(wǎng)內(nèi)，IP網(wǎng)絡(luò)提供的帶寬能夠支持點播流的下傳，采用IPTV方式可充分利用資源，減少IPQAM設(shè)備的投入，同時信令數(shù)據(jù)、視頻流、業(yè)務(wù)流都走在IP網(wǎng)絡(luò)上，便于業(yè)務(wù)系統(tǒng)的管理，降低運維難度。

10）機頂盒

機頂盒集成互動點播協(xié)議，集成各類相關(guān)的通信協(xié)議。為支持更多的業(yè)務(wù)，應(yīng)集成中間件，使業(yè)務(wù)開展的手段更豐富，展現(xiàn)形式也更絢麗。對高清機頂盒的硬件配置，要求266 MHz以上的CPU主頻，64 Mbyte以上的Flash，256 Mbyte以上的內(nèi)存。高清機頂盒支持1 920×1 080 i分辨力，支持H.264和MP4解碼，帶HDMI接口。

2.5 系統(tǒng)建設(shè)步驟

系統(tǒng)采用邊發(fā)展邊建設(shè)的思路，分期建設(shè)，首先建設(shè)核心節(jié)點，再根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展情況，逐步建設(shè)多個邊緣節(jié)點，形成CDN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，大型系統(tǒng)還包括分中心的熱點節(jié)目庫和流服務(wù)設(shè)備，以提高系統(tǒng)的點播命中率，降低長途鏈路運營成本。

系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃內(nèi)容：時間節(jié)點、業(yè)務(wù)規(guī)模、互動用戶數(shù)、支持標清并發(fā)流數(shù)、高清并發(fā)流數(shù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，再計劃相應(yīng)的流服務(wù)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸、IPQAM設(shè)備的數(shù)量。在業(yè)務(wù)發(fā)展過程中及時預(yù)測擴展趨勢并提前擴容。

建立長遠的業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃，確立目標和方向及實現(xiàn)的業(yè)務(wù)類型和時間表，做技術(shù)上的選型，并根據(jù)規(guī)劃逐期實現(xiàn)。

3 現(xiàn)有互動平臺上擴展高清互動功能

3.1 兩種建設(shè)模式比較

模式一：在原有互動平臺上擴展功能，則原有的后臺管理系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)可共用，如BOSS，CMS系統(tǒng)等。系統(tǒng)建設(shè)初期，可考慮標清/高清的流服務(wù)器和IPQAM設(shè)備各建一套，高清/標清業(yè)務(wù)視頻流向獨立的通道，待進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)后，可實現(xiàn)高/標清系統(tǒng)的混合部署，共用同一套流服務(wù)設(shè)備、IPQAM設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備。

模式二：高清、標清系統(tǒng)獨立，采用另一家點播系統(tǒng)方案來建設(shè)一套高清流服務(wù)系統(tǒng)，此模式需要做多個層面的接口，在系統(tǒng)建設(shè)周期、系統(tǒng)復(fù)雜度、運維管理的難度和資源共享等方面，都不具備優(yōu)勢。

3.2 系統(tǒng)擴展關(guān)鍵是平臺資源的綜合利用

互動平臺擴展高清系統(tǒng)需要解決高清流服務(wù)與標清流服務(wù)兼容的問題，也需要解決對接多個節(jié)目提供商（CP）的問題，因此需要制定統(tǒng)一的接口規(guī)范、媒資格式規(guī)范。

通過一套資源調(diào)用系統(tǒng)實現(xiàn)對存儲資源、流服務(wù)資源、IPQAM資源、頻點資源的調(diào)用，通過同一套協(xié)議實現(xiàn)與終端的對接，避免出現(xiàn)多套系統(tǒng)并行，各業(yè)務(wù)流獨占一套資源，終端要集成多家協(xié)議的狀況。否則可能導(dǎo)致業(yè)務(wù)管理混亂，終端種類多，集成復(fù)雜，流服務(wù)器、IPQAM資源、頻點資源大量浪費等各種問題。

高清、標清混合部署系統(tǒng)規(guī)劃見圖3。

4 三網(wǎng)融合系統(tǒng)考慮

隨著三網(wǎng)融合目標的確立，對互動系統(tǒng)建設(shè)提出了更高的要求，未來的系統(tǒng)需要實現(xiàn)視頻、數(shù)據(jù)、語音等業(yè)務(wù)的融合，實現(xiàn)多業(yè)務(wù)共享，電視、計算機、手機三屏的互動，為用戶提供時間自由、空間自由的靈活便捷的服務(wù)。為此，互動系統(tǒng)建設(shè)中需為將來的業(yè)務(wù)做好相應(yīng)準備。

圖3 高清、標清混合部署系統(tǒng)規(guī)劃示意圖

系統(tǒng)前端建立三屏互動管理模塊，其作用是與各類業(yè)務(wù)結(jié)合，實現(xiàn)對各類業(yè)務(wù)的信息收集匯總，統(tǒng)一管理，相互共享，加強用戶參與業(yè)務(wù)及用戶間的互動。包括用戶賬戶積分可通用于多種業(yè)務(wù)，實現(xiàn)用戶間信息互傳，視頻上傳共享，三屏之間可共享及交流等。

機頂盒終端需集成中間件，含JVM和瀏覽器、應(yīng)用管理器及各種功能模塊和協(xié)議，可實現(xiàn)高清頁面分辨力（1 920×1 080或1 280×720），可基于中間件設(shè)計開發(fā)各種互動功能。將來隨著技術(shù)發(fā)展，終端平臺可向Andriod等更先進、更開放的平臺過渡，以支撐未來的互動業(yè)務(wù)。

三屏互動結(jié)構(gòu)如圖4所示。

5 結(jié)束語

三網(wǎng)融合是通信技術(shù)的發(fā)展趨勢，對于廣電運營商，是機遇也是挑戰(zhàn)，創(chuàng)新是內(nèi)在發(fā)展需求，也是外部競爭使然。建設(shè)互動平臺和擴展高清系統(tǒng)只是起步，提升了廣電網(wǎng)絡(luò)的核心產(chǎn)品，同時還有很多的新業(yè)務(wù)需要去嘗試和實現(xiàn)。