有線數字電視家庭媒體網關和多屏業務探析

黃文浩，鄧水森

（1.廣州市花都區廣播電視臺，廣東 廣州 510800；2.深圳創維數字技術股份有限公司，廣東 深圳 518057）

隨著移動互聯網的高速發展和智能終端的普及，用戶獲取視頻內容的渠道不再局限于電視機，而逐漸向個人電腦、手機、平板電腦等智能終端延伸。根據2013年1月CNNIC發布的第31次中國互聯網絡發展狀況統計報告顯示[1]，截至2012年底中國“網絡視頻”用戶達到3.72億，網民中上網收看視頻的用戶比例達到65.9%，在手機上使用在線收看或下載視頻的網民數為1.3億，多屏服務成為2012年以來廣電和互聯網視頻行業的熱門話題。另據相關機構統計，截至2012年底，國內IPTV用戶數已經達到約2 300萬，有線電視行業面臨巨大的競爭壓力，急需新產品和新業務，為人民群眾提供更靈活多樣的電視觀賞方式，多屏業務無疑是有線運營商提升自身競爭力的有力武器[2]。本文分析了基于有線電視家庭媒體網關實現的多屏業務的技術方案，簡要描述了多屏服務的典型場景，以及對有線運營商發展家庭媒體網關類產品的一些思考和建議。

1 家庭媒體網關產品現狀

2013年2 月，北美專業網站FierceCable列出了2013年有線電視業的十大關鍵技術，視頻網關技術位列榜首[3]。家庭視頻網關（也稱媒體網關、媒體服務器）產品是近年在發達國家興起的一種新型數字電視終端產品，其主要功能是將衛星或者有線數字網絡傳送的電視節目通過媒體網關做codec轉換（即轉碼）后、再以IP視頻的形式傳送到家庭內聯網的IP機頂盒和無線終端觀看，視頻網關是數字電視運營商實現TV Everywhere戰略的一個重要組成部分。

國外的視頻網關產品從十多年前在衛星機頂盒上出現的IP視頻串流功能為雛形，逐漸發展為以有線和WiFi無線兩種方式覆蓋全家多房間的DVR等多屏網關產品。早期的產品如德國Dream MultiMedia公司推出的Dreambox系列產品，可以將衛星或者有線數字電視信號轉為IP視頻流，通過網絡發送到個人電腦的客戶端軟件播放觀看。另外一個有名的產品是SlingMedia公司的Slingbox，它是一個外置的視頻網關，它能接收DVD機、機頂盒等任何播放機的視頻輸出，轉為IP流后送PC機、移動智能終端以及OTT機頂盒播放。

1.1 國外視頻網關產品及業務發展概述

下面回顧一下目前國內外主流運營商正在推廣的視頻網關的情況。

1.1.1 衛星數字電視視頻網關

全美第一大衛星電視運營商的DirecTV早在2011年推出“全家DVR”Genie機頂盒產品，Genie DVR支持5路同步錄制，支持3個mini Genie機頂盒，可為全家4臺電視機提供電視和DVR服務，用戶還可以通過iPAD/iPhone觀看Genie DVR上錄制的節目。

2012年CES展上，美國第二大衛星電視公司Dish Network Corp公布了機頂盒新品Hopper DVR和客戶端盒子Joey。Hopper DVR可同時錄制6個電視節目，內置存儲高達2 Tbyte，Hopper可下掛6個客戶端機頂盒，實現全家電視覆蓋。2013 CES上，DISH發布了新款Hopper,內置了Singbox的實時轉碼功能，從而可以在WiFi移動終端上觀看來自Hopper DVR的IP視頻，實現多屏服務。

1.1.2 有線數字電視媒體網關

美國Time Warner Cable運營商于2011年3月15日推出了WiFi視頻的服務，美國的Comcast和CabelVision也先后推出了無線視頻服務，這些服務的核心就是視頻網關。Pace、思科、Arris、Motorola等機頂盒生產商均推出了功能強大的視頻網關類產品。下面以Arris和思科產品為例做簡要介紹。

Arris公司的“全家解決方案”是以家庭視頻網關Moxi為中心，Moxi 5系列視頻網關內置6個調諧器，可同時錄制6路高清節目，支持多個客戶端機頂盒MP2000，實現多房間電視覆蓋。2013年CES展上，Arris又推出了MG2402 Headless Video Gateway，使用了Intel的Puma-6 DOCSIS3.0處理器，可以綁定24個DOCSIS下行QAM通道，支持約1 Gbit/s的網絡帶寬，同時支持8個QAM視頻通道，配合外置的codec轉碼芯片支持4路高清轉碼，同時還支持MoCA2.0，雙頻WiFi，DECT無繩電話和Zigbee。

早在2012年CES展上，思科公司就展示了Videoscape多屏網關產品9800系列機頂盒產品，該機頂盒內置6個調諧器，內置DVR可同時錄制6個節目，網關可下掛多個IP機頂盒和iPad等移動終端，實現家庭內的多屏服務。

1.2 國內網關產品和業務發展狀況

國內的視頻網關類多屏業務以2011年由北京歌華有線公司推出的“歌華飛視”業務最具有代表性，該業務是以有線網絡為節目來源，以視頻網關為紐帶，以WiFi覆蓋形式支持移動終端觀看數字電視節目。歌華飛視業務總體架構中，前端包括內容的導入以及整個內容的編解碼、運營的管理，傳輸通道利用了傳統有線內網IP交互傳輸方式和有線電視網獨特的廣播機制，通過網絡QAM全網廣播。在終端有兩種應用場景：在家庭利用目前已經廣泛部署在北京用戶家里的高清交互機頂盒，其內置WiFi模塊，可以在家庭實現無線視頻覆蓋；在公共場所等熱點區域通過新的融合網元，通過有線電視網絡接入和WiFi覆蓋，實現在公共區域應用場所的移動電視覆蓋。

需要指出的是歌華飛視業務中采用的是“前端”轉碼的方案，而國內基于“終端”轉碼的視頻/媒體網關類產品及其多屏服務仍處于研究和試驗階段，預計在2013—2014年可提供試商用。本文下面將對家庭媒體網關的關鍵技術、設計方案和使用場景等做進一步分析。

2 家庭媒體網關產品設計

2.1 關鍵技術

家庭媒體網關是以數字電視機頂盒為核心構建的家庭多媒體中心、家庭數據中心、私有云服務中心。在技術上，網關是支持廣播網和IP網共同接入的融合型終端，還應具備智能化、標準化，具有開放、智能、迅捷的操作體驗，能夠對外提供開放和標準的接口，并且能迅速集成第三方的資源和能力；網關還應該具有家庭聯網和管理的功能，通過有線、無線的方式實現家庭聯網，為家庭其他終端提供寬帶接入和轉發的能力，并且能夠和家庭里的其他終端配合，實現內容共享、資源共享、分發、管理、多屏應用等業務[4]。

家庭媒體網關的功能可以總結為以下6點：1）傳統數字電視功能，包括直播、點播、時移等功能。2）無線視頻網關功能，即利用家庭網關強大的多路轉碼能力和WiFi聯網能力，實現網關的視頻分發中心和多屏融合顯示作用。3）寬帶接入網關，即利用家庭網關多種LAN和WAN網絡接口（DOCSIS3.0、EoC等），實現寬帶接入和路由功能。4）家庭媒體和數據中心，利用家庭網關對多種視音頻格式的解碼能力，實現家庭網關家庭多媒體播放中心的作用；利用家庭網關的數據存儲能力，實現各種數據存儲的私有云功能；結合網關的IP帶寬，提供“下載機”的功能。5）智慧家庭中心，利用網關豐富的標準接口和多種形式的終端接入能力，實現以網關為中心的語音通信、可視電話、交互游戲、智能家居及安防、遠程醫療、遠程教育等功能，形成以網關為核心的智慧家庭的功能。6）云服務網關，利用網關與前端服務器之間的寬帶IP連接，實現用戶通過網關獲得有線運營商或互聯網云服務商的各種云服務的功能，例如云存儲、云計算、云轉碼、云游戲等。

為了實現這六大功能，家庭網關終端產品上有多種關鍵技術需要研究并實現產業化，這些技術包括：1）智能操作系統采用以安卓為基礎的智能操作系統具備更好的兼容性和可擴展性。2）雙向傳輸與寬帶接入技術，包括C-DOCSIS3.0、EoC等WAN技術，以及在機頂盒內置寬帶路由器功能相關的NAT、QoS、防火墻、路由等各種IP接入網技術。3）WiFi等家庭聯網技術，包括家庭無線視頻使用雙頻WiFi以及IEEE802.11ac等新技術。家庭網關還可以支持有線聯網的IP機頂盒、智能電視機等，家庭內有線聯網技術包括各種EoC技術、電力線PLC互聯等技術。4）視頻轉碼技術，包括網關支持多路高清轉碼、低功耗，以及鏡像操控需要的低延時轉碼技術。5）流媒體技術，支持傳統RTSP和RTP，以及新型基于HTTP的可變碼流技術（HLS、DASH等），適應不同尺寸的屏幕，以及不同質量的無線接入網絡。6）多屏互動技術，包括DLNA、WiFi Direct、Miracast、AirPlay等技術。7）遠程 UI技術，即關注類似RVU的技術，使得運營商定制的UI可以方便地擴展到各種聯網設備，實現UI用戶體驗一致。8）數字版權管理DRM技術，即多屏業務中視頻內容傳送到各種移動終端，必須有可靠的DRM系統保護內容版權。9）智慧家庭，包括家庭自動化、安全監控、遠程醫療等技術。

2.2 硬件總體方案

針對有線數字電視家庭媒體網關，國內外各大芯片廠家均相繼推出了系列產品，網關產品的硬件方案總的來說可以分為兩大類：

1）方案一從傳統機頂盒發展而來，采用增強型的機頂盒SoC處理器，內置多路高清轉碼功能，結合多個調諧器或者全頻段調諧器、DOCSIS3.0的Cable Modem或EoC等雙向模塊、硬路由（也可使用軟路由）和L2交換、2.4 GHz和5.8 GHz雙頻WiFi AP、SLIC電話模塊以及Zigbee/藍牙等接口組成的網關產品。例如國產的海思Hi3716C V200和國外Broadcom 7425/7435等機頂盒處理器均可以采用此方案。原理框圖如圖1所示。

圖1 方案一原理框圖

2）方案二從Cable Modem純數據網關發展而來。北美市場大量使用DOCSIS數據網關，其主處理器在DOCSIS協議、IP寬帶接入網關所需的各種協議和VoIP等方面功能較強。在CM主芯片之外增加轉碼芯片或者傳統機頂盒SoC，可以分別形成Headless和Headed型視頻網關。 Intel公司的Puma5/6和ST公司的Alicante+Orly網關產品就采用此方案。另外，CM主處理器性能比較好，可以考慮采用軟路由方案，即CM芯片運行IP路由器軟件模塊。隨著產品升級，CM主芯片也可能會加入視頻轉碼的能力，搭建Headless型網關將更加方便。原理框圖如圖2所示。

2.3 多屏互動場景與流程分析

多屏互動涉及多種相關技術，國內運營商、設備商、互聯網電視牌照商等進行了積極的研究[5]，下面簡要分析了兩個典型的基于網關的多屏業務流程。

1）多屏同看

多屏同看指的是移動終端、機頂盒等各終端各自操作，各看各的。在家庭網關轉碼方式下，移動終端小屏可以觀看直播、點播和時移電視，圖3以VOD點播為例說明其流程。

圖2 方案二原理框圖

圖3 以VOD點播為例的多屏同看流程

手機小屏點播DVB節目流程：

（1）手機與家庭網關IP消息交互，包括手機用戶認證、VoD節目搜索、列表等。

（2）家庭網關上VOD控制模塊與運營商VOD前端服務器交互，獲取點播節目信息，回傳給手機，手機做呈現和發出播放VOD指令，家庭網關轉發指令給VOD前端系統。

（3）VOD前端將視頻節目從IPQAM推送到家庭網關。

（4）網關將視頻節目轉碼、封IP包，經內置WiFi路由器推送到手機。

2）多屏實時切換

多終端跨屏實時切換，一般在操控性更好的移動終端（即小屏）上操作，由手機將機頂盒節目“拉”到小屏觀看，或者將小屏上正觀看的節目“推”到大屏繼續觀看。圖4以大屏切換到小屏為例說明其流程。

直播DVB節目大屏切到手機小屏流程：

圖4 以大屏切換到小屏為例的多屏實時切換流程

（1）網關或機頂盒正播放QAM傳輸的DVB直播節目。

（2）手機與機頂盒交互，發起實時切屏IP指令消息。

（3）機頂盒將當前節目做實時codec轉碼、IP打包后，從內置WiFi路由器推送到手機。機頂盒退出播放。

3 總結與思考

基于終端轉碼的有線數字電視家庭媒體網關的多屏服務方案，可以在幾乎不改造有線運營商頭端系統的情況下提供“多屏看”功能。但任何新業務的部署都不是一蹴而就的，有線數字電視家庭媒體網關的最終定位盡管可以包括物聯網、智慧家庭、智能家居等諸多非常吸引人的功能，但是根據國內目前有線網絡能提供雙向IP帶寬能力、人們的消費水平和家庭電器等設施的現狀等因素，可以考慮分三步走：第一步，把網關的重點放在電視和寬帶上網、多屏服務上，硬件設計上預留一定的物聯網等外圍接口方便將來擴展；第二步，網關加入與OTT云端配合的跨網多屏切換等業務，網關可內置硬盤，增加家庭媒體中心和數據管理等功能；第三步，擴展智慧家庭、智能家居、遠程醫療等物聯網功能。

[1] CNNIC第32次《中國互聯網絡發展狀況統計報告》[EB/OL].[2013-06- 12]. http://www.cnnic.cn/hlwfzyj/hlwxzbg/hlwtjbg/201307/P020130717505343100851.pdf.

[2] Cable:grasping the multiscreen opportunity[EB/OL].[2013-06-12].http://www.farncombe.com/wp-content/uploads/2013/03/NagraWhite PaperFinal-copy.pdf.

[3] Top 10 cable technologies of 2013[EB/OL].[2013-06-13].http://www.fiercecable.com/special-reports/top-10-cable-technologies-2013.

[4] 姚瓊.以機頂盒為核心的家庭數字多媒體中心[EB/OL].[2013-06-14].http://www.sarft.net/a/82960.aspx.

[5] 張勇.DVB+OTT有線電視多屏融合業務需求白皮書v0.3[EB/OL].[2013-06-15].http://www.sarft.net/a/82712.aspx.