統計復用技術在IPQAM互動電視系統中的應用

摘 要：介紹了基于IPQAM的互動電視系統的架構，以及統計復用技術的原理，著重闡述了使用統計復用技術在互動電視系統中現實意義，同時提出了統計復用技術在互動電視系統中所面臨的技術難題，并在文章的最后提出了一種對基于IPQAM的互動電視系統的統計復用方案。

關鍵詞：互動電視；統計復用

目前，實現互動電視業務承載模式主要有兩種：一是IPTV模式，互動電視交互業務通過寬帶IP網絡傳輸，但是該模式要求較多的帶寬資源與高等級的服務質量，由于廣電的雙向HFC網絡上CM系統在下行可用帶寬上受到限制，因此不適合廣電運營商采用；二是IP+QAM模式，互動電視點播視頻流通過雙向HFC網傳輸、交互信息通過CM系統或寬帶IP網絡傳輸。該模式對交互視頻業務流與交互控制信息流的承載進行了分離，更加適合已經完成有線電視雙向化改造的廣電運營商。

江蘇有線互動電視系統采用IP+QAM的模式，視頻服務器輸出的節目流采用4.75M的MPEG-2 TS流，經過64QAM調制信號，采用空分復用方式，通過使用16個頻點在HFC網絡上進行傳輸。由于互動電視頻點資源有限，同時隨著高清電視的逐步推廣，對帶寬資源的需求將不斷增加，勢必將無法滿足用戶日益增長的點播需求，若能夠將統計復用技術應用于互動電視系統中，提高帶寬資源的利用率，將有效的節約用戶的點播成本，提升互動電視在視頻傳輸領域的競爭力。

1 基于IPQAM的互動電視系統架構

基于IPQAM的互動電視系統的視頻服務器在接受到用戶的點播請求后將單節目傳輸流（SPTS）傳輸到邊緣調制器（IPQAM），經過復用、調制，射頻輸出到傳輸網絡，由機頂盒進行接收。系統連接如下圖所示：

⑴下行信號流程：VOD服務器響應用戶點播請求，將單節目傳輸流（SPTS）封裝成UDP包經省I P骨干網絡傳輸至各地市視頻匯聚交換機，再由各地市視頻匯聚交換機傳輸至各分機房的IPQAM，IPQAM完成解封裝并將多個SPTS流復用成多節目傳輸流（MPTS），MPTS流經IPQAM調制輸出RF信號經HFC傳輸到機頂盒（STB）。

⑵上行信號流程：用戶通過本地HFC的上行通道接入到各地市的城域網，再通過省IP骨干網絡連接到省互動電視中心的核心數據交換機，獲取所需的頁面信息，并通過DSM-CC（SSP，LSCP）RTSP等各種協議完成與前端服務器之間的交互。

⑶點播流程：點播用戶通過STB發送點播信息，通過搭建在HFC之上的CMTS回傳通道，將相關信息傳送到VOD點播應用服務器；驗證用戶的合法性，分配空閑的信道資源；驗證用戶級別，驗證用戶賬戶余額，如果所有信息合法，VOD點播應用軟件接受用戶點播請求，發送點播的節目單至視頻服務器，視頻服務器按照節目單的安排分配信道，并推動點播的節目內容至相應的IPQAM，調制到已分配的某一頻點，經HFC分配網到達相應的STB所在的光節點，點播用戶通過STB接收到點播的節目。

2 統計復用技術

目前統計復用技術被廣泛的應用與普通數字電視系統中，可有效的節省傳輸帶寬。同樣統計復用技術也可以應用于基于IPQAM的互動電視系統中，以降低每個點播流的成本。

在數字電視中，統計復用分兩種，一種是一般的統計復用，它是根據編碼器壓縮所需要的碼率與圖象內容之間的關系，固定復用器輸出總碼率的情況下，對多個視頻流進行聯合控制，達到多視頻流盡量合理的共享總碼率。它必須是編碼器與復用器聯合工作，且編碼器必須具有動態碼率控制的功能。

另一種是統計再復用，它是對輸入的TS流進行分析后，得出哪些ES圖象成分此刻為低速，哪些ES（圖象）成分此刻為高速，然后再據此對TS流中數據的進行處理，使低速成分占用更低的比特率，而高速成分占用高比特率（以此執行虛擬的解/編碼過程），且其總輸出碼率是固定的，無須與編碼器聯合工作。

顯然后一種方式的性價比更高，據了解約為前者價格的1/5，且后一種方式中的編碼壓縮器可在帶寬不緊張時不用。實現統計復用的關鍵因素：一是如何對圖像序列隨時進行復雜程度評估，有主觀評估和客觀評估兩種方法；二是如何適時地進行視頻業務的帶寬動態分配。使用統計復用技術可以提高壓縮效率，改進圖像質量，便于在1個頻道中傳輸多套節目，節約傳輸成本。

3 統計復用技術在IPQAM互動電視系統中的應用

以江蘇有線為例，江蘇有線互動電視系統覆蓋了全省13個地市和個別縣級市，隨著各地對互動電視業務的大力推廣，互動電視用戶數量快速增長，用戶點播的并發數也隨之大幅上升，現有互動電視系統設備的帶寬已經對互動電視業務的發展存在著制約：

⑴省互動電視中心與地市互聯的萬兆視頻通道已無法滿足需求，例如個別地區點播高峰期時，萬兆鏈路負荷可達80%，需對萬兆通道進行擴容，新增加一個萬兆通道。但由于增加萬兆通道的代價較高，且可能無法在短時間內完成，因此需要考慮采用其他方案進行應急。

⑵個別地市的部分分機房所部署的IPQAM設備已無法滿足該區域用戶的點播需求，急需進行IPQAM設備擴容。例如當區域A點播量大幅上升，該地區部屬的IPQAM設備已無法滿足用戶的點播需求時，目前采用以下方法進行擴容。采用該方案需增加IPQAM設備，光纖通道資源，光節點設備和線路修改所需的人工費用等。且無法做到隨時進行擴容，需提前做好大量的準備工作。

若引入統計復用技術，對視頻服務器輸出的視頻流進行處理，在不影響視頻圖像質量的情況下，將單頻點傳輸的節目流增加50%，也就是原來單頻點只可傳輸8個視頻流，采用統計復用技術后，單頻點可傳輸12個視頻流。這樣，萬兆通道和已部署的IPQAM設備的容量都相當于提高了50%，而無需其他設備增加或線路改造等費用，如圖3所示。

若采用統計復用技術，當出現這樣的熱點區域時，只需在省前端進行相關配置的修改，將從視頻服務器發往該地區用戶的點播視頻流進行壓縮處理，而無需增加任何設備即可實現擴容。當該熱點地區點播流下降時，再將省前端相關配置復原，再將統計復用設備應用于其他新出現的熱點區域。這樣可以充分的利用互動電視系統相關設備的資源，并對設備實現實時、動態的“軟擴容”。

4 結束語

隨著用戶對互動電視的接受程度越來越高，觀看互動電視節目的人也越來越多，急需采用有效的方法解決系統傳輸通道和頻點資源緊張的問題。通過采用統計復用的方案，在保證圖像質量的前提下，對用戶點播的視頻流進行有效壓縮，降低帶寬，不失為一種可行的選擇。