交互式數字視頻SDV系統的建設

蘇 坤

（中國有線電視網絡有限公司海南分公司，海南 海口 570001）

一、前言

對于有線電視運營商而言，頻帶資源曾經是非常豐富的，甚至給人“取之不盡、用之不竭”的錯覺。但隨著三網融合的不斷推進，VOD點播、廣告、支付、股票、游戲等雙向業務以及高清頻道、4K頻道的加速上線，有線頻帶資源日趨緊張，已經成為阻礙業務發展的主要因素之一。就現有技術而言，相對于網絡升級改造、節目壓縮轉碼等解決方案，交互式數字視頻（SDV）在投入成本、節目信號傳輸質量、雙向業務融合等方面無疑更具有優勢，是有線電視運營商快速提升頻帶資源利用率的有效手段。

二、SDV概念及技術架構

交互式數字視頻（SDV，Switched Digital Video），即在雙向網絡條件下，通過單個用戶點播方式實現多個用戶廣播收視的一種技術模式。它類似于IP網絡數據傳輸中的組播技術，將全網用戶按QAM調制器覆蓋范圍分為多個組群，單個組群中有用戶發起收視請求時，節目占用一個廣播頻道傳輸，若無用戶請求則釋放廣播頻道資源。

SDV概念的提出主要依靠于有線電視用戶收視率統計中的20/80法則（或稱長尾理論），即在有線電視運營商提供的所有廣播節目中，大部分用戶（假定80%用戶）所收看的節目集中在少量的頻道（假定20%頻道），其余20%用戶所收看的頻道則分散在其他80%的頻道中。SDV業務，即是當20%的用戶僅在觀看節目時，才把對應的節目實時傳輸到用戶機頂盒，這樣便可空出80%的頻道資源，用于開展其他諸如點播、寬帶接入等增值業務。

目前國際上主流的SDV技術架構有兩個：一是時代華納公司于2000年提出的ISA架構，該架構由前端平臺、業務管理系統和終端機頂盒三大系統組成，各系統間及系統內各組成部分之間均制訂了開放性的標準接口，系統具有較強的擴展性；二是Comcast公司聯合美國本土幾家公司提出的NGOD架構，該架構由前端平臺、業務管理系統和終端機頂盒三大系統，再加上數據存儲、資源管理和網絡傳輸組成，各系統接口均采用私有協議，系統集成和組建較為復雜，但具有較強的安全性和高效性。本文主要介紹基于NGOD架構的SDV系統的技術實現方式。

三、SDV系統的技術實現

（一）系統架構

基于NGOD架構的SDV系統主要由直播信號源、編轉碼設備、復用加擾設備、推流服務器、邊緣QAM調制器、SDV會話管理服務器、邊緣資源管理服務器等部分組成，并輔以用戶管理計費系統、STB用戶終端等系統設備，實現SDV業務。SDV系統架構如圖1所示。

圖1 SDV系統架構圖

直播信號源指中央和各省衛視頻道、專業付費頻道、本地自辦頻道等直播節目，一般通過衛星接收機、適配器、光端機、光交換機等設備接收輸出。

編轉碼設備用于對直播信號源的編碼格式和傳輸碼率進行重新編碼，輸出符合系統要求的信號。

復用加擾設備用于對直播信號的加密，并根據節目打包規劃，復用成MPTS多節目流或SPTS單節目流輸出。

推流服務器負責接收復用加擾設備輸出的直播流，并響應后級設備的請求推送SDV直播流。

邊緣QAM調制器負責按照邊緣資源管理服務器的指令，向推流服務器請求推送SDV直播流，在指定通道調制傳輸。

SDV會話管理服務器的主要功能是接收來自STB終端的頻道變換請求，查詢邊緣QAM調制器的傳輸通道是否準備好，如準備好則將調制信息發送至STB終端；未準備好則通知邊緣資源管理服務器，由邊緣資源管理服務器建立SDV傳輸通道。

邊緣資源管理服務器負責邊緣QAM調制器的帶寬資源分配和管理，并控制邊緣QAM調制器在SDV系統的加入或離開，同時處理來自SDV會話管理服務器的邊緣資源分配請求。

（二）業務流程

SDV主要業務流程如圖2所示。

（1）SDV客戶端向SDV會話管理服務器發送頻道切換請求，請求信息中攜帶頻道的Source Id和區域碼信息。

（2）SDV會話管理服務器根據頻道的Source Id和區域碼信息查找本地緩存是否已經預分配該頻道和區域對應的頻點信息和PID。

（3）如果SDV會話管理服務器沒有預分配好，則向邊緣資源管理服務器申請頻點信息，其中攜帶client ID、帶寬和區域碼信息。

（4）邊緣資源管理服務器判斷系統是否采取靜態分配方式，如果是，則根據邊緣資源管理服務器按最近最少使用原則分配頻點信息；如果采取動態分配方式，則向邊緣QAM調制器發送分配信息，包括client ID、帶寬和節目號。

（5）SDV會話管理服務器通知推流服務器向指定IP和端口的邊緣QAM調制器進行推流，攜帶IP、端口、區域碼、帶寬等信息。

（6）推流服務器向邊緣QAM調制器推流，并返回響應信息到SDV會話管理服務器；SDV會話管理服務器收到消息響應后，通過向SDV客戶端發送頻道切換確認消息，攜帶頻道的Source Id、區域碼、頻道號和頻點信息。

（三）STB終端切換到SDV頻道播放流程

STB終端SDV頻道的切換播放流程如圖3所示。

（1）用戶使用遙控器進入到SDV頻道的雙向頁面，頁面僅展示SDV的頻道列表，含頻道號碼、頻道名稱信息。

（2）終端中間件在本地檢測目標頻道是否SDV頻道，若是SDV頻道則執行后續流程。終端中間件搜索SDV活動頻道列表信息，找到目標SDV頻道的入口信息(含調制模式、頻率、傳輸流ID等信息)。

（3）終端中間件向SDV會話管理服務器發送頻道信息，請求建立SDV會話并切換頻道。

（4）SDV會話管理服務器判斷此頻道是否已經通過QAM廣播信號給此機頂盒，若已廣播則返回頻道相關信息給SDV客戶端，若未返回則執行下列流程。

（5）SDV會話管理服務器向邊緣資源管理服務器請求建立會話，消息請求攜組播地址信息、信號源信息、機頂盒可用的QAM信息等。

（6）邊緣資源管理服務器為請求推流分配一個QAM及節目號。

（7）邊緣資源管理服務器向邊緣QAM調制器請求建立會話，消息請求包含QAM信息、節目號、帶寬、目標頻道的組播IP及組播端口、一個或者多個信號源的IP地址信息等。

（8）若邊緣QAM調制器未加入組播，則進行資源分配并發送請求加入組播。

（9）邊緣QAM調制器返回消息響應給邊緣資源管理服務器，響應中包含使用的組播源信息。

（10）邊緣資源管理服務器將QAM信息通過響應消息返回給SDV會話管理服務器。

圖2 SDV業務流程圖

圖3 SDV終端SDV頻道切換播發流程圖

（11）SDV會話管理服務器將響應消息返回給終端中間件，包含邊緣設備的頻點、節目號、傳輸流ID等信息。

（12）STB終端根據頻率、節目號等信息，接收SDV的數字碼流。

（13）用戶觀看過程中STB終端定期向SDV會話管理服務器發送Ping接口消息來保持聯系。

（14）用戶若離開當前SDV頻道，如切換到其他SDV頻道、普通頻道或者進入VOD等業務，終端中間件向SDV會話管理服務器發送刪除會話請求。

（15）SDV會話管理服務器執行會話刪除操作，釋放相關會話資源。

四、結束語

相對于傳統的廣播電視系統，交互式數字視頻SDV系統的最大優勢在于，可大幅提高傳輸帶寬利用率：以100套標清節目（單套節目碼率5Mbps,64QAM調制方式）為例，傳統廣播模式約占用14個頻點；SDV模式以50%平均并發率計算，只需使用7個頻點。

當然，如何基于精準的收視率統計、用戶分布情況和收視行為習慣，制訂合理的邊緣QAM調制部署覆蓋策略以及不同節目、不同時段甚至不同欄目的多重靈活的信號播發機制，充分發揮SDV系統優勢，最大限度提升頻帶資源利用率，是有線電視運營商在使用SDV系統時必須考慮的問題。