佘新平,李紀(jì)勝 (長(zhǎng)江大學(xué)電子信息學(xué)院,湖北 荊州 434023)

荊州廣電雙向互動(dòng)電視系統(tǒng)的構(gòu)建

佘新平,李紀(jì)勝 (長(zhǎng)江大學(xué)電子信息學(xué)院,湖北 荊州 434023)

介紹了雙向互動(dòng)電視系統(tǒng)的整體架構(gòu)，并結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)營(yíng)情況，詳細(xì)闡述了雙向互動(dòng)電視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，并在三網(wǎng)融合的新形勢(shì)下對(duì)未來的發(fā)展做出了規(guī)劃。

VOD系統(tǒng)；雙向互動(dòng)電視；并發(fā)流

隨著科技的不斷深入發(fā)展以及民眾對(duì)廣播電視業(yè)務(wù)不斷增長(zhǎng)的需求，傳統(tǒng)數(shù)字電視的單一化模式已不能滿足新階段、新形勢(shì)下的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，雙向互動(dòng)電視技術(shù)作為一種全新的系統(tǒng)技術(shù)為我國(guó)廣電事

圖1 雙向互動(dòng)電視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

業(yè)帶來了新的革新。荊州廣電網(wǎng)絡(luò)公司在2009年完成數(shù)字化整體平移的同時(shí)，進(jìn)行了雙向傳輸網(wǎng)絡(luò)的改造，并在2011年進(jìn)行了雙向傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的二期擴(kuò)容。截止2011年，城區(qū)開通雙向互動(dòng)電視用戶數(shù)已達(dá)到一萬七千多戶，雙向傳輸網(wǎng)絡(luò)基本達(dá)到城區(qū)范圍的全覆蓋。下面，筆者對(duì)荊州廣電雙向互動(dòng)電視系統(tǒng)的構(gòu)建情況進(jìn)行闡述。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

基于雙向傳輸網(wǎng)絡(luò)的互動(dòng)電視平臺(tái)提供多種交互式服務(wù)包括影視點(diǎn)播、時(shí)移點(diǎn)播和資訊點(diǎn)播等多種互動(dòng)業(yè)務(wù)，同時(shí)滿足支持開機(jī)廣告、時(shí)移節(jié)目定制轉(zhuǎn)錄、支持?jǐn)?shù)據(jù)類增值業(yè)務(wù)(如天氣預(yù)報(bào)、政務(wù)信息等)，以及EPG及分類(精彩回顧)點(diǎn)播、節(jié)目的集中存儲(chǔ)與分發(fā)等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖1所示。

2 頻點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)區(qū)域及頻點(diǎn)的劃分機(jī)制

對(duì)于荊州廣電網(wǎng)絡(luò)傳送互動(dòng)電視業(yè)務(wù)，采用的接入方式為上行窄帶Modem、下行IPQAM?；?dòng)電視業(yè)務(wù)需求是典型的上下行帶寬不匹配模式，由于用戶通過遙控器、機(jī)頂盒的上傳消息對(duì)帶寬的要求很低，而下行的數(shù)據(jù)對(duì)帶寬的要求很高。因此，在回傳網(wǎng)絡(luò)帶寬較低的情況下，要求下行數(shù)據(jù)鏈路充分利用有線電視QAM調(diào)制可以達(dá)到38Mb/s的條件，滿足對(duì)下行帶寬高的需求?；谏鲜銮闆r，該系統(tǒng)的通信采用上下行鏈路的非對(duì)稱方式實(shí)現(xiàn)：上行采用回傳通道，機(jī)頂盒通過窄帶Modem傳送上行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的回傳；下行采用IPQAM調(diào)制，下行點(diǎn)播視頻數(shù)據(jù)通過IPQAM調(diào)制后在HFC傳輸網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸，由機(jī)頂盒接收。

圖2 頻點(diǎn)復(fù)用示意圖

1)頻點(diǎn)劃分機(jī)制 頻點(diǎn)復(fù)用示意圖如圖2所示。頻點(diǎn)資源是系統(tǒng)擴(kuò)展的瓶頸，為此采用邏輯區(qū)域的概念，即將指定IP的GW網(wǎng)關(guān)設(shè)備與流服務(wù)器及IPQAM綁定，作為一個(gè)虛擬的區(qū)域，在前端系統(tǒng)配置一個(gè)網(wǎng)關(guān)IP與IPQAM的對(duì)照表[1]。當(dāng)某機(jī)頂盒發(fā)出上行消息，前端接入服務(wù)器能夠根據(jù)與相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的TCP連接識(shí)別該網(wǎng)關(guān)設(shè)備的IP地址，找到對(duì)應(yīng)的流服務(wù)器和IPQAM；將下行消息發(fā)送到該機(jī)頂盒所屬的射頻區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)頻點(diǎn)復(fù)用的功能。

荊州廣電網(wǎng)絡(luò)在雙向一期工程中劃分給雙向業(yè)務(wù)頻點(diǎn)資源共16個(gè)(634～690MHz,698～754MHz)，其中650MHz頻點(diǎn)為“綠色通道”，即通過該頻點(diǎn)下發(fā)開機(jī)視頻、點(diǎn)播頁(yè)面等各種參數(shù)信息；其他15個(gè)頻點(diǎn)為用戶點(diǎn)播視音頻下發(fā)頻點(diǎn)，這樣保證了機(jī)頂盒在視頻播放的同時(shí)，上下行通信的暢通。在傳輸帶寬方面，采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，以每個(gè)視頻流3.75Mbps的傳輸帶寬計(jì)算，一個(gè)38MHz的頻點(diǎn)資源即可同時(shí)傳輸10個(gè)視頻流，即每個(gè)邏輯區(qū)域所能支持的最大并發(fā)視頻流上限為150個(gè)。

同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，在1個(gè)主前端和3個(gè)分前端的基礎(chǔ)上，將荊州城區(qū)劃分為14個(gè)邏輯區(qū)域，其中主前端有6個(gè)邏輯區(qū)域，2個(gè)分前端各有3個(gè)邏輯區(qū)域，另1個(gè)分前端有2個(gè)邏輯區(qū)域，每個(gè)邏輯區(qū)域配備2臺(tái)8頻點(diǎn)IPQAM。在雙向網(wǎng)改造初期，由于雙向用戶不多，每個(gè)邏輯區(qū)域具有150個(gè)并發(fā)流，14個(gè)邏輯區(qū)域共2100個(gè)并發(fā)流的配置能夠滿足初期雙向業(yè)務(wù)的正常運(yùn)營(yíng)。在二期雙向擴(kuò)容中，將頻點(diǎn)資源由原先的16個(gè)擴(kuò)充到24個(gè)(增加562～618MHz共8個(gè)頻點(diǎn))，可滿足不同發(fā)展階段雙向平臺(tái)的業(yè)務(wù)需求。

2)信號(hào)傳輸網(wǎng)格區(qū)域的劃分 在信號(hào)傳輸方面，雙向點(diǎn)播視音頻流經(jīng)過IPQAM調(diào)制后，采用直調(diào)光發(fā)射機(jī)與數(shù)字電視信號(hào)流一起混合進(jìn)行光傳輸，同時(shí)在分配傳輸網(wǎng)內(nèi)通過摻鉺光纖放大器(EDFA)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理。

直調(diào)光發(fā)射機(jī)示意圖如圖3所示。每臺(tái)直調(diào)光發(fā)射機(jī)負(fù)責(zé)一個(gè)區(qū)域的信號(hào)傳輸，這樣既使得網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃一目了然，也便于后期的維護(hù)檢修工作。信號(hào)經(jīng)過直調(diào)光發(fā)射機(jī)出來后，再經(jīng)過光分配器對(duì)信號(hào)進(jìn)行分路傳輸。

圖3 直調(diào)光發(fā)射機(jī)示意圖

3 前端核心系統(tǒng)

視頻播出系統(tǒng)是互動(dòng)前端平臺(tái)的核心，它負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)節(jié)目流的輸出。服務(wù)器各服務(wù)模塊在整個(gè)前端系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題均會(huì)影響全局的雙向互動(dòng)業(yè)務(wù)的正常播出。對(duì)此，必須使前端核心系統(tǒng)具有很強(qiáng)的安全可靠性。該系統(tǒng)視頻播出服務(wù)器具有如下特點(diǎn)。

1)硬件方面 采用國(guó)際上成熟的PC Server架構(gòu)的服務(wù)器，集成基于PCI-E總線接口、高性能的四口GbE網(wǎng)卡推送節(jié)目流。每臺(tái)服務(wù)器單個(gè)千兆網(wǎng)口可同時(shí)推送240路3.5M節(jié)目流，千兆網(wǎng)卡推流能力900Mbps以上；單播出服務(wù)器支持2個(gè)千兆網(wǎng)口的輸出，達(dá)到480路并發(fā)節(jié)目流。在服務(wù)器備份方面采用雙機(jī)系統(tǒng)冗余備份、硬盤RAID等措施，確保系統(tǒng)無單點(diǎn)故障，包括播控服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、時(shí)移分發(fā)服務(wù)器等均采用1+1備份，視頻播出服務(wù)器采用N+1的備份方式[2]。

2)軟件系統(tǒng) 采用Linux操作系統(tǒng)。Linux與其他Unix系統(tǒng)和大型操作系統(tǒng)如VMS、IBM大型機(jī)等一樣具有相同的可靠性，同時(shí)Linux開發(fā)源代碼的開放模式，保證了任何系統(tǒng)的漏洞都能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和改正[3]。此外，采用了先進(jìn)的分層、分布、模塊化設(shè)計(jì)模式，結(jié)構(gòu)清晰、便于功能與性能擴(kuò)展，尤其是便于各種新業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)與接入。由于核心模塊在整個(gè)雙向互動(dòng)系統(tǒng)中所處的重要性，在Linux系統(tǒng)下的病毒隔離以及穩(wěn)定性方面都能達(dá)到軟件模塊正常運(yùn)行的要求。

圖4 多路復(fù)用及數(shù)據(jù)插入

3)多路復(fù)用及緩存控制 為了保障點(diǎn)播視頻節(jié)目的正常下發(fā)，對(duì)視頻節(jié)目數(shù)據(jù)和下發(fā)信令數(shù)據(jù)進(jìn)行TS組包與復(fù)用輸出(見圖4)。為防止突發(fā)性的碼流過高問題，在復(fù)用時(shí)進(jìn)行了優(yōu)先級(jí)排序，比如“數(shù)據(jù)1”是用于請(qǐng)求或控制的小包數(shù)據(jù)，其優(yōu)先級(jí)最高，10路“視頻流”數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)居中，而EPG之類的廣播數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)最低。當(dāng)某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)量過高時(shí)，先復(fù)用優(yōu)先級(jí)較高的數(shù)據(jù)，本次沒發(fā)完的數(shù)據(jù)可延續(xù)到下次發(fā)送。

此外，提供了從外部存儲(chǔ)或網(wǎng)絡(luò)輸入的數(shù)據(jù)預(yù)讀取到內(nèi)存的緩存控制，有效地提高了磁盤訪問效率，并防止用戶集中訪問對(duì)于某存儲(chǔ)上同一個(gè)點(diǎn)造成的壓力，避免了對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的密集訪問。

4 網(wǎng)管系統(tǒng)監(jiān)控

由于雙向互動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成環(huán)節(jié)較多，為了保障全網(wǎng)全業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行，首先必須要有一套全面的監(jiān)控管理系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)支持。荊州廣電網(wǎng)絡(luò)公司采用的網(wǎng)管系統(tǒng)可以對(duì)互動(dòng)電視平臺(tái)的所有網(wǎng)元單元進(jìn)行有效的監(jiān)控，同時(shí)具有設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)管理功能，一旦發(fā)現(xiàn)模塊工作不正常，即實(shí)時(shí)產(chǎn)生報(bào)警，并記錄LOG日志，并重啟不正常模塊以盡快恢復(fù)業(yè)務(wù)。同時(shí)通過對(duì)告警和日志的分析，可以及時(shí)完善系統(tǒng)的管理，不斷增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

維護(hù)人員日常對(duì)設(shè)備的監(jiān)控和管理主要通過Web管理平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，主要對(duì)網(wǎng)關(guān)設(shè)備、IPQAM等網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控管理。Web管理平臺(tái)是基于瀏覽器的方式來構(gòu)建，使用標(biāo)準(zhǔn)的J2EE架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，擁有BS結(jié)構(gòu)軟件的無需安裝特性，只要有網(wǎng)絡(luò)即可隨時(shí)隨地進(jìn)行管理，同時(shí)該平臺(tái)不直接和設(shè)備交互，而是通過實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效提高系統(tǒng)安全性。

對(duì)于前端核心播出系統(tǒng)，包括播控服務(wù)器、視頻播出服務(wù)器中的各服務(wù)模塊，采用VOD綜合服務(wù)管理系統(tǒng)進(jìn)行管理。VOD綜合服務(wù)管理系統(tǒng)是通過接收各個(gè)服務(wù)的數(shù)據(jù)包udp包解析其中內(nèi)容，將其中的服務(wù)名稱、運(yùn)行時(shí)間、版本、Web訪問IP及端口顯示在頁(yè)面上，并提供訪問鏈接。

5 系統(tǒng)的擴(kuò)展

1)系統(tǒng)并發(fā)流的擴(kuò)展 為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,保障系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)，荊州廣電網(wǎng)絡(luò)公司在2011年進(jìn)行了二期雙向互動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)容。擴(kuò)容工作主要針對(duì)并發(fā)流的擴(kuò)容，由原先的16個(gè)頻點(diǎn)擴(kuò)充到24個(gè)頻點(diǎn)，每個(gè)邏輯區(qū)域的并發(fā)流上限由150個(gè)擴(kuò)充到240個(gè)，在原有200個(gè)0并發(fā)流的基礎(chǔ)上再增加2000個(gè)并發(fā)流。

由于雙向系統(tǒng)架構(gòu)的合理性和成熟性，對(duì)于并發(fā)流的擴(kuò)容，在前端系統(tǒng)方面只需增加對(duì)應(yīng)的播出服務(wù)器以及推流千兆網(wǎng)卡。在服務(wù)器內(nèi)存及配置的合理承受范圍內(nèi)，可通過增加千兆網(wǎng)卡來使得單臺(tái)視頻播出服務(wù)器的并發(fā)流上限達(dá)到1500個(gè)。對(duì)于調(diào)制傳輸設(shè)備IPQAM，可根據(jù)頻點(diǎn)的使用及分配情況，選擇8頻點(diǎn)、24頻點(diǎn)、64頻點(diǎn)等IPQAM設(shè)備來進(jìn)行音視頻流的調(diào)制傳輸。通過合理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)劃，可使得服務(wù)器網(wǎng)卡、IPQAM、邏輯區(qū)域三者形成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為合理，更易于系統(tǒng)的管理維護(hù)。

2)時(shí)移系統(tǒng)內(nèi)容的擴(kuò)展 除了基本的VOD業(yè)務(wù)，時(shí)移電視業(yè)務(wù)是該方案中非常重要的互動(dòng)業(yè)務(wù)。單臺(tái)TS網(wǎng)關(guān)設(shè)備，支持5路ASI輸入，1個(gè)千兆以太網(wǎng)口輸出，可以滿足40路電視節(jié)目的時(shí)移錄制，具有極高的效率；每路節(jié)目可以錄制7d甚至更久的時(shí)間，支持分時(shí)錄制；支持同時(shí)錄制不同碼率的節(jié)目，結(jié)合存儲(chǔ)分發(fā)系統(tǒng)，使播出系統(tǒng)的擴(kuò)容易于實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié) 語(yǔ)

隨著三網(wǎng)融合發(fā)展進(jìn)程的逐步推進(jìn)，雙向互動(dòng)電視系統(tǒng)將得到更多的應(yīng)用，致力于三網(wǎng)融合的產(chǎn)品以及項(xiàng)目將日益增多，三網(wǎng)融合的綜合業(yè)務(wù)將不斷呈現(xiàn)。荊州廣電網(wǎng)絡(luò)公司在雙向互動(dòng)電視系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)兩年多來，已經(jīng)逐步形成了一套完整、全面及穩(wěn)定的體系架構(gòu)，對(duì)今后開展包括高清互動(dòng)電視等相關(guān)升級(jí)業(yè)務(wù)及其他增值業(yè)務(wù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]李鑒增.有線電視綜合信息網(wǎng)技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社,1999.

[2]劉漢武.有線電視接入網(wǎng)改造技術(shù)對(duì)比分析[J]. 廣播電視技術(shù)，2011(8)：23-25.

[3]張文生.有線電視寬帶HFC網(wǎng)絡(luò)回傳系統(tǒng)[M]. 北京：中國(guó)廣播電視出版社,1999.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.04.039

TN949.291

A

1673-1409(2012)04-N111-03

2012-02-28

佘新平(1964-)，男，1985年大學(xué)畢業(yè)，碩士，副教授，現(xiàn)主要從事多媒體通信技術(shù)方面的教學(xué)與研究工作。