一种适合广电运营的视频点播技术 DV OnLine.数码视频在线数字摄像机数字视频处理视频采集卡编辑软件

【摘要】：本文先简述了几种近年来流行的广电和电信运营商采用的视频点播技术，然后详细介绍了广电运营商基于HFC网络的以IPQAM为核心设备的MEPG-2视频点播技术的实现方式,指出此点播方式是有线运营商值得大力发展与应用的视频点播技术。

　　【关键词】：VOD IPQAM uMG9820
　　1 开展视频点播业务的必要性和意义
　　（1）随着用户对信息需求的逐步增长，已不满足单向的被动的接受信息，交互成为视频领域的发展方向。
　　（2）随着卫星直播电视，网络电视等新的视频传输技术的出现，传统有线电视的垄断优势不在，各网络运营商在视频传输领域的的竞争加剧。
　　因此网络运营商尤其是广电运营商需要积极开发VOD技术与应用，由此来增强用户的忠诚度，减少用户流失以及提高用户ARPU值（单用户平均价值）。
　　美国有线运营商Comcast对半年之内用户流失的报告显示，对于开通视频点播业务的用户，用户保持度为96%，而对于未开通视频点播业务的用户，保持度仅为82%。国内杭州等地开展视频点播业务的城市，有线用户的ARPU值从原来的14元每月提高到45元，对运营商来说是属于“杀手级应用”(killer application )。
　　2 几种视频点播技术介绍
　　国内有线运营商因网络改造进度，与其他电信运营商的合作关系等情况不一，一般都采用NVOD(准视频点播)，BVOD（广播式视频点播），以太网VOD 和IPQAM VOD等几种方式,它们之间的比较见表1。

（1）NVOD是将一部片子切成几个片段在一个模拟通道的几个逻辑通道中按一定的时间间隔进行循环播放，这样就可以使用户在点播节目时在响应时间内看到NVOD的节目播出。举例一部片子的时长为80分钟，素材的码率为4.5Mbps/s，传输带宽使用一个模拟通道进行传输。计算出在38M的数字带宽中可以划分4.5M的逻辑频道为8个（4.5*8=36M），每个频道播出的间隔通过计算为10分钟，也就是说当第一个频道开始播出后10分钟第二个频道开始播放节目，10分钟后第三个频道开始播放节目，以此类推在第8个频道播出10分钟后第一个频道正好播完80分钟的节目,这样使用户在任意时间内点播时等待的时间都是在0-10分钟。
　　NVOD的优点是在单向的网络中即可实现，系统构架简单，设备投入少，缺点是比较浪费带宽，用户可以选择点播的内容数量也不多。
　　（2）BVOD技术是将一部片子按照特定的算法切分成很小的分组，分组的最小单位为一个Ts流的包长（188字节），STB将接收到的分组在硬盘中做缓存，将分组按算法拼装成片子，这样边传输边缓存，边拼装边播放，可以将用户的等待时间缩短到很小。
　　BVOD的优点是在单向网络中即可实现，相比NVOD，等待时间小，用户可以选择的片子也多，缺点是要增加STB的成本，非标技术，与CAS的集成也是一个比较突出的技术问题。
　　（3）NVOD和BVOD都是在没有上行通道的单向网络中实现，是用户与STB之间本地的交互，而真正的点播TVOD是用户与远端服务器之间的交互，目前主要有基于以太网的点播和基于HFC网的IPQAM点播两种技术，下面将详细介绍基于HFC的IPQAM视频点播技术。
　　3 通过Ipqam 开展视频点播的系统介绍
　　（1）系统原理图及上下行信号流程原理图见图1。

　　下行信号流程：VOD　server响应点播请求，将单节目传输流（SPTS）封装成UDP包经IP骨干网络传输至IPQAM，IPQAM完成解封装并将多个SPTS流复用成多节目传输流（MPTS）,MPTS流经IPQAM调制输出RF信号经HFC传输到STB。
　　上行信号流程：物理网络可以为HFC的上行通道，以太网，ADSL等，STB端集成相应的上行模块：DOCSIS或网卡或ADSL解调模块。DSM-CC（SSP，LSCP）RTSP等各种协议通过上行通道完成与前端服务器之间的交互。
　　（2）可行性及系统的优点

　　可行性：用IPQAM开展视频点播的条件已经具备
　　•经过近几年的有线网络改造，一般大中型的有线网络均形成了主前端到各个分前端的750M分布式结构，甚至部分网络已达到双向，主前端与各分前端之间都有光缆环网，这种网络结构比较适合开展IPQAM点播，如果不是这种结构的网络，建议先进行网络改造。
　　•前端设备技术的进步，一般主流设备，除了ASI输出以外，都有GE IP输出，通过骨干IP传输网络，可以很方便地将前端视音频节目送到分前端的IPQAM。
　　•用IP骨干网代替传统SDH传输ASI（TS流）信号，效率高，成本低。
　　•2004年刚推向市场的新设备IPQAM将现代IP骨干网与传统有线HFC网络完美结合，解决了用传统CMTS下行频道扩容开展视频点播成本高，带宽有限的问题。
　　•随着数字电视整体转换，HFC网络中传输的模拟信号减少，在频谱规划中可以将550M-750M中的25个频道用于IPQAM。

　　相比较以太网的VOD点播，这种技术方式主要有以下优点:
　　•点播信号采用3.75M的MPEG-2 TS流，图象质量大大高于MPEG-4的传统以太网IP点播。
　　•前端可利用原DVB平台的MPEG-2信源，无需进行MPEG-2至MPEG-4的转码。
　　•相比全城全网进行ＩＰ网络升级，更换支持IP组播的交换机，IPQAM方式只需在需要开通业务的分前端架设设备，前期投入小，随着业务的增加，扩容相当方便，只需在分前端增加IPQAM设备。
　　•STB为符合DVB标准的通用产品，无需采用目前尚不是很稳定且价格较高的双模STB。
　　•点播时为每个用户开通3.75M的单独通道，相比以太网“尽力而为”的点播机制，QoS有保证。
　　•HFC专网点播，网络安全性能高,相比以太网开放性是它的优点，但对广电这种特殊的行业领域应用来说，也是它致命的缺点。

　　(3) 核心设备选型
　　VOD server:Concurrent/Seachange
　　IP 骨干网设备:Cisco/华为/juniper/港湾
　　IP QAM:Cisco/SA/Harmonic ;
　　Bigband和scopus也即将推出产品线。
　　STB:华为/创维/同洲

　　(4) 关键设备IPQAM介绍与配置(以cisco UMG9820为例)
　　设备总体介绍：1RU　19in 1GE口输入，6块QAM板共24个频道输出。
　具体配置流程：激活GE端口?设置GE端口的IP等参数?将VOD server中的节目ID号映射成UDP端口号?配置TS流（PSI/SI信息）--配置QAM频率，调制阶数，输出电平等参数。

　　以下是一个具体配置实例：
　　① 配置G端口激活Example?Enable GE port 1:
　　uMG9820# configure terminal
　　uMG9820(config)# interface gigabitethernet 0/1
　　uMG9820(config-if)# no shut
　　② 配置GE口IP 地址Example?Set IP address to 192.168.0.10 and subnet mask to 　　255.255.255.0 for GE port 1:
　　uMG9820# configure terminal
　　uMG9820(config)# interface gigabitethernet 0/1
　　uMG9820(config-if)# ip address 192.168.0.10 255.255.255.0
　　③ 映射节目Example?Map incoming session on UDP port 513 to program 10 on　slot 1, port 1, QAM channel 2:
　　uMG9820# configure terminal
　　uMG9820(config)# interface qam 1/1.2
　　uMG9820(config-subif)# video udp 513 program 10
　　④ 配置QAM
　　Example?Enable QAM output on slot 1, port 1, QAM channel 2:
　　uMG9820# configure terminal
　　uMG9820(config)# interface qam 1/1.2
　　uMG9820(config-subif)# no shut
　　Example?Set the modulation rate for all QAM outputs on slot 1, port 1, QAM channel 2 to 64QAM:
　　uMG9820# configure terminal
　　uMG9820(config)# interface qam 1/1.2
　　uMG9820(config-subif)# video format 64QAM
　　Example?Set the center frequency of slot 1, port 1, QAM channel 1 to 554 MHz:
　　uMG9820# configure terminal
　　uMG9820(config)# interface qam 1/1.1
　　uMG9820(config-subif)# video frequency 554000000
　　Example?Set the output power level of slot 1, port 1, QAM channel 1 to 50 dBmV:
　　uMG9820# configure terminal
　　uMG9820(config)# interface qam 1/1.1
　　uMG9820(config-subif)# video power 50

　　(5) IPQAM投资额度估算

　　以一个中等规模城市为例，市区用户数为20万户，假设有30%用户(高端用户)开通了视频点播业务，峰值点播率（即在同一时间有多少比例的用户在点播）为50%，那么在同一时间需要产生的并发流数为：20万*30%*50%=3万个，一个IPQAM可以支持的并发流数为：　　　　　　　38M*24/3.75M=250个，共需要120个IPQAM设备，以每个20万元计算，IPQAM设备的投入为2400万元。

　　4 存在的问题和发展前景

　　利用IPQAM开展视频点播业务，在美国的各大有线运营商中得到了大规模的应用，但是在国内的应用案例还不是很多，整个系统的集成包括后台运营支撑系统的应用都还处于开发和完善阶段。目前国内的各大运营商以及cisco ,华为等大的设备厂商都在积极跟踪和研究这方面的技术，在美国,由前三大有线运营商Comcast,Timewarner和Cox共同起草的NGNA（Next Generation Network Architecture下一代视频网络构架）将逐步纳入到Cablelabs标准,利用有线网络为用户提供集数字电视、视频点播，语音业务于一体的多媒体资讯(称之为triple play 三重播放)，将走出一条有线电视行业的可持续发展道路，相信2006年以后，随着国内有线网络改造进度的加快，IPQAM相关技术及产业链的完善，这种点播技术会在中国有线运营商中取得较大的发展。（全文完）

作者：宁波数字电视有限公司张峰