曹萬國

肥城礦業(yè)集團公司科技信息中心，山東肥城 271608

利用CDN網(wǎng)絡和IPQAM技術在企業(yè)實現(xiàn)VOD方案的初探

曹萬國

肥城礦業(yè)集團公司科技信息中心，山東肥城 271608

隨著三網(wǎng)融合進程的加速，企業(yè)有線電視經(jīng)過數(shù)字電視平移后，有更多的資源用來開展增值業(yè)務，視頻點播VOD就是其中之一。

CND；IPQAM；企業(yè)VOD

隨著三網(wǎng)融合的加快，人們對視頻節(jié)目服務提出了更高的要求，希望改傳統(tǒng)的被動觀看為主動，能實現(xiàn)對視頻節(jié)目的內容、播放時間和播放進度等諸多方面進行有選擇和控制，視頻點播VOD就是為了滿足人們這種需求而產(chǎn)生的一種服務方式。一個企業(yè)怎樣低成本建立自己的視頻點播系統(tǒng)，又能獲得多姿多彩的點播節(jié)目，CND網(wǎng)絡和IPQAM技術在企業(yè)HFC電視傳輸網(wǎng)絡中應用使這一問題得到解決，使得基于HFC＋IP網(wǎng)絡的業(yè)務模式得以全面推廣并發(fā)揮重要的作用。本文主要是描述CDN網(wǎng)絡和IPQAM技術在有線電視HFC網(wǎng)絡上構建企業(yè)VOD系統(tǒng)平臺的實現(xiàn)過程。

1 CDN和IPQAM技術簡介

1.1 CDN簡介

CDN是構建在IP網(wǎng)絡上的一種分布式的內容分發(fā)網(wǎng)，主要采用“中心—邊緣”的存儲與服務分布方式。它的基本原理就是在分布的地區(qū)或網(wǎng)絡中部署邊緣服務器，所有的節(jié)目都在中心服務器存儲，而通過骨干網(wǎng)把用戶訪問相對集中的內容分發(fā)到邊緣服務器，直接由邊緣路由器提供用戶服務。一個CDN包含的基本組件有：1）CDN集中式的認證接口，位于CDN中心節(jié)點，將分布式的MSC、第三方Cache有機的與流媒體后臺建立紐帶，實現(xiàn)認證、計費、日志中繼功能，作為集中的接口組件，支持分布式的認證計費業(yè)務，實現(xiàn)對認證計費信息的透明轉發(fā)；2）內容路由導向器CRD (Content Routing Director)，負責全局負載均衡。根據(jù)一組設定的導向策略（用戶靜態(tài)就近性、動態(tài)就近性、各節(jié)點權重等），將用戶的流媒體內容請求通過重定向命令導向到最佳子節(jié)點，實現(xiàn)分布式、全網(wǎng)智能化負載均衡；與各子節(jié)點保持通信，檢查各子節(jié)點的健康狀態(tài)；作為用戶請求的入口處，當用戶請求到達時，通過一組設定的導向策略，將用戶的內容請求導向到最佳的訪問節(jié)點；動態(tài)檢測離用戶最近的子節(jié)點以便于就近分配；監(jiān)控設備和應用狀況，統(tǒng)計訪問規(guī)則和應用訪問情況；支持個性化分配策略設置；3）內容服務網(wǎng)關CSG (Content Service Gateway)位于分布式內容服務邊緣點，負責本地負載和本地流量控制，通過缺省或自定義導向策略將用戶內容請求導向到最佳的內容引擎，實現(xiàn)本地智能化負載均衡；負責檢查內容是否存在，并指導其控制的內容引擎MSC下載；動態(tài)維護本節(jié)點內容映像表；當用戶請求導向到CSG時，按照內容映像表檢查，如果存在該內容，將用戶的內容請求導向到最佳的內容引擎；如果沒有該內容，則發(fā)送請求到啟用代理功能的MSC或第三方策略，同時通知一臺MSC到預設原始內容服務器抓取內容與其控制的內容引擎進行流量信息交流以及內容狀況同步，檢查其健康狀態(tài)；指導其控制的內容引擎進行內容操作：內容下載/刪除、內容更新；直播支持；監(jiān)控設備和應用狀況，統(tǒng)計訪問規(guī)則和應用訪問情況；4）媒體服務控制器MSC (Media Service Controller)位于分布式內容服務邊緣點 ，控制流媒體服務，為最終用戶提供實際流媒體邊緣服務---根據(jù)預定策略（包括并發(fā)用戶數(shù)、并發(fā)流量和對存貯的占用空間的控制）對訪問內容服務引擎進行控制；支持當前用戶訪問的查詢；同本節(jié)點內容服務網(wǎng)關CSG保持通訊，提供流量信息；接受本節(jié)點CSG指導，對本節(jié)點緩存內容進行操作，包括取得、刪除、更新，以及到就近的映像內容服務器或原始內容服務器抓取內容；監(jiān)控設備、應用和在線用戶狀況，統(tǒng)計訪問規(guī)則和應用訪問情況；支持靈活的廣告和直播功能；支持認證中繼，與后臺認證管理系統(tǒng)建立認證聯(lián)系。

2 IPQAM簡介

IPQAM調制設備集“復用、加擾、調制、頻率變換”功能為一體，它將DVB/IP自IP骨干網(wǎng)輸入的節(jié)目流重新復用在指定的多業(yè)務傳輸流中，再進行QAM調制和頻率變換，輸出RF。在使用IPQAM之后，STB和CDN邊緣視頻服務器之間的控制信息和視頻流分別通過不同的通路傳輸：STB的接入認證、EPG信息瀏覽等流程通過雙向回傳通道交互；CDN邊緣視頻服務器收到用戶的請求后將音視頻流以恰當?shù)姆獍问捷敵鲋罥PQAM設備，IPQAM將音視頻流調制為RF信號后通過HFC網(wǎng)絡傳輸給STB，STB對音視頻流進行解調和解碼。在HFC的視頻點播系統(tǒng)中，用戶所點播的視頻內容下行是由HFC網(wǎng)絡承載的，通過IPQAM設備將IP數(shù)據(jù)包調制發(fā)送到HFC網(wǎng)絡中。由于HFC網(wǎng)絡的共享特性，某個特定的機頂盒只能接收到來自特定的一組IPQAM端口的數(shù)據(jù)，因此需要對服務區(qū)域有明確的規(guī)劃和管理，通常將這樣的服務區(qū)域定義為Region，即預先定義的一組頻率資源，或者為一個IPQAM通道資源規(guī)劃單元。在不同物理節(jié)點所覆蓋的服務區(qū)域，可全部或部分重復使用該網(wǎng)的VOD頻率規(guī)劃單元，對擁有相同路徑的服務區(qū)域即為一個Region。為識別不同的Region，每一個Region都有一個唯一的ID號，即RegionID。視頻點播業(yè)務中采用RegionID來進行機頂盒用戶的定位，STB請求服務時需要向CDN提交該信息，頭端系統(tǒng)根據(jù)此信息就可以區(qū)分是哪個區(qū)域的哪個機頂盒發(fā)出的請求，從而分配對應的路由來供視頻服務器傳送視頻數(shù)據(jù)流。機頂盒可以通過固定分配或網(wǎng)絡自動下載的方式獲取RegionID，固定分配的方式實施較為簡單，但當機頂盒在跨區(qū)域漫游或者頭端網(wǎng)絡結構調整時需要重新綁定RegionID。RegionID信息通過IPQAM經(jīng)HFC通道下送給機頂盒，具體發(fā)送方式可以通過設置并實時廣播DVB網(wǎng)絡參數(shù)至機頂盒，機頂盒根據(jù)預設的規(guī)則解析得到RegionID。設置RegionID的相關參數(shù)可以有TSID方式或NID方式。

3 基于CDN網(wǎng)絡和IPQAM技術的分布式VOD架構

由于企業(yè)接入數(shù)字電視信號一般是通過地區(qū)級廣電網(wǎng)絡公司接入，而且地區(qū)級廣電網(wǎng)絡公司目前基本都已建成自己的大型數(shù)字視頻節(jié)目庫或者是接入省視頻數(shù)據(jù)庫，因此企業(yè)為了減少設備投入又能實現(xiàn)企業(yè)自己的視頻點播VOD業(yè)務，企業(yè)可采用CDN技術與所接入的廣電視頻數(shù)據(jù)庫鏈接，作為它的一個邊緣分前端，用較低的成本開展自己VOD業(yè)務。原理是在地區(qū)級廣電網(wǎng)絡公司的交互電視平臺中，通過CDN技術將視頻內容根據(jù)合適的策略推送到邊緣節(jié)點企業(yè)視頻服務器上，然后通過IPQAM設備將IP數(shù)據(jù)封包調制發(fā)送到HFC接入網(wǎng)中。如下圖示意 ：

4 企業(yè)交互電視VOD設備組成

VOD視頻點播系統(tǒng)包括6個主要部分：節(jié)目制作中心、專業(yè)視頻服務器、IPQAM調制器、視頻節(jié)目庫、VOD管理服務器、客戶端播放設備。

1）節(jié)目制作中心一般含節(jié)目采集壓縮系統(tǒng)兼網(wǎng)絡廣播系統(tǒng)。節(jié)目采集壓縮系統(tǒng)（兼網(wǎng)絡廣播系統(tǒng)）：VCD/DVD/錄像帶上的音視頻素材可通過節(jié)目采集壓縮系統(tǒng)壓縮成MPEG-Ⅰ、MPEG-Ⅱ、MPEG-4、RM等視頻格式。它由PC機、視頻壓縮卡和壓縮軟件組成。同時，可兼網(wǎng)絡廣播服務器，即把音視頻信號進行廣播。

2）專業(yè)視頻服務器是VOD系統(tǒng)的核心，由專門的硬件和軟件組成，它充分利用實時技術向客戶端播放設備傳輸數(shù)字視頻節(jié)目。專業(yè)視頻服務器是開放的多處理器系統(tǒng)，能夠存儲和傳輸多個視頻節(jié)目流。服務器基于LINUX操作系統(tǒng)（也可采用SUN的Solaris或IBM的AIX操作系統(tǒng)），其主要目的是存儲和管理并調度視頻節(jié)目的文件，它包括添加、刪除、標記日期和記錄視頻文件日志等功能。另外，還可以記錄每個視頻節(jié)目文件的點播次數(shù)，記錄和保持每個文件的計費信息，監(jiān)視和管理專業(yè)視頻服務器進程及系統(tǒng)資源等，在點播的同時可進行節(jié)目的裝載、刪除操作。系統(tǒng)支持文件、FTP等多種節(jié)目裝載機制?？梢孕蜗蟮卣f，它就像是一個數(shù)字式視頻播放器，向網(wǎng)絡中的終端傳送精彩的、高質量的音、視頻節(jié)目，并且是高效、低耗、按需播放。

3）IPQAM調制設備集“復用、加擾、調制、頻率變換”功能為一體，它將DVB/IP_GbE輸入的節(jié)目流重新復用在指定的MPTS中，再進行QAM調制和頻率變換，輸出RF。

一般一個IPQAM可以配置16、24、32頻點的模塊，所以一臺IPQAM采用MPEG-2一般可同時160、240、320路同時點播，數(shù)字平移后空閑16～20個頻點，當用戶太多了可用2臺以上IPQAM，所帶用戶可以成倍增加。一臺IPQAM可同時播放168路節(jié)目，每臺IPQAM 大約需20萬元。

4）視頻節(jié)目庫是帶RAID功能的大磁盤組，用于存儲節(jié)目。它可以是一個獨立的磁盤陣列，也可以是由專業(yè)視頻服務器直接管理的一個磁盤組（在并發(fā)流量較小的情況下）。

5）VOD管理服務器是終端計算機進入視頻點播系統(tǒng)訪問的中轉站，它以瀏覽器方式為終端提供用戶登錄并根據(jù)用戶級別提供各類信息，如節(jié)目欄目，電影節(jié)目名稱、節(jié)目介紹及收費信息，該服務器在認定用戶權限后，響應用戶要求，并調度專業(yè)視頻服務器向用戶發(fā)送所需的視頻節(jié)目。若系統(tǒng)支持用戶并發(fā)數(shù)不是很大，可把管理服務器和視頻服務器合二為一。

6）客戶端播放設備 電視機加機頂盒（SET-TOP-BOX）

5 結論

通過對CDN網(wǎng)絡和IPQAM技術的合理結合利用，企業(yè)內部電視系統(tǒng)將可以汲取IP網(wǎng)絡先進技術的同時，充分發(fā)揮HFC網(wǎng)絡的優(yōu)勢特點，打造低成本高效率的VOD轉輸和服務平臺，提升企業(yè)自身核心競爭力，并為企業(yè)內部電視用戶提供更便捷的交互電視服務。

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1674-6708（2010）22-0190-02