佘新平,李紀勝 (長江大學電子信息學院,湖北 荊州 434023)

荊州廣電雙向互動電視系統(tǒng)的構建

佘新平,李紀勝 (長江大學電子信息學院,湖北 荊州 434023)

介紹了雙向互動電視系統(tǒng)的整體架構，并結(jié)合實際系統(tǒng)建設及運營情況，詳細闡述了雙向互動電視系統(tǒng)的設計特點及優(yōu)勢，并在三網(wǎng)融合的新形勢下對未來的發(fā)展做出了規(guī)劃。

VOD系統(tǒng)；雙向互動電視；并發(fā)流

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

圖1 雙向互動電視系統(tǒng)結(jié)構拓撲圖

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

1 系統(tǒng)整體架構

基于雙向傳輸網(wǎng)絡的互動電視平臺提供多種交互式服務包括影視點播、時移點播和資訊點播等多種互動業(yè)務，同時滿足支持開機廣告、時移節(jié)目定制轉(zhuǎn)錄、支持數(shù)據(jù)類增值業(yè)務(如天氣預報、政務信息等)，以及EPG及分類(精彩回顧)點播、節(jié)目的集中存儲與分發(fā)等，系統(tǒng)結(jié)構拓撲圖如圖1所示。

2 頻點及網(wǎng)絡區(qū)域及頻點的劃分機制

對于荊州廣電網(wǎng)絡傳送互動電視業(yè)務，采用的接入方式為上行窄帶Modem、下行IPQAM。互動電視業(yè)務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、機頂盒的上傳消息對帶寬的要求很低，而下行的數(shù)據(jù)對帶寬的要求很高。因此，在回傳網(wǎng)絡帶寬較低的情況下，要求下行數(shù)據(jù)鏈路充分利用有線電視QAM調(diào)制可以達到38Mb/s的條件，滿足對下行帶寬高的需求?；谏鲜銮闆r，該系統(tǒng)的通信采用上下行鏈路的非對稱方式實現(xiàn)：上行采用回傳通道，機頂盒通過窄帶Modem傳送上行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的回傳；下行采用IPQAM調(diào)制，下行點播視頻數(shù)據(jù)通過IPQAM調(diào)制后在HFC傳輸網(wǎng)絡中進行傳輸，由機頂盒接收。

圖2 頻點復用示意圖

1)頻點劃分機制 頻點復用示意圖如圖2所示。頻點資源是系統(tǒng)擴展的瓶頸，為此采用邏輯區(qū)域的概念，即將指定IP的GW網(wǎng)關設備與流服務器及IPQAM綁定，作為一個虛擬的區(qū)域，在前端系統(tǒng)配置一個網(wǎng)關IP與IPQAM的對照表[1]。當某機頂盒發(fā)出上行消息，前端接入服務器能夠根據(jù)與相應網(wǎng)關的TCP連接識別該網(wǎng)關設備的IP地址，找到對應的流服務器和IPQAM；將下行消息發(fā)送到該機頂盒所屬的射頻區(qū)域，從而實現(xiàn)頻點復用的功能。

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

同時在網(wǎng)絡規(guī)劃時，在1個主前端和3個分前端的基礎上，將荊州城區(qū)劃分為14個邏輯區(qū)域，其中主前端有6個邏輯區(qū)域，2個分前端各有3個邏輯區(qū)域，另1個分前端有2個邏輯區(qū)域，每個邏輯區(qū)域配備2臺8頻點IPQAM。在雙向網(wǎng)改造初期，由于雙向用戶不多，每個邏輯區(qū)域具有150個并發(fā)流，14個邏輯區(qū)域共2100個并發(fā)流的配置能夠滿足初期雙向業(yè)務的正常運營。在二期雙向擴容中，將頻點資源由原先的16個擴充到24個(增加562～618MHz共8個頻點)，可滿足不同發(fā)展階段雙向平臺的業(yè)務需求。

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

直調(diào)光發(fā)射機示意圖如圖3所示。每臺直調(diào)光發(fā)射機負責一個區(qū)域的信號傳輸，這樣既使得網(wǎng)絡規(guī)劃一目了然，也便于后期的維護檢修工作。信號經(jīng)過直調(diào)光發(fā)射機出來后，再經(jīng)過光分配器對信號進行分路傳輸。

圖3 直調(diào)光發(fā)射機示意圖

3 前端核心系統(tǒng)

視頻播出系統(tǒng)是互動前端平臺的核心，它負責整個系統(tǒng)節(jié)目流的輸出。服務器各服務模塊在整個前端系統(tǒng)中起著至關重要的作用，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題均會影響全局的雙向互動業(yè)務的正常播出。對此，必須使前端核心系統(tǒng)具有很強的安全可靠性。該系統(tǒng)視頻播出服務器具有如下特點。

1)硬件方面 采用國際上成熟的PC Server架構的服務器，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。每臺服務器單個千兆網(wǎng)口可同時推送240路3.5M節(jié)目流，千兆網(wǎng)卡推流能力900Mbps以上；單播出服務器支持2個千兆網(wǎng)口的輸出，達到480路并發(fā)節(jié)目流。在服務器備份方面采用雙機系統(tǒng)冗余備份、硬盤RAID等措施，確保系統(tǒng)無單點故障，包括播控服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、時移分發(fā)服務器等均采用1+1備份，視頻播出服務器采用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大型機等一樣具有相同的可靠性，同時Linux開發(fā)源代碼的開放模式，保證了任何系統(tǒng)的漏洞都能被及時發(fā)現(xiàn)和改正[3]。此外，采用了先進的分層、分布、模塊化設計模式，結(jié)構清晰、便于功能與性能擴展，尤其是便于各種新業(yè)務的實現(xiàn)與接入。由于核心模塊在整個雙向互動系統(tǒng)中所處的重要性，在Linux系統(tǒng)下的病毒隔離以及穩(wěn)定性方面都能達到軟件模塊正常運行的要求。

圖4 多路復用及數(shù)據(jù)插入

3)多路復用及緩存控制 為了保障點播視頻節(jié)目的正常下發(fā)，對視頻節(jié)目數(shù)據(jù)和下發(fā)信令數(shù)據(jù)進行TS組包與復用輸出(見圖4)。為防止突發(fā)性的碼流過高問題，在復用時進行了優(yōu)先級排序，比如“數(shù)據(jù)1”是用于請求或控制的小包數(shù)據(jù)，其優(yōu)先級最高，10路“視頻流”數(shù)據(jù)優(yōu)先級居中，而EPG之類的廣播數(shù)據(jù)優(yōu)先級最低。當某一時刻的數(shù)據(jù)量過高時，先復用優(yōu)先級較高的數(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，提供了從外部存儲或網(wǎng)絡輸入的數(shù)據(jù)預讀取到內(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于某存儲上同一個點造成的壓力，避免了對存儲系統(tǒng)的密集訪問。

4 網(wǎng)管系統(tǒng)監(jiān)控

由于雙向互動系統(tǒng)的構成環(huán)節(jié)較多，為了保障全網(wǎng)全業(yè)務的正常運行，首先必須要有一套全面的監(jiān)控管理系統(tǒng)進行技術支持。荊州廣電網(wǎng)絡公司采用的網(wǎng)管系統(tǒng)可以對互動電視平臺的所有網(wǎng)元單元進行有效的監(jiān)控，同時具有設備和網(wǎng)絡管理功能，一旦發(fā)現(xiàn)模塊工作不正常，即實時產(chǎn)生報警，并記錄LOG日志，并重啟不正常模塊以盡快恢復業(yè)務。同時通過對告警和日志的分析，可以及時完善系統(tǒng)的管理，不斷增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

維護人員日常對設備的監(jiān)控和管理主要通過Web管理平臺來實現(xiàn)，主要對網(wǎng)關設備、IPQAM等網(wǎng)絡傳輸設備進行監(jiān)控管理。Web管理平臺是基于瀏覽器的方式來構建，使用標準的J2EE架構實現(xiàn)，擁有BS結(jié)構軟件的無需安裝特性，只要有網(wǎng)絡即可隨時隨地進行管理，同時該平臺不直接和設備交互，而是通過實時監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效提高系統(tǒng)安全性。

對于前端核心播出系統(tǒng)，包括播控服務器、視頻播出服務器中的各服務模塊，采用VOD綜合服務管理系統(tǒng)進行管理。VOD綜合服務管理系統(tǒng)是通過接收各個服務的數(shù)據(jù)包udp包解析其中內(nèi)容，將其中的服務名稱、運行時間、版本、Web訪問IP及端口顯示在頁面上，并提供訪問鏈接。

5 系統(tǒng)的擴展

1)系統(tǒng)并發(fā)流的擴展 為了適應網(wǎng)絡的發(fā)展,保障系統(tǒng)的正常運營，荊州廣電網(wǎng)絡公司在2011年進行了二期雙向互動系統(tǒng)的擴容。擴容工作主要針對并發(fā)流的擴容，由原先的16個頻點擴充到24個頻點，每個邏輯區(qū)域的并發(fā)流上限由150個擴充到240個，在原有200個0并發(fā)流的基礎上再增加2000個并發(fā)流。

由于雙向系統(tǒng)架構的合理性和成熟性，對于并發(fā)流的擴容，在前端系統(tǒng)方面只需增加對應的播出服務器以及推流千兆網(wǎng)卡。在服務器內(nèi)存及配置的合理承受范圍內(nèi)，可通過增加千兆網(wǎng)卡來使得單臺視頻播出服務器的并發(fā)流上限達到1500個。對于調(diào)制傳輸設備IPQAM，可根據(jù)頻點的使用及分配情況，選擇8頻點、24頻點、64頻點等IPQAM設備來進行音視頻流的調(diào)制傳輸。通過合理的網(wǎng)絡系統(tǒng)規(guī)劃，可使得服務器網(wǎng)卡、IPQAM、邏輯區(qū)域三者形成一一對應的關系，網(wǎng)絡結(jié)構更為合理，更易于系統(tǒng)的管理維護。

2)時移系統(tǒng)內(nèi)容的擴展 除了基本的VOD業(yè)務，時移電視業(yè)務是該方案中非常重要的互動業(yè)務。單臺TS網(wǎng)關設備，支持5路ASI輸入，1個千兆以太網(wǎng)口輸出，可以滿足40路電視節(jié)目的時移錄制，具有極高的效率；每路節(jié)目可以錄制7d甚至更久的時間，支持分時錄制；支持同時錄制不同碼率的節(jié)目，結(jié)合存儲分發(fā)系統(tǒng)，使播出系統(tǒng)的擴容易于實現(xiàn)。

6 結(jié) 語

隨著三網(wǎng)融合發(fā)展進程的逐步推進，雙向互動電視系統(tǒng)將得到更多的應用，致力于三網(wǎng)融合的產(chǎn)品以及項目將日益增多，三網(wǎng)融合的綜合業(yè)務將不斷呈現(xiàn)。荊州廣電網(wǎng)絡公司在雙向互動電視系統(tǒng)運營兩年多來，已經(jīng)逐步形成了一套完整、全面及穩(wěn)定的體系架構，對今后開展包括高清互動電視等相關升級業(yè)務及其他增值業(yè)務打下了堅實的基礎。

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

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

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

[編輯] 李啟棟

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

TN949.291

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1673-1409(2012)04-N111-03

2012-02-28

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