高清互动系统建设技术问题探讨

黄万来，潘景阳

（厦门广电网络公司，福建 厦门 361000）

0 引言

在三网融合大环境中，广电运营商面临很大的挑战，迫切需要创新和发展，从自身的发展需求和竞争策略出发，选择了以视频服务为核心，多业务并行推进，打造多功能平台的发展方向。作为核心业务的视频类业务，着力提升其视听效果，同时推动互动点播功能，对于其他类业务，重点是拓展网络平台的功能，开发数据、语音等各类增值业务，组合为综合服务平台，为用户提供更优质、便捷、全面的视听、娱乐、信息、生活等各类服务。

高清业务和互动点播业务是广电运营商全力推广的两项重点增值业务，随着高清电视机普及率的提高、高清机顶盒销售量的增大，用户对于高清节目的需求快速增长。同样，互动点播彻底改变了看电视的模式，使用户可以主动选择时间、选择节目，变看电视为用电视。但是就现有的高清频道的节目数量，以及标清互动的节目质量，已经满足不了用户的需求，也体现不出广电网络相对于其他运营商的竞争优势。高清互动点播系统的推出，实现了通过互动平台来点播高清的影视节目，两者的结合可以说是优势互补、相得益彰，能够最大程度地发挥出数字电视平台的优势，提升有线运营商的竞争力，新业务更具吸引力，同时也将会拉动相关业务的发展。

在国内的广电运营商中，多个具备实力的运营商已经在积极开展这方面的业务，并且取得了不错的效果，其中杭州华数、北京歌华、深圳天威和江苏广电都已具有一定规模的用户群。截至2010年底，北京歌华的高清用户数已突破130万，深圳天威也有几十万的用户群，各地广电运营商都在快速部署，迅速抢占市场。

1 互动系统建设方案概述

前几年很多地市的广电网络都已经建立了自己的互动点播系统，具备了影视库、流服务、CDN、BOSS、CMS、双向网络传输、双向机顶盒等从后台管理到网络传输再到终端接收的一套完整的流服务系统。高清互动点播系统是这套流服务系统的扩展，基于已建立的互动点播平台，在提供标清格式节目的基础上，增加高清节目的点播功能。标清系统和高清系统一般是基于同一套互动平台，如华数的高清点播系统基于思华平台，天威的基于思迁平台和同洲平台，江苏广电的基于DMX平台。在编码格式上，已上线的几家运营商都采用H.264格式，码率为7.0～8.5 Mbit/s。

厦门是首批三网融合试点城市之一，目前已具备较为丰富的互动业务。几年来互动系统的建设步骤是：在2005年建立了互动点播平台，经过几年的扩展完善，系统已具备影视点播、财经、支付、游戏、信息等多种互动功能，也发展了一定规模的用户；从2009年开始，随着高清业务发展增速，着手考虑业务的优质化和运营的精细化，提升用户体验，改善视听效果，开发适合各层次用户群的丰富的业务功能；2010年完成了高清互动平台的初步建设，后期将会通过新功能的开发、不同平台的延伸交互，向三网融合服务推进。

厦门互动系统技术架构，高清互动可以看成是原有互动系统功能的扩展，在原有平台上，通过增加高清节目的存储设备、流服务器、IPQAM传输等设备，利用原有的媒资管理系统、运营支撑系统、网络结构和终端设备，扩展新的业务功能。

高清互动系统结构如图1所示。

2 高清互动系统实施

2.1 总体技术要求

图1 高清互动系统结构示意图

高清互动业务系统应具备成熟稳定的硬件平台，提供全面的软件功能，广电运营商在此系统上建立良好的商业模式，开展高、标清互动点播服务、网络游戏服务、金融财经服务和生活应用类、网络社区类服务等，并能够长期持续、经济地运营。系统提供相关的运营支撑管理功能，与现有营帐系统对接，实现用户管理，灵活计费策略；同时系统制定通信协议，与多种高清、标清机顶盒终端集成，支持现在和将来所需要的多种业务功能。网管系统对系统部件进行管理和监控，提高系统的运行维护能力。

高清互动业务系统应具备以下特性：成熟性、先进性，可运营、可管理，安全性、可靠性，开放性、扩展性，经济性、实用性。

2.2 高清互动系统设备连接（见图2）

图2 高清互动系统设备连接示意图

2.3 高清互动系统部署

系统包括1个核心节点和若干个边缘节点，核心节点位于网络总前端，边缘节点可以随用户数量上涨分期扩建，由总前端逐期推进到各个分前端，核心节点和边缘节点间通过IP链路互联，进行控制指令和视频流的传输。前端到客户端机顶盒之间的数据流，分为VOD点播的控制指令以及VOD视频流，控制指令通过IP通道传输。视频流传输可为IPQAM模式，由视频服务器输出，经过IPQAM设备调制成RF信号，通过HFC网络传送给客户端机顶盒；或者为IPTV模式，视频服务器输出后直接经IP通道传送到机顶盒。

核心节点为整个系统的运营中枢，部署在总前端，其主要功能是：1）是互动电视业务的原始内容采集、制作和存储中心，各种业务（点播、时移、信息服务等）内容均汇聚在此并编码、编辑和存储。2）是内容的统一管理和服务发布中心，实现节目内容的入库、编排、审核及发布等交互电视业务管理功能。将原始内容包装成为各种服务类型（频道），如电视剧、电影、购物、信息服务等，通过EPG页面展现给用户。3）实现全网用户访问的全局负载均衡，负责全网用户点播请求的响应，根据负载均衡策略，将用户的请求重定向到合适的下级节点。4）是全网资源的运营维护中心，实现业务资源、网络资源、机顶盒资源和存储资源的集中管理和分配，以及认证计费信息的统一收集、处理和转发。

边缘节点负责提供流服务能力，部署在分前端，其主要功能是：1）实现中心内容的本地智能缓存，进行分布式服务，提高全网并发响应能力。2）提供视频流服务，根据中心负载均衡的结果，向就近用户提供视频服务。

2.4 高清互动系统各部分功能描述

高清互动系统由互动点播系统、各类增值业务系统、传输网络、终端设备等多环节组成，每部分都需要清晰的功能定义和接口规范，使整体系统正常运转，并具有良好的扩展性，为将来的业务留下扩展空间。下面详细介绍系统主要模块功能及接口规范描述。

1）视频服务系统

视频服务系统具备以下性能：（1）视频服务器、存储设备能够独立配置、灵活组合，在不同阶段根据业务需求独立增加服务器输出板卡或增加存储设备。（2）适宜集中式、分布式部署（CDN模式），并可逐步实施，即初始为集中式，随着用户数量增大可转换为分布式部署。能合理配置资源，具备高效的大并发流输出能力和合理的存储分配体系。（3）视频服务器节点之间、存储设备之间形成互为冗余备份和自动负载均衡，保证系统长期不间断稳定运行。（4）兼容多种IPQAM设备，包括SA、CASA、哈雷等主流设备。

2）编码格式

编码格式支持MPEG-2标清码流，码率为3.75 Mbit/s；支持H.264高清码流，码率为7.0～8.5 Mbit/s；高清流码率是标清流的2倍左右，也便于系统带宽的配置；支持H.264标清码流，码率为2～3 Mbit/s（H.264编码效率高，有效节省设备和带宽资源，在2～3 Mbit/s的码率就可以提供较高的图像质量，随着芯片技术的发展，新一代标清机顶盒逐步会支持H.264编码，因此建议系统应支持H.264标清码流）。

3）视频服务器及存储设备扩展性

随着业务发展灵活地实现系统扩容，通过增加板卡或增加独立流服务器，扩大并发流容量，也可通过增加存储扩大标清和高清节目库容量。将来能够以较低的成本、较高的效率来调整业务模式，在前端和终端上迅速开发部署新的业务类型、增强系统服务范围和能力。

4）管理系统功能描述

软件系统有效地管理平台资源，支持各项业务的稳定运行和监管。

BOSS运营支撑系统实现高标清互动点播认证、授权、计费，以及用户管理、业务管理、资费政策、营收管理、结算分摊、数据分析按次计费与计时计费、预付费后付费、实时计费、打包策略、多CP、多费率、多重优惠等，提供多种统计、排行、报表等数据，根据市场需求灵活调整资费和销售策略。

媒资管理系统包括媒资库管理、在线内容管理、内容发布等功能模块，分别实现节目资产的引入与管理、工作流管理等，内容分布、活动状态的获取，以及内容引入、审核、发布、分发、删除等流程。

采集编辑系统获取各种来源的视频源文件，再由编码设备转码为MPEG-4/WMV/H.264/MPEG-2等流服务系统标准格式，由录制服务器进行录制，录制后的文件可以直接存放到存储库中，或经抽帧打点服务器进行抽帧打点等处理后并最终存放到存储库。编辑系统完成对原始内容的二次处理，进行增删、修改以及转码等，编辑后的内容也放入存储库。

EPG系统能够实现EPG的模板设计、提供定制工具、便于设计个性化EPG支持按用户分组实现多EPG，支持为高清、标清业务分别建立EPG。

网管系统实现拓扑管理、配置管理、性能管理、故障管理、安全管理、日志管理、权限管理等多网络管理功能，通过网管系统，实现系统运行管理，故障快速定位处理等。

5）增值业务系统

增值业务系统包括信息服务类、金融财经类、购物支付类、电视游戏类、生活应用类、社区交流类等。各类增值业务相对独立，又互相融合，通过统一的门户进入，与互动点播主营业务形成良性互补，通过后台对业务内容的组织编排，业务形式及业务数据的交互传递，实现业务之间的互通融合。不断的深入拓展新业务功能，将会逐步形成全媒体、三屏互动、三网融合等功能较为全面的平台。

6）系统通信协议

系统通信协议支持DHCP/DNS/HTTP/HTTPS等通信协议，支持RTSP/HTTP/FTP/TS等流媒体传输协议。

7）系统接口规范

系统接口规范支持多SP，对SP提供完善的管理功能，包括产品管理、认证计费、统计报表及结算分成等。支持多CP，CP接口符合CableLabs ADI 1.0/1.1规范，符合VOD_Content_Specification_V1.0以上版本规范，符合增值业务系统的内容层接口。

8）终端集成接口

以开放、标准的接口实现机顶盒端软件的集成，能够在较短的周期内完成现用多家机顶盒的集成。在界面设计上、操作方式上、响应速度上能最大限度地满足用户的使用习惯。充分考虑机顶盒有限的存储资源，为将来的多业务开发留下便利的接口和可用空间，使系统能利用现有资源，扩展为多功能平台。

9）传输网络

在CMTS+Cable Modem网络中，采用IPQAM设备做视频流的下发，相比CMTS，IPQAM在带宽成本上具有很大的优势，对于双向HFC网络结构来说，是大数据流传输通道的最佳选择。

在EPON+LAN或者EPON+EoC网内，IP网络提供的带宽能够支持点播流的下传，采用IPTV方式可充分利用资源，减少IPQAM设备的投入，同时信令数据、视频流、业务流都走在IP网络上，便于业务系统的管理，降低运维难度。

10）机顶盒

机顶盒集成互动点播协议，集成各类相关的通信协议。为支持更多的业务，应集成中间件，使业务开展的手段更丰富，展现形式也更绚丽。对高清机顶盒的硬件配置，要求266 MHz以上的CPU主频，64 Mbyte以上的Flash，256 Mbyte以上的内存。高清机顶盒支持1 920×1 080 i分辨力，支持H.264和MP4解码，带HDMI接口。

2.5 系统建设步骤

系统采用边发展边建设的思路，分期建设，首先建设核心节点，再根据业务发展情况，逐步建设多个边缘节点，形成CDN网络系统，大型系统还包括分中心的热点节目库和流服务设备，以提高系统的点播命中率，降低长途链路运营成本。

系统发展规划内容：时间节点、业务规模、互动用户数、支持标清并发流数、高清并发流数等基础数据，再计划相应的流服务设备、网络传输、IPQAM设备的数量。在业务发展过程中及时预测扩展趋势并提前扩容。

建立长远的业务发展规划，确立目标和方向及实现的业务类型和时间表，做技术上的选型，并根据规划逐期实现。

3 现有互动平台上扩展高清互动功能

3.1 两种建设模式比较

模式一：在原有互动平台上扩展功能，则原有的后台管理系统、存储系统可共用，如BOSS，CMS系统等。系统建设初期，可考虑标清/高清的流服务器和IPQAM设备各建一套，高清/标清业务视频流向独立的通道，待进一步优化结构后，可实现高/标清系统的混合部署，共用同一套流服务设备、IPQAM设备和网络传输设备。

模式二：高清、标清系统独立，采用另一家点播系统方案来建设一套高清流服务系统，此模式需要做多个层面的接口，在系统建设周期、系统复杂度、运维管理的难度和资源共享等方面，都不具备优势。

3.2 系统扩展关键是平台资源的综合利用

互动平台扩展高清系统需要解决高清流服务与标清流服务兼容的问题，也需要解决对接多个节目提供商（CP）的问题，因此需要制定统一的接口规范、媒资格式规范。

通过一套资源调用系统实现对存储资源、流服务资源、IPQAM资源、频点资源的调用，通过同一套协议实现与终端的对接，避免出现多套系统并行，各业务流独占一套资源，终端要集成多家协议的状况。否则可能导致业务管理混乱，终端种类多，集成复杂，流服务器、IPQAM资源、频点资源大量浪费等各种问题。

高清、标清混合部署系统规划见图3。

4 三网融合系统考虑

随着三网融合目标的确立，对互动系统建设提出了更高的要求，未来的系统需要实现视频、数据、语音等业务的融合，实现多业务共享，电视、计算机、手机三屏的互动，为用户提供时间自由、空间自由的灵活便捷的服务。为此，互动系统建设中需为将来的业务做好相应准备。

图3 高清、标清混合部署系统规划示意图

系统前端建立三屏互动管理模块，其作用是与各类业务结合，实现对各类业务的信息收集汇总，统一管理，相互共享，加强用户参与业务及用户间的互动。包括用户账户积分可通用于多种业务，实现用户间信息互传，视频上传共享，三屏之间可共享及交流等。

机顶盒终端需集成中间件，含JVM和浏览器、应用管理器及各种功能模块和协议，可实现高清页面分辨力（1 920×1 080或1 280×720），可基于中间件设计开发各种互动功能。将来随着技术发展，终端平台可向Andriod等更先进、更开放的平台过渡，以支撑未来的互动业务。

三屏互动结构如图4所示。

5 结束语

三网融合是通信技术的发展趋势，对于广电运营商，是机遇也是挑战，创新是内在发展需求，也是外部竞争使然。建设互动平台和扩展高清系统只是起步，提升了广电网络的核心产品，同时还有很多的新业务需要去尝试和实现。