荆州广电双向互动电视系统的构建

佘新平,李纪胜 (长江大学电子信息学院,湖北 荆州 434023)

荆州广电双向互动电视系统的构建

佘新平,李纪胜 (长江大学电子信息学院,湖北 荆州 434023)

介绍了双向互动电视系统的整体架构，并结合实际系统建设及运营情况，详细阐述了双向互动电视系统的设计特点及优势，并在三网融合的新形势下对未来的发展做出了规划。

VOD系统；双向互动电视；并发流

随着科技的不断深入发展以及民众对广播电视业务不断增长的需求，传统数字电视的单一化模式已不能满足新阶段、新形势下的业务发展需求，双向互动电视技术作为一种全新的系统技术为我国广电事

图1 双向互动电视系统结构拓扑图

业带来了新的革新。荆州广电网络公司在2009年完成数字化整体平移的同时，进行了双向传输网络的改造，并在2011年进行了双向传输网络系统的二期扩容。截止2011年，城区开通双向互动电视用户数已达到一万七千多户，双向传输网络基本达到城区范围的全覆盖。下面，笔者对荆州广电双向互动电视系统的构建情况进行阐述。

1 系统整体架构

基于双向传输网络的互动电视平台提供多种交互式服务包括影视点播、时移点播和资讯点播等多种互动业务，同时满足支持开机广告、时移节目定制转录、支持数据类增值业务(如天气预报、政务信息等)，以及EPG及分类(精彩回顾)点播、节目的集中存储与分发等，系统结构拓扑图如图1所示。

2 频点及网络区域及频点的划分机制

对于荆州广电网络传送互动电视业务，采用的接入方式为上行窄带Modem、下行IPQAM。互动电视业务需求是典型的上下行带宽不匹配模式，由于用户通过遥控器、机顶盒的上传消息对带宽的要求很低，而下行的数据对带宽的要求很高。因此，在回传网络带宽较低的情况下，要求下行数据链路充分利用有线电视QAM调制可以达到38Mb/s的条件，满足对下行带宽高的需求。基于上述情况，该系统的通信采用上下行链路的非对称方式实现：上行采用回传通道，机顶盒通过窄带Modem传送上行数据，实现数据的回传；下行采用IPQAM调制，下行点播视频数据通过IPQAM调制后在HFC传输网络中进行传输，由机顶盒接收。

图2 频点复用示意图

1)频点划分机制 频点复用示意图如图2所示。频点资源是系统扩展的瓶颈，为此采用逻辑区域的概念，即将指定IP的GW网关设备与流服务器及IPQAM绑定，作为一个虚拟的区域，在前端系统配置一个网关IP与IPQAM的对照表[1]。当某机顶盒发出上行消息，前端接入服务器能够根据与相应网关的TCP连接识别该网关设备的IP地址，找到对应的流服务器和IPQAM；将下行消息发送到该机顶盒所属的射频区域，从而实现频点复用的功能。

荆州广电网络在双向一期工程中划分给双向业务频点资源共16个(634～690MHz,698～754MHz)，其中650MHz频点为“绿色通道”，即通过该频点下发开机视频、点播页面等各种参数信息；其他15个频点为用户点播视音频下发频点，这样保证了机顶盒在视频播放的同时，上下行通信的畅通。在传输带宽方面，采用MPEG-2标准，以每个视频流3.75Mbps的传输带宽计算，一个38MHz的频点资源即可同时传输10个视频流，即每个逻辑区域所能支持的最大并发视频流上限为150个。

同时在网络规划时，在1个主前端和3个分前端的基础上，将荆州城区划分为14个逻辑区域，其中主前端有6个逻辑区域，2个分前端各有3个逻辑区域，另1个分前端有2个逻辑区域，每个逻辑区域配备2台8频点IPQAM。在双向网改造初期，由于双向用户不多，每个逻辑区域具有150个并发流，14个逻辑区域共2100个并发流的配置能够满足初期双向业务的正常运营。在二期双向扩容中，将频点资源由原先的16个扩充到24个(增加562～618MHz共8个频点)，可满足不同发展阶段双向平台的业务需求。

2)信号传输网格区域的划分 在信号传输方面，双向点播视音频流经过IPQAM调制后，采用直调光发射机与数字电视信号流一起混合进行光传输，同时在分配传输网内通过掺铒光纤放大器(EDFA)对信号进行放大处理。

直调光发射机示意图如图3所示。每台直调光发射机负责一个区域的信号传输，这样既使得网络规划一目了然，也便于后期的维护检修工作。信号经过直调光发射机出来后，再经过光分配器对信号进行分路传输。

图3 直调光发射机示意图

3 前端核心系统

视频播出系统是互动前端平台的核心，它负责整个系统节目流的输出。服务器各服务模块在整个前端系统中起着至关重要的作用，任何一个环节出现问题均会影响全局的双向互动业务的正常播出。对此，必须使前端核心系统具有很强的安全可靠性。该系统视频播出服务器具有如下特点。

1)硬件方面 采用国际上成熟的PC Server架构的服务器，集成基于PCI-E总线接口、高性能的四口GbE网卡推送节目流。每台服务器单个千兆网口可同时推送240路3.5M节目流，千兆网卡推流能力900Mbps以上；单播出服务器支持2个千兆网口的输出，达到480路并发节目流。在服务器备份方面采用双机系统冗余备份、硬盘RAID等措施，确保系统无单点故障，包括播控服务器、数据库服务器、时移分发服务器等均采用1+1备份，视频播出服务器采用N+1的备份方式[2]。

2)软件系统 采用Linux操作系统。Linux与其他Unix系统和大型操作系统如VMS、IBM大型机等一样具有相同的可靠性，同时Linux开发源代码的开放模式，保证了任何系统的漏洞都能被及时发现和改正[3]。此外，采用了先进的分层、分布、模块化设计模式，结构清晰、便于功能与性能扩展，尤其是便于各种新业务的实现与接入。由于核心模块在整个双向互动系统中所处的重要性，在Linux系统下的病毒隔离以及稳定性方面都能达到软件模块正常运行的要求。

图4 多路复用及数据插入

3)多路复用及缓存控制 为了保障点播视频节目的正常下发，对视频节目数据和下发信令数据进行TS组包与复用输出(见图4)。为防止突发性的码流过高问题，在复用时进行了优先级排序，比如“数据1”是用于请求或控制的小包数据，其优先级最高，10路“视频流”数据优先级居中，而EPG之类的广播数据优先级最低。当某一时刻的数据量过高时，先复用优先级较高的数据，本次没发完的数据可延续到下次发送。

此外，提供了从外部存储或网络输入的数据预读取到内存的缓存控制，有效地提高了磁盘访问效率，并防止用户集中访问对于某存储上同一个点造成的压力，避免了对存储系统的密集访问。

4 网管系统监控

由于双向互动系统的构成环节较多，为了保障全网全业务的正常运行，首先必须要有一套全面的监控管理系统进行技术支持。荆州广电网络公司采用的网管系统可以对互动电视平台的所有网元单元进行有效的监控，同时具有设备和网络管理功能，一旦发现模块工作不正常，即实时产生报警，并记录LOG日志，并重启不正常模块以尽快恢复业务。同时通过对告警和日志的分析，可以及时完善系统的管理，不断增强系统的稳定性。

维护人员日常对设备的监控和管理主要通过Web管理平台来实现，主要对网关设备、IPQAM等网络传输设备进行监控管理。Web管理平台是基于浏览器的方式来构建，使用标准的J2EE架构实现，拥有BS结构软件的无需安装特性，只要有网络即可随时随地进行管理，同时该平台不直接和设备交互，而是通过实时监控系统，可以有效提高系统安全性。

对于前端核心播出系统，包括播控服务器、视频播出服务器中的各服务模块，采用VOD综合服务管理系统进行管理。VOD综合服务管理系统是通过接收各个服务的数据包udp包解析其中内容，将其中的服务名称、运行时间、版本、Web访问IP及端口显示在页面上，并提供访问链接。

5 系统的扩展

1)系统并发流的扩展 为了适应网络的发展,保障系统的正常运营，荆州广电网络公司在2011年进行了二期双向互动系统的扩容。扩容工作主要针对并发流的扩容，由原先的16个频点扩充到24个频点，每个逻辑区域的并发流上限由150个扩充到240个，在原有200个0并发流的基础上再增加2000个并发流。

由于双向系统架构的合理性和成熟性，对于并发流的扩容，在前端系统方面只需增加对应的播出服务器以及推流千兆网卡。在服务器内存及配置的合理承受范围内，可通过增加千兆网卡来使得单台视频播出服务器的并发流上限达到1500个。对于调制传输设备IPQAM，可根据频点的使用及分配情况，选择8频点、24频点、64频点等IPQAM设备来进行音视频流的调制传输。通过合理的网络系统规划，可使得服务器网卡、IPQAM、逻辑区域三者形成一一对应的关系，网络结构更为合理，更易于系统的管理维护。

2)时移系统内容的扩展 除了基本的VOD业务，时移电视业务是该方案中非常重要的互动业务。单台TS网关设备，支持5路ASI输入，1个千兆以太网口输出，可以满足40路电视节目的时移录制，具有极高的效率；每路节目可以录制7d甚至更久的时间，支持分时录制；支持同时录制不同码率的节目，结合存储分发系统，使播出系统的扩容易于实现。

6 结 语

随着三网融合发展进程的逐步推进，双向互动电视系统将得到更多的应用，致力于三网融合的产品以及项目将日益增多，三网融合的综合业务将不断呈现。荆州广电网络公司在双向互动电视系统运营两年多来，已经逐步形成了一套完整、全面及稳定的体系架构，对今后开展包括高清互动电视等相关升级业务及其他增值业务打下了坚实的基础。

[1]李鉴增.有线电视综合信息网技术[M].北京：人民邮电出版社,1999.

[2]刘汉武.有线电视接入网改造技术对比分析[J]. 广播电视技术，2011(8)：23-25.

[3]张文生.有线电视宽带HFC网络回传系统[M]. 北京：中国广播电视出版社,1999.

[编辑] 李启栋

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年大学毕业，硕士，副教授，现主要从事多媒体通信技术方面的教学与研究工作。