交互式数字视频SDV系统的建设

苏 坤

（中国有线电视网络有限公司海南分公司，海南 海口 570001）

一、前言

对于有线电视运营商而言，频带资源曾经是非常丰富的，甚至给人“取之不尽、用之不竭”的错觉。但随着三网融合的不断推进，VOD点播、广告、支付、股票、游戏等双向业务以及高清频道、4K频道的加速上线，有线频带资源日趋紧张，已经成为阻碍业务发展的主要因素之一。就现有技术而言，相对于网络升级改造、节目压缩转码等解决方案，交互式数字视频（SDV）在投入成本、节目信号传输质量、双向业务融合等方面无疑更具有优势，是有线电视运营商快速提升频带资源利用率的有效手段。

二、SDV概念及技术架构

交互式数字视频（SDV，Switched Digital Video），即在双向网络条件下，通过单个用户点播方式实现多个用户广播收视的一种技术模式。它类似于IP网络数据传输中的组播技术，将全网用户按QAM调制器覆盖范围分为多个组群，单个组群中有用户发起收视请求时，节目占用一个广播频道传输，若无用户请求则释放广播频道资源。

SDV概念的提出主要依靠于有线电视用户收视率统计中的20/80法则（或称长尾理论），即在有线电视运营商提供的所有广播节目中，大部分用户（假定80%用户）所收看的节目集中在少量的频道（假定20%频道），其余20%用户所收看的频道则分散在其他80%的频道中。SDV业务，即是当20%的用户仅在观看节目时，才把对应的节目实时传输到用户机顶盒，这样便可空出80%的频道资源，用于开展其他诸如点播、宽带接入等增值业务。

目前国际上主流的SDV技术架构有两个：一是时代华纳公司于2000年提出的ISA架构，该架构由前端平台、业务管理系统和终端机顶盒三大系统组成，各系统间及系统内各组成部分之间均制订了开放性的标准接口，系统具有较强的扩展性；二是Comcast公司联合美国本土几家公司提出的NGOD架构，该架构由前端平台、业务管理系统和终端机顶盒三大系统，再加上数据存储、资源管理和网络传输组成，各系统接口均采用私有协议，系统集成和组建较为复杂，但具有较强的安全性和高效性。本文主要介绍基于NGOD架构的SDV系统的技术实现方式。

三、SDV系统的技术实现

（一）系统架构

基于NGOD架构的SDV系统主要由直播信号源、编转码设备、复用加扰设备、推流服务器、边缘QAM调制器、SDV会话管理服务器、边缘资源管理服务器等部分组成，并辅以用户管理计费系统、STB用户终端等系统设备，实现SDV业务。SDV系统架构如图1所示。

图1 SDV系统架构图

直播信号源指中央和各省卫视频道、专业付费频道、本地自办频道等直播节目，一般通过卫星接收机、适配器、光端机、光交换机等设备接收输出。

编转码设备用于对直播信号源的编码格式和传输码率进行重新编码，输出符合系统要求的信号。

复用加扰设备用于对直播信号的加密，并根据节目打包规划，复用成MPTS多节目流或SPTS单节目流输出。

推流服务器负责接收复用加扰设备输出的直播流，并响应后级设备的请求推送SDV直播流。

边缘QAM调制器负责按照边缘资源管理服务器的指令，向推流服务器请求推送SDV直播流，在指定通道调制传输。

SDV会话管理服务器的主要功能是接收来自STB终端的频道变换请求，查询边缘QAM调制器的传输通道是否准备好，如准备好则将调制信息发送至STB终端；未准备好则通知边缘资源管理服务器，由边缘资源管理服务器建立SDV传输通道。

边缘资源管理服务器负责边缘QAM调制器的带宽资源分配和管理，并控制边缘QAM调制器在SDV系统的加入或离开，同时处理来自SDV会话管理服务器的边缘资源分配请求。

（二）业务流程

SDV主要业务流程如图2所示。

（1）SDV客户端向SDV会话管理服务器发送频道切换请求，请求信息中携带频道的Source Id和区域码信息。

（2）SDV会话管理服务器根据频道的Source Id和区域码信息查找本地缓存是否已经预分配该频道和区域对应的频点信息和PID。

（3）如果SDV会话管理服务器没有预分配好，则向边缘资源管理服务器申请频点信息，其中携带client ID、带宽和区域码信息。

（4）边缘资源管理服务器判断系统是否采取静态分配方式，如果是，则根据边缘资源管理服务器按最近最少使用原则分配频点信息；如果采取动态分配方式，则向边缘QAM调制器发送分配信息，包括client ID、带宽和节目号。

（5）SDV会话管理服务器通知推流服务器向指定IP和端口的边缘QAM调制器进行推流，携带IP、端口、区域码、带宽等信息。

（6）推流服务器向边缘QAM调制器推流，并返回响应信息到SDV会话管理服务器；SDV会话管理服务器收到消息响应后，通过向SDV客户端发送频道切换确认消息，携带频道的Source Id、区域码、频道号和频点信息。

（三）STB终端切换到SDV频道播放流程

STB终端SDV频道的切换播放流程如图3所示。

（1）用户使用遥控器进入到SDV频道的双向页面，页面仅展示SDV的频道列表，含频道号码、频道名称信息。

（2）终端中间件在本地检测目标频道是否SDV频道，若是SDV频道则执行后续流程。终端中间件搜索SDV活动频道列表信息，找到目标SDV频道的入口信息(含调制模式、频率、传输流ID等信息)。

（3）终端中间件向SDV会话管理服务器发送频道信息，请求建立SDV会话并切换频道。

（4）SDV会话管理服务器判断此频道是否已经通过QAM广播信号给此机顶盒，若已广播则返回频道相关信息给SDV客户端，若未返回则执行下列流程。

（5）SDV会话管理服务器向边缘资源管理服务器请求建立会话，消息请求携组播地址信息、信号源信息、机顶盒可用的QAM信息等。

（6）边缘资源管理服务器为请求推流分配一个QAM及节目号。

（7）边缘资源管理服务器向边缘QAM调制器请求建立会话，消息请求包含QAM信息、节目号、带宽、目标频道的组播IP及组播端口、一个或者多个信号源的IP地址信息等。

（8）若边缘QAM调制器未加入组播，则进行资源分配并发送请求加入组播。

（9）边缘QAM调制器返回消息响应给边缘资源管理服务器，响应中包含使用的组播源信息。

（10）边缘资源管理服务器将QAM信息通过响应消息返回给SDV会话管理服务器。

图2 SDV业务流程图

图3 SDV终端SDV频道切换播发流程图

（11）SDV会话管理服务器将响应消息返回给终端中间件，包含边缘设备的频点、节目号、传输流ID等信息。

（12）STB终端根据频率、节目号等信息，接收SDV的数字码流。

（13）用户观看过程中STB终端定期向SDV会话管理服务器发送Ping接口消息来保持联系。

（14）用户若离开当前SDV频道，如切换到其他SDV频道、普通频道或者进入VOD等业务，终端中间件向SDV会话管理服务器发送删除会话请求。

（15）SDV会话管理服务器执行会话删除操作，释放相关会话资源。

四、结束语

相对于传统的广播电视系统，交互式数字视频SDV系统的最大优势在于，可大幅提高传输带宽利用率：以100套标清节目（单套节目码率5Mbps,64QAM调制方式）为例，传统广播模式约占用14个频点；SDV模式以50%平均并发率计算，只需使用7个频点。

当然，如何基于精准的收视率统计、用户分布情况和收视行为习惯，制订合理的边缘QAM调制部署覆盖策略以及不同节目、不同时段甚至不同栏目的多重灵活的信号播发机制，充分发挥SDV系统优势，最大限度提升频带资源利用率，是有线电视运营商在使用SDV系统时必须考虑的问题。