有线数字电视家庭媒体网关和多屏业务探析

黄文浩，邓水森

（1.广州市花都区广播电视台，广东 广州 510800；2.深圳创维数字技术股份有限公司，广东 深圳 518057）

随着移动互联网的高速发展和智能终端的普及，用户获取视频内容的渠道不再局限于电视机，而逐渐向个人电脑、手机、平板电脑等智能终端延伸。根据2013年1月CNNIC发布的第31次中国互联网络发展状况统计报告显示[1]，截至2012年底中国“网络视频”用户达到3.72亿，网民中上网收看视频的用户比例达到65.9%，在手机上使用在线收看或下载视频的网民数为1.3亿，多屏服务成为2012年以来广电和互联网视频行业的热门话题。另据相关机构统计，截至2012年底，国内IPTV用户数已经达到约2 300万，有线电视行业面临巨大的竞争压力，急需新产品和新业务，为人民群众提供更灵活多样的电视观赏方式，多屏业务无疑是有线运营商提升自身竞争力的有力武器[2]。本文分析了基于有线电视家庭媒体网关实现的多屏业务的技术方案，简要描述了多屏服务的典型场景，以及对有线运营商发展家庭媒体网关类产品的一些思考和建议。

1 家庭媒体网关产品现状

2013年2 月，北美专业网站FierceCable列出了2013年有线电视业的十大关键技术，视频网关技术位列榜首[3]。家庭视频网关（也称媒体网关、媒体服务器）产品是近年在发达国家兴起的一种新型数字电视终端产品，其主要功能是将卫星或者有线数字网络传送的电视节目通过媒体网关做codec转换（即转码）后、再以IP视频的形式传送到家庭内联网的IP机顶盒和无线终端观看，视频网关是数字电视运营商实现TV Everywhere战略的一个重要组成部分。

国外的视频网关产品从十多年前在卫星机顶盒上出现的IP视频串流功能为雏形，逐渐发展为以有线和WiFi无线两种方式覆盖全家多房间的DVR等多屏网关产品。早期的产品如德国Dream MultiMedia公司推出的Dreambox系列产品，可以将卫星或者有线数字电视信号转为IP视频流，通过网络发送到个人电脑的客户端软件播放观看。另外一个有名的产品是SlingMedia公司的Slingbox，它是一个外置的视频网关，它能接收DVD机、机顶盒等任何播放机的视频输出，转为IP流后送PC机、移动智能终端以及OTT机顶盒播放。

1.1 国外视频网关产品及业务发展概述

下面回顾一下目前国内外主流运营商正在推广的视频网关的情况。

1.1.1 卫星数字电视视频网关

全美第一大卫星电视运营商的DirecTV早在2011年推出“全家DVR”Genie机顶盒产品，Genie DVR支持5路同步录制，支持3个mini Genie机顶盒，可为全家4台电视机提供电视和DVR服务，用户还可以通过iPAD/iPhone观看Genie DVR上录制的节目。

2012年CES展上，美国第二大卫星电视公司Dish Network Corp公布了机顶盒新品Hopper DVR和客户端盒子Joey。Hopper DVR可同时录制6个电视节目，内置存储高达2 Tbyte，Hopper可下挂6个客户端机顶盒，实现全家电视覆盖。2013 CES上，DISH发布了新款Hopper,内置了Singbox的实时转码功能，从而可以在WiFi移动终端上观看来自Hopper DVR的IP视频，实现多屏服务。

1.1.2 有线数字电视媒体网关

美国Time Warner Cable运营商于2011年3月15日推出了WiFi视频的服务，美国的Comcast和CabelVision也先后推出了无线视频服务，这些服务的核心就是视频网关。Pace、思科、Arris、Motorola等机顶盒生产商均推出了功能强大的视频网关类产品。下面以Arris和思科产品为例做简要介绍。

Arris公司的“全家解决方案”是以家庭视频网关Moxi为中心，Moxi 5系列视频网关内置6个调谐器，可同时录制6路高清节目，支持多个客户端机顶盒MP2000，实现多房间电视覆盖。2013年CES展上，Arris又推出了MG2402 Headless Video Gateway，使用了Intel的Puma-6 DOCSIS3.0处理器，可以绑定24个DOCSIS下行QAM通道，支持约1 Gbit/s的网络带宽，同时支持8个QAM视频通道，配合外置的codec转码芯片支持4路高清转码，同时还支持MoCA2.0，双频WiFi，DECT无绳电话和Zigbee。

早在2012年CES展上，思科公司就展示了Videoscape多屏网关产品9800系列机顶盒产品，该机顶盒内置6个调谐器，内置DVR可同时录制6个节目，网关可下挂多个IP机顶盒和iPad等移动终端，实现家庭内的多屏服务。

1.2 国内网关产品和业务发展状况

国内的视频网关类多屏业务以2011年由北京歌华有线公司推出的“歌华飞视”业务最具有代表性，该业务是以有线网络为节目来源，以视频网关为纽带，以WiFi覆盖形式支持移动终端观看数字电视节目。歌华飞视业务总体架构中，前端包括内容的导入以及整个内容的编解码、运营的管理，传输通道利用了传统有线内网IP交互传输方式和有线电视网独特的广播机制，通过网络QAM全网广播。在终端有两种应用场景：在家庭利用目前已经广泛部署在北京用户家里的高清交互机顶盒，其内置WiFi模块，可以在家庭实现无线视频覆盖；在公共场所等热点区域通过新的融合网元，通过有线电视网络接入和WiFi覆盖，实现在公共区域应用场所的移动电视覆盖。

需要指出的是歌华飞视业务中采用的是“前端”转码的方案，而国内基于“终端”转码的视频/媒体网关类产品及其多屏服务仍处于研究和试验阶段，预计在2013—2014年可提供试商用。本文下面将对家庭媒体网关的关键技术、设计方案和使用场景等做进一步分析。

2 家庭媒体网关产品设计

2.1 关键技术

家庭媒体网关是以数字电视机顶盒为核心构建的家庭多媒体中心、家庭数据中心、私有云服务中心。在技术上，网关是支持广播网和IP网共同接入的融合型终端，还应具备智能化、标准化，具有开放、智能、迅捷的操作体验，能够对外提供开放和标准的接口，并且能迅速集成第三方的资源和能力；网关还应该具有家庭联网和管理的功能，通过有线、无线的方式实现家庭联网，为家庭其他终端提供宽带接入和转发的能力，并且能够和家庭里的其他终端配合，实现内容共享、资源共享、分发、管理、多屏应用等业务[4]。

家庭媒体网关的功能可以总结为以下6点：1）传统数字电视功能，包括直播、点播、时移等功能。2）无线视频网关功能，即利用家庭网关强大的多路转码能力和WiFi联网能力，实现网关的视频分发中心和多屏融合显示作用。3）宽带接入网关，即利用家庭网关多种LAN和WAN网络接口（DOCSIS3.0、EoC等），实现宽带接入和路由功能。4）家庭媒体和数据中心，利用家庭网关对多种视音频格式的解码能力，实现家庭网关家庭多媒体播放中心的作用；利用家庭网关的数据存储能力，实现各种数据存储的私有云功能；结合网关的IP带宽，提供“下载机”的功能。5）智慧家庭中心，利用网关丰富的标准接口和多种形式的终端接入能力，实现以网关为中心的语音通信、可视电话、交互游戏、智能家居及安防、远程医疗、远程教育等功能，形成以网关为核心的智慧家庭的功能。6）云服务网关，利用网关与前端服务器之间的宽带IP连接，实现用户通过网关获得有线运营商或互联网云服务商的各种云服务的功能，例如云存储、云计算、云转码、云游戏等。

为了实现这六大功能，家庭网关终端产品上有多种关键技术需要研究并实现产业化，这些技术包括：1）智能操作系统采用以安卓为基础的智能操作系统具备更好的兼容性和可扩展性。2）双向传输与宽带接入技术，包括C-DOCSIS3.0、EoC等WAN技术，以及在机顶盒内置宽带路由器功能相关的NAT、QoS、防火墙、路由等各种IP接入网技术。3）WiFi等家庭联网技术，包括家庭无线视频使用双频WiFi以及IEEE802.11ac等新技术。家庭网关还可以支持有线联网的IP机顶盒、智能电视机等，家庭内有线联网技术包括各种EoC技术、电力线PLC互联等技术。4）视频转码技术，包括网关支持多路高清转码、低功耗，以及镜像操控需要的低延时转码技术。5）流媒体技术，支持传统RTSP和RTP，以及新型基于HTTP的可变码流技术（HLS、DASH等），适应不同尺寸的屏幕，以及不同质量的无线接入网络。6）多屏互动技术，包括DLNA、WiFi Direct、Miracast、AirPlay等技术。7）远程 UI技术，即关注类似RVU的技术，使得运营商定制的UI可以方便地扩展到各种联网设备，实现UI用户体验一致。8）数字版权管理DRM技术，即多屏业务中视频内容传送到各种移动终端，必须有可靠的DRM系统保护内容版权。9）智慧家庭，包括家庭自动化、安全监控、远程医疗等技术。

2.2 硬件总体方案

针对有线数字电视家庭媒体网关，国内外各大芯片厂家均相继推出了系列产品，网关产品的硬件方案总的来说可以分为两大类：

1）方案一从传统机顶盒发展而来，采用增强型的机顶盒SoC处理器，内置多路高清转码功能，结合多个调谐器或者全频段调谐器、DOCSIS3.0的Cable Modem或EoC等双向模块、硬路由（也可使用软路由）和L2交换、2.4 GHz和5.8 GHz双频WiFi AP、SLIC电话模块以及Zigbee/蓝牙等接口组成的网关产品。例如国产的海思Hi3716C V200和国外Broadcom 7425/7435等机顶盒处理器均可以采用此方案。原理框图如图1所示。

图1 方案一原理框图

2）方案二从Cable Modem纯数据网关发展而来。北美市场大量使用DOCSIS数据网关，其主处理器在DOCSIS协议、IP宽带接入网关所需的各种协议和VoIP等方面功能较强。在CM主芯片之外增加转码芯片或者传统机顶盒SoC，可以分别形成Headless和Headed型视频网关。 Intel公司的Puma5/6和ST公司的Alicante+Orly网关产品就采用此方案。另外，CM主处理器性能比较好，可以考虑采用软路由方案，即CM芯片运行IP路由器软件模块。随着产品升级，CM主芯片也可能会加入视频转码的能力，搭建Headless型网关将更加方便。原理框图如图2所示。

2.3 多屏互动场景与流程分析

多屏互动涉及多种相关技术，国内运营商、设备商、互联网电视牌照商等进行了积极的研究[5]，下面简要分析了两个典型的基于网关的多屏业务流程。

1）多屏同看

多屏同看指的是移动终端、机顶盒等各终端各自操作，各看各的。在家庭网关转码方式下，移动终端小屏可以观看直播、点播和时移电视，图3以VOD点播为例说明其流程。

图2 方案二原理框图

图3 以VOD点播为例的多屏同看流程

手机小屏点播DVB节目流程：

（1）手机与家庭网关IP消息交互，包括手机用户认证、VoD节目搜索、列表等。

（2）家庭网关上VOD控制模块与运营商VOD前端服务器交互，获取点播节目信息，回传给手机，手机做呈现和发出播放VOD指令，家庭网关转发指令给VOD前端系统。

（3）VOD前端将视频节目从IPQAM推送到家庭网关。

（4）网关将视频节目转码、封IP包，经内置WiFi路由器推送到手机。

2）多屏实时切换

多终端跨屏实时切换，一般在操控性更好的移动终端（即小屏）上操作，由手机将机顶盒节目“拉”到小屏观看，或者将小屏上正观看的节目“推”到大屏继续观看。图4以大屏切换到小屏为例说明其流程。

直播DVB节目大屏切到手机小屏流程：

图4 以大屏切换到小屏为例的多屏实时切换流程

（1）网关或机顶盒正播放QAM传输的DVB直播节目。

（2）手机与机顶盒交互，发起实时切屏IP指令消息。

（3）机顶盒将当前节目做实时codec转码、IP打包后，从内置WiFi路由器推送到手机。机顶盒退出播放。

3 总结与思考

基于终端转码的有线数字电视家庭媒体网关的多屏服务方案，可以在几乎不改造有线运营商头端系统的情况下提供“多屏看”功能。但任何新业务的部署都不是一蹴而就的，有线数字电视家庭媒体网关的最终定位尽管可以包括物联网、智慧家庭、智能家居等诸多非常吸引人的功能，但是根据国内目前有线网络能提供双向IP带宽能力、人们的消费水平和家庭电器等设施的现状等因素，可以考虑分三步走：第一步，把网关的重点放在电视和宽带上网、多屏服务上，硬件设计上预留一定的物联网等外围接口方便将来扩展；第二步，网关加入与OTT云端配合的跨网多屏切换等业务，网关可内置硬盘，增加家庭媒体中心和数据管理等功能；第三步，扩展智慧家庭、智能家居、远程医疗等物联网功能。

[1] CNNIC第32次《中国互联网络发展状况统计报告》[EB/OL].[2013-06- 12]. http://www.cnnic.cn/hlwfzyj/hlwxzbg/hlwtjbg/201307/P020130717505343100851.pdf.

[2] Cable:grasping the multiscreen opportunity[EB/OL].[2013-06-12].http://www.farncombe.com/wp-content/uploads/2013/03/NagraWhite PaperFinal-copy.pdf.

[3] Top 10 cable technologies of 2013[EB/OL].[2013-06-13].http://www.fiercecable.com/special-reports/top-10-cable-technologies-2013.

[4] 姚琼.以机顶盒为核心的家庭数字多媒体中心[EB/OL].[2013-06-14].http://www.sarft.net/a/82960.aspx.

[5] 张勇.DVB+OTT有线电视多屏融合业务需求白皮书v0.3[EB/OL].[2013-06-15].http://www.sarft.net/a/82712.aspx.