基于HFC网的互动电视系统设计

2020-08-08郑彬辉

科技传播 2020年13期

郑彬辉

交互式电视是数字电视技术、宽带网络有机结合的产物，是有线电视实现数字化的有效途径，是三网融合的核心技术手段。由于宽度网络、数字化信息技术的不断进步，基于双向HFC网络的IPQAM交互式电视系统逐渐成为广播电视网络运营商提供交互式电视服务，增强竞争力的有效工具，并越来越多地用于开发广播电视的交互式电视服务。

1 基于HFC网的IPQAM交互式电视技术原理

IPQAM交互式电视技术方案以双向HFC网络基础，使用多个通道传输视频流、信令信号，以提供视频点播服务。外部视频系统在接收用户的请求后，会使用一个特殊的通道来传输视频流。外部视频系统将单个节目数据流封装到UDP数据包中，然后通过主视频传输网络将其发送到IPQAM进行解封，多个单节目数据流被多路复用为多节目传输流。通过IPQAM对多节目传输流进行调制，然后输出的RF信号通过HFC网发送到机顶盒STB。信号、页面传输、对IPQAM网络管理的访问以及对计费系统的访问都是经由城域IP网络传输的，而交互式机顶盒则通过双向HFC网络接入门户系统，以进行点播交互操作，如图1所示。

图1 基于双向HFC网的IPQAM互动电视系统

外部接口系统包括媒体资源管理，视频点播，业务系统，视频流交换机，页面信令交换机等。主要作用是统计分析报表，推送视频数据流、分类用户、后台调度等。IPQAM设备部署在辅助外部接口（子中心）中，输入信号是封装在IP中的视频数据流，输出信号是使用QAM调制的射频信号。在用户侧配备了交互式机顶盒，基于HFC双向网络、页面信令交换机、城域IP网络连接到内部控制系统和业务系统的服务器，该页面信令交换机提供按需点播和根据信令访问门户网站门户系统的权限。接收到用户的点播请求后，片源（视频流）通过点播视频系统，视频切换器和视频流网络传输到IPQAM系统，IP信号被转换成QAM信号，下行链路信号通过双向有线电视网络的广播信道发送给用户。

2 基于HFC网的IPQAM交互式电视系统设计

2.1 模块划分

根据系统的需要实现的功能，可以划分为8个功能模块。

1）内容集成系统AIS。根据内容管理指令，内容生成系统根据相应要求将节目源进行转码或编码，在将转码或编码后的节目数据输入业务系统，以向最终用户提供数字电视服务。此外，内容生成系统还可以将具有附加服务的某些内容，例如游戏引入增值服务系统。内容制作系统包含一个加密的DRM部分。

2）AMS内容管理系统。该系统的主要作用是管理业务系统中的内容，如根据特定策略对节目内容进行增删改、查询、编播处理。与内容生产系统，流服务系统协调运行，执行相关的业务统计，并生成有关媒体内容或增值业务内容的报告。

3）SMSS流服务系统流。该系统主要负责存储、分发流媒体，为用户提供媒体流服务，用户可以用遥控器对媒体流的进行相应的操控。

4）VAS增值业务系统。主要为用户提供除基本流媒体服务之外的其他服务，例如浏览Internet，视频呼叫，在线游戏，即时通信等。

5）MSPortal多业务门户系统。MSPortal系统为用户提供业务服务的入口界面，通过此系统，用户可以完成节目的浏览、节目点播和收看并可以完成一些与用户相关的自服务项目(比如查询帐户余额，服务类型修改等)。

6）OSS系统是一个业务运营支持系统，运营商可以使用它来管理用户，实现用户开设，用户认证和用户授权，计费扣费管理，定价管理等，OSS系统包含授权的DRM部分。

7）NMS网管系统。NMS系统是完成对全网设备的管理，包括机顶盒和OSS设备的管理。

8）STB机顶盒。位于用户家中的固定设备，该设备连接电视并使用宽带访问和同轴接口，用户可以从运营商系统接收相关服务。机顶盒系统包含解密的DRM部分。

2.2 系统分层

交互式电视系统可以划分成4个层级：支持层，业务层，网络链接层、终端层。

1）支持层。为系统业务开展提供支持，该层模块主要有：用户身份验证和授权，帐户管理，系统设备管理、版权管理等。

2）业务层。业务层提供业务应用服务，如视频点播、直播等，还可以提供各种高级服务，例如视频电话、在线游戏和在线通信。各业务对应不同的业务管理逻辑，业务层为这些业务提供了适当的支持环境。与流相关的服务需要多媒体存储和分发、软件编码处理、软件加密等技术支持。

3）网络链接层。该层包括骨干宽带网，城域网、宽带接入网以及HFC网，是提供交互式电视服务的物理环境。

4）终端层。交互式电视用户使用机顶盒通过IP网、HFC网络接入系统，在电视上获得交互式服务。

2.3 组网方式

具有代表性的交互式电视网络由整个网络的中央节点、多个中继节点以及边缘节点组成。中央节点位于省级网络的前端，中继节点位于城市的前端，边缘节点位于城市分支的前端。

1）中央节点。中央节点是整个系统的运营中心，其功能有以下几点：（1）中央节点聚合和存储交互式电视业务内容，并对内容进行编码，编辑，存储等管理。同时，实现了交互式电视节目内容的入库、编排、审核。源内容打包到各种类型的服务（频道）中，并通过MSPorta页面提供给用户。（2）集中管理和分配业务资源，网络资源，处理和转发信息以进行身份验证和计费。（3）统一规划IP-QAM资源。（4）负责建立和管理会话，访问视频服务器以及提供和管理BILLING授权接口。（5）根据特定的MS策略存储和备份所有视频，并将视频分发到不同的城市。（6）提供统一的用户访问界面，将现有的各种服务资源和各种应用程序提供商集成到门户中供用户使用，用户只需要在门户网站上进行选择即可访问需要的服务。（7）对STB的访问进行集中式身份验证。

2）中继节点。位于城市中心的中继节点为用户提供门户、视频服务。结合实际业务量配置独立门户服务器、视频服务器；提供针对当地用户的特色服务；当没有边缘节点视频服务器的流服务时，该节点提供业务内容的备份和下载服务，还可以直接向终端用户提供服务，为一些没有视频服务器的边缘节点用户直接提供交互电视服务。

3）边缘节点。边缘节点位于城市分支的前端，并配备有对应的视频服务器，该服务器负责提供流媒体服务。主要功能包括对内容进行缓存，分布式服务的实现，以及整个网络同时响应；根据负载均衡为邻近用户提供视频服务。

2.4 机顶盒、IPQAM配对机制

HFC网为树形结构，每个用户都属于一个光节点。用户服务组用于IPQAM和STB配对。手动配置方式无法满足大规模部署需要，因此，机顶盒应能够动态接收用户服务组信息。根据系统频点规划完成IPQAM中各个通道的技术支持代码配置，以保证IPQAM流的技术支持代码在整个网络中都是独一无二的，并且IPQAM通过实时广播PAT表来传输技术支持代码信息。打开机顶盒后将扫描所有可获取的技术支持代码并将其存储在交互式服务频带中。机顶盒可以接收属于一个用户服务组的多个技术支持代码，并且将技术支持代码中的指定字段用于用户服务组检索。机顶盒由SRM资源管理器在客户端会话请求消息中携带用户服务组信息，资源管理器SRM根据用户服务组信息启用对应的IPQAM资源。