视频点播系统与技术

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1、1视频点播系统与技术摘要：随着多媒体技术、通信技术以及硬件存储技术的发展，人们已不再满足以往单一、被动的信息获取方式，而是希望主动参与节目之中。视频点播（VideoonDemand，VOD）正是一种交互式业务，引起有线电视界和通信界的高度重视。 关键词：视频点播前端处理系统宽带交换网络用户接入网 随着多媒体技术、通信技术以及硬件存储技术的发展，人们已不再满足以往单一、被动的信息获取方式，而是希望主动参与节目之中。视频点播（VideoonDemand，VOD）正是一种交互式业务，引起有线电视界和通信界的高度重视。 交互式 VOD 系统由前端处理系统、宽带交换网络、用户接入网、用户终端设备（机顶盒

2、加电视机或加计算机）等几个部分组成。VOD 系统既可采用集中处理结构，也可采用集中管理、分布处理的方式；并可灵活地选用HFC、FTTB、FTTCADSL、VDSL 等多种接入方式，用户机顶盒可根据需要采用与接入方式匹配的接口，通过电视机、PC 机进行视频音频数据的显示和通信。 首先，用户通过自己的 VOD 终端，向就近的 VOD 业务接八点发起第一次通信呼叫，要求使用 VOD 业务，经 VOD 业务上行通路（如计算机网、电信网、有线电视网等）向现频服务器发出请求；系统迅速作出反应，在用户的电视屏幕上显示点播单，并对用户信息进行审核，判定用户身份；用户根据点播单作出选择，要求播放某个节目，系统则

3、根据审核结果，决定是否提供相应的服务。在较短的时间间隔内向指定的设备播放所要求的节目，并随时准备响应新的请求。 2一,前端处理系统 前端处理系统一般由视频服务器、磁盘阵列、节目数据库、播控系统等构成。视频服务器的高速数据传输能力保证了用户对大量的影片、视频节目、游戏、商务信息以及其他服务的近乎即时访问。它的突出优点是若干用户可从不同的时间起点观看同一个节目，避免了精彩节目被一个用户所独占，或某个用户播点后，其他用户只能被动跟随的情况，这对于用户点播要求相对集中的场会尤为适合。 VOD 视频服务器保存着大量经压缩的图像节目并能通过网络为用户提供所需的节目拷贝，也可以包含实时的 MFEG 编码器来

4、接入实况转播。节目数据库是一存档系统，保存着大量压缩形式的电影节目，可成批下载给视频服务器。VOD 视频服务器通过与用户之间直接的、实时双向交互来控制节目的播放，包括节目的选择、播放过程的开始与终止、播放速度的控制以及不同节目之间的动态切换等，VOD 视频服务器必须运行相应的软件协调各项动作；同时提供友好的用户界面。它应具有如下特征： （1）能够存储至少几百小时的图像节目。 （2）如果一个用户对 VOD 服务器随机的动态访问被称为会话过程的话，那么VOD 服务器须能支持上千个同时进行而又相互独立的“会话“过程。 （3）具有一套加密及用户访问控制机制来防止非法用户访问。 作为点播系统的核心，VO

5、D 视频服务器的性能直接决定系统的总体性能。为了能同时响应多个用户的服务要求，视频服务器一般采用时间片调度算法。 视频服务器为了能够适应实时、连续稳定的视频流，其存储量要大，数据速率要高，并应具备接纳控制、请求处理、数据检索、按流传送等多种功能，以确保用户请求在系统资源下的有效服务。存储设备应采用 SCSI 接口，以确保高速、并行、3多重 IO 总线的能力。基于 ATM 的 VOD 系统，采用的视频服务器是以多路自路由选择开关（MPSR）为中心的宽带视频服务器。这种结构的服务器可提供即时交互式视频点播（InteractiveVODwithInstaneousaccess，IVODi）和延时交互

6、式视频点播（InteractiveVODwithdelayedaccessIVODd）两种服务方式。在大量用户同时点播时，服务器的传输速率很高；同时要求其他相关设备也能支持这种高传输速率，这很难实现。为此可以在网络边缘（如 ATM 网络前端开关处）设置视频缓冲池，把点播率高的节目复制到缓冲池中，使部分用户只需访问缓冲池即可，着缓冲池中没有要点播的节目，可再去访问服务器，这减轻了服务器的负担，并可以随着用户增加而增加缓冲池。装载缓冲池可用 150MbS 速率，而从缓冲池中向用户传送节目是用 2MbS 速率，从而一个服务器可支持多个用户。 二,控制管理系统 控制管理系统是一个信令传输网络，用于管理

7、用户到 VOD 视频服务器的连接。由于实际的 VOD 系统中可有多个 VOD 视频服务器，因此，控制管理系统采用两级网关管理，第一级在数字宽带交换系统和传输系统中实现对不同频道的选择；第二级则完成在一个 VOD 视频服务器上对特定节目的选择。 VOD 信令和数据流通路具体过程如下： （1）通过预置信令连通机顶盒和访问人口设备；即接通 S3，VOD 系统将服务清单从人口处传给用户； （2）按用户要求，人口选定相关的视频服务器，即接通 S4，并提供服务素引； （3）S4 的初始化可由机顶盒或视频服务器完成；并由服务人口提供路由信息，由服务器提供节目清单； （4）用户从节目单中选择节目并将信令传给视

8、频服务器； 4（5）通过网络操作将节目由视频服务器发到机顶盒，即连通 P1，必要时可将节目从视频库装载到现频服务器；即连通 P； （6）其他信令通路 S5、S6、S7 都服务于操作中心的监控、记录等。 三,ATM数字定带交换系统 管理能力、点对点可交换的交互式 VOD 系统，其服务器、网络、存取设备、用户预定设备等都能运行于多种类型的视频压缩模式和不同带宽要求的环境中。视频服务器可根据用户的要求把用户点播的节目从视频库中取出，并通过 ATM 网络传送给用户。视频信息一般采用 MPEG 标准压缩编码，装人 ATM 信元，在 ATM 网络中传输。同一个网络中可能有多个信息提供者，因此可以有多个视频

9、服务器，由网络服务操作中心调配使用。服务人口的功能主要是根据用户所要求的服务内容将用户与相应的服务器相连接，一个网络可有多个服务人口，一个服务人口也可连接多个用户。服务人口可作为一个独立的网络部件，也可集成到现频服务器或ATM 交换中心等其他部件中。服务操作中心是服务提供者用来管理和分配信息资源，并为用户提供相关服务操作的部件。若服务提供者数量大，则服务操作中心可作为一个独立部件；若服务提供者数量小，则一般将其集成到现频服务器中。视频库的功能是以压缩编码形式存放信息文档，访问设备则提供网络和用户之间的连接，它一般由位于网络和用户设备（CPE）之间的设备组成。CPE 包括电视机和录像机、机顶盒及

10、遥控器。ATM 网络将网络各部件互连，包括“信令“和“节目数据流“，其中节目数据流应满足用户点播要求的速率，在连接方式上可以是点对点，或点对多点。 四,传输系统 传输系统由干线传输系统和分配系统组成，作用是将来自 VOD 视频服务器及其5他信号源的信息送至用户并回送用户的反向信息。干线传输系统可以有光纤、同轴电缆和无线传输方式等供选择；分配系统有光纤（FITL）、铜线（ADSL 等）、混合光纤同轴电缆（HFC）和无线（LMDS）等实现方式。邮电企业的一般做法是采用ADSLHDSLVDSL 技术，在 PSTN 中传输节目；而广电部门一般采用 HFC 技术，在 CATV 系统中播出节目。 从传输速

11、率、实时性、交互性、经济性等方面考虑，3 种常见网络中能够作为VOD 系统用户接入网的只能是 PSTN 与 CATV 系统。但是，PSTN 与 CATV 系统均需一定改进，PSTN 需提高速率，CATV 系统则需增加双向通信能力。 五,用户设备 目前用户设备主要有两类结构。第一类结构将网络终端（NT）从机顶盒分离开来，两者间多采用 E1V24 接口，可提供 2MbS 下行连接和双向控制连接。将来会出现所谓标准数字家用网（DHN），允许连接若干机顶盒并能重新使用现有双绞线或同轴电缆来提供每秒几十个兆比特的带宽。第二种结构将 NT 集成进机顶盒，机顶盒的基本功能是对 MPEG 信号解码并与普通电视

12、机接口。还有人机接口、条件接入（编码）、口令控制、智能卡和信用卡阅读器等其他功能。 机顶盒也有低档、高档两类产品。前者由目前的付费电视解码用的机顶盒演变而成，较便宜，但只有有限的用户接口和处理能力。后者由目前的工作站PC 机演变而成，具有高性能处理平台，包含至少 4MB 的存储能力，可提供图形用户接口、语音识别、动画制作和游戏等。 六,实现 VOD 的网络结构方案 HFC 结构兼顾目前大楼已有的同轴线缆状况，支持现有的和正在出现的窄带和宽带业务。 6来自 VOD 视频服务器的信号（155Mb/s）和传统的诸如 CATV 等其他多媒体信号被送入中心点（HUb）进行调制，而 HUb 则是 VOD

13、网络中数字模拟转换的接口；前向通道接收 VOD 数字信号和其他多媒体信号，将其通过光纤传送至各节点（NOde）。反向信道接收来自用户端的控制信号，加以处理后，将其送至 ATM 交换机及 VOD 视频服务器。Node 通过光纤干线接收来自 Hub 的前向射频信号；通过线性放大器加以处理后，通过同轴电缆分配网络传送至用户；Node 同时也必须过滤出来自用户的射频反向信号，并把它经过激光器驱动回送给 HUb。 也可利用 ADSL 技术，于光纤节点处和用户瑞安装 ADSL 设备实现 VOD 业务及其他宽带业务。 ATM 交换机和宽带用户环路是发展 VOD 业务的关键技术。使用 ATM 技术的VOD 系统，既能很好地服务于用户，对网络的带宽要求又最小。目前，ATM 交换机已商用化，而用户网的宽带化是开展 VOD 等宽带业务最大的难题之一。光纤用户环路（FTTH、FTTC、FTTB 等）以其频带宽、可传高速数据甚至高清晰度电视、能适应 BISDN 和信息高速公路发展等优点，是未来宽带高速用户环路的发展方向。但由于其投资大，用户难以承受。近期应充分利用 HFC、ADSL 及 HDSL 技术，挖掘潜力，发展 VOD 等宽带业务。