城域视频点播系统的技术及方案

李之平关承运| 众力传播科技有限公司| 2005-02-23

一、视频点播系统概述　
    视频点播系统是一种按需服务的视频系统(VOD-Video On Demand)。它极大地挑战了传统的视频服务模式即用户只能被动地接收广播的节目，用户没有能力选择节目的内容。但有了视频点播就完全不同了。视频点播服务系统配备有一个很大的节目库，用户可以浏览节目目录，随时点播其中的节目，而系统则根据用户的请求播发相应的节目。这就是视频点播的概念。
    从上述视频点播概念可知要构成视频点播系统有几个必须解决的问题：
                            1. 节目源
                            2. 节目实时播发
                            3. 用户需求反馈
                            4. 用户需求定制

    节目源是提供用户可以看的节目，包括电视台在播节目、各类媒体信息及视频服务商提供的各类节目，它是用户需求的集合；节目播发是让用户知道视频服务商有哪些节目可用；用户反馈是让视频服务商知道特定用户想看什么节目；用户需求定制是视频服务商根据不同用户要求播放相应节目满足用户要求的过程。
    视频点播系统的发展依赖于数字电视技术和数字电视网络的发展，随着一系列DVB标准的出台和数字电视技术日趋成熟，数字有线电视网络已由前期的示范应用发展到目前的全面推广。建立在此基础之上的视频点播系统呼之欲出，市场需求很大，必将成为我国电视数字化过程中一个重要的经济增长点。

二、城域视频点播系统构成
以城市为服务范围设计并构建了模块化的视频点播系统整体框图见图1。

图1 城域视频服务器整体框图

视频点播系统主要由节目采编子系统、信息收发子系统、播出控制子系统、视频服务器系统、计费子系统和网络管理子系统、机顶盒子系统等七大子系统构成，以下几节分别介绍个子系统功能。

2.1 节目采编子系统
    节目采编子系统是整个视频点播系统的节目来源，方案中采用现成的编码器实现各类节目的转化工作，以规定的单节目传输流格式存放，系统附加节目相关信息后存入中心节目库，在合适的时刻由系统的节目分发机制将节目传送到各视频服务器节点。
2.2 信息收发子系统
    信息收发子系统是视频点播系统对外的接口之一，负责接收用户的点播命令，并把用户请求以适当的方式传送给播出控制子系统，其使用的由用户端到服务器端的数据传输通道即所谓的上行信道，可由Cablemodem、网络、电话等多种方法实现，本方案是通过电话实现点播信息的传输，该部分实际上是一个带网络接口的电话网关，将用户点播信息转换并传送给播出控制子系统。
2.3 播出控制子系统
    播出控制子系统是视频点播系统中相对核心的子系统，该部分是掌握信息最密集的系统，主要功能是接收来自信息收发子系统的用户点播请求，根据自己掌握的视频服务器数量及配置情况控制相应视频服务器播发用户点播的节目，同时通过广播信道通知用户到适当的频道接收节目，并把点播信息存入数据库，供计费子系统调用。一个播控子系统可控制多台视频服务器，服务对象是一个小区，由工作站配上相应播控软件构成。城域视频点播系统是通过服务小区的N个子系统并联实现的，实际运行时区域覆盖示意图如图2。

                        图2 视频点播系统服务全城区时的应用示意图
2.4 视频服务器子系统
    视频服务器子系统是视频点播系统的核心部分，主要功能是接收播控子系统的节目点播安排，复用并通过硬件发送节目流，提供接口给数据库管理子系统负责本地节目的更新和维护，一个播控系统内可以有多个并列的视频服务器模块，通过网络与播控子系统连接，每台服务器配置一个节目存储设备（盘阵等），通过4个ASI接口同时发送4*38Mbps速率节目，每个ASI接口输出25个频道，用户点播的节目在其中一个空闲频道中播出。视频服务器子系统是由高档微机配上自主研发的服务器软件及发送卡等部分组成。
2.5 计费子系统
     计费子系统是视频点播系统的费用计算和统计部分，为了方便的进行用户费用管理而设置。
2.6 网络管理子系统
    城域视频点播系统是一个庞大而复杂的系统，它分布区域广，地点分散，给系统维护等都带来很多不便，为了更好的进行系统管理和维护，设立网络管理子系统，收集各小区视频点播系统的运行状况，并可以进行适当的管理。
2.7 机顶盒子系统
    机顶盒子系统是为配合视频服务器端的互动而必须的，标准机顶盒已经不能满足这种互动的要求，它解析服务器播发的节目预报信息，并通过内嵌的电话模块与信息收发子系统连通，发送用户的点播请求，在服务器的下行广播信道等待服务器的点播指配响应，如果点播成功机顶盒则转向相应的频道接收节目。

三、关键技术及解决方案
    要实现视频点播系统需要解决的关键技术问题有：上行信道、节目复用、节目无缝拼接、播出控制、系统容错等。这些问题的实现是视频点播系统最终形成的基础。下面就几个关键问题具体介绍一下实现方法。
3.1 上行信道
    上行信道解决的是视频点播系统中用户点播请求通过何种方式传递给服务器的问题，不少人已经做过这方面的探索，其中包括用Cablemodem、以太网、电话网等作为上行信道，Cablmodem需要解决有线电视网络中的双向改造问题，以太网在面向大众用户时需要解决网络普及和网络费用等问题，本方案用电话网实现，在一个城市中设立一个特服电话号码，根据用户数量设定特服号的容量，从电信网中提取用户点播的拨号信息，并把用户提交信息传送给信息收发服务器，再由服务器根据用户所在的小区信息决定把用户点播请求发往那个播出控制器。
3.2 节目复用
    节目复用是视频服务器的一个核心模块，它解决多个节目流通过一个38Mpbs的传输流发出的问题，我们存储于节目库的节目是单节目的传输流，通过发送卡发出的是多节目的传输流，根据用户点播的节目不同需要将多个低速节目流复用到一个高速流中去，根据DVB标准每路传输流都有严格的包结构和时间要求，节目复用的目的是企图将所有节目的数据包都尽量均匀的分布到复用流中，在遇到冲突时采用特定复用策略处理，本方案采用最小延时策略处理冲突，最小延时指总是先发送等待发送队列中延时最长的包，在复用携带PCR信息的包时根据发送时刻调整PCR信息。我们复用的传输流符合DVB相关规范，在实际测试时，复用流通过发送卡发出，可以被标准机顶盒正确接收，无节目播放马赛克问题，复用流PCR抖动<50ns(标准规定PCR抖动应小于500ns)。节目复用功能示意图见图3。

                        图3 节目复用示意图

3.3 节目无缝拼接
    节目无缝拼接解决的是广告插入和节目连续播放问题，即当一个节目播完换另一个节目或插入广告时，需要将两个不同的节目串接，需要在所谓的节目拼接点进行，并要求拼接后的节目满足PCR连续性要求，拼接后节目经复用和发出后可以被机顶盒正确接收和回放，拼接点处节目连续无马赛克现象。
3.4 播出控制
    播出控制部分是视频点播系统的核心之一，有大量的调度协调工作，通过对所管辖视频服务器的资源的掌握，合理分配用户点播请求和调度视频服务器播出节目。本方案在播控系统中引入虚拟视频服务器概念，在本地维护一个虚拟的视频服务器通过对本地虚拟机的管理和调度完成实际服务器控制。
3.5 系统容错
     系统容错是指在系统出现问题时，系统可以允许一定的出错并可以从错误中恢复，本系统中主要对视频服务器出错和节目库出错问题进行处理，系统中其它部分的容错有待研究。视频服务器出错时，如果服务于该小区的视频服务器多于一个，则由播控自动把该视频服务器上的负载转移到正常运行的视频服务器上，以保证视频点播系统的连续运行。节目库容错，节目库是大数据量的媒体数据，由于视频服务器的应用特点必须每台视频服务器上都装载节目库，这样一来每台视频服务器上的节目库都是镜像关系，当一个视频服务器的某个节目文件损坏时，在播控的控制下可以从相邻视频服务器恢复。

四、试验结果
本文介绍的以城域为服务范围构建的视频点播系统，在各模块完成后对除机顶盒子系统外的其他子系统进行了功能模拟测试，上行点播信息由程序模拟实现，们进行了一个播控带两个视频服务器的实验，测试了每个服务器每个ASI端口输出20个节目的情况，用标准机顶盒收看以检验系统服务性能，在节目播出期间音视频播放完整连续，无马赛克现象。同时测试了用户连续点播时的系统服务性能，系统能够根据视频服务器状态自动均衡负载，用户点播响应及时。测试期间系统无死机或重启现象，系统工作稳定。

五、结论
本文用高档微机配合自主研发的发送卡和相应系统软件构建了一个服务范围广的视频点播系统，系统以小区分割城市区域，在小区内运行一台播控和若干视频服务器，组成相对独立的子系统，通过小区并联达到系统容量增加的目地，可以有效控制成本。节目制作、点播信息收发、收费、网络管理等子系统相对集中，便于系统维护和升级。从实际试验看系统运行稳定，复用信息标准，该方案作为城域视频点播系统的一个实施方案，有着很好的发展前景。

参考文献
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                            [4] EN 300 468: "Digital Video Broadcasting (DVB);
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责任编辑：lmtwadmin

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