VOD产业小览的论文

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loop),利用现有的双绞线向大多数用户传送26mhz带宽的双向数据,向家庭和商业企业传送图像、电视和数据。telco在美国已拥9400万个家庭用户,有线电视公司拥有大量单向带宽通路,为5800万个家庭提供灵活大容量的光纤网络用以传输各种图像、视频、音频及计算机数据,并具有播出多种电视节目的经验。产业发展历史目前,世界上很多国家,很多大公司都非常重视这项技术，ibm，dec， compaq, sun, fore，toshiba等及台湾的一些厂家已进行了大量的产品开发工作。国内一些公司和部门从1995年开始在一些大城市试验小区的vod服务。从1986年起,南贝尔(bellsouth)已经在hunter greek和heathrow分别作了两个重要的vod实验。1993年,联邦政府批准大西洋贝尔(bell atlantic)有一年时间在现有电话线上进行传送tv视频拨号音试验。紧接着大西洋贝尔的chesaperke和potomac telephone公司被授权在1994年3月对2000个用户进行试验,试验中将mpeg-1压缩视频节目传送到用户的机顶盒,解码后送给用户电视机。此外,nynex公司在1993年6月向曼哈顿(manhattan)居民提供了第一套vod系统。1994年12月14日,在美国召开了关于time warner全业务网(fsn-full sevice network)的新闻发布会,会议将这个日子称为交互式电视诞生日。fsn的概念是两年前time warner公司提出的,使用现有的光纤网及其升级的工业标准协议。后有三个主要合作伙伴共同开发fsn:sgi在视频服务器方面提供合作;scientific atlanta公司在网络底层结构和机顶盒方面提供合作;at&t公司负责atn转换。time warner在奥兰多(orland florida)全业务网试验现场,采用一套4000视频流的设备,它需要1万亿位的存储能力,相当于1500张标准cd-rom盘,约1750小时的压缩视频资料。fsn的开发者十分重视商品化问题,1994年各项技术并没有成熟到让用户满意,预计到1996年才切实可用。那时fsn的机顶盒售价将为300美元,观看影片的价格少于出租录像带的租金,玩游戏的价格每天1美元。美国oracle公司1994年宣布每个视频流费用约600美元,仅为以前价格的1/5,对于一个接入100万订户的vod系统,每年每户费用减少到75美元。oracle的媒体服务器采用视频存储器和巨型并行处理机(n-cube的mpp)。n-cube计算机具有1024个并行处理器,每个处理器可看成是一个视频泵(video pump),在服务器阵列盘上提取数字视频压缩信号(如电影),视频信号的帧被分散到不同盘上。oracle已解决了如何使这些视频泵一同或单独工作的问题,其结果是上千人可以同时观看单一拷贝的一部电影,1台视频服务器能同时传送1700个独立的视频流。oracle还提供oracle media objects,一种用于交互式多媒体创作的编辑工具;oracle media net,一个可将电视和机顶盒设备联接到视频服务器的软件。上述软件具有传送vod的实用性,同时还可用于点播文字、音频和图形业务。其他的,如viacom、nickelodeon、discovery network、sega、intel和general instrument、hp、micropolis、nec和wothern telecom等公司,都正在研制与此有关的产品。sgi公司最近(1995年)宣布了一种新型的交互式电视视频处理器magic carpet,它将支持itv的机顶盒及其他消费类产品的交互式视频。它集成了mips的risc技术和sgi先进的图形引擎技术。magic carpet的潜在产品包括完全服务的交互式电视网络、家庭娱乐系统、数字式电视和录像机。at&t network system、phillips electronics、samsung electronics和time warner cable都宣布支持magic carpet产品。ibm1995年7月宣布建立itv应用开发实验室,选用了microware的数字音频/视频交互式解码系统(david)作为交互式电视应用开发实验室的开发平台。对于那些用电话、有线电视及无线网络的itv解码器,david是一个标准的操作环境。现在已有20多家制造厂商为其解码产品选用了david平台。这些解码产品将用于1995年交互式电视的试运行和大规模连网工程。欧洲进行这类试验的有泛欧atm网络(pean)、全欧网络(gen)及欧洲先进通讯技术研究开发中心(race)等。尤其是英国通讯公司(british telecom)的vod已在工作。这是一次adsl不公开的技术演示,是由英国通讯公司实验室为一个工业小组安排的,点播电视节目和广告,经过本地电话交换机的普通双绞线传输到3公里外的私人住宅。以缩小为一个芯片。通过电话线接收的vod,最后机上可能只包括:一只adsl解码器、一只mpeg解码器、一只微处理器控制器及将视频从电话呼叫中分离出来的滤波器,价格将下降到150200美元。通过一般电话线提供vod业务,技术已很现实,由英国通讯公司(或任何其他国家电讯集团)开办这种业务的真正障碍将是节目权的使用。亚洲韩国的kt(korea telecom)公司已推出vod业务,通过电话线向家庭传送电影和karaoke节目。kt公司1995年6月通过panpo电话局向100个家庭提供vod服务。1995年7月,kt公司打算把这个服务扩展到pusan、taegu和kwangiu的另外1000个家庭。在这次试验中,存储在pan-po电话局计算机中经过编码的vod节目将通过电话线发送给点播人。点播人家中的机顶盒将信号进行解码。在选定某个节目之后的三秒钟内,电视机上将会出现相应的画面,点播人可以进行停止、快进、倒放等操作,就像使用录像机一样。1996年,kt公司打算将其全面商业化。技术及其实质交互式电视系统和分布式多媒体数据库从机理上讲是完全一样的。交互式电视台把新闻和其他节目,经过视频音频压缩技术存储到多媒体数据库中,用户可以通过机顶盒而不是多媒体工作站,点播各种广播节目。这是交互式电视系统与分布式多媒体数据库系统的一个重要区别。交互式电视系统和人机间直接通讯系统一样,数据的传送量和接收量之间有大量的差异。人类的眼脑和耳脑结合可以迅速地接收非常多的信息,而操作键盘和定位设备的手就要慢好几个数量级。使用单键遥控器的交互式电视系统,目前要以每秒兆位的速度传送家用质量的电视,而从遥控器到机顶盒只是每分钟几位的数量级。以宾馆按次付费(ppv)点播电视系统(vod)为例,输入为44位11个数字,而响应输出是每秒192000字节90分钟的图像及声音,不对称性为亿比1。无论是有线电视和电话公司的vod系统,还是蜂窝电视和宾馆点播电视vod系统,都有一个用户扩充和技术更新的问题。要有效地解决上述问题,系统必须设计成模块化,使其具有可扩展性。例如有线电视和电话公司的vod系统,拥有50010万个用户、203000个电影或节目资源是比较经济有效的;就蜂窝电视vod而言,拥有10005000个用户、20300个节目;对于宾馆vod系统,拥有201000个用户,20200个节目资源也是经济有效的。根据目前试范系统的经验,在一个星期中,交互式电视系统大多数节目的选择集中在一个非常小的节目子集中。一个特殊的例子是视频点播收入:不到25个节目提供了97%的收入;在1000到10000个节目中,3368个节目就可满足99%的请求,而39129个节目就可满足%的请求。基于上述的统计,可以选用准点播电视(nvod)的方案。例如将一部90分钟的视频节目(1g字节)组织成10个线程,每个线程偏移9分钟,在点播等待时间,可以播放预先准备的”微型节目”、卡通片及即将播放节目的精选;分钟的新闻提要;1分45秒的公众服务公告;50秒钟的有用的提示;25秒可引用的记录;12秒钟鼓舞人心的消息和12秒正片即将开始的提示。nvod系统可以大大提高每个视频线程的用户量,同时还可以用广告收入贴补用户费用,这样就可以降低整个点播电视系统的费用。另一个值得重视的特点是节目选择时间的集中性。例如一个有4500个用户正观看的视频节目在晚上八点结束,节目结束后,有4300个用户在1分钟之内要选择新的节目,这样每秒钟将会有72个复杂事件等待处理。这就是在vod系统中,设计节目选择计算机和记帐计算机要考虑的问题。交互式电视最常用的是节目间的交互,亦称点播电视(vod)。典型的vod系统主要由下面四部分组成:视频服务器、编码器/路由器、用户请求计算机和记帐计算机及机顶盒。在这里重点讲述两个关键技术:1.视频服务器vod系统为了进行点播电视服务,需要一个大容量存储器和具有高速传输能力的快速检索系统,这就是视频服务器。它的主要功能是:(1)大容量视频存储典型的视频存储器可以有20gb的存储空间(20部90分钟的影片),采用多重单元互连可以提供几倍的20部影片。视频服务器选用的存储体有磁盘、磁带和ram。为了提高性能价格比,较多的采用温彻斯特硬盘。现在单盘可以以2mb/s的速度产生8路视频数据流。为了提高数据传输率、i/o响应时间、可靠性、存储容量及降低费用,大量采用廉价磁盘冗余阵列(raid)技术来制作视频阵列盘。要满足对不太流行的视频节目的需要,必须有二级存储器,通常采用智能化磁带(robotic tape libraries)。由于ram费用太高,只有少量用在cache缓存中。(2)节目检索和服务视频服务器接收所有用户的全部信号对服务器进行控制。服务器控制处理能力要根据应用的不同进行设计。例如,交互较少的点播影片,只需要较少的控制处理能力;而对交互式较多的交互式学习、交互式购物及交互式视频游戏,就需要高性能的计算平台。(3)快速的传输通道视频服务器有一个高速、宽带的下行通道与编码路由器相连,把服务数据(视频、音频及嵌入控制信号的数据)传送给各个用户。sgi宣称它的challenger xl系列通过总线每秒可以传送大约1gb数据。同时,视频服务器还接收来自用户请求计算机的各种反向通路信号。每个用户要求的带宽较低(16kb/s),当然数据量和速率也取决于用户的多少。视频服务器是交互式电视系统最重要的组成部分,也是价钱最贵的设备。目前世界上很多公司都看好视频服务器市场,争先设计销售自己的视频服务器。视频服务器最大的特点是要求数据流的平稳性。例如,希望视频流以精确的帧/s传输,而不像一般计算机网络服务器希望尽可能快地向计算机传送数据。还希望它具有较好的交互性、可靠性及可扩展性。为了提高性能价格比,存储器多数采用视频磁盘结构。为了尽量满足上述指标要求,视频磁盘要能够:识别错误而不是中止视频流来改正它;利用顺序寻址适应视频数据的固有特性;尽可能在视频流利用自识别的嵌入地址,而不必重新校准;利用磁盘宽带的优点从一个磁盘产生多个视频流(满足vhs质量,从一个磁盘驱动器可以产生3到18个顺序访问的视频流);提供适于视频记录和重播的简单命令集。已经开发了三种基本的视频服务器结构;在通用主机上实现的视频服务器;用紧耦合多处理器实现的视频服务器;专门设计的多线程视频服务器,又叫调谐视频服务器(tuned video server)。通用主机的方法是最容易实现的方案,但是费用较高,可靠性取决于主机系统。紧耦合多处理器方法能处理更多的并行节目,比主机方法便宜一些。因为它拥有更多的冗余,可靠性高于主机方案。专用的多线程视频服务器的设计目标就是针对视频服务应用的,视频服务器首先是一个数据传送系统,它不需要大量的计算处理能力。所以采用扩充的模块化结构,支持多个并行数字通道是可行的。每个数据通路都能支持多个视频线程。由于设计时留有大量冗余,所以它的可靠性比前两种有了较多的提高。为了提高编程的有效性,调谐视频服务器设计了专用的指令系统,又增加了专用的函数调用,使得访问atm网变得更容易了。调谐视频服务器 有一个灵巧的调谐视频服务器母板,它可以连接多个服务控制器,支持50个磁盘驱动器和750线程的电子盒。多个这种电子盒可以通过标准的atm交换器互连到多路电缆系统中。要扩充系统只要增加更多的磁盘控制卡,磁盘控制卡符合标准的scsi接口,并连接到每个磁盘驱动器。调谐视频服务器的母板除了联接atm打包器外还联接控制计算机。2.电视机机顶盒电视机机顶盒是vod系统用于节目选择凡与vod系统交互通讯的用户室内设备。它应该具有以下功能:(1)指示用户室内设备、网络传输和节目资源的状态,在用户的电视屏幕上显示服务公司及信息提供者所给出的信息和菜单。(2)把用户的选择传送给服务中心或信息提供者。(3)提供用户基本的控制功能,如电源的开/关、选择vod或标准电视操作。(4)控制用户的电视或盒式录像机。(5)交互式购物。(6)交互式教学。(7)与家用计算机接口。(8)数据传输。(9)公用设备监测。(10)传输性能的遥测反馈。机顶盒是交互式电视系统的终端,已从一个多频率调谐器和解码器变为大量电影、多媒体事件、新闻等联机数据库的前端控制。它能够进行节目选择、观看时间选择、系统功能(诊断、状态、出错处理及控制等)、命令整理、菜单浏览、家庭采购、交互式游戏、电视机控制、随机场景选择、审查帐单及费用控制等。它的组成部分有:数字调谐器,atm处理单元、adsl接口、图像和声音的解压缩、nisc、pal、secam或rgb编码、双向通路接口、远程控制接口、内存接口及扩展接口。机顶盒设计的一条重要原则是开放式结构,以便为用户提供更多的服务。这是因为:采用开放式结构,并不冻结在现有技术。它与网络有效连接。采用模块化结构,具有灵活的可扩充性。如全功能catv 150机顶盒不仅仅是一个调谐器,也是一个视频服务器远程控制单元,通过atm网络与视频服务器相连,提供与视频服务器双向、全双工的通信。它与视频服务器通信包括如下信息:观看者的菜单选择、硬件/线路的诊断状态、节目卸载请求等。目前,不同的候选频率正在考虑,它包括低频带(从1040mhz)及放在频谱高端的带外频段。机顶盒和视频服务器之间的通信是十分不对称的,即从端头器发向每个机顶盒的信息比返回的信息要高出几个数量级。类似地,到机顶盒的带外信号只需较小的带宽(5%到10%)。通过使用数字可编程调谐器和带外信号调制解调器,电缆特性可由机顶盒自动决定,或由操作者定义,以便一个机顶盒能够适应不同的catv系统结构。比较典型的是telco vod系统的机顶盒。在应用中,分离的双绞线从中心办公室(co)连到每个不同的用户,即每个用户都有自己专用的双绞线,带宽为到6mhz。这一带宽足够传送vhs质量到广播级质量压缩的数字或tv信号。telco采用aqsl技术(非对称数字式用户线路),允许压缩视频、音频及返回数据共存。简易的老式电话业务(pots)大约占据了开始的5khz带宽,返回通路占据了下一个10khz带宽,留给压缩的视频和音频。telco机顶盒与catv机顶盒的最大区别是不需要数字调谐器,因为仅有一个压缩的视频音频信号传给它,而不像catv机顶盒要从同轴电缆上成百个压缩的视频音频信号中进行选择。机顶盒的简单工作原理如下: 控制系统:或称系统微处理器,是机顶盒的心脏。它从rom中读取启动(自举)程序,并把机顶盒功能程序和动态数据存到ram中。与其他机顶盒的功能块一起,由微处理器通过总线把它们和谐地组织起来,共同完成机顶盒的整体功能。数字调谐器:从控制系统接收指令,通告它有关传输层的类型、带宽、频率、解调方式和解码信息。在初始化之后,它给atm处理器传送一个包括多个程序和程序线程的数字或数据流。数字式调谐器要选择的每个频率可以是不同组的并发节目,每个组在不同的频率间隔可以有2100节目。atm处理器:从数字式调谐器接收多组数据,通过控制系统模块命令控制它选择相应的数据包。例如,选择一个带有确定虚或实地址的数据包,舍弃其他的数据包,特定地址的数据包将与特定节目相对应。atm处理器将所选择的数据分成三个流:视频流、音频流和一个反馈给控制系统模块的数据流。音频流送给音频解压缩器,视频流送给视频解压缩器,来自端头器(headend)的控制信息定义了解码算法、观看限制、图像分辨率及画面长宽比等。atm处理器还收集了传输中的错误状态等信息,必要时将此信息传给控制系统模块,以便与端头器联系。adsl接口:它的任务是将telco非对称数字式用户线路数据传送给机顶盒,以及将机顶盒的数据传给telco的ad-sl。它能够把压缩的数字式音频和视频信号通过信号处理器传送给开放式视频和音频解码电路。开放式视频解压缩器:从控制系统接收信息指示它如何解压缩视频,从atm处理器接收压缩的视频数据,解压缩后送给nisc/pal/secam编码器。开放式视频解压缩器是微码引擎(microcode engine)的dsp(digital signal processor)。它从控制系统接收解压缩的微码,一旦装进了适当的基于某种算法的微码(如jpeg、mpeg-及mpeg),就能对当前的视频压缩数据进行解压缩。这些微码解压缩算法,可以在节目间更换,甚至可以在场景间更换,允许正在显示的场景使用最好的解压缩技术。开放式音频解压缩器:与视频解压缩器一样,从控制系统接收音频解压缩算法。从atm处理器接收压缩的音频数据由音频解压缩器解压缩后,将其送到tv的左、右立体声道。它也采用可编程的微码dsp结构,以便适应不同的音频编码方法(g711、g721及g728)以及算法的改进和更新。nisc/pal/secam编码器:将解压缩的视频信号yvv或rgb编码成现有国际标准电视接收机能够接收的ntsc/pal/secam制式。带外信号调制解调器:提供了机顶盒控制系统和catv端头器视频服务器之间的接口。在telco系统中,它提供了到机顶盒的全双工数据通信;在catv系统中,它定义了哪个实或虚地址被解码。在上述两种应用中,它提供如何解压缩、解码和解密,并控制节目费用、节目线程的定时、菜单和漫游信息、带宽规划、电子节目导引(epg)信息、自举等。这个子系统将顾客需求、系统状态、诊断反应等通知给端头器。ir远程接口:提供通用的ir远程控制设备的接口,如单键遥控器。它能够提供所需的全双工能力。总结综上所述,点播电视系统的关键技术:视频服务器技术、机顶盒技术(多媒体终端技术)及atm网络技术,也是分布式多媒体数据库、视频会议系统以及计算机支持的协同工作或协同编辑系统(cs