基于IPQAM的数字互动电视平台

1、基于IP-QAM的数字互动电视系统中广有线XXX分公司2008年5月基于IP-QAM的数字互动电视系统【提要】 本文详细介绍了XXX市开展互动电视系统建设的技术应用特点及实现方式。【关键字】数字互动电视 IP-QAM引言中广有线XXX分公司建设数字互动电视项目，该项目是在实现数字电视整体转换的基础上，利用双向的HFC网络结合IP-QAM技术，实现互动电视业务的开展。用以丰富数字电视产品结构，培育新的经济增长点，以最快的速度、最低的成本、最安全的方式实现跨越式发展。一、XXX互动电视系统的设计原则互动电视平台建设的总体原则是总体规划、分布实施、安全稳定、合理运营。互动电视平台作为一个高安全性的运

2、营平台系统同时也是一个集成视频系统平台，要求符合以下几个原则：（1）先进性和实用性互动电视平台的设计要采用先进的概念、技术和方法，达到国际领先国内一流的水平。系统除支持交互MPEG2 视频节目，可以与其它媒体格式如H.264 等兼容。（2）标准性和开放性系统设计遵循标准性和开放性原则，交互数字电视平台的各项技术和设备尽量符合国际、国内和行业内有关标准：整个系统符合ISA 架构，采用基于HTTP、RTSP 和DSM-CC 控制协议。提供开放的协议接口，使得交互数字电视平台具有良好的互操作性。（3）可靠性和安全性在考虑技术先进性的同时，还应从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理及维护等方面着手，

3、确保系统运行的可靠性和稳定性。能够采用故障检查、告警和处理机制，保证数据不因意外情况丢失或损坏；采用灵活的任务调度机制实现负载均衡，防止“瓶颈”产生，达到最大的平均无故障时间。在系统发生故障时，应当尽量做到无缝倒换。为了确保整个系统的可靠稳定，在系统设计和设备选型上，重点关注已经大规模使用并具有长时间稳定可靠运行实例的产品和方案。另外，在系统设计上提供了冗余备份方案，以便在发生故障时可以迅速应变和容错运行，确保系统运营的安全可靠。（4）灵活性和可扩展性系统设计中充分考虑了灵活性和可升级性。系统硬件、软件采用模块化设计，将来随着业务种类的增加和用户数量的增长，系统可以平滑升级。具体的系统设计当中

4、都提供了系统扩展方案。（5）可运营和可管理系统具有先进完善的运行管理和监控，对主要设备提供性能检测、记录、告警，并可以自动诊断和恢复，在主用设备发生故障时可以无缝隙地切换到备用设备，不影响正常业务的进行。二、互动电视系统的设计思路2.1 互动电视系统的建设要求互动电视系统由前端平台，承载网络和终端设备组成。在实际的系统建设中主要考虑以下几点建设要求。2.1.1 编码和码流量选择视频编码是互动电视系统中重要的要素。根据目前编码技术的发展和已公布的编码标准，数字电视和数字互动电视大多选择MPEG-2、MPEG-4标准。MPEG-2标准用于广播电视和DVD等，MPEG-4是一个适用于低传输速率应用的

5、方案，与MPEG-2相比，MPEG-4更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。近年来推出的H.264技术被公认为今后视频编码的主流方向，H.264标准的推出，是视频编码标准的一次重要进步，它与现有的MPEG-2、MPEG-4相比，具有明显的优越性，特别是在编码效率上的提高，使之能用于许多新的领域。AVS是我国自己推出的视频编码标准，正处于产业化进程中。我们在目前开展数字互动电视业务时采用的编码技术主要是MPEG-2为主，考虑到系统的扩展及未来的发展方向，系统兼容MPEG-4、H.264及AVS视频格式。目前单向数字电视系统采用64QAM调制，在8MHz内可用38Mbps的码流同时传6套节目。互动电

6、视系统的节目流主要用边缘调制器IP-QAM来传送，每个节目流以3.75Mbps的码流传送。在一个模拟8MHz内可传送10个并发流。2.1.2 节目源及分发互动电视系统的节目源一般有三大类，即来自电影或电视剧的视频点播源，来自卫星等实时电视的时移电视源和网站或现场采集的信息媒体。在具体的节目来源方面，我们与其他内容提供商合作，借用其丰富的节目资源，采用波分复用技术利用光纤网络传输，很好的解决了节目的来源问题。在节目分发方面采用IP-QAM技术，走HFC网络的下行通道分发。结合有线电视运营商的网络特点，采用成熟的IP-QAM技术是在HFC网络实现节目下行分发传输的最佳方案。2.1.3 用户覆盖由于

7、互动电视系统具备点对点的点播特性，以每个节目3.75Mbps的码流传送计算，若一个边缘前端同时提供240个并发节目流，此时节目流最大可达900Mbps的码流，即达到了千兆以太网承载的能力。一台IP-QAM设备满配情况下可设置24个频点，采用64QAM调制方式，能提供38x24=912Mbps带宽，完全可以满足要求。由于频点资源有限，不可能把所有的频点资源都用于交互业务，所以采用边缘QAM最为实际，可以只用若干个频点用于交互数字电视业务，每个区域对应的边缘QAM 输出端口都使用相同的一组频点（该组频点用于交互数字电视业务），实现频点资源的复用。2.1.4终端设备互动电视系统的终端设备按接口分有几

8、种类型，即单以太口机顶盒、双接口机顶盒和单RF口机顶盒。不同接口的双向机顶盒应用于不同的互动电视系统。A、单以太口的双向机顶盒只应用于以太网络为承载网络的互动电视系统。B、双接口机顶盒即有一个以太网络接口和一个单向RF接口的双向机顶盒。它应用于双网络的互动电视系统。C、单RF口机顶盒应用于以双向HFC网络为承载网络的互动电视系统。由于在双向HFC网络上构建信令系统早期是借助于机顶盒内置的CM和前端CMTS所构成的以太网来完成，这类单RF口机顶盒除新增加内置的CM外，其余功能与双接口机顶盒相似。2.2 互动电视系统的承载网络数字互动电视系统是基于HFC网络，建立在广电传统业务之上的一种实现方案，

9、这种方式可以充分发挥HFC和IP“双向、交互”的优势。以下为互动电视系统的网络承载解决方案的几种方式。2.2.1 以太网承载的IPTV系统IPTV系统是电信运营商提供视频服务的互动电视系统，它是电信网络构建的以太网络上提供视频节目服务。由于IPTV系统一般采用MPEG-4或H264对视频编码，则系统要求每个视频节目码流在2Mbps左右。因此，IPTV要求系统的入户带宽至少是2Mbps。户内多终端问题即在一户内若要两台(或多台)电视机同时开通IPTV服务，这时入户带宽须在6Mbps左右，宽带接入压力明显。系统示意图如图1所示。图1以太网承载的IPTV系统2.2.2 双网承载的互动电视系统通过一张

10、独立的以太网络(五类线或EPON)来实现信令交换，用单向HFC网络结合IP-QAM传送视频流的方式，开展互动电视业务。双网络互动电视系统充分利用单向HFC网络优秀的广播特性和下行巨大的频带资源(或速率)优势，结合IP-QAM技术，将互动电视的业务码流播出。再借助已有的以太网络(含用EPON构建的以太网络)资源，在双接口机顶盒上实现数互动电视业务，系统示意图如图2所示。图2 双网承载的互动电视系统2.2.3 双向HFC承载的互动电视系统采用广电行业成熟的双向HFC网络，采用空分、频分和时分三种方式，解决了下行带宽，户内位置和多终端问题，同时通过CMTS与CM建立的数据通道或多载波系统构建的独立信

11、令通道，在一张HFC网络上完成了对互动电视系统的承载。双向HFC承载网络解决了带宽瓶颈、接入问题和户内问题，是一种发展潜力巨大的承载网络。利用单缆CM互动电视系统在双向HFC网络上开展互动电视业务。单缆CM 互动电视系统将占用码流较大的视频流通过IP-QAM调制成射频信号，从双向HFC网络的下行通道播出，利用CMTS和内置于双向机顶盒内(或者独立外置)的CM来构建互动电视的信令通道，完成互动电视业务的开展。系统示意图如图3所示。图3双向HFC承载的互动电视系统2.2.4 选择IP-QAM+CMTS方式做为承载网络以太网做为承载网络有明显的带宽瓶颈，采用双网承载（EPON）方案为维护两张网会带来

12、很大的维护压力与成本投入。所以，结合我市的实际网络情况，在实现双向网络的基础上，采用IP-QAM+CMTS方式，来开展数字互动电视业务。HFC+CMTS这种接入方式充分利用现有的有线电视网络资源，在实现对有线电视网络的光接收机与放大器进行双向改造的情况下，对于已经改造好的双向HFC+CMTS网络用IPQAM方式实现互动业务，是最简便最符合实际情况的。三、互动电视系统构成与设计3.1互动电视平台的系统组成XXX互动电视平台系统采取IP+QAM模式规划与建设，IP+QAM模式部署快、投资少能够满足高接入率下的互动电视业务的开展。平台主要包括视频管理系统、业务门户系统、业务运行管理系统、业务内容管理

13、系统、 IPQAM传输系统、以及相应的网络设计(骨干流传输网络、信令交互网络和内部管理网络)。(1) 视频管理系统视频管理系统包括：资源管理服务器、视频服务器和节目存储系统。资源管理服务器主要负责协调视频服务器、客户端STB和IP-QAM 以及相应的业务门户系统、业务运行管理系统共同完成用户的点播过程。视频服务器主要为用户提供视频节目流目前主要视音频传输码流为375Mbps按照每干兆输出带宽900Mbps计算则每干兆口可支持240个并发流；根据用户的多少增减视频服务器干兆口数量。视频服务器支持分布或集中部署。(2) 业务门户系统业务门户系统主要为STB客户端提供交互EPG包括节目导航、在线交易

14、等。该系统由相应的应用服务器和软件实现。(3) 业务运行管理系统以用户的实际业务流程为目标通过子模块对用户业务流程中的各个环节进行控制、管理，系统产品营销管理、用户权限管理、计费、统计、网管等子模块。(4) 业务内容管理系统业务内容管理系统包括EPG及节目内容的制作、管理。EPG 制作及管理包含模板管理和元信息管理节目内容的制作和管理提供与现有媒资系统的接口支持PULL或者PUSH的方式来实现对现有媒资的内容访问和读取；有专用的内容制作和管理功能模块，主要实现内容审核、内容归档及入库、内容编排、内容定价策略、内容发布、内容分发等工作。(5) IP-QAM 传输系统上行采用CMTS接入方式，保证

15、各类型的用户的接入，每台IP-QAM设备设置24个频点，采用64QAM调制方式，能提供38x24=912Mbps带宽。因为频点资源有限，不可能把所有的频点资源都用于交互业务，决定采用边缘QAM，所以可以只采用若干个频点用于交互数字电视业务，每个区域对应的边缘QAM 输出端口都使用相同的一组频点（该组频点用于交互数字电视业务），实现频点资源的复用。(6) 互动电视系统与其他系统的接口包括与SMS系统的接口、与计费系统的接口、与媒资系统的接口、与资源管理系统的接口、与CA系统的接口等。3.2 IP-QAM设备简介及参数设置在本系统中，IPQAM设备是组网的核心部件，IPQAM方式可以充分发挥HFC

16、和IP网络的优势，将两者完美地结合起来。在此次系统建设中采用科学亚特兰大的Continuum DVP eXtra 密集型QAM阵列24 (XDQA24)设备。该设备支持：XoD、广播、交换数字广播和数据应用，包含了GbE 接口，路由，复用，QAM调制和上变频等功能。该设备可同时提供窄播和广播服务，热插拔设计使模块中的QAM 模块可根据需要随时插入，并自动进行系统设置，将安装和维护的时间减少到最小。其密集型QAM阵列可利用网页浏览器接入方式的嵌入式用户接口进行配置。并提供一个以太网端口专用为系统管理和控制。还兼容开放型的通讯协议（SNMP）可用于与VOD 管理系统联接，及基于SNMP协议网管软件

17、的管理。单台设备满配可插入6块QAM调制器卡，可设置24个频点，采用64QAM调制方式可在8Mhz的频带资源内提供38Mbps的带宽，24频点能提供38x24=912Mbps带宽。3.3 IP-QAM结合CMTS的实现在整个系统中IPQAM技术和设备做数据转换，在骨干网和接入网分别以不同的方式传输数据。在总前端和分前端之间即广电骨干网上，以IP形式采用单播来分发节目流或文件，经过IPQAM设备后转为RF信号广播到HFC接入网上。当用户的点播请求被重定向到流服务器后，流服务器并不直接把视频流通过IP网络传输给STB，而是将视频流以恰当的封包形式输出至IPQAM 设备，IPQAM将视频流调制成RF

18、，通过HFC网络传输给STB，STB对视频流进行解调和解码。IPQAM视频点播方式中，音视频编码协议仍然采用MPEG-2协议，传输采用HFC广播通道，业务层采用DVB协议，用户点播信息通HFC+CMTS网络实现与前端的交互；视频服务器等相关部件放置在中心机房，数字电视信号的混频在前端或分前端完成；交互网络承载控制信令和交互页面，广播网络承载视频业务。图3-1 所示的IP-QAM方式的互动数字电视系统的网络构架图下行信号流程：VOD Server(MOTO B-1 Server)响应点播请求，将单节目传输流(SPTS) 封装成UDP包经IP分发网络传输至IPQAM，IPQAM完成解封装并将多个SPTS流复用成多节目传