视频点播系统的设计和应用

２４・　电　力　孽　锚　￡薹　槽　２００２年第３期　视频点播系统的设计和应用　张恒　（电力自动化研究院通信所，江苏南京２１０００３）　摘要：介绍了组成视频点播系￣（ＶＯＤ）的关键技术、系统结构和ＶＯＤ系统的通信流程；提出并设　计了几种ＶＯＤ实现方案，这些方案综合考虑了系统的传输速率、实时性、交互性、经济性等问题＋　对于ＶＯＤ系统的构建具有很好的参考价值。　关键词：视频点播；视频；服务器；异步转移模式；非对称数字用户线；超高速数字用户线；高速数字　用户线　中图分类号：ＴＮ９４８．６４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００５—７６４１（２００２）０３—００２４一ｏ４　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　往单一、被动的信息获取　方式，而是希望主动参与到节目之中。视频点播　（ｖ＂ｉｄｅｏ　Ｄｅｍａｎｄ，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（机顶盒加电视机　或加计算机）等几个部分组成。Ｖ０Ｄ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｝Ⅱ　、Ｆ］　Ｂ、ＦＴＴＣ、ＡＤＳＬ、　ＶＤＳＬ等多种接人方式。用户机顶盒可根据需要采　用与接人方式匹配的接口，通过电视机、ＰＣ机进行　降　蓼　一《　哪熏制叫Ｉ　Ｉ　巨　Ｉ　解码流　墨二二二率葺　二‘一ｒ～一一一］　—叫　羔器　ｉ～　二］　＝视频／音频／数据的显示和通信。一个典型的ＶＯＤ　结构如图１所示。　ｌ里堡塞　ＤｓＬ　ＨＦｃ　ＦｎＢ　ＨＤｓＬＩ　图１交互式ＶＯＤ系统的组成框图　一般ＶＯＤ系统的通信流程如图２所示。首　先，用户通过自己的ｖＯＤ终端，向就近的ＶＯＤ业　１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　务接人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）向视频服务器发出请求，系统迅速作　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　收稿日期：２００１—０９—１３　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　作者简夼：张恒（１９６２一），男，山东烟台人，高级工程师，主　要从事电力工业洲控技术的研究和开发工作。　￡　蛭豁｛懿　一　　．＿　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００２年第３期　电　力　荤　锚　ｃ童　憎　・２５　用户点播要求相对集中的场合尤为适合。　ｆ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　ＶＯＤ　Ｗｉｔｈ　ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ　ａ。ｃｅ５ｓ　ＩＶｏＤ—　ＶＯＤ视频服务器保存着大量经压缩的图像节　ｉ）和延时交互式视频点播（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　ＶＯＤ　Ｗｉｔｈ　ｄｅ　目并能通过网络为用户提供所需的节目拷贝，也可　ｌａｙｅｄ　ａｃｃｅｓｓ　Ｉｖ０Ｄ～ｄ）两种服务方式。　以包含实时的ＭＰＥＧ编码器来接人实况转播　节　在大量用户同时点播时，服务器的传输速率很　目数据库是一存档系统，保存着大量压缩形式的电　高，同时要求其他相关设备也能支持这种高传输速　影节目，可成批下载给视频服务器。ＶＯＤ视频服务　率，而这很难实现。为此可以在网络边缘（如ＡＴＭ　器通过与用户之间直接的、实时双向交互来控制节　网络前端开关处）设置视频缓冲池，把点播率高的节　目的播放，包括节目的选择、播放过程的开始与终　目复制副缓冲池中，使部分用户只需访问缓冲池即　止，播放速度的控制以及不同节目之间的动态切换　可。若缓冲池中没有要点播的节目，可再去访问服　等，ＶＯＤ视频服务器必须运行相应的软件，协调各　务器，这就减轻了服务器的负担，并可以随着用户数　项动作，同时提供友好的用户界面。　量增加而增加缓冲池。装载缓冲池也可用１５０　Ｍｂ／　ＶＯＤ视频服务器应有如下特征：　Ｓ速率，而从缓冲池中向用户传送节目是用２　Ｍｂ／ｓ　（１）能够存储至少几百小时的图像节目；　速率，这样一个服务器可支持多个用户。　（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　２控制管理系统　支持上千个同时进行而又相互独立的“会话”过程；　控制管理系统是一个信令传输网络，用于管理　（３）具有一套加密及用户访问控制机制来防止　用户到ＶＯＤ视频服务器的连接　由于实际的ＶＯＤ　非法用户访问　系统中可有多个ＶＯＤ视频服务器，因此，控制管理　作为点播系统的核心，ＶＯＤ视频服务器的性能　系统采用两级网关管理，第一级在数字宽带交换系　直接决定系统的总体性能。为了能同时响应多个用　统和传输系统中实现对不同频道的选择，第二级则　户的服务要求，视频服务器一般采用时间片调度算　完成在一个ＶＯＤ视频服务器上对特定节目的选　法。　择。　视频服务器为了能够适应实时、连续稳定的视　ＶＯＤ信令和数据流通路如图４所示。图中，Ｐ　频流，其存储量要大，数据速率要高，并应具备接纳　代表节目信息流通路，ｓ代表信令通路，其中Ｓ３、Ｓ６　控制、请求处理、数据检索、按流传送等多种功能，以　都是预置好的，Ｓ２和Ｓ４在点播时确定。具体过程　确保用户请求在系统资源下的有效服务。存储设备　如下：　应采用９ＣｓＩ接口，　确保高速、并行、多重Ｉ／０总　（１）通过预置信令连通机顶盒和访问人口设　线的能力。基于ＡＴＭ的ＶＯＤ系统，采用的视频服　备，即接通Ｓ３，ＶＯＤ系统将服务清单从人口处传给　务器是以多路自动路由选择开关（ＭＰＳＲ）为中心的　用户；　宽带视频服务器，如图３所示　（２）按用户要求，人口选定有关的视频服务器，　即接通Ｓ４，并提供服务索引；　Ａ　ｎ１模块连接网络　、　—／　＿Ｌ－　（３）Ｓ４的初始化可由机顶盒或视频服务器完　．．．．Ｓ　Ｉ　ｓｃＳＩ　ＳＣＳＩ　ＳＣＳＩ　ＳｅＳＩ　成，并由服务人口提供路由信息，由服务器提供节目　接口　接１　Ｊ　接口　接口　接口　清单；　磁盘　磁盘　磁盘　通信　通信　控翩嚣　控制器　－￣ｌｌｉＪｔ　控制嚣　控制器　（４）用户从节目单中选择节目并将信令传给视　服务器　服务器　服务器　服务器　服务器　频服务器；　接口　接口　接口　接ｕ　接ｕ　。。＾＿●＿＿＿＿＿＿——　—Ｔ—　。＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿——　（５）通过网络操作将节目由视频服务器发到机　ｌ　多线程服务器主板　顶盒，即连通Ｐ１，必要时可将节目从视频库装载到　视频服务器，即连通Ｐ２；　服务器控制器　（６）其他信令通路Ｓ５、Ｓ６都服务于操作中心的　监控、记录等。　圈３一种宽带视频服务器的结构框图　３　ＡＴＭ数字宽带交换系统　这种结构的服务器可提供即时交互式视频点播　图４给出的是具有管理能力、点对点可交换的　稿畦；　蠹■　一。ｉ　量勰　业　一一　维普资讯 http://www.cqvip.com

・２６　电　力　孽　镐　ｃ亟　件　２００２年第３期　业的一般做法是采用ＡＤＳＬ／ＨＤＳＬ／ＶＤＳＬ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。表１列出了三种传　输系统的不同特点。　表１三种传输系统的比较　图４　ＶＯＤ信令和数据流通路图　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　由表１可见，从传输速率、实时性、交互性、经济　不同带宽要求的环境中。　性等方面考虑，三种常见网络中能够作为ＶＯＤ系　视频服务器可根据用户的要求把用户点播的节　统用户接入网的只能是ＰＳＴＮ与ＣＡＴＶ系统。但　目从视频库中取出，并通过ＡＴＭ网络传送给用户。　是ＰＳＴＮ与ＣＡＴＶ系统均需作一定改进：ＰＳＴＮ需　视频信息一般采用ＭＰＥＧ标准压缩编码、装入、　提高速率；ＣＡＴｖ系统则需增加双向通信能力　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服务器，　５用户设备　由网络服务操作中心调配使用。服务人口的功能主　目前用户设备主要有两类结构　第一类结构将　要是根据用户所要求的服务内容将用户与相应的服　网络终端（ＮＴ）从机顶盒分离出来，两者间多采用　务器相连接，一个网络可有多个服务人口．一个服务　Ｅｌ／Ｖ　２４接口，可提供２　Ｍｂ／ｓ下行连接和双向控制　人口也可连接多个用户。服务人口可作为一个独立　连接　将来会出现所谓标准数字家用网（ＤＨＮ），允　的网络部件，也可集成到视频服务器或ＡＴＭ交换　许连接若干机顶盒，并能重新使用现有双绞线或同　中心等其他部件中。服务操作中心是服务提供者用　轴电缆来提供每秒几十个兆比特的带宽。第二种结　来管理和分配信息资源，并为用户提供相关服务操　构将ＮＴ集成进机顶盒，机顶盒的基本功能是对　作的部件。若服务提供者数量大．则服务操作中心　ＭＰＥＧ信号解码并与普遍电视机接口。还有人机　可作为一个独立部件；若服务提供者数量小，则一般　接口、条件接人（编码）、口令控制、智能卡和信用卡　将其集成到视频服务器中　视频库的功能是以压缩　阅读器等其他功能。　编码形式存放信息文档，访问设备则提供网络和用　机顶盒也有低档、高档两类产品　前者由目前　户之间的连接，它一般由位于网络和用户设备　的付费电视解码用的机顶盒演变而成，较便宜，但只　（ＣＰＥ）之间的设备组成。ＣＰＥ包括电视机和录像　有有限的用户接口和处理能力。后者由目前的工作　机、机顶盒及遥控器　ＡＴＭ网络将网络各部件互　站／ＰＣ机演变而成，具有高性能处理平台，包含至少　连，包括“信令”和“节目数据流”．其中节目数据流应　４ＭＢ的存储能力，可提供图形用户接口、语音识　满足用户点播要求的速率，在连接方式上可　是点　别、动画制作和游戏等　对点．或点对多点。　６实现ＶＯＤ的网络结构方案　４传输系统　利用Ｈ｝　实现ＶＯＤ的典型结构如图５所示。　传输系统由干线传输系统和分配系统组成，作　ＨＦＣ结构兼顾目前大楼已有的同轴线缆状况．支持　用是将来自ＶＯＤ视频服务器及其他信号源的信号　现有的和正在出现的窄带和宽带业务。来自ＶＯＤ　送至用户并回送用户的反向信息　干线传输系统可　视频服务器的信号（１５５　Ｍｂ／ｓ）和传统的诸如ＣＡＴＶ　以有光纤、同轴电缆和无线传输方式等供选择；分配　等其他多媒体信号被送人中心点（Ｈｕｂ）进行阐制，　系统有光纤（ＦＩ　ｒｒ【Ｊ）、铜线（ＡＤＳＬ等）、混合光纤同　而Ｈｕｂ则是ＶＯＤ网络中数／模转换的接口：前向通　轴电缆（ＨＦＣ）和无线（ＬＭＤＳ）等实现方式。邮电企　道接收ＶＯＤ数字信号和其他多媒体信号．将其通　ｊ谂　蠹　≮镀　趣　瓤未　＿■　维普资讯 http://www.cqvip.com

２０ｏ２年第３期　电　力　孽　镌　ｃ童　秸　２７・　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Ｈｕｈ的前向射频信号，通过线性放大器处理　ｒＭ交换机和宽带用户环路是发展ＶＯＤ业　务的关键。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　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　ＶＯＤ等宽带业务最大的难题之一。光纤用户环路　（Ｆ１ｖｒＨ、ＦＴＴＣ、Ｆｎ１Ｈ等）以其频带宽、可传高速数　据甚至高清晰度电视、能适应Ｂ—ＩＳＤＮ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　｝Ⅱ］ｓＬ技术，挖掘潜力，发展ＶＯＤ等宽带业务　图５利用ＨＦＣ实现ＶＯＤ的典型结构图　参考文献：　：１］黄孝建数字图像通信　Ｍ］北京：人民邮电出版牡　也可以利用ＡＤＳＬ技术来实现ＶＯＤ，例如在图　１９９８　５的基础上，在光纤节点处和用户端安装ＡＤＳＬ设　［２］｝　ｅ　Ｗｉｍｔｏｎ　ＷｉＬＬｉａｍ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　Ｔｄｅ，，ｉｓｉｏｎ［Ｍ　Ｍｃ—　备，就可实现ＶＯＤ业务以及其他宽带业务，如图６　Ｃｒａｗ—ＨｉＬＬ　ｉｎｅ　１９９４　所示　［３］　Ｋｅｅｒ　Ｇｏｒｄｏｎ．Ａ　Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ＦｕＬＬｖ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｌｖｅ　Ｖｉｄｅｏ　Ｏｎ　Ｄｅｍａｎｄ［Ｊ］．Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ：ｈｒｍｇｅ￣ｕＭｍｔｉｏｎ　艮　喾　１　９９６（８）：１７３—１９０　［４］庾晋，白木，周洁．多媒体通信技术的重要应用［Ｊ］电　力系统通信，２００１（１２）｝１７—２１．　图６利用ＡＤｓＬ实现ＶＯＤ的典型结构图　Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＶＯＤ　ｓｙｓｔｅｍ　ＺＨＡＮＧＨｅｎｇ　（Ｃｏｍｍｔｍｉｃａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ａｕｔｏ．ｎａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｓｎｔｉｍｍ　ｏｆ　Ｓｔａｔｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１０００３，（　ｎａ）　Ａｈｓｔｒ￣ｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｔ　刮ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｎｇ　ｖｉｄｅｏ　ｏｎ　ｄｅｍａｎｄ　ｓｙｓｔｅｍ’ｓ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｏ。ｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｆｌｏｗ　Ｉｔ　ｂｒｉｎｇｓｆｃｍ，，ｏｒｄ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ￣ｓｅｖｅｒａｌ　ｋｉｎｄｓｏｆｔｈｅ　ｒｅａｌｉｚｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅｓｏｆｔｈｅＶＯＤ　ｓＹｓｔｅ［］ｌ　Ｔｈｅｓｅ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｔｏ　ｃ【ｍ　ｄ　ｔｈｅ　ｓ｝￣ｓｔｅｎｌ’　ｓ　ｂａｕｄ　ｒａｔｅ，ｓｏｌｉｄ　Ｆ．３ｕｒ，ｉｎ　ｔｅｍｃｔｉｏｎ，ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｅｔｅ　Ｉｔ　ｗｉｌＬ　ｈａｖｅ　ｔｈｅ　ｇｏｏｄ　ｒｅｆｅｒｅｎｅｅｄ　ｖａｌｕｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏＮ　ＶＯＤ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｋｅｙ　ｗｃ￣ｌｓ：ＶＯＤ；ｖｉｄｅｏ；ｓｅｒｖｅｒｉＡＴＭ；ＡＤＳＬ；ＶＩ￣Ｌ；ＨＤＳＬ　兴通讯中标深圳地铁一期通信总包工程　２００１年１２月６日，中兴通讯公司在深圳地铁一期工程通信系统总包招标中一举中标，合同金额为１．１８　亿元　这是继２０００年１２月１８日中标广州地铁二号线通信系统集成工程后，中兴通讯一年内再次为我国地　铁通信系统国产化做出贡献。　本次招标的范围为深圳地铁一期工程所需要通信系统设备及相关服务的总承包。按照合同要求，中兴　通讯将为深圳地铁一期工程通信系统提供总包项目管理，即按照合同中对设备的功能要求和技术标准．提出　解决方案，选择符合要求的产品，督导设备的生产　安装、调试和现场开通等全过程服务。中兴通讯还将负责　提供深圳地铁一期工程通信系统传输、无线、公务电话、专用电话、闭路电视、广播、时钟、不间断电源、光电缆　等９个子系统的设备、材料供货。　（郭德福．路傻智）