关注J 江苏有线交互平台(二)
计军用技
互动电视系统的应用
·梅俊杰等
本文作者梅俊杰先生，江苏省广电有线信息
网络股份有限公司南京分公司工程师 ， 李滩
先生，科长，胡晓晨先生.葛雨先生，工程师。
2012年8 月 9 日收到 。
本文作者梅俊杰先笠
引言
伴随着有线数字电视整体转换的
进行，广电运营商正在积极地寻找更高
户均收入值的增值业务，互动电视业务
被寄予厚望。 互动电视是数字电视和
交互网络技术相互融合的产物 1 是有线
电视达到数字化、网络化与信息化目标
的重要技术跨越。 推出互动电视业务
势在必行，广电运营商需要充分利用现
有资源来构建一个适合广电业务发展，
并能够快速开展业务 、 产生经济效益的
互动电视平台 。
目前 ， 互动电视业务的承载模式
主要有两种: 一是 IPTV模式 ， 交互点
播信息和点播节目流都通过宽带 IP 网
络传输 ，需要在原有 HFC 网络基础上 ，
新建一张可以承载用户点播节目流的
IP城域网，需要增加大量高性能的网
络核心层 、 汇聚层设备，同时对接入网
络进行宽带化改造;二是 IP+QAM模
式 ，即交互点播信息通过宽带 I P 网络
传输，点播节目流通过部署在分前端
的 I PQAM设备混入HFC网络 3 该模式
简化了网络设计 ， 降低了业务对交互通
道的带宽与服务质量的要求，是一种部
署快 、 投资少 、 能最快见效的技术方式 1
能够满足高接入率下的互动电视业务
的开展需求 。
江苏有线互动电视系统采用
IP+QAM 的模式，视频点播服务器输出
的节目流视频部分采用 的
MPEG -2 流，经过 64QAM 信号调制，
通过使用 1 6 个 8MHz频道在 HFC网络
上进行传输。 由于 HFC 网络上可供互
动电视使用的频道资源有限 ，同时随着
高清互动电视的逐步推广 ，对传输网络
带宽资源的需求将不断增加，势必将无
法满足用户日益增长的点播需求。 如
果能够将统计复用技术应用到互动电
视系统中，提高带宽资源的利用率，将
有效节约互动电视系统扩窑戚本 ， 有利
于互动电视业务的大力推广。
一基于IP+QAM模式的
五动电视系统架构
基于 I P+QAM模式的互动电视系
统 ， 如图 1 ， 视频点播服务器系统在接
到用户机顶盒的点播请求后将节目流
通过网络送到 IPQAM设备，经过复用、
调制，射频输出后送到 HFC传输网络，
最后在用户端通过机顶盒接收。
下行信号流程:视频点播服务器
系统响应用户点播请求，将单节目传输
流 (SPTS)封装成 UDP包经省 I P 骨干网
络传输至各地市视频汇聚交换机，再由
各地市视频汇聚交换机传输至各分机
FD Aa斗哼吨‘1 nU η，4 ι 叫，4& ,,, 1 饨琦罔问梧阳*川抛耐囡付世世』
统计复用技术在互动电视系统的应用
/IJ 1 基于IPQAM设备的互动喧视~统
房的 IPOAM设备， IPOAM设备完成解
封装并将多个单节目传输流复用成多
节目传输流(MPTS)，多节目传输流经
IPOAM设备调制输出为射频信号 ， 通
过HFC网络传输到机顶盒。
上行信号流程:用户通过本地
HFC网络的上行通道或其它宽带接入
方式接入到各地市的城域网，再通过
省 IP骨干网络连接到省互动电视中心
的核心数据交换机，获取所需的页面
信息 ， 并通过 DSM-CC (SSP, LSCP) 、
RTSP等协议完成与视频点播服务器系
统之间的点播信令交互。
点播流程 : 用户通过机顶盒发送
点播信息，通过搭建HFC 回传通道或
其它宽带接入方式，将点播请求发送
到视频点播后台管理服务器。 视频点
播后台管理服务器检查是否有可用的
OAM资源和节目资源，通知视频点播
服务器向指定 IPOAM设备的指定UDP
端口推送机顶盒点播的节目流， IPOAM
设备射频输出的信号与数字电视信号
混合，送到 HFC传输网络，视频点播服
务器创建节目流成功后，后台管理服务
器通知机顶盒到指定频道指定节目号
46 I 1/2 . 2013 IBN Vo l. 20 NO .1
接收该点播节目流。
三统计复用的概念
目前统计复用技术被广泛地应用
于广播式数字电视系统中，可有效地
节省传输带宽。 同样统计复用技术也
可以应用于基于IP+OAM模式的互动
电视系统中，降低点播节目流的传输成
本。
"统计复用"实际上是时分复用技
术的一种，全称叫做"统计肘分多路复
用
复用\ 所谓"异步"或是"统计是
因为它利用公共信道"时陪"的方法，
与传统的时分复用方法不同。 传统的
时分复用接入的每个终端都固定地分
配了一个公共信道的一个
时隙，是对号入座的，不管
这个终端是否正在工作都
占用蕾这个时醋，这就使时
隙常常被浪费。 而又因为
终端和时隙是"对号入座"
的，所以它们是"同步" 的 。
异步时分复用或统计时分 图3 统it再复用
· 江苏有钱交互平台(二
复用是把公共信道的时陆实行"按需分
配'\ 即只对那些需要传送信息或正在
工作的终端才分配给时隙，这样就使所
有的时隐都能饱和地得到使用，可以使
服务的终端数大于时隙的个数 ， 提高了
媒介的利用率，从而起到了 '复用 " 的
作用 。 经过统计分析 ， 统计复用可比
传统的时分复用提高传输效率2-4倍。
这种复用的主要特点是动态地分配信
道时隙，所以统计复用又叫做"动态复
用'。
在数字电视系统中，统计复用分
为两种，一种是普通的统计复用(如图2
所示)，它是根据编码器压缩所需要的码
率与图像内容之间的关系 ， 在固定复用
器输出总码率的情况下 ， 对多个节目流
进行联合控制，达到多节目流尽量合理
地共享总码率。 它必须是编码器与复
用器联合工作，且编码器必须具有动态
码率控制的功能。
另一种是统计再复用(如图3所示)，
它对输入的传输流进行分析后，得出哪
些图像成分此刻为低速，哪些图像成分
此刻为高速，然后再据此对传输液中的
数据进行处理 ， 使低速成分占用更低的
/IJ2 -~统计复用
统计.复用器
统计复用技术在互动电视系统的应用 飞 ' 江苏有结交互平台(三)
比特率，而高速成分占用高比特率(以
此执行虚拟的解/编码过程)，且其总输
出码率是固定的，无须与编码器联合工
作。
显然后一种统计复用的方式性价
比更高，据了解约为前者价格的 1 /5 ，
且后一种方式中的编码压缩器可在带
宽不紧张时不使用 。
数字电视节目复用器主要完成对
MPEG-2传输流的再复用功能 ， 形成多
节目传输流 ， 用于数字电视节目的传输
任务。 互动电视中的统计复用同样需
要完成对 MPEG-2传输流的再复用功
能 1 但不是形成多节目传输流 ， 而是仍
形成单节目传输流经过传输网络 ， 送到
IPQAM设备进行处理。
实现统计复用的关键因素 : 一是
对图像序列随时进行复杂程度评估，有
主观评估和客观评估两种方法;二是
适时地进行视频业务的带宽动态分配。
使用统计复用技术可以提高压缩效率 1
改进图像质量 ， 便于在单个频道中传输
多套节目 ， 节约传输戚本 。
四统计复用技术在互动电视
系统中的现实意义
以江苏有线为例 ， 江苏有线互动
电视系统覆盖了全省 13个地市和部分
县级市 ， 随着各地对互动电视业务的
大力推广 ， 互动电视用户数量快速增
长 ， 用户点播的并发数也随之大幅上
升 ， 现有互动电视系统传输设备的带
宽已经对五动电视业务的发展存在着
制约 。
(1 )省互动电视中心与地市互联的
万兆节目流传输通道已无法满足需求 ，
例如个别地区点播高峰期肘 ， 万兆链
路负荷可达 80% ， 需对万兆通道进行
扩窑 1 新增加一个万兆通道。 由于增加
万兆通道的代价较高 ， 且可能无法在短
时间内完成，因此需要考虑采用其它方
案进行应急处理。
(2) 个别地市的部分机房所部署的
IPQAM设备已无法满足该区域用户的
点播需求 ， 急需进行 IPQAM设备扩容。
例如当区域A点播量大幅上升 ， 该地区
部署的 IPQAM设备已无法满足用户的
点播需求时 ， 目前采用以下方法进行扩
F善目
舍。
IPQAM 设备扩容前后请见图4 、
图 5 0
新增加 IPQAM服务分组 3，并将
区域A分裂为两个区域:区域A和区
域 C ; IPQAM服务分组 1 用来覆盖区域
A ， IPQAM服务分组3用来覆盖区域C。
采用该方案需增加 IPQAM设备 、 光纤
通道资源 、 光节点设备和线路修改所需
的人工费用等 ， 且无法做到随时进行扩
容 1 需提前做好大量的准备工作。
若号|入统计复用技术 ， 对视频点
播服务器输出的点播节目流进行处理 ，
在不影响视频图像质量的情况下 ， 将单
频道传输的节目流数量增加 50% ， 也就
是说原来单个频道只能传输8个点播
节目流，采用统计复用技术后，单个频
道可传输 12 个点播节目流。 这种情况
下 ， 万兆通道和已部署的 IPQAM设备
的容量都相当于提高了 50% ， 而无需增
加其它设备及线路改造等费用 ， 如图6
所示。
(3) 由于各地区用户的点播习惯不
同 ， 即使是同一用户在不同时期的点播
习惯也有所区别。 因此对于省互动电
视中心来说 ， 点播的热点地区也因时间
的不同而有所变化。 例如 ， 某地区所
部署的 IPQAM设
备在大部分时间
可以满足该地区
用户的点播需求 ，
但由于某些原
因在某一时间段
内用户集中进行
节目点播 ， 造成
IPQAM 设备资源
不足。 在此种情
况下 ， 对 IPQAM
设备进行扩容并
不是最好的方案 ，
因为对于该地区
来说 ， 一是可能
无法立即进行设
备扩窑 ， 二是新
增加的 IPQAM设
备将在其它时间
内处于闲置状态。
若采用统计
复用技术 ， 当某
互动前端系统 互动传输系统
IPQAM
用户网络
后台管理 ~ 视频服务4系统 IPQAM 设备容量可处理
• 2∞个 MPEG-2棚流
IPQAM设备容量:可处理
200个 MPEG-2视频流
/Il 4 俨QAM设备扩容前
互动前端系统 互动传输系统 用户网络
IPQAM分组1
~ 气卫域A/==-J JDJp j
./ - i STB cP' 宝E草。
后台管理 *f: IPQ川丛m3 '--.; "",,fi) _ / 系统 视频服务油 画二 3 /3 号 r
一 ~ \<o，.J' 】- ~
.| --=='F
~
IPQAM分组 2
~
-
,-
图5 1PQAM设备扩答后
哼，AU哼qJ -nu n,,‘ 同，，&,,f 噜l
饨培田间幡帘'm油田叮世
统计复用技术在互动电视系统的应用
IPQAM
用户网络 用设备 ， 再进行 络中 。互动前端系统 互动传输系统
-
-J …·
-后台管理视频服务矿 统计复
系统 - 用设备
相应的端口映射
处理，因此SRM
服务器和统计复
用设备的配合至
关重要。
统计复用
' 江苏有线交互平台(二)
当用户点播节目时，对由快进 、 快
退和暂停产生的时延的容忍是有限的 ，
因此在加入统计复用设备后必须仍保
证较低的时延。
由于统计复用设备的处理能力有
限，且设备价格较高，因此难以在互动
设备需能够识别 电视运营中大规模使用 。
视频点播服务器
发出的不同视频
编码格式的节目图6 采用统计复用设备ì11行扩$
地区互动电视节目点播量短时间内剧
增肘 ， 只需在省前端进行相关配置的修
改，增加统计复用设备，对从视频点播
服务器发往该地区的点播节目流进行
统计复用处理 ， 无需增加其它设备即可
实现临时扩容。 当该地区互动电视节
目点播量下降后，再将省前端相关配置
复原，将统计复用设备应用于其它新出
现的热点地区。 这样可以充分地利用
互动电视系统相关设备的资源，并对设
备实现实时动态的"软扩容'。
五统计复用技术在互动电视
系统中所面临的技术难题
目前国内大规模运营的互动电视
系统都还没有采用统计复用技术，主要
是因为存在着以下的一些技术难题。
统计复用设备需要与后台管理系
统的 SRM(会话资源管理)服务器相互
配合工作。
SRM服务器分为 ERM和 GSRM
两部分服务，其中 ERM含有 QAM频道
资源配置信息，以及机顶盒配置信息流
的发送。 GSRM与 BMS(业务管理系统)
服务器共同负责机顶盒点播会话的管
理。
在SRM服务器的控制下，点播节
目流通过视频点播服务器发到统计复
唱A<U
M问nu 句4nu uV MN n口q3 -nu q,4
饨， 4Jr ·-。oaa守
流(如 MPEG-2 、 等)，并能对节
目流进行统计复用处理 ; 另外统计复用
设备需能够识别配置信息流 ， 且不做任
何处理，进行透明传输。
由于不同 IPQAM厂商的 IPQAM
设备的映射规则不同，因此统计复用设
备需能支持不同厂商IPQAM设备的映
射规则 。
由于视频点播服务器输出的点播
节目流为单节目传输流，经过统计复用
设备处理后，输出仍需要为单节目传输
流，然后再交由 IPQAM设备进行处理。
随着互动电视用户数量的不断增
加 ， 视频点播系统的网络结构也随之不
断扩大 ， 其中牵涉到众多厂商的各种设
备，需要在尽量不调整网络结构的情况
下将统计复用设备应用于视频点播网
六动态带宽管理统计
复用方案
以江苏有线的互动电视系统为例 』
采用一种动态带宽管理的统计复用技
术解决方案 ，对用户点播的节目流进行
码率变换，可将现有单个频道资源的传
输带宽提高50%，能够有效节省传输通
道和频道资源，从而降低传输点播节目
流的成本。
1. 动态带宽管理统计复用方案的
网络结构
该动态带宽统计复用方案不需要
改动原有互动电视的网络结构 ， 而只需
要将相应的统计复用设备旁挂在核心
视频流交换机上，网络结构如图7所示。
用户机顶盒的点播请求发送到
SRM服务器，视频点播服务器输出恒
后台管理
VOD视频 系统SRM
服务器
~寸…·
交换机 IPQAM
视频
交换机
动态带宽管理设备
图 7 采用动态静2营管理统计复用方案网络图
统计复用技术在互动电视系统的应用 辽 江苏有线交互平台(二)
定码率 (CBR) 的标清或高清单节目传
输流 ， 由视频交换机送至统计复用设
备，统计复用设备首先识别输入视频节
目的格式 (MPEG-2或 ) ，以及输
入节目流的 UDP端口号，然后进行统
计复用处理 ， 输出可变码率 (VBR) 的标
清或高清单节目传输流 ， 节目处理过程
如图8所示。 此时一个节目流所占的
带宽将变为原来的 3/4(一个频点可传
输的标清节目由原来的 8个增加为 12
电源模块
图9 动态'ifn营管理设备架构
识别模块识别输
入的点播节目
流，并进行预处
理;视频统计复
用模块对输入的
点播节目流进行
统计复用处理;
输出处理模块将
单频点传输可变码率阳附目流 | 完成处理后的点
播节目流送到目
标 IPOAM设备。
单频点传输恒定码$ (CBR)节目流
图8 有f3 ììñ处理示J啻图
个，高清节目由原来的2个增加为3个)，
再经过动态带宽管理设备将处理过的
节目流发往对应的 IPOAM设备的 GE
端口相应的 UDP端口号，射频输出信
号通过HFC网络传送到用户的机顶盒
上。 此时光纤传送网络 、 传输交换机和
IPOAM等设备的带宽利用率都将提高
50%，可以有效地降低传输点播节目流
的戚本 。
如果考虑到故障情况下的设备备
份，动态带宽管理设备可采用 1 + 1 备价
方式来提高系统的可靠性。
2 动态带宽管理设备的组成
动态带宽管理设备架构如图9所
刁t 。
千兆接口处理模块具有交换和路
由功能，处理输入和输出的数据;输入
3 动态带宽管理统计复用方案的
相关配置
动态带宽管理统计复用方案的配
置比较简单，只需要对动态带宽管理设
备和 SRM服务器进行配置，而无需修
改其它设备的配置。
SRM服务器需对原有的分组配置
进行修改 ， 将 ERM服务中 IPOAM设备
的 GE端口的 IP地址修改为动态带宽管
理设备的GE端口的 IP地址，并将单个
8MHz频道允许传输的最大速率由原来
的 修改为 57Mbps (640AM
情况)。
动态带宽管理设备先配置输入的
对应关系 ， 主要包括点播节目流是从设
备的哪个GE端口输入 ， 以及节目流的
映射规则，这样动态带宽管理设备就能
识别出输入的节目流，之后配置输出的
对应关系 ， 指定处理后的点播节目流需
发往哪台 IPOAM设备。
经实际使用测试，在 640AM调
制方式下 ， 单个 8MHz频道可传输
57Mbps带宽的点播节目流 ， 且图像质
量无明显变化。
4 . 动态带宽管理统计复用方案
存在的问题
动态带宽管理设备可识别 MPEG-2
和 视频编码格式的点播节目渍，
对 MPEG -2视频编码格式的点播节目
流进行统计复用处理，对目前不支持统
计复用的 视频编码格式的点播
节目流不进行任何处理而直接转发往
IPOAM 设备。
动态带宽管理设备对节目流的处
理能力有限，且需将每一路输入人工配
置到相应的输出端口上，无法对输入的
点播节目流进行有选择地、智能地处理。
七结束语
统计复用技术是一种十分重要的
传输技术，它是数字通信中的关键技术
之一。 在基于 IP + OAM模式的互动电
视系统络中 ， 实现点播节目流的统计复
用是对有限网络带宽资源进行再分配
的有效方法之一。
统计复用技术应用在互动电视系
统中具有以下优势: (1忖)网络接入简单，
(阴2刽)实现对点播热点地区的..软扩容
(阴3功)有效节约单个节目 j流荒的点播成本; (伺阶4钊)
对输入不同的节目格式进行区别处1理里 ;
(阴5曰)ì该衷动态统计复用方案可保证较低的
延肘'以保证用户在点播节目进行快
进、快退等操作时，能及时得到相应; (6)
支持不同 IPOAM设备厂家的不同 UDP
端口映射关系 。 mm
白3A"吨T q‘ 咱4nU 冽，，6-叫，ι/ 1
ω咱目问描市.m兑均囚计狲巴
