书城教材教辅新传媒技术概论
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第47章 数字电视系统(5)

对现有的有线电视网络进行双向改造后便可以开展交互式视频点播业务。双向视频点播的回传可以通过Cable Modem 或其他通道。在市县一级安置的服务器主要用于用户点播,网络中心和省网络中心的服务器主要用于节目下载。

用户通过机顶盒向系统上行发送请求,系统通过查询用户管理数据库,确认用户身份、级别,登记用户进入的信息。然后系统检查资源状态,分配信道,提供视频服务选择。用户同系统交互动作,选择服务,当用户确认视频服务内容后系统开始运作,用户对节目进行操作。

2.视频点播系统组成

视频点播系统由前端系统、网络系统和用户终端组成。

(1)前端系统

前端系统由视频服务器,信息服务器,管理计算机等以及控制网络部分的设备组成。

作为视频点播系统的核心,视频服务器的性能直接决定系统的总体性能。

视频服务器中磁盘阵列和操作系统分布在两个模块,通过SCSI 接口与后备数据服务器相连接,构成了完整的数据部分(磁盘阵列中存放在线数据)。

通过不同的网络接口和对应的网络进行链接。

视频服务器磁盘阵列中存放着大量经过压缩的节目,通过网络为用户提供所需的节目,也可以通过连接MPEG 编码器提供实时的互动转播。视频服务器通过视频库管理软件模块来协调各项工作,同时对用户提供友好的节目选择界面。

视频服务器支持大量的随机动态访问,通过与CA 系统的连接可以防止非法用户的访问。

视频服务器具有很强的处理能力、存储能力和I/O 能力,具备很强的大规模视频流并发处理能力、视频流传送能力。

磁盘阵列采用RAID3、RAID5技术,可以扩展到TB 级,一方面可以突破SCSI 接口的I/O 极限满足大码流的并发需求,另一方面可以在单个磁盘损坏或数据丢失时恢复。

视频服务器中配备多块并发码流输出卡。每块并发码流输出卡可支持多路的NVOD 和自办节目数字视频广播服务。两块并发码流输出卡以热备份方式工作,其切换由网管系统直接控制。

后备存储服务器也采用先进、具有高可靠性的RAID 技术实现。基于RAID 技术的后备存储服务器存储方式,将每个节目分布存储在不同的物理存储设备中,访问任何一个节目时,由多个单元主机协同操作,可以将访问负荷平均分配给所有的单元主机。

采用RAID 技术来存储节目信息,大大提高了系统的可靠性,确保了系统的正常运作,任何一个磁盘上数据发生损坏时,可以在线恢复,而不影响业务的正常开展;而且并发输出码流的能力大大增强,可以克服SCSI 接口速率的极限。

节目采编工作站,担任节目采集和编排功能。节目采编工作站可以实时对MPEG‐2节目编码,可以录入VCD、DVD、专业录相机、LD 机、录像带上的节目。节目采编工作站支持包括MPEG‐2在内的多种格式,支持各种信息的插入,每个TS 流通道的码率可以灵活设置,并支持4:2:0,4:2:2编码格式。节目采编工作站可以支持A/V、S‐video 等格式输入,并支持和非线性编辑器相连。

信息编排工作站用于编排输入信息服务器的各种信息源如新闻、娱乐、航班、天气、交通、节目预报、电子报纸等,以及把互联网页内容下载到信息服务器中。

信息服务器把各种信息(如交通信息、网页信息等)、系统信息(如主页信息、机顶盒的操作系统、应用程序等)、证券信息(来自证券处理引擎的输出)、数据以TS 流方式输出。利用双向网回传头端,可以实现交互式信息服务如查询、定购及浏览互联网页等交互服务。

播控服务器(SSR)统一产生系统信息、EPG电子节目指南,完成数字电视、视频服务器、信息服务器的播发控制功能。播控还接收来自回传端的上行请求(通过回传管理服务器),并进行解释,完成控制交互式视频节目的点播、控制信息的播发、控制上行信息的传递等功能。

管理工作站负责整个系统前端的设备、用户、资源管理工作。管理部分采用管理数据库和管理工作站分开的方式。管理数据库存放在播控服务器中(SSR)。

视频点播可以通过在系统前端嵌入条件接收(CA)系统来实现电视中心对节目流的控制和最大利益的实现。条件接收的主要目的是保障增值服务的收益,确保交纳费用的用户及时观看节目,滞交或不交纳费用的用户无法接收节目,同时还可以向观众提供按次收费和直接点播等特殊服务。CA 系统的另一个作用是控制电视接收机只能用指定的卡接收指定的电视节目,做到允许收看的节目都可以收看,不允许收看的节目一个都不能收看。系统在广播信号中加入专用的控制信号,在接收机加入解码功能来实现条件接收。机顶盒中嵌入了智能卡读写器。用户必须通过专用机顶盒和智能卡才能对加密信号进行解码。

(2)网络系统

视频点播系统是一个与网络密切相关的系统。视频点播系统的成功实施与网络的结构、性能、互联性、可扩充性以及对互联协议的支持等方面有着重要关联。为了保证视频点播服务器与各种视频点播用户终端设备在网络层次上互联互通,网络采用标准的互联协议,对QoS 具有良好的支持并满足视频流对网络带宽的要求,使用户端能实现4Mbps MPEG‐2或1.5Mbps MPEG‐1影视点播要求,确保网络设备主干通道及用户端独享通道的稳定带宽。

考虑MPEG 流通过网络传送所附带的冗余信息及其他一些因素,计算实际要求带宽时,须增加一定的冗余带宽。为支持MPEG‐2流的视频点播业务,从视频服务器至用户端的网络通道必须保证在任何网络运行状态下都具有稳定的6Mbps 的实际网络带宽。同样的,在任何网络运行状态下,对于1.5Mbps MPEG‐1流的视频点播,需要稳定的2Mbps 的实际网络带宽。网络系统的主干通道带宽,其上联到视频服务器的端口通道的带宽总量必须大于所允许的最大并发用户数所占的独享带宽之和。上述对于网络带宽的要求不因网络互联的方式不同而有所变化。整个网络上运行的业务不止视频点播一种,接入网和主干网应考虑相互之间的影响,确保这种影响减小到最低限度。

由于其他应用占用网络带宽,最大同时用户数可能会有所降低。

网络传送系统由干线网和接入网组成,它将视频服务器及其他信号源的信息送至用户并回送用户的反向信息。干线网可以有光纤、同轴电缆和无线传输方式等。接入网有光纤、混合光纤同轴电缆(HFC)等接入方式。

HFC 结构兼顾目前已有的同轴线缆状况,支持现有的和正在出现的窄带和宽带业务。视频服务器的信号(155Mbps)和传统的CATV 等其他多媒体信号被送入中心点进行调制,中心点是视频点播网络中数字/模拟转换的接口;前向通道接收视频点播数字信号和其他多媒体信号,将其通过光纤传送至各光节点。反向信道接收来自用户端的控制信号,加以处理后,将其送至回传管理服务器及视频服务器。光节点通过光纤干线接收来自中心点的前向射频信号;通过线性放大器加以处理后,通过同轴电缆分配网络传送至用户;光节点同时也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中心点。

光纤用户环路(FTTH、FTTC、FTTB 等)频带宽,可传输高速数据甚至高清晰度电视,能适应信息高速公路发展的需要,是未来宽带高速用户环路的发展方向。

节目下行采用DVB‐C 标准和64QAM 调制技术,每个频道由多个节目流时分复用,充分利用频率资源。一个8MB 带宽的频道可以传送25套VCD 质量的节目或5~6套DVD 质量的节目。

CATV 网上传输的是调制后的数字信号而不是直接传输模拟视频信号,极大地减少了传输过程中的干扰和衰减,通过客户端数字机顶盒(IRD)的解调和解码,最后在电视机上播放出高质量的视音频节目。

(3)用户终端系统

通过用户终端设备,用户才能与某种服务或服务提供者进行交互操作。

在数字有线电视系统中,它是由电视机加机顶盒完成。用户终端是网络与用户间的接口,它的基本功能包括:在显示屏上显示服务项目(菜单);为用户提供基本的控制和选择功能;把用户的选择传送到视频服务器;实时视频(MPEG‐2传输流)的解码并显示;指示设备工作、网络传输和节目资源的状态。

机顶盒上行部分的工作包括接收用户通过遥控器发出的点播操作,并将点播通过Cable Modem 发送给回传管理服务器。下行部分的工作包括下变频、QAM 解调、信道解码、解复用、MPEG 音频解码、视频解码、电视信号生成。如果系统嵌入CA 系统,在机顶盒端还要进行解密。用户简单地通过遥控器操纵机顶盒,就可以完成点播操作。交互式视频点播系统上行利用双向HFC网络的反向信道,如果是单向视频点播,则不需要回传通道。操作过程如下:

用户开机后,系统启动,电视屏幕出现点播系统主菜单;

用户可以选择菜单中的条目,逐层进入和退出子菜单,最后选中所点节目;

点播命令通过Cable Modem等传送至回传管理服务器;回传管理服务器确认用户身份合法后,按照用户的要求,向视频服务器请求节目;

视频服务器从磁盘阵列中调出节目;

播控服务器组织发送点播的节目,送到QAM调制器;

QAM调制器把节目调制到一定频段,送到闭路电视的前端混合器,发到闭路电视网上;

机顶盒从闭路电视网接收到节目,做相应的转换处理,输出给电视机;电视机播放用户点播的节目;

节目播放过程中用户可以暂停播放,恢复播放,快进,快退,慢放,停止播放并退回主菜单;

用户可以查询收费等信息;

节目分类组织,方便用户查找。

3.视频点播监控

对于要播出的视频点播节目需要进行监控。视频点播的监控分为主动和被动两种。主动监控是在播出前先要经过政审和技术质量审查,没有问题后才能编排播出。被动监控是引出一路信号到节目检查部门,由其对节目内容和节目信号质量进行随机审查。

对于双向视频点播,监控方法除上述的两种监控方案以外,由于视频点播每天播出的节目表是由电子节目单(EPG)的工作站生成,同时传输给视频服务器播出控制系统产生节目播出控制文件,以控制视频服务器当天应播出的节目,因此对视频点播播出节目的预先审核和实时监控,只要监控每天生成的EPG文件和节目播出控制文件即可。可以在电子节目单工作站中设立一个应用程序,每天把当天播出节目的EPG文件传送到监控部门,同时监控部门可随时登录到系统中检查当天执行的节目表及控制文件。

监控部门通过预先审查,如发现有问题的节目,可以立即修改节目表和控制文件。通过随机审查,如发现播出节目与EPG文件不符或需暂停播出的节目,可以立即关闭服务器的工作,停止节目的播出。

视频点播己不仅是一种单纯的电视,它涉及计算机、电视、通信等多个领域,包括了高性能计算机技术、大容量数据存储技术、宽带网络传输技术、客户终端技术、管理用户软件技术等多种高科技技术。由于现在技术开发能力还未成熟,因此还有很多技术上的问题有待进一步解决,关键设备仍以进口国外设备为主。由于数字电视及视频点播尚处于试运行阶段,机顶盒等设备尚未形成批量生产能力,因此其价格仍然比较高,影响了视频点播的普及。节目源还需进一步丰富,其他如公众信息查询、数据库、商业类服务等都还不成熟,这些使得交互式电视的多种服务功能得不到充分发挥。尽管有这些难点存在,然而数字电视视频点播在我国的兴起仍将不可阻挡,随着数字电视透明传输标准、业务信息服务标准(SI)和条件接收(CA)标准的统一,它一定会随着信息产业的高速发展,给我国广播电视业带来新的市场和发展机遇。

7.4 卫星电视

7.4.1 广播电视卫星传输技术

1.卫星通信的优势

利用卫星传输广播电视节目是卫星应用技术的重大发展,卫星传输同现在常用的电缆通信、微波传输等相比,有较多的优点,具体表现在以下几个方面:

(1)传播距离远。同步卫星可以覆盖最大跨度达1.8万千米的区域。在这个覆盖区的任意两点都可通过卫星进行传输,而微波通信一般是50千米左右设一个中继站,一颗同步通信卫星的覆盖距离相当于300多个微波中继站。

(2)路数多、容量大。一颗现代通信卫星,可携带几十个转发器,可提供几十路电视和成千上万路电话。

(3)质量好、可靠性高。卫星通信的传输环节少,不受地理条件和气象的影响,可获得高质量的通信信号。

(4)运用灵活、适应性强。它不仅能实现陆上任意两点间的通信,而且能实现船与船、船与岸上、空中与陆地之间的通信。它可以组成一个多方向、多点的立体通信网。

(5)成本低。在同样容量、同样距离的条件下,卫星通信和其他通信设备相比,耗费的资金少。卫星通信系统的造价并不随通信距离的增加而提高,随着设计和工艺的成熟,成本还在不断降低。