本文提出的DVB视频交互平台解决方案

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　　【题目】新型数字视频业务方案探究
　　【第一章】基于新媒体技术的数字视频业务发展探析绪论
　　【第二章】数字视频编码与新媒体技术基础
　　【3.1 - 3.3】DVB架构的技术特点和原理
　　【3.4】本文提出的DVB视频交互平台解决方案
　　【第四章】融合互联网技术的视频解决方案
　　【结语/参考文献】数字视频业务构建研究结语与参考文献
　　
　　3.4本文提出的DVB视频交互平台解决方案
　　
　　3.4.1系统构架
　　
　　高清互动业务平台构架设计为三级结构模式，从构架层次上分为前端-网络-终端。总体架构分为总前端（中心节点）、分发传输网络（分中心节点）和用户接入终端（边缘节点）；从组网结构上分为中心-分中心-边缘；从地理行政结构上分为省-市-县三级结构。系统总体架构图如下给出的图3.2和图3.3.
　　
　　3.4.2系统组成
　　
　　高清互动系统按照各部分实现的功能分为：业务管理系统、媒资管理系统、存储分发系统、资源调度系统、接入认证系统、运营支撑系统。各部分子系统的功能架构如图3.4所示：
　　
　　1、业务管理系统（BMS），是交互系统的核心，向各系统提供业务管理接口，与各子系统进行通讯，处理各子系统提交的业务请求。并支持外部应用接口，方便外部应用（CP/SP等）与现有系统的对接。2、媒资管理系统主要包括AMS,还包括CMS（内容管理系统），对媒体资源进行转换、存储和分类管理，并能够对内容进行审核、监督、管理。与业务管理系统进行通讯提供节目内容信息，接受BMS的调度；提供和存储分发系统、资源调度系统的通讯接口。3、资源调度系统（SRM），与业务管理系统进行通讯提供资源信息，并接受BMS的管理；和存储分发系统进行通讯，接收存储分发系统提供的资源信息，并对存储分发系统的资源进行调度。4、存储分发系统包括VOD central、EPG服务器、CDN系统、IPQAM等，和业务管理系统进行通讯，接受BMS发送点播请求和相关产品、业务信息；和媒资管理系统通讯，接收媒资管理系统提供节目内容信息；和资源调度系统通讯，向资源调度系统提供资源信息，并接收资源调度系统对其内部各资源的调度；还要提供和客户端的通讯接口，向用户提供点播页面，接收用户的点播请求，并向用户推送点播的音视频、数据流。5、接入认证系统包括AAA和DHCP系统，通过运营支撑系统系统提供的用户信息，对用户的接入信息进行认证，并向用户提供服务器地址接，使用户接入网络。6、运营支撑系统BOSS,和业务管理系统进行通讯，接收BMS的计费请求，并返回计费结果；并和接入认证系统进行通讯，提供用户信息。
　　
　　3.4.3系统功能说明
　　
　　1）媒资管理系统
　　
　　媒资系统是一个规模庞大、功能复杂的节目资源管理系统，其功能不单为交互平台服务，还应该成为整个公司各种类型素材的核心编辑管理系统。初期建设的媒资管理系统主要针对交互平台VOD业务，具体实现原始节目的采集、编辑、审核、转码、编目、存储和发布等管理功能。将原始内容整合成为各种服务类型（频道），如电视剧、电影、购物、信息服务等，通过门户页面展现给用户。媒资管理系统部署在省平台中心节点，支持区域化策略，可以处理市县级地域性节目的区域性管理和发布。内容商提供的原始节目格式多种多样、质量参差不齐，先要经过媒资管理系统进行统一接收和处理，将合格的节目进行编排，生成符合要求的节目内容，再按照发布策略将节目推送至存储分发系统。媒资系统的逻辑结构如图3.5所示。
　　 　　
　　媒体资产管理系统利用领先的、基于IT存储和互联网的技术，实现数字视频节目的存储、管理、转换、共享和发布。一套完整的数字化媒体资产管理系统可实现音视频节目、资料等数字媒体资产的数字化管理，解决包括视频在内的多媒体数据资料的数字化存储、编目管理、检索查询、非编素材转码、资料发布、工作流程管理问题，系统将成为数字视频新媒体业务增值、信息数字化过程中不可或缺的一部分。通过媒体资产管理系统对各种媒体及内容（如视音频资料、文本文件、图表等）进行管理，满足媒体资产拥有者创建、挖掘、存储、管理、应用、发布等各类信息处理要求，为媒体资产的使用者提供访问内容的简便方法，以便高效地保存和利用数字视频媒体资产。
　　
　　主要功能模块包含有：1、采集编辑模块：对各来源节目原始内容进行集中采集，并对相关内容进行剪辑、编辑。2、编码模块：对采集编辑模块所处理的内容进行相应编码、转码工作。3、存储模块：存储模块主要负责媒资管理系统内部，片源及编码预处理内容的管理及存储，同时配合内容发布模块，将处理好的内容提交存储分发系统。4、内容管理模块：对根据内容类型、关联对内容进行归类、分组。以便内容的检索、管理与调用。（形成规范合理的内容目录树）5、内容发布模块：将系统处理完成的节目内容进行对外发布和输送，为业务管理系统的产品管理提供原始内容依据。
　　
　　2）业务管理系统
　　
　　业务管理系统是交互平台的核心，提供业务流程的控制能力，包括业务运行环境、产生业务原始计费单、外部应用接口等特性；业务管理系统是实现VOD业务流程的中心部件，是业务运营的基础。业务管理系统具有电信级的系统可靠性和稳定性，同时也必须能够应对大用户量高负荷冲击。业务管理系统主要功能模块系统逻辑图见图3.6.
　　
　　业务管理系统主要包括以下几项功能：1、业务运行环境管理：对各业务系统接口及整体系统运行情况进行统一监控、管理。2、原始出账管理：对成功的点播机会话请求进行原始出账，告知BOSS系统用户操作产品成功需扣去相应费用保存相关明细。3、产品管理：对原始内容进行产品打包组合，以便BOSS系统对账及产品服务。4、外部应用管理：对外部应用CP、SP等应用服务商提供应用接口，以便其提交相关应用、服务、程序及信息。
　　
　　3）存储分发系统
　　
　　实现节目内容的存储和分发。通用的存储产品和解决方案无法满足高清互动对存储架构和系统性能在性价比、可扩展性、异构支持等方面的需求，为了减少用户点播时对骨干网和中心片库的压力，存储分发系统必须采用中心+边缘结构。中心服务器存储所有的节目内容，边缘节点只存储部分热播节目。媒资管理系统生产出来的节目首先被推送至存储分发系统的中心节点，然后中心节点根据分发策略将部分节目发布至分中心节点和边缘节点。分发策略支持主动PUSH、被动PULL、组播分发等技术。
　　
　　存储分发系统包含以下几个主要功能模块：1、中央存储：对可点播片源进行集中的备份存储，具有大容量的存储能力及高速的文件传输能力，通过数据交换为视频及应用服务器提供相关文件。同时中央存储还需通过相应的存储机构来实现高容错性、快速恢复性及可平滑扩展性。2、CDN（内容分发网络）：为了降低核心网络及传输负载的压力，需要对服务进行分布式负载分担。CDN内容发布网络，通过特殊机制实现内容更新、调度、配置，来实现用户服务。3、EPG service（页面服务）：a.业务展示：向STB推送EPG信息；b.业务控制：提供业务认证，授权；c.自助服务：为用户提供自助查询服务。4、VOD central:中央视频服务器为所有节点提供视频推送服务，并对冷片进行直接推送服务，在用户接收的同时推送至节点服务器，以降低核心网压力。5、IPQAM:为用户提供下行高带宽传输通道，其通过分发系统控制、资源调度系统管理来实现指定参数的用户服务，以弥补IP通道下传带宽的不足。
　　
　　4）资源调度系统
　　
　　实现全网门户、IPQAM、频点等资源的调度分配，根据设定的调度分配策略将用户分配到合适的边缘节点上，方便用户就近快速访问，从而提高全网带宽资源的使用效率，降低骨干网带宽的要求。资源调度系统对用提交的点播、会话请求进行处理。与BOSS系统核对用户账务情况及用户权限，以判定点播及会话请求的合法性，并对用户提供相应提示。如会话合法则与资源调度系统进行通信，告知其用户所处资源点位置，等待资源分配后，通知用户端相关资源参数，同时通知存储分发系统进行节目及信息推送。资源调度系统负责全局EPG、IPQAM、推流服务器等设备的调用，必须保证系统的稳定可靠性，确保提供大规模用户的服务能力。资源调度系统的主要业务逻辑关系见图3.7.
　　
　　5）接入认证系统
　　
　　主要是实现用户接入、认证、鉴权等功能。用户接入主要是网络层的接入，采用DHCP+的IP地址分配方式实现用户端的网络接入。认证和鉴权采用机顶盒ID号（或IC卡号）+用户名绑定的方式，以标示用户端的唯一性。主要功能系统模块包括：1、AAA（认证系统）：AAA系统实现认证（Authentication）：验证用户的身份与可使用的网络服务；授权（Authorization）：依据认证结果开放网络服务给用户；计帐（Accounting）：记录用户对各种网络服务的用量，并提供给计费系统。整个系统在网络管理与安全问题中十分有效。验证授权和帐户由AAA服务器来提供。AAA服务器是一个能够提供这三项服务的软件程序。当前同AAA服务器协作的网络连接服务器接口是“远程身份验证拨入用户服务（RADIUS）”.2、DHCP（动态主机分配协议服务器）：为用户提供自动IP地址分配，当用户首次通过认证系统接入网络后，DHCP为用户提供可接入IP地址分配，从而实现交互通信。
　　
　　6）运营支撑系统
　　
　　实现VOD业务的用户管理、资费管理、客服系统、报表统计等功能。运营支撑系统通过统一接口，向各大系统提供用户信息、资费信息、统计信息等数据，保障业务的流程运营。运营支撑系统是公司的所有业务的基础支撑系统，目前可基于现有BOSS系统进行业务对接开发，实现交互平台运营所需业务规则和业务逻辑。运营支撑系统的主要业务功能模块、系统架构和工作逻辑见图3.8.
　　
　　3.4.4系统规模
　　
　　建设一套“可管理、可运营”,具有良好用户体验的，能够进行大规模商业运营的交互平台，与现有数字电视系统、宽带数据系统的融合，形成统一的高清交互业务平台，向用户提供高清标清广播数字电视业务、交互数字电视业务、交互数据信息业务、相融合的综合服务。项目建设规模如下：
　　
　　内容存储规模：节目库容量2.5万小时及海量信息网页内容；
　　
　　点播并发数：初期规划3000点播并发流；
　　
　　时移频道数：30个频道的电视时移（72小时的全内容时移或7天的EPG拆条栏目时移）；
　　
　　主要业务：直播、VOD、时移、NPVR的流媒体业务；信息资讯、电视评论、竞猜等文本业务；休闲游戏、广告、数据下载、证券、财经等增值业务。
　　
　　组网结构：采用省中心+分中心+边缘节点的三级系统结构；在省公司部署1个中心节点，四地市部署5个分中心节点，根据各地实际建设边缘节点；
　　
　　用户规模：覆盖30万用户，开通3万用户。
　　
　　3.4.5网络规划
　　
　　承载高清交互等业务系统的传输网络，主要包括骨干网和接入网。骨干传输网采用光纤、SDH和OTN网混合传输，提供高带宽、标准接口、冗余保护等特性。接入网采用双接入方式：HFC+IP,HFC承载业务的下行数据流，IP网传输业务的上行数据流。
　　
　　骨干网：新建OTN网络，承载高清交互电视业务的省干传输。
　　
　　城域网：初期在分公司的前端机顶房部署IPQAM,并根据各地市业务、用户发展情况逐步将IPQAM下移，最终实现所有用户的业务接入。在IPQAM逐渐下移的过程中，需要实现地市前端高清互动系统分中心播发服务器到IPQAM的千兆网络连接，其中会涉及到对现有城域网结构的改造。
　　
　　接入网：高清互动平台的接入网络包括下行通道和上行通道两部分，上行通道需要支持回传，可以采用多种方式，如CMTS + Cable modem上行接入方式；采用LAN上行接入方式；采用EPON+EOC上行接入方式。不同的接入方式需要根据实际的网络情况，根据接入网改造的总体规划结合各地网络实际情况进行选择。
　　
　　3.4.6终端规划
　　
　　高清互动终端作为平台业务在用户端展现的媒介，其性能、功能决定了业务实现的丰富度及用户满意度。为了满足业务、产品、用户的需求，需要设计、定位不同的终端产品，来满足业务及用户需求，同时降低业务实现的整合成本，以丰富的产品线满足不同用户对双向业务的需求。通过分析用户及业务需求，根据终端技术发展方向，对终端规划分为三个层次（高清交互机顶盒、全业务机顶盒、家庭多媒体网关），各层可根据具体业务需求衍生出不同的子产品，从而为用户在业务及终端实现方面提供更为丰富的选择空间。终端功能规划演进情况详见图3.9,终端硬件选型和配置见表3.3.
　　
　　高清交互机顶盒：为了满足高清交互业务要求，构建了基本的高清交互机顶盒，为用户提供高、标清视频服务、信息咨询服务、交互游戏等业务。同时以高清交互机顶盒硬件为基础衍生扩展出以IP服务为基础的IPTV机顶盒，以视频、流媒体播放、图片浏览为业务扩展的媒体娱乐机顶盒。为了服务普通用户（对视频效果要求不高、仅需要交互服务的用户），从高清机顶盒出发，对硬件配置进行优化衍生精简出符合低端普及型用户的基本交互机顶盒。
　　
　　全业务机顶盒：根据一网三载的业务要求，对高清双机顶盒的配置进行大幅度提高，以便支持视频、语音、数据等多业务的服务。为用户提供高、标清视频服务、信息咨询服务、交互游戏、语音视频通信，高品质动态信息浏览、普通3D交互游戏，电子支付等业务支持。从中衍生出提供高质量音视频通信的通讯机顶盒（用户一对一或多对多视频通信业务）及强化游戏性能的全功能游戏机顶盒（强化3D性能服务客厅玩家）。
　　
　　家庭多媒体网关：家庭对媒体网关是“三网融合”的终端发展方向，其集家庭综合接入设备，网桥、路由、存储、分发、多任务处理等全业务于一身，具有多功能可灵活扩展的特点，为用户提供更加便捷的家庭综合接入解决方案。在终端硬件配置大幅提高的基础上，更多的采用标准化可扩展、可升级的接口和组件，可更为灵活的根据用户需求进行板件组合，为用户提供全方位的网关接入服务，成为家庭多媒体的核心。
　　
　　终端机顶盒软件需求：目前终端机顶盒主要采用的软件构架，根据现阶段以及未来业务的开发计划，将首先引入浏览器对初期基本的视频播放、信息交互业务予以支持，随着业务拓展及技术的成熟逐步引入中间件来实现业务的快速部署。伴随技术的成熟及芯片厂家的支持拓展集成操作系统包，达到业务在终端的灵活配置，真正实现业务的“即插即用”.图3.10给出了系统浏览器、中间件和操作系统之间的功能逻辑关系。
　　
　　浏览器：基于HTML语言以web方式为基础的一种页面与业务的展示工具，其通过接口对底层OS系统及驱动的调用来实现相关业务，同时通过基于游览器的协议栈、软件包的堆叠集成来实现对业务的扩展支持。浏览器的性能取决于其底层接口针对OS及驱动层的优化程度，优化程度越高其资源占用将更低，运行速度将更快，但过渡的优化也将是其跨平台能力有所下降。浏览器的业务支持能力又取决于协议栈与软件包的丰富程度，丰富度越高对业务的支持能力越强，但同时也带来了浏览器自身的臃肿，提高了对系统硬件的要求。
　　
　　中间件：基于J2EE技术发展而来的一种跨平台中间层软件，它的目标是降低上层应用开发对底层硬件的关注度。其利用了J2EE核心的跨平台特性，进行了优化和精简保留了适合机顶盒业务的相关功能组件，但由于各厂商对业务理解的不同导致了中间件产品内部组件的产异性，在业务功能实现的种类与方式上也存在一定很差异。同时由于组件的不同也导致了开发工具的私有化，不利于实现大规模、普及型的应用软件开发工作。但随着技术的发展、业务模型的定义。将促使业务理解的趋同化，中间件在组件上的统一也有望实现，开发门槛将有一定程度的降低。
　　
　　操作系统：操作系统是用户和终端之间的界面，一方面操作系统管理着所有终端系统资源，另一方面操作系统为用户提供了一个抽象概念上的终端。在操作系统的帮助下，用户使用终端时，避免了对终端系统硬件的直接操作。对终端系统而言，操作系统是对所有系统资源进行管理的程序的集合；对用户而言，操作系统提供了对系统资源进行有效利用的简单抽象的方法。利用操作系统可真正实现软件的“即插即用”;标准化开放式的开发工具，将有效降低了软件的开发难度及开发成本，也可吸引更多软件业的关注。
　　
　　3.4.7安全设计
　　
　　由于建成后的系统将为全省用户提供服务，这对系统的稳定性和可靠性提出了极高的要求，因此系统须建设成为电信级运营平台，每年可靠运行时间要达到99.5%以上；系统须有效地杜绝、限制黑客非法入侵系统，保证高清交互系统平台安全。系统是全年365天7×24小时不间断运行的商业运营系统，系统平台的网络、主机、存储备份设备、系统软件、应用软件等应具有极高的可靠性；为保证系统安全可靠地运行，系统应具备良好的安全手段、安全策略、安全环境及安全管理措施。
　　
　　系统可靠性：1,网络：网络设备与链路应有冗余备份功能，可通过对多种网络设备和环境的配置组成多路由网络连接，避免设备或网络链路故障造成的系统平台故障；核心交换机、中心路由器和关键节点应采用高可靠的网络设备；确保全年365天7×24小时的不间断运行。2,主机：关键性业务应用主机采用双机或多机高可用性的集群系统。系统设备性能应冗余配置，保证系统设备运行无单一故障点，发生故障后能够快速诊断并切换，确保全年7×24小时不间断运行。
　　
　　系统安全：1,网络安全：网络系统应支持访问控制、安全检测、攻击监控、加密通信等安全功能，提供完整的网络监控、报警和故障处理功能。网络系统应具有入侵检测的功能，包括实时告警、自动阻断非法通信连接或执行用户自定义的安全策略；网络系统能自动定期检查安全漏洞，根据扫描的结果进行分析，从而对网络安全漏洞和系统中的错误配置进行修改；支持通过路由设备对网上用户做访问控制；可以通过IP地址的过滤做访问控制；可以通过对应用的源和目的地TCP端口号，对网络应用做访问控制；确保网络内路由表的安全，防止对路由表的非法更改；利用IDS等技术对系统的重要网络节点进行实时监控，防止恶意访问入侵；采用标准网络设备管理软件，获取网络设备的工作状态，对异常情况通过分级告警的方式，提示简单的路由中断、设备当机、端口损坏等各种网络故障。2,系统与外部系统接入通过防火墙或通信服务器。拒绝各类非法IP地址的访问；对各种网络服务（如FTP、HTTP等）使用进行控制；监视外部网络对内部网络的访问活动的合法性；抵御多种攻击手段（如IP欺骗攻击、PING攻击、碎片攻击等）；防止未经认证的用户远程登录系统；利用网络地址转换技术，隔离内外网络，可有效地利用IP资源，又可增强安全性；防火墙应具有健全的网络审计和告警功能；具有网络流量分析和行为审核的功能。3,系统应具有多层次的防病毒能力。防病毒软件应有全面查杀病毒、准确率高、易于管理、自动更新病毒库、安装简单的特点；系统应具备访问权限的识别和控制功能，提供多级密码口令或使用硬件加密钥匙等保护措施；确保只有授权的人员或系统可以访问某种功能，获取业务数据，发现非法访问行为或系统安全性受到破坏时主动告警；远程登录用户的口令均具有有效时限；数据库支持符合C2或以上级别的安全标准，多级安全控制；支持数据库存储加密、数据传输通道加密等；系统有完备的安全审计功能。4,系统可以平滑过渡到更高级别的安全标准和规范，在必要时支持ACE口令认证、Radius授权等多种类型的安全保障手段。5,环境安全：配备先进、完善的供电等基础设施系统和应急报警系统；机房要防火、防尘、防雷、防磁的有效措施；机房温度、湿度、电压应符合国家对大型数据中心的环境要求；要进行定期基础设施维护保养。
　　
　　3.4.8平台组网
　　
　　一个省级高清互动系统平台需要涉及多个方面，包括：系统部署、网络传输系统、内容注入平台、认证系统、系统安全、终端选型等。系统的部署需要因地制宜、因时制宜，需要综合考虑全省用户量、地市用户量、点播量等因素，采取有针对性的措施。具体策略如下：
　　
　　1）在系统建设初期，用户量不多，省骨干网络支持全省用户点播的视频流时，采取集中式部署。
　　
　　2）随着地市用户数和用户点播量的增加，当集中部署模式下，点播响应速度、省骨干传输网络承载能力不能用户要求时，可以针对用户数的量级，分步骤采取混合部署方案，实现投入产出的最大化。1,页面服务器混合部署：当某地市用户增多时，当省骨干网络仍能支持该地市用户点播的视频流时，可以在地市部署分布页面服务器，但视频服务器仍然部署在省中心。2,视频服务器混合部署：当某地市用户数量特别多是，为了降低点播视频流对省骨干网络的带宽压力，可以在该地市进一步部署视频服务器。
　　
　　3）交互业务平台构架设计为三级结构模式，符合设置上的省市县三级结构。从构架层次上分为前端-网络-终端。总体架构分为省公司总前端、分发传输网络和用户接入终端。从组网结构上分为中心-分中心-边缘。系统的总体架构分为省中心前端业务系统核心层、地市分中心业务层、用户接入层。其中省中心前端业务核心层建于中心总前端机房，包含VOD业务系统、节目源的存储和省市间的分发系统、媒资管理系统、资源调度系统、业务认证系统、运营支撑系统，实现交互业务平台的省中心统一运营、统一管理；地市分中心业务层包含地市的本地内容存储服务器、本地的播发服务器和IPQAM,存储分发系统可以根据有效的策略将省中心存储的节目分发到地市分中的播发服务器上，实现用户点播时节目的就近播发。用户接入层完成交互点播业务的用户接入，有宽带IP的交互信道和HFC网络的广播信道共同完成，针对上下行业务使用带宽的不对称，采用上下行业务的信道分离。在组网形式上根据具体的用户、业务分布需求，可以建设一定数量的边缘节点，将IPQAM进一步前置，来满足用户的点播需求。图3.11给出了系统混合部署的逻辑关系图。
　　
　　3.4.9建设规划
　　
　　根据建设计划，初期建设的目标是完成前端系统的建设和初期试点。交互平台的前端系统部署在省公司核心机房，由省公司负责初期建设和后期管理。一期面向承载网络条件较好的地区，由分公司负责本级的相关建设。此次采用集中式组网，边缘节点仅部署服务器和IPQAM设备，其目的是实现用户高速访问，保障业务的体验质量。中心节点即前端系统设置于省公司，主要提供业务管理、内容分发、认证计费、资源调度等功能，主要部署各系统的软硬件。边缘节点设置在分公司，以选择可以覆盖全市的机房为宜，主要提供热播存储、门户服务和内容分发等，主要部署相关服务器和 IPQAM 设备。一期规模约为 3000 并发流，根据1:10的收敛比可以覆盖关中地区 3 万余用户。每地市在分前端集中部署 IPQAM,采用 HFC 网做业务下行，根据用户发展情况共分为两阶段实施。
　　
　　第一阶段：省中心保有 200 流的推流能力用于内容分发、冷片点播，各分公司节点使用 550 以下网络资源（模拟关断频点 115MHz 至 550MHz 可用频点约 40个，一下为便于模型计算按 40 个频点进行计算）提供 40 频点 400 流 4000 用户（1:10 的用户覆盖收敛比）服务规模。分公司节点包含视频服务器、IPQAM及网络设备，通过 GE 口上联省中心平台系统接收内容、页面、应用信息。视频内容主要由本地视频服务器进行推送。第一阶段由于用户规模较小，页面区域个性化程度较低，因此统一从省中心节点获取页面及应用信息。
　　
　　第二阶段：根据各点业务发展情况，为了保证用户的服务，需进行相应的业务下移（IPQAM 的下移构建边缘节点），从而充分利用频率的空间可复用特性，为更多的用户提供服务。（具体计算模型如下表 3.4 所示，如采用 40 频点整体覆盖仅能提供 400 流服务能力，采用 IPQAM 边缘化 20 频点置于分公司 4 个分节点后可提供 1000 流服务能力，如再次前置分节点下一级便可提供 1800 流服务能力）。