歌华有线高清交互数字电视系统实践与应用

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1 引言

歌华有线数字电视前端始建于2008年，同年5月份正式上线启用，并顺利保障了2008年北京奥运会赛事的转播和传输。随着影视娱乐行业的快速发展、三网融合政策的大力推动、宽带中国战略的全面实施，数字电视前端直播频道不断增加，交互电视、回看、点播、电视院线、多屏互动等增值业务迅速兴起。国外有线电视运营商Comcast、时代华纳等已经在双向有线电视网络基础上部署了成熟的交互电视系统，且交互电视业务给他们带来了巨大的营业收入。

歌华高清交互电视系统从2009年开始大规模部署，并于2010年开始建设基于内容分发平台的分布式交互电视系统。通过几年的发展，歌华高清交互平台现可提供新闻、影视、教育、娱乐、医疗等各种视音频业务，为公司由传统媒介向新媒体、由单一有线

电视传输商向全业务综合服务商进军

提供了技术保证。

2 交互电视系统标准及架构

2.1 业界的标准

（1）ISA：交互服务架构ISA

（Interactive Services Architecture）

是时代华纳以VOD为代表交互式服

务提出的网络框架结构。其特点是：

很多接口采用CORBA实现，继承了

CORBA的缺点（如不能穿越防火墙、

接口之间紧耦合等)，ISA标准中缺乏

对CDN的规范，系统不易扩展； ISA

采用SSP协议建流，LSCP协议作流控。

（2）NGOD：NGOD是Comcast

推出的下一代视频点播服务架构，全

称是Next Generation On Demand Video

Architecture。特点：多业务支持；

NGOD中多数接口用HTTP协议，支持

穿越Firewall；NOGD采用RTSP协议做

推流。本文所述内容只遵从NGOD标准。

2.2 交互电视系统架构

交互电视系统架构图如图1、图2

所示。

3 歌华交互电视系统

主要功能模块

3.1 后台管理系统

交互电视后台管理平台是整个数

字电视交互业务的核心组件，它围绕

整个数字电视交互业务的商业运营提

供一系列详细的媒体资产管理、产品

营销管理、节目管理、本地用户管理、

系统运营报告管理等管理服务。它由

一组商业运营管理和自动化的软件模

块组成，后台管理系统接收用户的点

播请求并将请求转发给视频服务器，

同时后台管理系统负责所有回看和点

播类节目的注入删除等管理工作。

3.1.1 媒体资产管理系统

媒体资产管理系统（Local Asset

Management）主要负责对系统内的所专栏

歌华有线高清交互数字电视系统实践与应用

柴利军北京歌华有线电视网络股份有限公司

摘要：本文介绍了交互电视系统业界的技术标准情况，并对ISA标准和NGOD标准进行了简单的技术对比，描述了集中部署方式和基于CDN结构的分布式部署方式的区别。并通过介绍交互数字电视系统中后台管理系统、

视频服务器系统、内容分发系统、IPQAM系统的功能及相互间的联接关系，以及视频点播系统中节目收录流程、

节目页面呈现流程、节目点播流程等内容，使读者对基于NGOD标准的视频点播系统有比较深入的了解。

关键词：交互电视后台管理内容分发视频服务器 IPQAM

《有线电视技术》 2018年第1期总第337期

有媒体资产及各媒体资产的元数据等进行管理和控制，并对每一个媒体资产进行完整的生命周期的追踪与管理。

媒体管理系统可根据实际需求预先创建媒体资产元数据信息或根据上载的媒体资产创建相应的媒体资产信息，并根据需要创建、修改、删除系统内已有的媒体资产及媒体资产的属性信息及元数据。同时为产品营销管理系统提供相应的媒体信息，供根据市场需求制定不同的商业策略。

3.1.2 产品营销管理系统

产品营销管理系统（POMS）主要供系统管理员根据市场不同需求制定相应的营销策略。管理员通过节目导航服务模块对本地媒体管理系统内所有的媒体节目或节目包，按照不同的市场策略进行定价或折扣信息的整理、打包并提供给不同用户。如管理员可根据演员、导演、出演日期等多种营销方式将不同的影片进行归类，以打包的方式提供给用户，供用户浏览、选择。

POMS 可提供多种不同的产品营销

模式，并能够对于不同用户提供不同的销售策略。基本商业运营模式定义的产品包括：FVOD （免费）、SVOD （包月制、按周计费等计费模式）、RVOD （TVOD）、Promotion（促销模式，比如：折扣，固定时间段优惠，买M 付N 等）等模式，并提供多种模式的多样化管理。

3.1.3 节目管理

节目管理系统（PM）主要负责产生电视回看应用的EPG 信息，从而供STB 根据这些EPG 信息来订录节目、暂停节目、回看节目；并将这些节目日程传输到内容分发系统，供后者产生相应的捕获日程。

节目管理系统是一个强大的节目管理工具，它可为系统创建、维护各种频道和栏目，并为这些频道提供电子节目单。该系统包含如下4个模块。

（1）电子节目单管理：在电子节目单管理模块中，可以录入导出电子节目单、编辑节目、设置自动捕获，同时，还支持、导入第三方厂家提供的EPG 信息文件（XML）。

（2）频道管理：在频道管理模块

中，可以创建各种频道，并对其进行管理。用于定义时移电视业务的频道及其相关属性。

（3）栏目管理：在栏目管理模块中，可以创建各种栏目，并对其进行管理。用于定义栏目的组成内容，使系统能够按栏目的方式管理时移电视节目。

9521168（4）连续剧管理：在连续剧管理模块中，可以创建连续剧，并对其进行管理。

用于定义连续剧的组成内容，使系统能够按连续剧的方式管理时移电视节目。

在系统中，可对已经提交的节目单进行查询、修改、删除、插入新的

节目单等操作。

图1 VOD 系统架构图（不含CDN 系统）

图2 VOD 系统架构图（含CDN 系统）

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3.1.4 本地用户管理系统

在交互数字电视应用（VOD、nPVR、PauseTV、StartOver TV等）中，本地用户管理系统LSMS 可以对用户信息进行管理和维护。他和第三方用户管理系统SMS以及运营支撑系统插件联合工作。

这样的系统架构，可以对不同的应用和流程，灵活选择ITV系统与SMS系统的集成接口方案：在线实时接口、批处理接口。

当用户进入交互电视应用时，可通过在线接口到LSMS或SMS系统中验证用户的权限。

当用户进行节目点播时，ITV各种应用服务将通过OSS模块中的实时SOAP接口和LSMS模块中数据交换接口与外部SMS系统中相应的接口进行数据交换。

3.1.5 前端应用服务器子系统

前端应用服务器系统直接面向用户，为用户提供不同服务及功能。服务器集中主要装载节目导航引擎、在线交易引擎、产品营销执行引擎、运营支持系统插件。这些引擎将被用来实现VOD、时移电视（nPVR和、PauseTV、StartOver TV等）页面信息的发布及用户点播、订录操作的响应、在线点播及促销折扣方式的处理等。

前端应用服务器主要包括以下几大功能模块。

（1）节目导航引擎（Navigation Engine）；

（2）在线交易引擎（Online Transaction Engine）；

（3）产品营销执行引擎（Business Rule Execution Engine）；

（4）系统运营支持插件（Operation Support System Plug-in）。3.1.6 视频流服务器管理子系统

视频流服务器管理子系统是整个

交互业务系统管理与播出控制的核心，

它对系统中所有视频服务器及连接、事

件等进行控制与管理。接收来自客户端

的请求并自动进行会话生命周期管理，

导出会话并实时向相关模块汇报会话

状态，根据会话信息收集资源请求，与

资源管理器协调信息并分配相关资源。

3.2 视频服务器系统

视频服务器负责接收后台管理

系统发过来的建立点流信息并将视

频节目按事先协商好的规则推送给

公交车诗洁

IPQAM。如果采用集中部署方式，视

频服务器需要同时支持实时和非实时

节目的注入，即具备注入和存储两项

功能。如果采用CDN结构，视频服务

器主要功能在于推流，如果从后台管

理系统发送过来的用户点播请求的节

目在视频服务器本地没有存储的话，

视频服务器将主动从CDN系统中的边

缘缓存服务器调取。

视频服务器通过NGOD R2接口响

应后台管理系统的会话建立请求，进

行内容播放，消息体中含有标准的回

应信息，符合格式定义规范。播出的

节目流以TS over UDP形式通过万兆光

口输出。

视频服务器通过NGOD C1/RTSP

接口响应客户端的流控请求，实现对

播放内容的快进、快退、暂停、停止

等VCR控制功能，消息体中含有标准

的回应信息，符合格式定义规范。

视频服务器能够提供内容的缓存

策略管理能力。能够自动地应用缓存

策略，可以根据用户点播率自动进行

更新，确保用户点播量大的节目内容

尽量存储在视频服务器上。

3.3 内容分发系统

内容分发系统分为中央存储服务

器集和边缘缓存服务器集。中央

存储服务器集接收后台管理系统发

送的注入请求，并将FTP服务器和实

时组播源的节目存储下来。中央存储

服务器集是一个巨大的节目仓库，

完整的存储VOD系统中的所有的节目。

边缘缓存服务器负责接收视频服务器

的调取节目请求，并将请求的节目发

送到视频服务器，如果边缘缓存服务

器上也没有用户点播请求的节目，将

会再向上一级中央存储服务器调取该

节目。内容分发系统架构如图3所示。

在CDN结构下的VOD系统从节

目推送环节方面看实际上由三级缓存

结构组成，视频服务器最接近用户，

所以存储最热门的节目，边缘缓存服

务器存储容量大于视频服务器，存储

吸波

的节目热度要求也低于视频服务器，

中央存储服务器作为节目内容的大仓

库存储所有的节目内容，不论点播热

度的高低，用户点播时如果本地视频

服务器没有存储的话即逐级向上调度。

3.4 IPQAM系统

中继机

IPQAM接收推流服务器以TS over

IP方式推送过来的节目流，按照UDP

端口号将TS流调制到固定的端口和频

点以射频信号传输到用户机顶盒。

碱性水机4 歌华交互电视业务实现

4.1 视频节目收录流程

歌华交互电视系统分为实时节目

收录和非实时节目收录两类。其中实

时节目是指与广播电视同步的节目源，

该部分节目在电视直播的同时实时地

在内容分发系统中央存储服务器进行

收录。非实时节目是指各大内容提供

《有线电视技术》 2018年第1期总第337期

商（CP）提供的电影、电视剧等影视作品，通过FTP 方式收录进内容分发系统的中央存储服务器。

4.1.1实时节目收录流程

实时节目源自广播电视前端，经过处理为清流并IP 打包后转为TS over IP 单节目组播IP 流，歌华高清交互平台目前共有120套电视节目实时录制，对应共120个组播地址。配置示例如表1所示。

后台管理系统根据官方提供的电子节目指南（EPG）信息，按照频道对应的组播地址和开始时间结束时间通过标准A3接口发送注入请求消息给中央存储服务器，中央存储服务器根据该信息从对应组播视频流中收录电视节目，收录完成返回并确认消息。具体步骤如下。

（1）EPG 提供商准备未来时间的EPG 节目单，并按照频道提供独立的XML 文件，XML 文件一旦给出便放置到指定的目录文件夹中，Central BO 系统将在每天的2:00和11:00执行脚本将该目录文件夹下的XML 文件全部导入BO 系统，每个频道的XML 文件导入时

间与文件中提供的EPG 时间段相关，按照经验值，单个频道一天的节目导入需要2分钟左右。每个频道的EPG 节目单可以对在4小时后开始的节目进行

多次更新，该值可以在系统端进行配置。（2）Central BO 系统会根据节目单所产生的时间表提前最少3分钟创建节目所对应的Asset，并开始发送捕获请求命令（即A3消息）到CDN 系统，例如19:00的

新闻联播节目则会在18:57以前发送A3请求要求其在19:00-19:30进行捕获该节目，A3消息中的PAID 为系统根据XML 文件中提供的Schedule ID 生成，生成规则为GEHU+00*0(多个0)+ Schedule ID，总体长度保证为20位（NGOD 标准要求）。

（3）CDN 系统根据开始时间和结束时间进行组播流的捕获录制，生成文件。

（4）CDN 系统捕获完成后发送成功消息给Central BO 系统，Central BO 系统接收消息后显示捕获完成。

信令消息摘要如下。<TransferContent

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e U R L ="U D P ://232.0.1.24:5000" volumeName="/files" responseURL="h ttp://172.16.89.161:4444/" homeID="0" >

</TransferContent>

<TransferStatus

providerID="Gehua"

assetID="GEHU0391609161845000"

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4.1.2 非实时节目收录流程

非实时节目由CP 提供后，经过媒资系统的技审，变为符合歌华交互平台可录制可推流可播放的合格格式码率视频。该视频存放在专用的FTP 服务器上，同时存放路径需写入视频元文件（ADI）信息中。后台管理系统根据ADI 的信息通过A3接口发送注入请求消息给中央存储服务器，中央存储服务器通过FTP 协议拉取视频资产完成存储。具体步骤如下。

（1）媒资系统开始准备上传节目，上传节目元数据信息采用ADI 格式，

媒资系统将需要上传节目的ADI 文件导出到指定文件夹，Central BO 系统

监控指定的

ADI 文件夹，一旦发现有ADI 文件存在，即解析其文件格式并生成对应的媒体资产。

图3 内容分发系统架构

表1 实时节目信源参数表

频道号

频道名称

收录地址端口号收录格式621BTV 北京卫视高清234.X.X.15000H.264631

湖南卫视高清

234.X.X.2

5000

H.264

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（2）Central BO系统根据ADI文件中的媒体资产路径，发送A3消息到CDN系统进行上传请求，从ADI

文件开始导出到开始发送上传请求耗费时间约为5分钟，如果上传节目较多，那么其时间将需要增加上传队列的耗时。

（3） CDN Library将根据节目的路径到FTP服务器上获取该节目进行注入，所耗时间取决于媒体文件的大小和CDN系统的注入带宽以及当时注入的路数。

（4）CDN Library会返回注入结果到Central BO系统，如果失败，则返回失败；如果成功，则返回注入成功。

信令消息摘要如下。

<TransferContent

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<TransferStatus

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state="Complete"

percentComplete="100"

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md5Checksum="ef3f2b5802d957ce 76e3740d1095ceb0"

m d5D a t e T i m e="2013-12-

14T12:54:39Z"

bitrate="2536400"

4.2 视频节目页面呈现流程

4.2.1 回看节目列表呈现流程

实时节目在中央存储服务器录制

完成后需在电视回看节目列表中呈现

出来以供用户回看使用。在中央存储

服务器将录制完成的消息通过A3接口

返回给后台管理系统后，后台管理系

统中的媒体资产管理系统和节目管理

系统同步更新当前节目状态。并将该

“已就绪”状态发送给前段应用服务

器子系统。电视回看页面呈现服务器

每隔15分钟自动向后台管理系统的前

端应用服务器刷新可用节目列表信息，

若节目状态为“已就绪”，电视回看

页面即可呈现出对应节目信息。

4.2.2 点播类节目呈现流程

非实时节目在中央存储服务器录

制完成后根据业务需要应在对应的业

务板块呈现。在中央存储服务器将录

制完成的消息通过A3接口返回给后台

管理系统后，后台管理系统中的媒体资

产管理系统更新当前节目状态。并将该

“已就绪”状态下发给产品营销管理系

统。产品营销管理系统将该节目加入制

定好的营销策略后将整个PO信息下发

给前端应用服务器。各应用服务提供商

（SP）根据自己事先制定好的刷新规

则通过统一应用服务网关刷新各自的

节目。

4.3 视频节目点播流程

4.3.1 有缓存内容点播流程

如果终端机顶盒请求的内容已经

被视频服务器缓存在本地, 该交互过

程的时序图如图4所示。

4.3.2 无缓存内容点播流程

如果终端机顶盒请求的内容未被

视频服务器缓存, 但是在CDN Cache

Gateway（缓存服务器）有点播所需内

容, 其交互过程如下。

（1）视频服务器发现本地不存

在内容后，向CDN Cache Gateway发出

C2 Content Locate的内容定位请求。

（2）CDN Cache Gateway发现存

在该点播内容，准备内容传输资源，预

留传输带宽, 向视频服务器返回内容

定位请求响应, 该响应包含了内容传

输资源的URI和传输ID。

（3）视频服务器通过URI和

ID向CDN Cache Gateway发送C2内

容传输请求Content Transfer的HTTP

GET。

（4）CDN Cache Gateway通过

HTTP Streaming将点播内容传送到视

频服务器。

（5）视频服务器将点播内容推送

到达终端机顶盒。

该交互过程的时序图如图5所示。