视频点播系统与技术
陈亚华、陈昶、刘锦高
随着多媒体技术、通信技术以及硬件存储技术的发展，人们已不再满足以往单一、被 动的信息获取方式，而是希望主动参与节目之中。视频点播（Video on 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。VOD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HFC、FTTB、FTTCADSL、VDSL等多种接入方式， 用户机顶盒可根据需要采用与接入方式匹配的接口，通过电视机、PC机进行视频／音频／ 数据的显示和通信。
首先，用户通过自己的VOD终端，向就近的VOD业务接八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）向现频服务器 发出请求；系统迅速作出反应，在用户的电视屏幕上显示点播单，并对用户信息进行审核， 判定用户身份；用户根据点播单作出选择，要求播放某个节目，系统则根据审核结果，决 定是否提供相应的服务。在较短的时间间隔内向指定的设备播放所要求的节目，并随时准 备响应新的请求。
一,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 对于用户点播要求相对集中的场会尤为适合。
VOD视频服务器保存着大量经压缩的图像节目并能通过网络为用户提供所需的节目拷 贝，也可以包含实时的MFEG编码器来接入实况转播。节目数据库是一存档系统，保存着大 量压缩形式的电影节目，可成批下载给视频服务器。VOD视频服务器通过与用户之间直接 的、实时双向交互来控制节目的播放，包括节目的选择、播放过程的开始与终止、播放速 度的控制以及不同节目之间的动态切换等，VOD视频服务器必须运行相应的软件协调各项动 作；同时提供友好的用户界面。它应具有如下特征：
（1）能够存储至少几百小时的图像节目。
（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 须能支持上千个同时进行而又相互独立的”会话”过程。
（3）具有一套加密及用户访问控制机制来防止非法用户访问。
作为点播系统的核心，VOD视频服务器的性能直接决定系统的总体性能。为了能同时响 应多个用户的服务要求，视频服务器一般采用时间片调度算法。
视频服务器为了能够适应实时、连续稳定的视频流，其存储量要大，数据速率要高， 并应具备接纳控制、请求处理、数据检索、按流传送等多种功能，以确保用户请求在系统 资源下的有效服务。存储设备应采用SCSI接口，以确保高速、并行、多重I／O总线的能力。 基于ATM的 VOD系统，采用的视频服务器是以多路自路由选择开关（MPSR）为中心的宽带视 频服务器。这种结构的服务器可提供即时交互式视频点播（InteractiveVOD with Instaneous access，IVOD－i）和延时交互式视频点播（Interactive VOD with delayed access IVOD －d）两种服务方式。在大量用户同时点播时，服务器的传输速率很高；同时要求其他相关 设备也能支持这种高传输速率，这很难实现。为此可以在网络边缘（如ATM网络前端开关处） 设置视频缓冲池，把点播率高的节目复制到缓冲池中，使部分用户只需访问缓冲池即可，着 缓冲池中没有要点播的节目，可再去访问服务器，这减轻了服务器的负担，并可以随着用户 增加而增加缓冲池。装载缓冲池可用150Mb／S速率，而从缓冲池中向用户传送节目是用2Mb ／S速率，从而一个服务器可支持多个用户。
二,控制管理系统
控制管理系统是一个信令传输网络，用于管理用户到VOD视频服务器的连接。由于实际 的VOD系统中可有多个VOD视频服务器，因此，控制管理系统采用两级网关管理，第一级在数 字宽带交换系统和传输系统中实现对不同频道的选择；第二级则完成在一个VOD视频服务器 上对特定节目的选择。
VOD信令和数据流通路具体过程如下：
（1）通过预置信令连 通机顶盒和访问人口设备；即接通S3，VOD系统将服务清单从人 口处传给用户；
（2）按用户要求，人口选定相关的视频服务器，即接通S4，并提供服务素引；
（3）S4的初始化可由机顶盒或视频服务器完成；并由服务人口提供路由信息，由服务 器提供节目清单；
（4）用户从节目单中选择节目并将信令传给视频服务器；
（5）通过网络操作将节目由视频服务器发到机顶盒，即连通P1，必要时可将节目从视 频库装载到现频服务器；即连通P；
（6）其他信令通路S5、S6、S7都服务于操作中心的监控、记录等。
三, ATM数字定带交换系统
管理能力、点对点可交换的交互式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不同带宽要求的环境中。视频服务器可根据用户 的要求把用户点播的节目从视频库中取出，并通过ATM网络传送给用户。视频信息一般采用 MPEG标准压缩编码，装人 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，由网络服务操作中心调配使用。服务人口的功能主要是 根据用户所要求的服务内容将用户与相应的服务器相连接，一个网络可有多个服务人口，一 个服务人口也可连接多个用户。服务人口可作为一个独立的网络部件，也可集成到现频服务 器或ATM交换中心等其他部件中。服务操作中心是服务提供者用来管理和分配信息资源，并 为用户提供相关服务操作的部件。若服务提供者数量大，则服务操作中心可作为一个独立部 件；若服务提供者数量小，则一般将其集成到现频服务器中。视频库的功能是以压缩编码形 式存放信息文档，访问设备则提供网络和用户之间的连接，它一般由位于网络和用户设备 （CPE）之间的设备组成。CPE包括电视机和录像机、机顶盒及遥控器。ATM网络将网络各部 件互连，包括”信令“和“节目数据流”，其中节目数据流应满足用户点播要求的速率，在 连接方式上可以是点对点，或点对多点。
四,传输系统
传输系统由干线传输系统和分配系统组成，作用是将来自VOD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。干线传输系统可以有光纤、同轴电缆和无线传输方 式等供选择；分配系统有光纤（FITL）、铜线（ADSL等）、混合光纤同轴电缆（HFC）和无 线（LMDS）等实现方式。邮电企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。
从传输速率、实时性、交互性、经济性等方面考虑，3种常见网络中能够作为VOD系统用 户接入网的只能是PSTN与CATV系统。但是，PSTN与CATV系统均需一定改进，PSTN需提高速率， CATV系统则需增加双向通信能力。
五,用户设备
目前用户设备主要有两类结构。第一类结构将网络终端（ NT）从机顶盒分离开来，两 者间多采用E1／V24接口，可提供2Mb／S下行连接和双向控制连接。将来会出现所谓标准数 字家用网（DHN），允许连接若干机顶盒并能重新使用现有双绞线或同轴电缆来提供每秒几 十个兆比特的带宽。第二种结构将NT集成进机顶盒，机顶盒的基本功能是对MPEG信号解码并 与普通电视机接口。还有人机接口、条件接入（编码）、口令控制、智能卡和信用卡阅读器 等其他功能。
机顶盒也有低档、高档两类产品。前者由目前的付费电视解码用的机顶盒演变而成，较 便宜，但只有有限的用户接口和处理能力。后者由目前的工作站／PC机演变而成，具有高性 能处理平台，包含至少4 MB的存储能力，可提供图形用户接口、语音识别、动画制作和游戏 等。
六,实现VOD的网络结构方案
HFC结构兼顾目前大楼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。
来自VOD视频服务器的信号（155Mb/s）和传统的诸如CATV等其他多媒体信号被送入中心 点（HUb）进行调制，而 HUb则是 VOD网络中数字／模拟转换的接口；前向通道接收VOD数字 信号和其他多媒体信号，将其通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Hub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； 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。
也可利用ADSL技术，于光纤节点处和用户瑞安装ADSL设备实现VOD业务及其他宽带业务。
ATM交换机和宽带用户环路是发展VOD业务的关键技术。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VOD等宽带业务最大的难题之一。光纤用户环路（FTTH、FTTC、FTTB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和信息高速公路发展等优点，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HDSL技术，挖掘潜力，发展VOD等宽带业务。