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广州微波总站SDH线路中IPTV的应用实例

凌庆麟| SDH微波,IPTV,视频编码,网络层,业务层| 2010-12-27
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【中心议题】

  •        *讨论了IPTVSDH微波电路应用中的有关业务层和网络支撑层的设计方案
  •        *介绍了一个IPTV在广州微波电路中应用的实际方案

【解决方案】

  •        *总体结构采用四层结构:即运营支撑层、业务层、网络承载层和终端层
  •        *节目源可采用多种编码方式

目前广州市广播电视微波电路数字化改造工程已基本完成,为IPTV系统提供了很好的承载平台。广州市广播电视微波依总站可以根据自身优势,推出具有自身特色的IPTV服务。

1组网方案

完整IPTV系统网络在总体结构一般采用四层结构:即运营支撑层、业务层、网络承载层和终端层。

IPTV平台总体结构示意图如图1所示。

IPTV运营支撑层包括:业务管理、系统设备管理和数字版权管理等模块。业务管理系统支持用户管理、节目管理、内容调度、统计分析及系统监控等;系统设备管理系统负责对IPTV网络中所有设备的PCFS(性能、配置、故障和安全)监控和管理,并完成统计功能以及用户的访问消息跟踪和故障诊断;DRM(数字版权系统)系统负责IPTV的数字版权管理,包

括内容制作时的加密与权限描述,密钥管理,用户的权限生成与管理以及在机顶盒上的权限代理和解密处理。

IPTV业务层包括:内容制作系统、内容管理系统、流媒体服务系统、EPG(电子节目指南)服务系统。其中内容制作系统把各种实时或非实时视音频节目源(包括各种格式的数字节目和模拟节目)按一定的要求编码或转码,然后输入到IPTV业务系统中,从而可以为终端用户提供相关服务。内容管理系统负责对业务系统中的内容进行管理,按照一定的策略对媒体

内容进行增加、删除、移动、查询和编播计划安排。流媒体服务系统主要有两个作用,流媒体内容的存储和分发,以及为用户提供直接的媒体流服务,用户可以通过遥控器完成对媒体流的播放、暂停、快进、快退等控制操作。EPG服务系统分为EPG系统和应用服务系统,EPG系统为用户提供业务服务的入口界面,通过此系统,用户可以完成节目浏览、节目点播和收看并可以完成一些与用户相关的服务项目(比如查询账户余额,服务类型修改等);应用服务系统负责区域内用户认证、机顶盒的合法性检查并负责为区域内用户提供上层服务器的服务接口。

IPTV网络承载层包括宽带IP骨干网络、城域网络和宽带接入网络等,它是承载IPTV业务的物理介质。网络承载层也可以分为接入网、汇聚网和核心网三部分。IPTV业务对于承载网络的要求主要有:带宽方面的要求;对于可视电话、游戏等双向交互式业务,要求网络的抖动和延时要小;对于经过压缩编码后的视频码流,其比特的前后相关性较高,因此需要网络的丢包率要低;对于直播节目,因为接收的用户会比较多,这就要求承载网络最好能支持组播。此外,为了防止对系统的恶意攻击,造成系统业务不能正常工作,网络需要有较高的安全性和统一的IP地址规划方案等。网络的安全性可以通过防火墙、VLAN、路由器的ACLVPN等方式实现。

IPTV终端层主要包括:计算机和电视机(使用机顶盒)。用户计算机用户和电视机用户(使用机顶盒)提供的友好界面访问IPTV服务平台。

 

2 IPTV业务层设计方案

IPTV业务层的设置有两种模式:集中式设置(图2)和分布式设置(图3)。

集中式设置模式在模式中心站设置中心媒体服务器,所有的用户都通过IP承载网访问中心媒体服务器。这种设置方式具有投资少、管理简单、容易设置等优点。但是由于仅中心站设置中心媒体服务器,所有的用户都要通过IP承载网访问中心媒体服务器,因此对网络的带宽占用较大,尤其是当用户数增多时,占用的带宽呈线性增长,带宽浪费严重,同时对于

中心服务器的压力也大。这种组网适合于IPTV开展初期用户数少的情况下,一般作为IPTV试验网进行建设。

分布式设置除了在中心站设置中心媒体服务器,还在网络边缘设置一定数量的边缘媒体服务器,将经常访问的内容缓存到边缘媒体服务器上,实现服务器的负载均衡。通过分布式设置边缘媒体服务器,来缓解中心媒体服务器的压力,大大节省承载网的带宽,也可以提供较好的QoS保证,因此分布式设置的方式适合大规模IPTV业务的开展。

由于广州市广播电视微波总站IPTV系统用户量和业务量较小,同时考虑到投资有限的情况,本次工程采用集中式设置方式。仅在花果山站设置中心媒体服务器,以达到加快建设步伐、快速推出IPTV业务的目的。今后可以根据业务和用户的发展情况,逐步设置边缘媒体服务器,实现按需发展。

3视频编码的选择

IPTV节目源可采用多种编码方式,各种编码方式的图像质量和带宽要求都不相同。常见的国际标准主要有由ITUT制定的H261H262H263H264和由MPEG制定的MPEG1MPEG2MPEG4,其中H262MPEG2H264MPEG4 AVCITUTMPEG联合制定;还有MicrosoftWMV压缩算法,RealNetworks公司的压缩算法,IPTV由于要求达到接近DVD的效果,因此一般采用MPEG2MPEG4WMARealVideoH264等压缩算法,各种编解码方式所需带宽和主要应用方式总结如表1所示。

 

1MPEG2

MPEG2DVD编码制式一致,具有丰富的节目源,在数字电视行业得到大量应用,拥有大量解码芯片支持,支持该制式的机顶盒成本低,频道切换时间快。但缺点是互联网上节目源较少,带宽要求高,节目存储空间大。

2MPEG4 PART2

带宽要求较高,需要25M左右才可以达到近似DVD效果,存在多个标准分支,相互兼容较难。

3MPEG4 PART10H264

同其他编解码方式相比较相同带宽下图像质量最好,但处理器资源要求高(2倍于MPEG4),标准的产业化需要一定的时间,产业链不够成熟,缺少芯片支持,机顶盒成本较高。

4WMV9

PC用户兼容性好,同时有微软强大的技术支持,大量网上节目源,带宽要求高于H264编码制式,低于MPEG2编码制式,在1M左右的码流即可达到近似于DVD的效果,但是处理器资源要求高,属于私有标准,目前正在寻求成为国际公开的标准。

综合上述,结合本次工程的实际情况,IPTV节目源采用MPEG2编码制式进行编解码。

4承载网设计方案

41承载网网络结构

由于广州市广播电视微波总站IPTV系统属于业务开展初期,因此本次IPTV业务的承载网网络拓扑采用星型结构,具体为市政府、新广局大楼、番禺、花都、黄埔、南沙指挥部、从化广电局、增城广电局各站的接入路由器通过微波传输链路与花果山站的核心路由器采用10100M互联,如图4所示。今后可以根据业务和用户的发展情况,对承载网络进一步进行扩展,可采用双核心网络拓扑结构。

42承载网络通路组织安排

根据广州广播电视微波线路的安排,业务波导14通道是IP通道(1波导同时为备份波导),业务波导Ⅱ是广播电视节目业务波道,是主传输波道。业务通道3是数据波道,是电视会议、专线电话、数据交换的专用传输通道。IPTV电视系统占用14业务信道。

花果山站和白云山站通过两个GE口,配置9VC4容量的STM1通道,白云山中继站与下属五个站点之间各配置2VC4容量的STM1通道。如图5所示。

5设备选型及技术指标

51中心媒体服务器

中心媒体服务器具有较高的安全性、可靠性保证,用户可以通过IP承载网访问中心媒体服务器,由中心媒体服务器提供用户和实时节目源的链接,使用户收看实时节目。

52路由器

硬件采用模块化设计,在提供标准配置的同时,能提供丰富的可选配模块。提供如防火墙、包过滤等丰富的网络安全特性,以及QoS保证。花果山站配置的核心路由器应具备2GE光口,其余各站接入路由器应具备2个以上千兆FE电口。

53以太网交换机

支持所有端口间的全线速交换,花果山站配置的核心交换机具备2GE光口及24个以上的10100M BaseT自适应以太网接口,其余各站接入交换机具备24个以上的10100M BaseT自适应以太网接口。

6结语

按照以上的设计方案,我们在广州广播电视微波传输信道中采用了路由器(有中心路由器和边缘路由器)和MPLS VPNQoS和组播的技术,将30套标清电视、3套广播节目和部分其它节目内容变换成IP格式,形成IPTVIP通道中传送,使IP传输与广播电视节目的传输成功地结合在一起。

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