VOD 扩容

相对简单的容量扩充方式

作者：Nabil Kanaan，RGB Networks

摘自《通信技术》2009 年 4 月 1 日版

通过使用以极低的成本利用现有网络资源带来极大收益的新技术，有线电视运营商有机会克服立即扩展视频点播 (VOD) 节目容量所面临的障碍。

这种新方法可以发挥 VOD 带宽的最大效率，是在专为按需点播应用设计的视频转换技术基础上开发的。 它可以有效地将标清和高清（SD 和 HD）内容的 VOD 频道容量扩展 50%，而不需要其他正交幅度调制 (QAM) 调节器，并且不会发生与诸如交换式数字视频 (SDV) 或节点拆分等技术相关的延迟和中断。 实际上，VOD 视频转换可作为网络迁移中最值得称赞的关键环节，它能够使运营商们所追求的此类或其他扩展策略变得更为有效。

这种 VOD 扩容的“插入式”方法需要更换与网络管理系统 (NMS) 和会话资源管理器 (SRM) 相连的 VOD 服务器和边缘 QAM 调节器之间的视频转换平台。 为了提高效率，此解决方案必须实时处理内容流，并且与在有线电视系统中常用的各类 VOD 服务器、QAM 调节器、加密平台和管理系统完全兼容，此外还必须配备相关功能以确保故障安全冗余。

基本信息

实时 VOD 视频转换使用多种技术来有效增加现有容量，包括码率整形、统计复用和其他流程。 码率整形和统计复用是有线电视广播传输长期以来常用的技术，而实时转换 VOD 的视频内容则因为内容流不断变化所带来的挑战而花费了较长的时间进行开发。 VOD 视频转换通过动态分配每个按需点播的视频流，然后持续不断地填充多个 QAM 流上的可用通道空间来解决这一问题。

码率整形过程支持将恒定比特率 (CBR) 流转换为可变比特率 (VBR) 流，而统计复用则通过分配比特来匹配单个流的复杂性，然后再通过统计方式平均多个通道的复杂性，以确保所有可用容量都最大限度地得以充分利用。 此外，还将对平台应用启用会话的处理智能，以确保所有 VOD 流都保持随时点播功能。

当然，VOD 视频转换必须与现有 VOD 体系结构集成，大多数此类体系结构都是基于预配置的路由或端口映射的。 在这种操作模式下，以特定机顶盒为目标的 16 位用户数据报协议 (UDP) 端口将在每个客户点播时动态分配给每个流。 通过读取 UDP 标头，边缘 QAM 调节器和 VOD 视频转换器始终都能知道点播节目的去向。 与基于会话的路由体系结构对比，此体系结构缺少在预先配置的路由中使用的预先配置的 UDP 分配，需要 SRM 指示视频转换器选择特定的流并将其映射到特定的 QAM 频道。 （请参见图 1a 和 1b。）

图 1a： 无需 VOD 视频转换器的端口映射和 VOD 视频转换

图 1b： 使用 VOD 视频转换器的端口映射和 VOD 视频转换

市场推动因素

显然，有线电视运营商需要可快速跟进的低成本方法来实现其针对快速增长的需求提供更多 VOD 频道空间的承诺，这不仅是因为按需点播内容的数量不断增加，而且还因为越来越多的线性 HDTV 频道和对 DOCSIS 宽带服务不断增加的带宽分配都在争抢可用容量。

来自声称数量超过 100 个 HDTV 频道的卫星公司的竞争压力已经成为运营商努力释放更多线性高清视频空间的最大推动力。 但随着电信公司对电视行业的涉入，对线性和按需点播两方面都增加了竞争压力。 一旦电信公司通过其交换式接入网络获得了足够的容量向用户家中至少同时传输三个 HDTV 频道，则它们在声称可提供大量高清线性和按需点播内容的竞争中将不再受到吞吐量约束的限制。

有线电视运营商意识到如果要想保留并扩大其客户群基础，它们必须拥有强大的技术力量来面对这些挑战。 随着个人录像机 (PVR) 和基于 Web 的视频内容渗入大众市场并成为人们的观看习惯，来自 Netflix 和 Amazon.com 的在线电影租赁服务越来越受到大众的推崇，同时还存在可实现时移电视节目的其他信号以及支持对更多 VOD 电影消费的支持，而这些都是有线电视运营商为了提供客户需要的服务必须具备的能力。 所有这些按需点播内容的高清容量要求均比线性高清节目的要求高，这增加了解决带宽不足问题的紧迫性。

权衡选择

当运营商希望能从其 HFC 网络抽取更多容量提供给按需点播内容、线性高清节目和宽带服务使用时，可供他们选择的选项很多。 事实证明，SDV 对于许多有线电视运营商来说是极具吸引力，因为这些运营商发现在此模式下提供分众节目时只消耗了线性广播模式下所消耗带宽的一半或更少。

但是，因为 SDV 只能用于大量释放与分众节目相关的带宽量，所以，它所影响的 RF 下行频谱的百分比相对较小。 因此，与满足不断增加的按需点播频道数量的需求相关的容量效益是有限的。 此外，在并不存在 SDV 的服务领域中，与实现该技术相关的时间和成本可能与需要更多按需点播容量的即时需求背道而驰。

另一个重要的带宽回收策略涉及数字终端适配器 (DTA) 的部署，该适配器能将以数字方式提供的基本频道套装转换为针对非数字化家庭中的模拟电视机分发的模拟信号。 在部分有线电视运营商眼中，成本极低的 DTA 是一种回收利用 200-300 MHz 或更多模拟带宽的经济高效的方式。

但是，与其他扩容策略相比，并非所有有线电视运营商都相信 DTA 所提供的优势足以抵消成本。 许多运营商相信 SDV 与节点拆分的组合，可能还要加上光纤深入型扩展，可以进一步将服务区域细分为小至每个区域 125 个家庭，从而提供更好的迁移方式以便为线性高清和专用的按需点播频道大规模扩容。

但是，不论采用哪种方式，在城市地区范围内执行这些更改所需要的成本和时间即代表运营商对不断变化的市场条件的响应能力的限制。 一旦用户因为可能无法获得足够的容量来满足其对线性高清内容、时移内容以及电影点播内容的需求而转投电信竞争对手的旗下时，要想赢回这些用户将是一件非常困难的事。

当然，通过所有数字频道转换为 MPEG-4/H.264 压缩格式，有线电视行业不必进一步减少（或最小化）节点服务区域即可使可用数字电视节目的容量翻倍。 通过逐渐向此方向转换可以释放大部分容量，例如，通过将高端层级转换为 MPEG-4/H.264 以及为高级客户介绍混合式 MPEG-2/MPEG-4/H.264 机顶盒。 但与之前讨论的其他选项相比，与此类策略相关的时间延迟和成本对于满足即时需求会形成更大的障碍。

此外，许多有线电视运营商打算在下一年引入基于网络的 PVR 服务，这又增加了时间压力。 这一趋势与扩展其他时移服务的可用性结合在一起，诸如时代华纳有线电视重新开始承诺要大规模扩展近期的按需点播容量需求。

VOD 视频转换为运营商提供了一种在实施任何这些其他策略之前，通过现有资源立即满足所有这些需要的方式。 运营商可以在实时运行环境中启动 VOD 视频转换平台，而不会中断正在提供的服务，并且他们可以在带宽耗尽的可能性比其他区域大的各服务区域逐步实施。

关键优势

实时 VOD 视频转换体系结构的发展依赖于密度极高的处理能力，而这也是在每个视频流的基础上实现低成本处理所必需的能力。 最佳的 VOD 视频转换平台最多可以从只有毫秒延迟的高密度设备同时转换 1000 个视频流，相比之下，传统的统计复用系统可能会延迟传输达 2 到 3 秒之多。

最先进的处理密度可在标清/高清 (SD/HD) 混合环境中实现启用会话的功能，并动态路由至多个 QAM 频道。 此外，启用会话的功能对于当最终用户激活随时点播功能时保持“持续活动”状态也是必需的。 例如，VOD 视频转换器必须能够读取不同 VOD 服务器与暂停命令通信时所处的模式，以便在仍然存在暂停流时识别会话。

冗余对于 VOD 视频转换也是必需的，并且应按两个级别提供以满足不同的预算和需求。 在热备份机箱冗余模式中，配置了相同虚拟 IP 地址的主要和备份 VOD 视频转换器均处于持续的“检测信号”监测通信状态，以便密切注意设备的运行情况，并在主设备的配置发生变化时确保它们之间同步。 在出现故障的情况下，由千兆位以太网 (GigE) 交换机管理的虚拟 IP 地址将引用备份设备的物理互联网协议 (IP) 地址，而且备份设备将继承主设备的媒体访问控制 (MAC) 地址以便与 VOD 服务器建立链接，从而确保最少的停机时间。 （请参见图 2。）

图 2： VOD 视频转换器冗余；热备份机箱冗余

在第二个由 SRM 驱动的路由环绕模式中，配置了 SRM 智能以识别 VOD 视频转换器故障，然后继续路由视频转换器“周围”的信号，以便从 VOD 服务器直接连接边缘 QAM 调节器。 然而，除非配置了 VOD 视频转换器的冷备件并实现联网（这代表三分之二的 VOD 流的低成本冗余体系结构），否则通过视频转换产生的其他视频流都将丢失。

对于那些希望为 VOD 视频转换进行准备的运营商，要想发挥此项技术的最大效益，必须记住某些“要做”和“不要做”的事情。 他们应当避免预先加密 VOD 内容，而是在下行时实施加密或者集成到 VOD 视频转换器中。 从资金投入规划的观点来看，VOD 视频转换通过避免 QAM 调节器和光纤骨干网容量的多余配置使得收入与投资更为相符。 而且，由于 VOD 视频转换可用于传递超越目前的 VOD 视频流的视频质量，而且还可减少总体带宽占用量，与其他方式相比，运营商应可实现采用更高 CBR 比特率的最佳编码。 （请参见图 3。）

图 3： VOD 视频转换器冗余；SRM 管理的重新路由

结论

在由于线性高清和宽带服务带来的容量竞争压力，致使运营商寻求满足不断上升的按需点播内容带宽需求时，运营商有许多可供利用的体系结构选项。 虽然 SDV、节点拆分、DTA 部署和 MPEG-4/H.264 都能提供重要的优势，但 VOD 视频转换提供的巨大效益可在城市服务范围内按需访问的基础上以相对较低的成本立即实现。

VOD 视频转换的基本处理过程的突破性功能还可帮助面向未来的有线电视运营商应对激烈的竞争环境。

通过实施 VOD 视频转换，运营商不仅可以解决更多按需点播容量的即时需要，而且他们还可将采用其他扩容方法时获得的效率收益结合在一起。