廣播電視節目點播化原理及應用前景

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摘要：隨著針對直播節目內容的點播需求日益增長，產生了將直播內容錄制下來，提供給用戶隨時進行點播的回看點播化功能。本文闡述了該功能的具體內容、國內外的發展形勢和主要技術理論。

關鍵詞：回看點播化廣電網絡NGOD內容分發網絡

1引言

傳統電視直播節目是單向傳輸模式，用戶只能在固定的時間觀看固定的節目，只有對頻道的選擇權，沒有對節目的播放控制權，交互性差。隨著人們精神文化需求的日益增長，針對直播節目內容的點播需求也越來越多，回看點播化功能應運而生?；乜袋c播化是電信運營商對直播節目進行錄制和編輯后，傳送到相關的服務器上，并把節目單展現給用戶，讓用戶以視頻點播的方式觀看已經播出過的直播節目內容的功能。直播回溯點播是電視直播業務與視頻點播業務融合形成的功能模式，讓用戶可以在節目完整播出后的任意時間，使用直播回溯點播功能，根據需求選擇對應的視頻節目，并可以控制視頻節目的播放、暫停，指針的前進、后退[1]。與直播回溯點播相似的功能模式還有時移功能。時移是在直播節目正在播放的同時進行暫停和后退等操作的功能。直播回溯點播功能與時移功能的共同點是都對直播源進行了實時錄制和存儲，最終用戶都能對直播節目內容進行播放、暫停和回退的操作，都可以在不同程度上實現對直播節目的點播功能。二者的差異有以下幾個方面。第一，最終呈現給用戶的展示效果不同。直播回溯點播業務在錄制和存儲直播源信息后，會對節目信息進行編排處理再展示給用戶，有多層次屬性分類和多種門戶功能的交互點播界面；而時移業務只能通過簡單的時間排序查找已經播過的用戶節目。第二，節目單信息準確度不同。直播回溯點播業務是在直播節目完整播出后，生成節目單信息，并且根據節目單信息對節目內容進行編排和展示；而時移業務是預設的節目單，無法根據實際情況對節目單進行調整，對節目時間變動的容錯率較小。第三，直播回溯點播業務是在節目完整播出后，進入點播界面進行操作；而時移業務只能在直播界面進行實時操作。綜上所述，直播回溯點播業務交互體驗效果更好，適合用戶在節目播放后按照自己的時間安排完整觀看節目內容；而時移業務只適合于正在觀看直播節目的同時對已經播出的片段進行回看。二者所針對的用戶需求是不同的。

2國內外的發展現狀分析

直播回溯功能起源于20世紀初美國時代華納有線公司（TimeWarnerCable）在MystroTV項目中取得的成果[2]。在此之前，用戶能點播的視頻內容，都是由內容提供商通過衛星網絡發送到各電視運營商的視頻點播系統后，才能進行點播操作。20世紀末，國內多個地市的有線電視臺（廣電網絡的前身）出現了點播頻道，很受電視觀眾歡迎。這些頻道對直播內容點播功能的實現采用了單向點播模式，即用戶通過電話、短信、網站等渠道與點播系統頭端交互，獲取即時點播服務。單向點播模式不需要網絡和機頂盒支持雙向功能，投資較少且實施簡單，符合當時的中國國情和廣電網絡的狀態，是國內直播回溯點播功能的雛形。2000年左右，上海東方有線作為國內最大的有線電視運營商之一，在國內較早地開始建設互動電視平臺，發展了互動電視點播業務。2006年，依托該平臺建成了面向互動機頂盒的直播回溯點播系統。該系統可實現對于50個直播頻道的錄制和回溯點播功能，采用了兩路服務器同時錄制的備份保障模式。但是在業務開展的過程中，系統穩定性不佳、故障排查困難，阻礙了直播回溯點播業務的快速發展。經過2009年和2010年兩次擴容，該平臺目前支持超過70000并發的點播業務?，F階段，國內的直播回溯點播系統如雨后春筍般出現，市場競爭激烈，行業內的軟件產品質量參差不齊，相關的技術要求也不盡完善。運營商雖然已經意識到了直播回溯點播功能良好的市場發展前景，但是只有重視對軟件系統本身的研發，才能促進行業的良性發展。在5G時代嚴峻的市場競爭形勢下，廣電網絡如何更好地滿足用戶需求，利用直播回溯點播業務打破市場的不利局面，對廣電來說既是機遇也是挑戰。

3相關技術理論

3.1NGOD架構

直播回溯點播業務是視頻點播業務的一種。目前，全球對點播業務架構沒有統一的行業標準，比較有影響力的是NGOD架構。NGOD（NextGenerationOnDemandVideoArchitecture）是由北美最大的通信運營商Comcast公司提出的視頻點播服務基本架構。在NGOD架構中，每個業務功能由一個到多個具體的模塊組件實現，允許不同的模塊組成大體系，體系內各功能模塊接口必須按照嚴格的標準來設計。NGOD的特點是：架構中的組件和接口符合高內聚、松耦合的要求；系統中的模塊可以由多個廠商提供；共同接口的模塊組件可被引入到系統的其他工作體系中[3]。基于NGOD架構的特點可以得知：該架構可擴展性強，可以支持多種功能的實現和擴展；組件和接口的定義非常明確，安全性和可靠性強；支持流服務功能，適合作為直播回溯點播業務的視頻架構[4]。

3.2內容分發系統（CDN）

CDN（ContentDeliveryNetwork），是NGOD架構中的主要模塊，是架構在IP基礎網絡之上的疊加網絡。該模塊通過將內容按策略到網絡的邊緣，實現內容網絡的分布式就近服務。CDN的工作原理是在網絡各節點放置內容緩存服務器，由中心控制系統實時地根據網絡流量和各節點的連接、負載狀況以及到用戶的距離等信息，將用戶的請求導向到最佳的服務節點上。基于NGOD架構的內容分發系統（CDN）將在線內容統一地注入到存儲中并保存，通過標準NGOD接口（A3），可連接任意內容管理系統和業務管理系統（BO），對內容管理系統和業務管理系統（BO）的多種類型內容統一注入管理；通過標準NGOD接口（C2），可以連接任意的VSS服務器系統，讓VSS服務器共享內容存儲，展現了統一存儲的架構[5]。CDN從根本上區別于傳統的內容模式，它的提出突破了傳統的技術瓶頸，強調了網絡在內容中的重要性和承載作用。通過引入主動的內容管理層和全局負載均衡，并結合內容緩存等技術，CDN構建了一個在現有的IP網絡基礎上為寬帶業務支撐而優化的中間層，使用戶能以最快的速度，從最接近用戶的地方——網絡邊緣獲得所需的內容信息，徹底解決了網絡擁塞，提高了響應速度和服務質量[6]。對用戶來說，CDN系統縮短了用戶請求的響應時間，提高了數據傳輸的穩定性，從而提高了網絡服務的總體性能。

3.3FTP協議

FTP（FileTransferProtocol）文件傳輸協議是用于在網絡上進行文件傳輸的一套標準協議，允許用戶以文件操作的方式（文件的增、刪、改、查、傳送等）與另一主機相互通信。在操作時，用戶并不真正登錄到自己想要存取的計算機上成為完全用戶。FTP協議的優點是即使雙方計算機可能配有不同的操作系統和文件存儲方式，也可用FTP程序訪問遠程資源，實現用戶往返傳輸文件、目錄管理以及訪問電子郵件等操作[7]。

3.4視頻服務器UCE

視頻服務器UCE是基于Linux平臺開發設計的一款產品，能夠同時支持流業務、下載業務，并且具備良好的性能與資源控制能力，同時支持對每個用戶連接進行資源限制。UCE是一個高效的引擎，所有模塊都使用線程方式調用，避免調用阻塞，并通過多種機制保證高并發的服務能力，其主要優勢如下。第一，多協議處理。各協議在UCE中邏輯上作為一個組件存在，相似的協議之間實現代碼共享。支持在系統啟動時確定是否需要啟動相應的協議。業務控制上，由CDN系統決定是否開啟該協議的服務。第二，磁盤I/O優化。采用異步FileI/O和預讀取機制的磁盤I/O優化解決方案，使系統性能提高50%以上[8]。第三，采用epoll內核的Socket接口。epoll內核的Socket接口具有支持一個進程打開大數目的Socket描述符（FD）、IO效率不隨FD數目增加而線性下降、用mmap加速內核空間與用戶空間的消息傳遞等明顯的優點。第四，具備支持動態碼流自適應技術。第五，采用NPTL的線程管理。該線程管理具有以下功能特點：采用NPTL的線程管理可以解決僵尸進程的問題和避免使用信號對線程進行同步；可以在基于NPTL的應用程序上更好地利用調試器；實現了與LinuxThreads的向后兼容性；在NUMA和SMP系統上具有更好的可伸縮性和同步機制。第六，優化的Streaming。通過對Streaming的優化可以減少用戶緩沖的時間，提高用戶體驗。優化的特性如下：快速啟動，即在剛開始播放時，將適當地提高發送帶寬，使客戶端可以盡快啟動開始播放；快速緩存，類似于快速啟動，用于Seek操作后的播放；Pre-buffer，客戶端保存一定量的buffer，使網絡的抖動不至于影響播放效果。第七，帶寬控制。帶寬的控制可以分成兩種類型，一種是要求特定碼率（按照特定的碼率進行數據的發送），另一種是盡可能服務（據當前服務情況動態調整碼率）。固定帶寬是以固定的速率向客戶端發送數據，適用于流媒體業務；動態適配是根據網絡的具體情況，盡可能的以高帶寬來發送數據，適用于下載業務。外部控制是由LCM/CCM根據頻道的帶寬占用情況來分配帶寬。UCE能夠提供高并發的服務，通過帶寬控制功能保證服務引擎的服務能力和用戶最終服務質量，能夠同時提供流媒體服務以及下載服務，避免了在組網中為實現多業務支持而分別部署不同服務引擎的尷尬，提高了資源的利用率。各業務可以實時根據服務狀態動態調整各自的資源，達到資源利用最大化。

4市場前景

視頻點播網站的興起，以及新的休閑娛樂方式的出現讓電視直播業務的用戶越來越少。如何更好地滿足用戶的需求，保住老用戶、發展新用戶，爭奪市場份額，是各大電信運營商發展的重要思路。直播回溯點播除視頻點播功能外，在交互點播界面上能夠集成多種應用（業務推送、廣告、游戲等）。通過向用戶提供直播回溯點播功能，除了能夠直接帶來經濟效益之外，還能夠帶動其他業務的發展。對運營商來說，這意味著巨大的市場機會。某些建有寬帶IP網絡的運營商向寬帶用戶提供PC上的直播回溯點播功能，但是在PC上收看電視不符合人們的娛樂消費習慣。在移動、電信、聯通、廣電這幾大運營商里，廣電憑借最廣泛的基礎設施、多年的直播運營、穩定的網絡環境，一直在國內的電視直播市場里占有重要的一席。而依托于直播的回溯點播功能，是廣電網絡電視業務的重要特色之一：結合廣電特有的穩定高清直播源，能實現對觀眾需求較多的電視直播內容的直播回溯，如體育比賽高清直播、重大節日電視節目高清直播、重大事件電視節目高清直播等?？梢哉f，直播回溯點播功能是廣電在5G時代市場競爭中發展增值業務的亮點。

5結語

回看點播化功能是一個較為成熟的技術，如何使用該功能不斷地發展相關技術，與其他功能平臺互相融合，更好地滿足用戶的需求，是廣電網絡發展的機遇與挑戰。

參考文獻

[1]趙衛.時移電視和電視管理系統的設計與實現[D].北京:北京郵電大學,2010.

[2]吳堅.基于流媒體的電視回看方法研究[D].上海:復旦大學,2013.

[3]李永濤,胡朋,王志謙,等.基于NGOD架構的VOD系統邊緣資源會話管理方案[J].電視技術,2011(19):3.

[4]唐柳術.基于NGOD架構視頻服務器的研究和實現[D].廣州:華南理工大學,2018.

[5]林濤.基于NGOD架構的互動電視平臺研究[D].廣州:華南理工大學,2012.

[6]趙紅.CDN內容分發網絡技術原理[A].《建筑科技與管理》組委會.2017年8月建筑科技與管理學術交流會論文集[C].《建筑科技與管理》組委會,2017.

[7]王占軍,王偉,趙志剛.基于FTP協議的文件傳輸組件設計與實現[J].沈陽師范大學學報(自然科學版),2012(3).375-377.

[8]朱晴波,周剛,陳道蓄.VOD服務器中共享I/O流的關鍵技術[J].計算機工程與應用,2002(14):50-53.

作者：丁璐 王鵬 單位：河北廣電信息網絡集團股份有限公司秦皇島有限公司